RU2260224C2

RU2260224C2 - Cathode-ray fluorescent lamp

Info

Publication number: RU2260224C2
Application number: RU2003102409/09A
Authority: RU
Inventors: Е.П. Шешин (RU); Е.П. Шешин; Ю.И. Тишин (RU); Ю.И. Тишин; Н.Н. Чадаев (RU); Н.Н. Чадаев
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Юник Ай Сиз"
Priority date: 2003-01-29
Filing date: 2003-01-29
Publication date: 2005-09-10

Abstract

FIELD: lighting engineering; lighting devices and components of color, monochromatic, dynamic, and static video displays, data display panels.

SUBSTANCE: novelty is that device incorporating fluorescent anode disposed in evacuated bulb and provided with high-voltage bushing, modulator with diaphragm and lead, as well as cathode and modulator fastening and aligning members has its fastening and aligning members made of or covered with conducting material except for insulating regions of minimal size sufficient to eliminate electrical breakdown at operating voltages across anode, modulator, and cathode; conducting regions of these members are electrically connected to modulator and cathode leads or to separate leads. Cathode can be made of bundle of carbon fibers with fibrils at ends, 250 to 1000 Å in length, 20 to 59 Å in diameter, placed in conducting sheath electrically connected to cathode lead, or in insulating sheath covered with conducting material throughout bundle length except for electron-emitting fiber bundle end. Fastening and aligning members may be provided with at least one aligning washer; contact assembly of cathode can be made of conducting material applied to end of carbon fiber bundle opposing electron-emitting end and metal ring rigidly coupled with aligning washer by means of conducting supports.

EFFECT: enhanced stability and service life of fluorescent lamps.

3 cl, 2 dwg

Description

Настоящее изобретение относится к светотехнике и может быть использовано в осветительных устройствах, а также в качестве светящихся элементов цветных, монохромных, динамических и статических видеоэкранов, информационных табло.The present invention relates to lighting engineering and can be used in lighting devices, as well as as luminous elements of color, monochrome, dynamic and static video screens, information boards.

Известны катодолюминесцентные излучающие лампы, описанные в патентах США: № 5,877,588 «Автокатод и источник света с автокатодом» и № 6,359,383 «Дисплей с катодом из нанотрубок и метод его изготовления».Known cathodoluminescent emitting lamps described in US patents: No. 5,877,588 "Autocathode and light source with an autocathode" and No. 6,359,383 "Display with a cathode of nanotubes and a method for its manufacture."

Наиболее близким к заявляемому изобретению является патент РФ № 2180145 «Автоэмиссионное устройство», в котором содержится описание основной части лампы - автоэмиссионное устройство, содержащее размещенные в вакуумной колбе автоэмиссионный катод из пучка углеродных волокон, анод, модулятор с отверстием, выводы катода, анода и модулятора, изолирующие, крепящие и центрирующие элементы.Closest to the claimed invention is RF patent No. 2180145 "Field emission device", which contains a description of the main part of the lamp - field emission device containing a field emission cathode from a bundle of carbon fibers placed in a vacuum flask, an anode, a modulator with a hole, leads of the cathode, anode and modulator , insulating, fastening and centering elements.

Однако известное устройство имеет следующие недостатки: нестабильность и малый срок службы в связи с несовершенной структурой эмитирующей поверхности автоэмиссионного катода (далее катода) из-за неконтролируемых изменений распределения электрического поля в области катода, вызываемых несовершенством центровки модулятора и катода, а также возникновением паразитных зарядов в примыкающих к катоду и модулятору деталях и недостаточной виброустойчивостью. Перечисленные факторы увеличивают рабочие напряжения, ухудшают модуляционные свойства и не позволяют получить автоэмиссию с повторяемыми характеристиками.However, the known device has the following disadvantages: instability and short service life due to the imperfect structure of the emitting surface of the field-emission cathode (hereinafter referred to as the cathode) due to uncontrolled changes in the distribution of the electric field in the cathode region caused by imperfect alignment of the modulator and cathode, as well as the occurrence of spurious charges in details adjacent to the cathode and modulator and insufficient vibration resistance. The listed factors increase operating voltages, worsen modulation properties and do not allow to obtain field emission with repeatable characteristics.

