一种面积投射式电子枪的制作方法

1.本实用新型涉及发光光源器件领域，尤其涉及一种面积投射式电子枪。


背景技术：

2.阴极射线管是一种采用电子束激发荧光粉从而实现发光显像的元器件，近来，已经积极进行了有关使用阴极射线管作为发光光源器件的研究；但是，作为发光光源的阴极射线管与传统的用于显像的阴极射线管在结构、性能和产品要求上均存在较大区别。
3.阴极射线管是通过电子枪产生电子束，作为显像的阴极射线管的电子枪往往产生的是聚焦的电子束，聚焦电子束需要使用偏转线圈控制比较麻烦；同时针对发光光源器件，聚焦的电子束不能均匀的发射到荧光粉上，不仅影响到了发光光源的发光均匀性，而且聚焦的电子束轰击到荧光粉层上的是一个点，不能同时激发整个荧光粉层，从而也严重影响了发光光源的发光效率。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本技术实施例为解决背景技术中存在的至少一个问题而提供一种面积投射式电子枪。
5.根据本技术的各种实施例，该面积投射式电子枪应用于发光光源器件，包括阴极组件和电极组件；
6.所述阴极组件包括阴极，所述阴极发射电子并形成阴极发射面；
7.所述电极组件包括多个金属圆筒，所述多个金属圆筒包括阴极调制区金属圆筒、电子束调制区金属圆筒和电子束加速区金属圆筒；所述阴极调制区金属圆筒用于调节电子束流大小，所述电子束调制区金属圆筒用于调节控制电子束形态，所述电子束加速区金属圆筒用于使电子束加速；
8.所述电子束调制区金属圆筒的内径大于所述阴极调制区金属圆筒的内径；
9.所述电子束加速区金属圆筒的内径小于所述电子束调制区金属圆筒的内径；
10.所述电子束调制区金属圆筒的电位大于所述阴极调制区金属圆筒的电位；
11.所述电子束加速区金属圆筒的电位大于所述电子束调制区金属圆筒的电位；
12.所述阴极发射的电子经过所述多个金属圆筒后以面积投射方式发射出去，所述面积投射的投射面为所述阴极发射面的一次倒立实像。
13.另一方面，本技术实施例还提供了一种紫外阴极射线管，所述紫外阴极射线管包括如所述的面积投射式电子枪；
14.所述紫外阴极射线管还包括玻壳、发光结构层、和与所述面积投射式电子枪电连接的电引线组件；
15.所述玻壳包括用于容纳所述面积投射式电子枪的管状部和与所述管状部连接的荧光屏部；
16.所述面积投射式电子枪设置在所述管状部内，用于向所述荧光屏部发射电子束；
17.所述面积投射式电子枪通过所述电引线组件与外部电连接。
18.所述发光结构层设置在所述荧光屏部上，
19.所述发光结构层包括荧光粉层和导电层，所述荧光粉层设置在所述荧光屏部的内表面上，所述导电层设置在所述荧光粉层上；
20.所述荧光粉层在所述电子束激发下发射紫外光；所述荧光粉层发射的紫外光的主发射峰的波长在190nm-250nm之间；其中，所述主发射峰指的是所述荧光粉层在所述电子束的激发下发射的发光强度最大的发射峰。
21.本技术提供了一种面积投射式电子枪，电子枪发射的电子束以面积投射的方式发射出去，面积投射的投射面是阴极发射面的一次倒立成像，本技术的电子枪结构控制电子束更方便灵活，改善了电子束的均匀性，面积投射的方式也可以同时激发荧光粉；应用于光源器件可以明显改善发光光源器件的均匀性和发光效率。本技术的电子枪可以应用于紫外阴极射线管，从而有利于提高紫外阴极射线管的发光均匀性和发光效率。
附图说明
22.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
23.图1是本技术实施例的面积投射式电子枪结构示意图；
24.图2是本技术实施例的紫外阴极射线管结构示意图；
25.图3是本技术实施例的发光结构层结构示意图。
具体实施方式
26.为了使本技术领域的人员更好地理解本技术中的技术方案，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。虽然附图中显示了本技术的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本技术，而不应被这里阐述的具体实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本技术实施例，并且能够将本技术公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
