ФЛУОРЕСЦЕНТНАЯ ЛАМПА С ХОЛОДНЫМ КАТОДОМ ДЛЯ ОСВЕЩЕНИЯ
COLD CATHODE FLUORESCENT LAMP FOR LIGHTING

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Здесь настоящее описание относится к флуоресцентной лампе с холодным катодом (CCFL) для освещения, а именно, к высокоэффективной, более долговечной CCFL с улучшенными током разряда, оптической эффективностью, яркостью и сроком службы, для использования в качестве источника освещения помимо традиционного использования в качестве подсветки жидкокристаллического дисплея, сканирующего источника света факсимильного аппарата, лампы стирания копировального устройства и так далее.
В предшествующем уровне техники, флуоресцентные лампы с холодным катодом (CCFLs) используются в качестве источников освещения, таких как подсветок жидкокристаллических дисплеев, сканирующих источников света факсимильных аппаратов и ламп стирания копировальных устройств, и необходимые уровни яркости для таких устройств могут быть получены путем прикладывания тока разряда только величиной около от 4 до 4 мА к флуоресцентным лампам с холодным катодом (CCFLs). Такая CCFL включает в себя чашеобразные электроды, обеспеченные на обоих концах стеклянной трубки, и флуоресцирующий слой, образованный путем нанесения флуоресцирующего материала на внутреннюю поверхность стеклянной трубки. Инертный газ, такой как неон, аргон и ксенон, наполнен в стеклянную трубку вместе с небольшим количеством ртути, и стеклянная трубка запаяна. Если высокое напряжение приложено к чашеобразным электродам, обеспеченным на обеих сторонах стеклянной трубки, небольшое количество электронов ионизируют инертный газ, герметизированный в стеклянной трубке, и вторичные электроны испускаются чашеобразными электродами, поскольку ионизированный инертный газ сталкивается с чашеобразными электродами (это называется тлеющий разряд). Вторичные электроны сталкиваются с ртутью, и в результате, ртуть излучает ультрафиолетовое излучение в направлении флуоресцирующего слоя, образованного на внутренней поверхности стеклянной трубки. Затем, флуоресцирующий материал флуоресцирующего слоя излучает видимый свет. В это время, ток разряда величиной около от 4 мА до 5 мА течет в стеклянной трубке. Однако, необходим ток разряда величиной 10 мА или более, чтобы увеличить яркость CCFL до уровня, необходимого для освещения.
В предшествующем уровне техники, электроды CCFL имеют чашеобразную форму, чтобы увеличить внутренние площади электродов, необходимые для электронной эмиссии. Кроме того, такие электроды главным образом выполнены из никеля (Ni), поскольку никель (Ni) имеет относительно низкую температуру плавления и может быть легко обработан в требуемую форму, такую как чашеобразная форма. Однако, никель (Ni) или никелевые сплавы имеют высокие работы выхода и большие коэффициенты распыления. Поэтому, чашеобразные электроды выполнены из ниобий-никелевого (Nb-Ni) сплава или иттрий-никелевого (Y-Ni) сплава для увеличения сопротивления распылению чашеобразных электродов. Однако, срок службы таких чашеобразных электродов невелик, вследствие распыления, если к электродам приложен ток разряда величиной 10 мА или более. Распыление вызывает чрезмерное выделение тепла на электродах и значительно снижает световую эффективность. Кроме того, поскольку распыленный слой образуется на внутренней поверхности стеклянной трубки вследствие распыления, трудно получить уровень яркости, необходимый для освещения, если электроды распылены. То есть, электроды, выполненные из никеля (Ni) или никелевого сплава не подходят для CCFL, имеющей ток разряда величиной 5 мА или более, и, таким образом, трудно использовать CCFL, включающую в себя чашеобразные электроды из никеля или никелевого сплава, в качестве источника освещения.
Более того, в предшествующем уровне техники, поскольку электроды с большой площадью являются предпочтительными, размеры электродов чрезмерно увеличены. Большие электроды занимают большие пространства в стеклянной трубке, и, таким образом, пространства для положительных столбов уменьшаются, чтобы снизить световую эффективность и энергоэффективность. Следовательно, трудно использовать CCFL в качестве источников освещения.
