Автоэмиссионный источник излучения Российский патент 2023 года по МПК H01J63/02 H01J1/28 

Изобретение относится к области источников излучения как в видимом, так и в ультрафиолетовом, диапазоне и может быть использовано в конструкции ламп этих диапазонов длин волн.

Известен автоэмиссионый источник излучения, содержащий колбу, на внутреннюю поверхность которой нанесено прозрачное проводящее покрытие и катодолюминофор, содержащий также модулятор и катодный узел с автоэмиссионным катодом [RU 2180145].

Недостаток этого устройства заключается в большой неравномерности свечения катодолюминофора из-за неоднородности потока электронов из катодного узла.

Известен также автоэмиссионый источник излучения, содержащий колбу, на внутреннюю поверхность которой нанесено прозрачное проводящее покрытие и катодолюминофор, содержащий также модулятор с первым отверстием и катодный узел с автоэмиссионным катодом, последовательно расположенные от катодолюминофора, блок питания, подключенный к прозрачному проводящему покрытию, модулятору и катодному узлу, содержащий также цоколь [Evgenii P. Sheshin, Artem Yu. Kolodyazhnyj, Nikolai N. Chadaev, Alexandr O. Getman, Mikhail I. Danilkin, anal Dmitry I. Ozol. Prototype of cathodoluminescent lamp for general lighting using carbon fiber field emission cathode. Journal of Vacuum Science & Technology В 37, 031213 (2019); doi: 10.1116/1.5070108 https://doi.org/10.1116Th5070108].

Недостаток этого устройства заключается также в большой неравномерности свечения катодолюминофора из-за неоднородности потока электронов из катодного узла.

Технический результат изобретения заключается в увеличении равномерности электронного потока, который бомбардирует катодолюминофор. Тем самым увеличивается равномерность свечения катодолюминофора и повышается эффективность источника излучения.

Сущность изобретения заключается в том, что в автоэмиссионый источник излучения, содержащий колбу, на внутреннюю поверхность которой нанесено прозрачное проводящее покрытие и катодолюминофор, содержащий также модулятор с первым отверстием и катодный узел с автоэмиссионным катодом, последовательно расположенные от катодолюминофора, блок питания, подключенный к прозрачному проводящему покрытию, модулятору и катодному узлу, содержащий также цоколь, введен анод со вторым отверстием, расположенный между катодолюминофором и модулятором, при этом прозрачное проводящее покрытие и катодолюминофор нанесены на внутреннюю поверхность колбы до анода, который электрически соединен с прозрачным проводящим покрытием.

Существует вариант, в котором в катодолюминофор введен порошок полупроводникового соединения с большим коэффициентом вторичной эмиссии, чем у катодолюминофора.

Существует также вариант, в котором в качестве полупроводникового соединения используют Cu-Al-MgO, или Ag-MgO, или Ni-BeO.

Существует также вариант, в котором колба имеет цилиндрическую форму.

Существует также вариант, в котором колба имеет сферическую форму.

Существует также вариант, в котором колба имеет грушевидную форму.

Существует также вариант, в котором катодный узел с автоэмиссионным катодом выполнен из полиакрилонитрильного углеродного волокна.

Существует также вариант, в котором катодный узел с автоэмиссионным катодом выполнен из углеродных нанотрубок.

Существует также вариант, в котором катодный узел с автоэмиссионным катодом выполнен из графена.

На фиг. 1 изображен автоэмиссионый источник излучения.

На фиг. 2 изображен вариант автоэмиссионого источника излучения с цилиндрической колбой.

На фиг. 3 изображен вариант автоэмиссионого источника излучения с шарообразной колбой.

На фиг. 4 изображен вариант автоэмиссионого источника излучения с грушевидной колбой.

