专利名称：使用电场致灯丝发射电子的照明灯的制作方法
技术领域：
本发明涉及当前实用照明光源领域，更具体地说，涉及一种绿色节能照明光源的使用与发展。目前使用较普遍的光源，都或多或少地在节能或环保两方面存在不足。因此研究开发传统光源的替代品。
背景技术：
1879年，爱迪生发明了第一支可以使用的白炽灯，一百多年来，人们不断研究和提高钨丝白炽灯的发光效率，使白炽灯的发光效率有了显著提高。但是白炽灯的灯丝材料却没有太大改进，一直沿用钨丝作为发光材料，白炽灯是靠黑体辐射发光，大部分电能转化为热能消耗掉了，白炽灯80%的电能是转化为热量。能源利用率低。
节能灯国外简称CFL灯，它于1978年诞生于荷兰的飞利浦公司，由于它具有光效高，节能效果明显，寿命长，体积小，使用方便等优点，受到各国人民和国家的重视和欢迎。节能灯是灯丝加热后由汞蒸气电离产生紫外线，紫外线激发使萤光物质发光。节能灯基本结构都是电子式的，频繁开关节能灯易使线路板烧坏或灯丝部位发黑很快的坏掉，降低节能灯的寿命。更主要的是节能灯管中的汞是最大的污染源。污染主要在生广过程和节能灯报废后被随意丢弃，破裂后造成萊扩散到空气中，危咅人体健康，污染环境。由于回收困难和回收价值太低。目前，我国在节能灯无害化处理方而还是空白。LED发光二极管，近年来被称为LED灯，诞生于20世纪60年代。LED发光二极管灯比起其它光源，单个LED灯的功耗是最小的，发光效率正在取得突破。白光LED的能耗仅为白炽灯的1/10，节能灯的1/4。LED灯寿命长，可达10万小时以上，对普通家庭照明可谓“一劳永逸”。由于固态封装，所以运输和安装便利，不怕振动，价格也在不断的降低。但是大量实践表明，单个LED不能加大输入功率，由于LED在工作过程中会放出大量的热，使管芯结温迅速上升，输入功率越高，发热效应越大.温度的升高将导致器件性能的变化与衰减，甚至失效。目前仍存在着一些问题，影响着市场的进一步开拓，比如光亮度有待进一步提高；发光光谱成分和自然光有一定差距，白光中蓝光成分过多而引起人们的视觉不自然；三是投资大、成本高、价格高。特别是大功率LED发光管问题尤为突出。近几年来，真空微电子学领域内出现的真空荧光光源，显示出了绿色生态照明的另一条途径。1991年俄罗斯莫斯科理论与实验物理学家A. L. Suvorov, E. P. Sheshin,以及日本科学家Y. Kondo等在第四届国际真空微电子学会议上提出了一种利用场发射阴极的新型真空荧光光源。1995年美国麻省理工学院及Honeywell公司做出了一种用于ALMCD液晶显示器的背景真空突光光源。2004年,瑞士 Mirko Croci,韩国Duck. Jung Lee等科学家发表了以碳纳米管为冷阴极的新型真空荧光光源，称之为场发射荧光管，即FED荧光管。FED即场致电子发射(Field Emission Display)英语缩写FED。场致电子发射现象是在外加强电场作用下固体表面发生的发射电子的现象。它与热电子发射、光电子发射和二次电子发射的不同之处在于热电子、光电子和二次电子的发射是由于固体内部电子获得外部给予的能量而被激发，当被激发的电子具有高于表面逸出势垒的动能时就逸出固体表面的电子发射，而场致电子发射是利用加在物体表面的强电场束削弱阻碍电子逸出物体的力，并利用隧道效应使固体向真空发射出电子。人们认为这种用冷阴极电子源激励产生可见光的场发射真空荧光光源具有多种优点，在特征谱线上的发光亮度高，视角宽，光效高，可获得全色，工作温度范围宽，响应时间短，结构简单，省电，符合绿色环保要求等。与节能荧光灯相比，FED荧光管在保持节能荧光灯高效节能优点的同时，又避免了节能荧光灯管的环境污染是一种绿色节能照明光源。FED荧光管和LED发光管相比，在节能和管芯结温升、大功率、大面积照明方面更具有优势，有可能在大功率光源方面成为LED发光管的强有力竞争者。因此，尽管FED荧光管还处于实验室研究阶段，已经开始被人们所重视
