CN102237252B - 场发射灯管 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种场发射灯管，包括：两端密封管内抽真空的透明玻璃管，其内壁上涂覆有透明导电膜，透明导电膜上涂覆有荧光粉层；由透明玻璃管的一端引出的与透明导电膜电连接的阳极引出线；设置在透明玻璃管内表面设置有电子发射层的阴极丝；由透明玻璃管的一端引出的与阴极丝电连接的阴极引出线；偏转磁场发生装置，偏转磁场发生装置所产生的磁场在过阴极丝轴线的平面上的分布关于阴极丝的轴线对称。本发明的场发射灯管具有一个偏转磁场发生装置，可以产生偏转磁场，使得阴极丝发出的电子束的运动轨迹发生偏转，延长了电子束的运动的距离，也即延长了电子之间的排斥作用的时间，使得最终到达阳极的电子束更加分散，从而使发光更加均匀。

Description

场发射灯管

技术领域

本发明涉及场发射光源，更具体地说，涉及一种场发射灯管。

背景技术

荧光灯是一种比较常用的光源，其包括一透明的玻璃管，玻璃管内壁上涂覆有白色或彩色荧光粉，玻璃管内充有汞蒸气。其发光原理是利用热阴极发射的电子激发汞蒸气发出紫外线，这些紫外线照射在荧光粉上发出白色或彩色的光。荧光灯是一种热阴极光源，发光效率高于白炽灯，但是这种气体放电光源的脉冲光闪容易导致人视觉疲劳，而且管内的汞蒸气有毒，当灯管打破之后，汞蒸气将对环境和人体有害。

为解决上述问题，一种场发射灯管被提供。场发射灯管是一种绿色照明光源，它具有以下优点：节约能源；环保(无汞)；启动快；发热量低，属于冷光源；可做成轻薄的产品等等。作为一种绿色环保照明光源，场发射光源有着巨大的潜力。传统技术上，场发射灯管多为二极结构。阴极表面设有电子发射层，阳极与电子发射曾对应设置有荧光层。当在阴极和阳极之间施加一定电压时，阴极的电子发射层发射电子轰击阳极的荧光粉层发光。这种结构的场发射灯管，其发光的均匀性一直是个难题，而发光的均匀性主要取决于电子发射层发射电子的均匀性，而要从阴极电子发射层材料制备方面来改善均匀性还是比较困难的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种发光均匀的场发射灯管，通过增加偏转磁场发生装置，是阴极丝发射的电子的运动轨迹发生偏转，以获得较为均与的发光。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种场发射灯管，包括：

透明玻璃管，其两端密封，管内抽真空，透明玻璃管的内壁上涂覆有透明导电膜，透明导电膜上涂覆有荧光粉层；

阳极引出线，其与透明导电膜电连接，并由透明玻璃管的一端引出；

阴极丝，其为表面设置有电子发射层的金属丝，设置在透明玻璃管内；

阴极引出线，其与阴极丝电连接，并由透明玻璃管的一端引出；

偏转磁场发生装置，所述偏转磁场发生装置所产生的磁场在过阴极丝轴线的平面上的分布关于阴极丝的轴线对称。

在本发明所述的场发射灯管中，所述偏转磁场发生装置包括分别设置在所述透明玻璃管两端的两个相同的螺线管线圈，两个所述螺线管线圈的电流方向相同，两个所述螺线管线圈与所述阴极丝同轴心设置。

在本发明所述的场发射灯管中，两个所述螺线管线圈位于所述透明玻璃管的内部。

在本发明所述的场发射灯管中，两个所述螺线管线圈位于所述透明玻璃管的外部。

在本发明所述的场发射灯管中，所述偏转磁场发生装置包括设置在所述透明玻璃管内部的单层螺线管线圈，所述单层螺线管线圈的长度与所述阴极丝的长度相适配，所述单层螺线管线圈与所述阴极丝同轴心设置。

在本发明所述的场发射灯管中，所述偏转磁场发生装置包括分别设置在所述透明玻璃管两端的两个相同的永磁体，所述永磁体为回转体，两个所述永磁体与所述阴极丝同轴心设置，两个所述永磁体的磁极方向同向设置。

在本发明所述的场发射灯管中，所述永磁体位于所述透明玻璃管的外部。

在本发明所述的场发射灯管中，所述永磁体位于所述透明玻璃管的内部。

在本发明所述的场发射灯管中，所述永磁体为圆柱形的永磁体。

在本发明所述的场发射灯管中，所述永磁体为圆环形的永磁体。

实施本发明的场发射灯管，具有以下有益效果：本发明的场发射灯管具有一个偏转磁场发生装置，可以产生偏转磁场，使得阴极丝发出的电子束的运动轨迹发生偏转，延长了电子束的运动的距离，也即延长了电子之间的排斥作用的时间，使得最终到达阳极的电子束更加分散，从而使发光更加均匀。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明的场发射灯管的第一实施例的结构示意图；

