Définir l’affichage
La revue spécialisée consacrée au nickel et à ses applications
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AU COURS DES DERNIÈRES ANNÉES, le marché des tubes à rayons cathodiques a dépassé les limites de l’écran
courbé standard pour englober les écrans plats.
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DES TROUS MINUSCULES, d’environ 3 micromètres de largeur, sont gravés dans de l’alliage de nickel K93600
pour former le masque perforé d’un tube à rayons cathodiques.
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LES MASQUES PERFORÉS sont faits d’alliages de nickel possédant un coefficient de dilatation peu élevé.
Ainsi, la chaleur que dégage un téléviseur ne risque pas de nuire à la qualité de l’image.
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CE DIAGRAMME ILLUSTRE comment chaque faisceau d’électrons traverse les trous minuscules du masque
perforé, pour entrer en collision avec le luminophore approprié sur l’écran et ainsi produire une qualité
d’image maximum.
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Notre vision du monde s’améliore
Par Thom Loree
Revue Nickel, mai 2006 -- Malgré l’apparition de nouvelles technologies d’affichage sur écran plat, telles que l’affichage à cristaux liquides (LCD) et à plasma, la plupart des téléviseurs utilisés de nos jours sont munis d’un dispositif appelé tube à rayons cathodiques (CRT). En 2005, environ 145 millions des 175 millions de téléviseurs expédiés un peu partout dans le monde étaient des appareils à tube cathodique, représentant une valeur d’environ 120 milliards d’euros, en comparaison avec 63 milliards d’euros en 2000. De toute évidence, cette technologie est encore en demande, ce qui se traduit par un plus grand besoin d’alliages de nickel qui jouent un rôle primordial dans la technologie des CRT.
En effet, le Final Report on Valuable-Use Scenarios for Nickel, que le Weinberg Group avait préparé pour le European Nickel Group à la fin de l’année 2004, indique que les alliages de fer-nickel sont « irremplaçables » dans l’industrie des téléviseurs à écran cathodique et qu’ils contribuent à la production en série de CRT de qualité supérieure.
Cette situation s’explique par le fait que les alliages de fer-nickel possèdent un coefficient de dilatation thermique extrêmement faible, ce qui permet d’obtenir une image télévision sans perturbation, indépendamment de la température des tubes cathodiques qui s’échauffent au cours de l’utilisation. La gamme d’alliages ayant cette propriété a été découverte par C. E. Guillaume, en 1896 (France).
Lorsque vous allumez votre téléviseur, le CRT convertit un signal électrique en donnée visuelle, au moyen
d’un faisceau d’électrons qui est soumis à une modulation optique d’intensité avant d’être dirigé sur la
surface d’un écran cathodoluminescent, à l’intérieur d’un tube en verre sous vide.
Le tube à rayons cathodiques comporte quatre éléments essentiels : une dalle de verre, un masque perforé,
trois canons électroniques (un pour chaque couleur) et un cône de verre. Parmi ces éléments, le masque est
celui qui dépend le plus des alliages fer-nickel.
Le masque, qui est constitué d’une grille perforée d’une multitude de trous ou de fentes minuscules et
soutenue par un cadre métallique (voir l’illustration qui accompagne le présent article), est situé juste
derrière l’écran de télévision. Il est formé de façon à épouser le contour de la surface intérieure de la
dalle de verre. Tel qu’on l’explique dans le Weinberg Report : « L’une des fonctions importantes des
alliages de fer-nickel consiste à sceller des pièces métalliques et des composantes de verre et de céramique
de granulométrie variée en s’adaptant aux propriétés de dilatation thermique de celles-ci. En effet,
l’alliage fer-nickel est idéal pour le soudage, parce qu’il permet de créer d’excellents joints affleurants
entre le verre ou la céramique et le métal. On peut choisir un type de verre et un alliage fer-nickel de même
granulométrie, pour faire concorder les coefficients de dilatation thermique de l’un et de l’autre et
répondre aux besoins d’une foule d’applications. »
Le rapport souligne également que l’utilisation d’un masque perforé fait d’un alliage fer-nickel permet un affichage de blancs plus purs à l’écran et améliore la reproduction de couleurs ainsi que la résistance à la chaleur (en comparaison avec les masques de fer). Le masque perforé maintient l’intégrité de l’image en assurant que le faisceau d’électrons entre en collision avec les luminophores appropriés sur l’écran.
Les alliages de fer-nickel utilisés pour la fabrication des masques perforés (ainsi que d’autres parties du CRT) ont habituellement une teneur en nickel de 35 % à 50 %, ce qui procure le coefficient de dilatation thermique peu élevé qui est nécessaire dans ce contexte. Parmi les principaux fabricants européens, on trouve notamment les sociétés ThyssenKruppVDM GmbH (Allemagne) et, jusqu’au début de 2006, Imphy Alloys (France).