27.在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本技术实施例更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本技术实施例可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本技术实施例发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述；即，这里不描述实际实施例的全部特征，不详细描述公知的功能和结构。
28.在附图中，为了清楚，层、区、元件的尺寸以及其相对尺寸可能被夸大。自始至终相同附图标记表示相同的技术特征。
29.应当明白，当某一特征被称为“在
……
上”、“与
……
相邻”或“与
……
连接”时，其可以直接地在其它特征上、与之相邻或与之连接，或者可以存在居间的特征。相反，当某一特征被称为“直接在
……
上”、“与
……
直接相邻”或“与
……
直接连接”时，则不存在居间的元件或层。空间关系术语例如“在
……
上”、“在
……
下”等，在这里可为了方便描述而被使用从
而描述图中所示的一个特征与其它特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语意图还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，然后，描述为“在其它特征下面”或“在其之下”或“在其下”特征将取向为在其它特征“上”。
30.应当明白，尽管可使用术语第一、第二、第三等描述各种特征，这些特征不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个特征与另一个特征。因此，在不脱离本实用新型教导之下，下面讨论的第一特征可表示为第二特征。而当讨论的第二特征时，并不表明本实用新型必然存在第一特征。单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”，当在该说明书中使用时，确定所述结构和/或步骤的存在，但不排除一个或更多其它结构和/或步骤的存在或添加。在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。
31.如图1所示为本技术一实施例的面积投射式电子枪结构示意图，图中电子枪30为一种面积投射式电子枪，具体包括阴极组件31和电极组件32。需要说明的是，面积投射式电子枪是指电子枪发射到荧光屏部的电子束是以面积投射的方式发射。
32.阴极310组件31包括阴极管311、阴极310及灯丝312；其中阴极管311为筒状金属管，包括封闭端和开口端，阴极310设置在阴极管311的封闭端外表面上，灯丝312设置在阴极管311内并靠近阴极管311封闭端。可选的，阴极310发射电子并形成阴极310发射面，阴极310具体可以为平面阴极，平面阴极是指阴极310材料加工成块状，发射电子时是从一个平面上发出平面阴极发射的电子束更均匀，更容易形成均匀的阴极发射面。可选的，平面阴极形状可以为环形，环形状阴极有利于减小阴极310发射面中间电子束密度，从而改善电子束均匀性。可选的，阴极310的材料为氧化物，即阴极310为氧化物阴极，氧化物阴极熔点高、电阻率大逸出功小、寿命场等优点，本技术实施例使用氧化物阴极从而可以使电子枪发射电子稳定，寿命达几万小时。进一步的，阴极310的材料为baco3、srco3和caco3的混合物。可选的，阴极管311外径为1.6mm
±
0.02mm。具体工作时，阴极组件中电流流过灯丝312，灯丝312加热阴极管311封闭端外表面上的阴极310，当温度达到阴极310发射电子所需的温度时，阴极310发射电子。
33.电极组件32包括多个金属圆筒，各金属圆筒沿纵向中心轴线“a”轴对称。多个金属圆筒材质均为无磁金属材质。进一步地，多个金属圆筒材质为无磁不锈钢。可选的，阴极310发射的电子束经过电极组件32后以面积投射的方式轰击到荧光屏部21，面积投射的投射面为阴极310发射面一次倒立成像。需要说明的是，电子束以面积投射的方式轰击荧光屏部21指的是电子束以散开方式形成一个投射面轰击荧光屏部21上，与其相对的是聚焦方式，聚焦方式是指轰击到荧光屏上的是一个点而不是一个面。