Техническим результатом настоящего изобретения является улучшение стабильности и долговечности люминесцентных ламп.The technical result of the present invention is to improve the stability and durability of fluorescent lamps.

Указанный результат достигается за счет того, что в известном устройстве, содержащем, размещенные в вакуумной колбе люминесцентный анод с высоковольтным вводом, модулятор с диафрагмой и выводом, катод с выводом, элементы, крепящие и центрирующие катод и модулятор, предложено элементы крепящие и центрирующие выполнить из электропроводного материала или с электропроводным покрытием кроме неэлектропроводных изолирующих областей, имеющих минимальные размеры, достаточные для исключения электрического пробоя при рабочих напряжениях на аноде, модуляторе и катоде, причем проводящие элементы электрически соединить с выводами модулятора, катода или с отдельными выводами.This result is achieved due to the fact that in a known device containing, placed in a vacuum flask, a luminescent anode with a high voltage input, a modulator with a diaphragm and output, a cathode with output, elements that attach and center the cathode and modulator, it is proposed that the fastening and centering elements be made of electrically conductive material or with an electrically conductive coating, in addition to non-conductive insulating regions having minimum dimensions sufficient to exclude electrical breakdown at operating voltages at an ode, a modulator and a cathode, moreover, the conductive elements are electrically connected to the terminals of the modulator, cathode or to individual terminals.

Дополнительно предложено катод выполнить из пучка углеродных волокон с фибриллами на торцах с длиной 250÷1000Е и диаметром 20÷50 Е, заключенного в проводящую оболочку, электрически соединенную с выводом катода, или в оболочку из диэлектрика с проводящим покрытием по длине пучка, кроме части пучка волокон, эмитирующей электроны.In addition, it was proposed that the cathode be made of a bundle of carbon fibers with fibrils at the ends with a length of 250 ÷ 1000 Е and a diameter of 20 ÷ 50 Е, enclosed in a conductive shell electrically connected to the cathode lead, or in a shell made of a dielectric with a conductive coating along the length of the beam, except for part of the beam fibers emitting electrons.

Также предложено в качестве крепящих и центрирующих элементов применить, по крайней мере, одну центрирующую шайбу, в отверстии которой соосно с диафрагмой модулятора размещены катод и элементы с изолирующими областями, расположенные в пазах по периметру центрирующей шайбы и модулятора, и крепящие их, при этом контактный узел, электрически соединяющий катод с катодным выводом, предложено выполнить из электропроводящего вещества, нанесенного на противоположный от эмиттера конец пучка углеродных волокон, и контактирующей с ним металлической обечайки, которая посредством электропроводных траверс жестко связана с электропроводной центрирующей шайбой, контактирующей с катодным выводом.It is also proposed to use at least one centering washer as fastening and centering elements, in the hole of which a cathode and elements with insulating regions located in grooves around the center of the centering washer and modulator are placed coaxially with the diaphragm of the modulator, and fixing them, while contact the unit electrically connecting the cathode to the cathode terminal is proposed to be made of an electrically conductive substance deposited on the end of the carbon fiber bundle opposite from the emitter and the metal in contact with it Coy ferrules, which by means of electrically conductive traverse is rigidly connected to the electrically conductive centering washer contacting the cathode terminal.

Улучшение стабильности и увеличение долговечности катодолюминесцентной лампы достигается за счет того, что элементы крепящие и центрирующие выполнены из электропроводного материала или имеют электропроводное покрытие кроме неэлектропроводных изолирующих областей, причем проводящие изолированные друг от друга области, расположенные вблизи модулятора и катода, электрически соединены соответственно с выводами модулятора и катода в простейшем случае или с отдельными выводами, на которые подаются фиксированные потенциалы, позволяющие дополнительно оптимизировать формирование электронного пучка. Это приводит к тому, что на указанных деталях не могут скапливаться и храниться паразитные заряды, вызванные попадающими на них электронами, а неэлектропроводные изолирующие области, в которых могут накапливаться заряды, предложено выполнять с минимальными размерами, достаточными для исключения электрического пробоя при рабочих напряжениях на аноде, модуляторе и катоде.Improving the stability and increasing the durability of the cathodoluminescent lamp is achieved due to the fact that the fastening and centering elements are made of electrically conductive material or have an electrically conductive coating in addition to non-conductive insulating regions, and the conductive regions isolated from each other located near the modulator and the cathode are electrically connected respectively to the terminals of the modulator and the cathode in the simplest case or with separate leads to which fixed potentials are applied, allowing e further optimize the formation of the electron beam. This leads to the fact that parasitic charges caused by electrons incident on them cannot be accumulated and stored on the indicated parts, and it is proposed to perform non-conductive insulating regions in which charges can accumulate with minimum dimensions sufficient to exclude electrical breakdown at operating voltage on the anode modulator and cathode.

