Катодолюминесцентная лампа Советский патент 1993 года по МПК H01J63/06 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к разработке катодолюми- несцентных источников света, предназначенных для использования в светильниках местного назначения, светосиг- нализаторах и других светотехнических устройствах.

Целью изобретения является повышение светоотдачи лампы.

На фиг. 1 приведен общий вид катодо- люминесцентной лампы; на фиг. 2 - зависи- мобть концентраций электронного потока, излуча1могб:г10ль м катодом, от напряжения и на электродах и давления наполняющего газа(Р1 Р2 Рз, Ui ).

Катодолюминесцентная лампа содержит стеклянный баллон 1, аналогичный баллону стандартной лампы накаливания общего назначения, на внутреннюю поверхность шарообразной части которого нанесено светопропускающее электропроводное покрытие - анод 2, поверх которого нанесен слой люминофора 3, резьбовой цо- коль4. В цилиндрической части стеклянного баллона 1 над гребешковой ножкой 5 уста- новлен полый катод 6, изготовленный из фольги металла, например никеля, молибдена и др. Рабочая поверхность катода 6 покрыта высокоэмиссионным материалом, имеющим металлическую структуру, напри- мер торированным вольфрамом. Над полым катодом 6 по оси симметрии лампы, при помощи стеклянного стержня 7, прикрепленного к гребешку гребешковой ножки 5 и молибденовой поддержки 8, установлен по- лусферический полый элемент 9, обращенный полостью к полому катоду 6. Он выполнен из фольги металла, температура плавления которого выше 1000°С, например никеля, вольфрама, молибдена и покрыт с внешней стороны высокоэмиссионным материалом 10, имеющим металлическую или порошкообразную структуру. На боковой поверхности цоколя 4 вмонтирован контакт 11, соединенный с анодом лампы 2 для подключения положительного полюса источника напряжения. На торце цоколя в электроизоляционной трубке расположен контакт 12, соединенный с полым катодом 6

для подключения отрицательного полюса

источника напряжения. Полый катод 6 и полусферический элемент 9, которые обраще- ны полостями друг к другу, а также гребешковая ножка 5 и цоколь 4 размещены по общей оси симметрии баллона. Объем лампы наполнен инертным газом до давления 9-10 2-2-10 2мм рт.ст.

Линии 13, 14 и 15 на фиг. 2 - линии пересечения электронных лучей с поверхностью колбы соответственно при давлении

5

0 5

0 5 0 5 0 5

0

5

наполняющего газа Pi, P2 и Рз и напряжении на электродах Ui, 1)2 и 1)з.

Параметры ламп, соответствующие случаю Ui. PI (см. фиг. 2), подобраны таким образом, что фокус полого катода, помещенного в цилиндрической части стеклянного баллона находится на оси симметрии лампы а в месте перехода цилиндрической части стеклянного баллона в его шарообразную часть. Свечение люминофора в области ниже линии 15 (см. фиг. 2), вызванное той частью электронов, которая не вошла в электронный луч, не менее интенсивное, чем в катодолюминесцентной лампе без полого элемента 9. Это объясняется тем, что параметры электронно-лучевого разряда в предлагаемой катодолюминесцентной лампе (напряжение и давление) обеспечивают большую энергию электронам, достигающим люминофорное покрытие. Другая часть электронов, сформировавшаяся в электронный луч, разогревает полусферический полый элемент, который, излучая электроны, обеспечивает увеличение светового потока, чем и достигается положительный эффект.

Форма, размеры и место установки полусферического полого элемента выбраны с учетом особенностей электронно-лучевого разряда с полым катодом и шарообразным анодом.

Формирование потока электронов, излучаемых полым катодом, распределение яркости по площади источника света, и энергетические характеристики лампы зависят от давления наполняющего газа и величины напряжения между электродами, необходимого для осуществления электронно-лучевого разряда.

Из фиг. 2 следует, что уменьшение давления, инертного газа в баллоне лампы от Pi до Рз вызывает необходимость увеличения напряжения зажигания лампы от Ui до Us. При этом плотность электронного тока в электронном луче увеличивается, и если при параметрах lh, Pi, удовлетворяющих режиму работы лампы наблюдается равномерное свечение по всей площади источника света (выше линии 13, фиг. 2), то в случае параметров Us,Рз наблюдается яркоепятно на куполе баллона по оси лампы, (выше линии 15 на фиг. 2). Основная часть излучаемых полым катодом электродов формируется в электронный луч, вызывая яркое свечение люминофора выше линии 13, 14, 15 (см. фиг. 2), а оставшаяся часть равномерно распределяется электрическим полем и вызывает менее интенсивное свечение ниже указанных линий в каждом из трех случаев соответственно. Контрастность свечения по обе стороны указанный линий хорошо различима визуально. Максимальная концентрация электронов в электронном луче наблюдается в точке его фокусировки F (см. фиг. 2), расстояние которой от катода по оси лампы может меняться в зависимости от параметров разряда в широких пределах, например, от поверхности кол бы (точка А) до положения F и не зависит от диаметра полого катода.

