Brevet FR2749436A1 — publié le 19971205

La présente invention concerne une électrode à cathode froide pour lampe à décharge. Des lampes a décharge comportent deux électrodes espacées l'une de l'autre dans une enveloppe étanche contenant un gaz de décharge, ou un mélange de gaz à pression réduite. Lorsqu'une tension suffisante est appliquée entre les deux électrodes, une décharge se produit dans le gaz, provoquant un rayonnement. Habituellement, le rayonnement est principalement dans la gamme UV ou VUV et, lorsqu'une lumière visible est nécessaire, I'enveloppe est recouverte d'une matière phosphorescente qui est fluorescente sous une irradation UV et produit de la lumière visible. Les électrodes peuvent être chauffées de façon que des électrons soient émis depuis la cathode par émission primaire. Par contraste, avec des élec- trodes à cathode froide, un bombardement ionique de la cathode provoque une émission secondaire d'électrons. Bien que les lampes à cathode chaude ont une efficacité électrique plus grande, les lampes à cathode froide ont l'avantage d'avoir une durée de vie plus longue. Un exemple de lampe à cathode froide est décrit, par exemple, dans GB 2 244 855. A cause de l'effi- cacité électrique relativement faible des lampes à cathode froide, tout ce qui peut être fait pour augmenter la production d'électrons par la cathode est particulièrement important pour les performances de la lampe. Un objet de la présente invention est de réaliser une électrode à cathode froide améliorée et une lampe comportant une électrode améliorée. Selon la présente invention, il est fourni une électrode à cathode froide pour une lampe à décharge, caractérisée en ce que l'électrode a une surface exposée substantiellement en une matière diamantée de façon à augmenter le rendement électronique secondaire. L'électrode comporte de préférence un substrat métallique, tel que du molybdène, du titane ou du nickel, la surface diamantée comportant une couche de diamant sur le substrat. La surface peut être lisse ou rugueuse. L'électrode peut être creuse et la surface peut être sur l'intérieur d'un tube en matière diamantée. L'électrode peut comporter un substrat métallique hélicoïdal et une couche essentiellement en matière diamantée sur le substrat hélicoïdal. L'électrode peut avoir un substrat en nickel, et la surface diamantée com- porter une couche suffisamment fine pour être transparente aux photons, permettant ainsi aux photons de frapper le substrat en nickel et de promouvoir l'injection d'électrons du nickel dans le diamant. Une lampe à décharge à cathode froide comportant deux électrodes selon la présente invention est maintenant décrite au moyen d'exemples et en réfé- rence aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une vue latérale partiellement en coupe de la lampe, - la figure 2 est une vue latérale en coupe d'une cathode de la lampe, et - les figures 3 à 6 sont des vues latérales d'autres modes de réalisation de cathodes de la lampe. En référence à la figure 1, il est illustré une lampe à décharge à cathode froide ayant une enveloppe tubulaire 1 en verre, de section circulaire, con- tenant deux électrodes 2 et 3 placées aux extrémités opposées de l'enve- loppe, séparées par un espace de décharge. L'enveloppe 1 est scellée à ses extrémités pour enfermer un volume de gaz de décharge ou de mélange de gaz à une pression supérieure à 1 torr et de préférence comprise entre environ 1 torr et 20 torr. Cette pression est considérablement plus grande que la pression dans les dispositifs à émission de champ, qui est d'environ 10-7 torr, dans lesquels il est nécessaire de réduire à un minimum la quantité d'ions chargés bombardant la cathode. L'intérieur de l'enveloppe 1 est recou- verte d'une couche 4 en matière phosphorescente. Les électrodes 2 et 3 sont connectées à une alimentation électrique 5, qui fournit une tension alternative entre les électrodes de sorte que chaque électrode opère alternativement comme cathode. En référence à la figure 2, les électrodes 2, 3 comportent une plaque ou un substrat 20 de métal tel que du molybdène ou du titane. La plaque 20 est montée par sa surface arrière sur un support 21 s'étendant à l'extérieur de l'extrémité de l'enveloppe et fournissant un circuit électrique aux électrodes. Les électrodes 2 et 3 sont montées de façon axiale dans l'enveloppe 1, la surface frontale de chaque électrode se faisant face. La surface frontale de la plaque 20 de chaque électrode est recouverte d'une fine couche 22 lisse de matière diamantée de grande pureté par un procédé de dépôt par vapeur chimique (CVD). La matière diamantée de la couche 22 a un rendement électronique secon- daire activement très élevé comparé aux revêtements d'émission de cathodes froides conventionnelles. Cela signifie que la tension de chute de la cathode dans la lampe est réduite, permettant ainsi de réduire la puissance totale nécessitée par la lampe. Le diamant est également très stable chimiquement. Ceci réduit la quantité de matière émise par les cathodes par bombardement ionique et réduit ainsi la contamination de la décharge. Cela réduit également la quantité de matière émise déposée sur le phosphore 4 de sorte que les propriétés de transmission du phosphore ne sont pas dégradées aussi rapi- dement que dans les lampes conventionnelles et que la durée de vie de la lampe est ainsi augmentée. Le diamant a également une conductibilité