Дополнительный признак изобретения направлен на повышение долговечности катодолюминесцентной лампы. Катод, выполненный из пучка углеродных волокон с фибриллами на торцах с длиной

и диаметром

обладает повышенной надежностью из-за большего среднего числа самовосстанавливающихся эмиттирующих электроны фибрилл, а проводящая оболочка, электрически соединенная с выводом катода или оболочка из диэлектрика, но с проводящим покрытием с аналогичным соединением, предотвращает ее от накопления паразитных зарядов.An additional feature of the invention is aimed at increasing the durability of the cathodoluminescent lamp. A cathode made of a bundle of carbon fibers with fibrils at the ends with a length of

and diameter

It has increased reliability due to the larger average number of self-healing electron-emitting fibrils, and a conductive shell electrically connected to the cathode terminal or a dielectric sheath, but with a conductive coating with a similar compound, prevents it from accumulating parasitic charges.

Другой дополнительный признак изобретения улучшает стабильность, надежность и вибропрочность лампы за счет того, что крепящие и центрирующие элементы обеспечивают жесткую, точно сцентрированную конструкцию, благодаря центрирующей шайбе, в отверстии которой соосно с диафрагмой модулятора размещен катод, и элементам с изолирующими областями, крепящим центрирующую шайбу с катодом и модулятор по их периметру.Another additional feature of the invention improves the stability, reliability and vibration resistance of the lamp due to the fact that the fastening and centering elements provide a rigid, precisely centered design, thanks to the centering washer, in the hole of which the cathode is aligned with the diaphragm of the modulator, and to elements with insulating regions fastening the centering washer with a cathode and a modulator around their perimeter.

Перечень графических материалов, иллюстрирующих заявляемое изобретение: на Фиг.1 приведена конструкция катодолюминесцентной излучающей лампы; на Фиг.2 - детали предлагаемой конструкции.The list of graphic materials illustrating the claimed invention: Figure 1 shows the design of a cathodoluminescent emitting lamp; figure 2 - details of the proposed design.

Катодолюминесцентная излучающая лампа (см. Фиг.1 и 2) содержит в вакуумной колбе 1 люминесцентный анод 2 с высоковольтным вводом 3, модулятор 4 с диафрагмой, контактный вывод 5 катода, контактный вывод 6 модулятора, катод 7, состоящий из пучка углеродных волокон 8 и диэлектрической обечайки 9, покрывающей пучок углеродных волокон по его длине кроме торцевых частей, одна из которых является эмиттирующей 10, а другая контактной, центрирующую шайбу 11, изолирующие элементы 12, расположенные в пазах по периметру центрирующей шайбы 11 и модулятора 4, и крепящие их, контактный узел, электрически соединяющий катод 7 с выводом 5 катода 7 через электропроводное вещество 13, нанесенное на противоположный от эмиттера 10 конец пучка углеродных волокон 8 и контактирующую с ним металлическую обечайку 14, электропроводные траверсы 15 и жестко связанную с ней электропроводную центрирующую шайбу 11. Все элементы 9, 11, 12, 14, 15, крепящие и центрирующие, выполнены из электропроводного материала или имеют электропроводное покрытие 16 кроме изолирующих областей 17 изолирующих элементов 12, имеющих минимальные размеры, достаточные для исключения электрического пробоя при рабочих напряжениях на аноде, модуляторе и катоде, причем изолированные друг от друга проводящие области этих элементов соединены с выводами модулятора 5, катода 6 или с отдельными выводами.The cathodoluminescent emitting lamp (see Figs. 1 and 2) contains in the vacuum flask 1 a luminescent anode 2 with a high-voltage input 3, a modulator 4 with a diaphragm, a pin 5 of the cathode, pin 6 of the modulator, cathode 7, consisting of a bundle of carbon fibers 8 and dielectric shell 9, covering a bundle of carbon fibers along its length except the end parts, one of which is emitting 10, and the other contact, centering washer 11, insulating elements 12 located in the grooves around the perimeter of the centering washer 11 and modulator 4, and crepe The contact node, electrically connecting the cathode 7 to the terminal 5 of the cathode 7 through an electrically conductive substance 13, deposited on the end of the carbon fiber bundle 8 opposite the emitter 10 and the metal shell 14 in contact with it, the electrically conductive traverses 15 and the electrically conductive centering washer rigidly connected to it 11. All elements 9, 11, 12, 14, 15, fastening and centering, are made of electrically conductive material or have an electrically conductive coating 16 in addition to the insulating regions 17 of the insulating elements 12 having minimum dimensions sufficient to eliminate electrical breakdown at operating voltages at the anode, modulator and cathode, moreover, the conductive regions of these elements isolated from each other are connected to the terminals of the modulator 5, cathode 6 or to individual terminals.

