Цилиндрический катодолюминесцентный источник излучения Российский патент 2024 года по МПК H01J63/06 

Изобретение относится к области источников излучения, как в видимом, так и в ультрафиолетовом диапазоне, и может быть использовано при конструировании светильников для всех перечисленных диапазонов длин волн.

Уровень техники

Известен катодолюминесцентный источник света, содержащий цилиндрическую колбу, анод с нанесенным на него катодолюминофором и автоэмиссионный катод, расположенный по центральной оси колбы (Патент RU 2274924).

Недостатком этого устройства является малая жесткость катода, что не позволяет изготавливать лампы большой длины, а также малая равномерность свечения из-за физических свойств автоэмиссионных катодов.

Известно также автоэмиссионная лампа, содержащая цилиндрическую колбу, катод, которой представляет собой проволоку, покрытую углеродными нанотрубками и натянутую с помощью пружины между двумя контактами в корпусе (Заявка US 20060017370).

Недостаток этой конструкции - низкая прочность и вибростойкость катода, а также низкая равномерность свечения из-за неравномерности автоэмиссионого тока с поверхности углеродных нанотрубок.

Это устройство выбрано в качестве прототипа изобретения.

Технический результат изобретения заключается в увеличении жесткости конструкции и, как следствие в увеличении длины лампы, а также в увеличении яркости и равномерности свечения.

Раскрытие сущности изобретения

Сущность изобретения заключается в том, что в цилиндрическом катодолюминесцентном источнике излучения, содержащем катод, первый анод, нанесенный, в виде проводящего слоя на поверхность катодолюминофора, который, в свою очередь нанесен на внутреннюю поверхность стеклянной цилиндрической колбы, ножку, катод выполнен в виде первой катодной нити и второй катодной нити, между которыми и первым анодом расположен второй анод, выполненный в виде спирали.

Существует вариант, в котором в центре стеклянной цилиндрической колбы соосно с ней расположен центральный металлический стержень в стеклянной трубке, которая соосно закреплена в цилиндрический запаянный сверху стеклянный наконечник колбы.

Существует также вариант, в котором первая катодная нить и вторая катодная нить покрыты смесью оксидов щелочных металлов.

Существует также вариант, в котором для закрепления катодолюминофора на внутренней поверхности стеклянной цилиндрической колбы используют напыленную сетку из прозрачного для ультрафиолетового излучения оксида алюминия.

Существует также вариант, в котором для закрепления катодолюминофора на внутренней поверхности колбы используют напыленную сетку из прозрачного для видимого излучения слоя окиси индия и олова.

Краткое описание чертежей

На прилагаемом эскизе представлена компоновочная схема цилиндрического катодолюминесцентного источника излучения.

Осуществления изобретения

Цилиндрический катодолюминесцентный источник излучения содержит катод 1, первый анод 2, нанесенный в виде проводящего слоя на поверхность катодолюминофора 3. В качестве материала проводящего слоя первого анода 2 можно использовать окись индия и олова (ITO). Его толщина может быть в диапазоне 0,5-2,0 мкм. Катодолюминофор 3 при этом нанесен на внутреннюю поверхность стеклянной цилиндрической колбы 4. Катод 1 выполненный в виде первой катодной нити 7 и второй катодной нити 8, между которыми и анодом 2 расположен второй анод 9, выполненный в виде спирали. Первая катодная нить 7 и вторая катодная нить 8 могут быть изготовлены из (W) вольфрама, вольфрама с добавкой - 3%Re (рения) и иметь диаметр 0,2-0,5 мм.

Нераспыляемые геттера 6 служат для поддержания высокого вакуума (~10-6 мм.рт.ст.) в отпаянной колбе и могут располагаться как внизу, так и вверху стеклянной цилиндрической колбы 4.

Все элементы источника излучения, а именно первый анод 2, геттера 6, катодная нить 7, катодная нить 8, второй анод 9, центральный металлический стержень 10, расположенные внутри цилиндрической колбы 4, привариваются к контактам 19 ножки 5.