34.多个金属圆筒包括阴极调制区金属圆筒g1、电子束调制区金属圆筒g2和电子束加速区金属圆筒g3。可选的，多个金属圆筒分别连接独立的输入电压，从而它们的输入电压可以独立控制，可以相同也可以不同。多个金属圆筒的内径在3mm-15mm之间。
35.通过控制阴极调制区金属圆筒g1电位及阴极310电位可以调节阴极310发射的电子数目，改变电子束流大小。可选的，阴极调制区金属圆筒g1电位为0v-20v。可选的，阴极调制区的电位大于或等于阴极310电位。阴极调制区金属圆筒g1套在阴极管311外面，阴极调制区金属圆筒g1的端部开有小孔，小孔直径为2mm-3mm。可选的，阴极310平齐或稍突出于阴极调制区金属圆筒g1的端部，即阴极310平齐或穿过阴极调制区金属圆筒g1端部的小孔，从
而可以降低阴极调制区电场对电子束发射方向的影响，进而改善阴极310发射面均匀性。可选的，阴极310突出阴极调制区金属圆筒g1的端部距离为0.01mm-0.03mm。
36.电子束调制区金属圆筒g2用于控制区域内的电子束形态。可选的，电子束调制区金属圆筒g2包括多个子束调制区金属圆筒，每个子束调制区金属圆筒电位分别连接独立的输入电压，它们的输入电压可以独立控制，可以相同也可以不同，从而可以精确控制所在区域内的电子束形态；同时多个子束调制区金属圆筒能更方便灵活的控制电子束形态。可选的，每个子束调制区金属圆筒之间的间距相同；进一步地，每个子束调制区金属圆筒之间的间距为小于等于1mm。可选的，阴极调制区金属圆筒g1和与阴极调制区金属圆筒g1相邻的子束调制区金属圆筒之间的间距小于等于1mm。可选的，各子束调制区金属圆筒内径相同；进一步地，各子束调制区金属圆筒内径为10
±
0.1mm。可选的，与阴极调制区金属圆筒g1相邻的子束调制区金属圆筒内径大于等于阴极调制区金属圆筒g1内径，从而可以使电场力的曲线呈发散状态，更方便的控制电子束均匀发散。可选的，每个子束调制区金属圆筒电位为0v-50v。可选的，与阴极调制区相邻的子束调制区金属圆筒的电位大于阴极调制区的电位。通过控制金属圆筒内径及电位，从而可以方便的调整电子束形态使电子束均匀发散。可选的，相邻的两个子束调制区金属圆筒中，远离阴极310的子束调制区金属圆筒的电位大于或等于靠近阴极310的子束调制区金属圆筒的电位，从而可以更好的调整电场方向，控制电子束形态。可选的，相邻的两个子束调制区金属圆筒中，远离阴极310的子束调制区金属圆筒的长度大于靠近阴极310的子束调制区金属圆筒的长度。可选的，可以通过以脉冲方式控制电子束调制区金属圆筒g2电位从而实现发光结构层脉冲方式发光。需要说明的是，金属圆筒之间的间距指的是两个金属圆筒之间相邻两端端面的距离。本技术实施例中通过电子束调制区金属圆筒的尺寸以及电位，从而可以方便灵活的控制电子束形态；同时也可以通过调节电子束调制区金属圆筒电位的脉冲频率来控制发光结构层的发光频率，从而在紫外通信等领域具有广阔的应用前景。进一步地，电子束调制区金属圆筒g2包括两个包括子束调制区金属圆筒，具体包括第一子电子束调制区金属圆筒g21和第二子电子束调制区金属圆筒g22；通过两个子束调制区金属圆筒协调控制，一方面可以通过电位和金属圆筒尺寸灵活地调节电子束形态，另一方面也可以减少与其连接的电引线的数量，从而减小电引线与阴极射线管封闭部之间漏气的不良率。
37.电子束加速区金属圆筒g3用于形成一个强电场，使电子束加速到极快速度后轰击荧光屏部21。可选的，电子束加速区金属圆筒g3的电位为高压电位，具体为5kv-20kv。可选的，电子束加速区金属圆筒g3内径小于与电子束加速区金属圆筒g3相邻的子束调制区金属圆筒内径，经过电子加速区金属圆筒后的电子束以面积投射的方式投射出去，面积投射的投射面为阴极发射面的一次倒立成像。本技术实施例中电子束加速区金属圆筒内径小于相邻的子束调制区金属圆筒内径，从而减小了电场范围，同时通过电位对电子束方向进一步调制，从而使电子束可以先聚焦后发散形成一次倒立成像，从而改善了电子束均匀性，最终以面积投射的方式轰击荧光屏部，同时使最终的电子束面积投射的投射面为阴极发射面的一次倒立成像。本技术实施例的电子枪通过面积投射的方式发射电子束，从而可以使荧光屏部上的荧光粉同时激发；同时电子束面积投射的投射面为阴极发射面的一次倒立成像，从而改善了电子束的均匀性，应用于发光光源器件有利于改善器件发光的均匀性。