СУЩНОСТЬ
Настоящее изобретение предложено для устранения вышеупомянутых ограничений, возникающих при использовании флуоресцентной лампы с холодным катодом (CCFL) в качестве источника освещения. Для этого, задачей настоящего изобретения является обеспечение осветительной CCFL, включающей в себя холодные катоды, которые могут быть легко выполнены чашеобразной формы путем использования вольфрама или вольфрамового сплава, имеющего малый коэффициент распыления и низкую работу выхода.
Другой задачей настоящего изобретения является обеспечение осветительной CCFL, включающей в себя короткие электроды, но выполненной с возможностью излучения очень яркого света.
Другой задачей настоящего изобретения является обеспечение осветительной CCFL, на которую могут быть легко установлены два электропровода для совместимости с патроном для обычной флуоресцентной лампы с горячим катодом.
Другой задачей настоящего изобретения является обеспечение осветительной CCFL, требующей низкое удерживающее напряжение тлеющего разряда, так чтобы срок службы электродов мог быть увеличен.
Другой задачей настоящего изобретения является обеспечение осветительной CCFL, имеющей структуру, на которую эмиттерный слой может быть легко нанесен и удержан.
Варианты выполнения настоящего изобретения обеспечивают CCFL для освещения, причем CCFL включает в себя холодные катоды, в которой каждый из холодных катодов включает в себя: металлическую подложку, присоединенную к передним концам электропроводов для подсоединения к источнику питания; проволочную спираль, образованную спиральным навиванием нити из вольфрама или вольфрамового сплава вокруг чашеобразной формы, причем проволочная спираль присоединена к металлической подложке таким образом, что проволочная спираль установлена в продольном направлении стеклянной трубки; и покрытую эмиттерным слоем спираль, вставленную в проволочную спираль и покрытую эмиттерным слоем для индуцирования эмиссии электронов.
В некоторых вариантах выполнения, электропроводов, присоединенных к металлической подложке, может быть два и они могут быть электрически изолированы друг от друга на металлической подложке.
В других вариантах выполнения, покрытая эмиттерным слоем спираль может быть выполнена приданием формы вольфрамовой тонкой нити, тоньше проволочной спирали, и покрытием тонкой нити по меньшей мере одним эмиттерным слоем, выбранным из оксида цезия, оксида бария, оксида стронция-кальция, оксида иттрия и оксида магния.
В еще одних вариантах выполнения, покрытая эмиттерным слоем спираль может быть выполнена навиванием вольфрамовой тонкой нити, тоньше проволочной спирали, в тонкую спираль, навиванием тонкой спирали в спиральную форму, и покрытием тонкой спирали по меньшей мере одним эмиттерным слоем, выбранным из оксида цезия, оксида бария, оксида стронция-кальция, оксида иттрия и оксида магния.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Сопровождающие чертежи показаны, чтобы обеспечить дополнительное понимание идеи изобретения, и включены в описание и составляют его часть. Чертежи изображают примеры вариантов выполнения идеи изобретения и, вместе с описанием, служат для пояснения принципов идеи изобретения. На чертежах:
ФИГ.1 вид в перспективе, изображающий покрытую эмиттерным слоем спираль согласно настоящему изобретению;
ФИГ.2 разобранный вид в перспективе, изображающий холодный катод согласно настоящему изобретению;
ФИГ.3 вид в перспективе, изображающий холодный катод согласно настоящему изобретению;
ФИГ.4 частичный вид в перспективе, изображающий холодный катод, запаянный в стеклянной трубке, согласно настоящему изобретению; и
ФИГ.5 частичный вид в сечении, изображающий флуоресцентную лампу с холодным катодом (CCFL) для освещения согласно настоящему изобретению.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ВЫПОЛНЕНИЯ
Далее, примеры вариантов выполнения будут описаны более подробно со ссылкой на сопровождающие чертежи.
Ссылаясь на ФИГ.4 и 5, обеспечена флуоресцентная лампа с холодным катодом (CCFL) для использования в качестве осветительной лампы. Флуоресцентная лампа с холодным катодом (CCFL) включает в себя пару холодных катодов 1, расположенных на обоих концах стеклянной трубки 17, и внутренняя поверхность стеклянной трубки 17 покрыта флуоресцирующим слоем. Холодные катоды 1 имеют малый коэффициент распыления, низкое напряжение зажигания и низкое удерживающее напряжение тлеющего разряда, но могут испускать большое количество электронов. В флуоресцентной лампе с холодным катодом (CCFL), флуоресцирующий слой образован на внутренней поверхности стеклянной трубки 17, используя флуоресцирующий материал, и холодные катоды 1 расположены на обоих концах стеклянной трубки 17, обращенными друг к другу. Если высокое напряжение попеременно прикладывается к холодным катодам 1, электроны испускаются холодными катодами 1. Холодные катоды 1 настоящего изобретения имеют приемлемое сопротивление распылению, низкое напряжение зажигания и низкое удерживающее напряжение тлеющего разряда, так что ток разряда может быть увеличен до 10 мА или более для испускания большого количества электронов для освещения. Следовательно, флуоресцентная лампа с холодным катодом (CCFL) настоящего изобретения может быть использована в качестве источника освещения.
