Устройство для получения оптического излучения

 

Изобретение относится к источникам видимого излучения, которые находят широкое применение в проекторах, лампах подсветки жидкокристаллических экранов, дисплеях, элементах световых табло. Техническим результатом является повышение эффективности преобразования электрической энергии в оптическое излучение при низких напряжениях, повышение надежности и технологичности конструкции. Устройство для получения оптического излучения содержит заполненную газом камеру, расположенные напротив катод, выполненный в виде полос, и анод. Поверхности, на которых расположены электроды, включая и поверхность самих электродов, покрыты слоем фотолюминофора. Расстояние L между электродами определяется из условия равенства его энергетической длине пробега электрона путем подбора давления излучающего газа и напряжения U между электродами меньшим, чем I/е, где I - потенциал ионизации атомов или молекул газа, а е - заряд электрона. Катод выполнен автоэмиссионным в виде параллельных полос, ширина d которых определяется из условия Ed=U, где Е - напряженность электрического поля вблизи поверхности катодных полос, достаточная для обеспечения необходимой автоэмиссии, а расстояние между полосами больше или равно L, при этом полоса может быть выполнена в виде нанесенной на диэлектрическую подложку металлической пленки, покрытой в свою очередь алмазно-углеродной или углеродной пленкой. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

Источники оптического излучения находят широкое применение в промышленности. В частности, излучение вакуумного ультрафиолетового диапазона используется для травления резисторов в микроэлектронике, для стерилизации расходных материалов, инструментов и оборудования в медицине. Источниками видимого излучения различного спектрального состава являются осветительные приборы и различного рода информационные экраны. Одним из наиболее распространенных источников оптического излучения являются газоразрядные источники. Распространены, например, люминесцентные лампы видимого диапазона, представляющие собой обычно газовый разряд в благородном газе низкой плотности с добавками ртути, ультрафиолетовое излучение которого с помощью люминофора конвертируется в видимое излучение. Тот же принцип применяется и в производстве плазменных дисплеев, где используется тот же тип разряда, но без ртути и при более высоких давлениях газа. Широта применений делает важным создание эффективного, компактного источника оптического излучения.

Известное устройство оптического излучения малого давления, например флуоресцентная газоразрядная лампа [1], имеет ряд недостатков, в частности ртутные загрязнения, возникающие при разрушении лампы.

Известно устройство для получения оптического излучения, состоящее из камеры, заполненной излучающим газом, с расположенными напротив друг друга, по крайней мере, двумя электродами, катодом и анодом, по крайней мере, один из которых выполнен прозрачным для излучения [2]. Оптическое излучение возникает в результате возбуждения газа в разряде. Недостатком устройства является низкая эффективность преобразования электрической энергии в излучение.

Целью предлагаемого изобретения является повышение эффективности преобразования электрической энергии в оптическое излучение при низких напряжениях питания при высокой надежности и технологичности конструкции.

Предлагаемое устройство оптического излучения состоит из камеры, заполненной излучающим газом, например каким-либо благородным газом, с расположенными напротив друг друга, по крайней мере, двумя электродами - катодом и анодом. По крайней мере, одна из поверхностей, на которой расположены электроды, включающая поверхность самих электродов, прозрачна для излучения газа или излучения люминофора. Расстояние между электродами L определяется из условия равенства его энергетической длине пробега электрона путем подбора давления излучающего газа и напряжения U между электродами меньшим, чем I/е, где I - потенциал ионизации атомов или молекул газа, а е - заряд электрона. Катод выполнен автоэмиссионным в виде параллельных полос, ширина которых d определяется из условия Ed= U, где Е - напряженность электрического поля вблизи поверхности катодных полос, достаточная для обеспечения необходимой автоэмиссии, а расстояние между полосами больше или равно L, при этом полоса может быть выполнена в виде нанесенной на диэлектрическую подложку металлической пленки, покрытой в свою очередь алмазно-углеродной или углеродной пленкой. Поверхности, на которых расположены электроды, прозрачные для излучения газа, включая и поверхность самих электродов, могут быть покрыты фотолюминофором с внешней стороны. При выполнении поверхностей, на которых расположены электроды, включая и поверхность самих электродов, прозрачными для излучения люминофора, они покрыты фотолюминофором с внутренней стороны.

Изобретение поясняется чертежом, на котором схематично изображено устройство для получения оптического видимого излучения, состоящее из источника питания (1), заполненной газом камеры (2), поверхностей (3), на которых расположены катод, выполненный в виде полос (4), и анод (5) и фотолюминофор (6). Полосы (4) катода должны быть выполнены из материала, который обеспечивает максимально высокую эффективность эмиссии электронов.

Для получения высокой эффективности необходимо обеспечить условия, при которых значительная часть вложенной энергии идет на возбуждение излучающих состояний газа. Этого можно добиться за счет выбора подходящего диапазона давлений газа и размеров устройства. Напряженность электрического поля у катода Е должна быть достаточно велика для появления значительного тока автоэмиссии (E ~ 2-10 В/мкм при использовании холодноэмиссионного пленочного катода). Выполнение автоэмиссионного катода в виде полос позволяет использовать условия радиального распределения напряженности электрического поля, за счет чего возможно подобрать такие расстояние между электродами, которые позволят обеспечить технологичность и надежность устройства.

Излучение, полученное за счет возбуждения частиц газа электронами, может быть выведено через прозрачные электроды или преобразовано в излучение другого диапазона за счет возбуждения излучающих состояний люминофора.