38.可选的，电子束加速区金属圆筒g3与电子束加速区金属圆筒g3相邻的子束形成区
金属圆筒的间距为1mm-3mm。
39.具体例如图1所示，电极组件32包括阴极调制区金属圆筒g1、电子束调制区金属圆筒g2和电子束加速区金属圆筒g3，其中电子束调制区金属圆筒g2包括第一子电子束调制区金属圆筒g21和第二子电子束调制区金属圆筒g22。具体的，金属圆筒内径大小关系是g3＜g1＜g21＝g22；通电状态下阴极调制区金属圆筒g1的电位为0v-20v；g2和g3电位均大于g1的电位，g2和g3的电位为0-50v；g4为高压电位，具体为5kv-20kv。g1和g21的间距为0.5mm，g21和g22的间距为0.5mm，g22和g3的间距为2mm；多个金属圆筒中g1长度为8mm，g21长度为5mm，g22长度为8.5mm，g3长度为5mm。
40.如图2所示为本技术实施例的紫外阴极射线管结构示意图，图中紫外阴极射线管10包括上述实施例的电子枪30，还包括玻壳20、发光结构层40和与电子枪30电连接的电引线组件50。其中，玻壳20包括用于容纳所述电子枪的管状部22和与所述管状部连接的荧光屏21；电子枪30设置在管状部22内，用于向荧光屏部21发射电子束；发光结构层40设置在荧光屏部21上，发光结构层40在电子束的激发下发射紫外光；电子枪30通过电引线组件50与外部电连接。电子枪30以面积投射的方式发射电子束，发射的电子束可以均匀的激发发光结构层40，从而实现紫外阴极射线管的发光均匀性。
41.为了清楚的说明本技术的技术方案，定义了如图1-图2所示的轴线“a”，轴线“a”为荧光屏部21的中心轴线。其中，将轴线“a”的延伸方向称为纵向；可以理解的，轴线“a”的延伸方向垂直于荧光屏部21的表面。荧光屏部21连接于管状部22的一端；荧光屏部21具有朝向管状部22的内表面和远离管状部22的外表面，荧光屏部21的内表面和外表面均与轴线“a”垂直。
42.可选的，荧光屏部21由一种或多种无机透光材料构成，无机透光材料在190nm-250nm波段范围内的紫外光透射率大于或等于80％。可选的，无机透光材料可以是石英玻璃、蓝宝石晶体或者氟化镁晶体中的一种。进一步地，无机透光材料是石英玻璃或蓝宝石晶体。石英玻璃或蓝宝石晶体相对于普通电子玻璃具有无铅、纯度高等优点，从而可以减少污染、减少杂质对紫外光的吸收，提高阴极射线管紫外光出光效率。
43.可选的，管状部22材料与荧光屏部21材料均为石英玻璃或蓝宝石晶体。如此，两者的连接为匹配封接，封接位置几乎不存在应力问题，玻壳封接效果好、封接工艺可规模化从而成本低，玻壳具有抗震性好、防爆性好等优点。需要说明地是，本技术实施例中的匹配封接指的是两种封接材料热膨胀系数相近或相同，在高温封接后逐渐冷却过程中两者材料收缩可以保持一致，从而可以消除收缩差而产生的内应力。
44.作为一种可行的实现方式，荧光屏部21和管状部22先分别形成，然后在高温熔融下进行封接后再冷却形成。由于材料一样，荧光屏部21和管状部22软化温度及热膨胀系数基本一致，很容易封接并形成性能稳定的玻壳20。作为另一种可行的实现方式，荧光屏部21和管状部22在一次熔制成型工艺中形成；具体地，将原材料熔融至可塑性的状态，再按照玻壳20的形状和尺寸需求将熔融后的原材料成型冷却，从而获得包括荧光屏部21和管状部22的玻壳20，如此不仅可以提高玻壳20生产效率，同时由于没有封接过程，因而可以进一步降低内部应力。玻壳20具有较高的抗震性和稳定性。
45.可选的，荧光屏部21呈圆片状，对应的荧光屏部21内表面轮廓为圆形。可选的，管状部22呈圆管状，管状部22内径小于或等于荧光屏部21内表面直径。相对于一般的方形或
者其它形状的荧光屏部21内表面，圆形内表面可以在相同面积下接收更多电子束轰击，从而可以提高紫外光的发光强度。不仅如此，如果采用先分别形成荧光屏部21和管状部22再封接的实现方式，那么在荧光屏部21与管状部22的封接过程中，圆片状的荧光屏部21侧面平滑，各个位置封接更容易控制一致，从而可以减小因封接位置厚薄不一致产生的应力。可选的，荧光屏部21厚度在0.5mm-3mm之间。可选的，管状部22的管壁厚度在0.5mm-2mm之间。