Покрытая эмиттерным слоем спираль 21, которая является отличительным элементом настоящего изобретения, сейчас будет описана со ссылкой на ФИГ.1.
Как показано на ФИГ.1, покрытая эмиттерным слоем спираль 21 настоящего изобретения имеет соответствующую структуру для нанесения порошкового эмиттерного слоя 5 на покрытую эмиттерным слоем спираль 21 и удерживания нанесенного эмиттерного слоя 5. В соответствии с примером варианта выполнения, показанным на ФИГ.1, тонкая проволочная спираль 19 выполнена из тонкой вольфрамовой нити (например, имеющей диаметр 0,02-0,05 мм), которая тоньше проволочной спирали 3 (смотри ФИГ.2), расположенной вокруг покрытой эмиттерным слоем спирали 21, и затем тонкая проволочная спираль 19 навита в спиральную форму, чтобы образовать покрытую эмиттерным слоем спираль 21. Эмиттерный слой 5 включает в себя по меньшей мере один из оксида цезия, оксида бария, оксида стронция-кальция, оксида иттрия и оксида магния, в виде порошка. В настоящем изобретении, эмиттерный слой 5 выполнен из материала, имеющего низкую работу выхода для легкого испускания электронов. Поскольку материал имеет низкую работу выхода, материал может легко испускать электроны. То есть, материал может легко выпускать разряд. Углеродные нанотрубки могут быть использованы для легкого нанесения эмиттерного слоя 5. В этом случае, материал покрытия может быть подготовлен растворением углеродных нанотрубок в воде и изопропиловом спирте, в то же время облегчая растворение углеродных нанотрубок додецилсульфонатом натрия (сурфактант). Вследствие вышеописанной структуры покрытой эмиттерным слоем спирали 21, общая длина покрытой эмиттерным слоем спирали 21 может быть увеличена, по сравнению с размером покрытой эмиттерным слоем спирали 21, и, таким образом, электроны могут быть испущены в малое пространство, чтобы вызвать ток разряда величиной 10 мА или более. Кроме того, может быть легко плотно нанести эмиттерный слой 5 на зазоры среди близко уложенных витков тонкой нити тонкой проволочной спирали 19. Более того, эмиттерный слой 5 может прочно удерживаться на тонкой проволочной спирали 19 длительное время, и, таким образом, срок службы холодных катодов 1 может быть увеличен.
Покрытая эмиттерным слоем спираль 21 может быть образована навиванием вытянутой тонкой нити из вольфрам или вольфрамового сплава (например, имеющей диаметр 0,02-0,05 мм), тоньше проволочной спирали 3, вместо образования покрытой эмиттерным слоем спирали 21, используя тонкую проволочную спираль 19. Тонкая нить может быть покрыта эмиттерным слоем, включающим в себя по меньшей мере один из оксида цезия, оксида бария, оксида стронция-кальция, оксида иттрия и оксида магния. В этом случае, однако, может быть трудно покрыть тонкую нить эмиттерным слоем, и эмиттерный слой не может удерживаться длительное время, по сравнению со случаем использования тонкой проволочной спирали 19.