Le PerniferMD 36 de la société ThyssenKruppVDM est également utilisé dans la
fabrication de masques perforés et de cadres de soutien. « Pour cette application, nous fournissons des
matériaux de granulosité variée qui se comportent différemment sous l’effet de la gravure – c’est-à-dire la
gravure des pixels dans le masque, » déclare M. Bernd de Boer, Ph.D., directeur, magnetic and controlled
expansion alloys (alliages magnétiques et à dilatation contrôlée) à la société
ThyssenKrupp.
L’alliage PerniferMD 36 contient environ 36 % de nickel et possède un coefficient de dilatation
thermique extrêmement peu élevé, dans la fourchette de températures comprises entre
-250 °C et 200 °C. Le coefficient de dilatation thermique de l’alliage Pernifer 36 nMnMD est
encore plus bas, en raison des faibles quantités de manganèse et d’éléments résiduels que contient ce
matériau.
On trouve des tubes à rayons cathodiques de diamètres variés, du plus petit au plus grand, y compris des tubes de dimensions supérieures, à dalle de verre plate et permettant la haute définition. L’InvarMD ( K93600), l’alliage de fer-nickel utilisé à l’origine pour fabriquer des bilames et des thermostats, ainsi que des variantes améliorées de ce produit telles que l’InovarMD, ont permis aux fabricants de CRT de relever divers défis d’ordre technique. Plus précisément, ils étaient idéaux pour la fabrication de masques perforés, étant donné qu’ils assuraient une convergence parfaite des électrons formant l’image à l’écran de télévision.
« Les produits de moindre qualité peuvent comporter un masque fait d’un métal peu coûteux, » affirme
Mme Sylvie Gindre, ex-directrice des communications de la société Imphy Alloys, « mais
ils ne permettent pas d’obtenir une image d’une qualité suffisante dans le cas des écrans dépassant
66 centimètres (cm). Lorsque la chaleur s’accumule, pendant que le téléviseur fonctionne, le masque perforé
subit une dilatation thermique, causant ce que l’on appelle un “bombage”. L’alliage K93600 minimise l’effet
de ce phénomène thermique. »
Parmi les CRT qui sont actuellement sur le marché se trouvent des tubes de faible diamètre (« slim tubes ») dont la profondeur ne représente que les deux tiers de celle des tubes traditionnels. Ces excellents tubes, offerts en grands formats et qui possèdent des caractéristiques de qualité supérieure (100 Hz, permettant la haute définition), peuvent être fabriqués uniquement avec des masques faits d’alliages de nickel tels que le K93600.
L’alliage K93600 a une teneur en nickel d’environ 36 % et possède un coefficient de dilatation thermique peu élevé, entre -100 °C et 200 °C. Tous les alliages mentionnés ci-dessus se prêtent bien au soudage.
À l’exception du masque perforé, l’alliage fer-nickel est utilisé pour la fabrication de nombreuses composantes du CRT, telles que les broches (servant à fixer le masque) et les boutons d’anodes (l’électron étant négatif et l’anode positive, celle-ci attire donc les électrons libérés en grand nombre par la cathode). Des ressorts bimétalliques servent à équilibrer ou à compenser les coefficients de dilatation de ces matériaux. Pour créer des bilames, on joint par placage ou laminage deux matériaux possédant des coefficients de dilatation différents.
Au cours des dernières années, le marché des CRT a dépassé les limites de l’écran courbé standard pour englober les écrans plats. Alors que dans un tube imageur traditionnel, la courbure du masque épouse celle de l’écran, le masque d’un écran plat doit être tendu sur un cadre qui maintient sa forme. Par conséquent, ce dernier doit être fait d’un matériau capable de résister à la chaleur qui se dégage au cours du processus de traitement, afin d’éviter la dilatation. Ici encore, grâce à leur coefficient de dilatation thermique peu élevé, les alliages de fer-nickel empêchent que le masque perforé ne se dilate et se déforme pendant l’utilisation et qu’il ne perde de sa tension lors de son refroidissement.
Les fabricants d’équipements issus de nouvelles technologies d’affichage, telles que l’affichage émissif à diode électroluminescente organique envisagent également la possibilité d’utiliser des alliages de nickel à faible coefficient de dilatation, à titre de matériau stable, pour la fabrication d’écrans de métal à mailles utilisés en sérigraphie et de composantes aux exigences semblables. De plus, étant donné que les applications concernant l’affichage ont habituellement pour contrainte la chaleur générée par l’électricité et qu’elles requièrent une qualité constante, les fabricants ont naturellement tendance à considérer les alliages de nickel comme étant des éléments de base.
Thom Loree est un rédacteur indépendant établi à Toronto.
ILLUSTRATIONS : ThysenKrupp VDM GmbH et Imphy Alloys
 Dr. Bernd de Boer |