Прелагаемая катодолюминесцентная лампа работает следующим образом.The proposed cathodoluminescent lamp operates as follows.

Между модулятором 4 и анодом 2 прикладывается разность потенциалов, как правило, положительный потенциал к аноду, отрицательный - к модулятору. Управляющая интенсивностью свечения лампы разность потенциалов прикладывается к промежутку катод 7 - модулятор 4, причем положительный потенциал - к модулятору, отрицательный потенциал - к катоду. Под действием управляющей разности потенциалов между катодом и модулятором у поверхности торцов углеродных волокон 10 создается электрическое поле, достаточное для туннельной (автоэлектронной) эмиссии электронов проводимости из фибрилл углеродных волокон в вакуумный промежуток катод 7 - модулятор 4. Ускоренные разностью потенциалов между катодом и модулятором электроны частично проходят через диафрагму модулятора 4 в вакуумный промежуток модулятор 4 - анод 2. В этом промежутке электроны дополнительно ускоряются разностью потенциалов между модулятором и анодом до энергии, необходимой для эффективного возбуждения люминофора, входящего в состав анода 2. Под действием электронной бомбардировки люминесцентный анод 2 излучает свет.Between the modulator 4 and the anode 2, a potential difference is applied, as a rule, a positive potential to the anode, negative - to the modulator. A potential difference controlling the intensity of the lamp glow is applied to the gap between the cathode 7 — modulator 4, and the positive potential — to the modulator, and the negative potential — to the cathode. Under the action of the control potential difference between the cathode and the modulator, an electric field is created at the surface of the ends of the carbon fibers 10 for tunneling (field-emission) emission of conduction electrons from the carbon fiber fibrils into the vacuum gap. The cathode 7 is modulator 4. Partially accelerated potential difference between the cathode and the modulator pass through the diaphragm of modulator 4 into the vacuum gap; modulator 4 - anode 2. In this gap, the electrons are additionally accelerated by the potential difference m forward modulator and the anode to the energy required for the effective excitation of the phosphor constituting the anode 2. Under the action of electron bombardment luminescent anode 2 emits light.

Преимущество предложенной конструкции состоит в том, что все вспомогательные детали, расположенные у катода 7 и модулятора 4, не создают неконтролируемых искажающих полей, вызываемых зарядами из захваченных электронов, так как они выполнены из проводящих материалов или имеют проводящее покрытие 16, и соединены с выводами, имеющими фиксированные потенциалы, кроме минимальных изолирующих областей 17 на изолирующих элементах 12.The advantage of the proposed design is that all the auxiliary parts located near the cathode 7 and the modulator 4 do not create uncontrolled distorting fields caused by charges from trapped electrons, since they are made of conductive materials or have a conductive coating 16, and are connected to the terminals, having fixed potentials, in addition to the minimum insulating regions 17 on the insulating elements 12.