ФИГ.2 и 3 изображают проволочную спираль 3, которая является другим отличительным элементом настоящего изобретения. Проволочная спираль 3 образована спиральным навиванием нити из вольфрама или вольфрамового сплава (имеющей диаметр 0,2-0,5 мм) вокруг чашеобразной формы. Проволочная спираль 3 присоединена к металлической подложке 7 таким образом, что проволочная спираль 3 установлена в продольном направлении стеклянной трубки 17. В каждом из холодных катодов 1 настоящего изобретения, металлическая подложка 7 соединена с электропроводами 9a и 9b, подсоединенными к источнику питания. Биметаллические провода или провода из ковара используются в качестве электропроводов 9a и 9b. Электропровода 9a и 9b перпендикулярны металлической подложке 7. Проволочная спираль 3 установлена на металлической подложке 7 в направлении, противоположном электропроводам 9a и 9b. В настоящем изобретении, вследствие металлической подложки 7, могут быть использованы два электропровода. Следовательно, патрон обычной флуоресцентной лампы может быть использован с CCFL настоящего изобретения. Оба конца проволочной спирали 3 надежно прикреплены к металлической подложке 7, так что проволочная спираль 3 может быть установлена в продольном направлении стеклянной трубки 17, и электропровода 9a и 9b (биметаллические провода или провода из ковара) могут быть легко присоединены к проволочной спирали 3 посредством металлической подложки 7. Следовательно, металлическая подложка 7 выполнена из материала, который может быть приварен как к проволочной спирали 3, так и электропроводам 9a и 9b. Металлическая подложка 7 может иметь форму стержня или валика. Если металлическая подложка 7 выполнена из вольфрама или вольфрамового сплава, металлическая подложка 7 не может быть приварена к проволочной спирали 3, выполненной из вольфрама или вольфрамового сплава, вследствие высокой температуры плавления вольфрама. Следовательно, металлическая подложка 7 может быть выполнена из никеля или никелевого сплава. Проволочная спираль 3 электрически соединена со стороной металлической подложки 7 точечной сваркой. Два электропровода 9a и 9b присоединены к металлической подложке 7 в положении, в котором электропровода 9a и 9b электрически изолированы друг от друга. Электропровода 9a и 9b продолжаются в направлении, противоположном проволочной спирали 3, и подсоединены к внешнему источнику питания.
Как показано на ФИГ.2, оба конца проволочной спирали 3 могут продолжаться в направлении металлической подложки 7 таким образом, что один из концов проволочной спирали 3 продолжается из верхней части проволочной спирали 3 в направлении металлической подложки 7 через проволочную спираль 3, и покрытая эмиттерным слоем спираль 21 может быть вставлена в проволочную спираль 3 вокруг конца проволочной спирали 3. В этом случае, покрытая эмиттерным слоем спираль 21 не может быть отделена от проволочной спирали 3. Один конец покрытой эмиттерным слоем спирали 21 может быть приварен к металлической подложке 7 или не приварен к металлической подложке 7. Ссылаясь на ФИГ.2 и 3, одна покрытая эмиттерным слоем спираль 21 расположена в проволочной спирали 3. Однако, другая покрытая эмиттерным слоем спираль может быть расположена в покрытой эмиттерным слоем спирали 21, или две или более покрытых эмиттерным слоем спирали могут быть близко расположены в проволочной спирали 3. Следовательно, холодные катоды 1 могут испускать большое количество электронов, хотя низкое напряжение прикладывается к холодным катодам 1, и, таким образом, уровень яркости, необходимый для освещения, может быть получен без уменьшения размера положительного столба.
Как показано на ФИГ.3 и 4, электропровода 9a и 9b соединены со стеклянным стержнем 11 способом наплавки стекла, и стеклянный стержень 11 соединен со стеклянной трубкой 17. В способе наплавки стекла, электропровода 9a и 9b холодного катода 1 и трубка 15 введения газа вставляются в стеклянный стержень 11, и верхняя часть стеклянного стержня 11 расплавляется, чтобы зафиксировать электропровода 9a и 9b и трубку 15 введения газа. После выполнения способа наплавки стекла, стеклянные шарики остаются в соединенных участках. Таким образом, зазоры между стеклянной трубкой 17 и электропроводами 9a и 9b холодного катода 1 могут быть легко запаяны.
Трудно выполнить чашеобразный электрод, используя вольфрам или вольфрамовый сплав, поскольку вольфрам или вольфрамовые сплавы не легко обрабатываются в требуемую форму при помощи процесса пластической обработки. Однако, легко выполнить нити из вольфрама или вольфрамового сплава при помощи процесса волочения, и навить нить из вольфрама или вольфрамового сплава в спирали. Чашеобразный электрод, имеющий малый коэффициент распыления и низкую работу выхода, может быть выполнен путем укладывания таких спиралей, имеющих различные диаметры, в множество ступеней. Настоящее изобретение предложено, основываясь на этом.