Автоэмиссионый источник излучения содержит колбу 1 (фиг. 1), на внутреннюю поверхность которой нанесено прозрачное проводящее покрытие 2 и катодолюминофор 3. В качестве материала колбы можно использовать как обычное «оконное» стекло для ламп видимого диапазона, так и увиолевое стекло, используемое для ламп ультрафиолетового диапазона. Толщина прозрачного проводящего покрытия 2, например, ITO (индий-олово) может быть в диапазоне 0,1-0,5 мкм. Толщина катодолюминофора 3, например, CaSiPb и BaZr Si₃O₉ может быть в диапазоне 5-20 мкм. Автоэмиссионый источник излучения содержит также модулятор 4 с первым отверстием 5. Модулятор 4 может представлять собой диск с отверстием и быть изготовлен из никеля или нержавеющей стали Х18Н10Т. Диаметр первого отверстия 5 может быть в диапазоне от 0,5 мм до 2 мм. Автоэмиссионый источник излучения содержит также катодный узел с автоэмиссионным катодом 6, выполненный, например, в виде остекловинного полиакрилонитрильного углеродного волокна. При этом модулятор 4 и катодный узел с автоэмиссионным катодом 6 последовательно расположены от катодолюминофора 3. Автоэмиссионый источник излучения содержит также блок питания 7, подключенный к прозрачному проводящему покрытию 2, модулятору 4 и катодному узлу 6 (эти соединения условно не показаны). Автоэмиссионый источник излучения содержит также цоколь 8, выполненный в виде стандартного цоколя Е12, Е27 или Е40. В качестве отличительных признаков в автоэмиссионый источник излучения введен анод 9 со вторым отверстием 10, расположенный между катодолюминофором 3 и модулятором 4. Диаметр второго отверстия 10 может быть в диапазоне 1-3 мм. При этом прозрачное проводящее покрытие 2 и катодолюминофор 3 нанесены на внутреннюю поверхность колбы 1 до уровня расположения анода 9, который электрически соединен с прозрачным проводящим покрытием 2. Это электрически соединение может осуществлено гибким металлическим проводом 11 из никеля или стали Х18Н10Т с приклейкой аквадагом соответственно к прозрачному проводящему покрытию 2 и аноду 9.

Существует вариант, в котором в катодолюминофор 3 введен порошок полупроводникового соединения с большим коэффициентом вторичной эмиссии, чем у катодолюминофора 3. В качестве полупроводникового соединения с большим коэффициентом вторичной эмиссии можно использовать Cu-Al-MgO, Ag-MgO, или Ni-BeO. Эти соединения в количестве до 5% от общего объема порошка катодолюминофора можно вносить в порошок катодолюминофора, которые при перемешивании будут равномерно распределяться в объеме катодолюминофора.

Существует вариант, в котором колба 1 имеет цилиндрическую форму 12 (фиг. 2).

Эта конструкция необходима для протяженного источника излучения, например для потолочных светильников.

Существует вариант, в котором колба 1 имеет сферическую форму 13 (фиг. 3), которая может применяться для источников равномерного пространственного освещения в широком (до 300°) угле излучения.

Существует вариант, в котором колба 1 имеет грушевидную форму 14 (фиг. 4), которая обычно может быть использована для направленного освещения в достаточно узком угле (менее 90°).

Существует также вариант, в котором катодный узел с автоэмиссионным катодом 6 выполнен из полиакрилонитрильного углеродного волокна, которой является наиболее дешевым и доступным для серийного производства.

Существует также вариант, в котором катодный узел с автоэмиссионным катодом 6 выполнен из углеродных нанотрубок, что позволяет их выращивать непосредственно на катодном узле, что удешевляет сборку всего автоэмиссионного источника излучения.

Существует также вариант, в котором катодный узел с автоэмиссионным катодом 6 выполнен из графена, который используется для создания более сильноточных и, следовательно, мощных автоэмиссионных источников излучения, по сравнению с источниками излучения в которых используются полиакрилонитрильные углеродные волокна и углеродные нанотрубки.

Автоэмиссионый источник излучения работает следующим образом. Между катодным узлом с автоэмиссионным катодом 6 и модулятором 4 подают напряжение, которое вытягивает электроны с катодного узла с автоэмиссионным катодом 6. Эти эмитированные электроны проходят через первое отверстие 5 модулятора 4 и ускоряются высоким напряжением, которое подают на анод 9 и прозрачное проводящее покрытие 2, являющиеся анодом.

Это напряжение должно соответствовать оптимальному для возбуждения катодолюминофора 3 и обычно составляет 10±3 кВ. Выйдя из второго отверстия 10 в аноде 9 ускоренные электроны двигаясь внутри потенциального ящика, создаваемого прозрачным проводящим покрытием 2 и соединенным с ним 9 анодом через контакт И соударяются со слоем катодолюминофора 3. При этом происходит его возбуждение, которое вызывает эффект свечения катодолюминофора 3. Спектр излучения зависит от химического состава и структуры катодолюминофора 3.

То, что в автоэмиссионый источник излучения введен анод 9 со вторым отверстием 10, расположенный между катодолюминофором 3 и модулятором 4, при этом прозрачное проводящее покрытие 2 и катодолюминофор 3 нанесены на внутреннюю поверхность колбы 1 до анода 9, который электрически соединен с прозрачным проводящим покрытием 2, приводит к установлении равномерности электрического поля внутри анодной области, что приводит к равномерному электронному потоку на поверхность катодолюминофора 3. А это, в свою очередь увеличивает равномерность свечения катодолюминофора 3 и повышает эффективность источника излучения.