За счет подбора рабочих параметров катода ток электронов поддерживается на заданном уровне. Эти электроны дрейфуют под действием напряжения, приложенного между полосами (4) катода и анодом (5) и вызывают возбуждение ультрафиолетового излучение газа, заполняющего камеру (2), с последующим возбуждением фотолюминофора (5). Постоянное или импульсное электрическое напряжение прикладывается от источника питания (1). Рабочий диапазон напряжений может быть от нескольких до десятков вольт. Минимальное напряжение определяется величиной порога возбуждения нижнего излучающего состояния, в ксеноне это 8.5 эВ, а максимальное - условием возникновения самостоятельного разряда. Яркость источника растет с увеличением напряжения между электродами, а при фиксированном напряжении с ростом величины электрического поля в зазоре. В случае импульсного напряжения яркость также может контролироваться частотой следования импульсов и изменением длительности импульса.

Предлагаемое устройство оптического излучения будет иметь широкий диапазон применений: от медицины до высоких технологий, где необходимы источники света разного спектрального диапазона с управляемой яркостью. Возможно использование предлагаемого устройства оптического излучения в проекторах, лампах подсветки жидкокристаллических экранов, дисплеях, элементах световых табло, где необходима высокая яркость, в компактных и автономных источниках света, где возможно использование только низкого напряжения. Оно может также использоваться в любых применениях, где важно иметь источник излучения с большой апертурой.

Источники информации 1. Рохлин Г. Н. Разрядные источники света. Энергоатомиздат, 1991, стр. 392.

2. Добрецов Л.Н., Гамаюнова М.В. Эмиссионная электроника, Москва: Наука, 1966, стр. 245.

Формула изобретения

1. Устройство для получения оптического излучения из камеры, заполненной излучающим газом, с расположенными напротив друг друга, по крайней мере, двумя электродами, катодом и анодом, при этом, по крайней мере, одна из поверхностей, на которой расположены электроды, включая поверхность самих электродов, прозрачна для излучения, отличающееся тем, что расстояние L между электродами определяется из условия равенства его энергетической длине пробега электрона путем подбора давления излучающегося газа и напряжения U между электродами меньшим, чем I/е, где I - потенциал ионизации атомов или молекул газа, е - заряд электрона, а катод выполнен автоэмиссионным в виде параллельных проводящих полос, ширина d которых определяется из условия Ed = U, где Е - напряженность электрического поля вблизи поверхности катодных полос, достаточная для обеспечения автоэмиссии, а расстояние между полосами больше или равно L.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что полосы выполнены в виде нанесенной на диэлектрическую подложку металлической пленки, покрытой в свою очередь алмазно-углеродной или углеродной пленкой.

3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что, по крайней мере, поверхность, на которой расположены электроды, включающая поверхность самих электродов, выполнена прозрачной для излучения газа и покрыта слоем фотолюминофора с внешней стороны.

4. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что, по крайней мере, поверхность, на которой расположены электроды, включающая поверхность самих электродов, выполнена прозрачной для излучения люминофора и покрыта слоем фотолюминофора с внутренней стороны.

РИСУНКИ

Рисунок 1

NF4A Восстановление действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение

Дата, с которой действие патента восстановлено: 27.02.2007

Извещение опубликовано: 27.02.2007        БИ: 06/2007

MM4A Досрочное прекращение действия патента из-за неуплаты в установленный срок пошлины заподдержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 29.05.2009

Дата публикации: 27.08.2011




 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области электротехники

Изобретение относится к области электротехники

Изобретение относится к устройствам и способам создания источников света высокой яркости за счет облучения люминофоров электронным пучком

Изобретение относится к источникам света высокой яркости

Изобретение относится к светотехнике, в частности к разработке катодолюминесцентных источников света, предназначенных для использования в целях светосигнализации, иллюминации, светоцветовой рекламы, художественного светового оформления, в качестве источника света для крупномасштабных цветных информационных систем коллективного обозрения, а также для местного бытового освещения

Изобретение относится к электротехнике , в частности к катодолюминесцентным источникам света

Изобретение относится к электротехнике , в частности к катодолюминесцентным источникам света

Изобретение относится к электротехнике , в частности к катодолюминес-i центным источникам света

Изобретение относится к электротехнике , в частности к производству катодолюминесцентных источников света

Изобретение относится к электротехнике , з частности к катодолюминесцентным источникам Criers

Изобретение относится к области источников оптического излучения, находящих широкое применение в промышленности, а именно в микроэлектронике, в медицине, в производстве осветительных приборов

Изобретение относится к области источников оптического излучения, находящих широкое применение в промышленности, а именно в микроэлектронике, в медицине, в производстве осветительных приборов

Изобретение относится к светотехнике и может быть использовано в осветительных устройствах, а также в виде светящихся элементов цветных, монохромных, динамических и статических видеоэкранов информационных табло

Изобретение относится к источникам оптического излучения и предназначено для освещения и/или формирования изображений с помощью дисплеев различных конструкций и назначений

Изобретение относится к области светотехники, а именно: к источникам света, предназначенным для обычного и декоративного освещения, использования в качестве индикаторов, в составе средств визуального отображения информации и для других целей, требующих использования оптического излучения

Изобретение относится к светотехнике и может быть использовано при создании осветительных приборов бытового и промышленного назначения для улучшения их потребительских качеств: получения свечения с заданным комфортным спектром, например разных оттенков теплого и холодного белого, с повышенной равномерностью или требуемой неравномерностью

Изобретение относится к энергосберегающим светотехническим приборам

Изобретение относится к осветительной технике и может быть использовано для освещения, декоративной подсветки и световой сигнализации, в том числе с цветовым кодированием
Наверх