图2是本发明的场发射灯管的第二实施例的结构示意图；

图3是本发明的场发射灯管的电子束运动轨迹示意图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

如图1所示，为本发明的场发射灯管的第一实施例。该场发射灯管具有一个透明玻璃管10，透明玻璃管10的两端密封，管内抽真空，其内壁上涂覆有透明导电膜20，导电膜20上涂覆有荧光粉层30，阴极丝40居中设置在透明玻璃管10中，阴极丝40沿透明玻璃管10长度方向延伸。

阴极丝40是一根表面设置有电子发射层的金属丝，该金属丝可以是镍、不锈钢、钼等金属丝，在本实施例中，阴极丝40为镍丝。电子发射层可以是沉积在金属丝表面的碳纳米管层、纳米金刚石层或纳米类金刚石层(DLCDiamond Like Carbon)，在本实施例中，采用碳纳米管作为电子发射层。由于在电子发射层在生长的过程中，受各种因素的影响，电子发射层的发射尖端分布是不均匀的，这就导致阴极丝40表面有些局部区域发射电子，而有些局部区域不发射电子。

为了使灯管发出的光比较均匀，透明玻璃管10的两端分别设置有螺线管线圈51、52，用于产生偏转磁场。如图1所示，螺线管线圈51、52分别套设在透明玻璃管10的两端，其为相同的两个线圈，具有相同的直径、长度和匝数，电流方向也相同，螺线管线圈51和52与阴极丝40同轴心设置，这样螺线管51、52通电后产生的磁场在过阴极丝40轴线的平面上的分布关于阴极丝40的轴线对称。螺线管线圈51、52未通电时，阴极丝40的透明导电膜20加载电压后，阴极丝40会发射电子束，电子束由阴极丝40射向透明导电膜20，其运动轨迹如图3中虚线所示。当螺线管线圈51、52通电时，增加偏转磁场后，电子束会受到垂直于电子束方向的磁场分量作用，即受到洛伦兹力的作用发生偏转，在磁场的作用下作圆周运动，圆周运动的半径为：

$r=\frac{\mathrm{mv}}{\mathrm{eB}}$

其中：m为电子的质量，v为电子的初速，e为电子电荷量，B为磁场强度。

对于无限长螺线管线圈在其内部产生的磁场的磁场强度为：

$B=\frac{{\mathrm{\μ}}_0\mathrm{NI}}{L}$

其中：μ₀为真空磁导率，

为单位长度导线的匝数，I为电流，从而有

$r=\frac{\mathrm{mv}}{e\·{\mathrm{\μ}}_0\·\frac{N}{L}\·I}$

因此，可以通过控制线圈密度

和电流I的大小来控制电子偏转的半径r。

在本实施例中，螺线管线圈51、52并不是无限场螺线管，其产生的磁场也并非是均匀的，其磁场强度随着远离阴极丝40的轴线而逐渐减小，也即电子做圆周运动的半径在逐渐增大，电子束的运动轨迹如图3中实线所示。由于电子束的运动轨迹发生了偏转，延长了电子束的运动的距离，也即延长了电子之间的排斥作用的时间，使得最终到达透明导电膜20的电子束更加分散，从而使发光更加均匀。

在本实施例中，透明玻璃管10的两端熔封形成两个封头11、12，与透明导电膜20电连接的阳极引出线21、以及与阴极丝40电连接的阴极引出线41由封头11中引出，这些引出线与透明玻璃管10熔封形成封头11时与封在封头11中。为了固定阴极丝40，阴极丝40的与阴极引出线41相对的一端也引入出阴极引出线41’，阴极引出线41’封在封头12中。

在本实施例中，阳极引出线21，以及阴极引出线41、41’都采用4J50铁镍合金丝，实际应用中，并不局限于铁镍合金丝，其他导电性能良好的金属丝都可以作为引出线，但该金属丝的膨胀系数要与玻璃的膨胀系数相当，减小应力。各引出线必要时可以做一些打弯处理，即在金属丝设置一些折弯的缓冲部。阴极引出线41、41’与阴极丝40可以采用点焊的方式连接。为了保证阳极引出线21与透明导电膜20之间保持良好的导通，可以在透明玻璃筒10的内壁上位于透明导电膜20的边沿的位置涂覆银浆以形成与透明导电膜20连接的银膜带，然后将阳极引出线21钎焊在银膜带上。

在本实施例中，透明导电膜20优选透光度在85％以上，电阻率不大于50欧姆/□的导电膜。在本实施例中采用纳米铟锡金属氧化物膜(ITO Indium TinOxides)，其透光度为90％，电阻率为50欧姆/□。导电膜电阻率与总电阻R的关系如下：

R＝ρL/W

其中R——总电阻，单位为Ω；

ρ——电阻率(方块电阻)，一般表示为R/□；

L——所测矩形导电膜的两电极间的距离；

W——所测矩形导电膜的宽度(与电极连线垂直方向)。

荧光粉层20可以根据需要涂覆白光荧光粉或者彩色光荧光粉，在本实施例中，采用白色荧光粉。

透明玻璃管10可以采用钠钙玻璃或者石英玻璃，在本实施例中采用钠钙玻璃。

为了保证透明玻璃管10内处于真空态，在透明玻璃管10的一端设置有排气管13，在灯管制作的最后，从排气管13抽真空并进行封离。

本实施例中的螺线管线圈51、52位于透明玻璃管10的外部，实际中，螺线管线圈51、52也可以设置在透明玻璃管10内部的两端，螺线管线圈51、52的引出线同阴极引线以及阳极引出线一样由透明玻璃管10的封头中引出。