То, что в катодолюминофор 3 введен порошок полупроводникового соединения с большим коэффициентом вторичной эмиссии, чем у катодолюминофора 3, приводит к дополнительной эмиссии по поверхности катодолюминофора 3, что к увеличивает равномерность электронного потока. Тем самым увеличивается равномерность свечения катодолюминофора 3 и повышается эффективность источника излучения.

То, что в качестве полупроводникового соединения с большим коэффициентом вторичной эмиссии используют такие соединения как Си-Al-MgO, или Ag-MgO, или Ni-BeO приводит к дополнительной эмиссии по поверхности катодолюминофора 3, что к увеличивает равномерность электронного потока. Тем самым увеличивается равномерность свечения катодолюминофора 3 и повышается эффективность источника излучения.

То, что колба 1 имеет цилиндрическую форму 12, приводит к увеличению длины колбы 1, покрытой катодолюминофором 3, что необходимо для протяженного источника излучения для повышения его эффективности.

То, что колба 1 имеет сферическую форму 13, приводит к увеличению угла излучения вплоть до 300°, что повышает эффективность его работы.

То, что колба 1 имеет грушевидную форму 14, приводит к излучению в достаточно узком угле, менее 90°, для эффективного направленного излучения.

То, что катодный узел с автоэмиссионным катодом 6 выполнен из полиакрилонитрильного углеродного волокна, приводит к уменьшению себестоимости изготовления и увеличению долговечности работы автоэмиссионного источника излучения.

То, что катодный узел с автоэмиссионным катодом 6 выполнен из углеродных нанотрубок, приводит к увеличению технологичности изготовления автоэмиссионных источников излучения.

То, что катодный узел с автоэмиссионным катодом 6 выполнен из графена, приводит к возможности создания более сильноточных автокатодов, что приводит к увеличению мощности автоэмиссионного источника излучения.

Изобретение относится к области источников излучения как в видимом, так и в ультрафиолетовом, диапазоне и может быть использовано в конструкции ламп этих диапазонов длин волн. Технический результат - увеличение равномерности свечения катодолюминофора и повышение эффективности источника излучения. В автоэмиссионый источник излучения введен анод, расположенный между катодолюминофором и модулятором. Прозрачное проводящее покрытие и катодолюминофор нанесены на внутреннюю поверхность колбы до анода, который электрически соединен с прозрачным проводящим покрытием. 8 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Автоэмиссионый источник излучения, содержащий колбу, на внутреннюю поверхность которой нанесено прозрачное проводящее покрытие и катодолюминофор, содержащий также модулятор с первым отверстием и катодный узел с автоэмиссионным катодом, последовательно расположенные от катодолюминофора, блок питания, подключенный к прозрачному проводящему покрытию, модулятору и катодному узлу, содержащий также цоколь, отличающийся тем, что в него введен анод со вторым отверстием, расположенный между катодолюминофором и модулятором, при этом прозрачное проводящее покрытие и катодолюминофор нанесены на внутреннюю поверхность колбы до анода, который электрически соединен с прозрачным проводящим покрытием.

2. Автоэмиссионный источник излучения по п. 1, отличающийся тем, что в катодолюминофор введен порошок полупроводникового соединения с большим коэффициентом вторичной эмиссии, чем у катодолюминофора.

3. Автоэмиссионный источник излучения по п. 2, отличающийся тем, что в качестве полупроводникового соединения используют Cu-Al-MgO, или Ag-MgO, или Ni-BeO.

4. Автоэмиссионный источник излучения по п. 1, отличающийся тем, что колба имеет цилиндрическую форму.

5. Автоэмиссионный источник излучения по п. 1, отличающийся тем, что колба имеет сферическую форму.

6. Автоэмиссионный источник излучения по п. 1 отличающийся тем, что колба имеет грушевидную форму.

7. Автоэмиссионный источник излучения по п. 1, отличающийся тем, что катодный узел с автоэмиссионным катодом выполнен из полиакрилонитрильного углеродного волокна.

8. Автоэмиссионный источник излучения по п. 1, отличающийся тем, что катодный узел с автоэмиссионным катодом выполнен из углеродных нанотрубок.

9. Автоэмиссионный источник излучения по п. 1, отличающийся тем, что катодный узел с автоэмиссионным катодом выполнен из графена.