46.如图3所示为本技术实施例的发光结构层结构示意图，图中发光结构层40包括荧光粉层41和导电层42；其中，荧光粉层41设置在荧光屏部21的内表面上，导电层42设置在荧光粉层41上。发光结构层40在电子束的激发下发射紫外光，具体为荧光粉层41在电子束激发下发射紫外光。可选的，荧光粉层41在电子束激发下发射的紫外光的主发射峰的波长在190nm-250nm之间。需要说明的是，本技术实施例中的主发射峰指的是在电子束激发下发射的发光强度最大的发射峰；容易理解地，如果发射的紫外光还包括其他发射峰，则任一其他发射峰的发光强度小于主发射峰的发光强度。需要说明的，不同发射峰的波长之间至少相隔5nm；如果不同发射峰的波长相隔在5nm以内，则将其视为同一个发射峰。紫外光中波长越短能量越强穿透力越弱，例如在杀菌消毒领域，越短波长紫外光能量越高，不仅能破坏病毒或细菌细胞的dna，同时穿透力弱从而可以减少对人体皮肤的伤害，因此波长越短的紫外光应用前景越巨大。本技术实施例中的紫外阴极射线管利用电子束激发荧光粉层的方式发射紫外光，发射的紫外光的主发射峰波长在190nm-250nm之间，相对于254nm的汞灯和紫外led灯，本技术实施例发射的紫外光波长更小，发光能量高，同时发光强度可调，发光频率可调，在杀菌消毒、紫外通信以及紫外固化等领域具有更广阔的应用前景。
47.可选的，荧光粉层41在电子束激发下发射的紫外光在波长190nm-250nm之间的累积发射强度大于波长在250nm-300nm之间的累积发射强度。累积发射强度指的是在一定波长范围下的累积强度之和，用公式表示是g＝∫f(x)dx，其中g表示累积发射强度，x表示波长，f(x)表示波长x时的发射强度。
48.可选的，荧光粉层41包括荧光粉410，荧光粉层41在电子束激发下发射紫外光，具体为荧光粉410在电子束激发下发射紫外光。可选的，荧光粉可以包括以下至少之一：repo4:z1、lap5o
14
:z1、caso4:z1、srso4:z1、nayf4:z1、liyf4:z1、kyf4:z1、lilap4o
12
:z1、y2(so4)3:z1、yalo3:z1、yf3:z1；其中re表示选自y、la、lu、sr、gd、sm、ce中的一种或多种，z1表示掺杂元素，掺杂元素含有选自nd、pr、bi中的一种元素。可选的，荧光粉中掺杂元素浓度小于等于5％。如表1显示了本技术实施例中的荧光粉的阴极射线发射光谱中的主发射峰波长，表中荧光粉掺杂元素浓度为1％，电子束加速电压为10kv。需要理解的是，荧光粉的阴极射线发光光谱中主发射峰的波长受荧光粉的粒径、掺杂浓度以及电子束加速电压的影响，不同条件下主发射峰波长由可能是不同的；同时本技术实施例的荧光粉是电子束激发下发光荧光粉，这与光致发光荧光粉是完全不同的；即使相同荧光粉，在电子束激发下和光照激发下的光谱曲线也不是完全相同的。
49.序号荧光粉主发射峰波长(nm)1liyf4:pr2182kyf4:pr2353ypo4:pr2324lapo4:pr225
5yalo3:pr2456ypo4:bi2417ypo4:nd1958lupo4:pr2359lapo4:bi23410lapo4:nd192
50.表1
51.本技术提供了一种面积投射式电子枪，电子枪发射的电子束以面积投射的方式发射出去，面积投射的投射面是阴极发射面的一次倒立成像，本技术的电子枪结构控制电子束更方便灵活，改善了电子束的均匀性，面积投射的方式也可以同时激发荧光粉，应用于光源器件可以明显改善发光光源器件的均匀性和发光效率。本技术的电子枪可以应用于紫外阴极射线管，从而有利于提高紫外阴极射线管的发光均匀性和发光效率。
52.以上所述的具体实施例，对本技术的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本技术实施例的具体实施例而已，并不用于限定本技术的保护范围，凡在本技术的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。以上各具体实施例中的各技术特征，在不冲突的情况下，可以任意组合。