Преимущество также состоит в том, что катод выполнен вибропрочным и точноцентрируемым, т.к. состоит из пучка углеродных волокон, заключенного в диэлектрическую, в частности стеклянную, оболочку с достаточным для центровки диаметром, а эмиттирующая поверхность торца пучка, состоящая из множества фибрилл, по мере постепенного разрушения в процессе эксплуатации самовосстанавливается с сохранением общего среднего числа эмитирующих фибрилл.The advantage also lies in the fact that the cathode is made of vibration-resistant and precisely centered, because consists of a bundle of carbon fibers enclosed in a dielectric, in particular glass, sheath with a diameter sufficient for centering, and the emitting surface of the end of the bundle, consisting of many fibrils, self-restores with the gradual destruction during operation while maintaining the total average number of emitting fibrils.

Настоящее описание изобретения, в т.ч. состава и работы устройства, включая предлагаемый вариант его исполнения, предполагает дальнейшее возможное совершенствование специалистами и не содержит каких-либо ограничений в части реализации. Все притязания сформулированы исключительно в формуле изобретения.The present description of the invention, including the composition and operation of the device, including the proposed version of its execution, involves further possible improvement by specialists and does not contain any restrictions in terms of implementation. All claims are formulated solely in the claims.

Claims

1. Катодолюминесцентная излучающая лампа, содержащая в вакуумной колбе люминесцентный анод с высоковольтным выводом, модулятор с диафрагмой и выводом, катод с выводом, элементы, крепящие и центрирующие катод и модулятор, отличающаяся тем, что элементы крепящие и центрирующие выполнены из электропроводного материала или имеют электропроводное покрытие кроме изолирующих областей, имеющих минимальные размеры, достаточные для исключения электрического пробоя при рабочих напряжениях на аноде, модуляторе и катоде, причем проводящие области этих элементов электрически соединены с выводами модулятора, катода или с отдельными выводами.1. A cathodoluminescent emitting lamp containing in a vacuum bulb a luminescent anode with a high voltage output, a modulator with a diaphragm and a lead, a cathode with a lead, elements fastening and centering the cathode and a modulator, characterized in that the fastening and centering elements are made of electrically conductive material or are electrically conductive the coating in addition to insulating areas having a minimum size sufficient to exclude electrical breakdown at operating voltages at the anode, modulator and cathode, and the conductive areas these elements are electrically connected to terminals of the modulator, or with a separate cathode terminals.

2. Катодолюминесцентная излучающая лампа по п.1, отличающаяся тем, что катод выполнен из пучка углеродных волокон с фибриллами на торцах с длиной 250-1000 Å и диаметром 20-50 Å, заключенного в проводящую оболочку, электрически соединенную с выводом катода или в оболочку из диэлектрика с проводящим покрытием по длине пучка, кроме конца пучка волокон, эмиттирующего электроны.2. The cathodoluminescent emitting lamp according to claim 1, characterized in that the cathode is made of a bundle of carbon fibers with fibrils at the ends with a length of 250-1000 Å and a diameter of 20-50 Å, enclosed in a conductive sheath, electrically connected to the output of the cathode or in the sheath from a dielectric with a conductive coating along the length of the beam, except for the end of the fiber bundle emitting electrons.

3. Катодолюминесцентная излучающая лампа по любому из пп.1 и 2, отличающаяся тем, что элементы крепящие и центрирующие содержат, по крайней мере, одну центрирующую шайбу, в отверстии которой соосно с диафрагмой модулятора размещен катод и элементы с изолирующими областями, расположенные в пазах по периметру центрирующей шайбы и модулятора, при этом контактный узел катода выполнен в виде электропроводного вещества, нанесенного на конец пучка углеродных волокон, противоложный концу, эмиттирующему электроны, и металлической обечайке, жестко связанной с центрирующей шайбой посредством электропроводных траверс.3. A cathodoluminescent emitting lamp according to any one of claims 1 and 2, characterized in that the fastening and centering elements contain at least one centering washer, in the hole of which a cathode and elements with insulating regions located in the grooves are aligned with the diaphragm of the modulator along the perimeter of the centering washer and modulator, while the contact node of the cathode is made in the form of an electrically conductive substance deposited on the end of the carbon fiber bundle, opposite to the end emitting electrons, and the metal shell, rigidly connected to the centering washer by means of conductive traverse.