То есть, согласно настоящему изобретению, поскольку проволочная спираль 3 выполнена из вольфрама или вольфрамового сплава, имеющего малый коэффициент распыления и низкую работу выхода, срок службы CCFL может быть увеличен, и разряд может быть инициирован низким напряжением зажигания. Кроме того, поскольку покрытая эмиттерным слоем спираль 21 расположена в проволочной спирали 3, уровень разряда (электронной эмиссии), необходимый для освещения (10 мА или более), может поддерживаться низким напряжением в устойчивом состоянии после начального зажигания.
Как показано на Фиг.4 и 5, если напряжение попеременно прикладывается к холодным катодам 1 флуоресцентной лампы с холодным катодом (CCFL), электроны испускаются с холодных катодов 1 электрическим полем, образованным разностью потенциалов. То есть, поскольку электроны испускаются электрическим полем, тепло не нужно для электронной эмиссии. Сначала, небольшое количество электронов, оставшихся в стеклянной трубке 17, сталкиваются с холодными катодами 1, и затем электроны испускаются холодными катодами 1. Электроны, испущенные холодными катодами 1, снова сталкиваются с холодными катодами 1. Таким образом, разряд (электронная эмиссия) продолжается. Во время разряда, электроны, движущиеся к аноду, сталкиваются с ртутью, наполненной в стеклянную трубку 17, и затем ультрафиолетовое излучение испускается ртутью в направлении флуоресцирующего слоя стеклянной трубки 17. Затем, флуоресцирующий слой оптически возбуждается и испускает видимый свет. Поскольку электроны могут быть легко излучены в флуоресцентной лампе с холодным катодом (CCFL) настоящего изобретения, CCFL может иметь высокую яркость и длительный срок службы. В настоящем изобретении, холодные катоды 1 выполнены из вольфрама (W), имеющего высокую температуру плавления по сравнению с работой выхода. Поскольку трудно обрабатывать вольфрам (W), холодные катоды 1 образованы волочением вольфрамовых нитей и навиванием вольфрамовых нитей в спирали. Электроны могут испускаться спиралями. Как описано выше, если электрод состоит из плотно навитой вольфрамовой спирали, имеющей достаточно большой диаметр, и покрытой эмиттерным слоем спирали, расположенной в спирали, электрод может иметь площадь электронной эмиссии больше площади соответствующего чашеобразного электрода. В осветительной лампе, энергия, величиной 10 эВ или более, необходима для электронов, сталкивающихся с электродом. Следовательно, может быть необходимым выполнение электродов осветительной CCFL, используя вольфрам (W). Кроме того, электрод может иметь спиральную форму, чтобы увеличить площадь электронной эмиссии электрода. Однако, хотя вольфрамовый электрод имеет спиральную форму, электрод может требовать высокое удерживающее напряжение тлеющего разряда и может испускать небольшое количество электронов. Таким образом, такой электрод не может использоваться в осветительном устройстве. Однако, согласно настоящему изобретению, проволочная спираль выполнена из вольфрама, и покрытая эмиттерным слоем спираль расположена в проволочной спирали, так чтобы ток разряда величиной 10 мА или более, необходимый для освещения, мог быть получен, в то же время сохраняя удерживающее напряжение тлеющего разряда на низком уровне.
Как описано выше, согласно настоящему изобретению, поскольку электроды флуоресцентной лампы с холодным катодом (CCFL) выполнены из вольфрама или вольфрамового сплава и имеют двуспиральную структуру, электроды могут имеют большое сопротивление распылению, даже когда ток разряда составляет 10 мА или более, и CCFL может испускать очень яркий свет, благодаря низкой работе выхода вольфрама. Кроме того, электроды могут испускать достаточное количество электронов, хотя электроды имеют малую длину. Более того, поскольку металлическая подложка расположена между проволочной спиралью и электропроводами, электропровода могут быть легко установлены для совместимости с патроном для обычной флуоресцентной лампы с горячим катодом. Более того, поскольку покрытая эмиттерным слоем спираль используется в качестве внутренней спирали, вторичные электроны могут быть испущены при низком напряжении, и, таким образом, удерживающее напряжение тлеющего разряда может быть снижено, чтобы увеличить срок службы электродов. Более того, поскольку внутренняя спираль образована навиванием вольфрамовой тонкой спирали в спиральную форму и покрытием спирально навитой тонкой спирали эмиттерным слоем, эмиттерный слой может быть легко нанесен и прочно удержан на внутренней спирали.