如2所示，为本发明的场发射灯管的第二实施例。该场发射灯管与第一实施例的灯管的基本结构相同，具有一个透明玻璃管10，透明玻璃管10的两端密封，管内抽真空，其内壁上涂覆有透明导电膜20，导电膜20上涂覆有荧光粉层30，阴极丝40居中设置在透明玻璃管10中，阴极丝40沿透明玻璃管10长度方向延伸。与第一实施例不同的是，在本实施例中，产生偏转磁场的是一个单层的螺线管线圈53，单层螺线管线圈53的长度和阴极丝40的长度相适配，大致和阴极丝40的长度相同，单层螺线管线圈53与阴极丝40同轴心设置，螺线管线圈53的引出线531、532分别由封头11、12中引出。在本实施例中，之所以采用单层螺线管线圈53，且螺线管线圈53的螺距较大，是因为防止由阴极丝40发射的电子过多的被螺线管线圈53所吸收，而在第一实施例中，螺线管线圈51、52位于玻璃管10的外部，所以不存在这样的问题。在本实施例中，同样可以通过调节线圈的匝数以及线圈电流等参数来调节电子束的运动轨迹。在本实施例中，单层螺线管线圈53与阴极丝40筒轴心设置，单层螺线管线圈53通电后产生的磁场在过阴极丝40轴线的平面上的分布关于阴极丝40的轴线对称。

在本发明的第一实施例和第二实施例中，都是采用螺线管线圈作为偏转磁场发生装置，在实际中，也可以采用永磁体作为偏转磁场发生装置，例如在透明玻璃管的两端分别设置相同的永磁体，该永磁体回转体，且与阴极丝同轴心设置，透明玻璃管两端的永磁体的磁极方向相同，磁极方向与阴极丝轴线平行，这样可以保证永磁体产生的磁场在过阴极丝40轴线的平面上的分布关于阴极丝40的轴线对称。该永磁体可以是环形或圆柱形，可以由常用的永磁材料制成。永磁体可以置于透明玻璃管的外部，也可以置于透明玻璃管的内部。与采用螺线管线圈的方式产生偏转磁场相比，采用永磁体的方式，磁场强度不可以调节，即不能调整电子束的偏转半径。

在本发明的各实施例中，偏转磁场发生装置产生的磁场在过阴极丝轴线的平面上的分布关于阴极丝的轴线都称，这样可以保证在垂直阴极丝的平面上由阴极丝向各个方向发出电子束的运动轨迹关于阴极丝轴心旋转对称，使得灯管发出的光是均匀的。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (10)

1.一种场发射灯管，包括：

透明玻璃管，其两端密封，管内抽真空，透明玻璃管的内壁上涂覆有透明导电膜，透明导电膜上涂覆有荧光粉层；

阳极引出线，其与透明导电膜电连接，并由透明玻璃管的一端引出；

阴极丝，其为表面设置有电子发射层的金属丝，设置在透明玻璃管内；

阴极引出线，其与阴极丝电连接，并由透明玻璃管的一端引出；

其特征在于，还包括：

偏转磁场发生装置，所述偏转磁场发生装置所产生的磁场在过阴极丝轴线的平面上的分布关于阴极丝的轴线对称。

2.根据权利要求1所述的场发射灯管，其特征在于，所述偏转磁场发生装置包括分别设置在所述透明玻璃管两端的两个相同的螺线管线圈，两个所述螺线管线圈的电流方向相同，两个所述螺线管线圈与所述阴极丝同轴心设置。

3.根据权利要求2所述的场发射灯管，其特征在于，两个所述螺线管线圈位于所述透明玻璃管的内部。

4.根据权利要求2所述的场发射灯管，其特征在于，两个所述螺线管线圈位于所述透明玻璃管的外部。

5.根据权利要求1所述的场发射灯管，其特征在于，所述偏转磁场发生装置包括设置在所述透明玻璃管内部的单层螺线管线圈，所述单层螺线管线圈的长度与所述阴极丝的长度相适配，所述单层螺线管线圈与所述阴极丝同轴心设置。

6.根据权利要求1所述的场发射灯管，其特征在于，所述偏转磁场发生装置包括分别设置在所述透明玻璃管两端的两个相同的永磁体，所述永磁体为回转体，两个所述永磁体与所述阴极丝同轴心设置，两个所述永磁体的磁极方向同向设置。

7.根据权利要求6所述的场发射灯管，其特征在于，所述永磁体位于所述透明玻璃管的外部。

8.根据权利要求7所述的场发射灯管，其特征在于，所述永磁体位于所述透明玻璃管的内部。

9.根据权利要求6至8任一项所述的场发射灯管，其特征在于，所述永磁体为圆柱形的永磁体。

10.根据权利要求6至8任一项所述的场发射灯管，其特征在于，所述永磁体为圆环形的永磁体。

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