thermique très élevée de sorte que la chaleur produite par le bombardement ionique est rapidement évacuée vers le substrat 20, même pour des courants relativement forts, sans surchauffe. Les électrodes peuvent prendre différentes formes, comme cela est illustré par exemple par la figure 3. Dans cet exemple, l'électrode 2' a une plaque ou un substrat 25 similaire à la plaque 20 illustrée par la figure 2, excepté que la surface frontale 26 est rendue rugueuse par une série de gorges ou de profils similaires. La couche de diamant 27 est formée sur la surface supérieure de cette surface rugueuse 26 de sorte qu'elle suit la surface et qu'elle est elle- même rugueuse sur sa surface frontale. Cette surface profilée rugueuse forme en effet une série de petits creux sur la surface de l'électrode, ce qui est connu pour augmenter la production d'électrons. La figure 4 illustre une autre électrode 2" réalisée sous la forme d'une coque creuse ou d'une boîte 30 en un métal tel que du molybdène ou du titane. La boîte 30 est fermée à son extrémité arrière, o elles est supportée, et ouverte à son extrémité avant, les extrémités avant des deux électrodes se faisant face l'une l'autre. L'intérieur de l'électrode est recouvert d'une couche 31 de matière diamantée. La figure 5 illustre également une électrode creuse 2"' ayant un tube 40 de matière diamantée. Le tube 40 peut être formé en déposant un film de diamant sur un coeur en céramique ou en métal qui est ensuite retiré pour que le diamant forme un tube. La surface extérieure du tube 40 est recou- verte d'une couche 41 d'un métal à potentiel de sortie élevé, et l'extrémité arrière du tube est fermée par une fiche métallique 42 fixée au support 43, par l'intermédiaire duquel l'électrode est supportée. La figure 6 illustre une électrode tubulaire 60 formée d'un fil hélicoïdal 61 de nickel ayant un revêtement 62 en diamant. Le nickel est utilisé comme fil 61 parce que sa structure cristallographique est très proche de celle du diamant, permettant de déposer un film de diamant ayant peu de contraintes. Le nickel est également compatible avec la fabrication de lampes à décharge. L'élec- trode 60 est réalisée en enroulant de façon serrée le fil en forme d'hélicoïde sur un gabarit, et en déposant la couche de diamant sur I'hélicoïde. Pendant la phase de croissance du dépôt du diamant, I'épaisseur du diamant augmente et l'espace entre les tours adjacents du fil recouvert de diamant diminue. Une étape est atteinte pendant la période de dépôt lorsque l'espace est ponté par le diamant, par fusion de structures de films adjacents. Lorsque les films de diamant sur les tours adjacents fusionnent, ceci empêche un accroissement supplémentaire du film de diamant sur la surface intérieure de l'électrode. A la fin du procédé de dépôt, l'électrode terminée a ainsi une couche de diamant plus fine sur sa surface intérieure que sa surface exté- rieure. Cette manière de former un tube recouvert de diamant à partir d'un fil hélicoïdal produit un revêtement continu de film de diamant par CVD. Une fine couche de diamant, qui est transparente aux rayonnements UV et visibles, a l'avantage que le fil de nickel peut injecter des électrons dans le diamant en réponse à des photons générés par l'effet de la cathode creuse à l'intérieur de l'électrode. Ceci augmente encore l'émission d'électrons secon- daires effective à partir de la surface de diamant. Il est à noter que d'autres formes de réalisation de l'électrode sont possibles. La lampe n'a pas besoin d'être un tube rectiligne, mais pourrait par exemple être un tube incurvé ou avoir une forme plane. REVENDICATIONS 1. Electrode à cathode froide pour lampe à décharge, caractérisée en ce que l'électrode (2, 3, 2', 2", 2"', 60) a une surface exposée (22, 26, 31, 40, 62) substantiellement en une matière diamantée de façon à augmenter le rende- ment électronique secondaire. 2. Electrode selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'électrode (2, 3, 2', 2", 2"', 60) comporte un substrat métallique (20, 25, 30, 41, 61), et en ce que la surface diamantée (22, 26, 31, 40, 62) comporte une couche de diamant sur le substrat. 3. Electrode selon la revendication 2, caractérisée en ce que le substrat métallique (22, 26, 31, 40, 62) est en molybdène, en titane ou en nickel. 4. Electrode selon l'une quelconque des revendications précédentes, carac- térisée en ce que la surface (22, 31, 40, 62) est sensiblement lisse. 5. Electrode selon les revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la surface (26) est rendue rugueuse. 6. Electrode selon l'une quelconque des revendications précédentes, carac- térisée en ce que l'électrode (30, 40, 60) est creuse. 7. Electrode selon la revendication 6, caractérisée en ce que la surface est sur l'intérieur d'un tube (40, 62) en matière diamantée. 8. Electrode selon la revendication 6, caractérisée en ce que l'électrode (60) comporte un substrat métallique hélicoïdal (61) et une couche (62) en matière diamantée sur le substrat hélicoïdal. 9. Electrode selon l'une quelconque des revendications précédentes, carac- térisée en ce que l'électrode (60) a un substrat (61) en nickel, et en ce que la surface diamantée comporte une couche (62) suffisamment fine pour être transparente aux photons, permettant ainsi aux photons de frapper le substrat de nickel et de promouvoir l'injection d'électrons du nickel dans le diamant (62).