Существует вариант, в котором в центре стеклянной цилиндрической колбы 4 соосно с ней расположен центральный металлический стержень 10 в стеклянной трубке 11, которая соосно со стеклянной цилиндрической колбой 4, закрепленный в цилиндрический запаянный сверху стеклянный наконечник колбы 12. В качестве материала центрального металлического стержня 10 можно использовать Mo, W, нержавеющую сталь типа Х18Н10Т.

Существует также вариант, в котором для улучшения эмиссионных свойств первая катодная нить 7 и вторая катодная нить 8 покрыты смесью оксидов щелочных металлов, например, тройным карбонатом на основе бария, стронция и кальция - (ВаСО₃, SrCO₃,CaCO₃).

Существует также вариант, в котором для закрепления катодолюминофора 3 на внутренней поверхности стеклянной цилиндрической колбы 4 используют напыленную сетку 13 из прозрачного для ультрафиолетового излучения оксида алюминия. Напыленная сетка 13 может представлять собой напыленную структуру с размерами ячеек от 5 до 20 мкм, и шириной линий от 0,5-1 мкм.

Существует также вариант, в котором для закрепления катодолюминофора 3 на внутренней поверхности колбы 4 использую напыленную сетку 13 из прозрачного для видимого излучения окиси индия и олова.

Первая катодная нить 7 и вторая катодная нить 8 одним концом приварены к обечайке 14, которая закреплена на стеклянной трубке 11, а другим концом - к контактам 19 ножки 5.

Второй анод 9 закреплен на первой направляющей 15 и второй направляющей 16, один конец которых закреплен с помощью обечайки 17 на стеклянной трубке 11. За счет этого обеспечивается механическая прочность конструкции. Откачку стеклянной цилиндрической колбы 4 производят через штенгель 18.

Цилиндрический катодолюминесцентный источник излучения работает следующим образом. После откачки и активирования геттеров 6 давление внутри колбы поддерживается на уровне 10^-6 мм.рт.ст. При подаче на первую катодную нить 7 и вторую катодную нить 8 напряжения они начинают эмитировать электроны, которые ускоряются полем, которое создается на аноде 2 высоким (~+10кВ) напряжением. На второй анод 9 подают промежуточный потенциал для выравнивания электрического поля внутри пространства стеклянной цилиндрической колбы 4, и тем самым, увеличивают равномерность засветки катодолюминофора 3. При бомбардировке электронами катодолюминофора 3 он возбуждается и испускает излучение, которое определятся его химическим составом. На центральный металлический стержень 10 может подаваться небольшое (10-100В) отрицательное напряжение для увеличения эффективности процесса.

Цилиндрический катодолюминесцентный источник излучения может работать и без анодного покрытия 2. В этом случае анодное напряжение подается на второй анод 9. При этом ускоренные электроны, пролетая сквозь анод 9, бомбардируют катодолюминофор 3, что вызывает его свечение.

То, что в цилиндрическом катодолюминесцентном источнике излучения, содержащем катод 1, первый анод 2, нанесенный, в виде проводящего слоя на поверхность катодолюминофора 3, который, в свою очередь нанесен на внутреннюю поверхность стеклянной цилиндрической колбы 4, ножку 5, катод 1 выполнен в виде первой катодной нити 7 и второй катодной нити 8, между которыми и первым анодом 2 расположен второй анод 9, выполненный в виде спирали приводит к увеличению яркости и равномерности свечениях за отчет выравнивания электрического поля внутри пространства стеклянной цилиндрической колбы 4 путем подачи промежуточного потенциала на второй анод 9.

То, что в цилиндрическом катодолюминесцентном источнике излучения в центре стеклянной цилиндрической колбы 4 соосно с ней расположен центральный металлический стержень 10 в стеклянной трубке 11, которая соосно закреплена в цилиндрический запаянный сверху стеклянный наконечник колбы 12, приводит к увеличению эффективности процесса эмиссии катода 1 из-за действия небольшого отрицательного потенциала, подаваемого на центральный металлический стержень 10, а также приводит к увеличению жесткости всей конструкции за счет применения жесткого центрального металлического стержня 10 и стеклянной трубки 11, которые являются стержнем всей конструкции.

