КАТОДОЛЮМИНЕСЦЕНТНАЯ ЛАМПА

Полезная модель относится к светотехнике и может быть использована при проектировании новых энергоэффективных источников света, в том числе, предназначенных для прямой замены ламп накаливания и ртутных газоразрядных ламп. Полезная модель направлена на повышение световой эффективности (отношение светового потока к общей потребляемой мощности) катодолюминесцентной лампы.
Известна катодолюминесцентная лампа, содержащая вакууммированную колбу из оптически прозрачного материала с нанесенным на поверхность слоем катодолюминофора, с установленными эмиттером и анодом, источник постоянного напряжения, выходные выводы которого подключены к выводам эмиттера и анода (Охонская Е.В., Федоренко А.С. Расчет и конструирование люминесцентных ламп: Учеб. - Саранск: Изд-во Мордов. ун-та, 1997. - 184 с. - С.85, 86).
Недостатком катодолюминесцентной лампы является низкая световая эффективность, что обусловлено низкой эффективностью катодолюминесценции (низким квантовым выходом) и недостатками конструкции устройства с источником постоянного напряжения. Удаление накопленного заряда со слоя катодолюминофора осуществляется, в первую очередь, за счет вторичной эмиссии, что не позволяет использовать наиболее эффективные катодолюминофоры и обеспечивать достаточно высокую энергию электронов. А применение дополнительного проводящего покрытия на слое катодолюминофора приводит к росту потерь энергии оптического излучения и снижению суммарного светового потока лампы.
Известна катодолюминесцентная лампа, содержащая вакууммированную колбу из оптически прозрачного материала с нанесенным на поверхность слоем катодолюминофора, с установленными эмиттером и анодом, источник постоянного напряжения, выходные выводы которого подключены к выводам эмиттера и анода (А.с. 1730686 РФ, МКИ H01J 65/04. Катодолюминесцентная лампа / В.С.Дручек, Т.А.Дякив, Т.В.Лахоцкий и др. - Заявл. 15.08.83. - Опубл. 30.04.92. - Бюл. №16).
Недостатком катодолюминесцентной лампы является низкая световая эффективность, что обусловлено низкой эффективностью катодолюминесценции (низким квантовым выходом) и недостатками конструкции устройства с источником постоянного напряжения. Удаление накопленного заряда со слоя катодолюминофора осуществляется, в первую очередь, за счет вторичной эмиссии, что не позволяет использовать наиболее эффективные катодолюминофоры и обеспечивать достаточно высокую энергию электронов. А применение дополнительного проводящего покрытия на слое катодолюминофора приводит к росту потерь энергии оптического излучения и снижению суммарного светового потока лампы.
Известна катодолюминесцентная лампа, содержащая вакууммированную колбу из оптически прозрачного материала с нанесенным на поверхность слоем катодолюминофора, с установленными эмиттером и анодом, источник постоянного напряжения, выходные выводы которого подключены к выводам эмиттера и анода (Федоренко А.С. Люминесцентные лампы. - Саранск: Изд-во СВМО, 2009. - 333 с. - С.115, 116).
Указанная катодолюминесцентная лампа является наиболее близкой по технической сущности к полезной модели и выбрана в качестве прототипа.
Недостатком катодолюминесцентной лампы является низкая световая эффективность, что обусловлено низкой эффективностью катодолюминесценции (низким квантовым выходом) и недостатками конструкции устройства с источником постоянного напряжения. Удаление накопленного заряда со слоя катодолюминофора осуществляется, в первую очередь, за счет вторичной эмиссии, что не позволяет использовать наиболее эффективные катодолюминофоры и обеспечивать достаточно высокую энергию электронов. А применение дополнительного проводящего покрытия на слое катодолюминофора приводит к росту потерь энергии оптического излучения и снижению суммарного светового потока лампы.
Полезная модель направлена на решение задачи повышения световой эффективности катодолюминесцентной лампы, что является целью полезной модели.
Указанная цель достигается тем, что катодолюминесцентная лампа, содержит вакууммированную колбу из оптически прозрачного материала с нанесенными на поверхность или на часть поверхности слоями катодолюминофора, фотолюминофора или смеси люминофоров, или введенным в объем или в часть объема частицами катодолюминофора, фотолюминофора или смеси люминофоров, с установленными эмиттером и анодом, источник переменного напряжения, выходные выводы которого подключены к выводам эмиттера и анода.
Существенным отличием, характеризующим полезную модель, является повышение световой эффективности катодолюминесцентной лампы, что обусловлено новыми принципами электропитания, устройства и новыми элементами в конструкции лампы, работой катодолюминофора с более высоким квантовым выходом, возможностью применения более эффективного катодолюминофора, применением слоя фотолюминофора, обеспечивающего преобразование ультрафиолетового излучения, возникающего при питании переменным напряжением, в дополнительное излучение в видимом диапазоне, отсутствием вероятности возникновения ионного пятна на слое катодолюминофора (аноде) и необходимости использования специальных проводящих покрытий, эффективным периодическим удалением накопленного заряда с поверхности катодолюминофора в процессе работы, снижением требований к предельному вакууммированию колбы. Световой поток катодолюминесцентной лампы возрастает в 3-4 раза при равной мощности.
Повышение световой эффективности катодолюминесцентной лампы является полученным техническим результатом, обусловленным новым принципом устройства, особенностями новой конструкции и новыми элементами лампы, то есть, отличительными признаками полезной модели. Таким образом, отличительные признаки заявляемой катодолюминесцентной лампы являются существенными.