Диаметр пятна электронного луча в точке его фокусировки определяется при помощи стеклянного баллона с нанесенным на его внутреннюю поверхность светопрозрач- ным электропроводным покрытием, но без нанесения слоя люминофора - баллон должен просматриваться насквозь. Точка фокусировки электронного луча для конкретного соотношения давления в баллоне лампы и напряжения на электродах определяется визуально по свечению инертного газа, которое вызвано действием данного потока электронов и в точке его фокусировки (см. фиг. 2) имеет минимальное сечение. В эту точку помещается тонкая металлическая фольга с нанесенными миллиметровыми делениями или сетка с известными размерами ячейки, например 0,5 мм, выполненные из вольфрама или никеля. Бомбардировка электронами сетки или тонкой фольги, размещенных в точке фокусировки электронного луча в плоскости перпендикулярной направлению его распространения, вызывает их свечение. По ячейкам сетки или делениям на пластинке фольги визуально определяется диаметр пятна электронного луча в точке фокусировки.

Диаметр полусферического полого элемента Ьэл должен быть таким, чтобы его отношение к диаметру пятна dn электронного луча в точке фокусировки находилось в пределах 1,1 dn

1,2 . Экспериментально

установлено, что отклонение этого соотношения от указанных границ в меньшую сторону приводит к краевой дифракции электронов, а в большую сторону - к неравномерности нагрева полусферического элемента. В первом случае наблюдается неравномерность распределения электронов по поверхности люминофорного покрытия, а во втором случае - неравномерность плотности эмиссии термоэлектронов с поверхности полусферического элемента.

. Поверхность элемента, помещенного в точку фокусировки электронного луча, выбирается полусферической. В этом случае она будет эквидистантная эквипотенциальным поверхностям электрического поля, что обеспечит равномерное распределение термоэлектронов по поверхности люминофорного покрытия, и тем самым равномерную яркость поверхности источника света. Как указывалось выше, диаметр пятна электронного луча в точке его фокусировки определяется не диаметром полого катода или другим конструктивными элементами лампы, а взаимосвязью напряжения на электродах лампы и давления наполняющего газа. В связи с этим выразить диаметр полусферического полого элемента через линейные размеры конструктивных элементов лампы не представляется возможным. Для каждого конкретного соотношения напряжения на электродах и давления наполняющего газа, диаметр пятна электронного луча в точке его фокусировки и, соответственно, диаметр полусферического элемента в границах соотношения 1,1 1.2 опреОп

деляется экспериментально.

Экспериментально установлено, что для стеклянного баллона стандартных ламп накаливания мощностью 60 и 100 Вт диаметр D шарообразной части которых составляет 60 мм, диаметр пятна dn электронного луча в точке его фокусировки при напряжении питания 1400 В и давления наполняющего газа (аргон) мм рт.ст. составляет

5,2 мм. Расстояние от верхней кромки полого катода до нижней кромки полусферического полого элемента составило 12 мм.

Лампа работает следующим образом. При подаче на электроды лампы постоянного напряжения 1400 В возникает электронно-лучевой разряд с полым катодом. Та часть электронов, которая не сформировалась в электронный луч, с момента включения лампы вызывает свечение люминофора,

а электроны, сформировавшиеся в электронный луч, разогревают полусферический полый элемент 9, установленный в точке фокусировки луча. В результате разогрева элемента 9 с его внешней стороны, покрытой высокоэмиссионным материалом 10 эмиттируются термоэлектроны, которые движутся перпендикулярно к эквипотенциальной поверхности электрического поля в направлении анода 4, вызывая дополнительное свечение люминофора.

Формула изобретения

Катодолюмийёсцентная лампа, содержащая наполненный инертным газом стеклённый баллон, имеющий цилиндрическую Масть, переходящую в шарообразную, на внутреннюю поверхность которой нанесен анод, выполненный в виде свётопрозрачно- го электропроводного слоя и покрытый люминофором, и полый катод с рабочей поверхностью отрицательной кривизны в

каждой ее точке, покрытой высокоэмиссионным материалом, установленный внутр / баллона в месте перехода его шарообраз ной части в цилиндрическую, отличаю- щ и и с я тем, что, с целью повышена светоотдачи, она дополнительно снабжена полусферическим полым элементом, обра щенным вогнутой частью к полому катоду, установленным соосно с ним и покрытым с внешней стороны высокоэмиссионным материалом.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к катодолюминесцентным источникам света. Целью изобретения является повышение светоотдачи лампы. На внутреннюю поверхность шарообразной ча сти стеклянного баллона 1 нанесено свето- пропускающее электропроводное покрытие - анод 2, на который нанесен слой люминофора 3. Рабочая поверхность катода 6 покрыта высокоэмиссионным материалом. При подаче напряжения возникает электронно-лучевой разряд с полым катодом. Часть электронов вызывает свечение люминофора, а электроны, сформировавшиеся в электронный луч, разогревают полусферический полый элемент 9, установленный в точке фокусировки луча. В результате разогрева элемента 9 с его внешней стороны, покрытой высокоэмиссионным материалом, эмиттируются термоэлектроны, которые вызывают дополнительное свечение люминофора. 2 ил. В СО с