То, что в цилиндрическом катодолюминесцентном источнике излучения первая катодная нить 7 и вторая катодная нить 8 покрыты смесью оксидов щелочных металлов приводит к увеличению эмиссионного тока катода 1, т.к. уменьшается работа выхода электронов эмитирующей поверхности катодных нитей.

То, что в цилиндрическом катодолюминесцентном источнике излучения для закрепления катодолюминофора 3 на внутренней поверхности стеклянной цилиндрической колбы 4 используют напыленную сетку 13 из прозрачного для ультрафиолетового излучения оксида алюминия приводит к увеличению равномерности свечения катодолюминофора 3 и к увеличению срока службы источника излучения, т.к. происходит улучшение адгезии катодолюминофора 3 к стеклу цилиндрической колбы 4, за счет чего уменьшается вероятность отслоения и осыпания катодолюминофора 3 в процессе воздействия на него электронного потока.

То, что в цилиндрическом катодолюминесцентном источнике излучения для закрепления катодолюминофора 3 на внутренней поверхности колбы 4 используют напыленную сетку 13 из прозрачного для видимого излучения слоя окиси индия и олова приводит к увеличению равномерности свечения катодолюминофора 3 и к увеличению срока службы источника излучения, т.к. происходит улучшение адгезии катодолюминофора 3 к стеклу цилиндрической колбы 4, за счет чего уменьшается вероятность отслоения и осыпания катодолюминофора 3 в процессе воздействия на него электронного потока.

Изобретение относится к области источников излучения как в видимом, так и в ультрафиолетовом диапазоне и может быть использовано при конструировании светильников для всех перечисленных диапазонов длин волн. Технический результат - увеличение жесткости конструкции и, как следствие, увеличении длины лампы, а также увеличение яркости и равномерности свечения. Цилиндрический катодолюминесцентный источник излучения содержит катод 1, первый анод 2, нанесенный в виде проводящего слоя на поверхность катодолюминофора 3, который в свою очередь нанесен на внутреннюю поверхность стеклянной цилиндрической колбы 4, ножку 5. Катод 1 выполнен в виде первой катодной нити 7 и второй катодной нити 8, между которыми и первым анодом 2 расположен второй анод 9, выполненный в виде спирали. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Цилиндрический катодолюминесцентный источник излучения, содержащий катод, первый анод, нанесенный в виде проводящего слоя на поверхность катодолюминофора, который, в свою очередь, нанесен на внутреннюю поверхность стеклянной цилиндрической колбы, ножку, отличающий тем, что катод выполнен в виде первой катодной нити и второй катодной нити, между которыми и первым анодом расположен второй анод, выполненный в виде спирали.

2. Цилиндрический катодолюминесцентный источник излучения по п. 1, отличающийся тем, что в центре стеклянной цилиндрической колбы соосно с ней расположен центральный металлический стержень в стеклянной трубке, которая соосно закреплена в цилиндрический запаянный сверху стеклянный наконечник колбы.

3. Цилиндрический катодолюминесцентный источник излучения по п. 1, отличающийся тем, что первая катодная нить и вторая катодная нить покрыты смесью оксидов щелочных металлов.

4. Цилиндрический катодолюминесцентный источник излучения по п. 1, отличающийся тем, что для закрепления катодолюминофора на внутренней поверхности стеклянной цилиндрической колбы используют напыленную сетку из прозрачного для ультрафиолетового излучения оксида алюминия.

5. Цилиндрический катодолюминесцентный источник излучения по п. 1, отличающийся тем, что для закрепления катодолюминофора на внутренней поверхности колбы используют напыленную сетку из прозрачного для видимого излучения слоя окиси индия и олова.