На рисунке приведена типовая конструкция катодолюминесцентной лампы.
Катодолюминесцентная лампа содержит вакууммированную колбу 1 из оптически прозрачного материала с нанесенными на поверхность или на часть поверхности слоями катодолюминофора 2, фотолюминофора 3 или смеси люминофоров, или введенным в объем или в часть объема частицами катодолюминофора, фотолюминофора или смеси люминофоров, с установленными эмиттером 4 и анодом 5, источник переменного напряжения 6, выходные выводы которого подключены к выводам эмиттера и анода.
Катодолюминесцентная лампа в установившемся режиме работает следующим образом. При подаче переменного напряжения от источника 6, выходные выводы которого подключены к выводам эмиттера 4 и анода 5, на положительном полупериоде (потенциал анода 5 выше потенциала эмиттера 4, выполняющего функцию катода) электроны с эмиттера 4 ускоряются электрическим полем и бомбардируют поверхность слоя катодолюминофора 2, вызывая его свечение в видимой области оптического спектра. Одновременно торможение электронов приводит к интенсивному излучению в ультрафиолетовой области. Ультрафиолетовое излучение воздействует на слой фотолюминофора 3 (или смеси люминофоров), вызывая его интенсивное свечение. В отрицательный полупериод выходного напряжения источника 6 (потенциал анода 5 ниже потенциала эмиттера 4, выполняющего функцию катода) электроны, осевшие на поверхности слоя катодолюминофора 2, и электроны, возникшие за счет вторичной эмиссии ускоряются электрическим полем и переносятся на эмиттер. В результате торможения электронов генерируется излучение в ультрафиолетовой области. Ультрафиолетовое излучение воздействует на слой фотолюминофора 3 (или смеси люминофоров), вызывая его свечение, аналогично положительному полупериоду. Одновременно в отрицательный полупериод с поверхности катодолюминофора 2 удаляются осевшие в положительном полупериоде с эмиттера 4 ионы. Таким образом, исключается опасность возникновения на светящейся поверхности колбы 1 ионного пятна, снижающего прозрачность материала для оптического излучения и разрушающего вещество катодолюминофора 2.
Эмиттер 4 может функционировать с использованием принципа термоэлектронной эмиссии (подогреваемый катод), фото- или автоэлектронной эмиссии. Принцип работы катодолюминесцентной лампы при этом не изменяется. Наиболее эффективна автоэлектронная эмиссия. Выходная частота источника переменного напряжения 6 и форма выходного напряжения выбираются из условий эффективности конструкции источника и обеспечения максимальной энергии ультрафиолетового излучения.
По сравнению с прототипом существенно повышается световая эффективность катодолюминесцентной лампы. Это обеспечивается за счет работы заявляемой катодолюминесцентной лампы с новыми принципами электропитания на переменном токе, устройства и новыми элементами в конструкции лампы, функционирования катодолюминофора с более высоким квантовым выходом, возможности применения более эффективного катодолюминофора, применения слоя фотолюминофора, обеспечивающего преобразование ультрафиолетового излучения, возникающего при питании переменным напряжением, в дополнительное излучение в видимом диапазоне, отсутствия вероятности возникновения ионного пятна на слое катодолюминофора (аноде) и необходимости использования специальных проводящих покрытий, эффективного периодического удалением накопленного заряда с поверхности катодолюминофора в процессе работы, снижения требований к предельному вакууммированию колбы. Источник переменного напряжения имеет меньшее число ступеней преобразования энергии, следовательно, он энергетически более экономичен и эффективен. В источнике электропитания новой лампы отсутствует высоковольтный выпрямитель. В результате, суммарный световой поток катодолюминесцентной лампы возрастает в 3-4 раза при равной мощности сети (и, соответственно, повышается световая эффективность).
Дополнительно, по сравнению с прототипом, за счет применения заявляемого принципа, упрощается конструкция катодолюминесцентной лампы, может быть оптимизирована технология ее изготовления и снижена цена. Анод катодолюминесцентной лампы может быть размещен как на внутренней, так и на внешней стороне вакууммированной колбы, что невозможно реализовать в известных конструкциях ламп аналогов и прототипа. Последнее предоставляет возможности по существенному упрощению технологии производства заявляемой катодолюминесцентной лампы.
За счет возможного снижения степени загрязнения поверхности и деградации люминофорных слоев (частиц люминофора или смеси люминофоров) в процессе длительной эксплуатации не только повышается предельная световая эффективность лампы, но и снижается временной спад светового потока (при длительной эксплуатации устройства), что является дополнительным преимуществом новой катодолюминесцентной лампы, по сравнению с прототипом.
По сравнению с прототипом, значительно увеличивается срок службы новой катодолюминесцентной лампы. Это достигается за счет увеличения срока службы эмиттера, люминофорных слоев и материала вакууммированной колбы. Срок службы новой катодолюминесцентной лампы может составлять более 20 тыс. часов. При этом, спад светового потока в течение срока службы не превышает 10%.
По сравнению с прототипом, дополнительно, может быть снижен вес устройства за счет улучшения конструкции частей и исключения выходного высоковольтного выпрямителя из структуры источника питания переменного тока катодолюминесцентной лампы.
По сравнению с прототипом, расширяется область применения новой катодолюминесцентной лампы за счет снижения весогабаритных показателей и повышения надежности работы и предельного срока эксплуатации.