发明内容
本发明要解决的技术在于，针对近几年来，真空微电子学领域内出现的真空荧光光源即FED荧光管，在实验室中实验可以做到，但在实际生产中无法解决的技术、工艺、成本及使用安全的一系列问题。本发明解决上述技术问题所采用的技术方案与传统的CRT电视显像管非常相似，该照明灯内部成真空负压，包括灯丝、涂镀在外壳内壁上的导电金属膜阳极、三基色稀土荧光物质以及电源的交直流转换和供电方式。本发明所述关键在灯丝的材料是由碳纳米管制成以及在碳纳米管灯丝两极施加可控的电源，由此降低了施加涂镀在外壳内壁上导电金属膜阳极与灯丝之间的电场强度，并能产生高发射的冷电子电流。在阳极与灯丝之间电场的作用下，电子飞速撞击三基色荧光物质发光。本发明与FED场致电子发射荧光管的不同之处在于场致电子发射是在外加强电场作用下灯丝表面发生的电子发射。科研资料显示，碳纳米管的阈值场强较低为2 5V/μ m，即便如此，碳纳米管灯丝与阳极相距I毫米，需要几千伏高电压。因此在实际应用中不可取。图I是场致电子发射的原理示意图。本发明是在灯丝的两极施加电源，灯丝内部电子获得外部给予的能量而被激发，灯丝有冷电子逸出，聚集在灯丝周围形成电子云，在阳极与灯丝之间电场的作用下，电子加速至阳极。图2是本发明的原理示意图。虽然两者都是在阳极与灯丝之间电场的作用下，电子撞击三基色荧光物质发光，但是灯丝电子逸出的机理不同，电场的强度相差极大。本发明所述灯丝的材料由碳纳米管构成，碳纳米管是在1991年I月由日本筑波NEC实验室的物理学家饭岛澄男使用高分辨率分析电镜从电弧法生产的碳纤维中发现的。20年来世界各国相继生产出可以用于各领域的碳纳米管材料。本发明所述碳纳米管灯丝，可以以任何化学、物理的制作方式，生成在两个金属导体之间或导体之上。碳纳米管灯丝可以具有各种形状，如杆/线形、空型螺旋管形或不同的柱面、弧形面。本发明所述的照明灯外形可以具有各种形状，如管形、球形。外壳可以使用具有一定厚度的玻璃及透明材料。本发明所述的阳极，可以是涂镀在外壳的内壁上含三基色稀上荧光物质的透明导电膜，也可是涂镀纯金属导电膜，在此之上再涂镀三基色稀土荧光物质。这由材料成本和生产工艺成本所决定。本发明所述的照明灯，灯丝所形成的线或面与阳极对应面平行，最短距离处处相
坐寸ο本发明所述的照明灯供电单元，依据照明灯的不同使用类别和功率差异，供电单元对应输出各种电压等级的交流包括脉冲、直流电源。本发明所述的照明灯，可以用于室内、室外、便携式及特殊地点、环境的一切照明、显示及用于仪器仪表的指示、显示。
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I是场致电子发射的原理示意图。图2是本发明的原理示意图。图3是本发明供电电源原理4是本发明实施例I的工程示意5是本发明实施例2的工程示意图
具体实施例方式图4示出的是本发明实施例I的工程图。真空负压体与传统日光灯管相似，玻璃管中心是一根碳纳米管丝，其两端与导体连接，为使灯丝与管壁平行，一端用拉伸弹簧连接。玻璃管内壁涂镀一层含三基色荧光物质透明导电膜，作为阳极。灯管两端有4个接线端，其中两个接线端在灯管与阳极连接，另两个与管丝两极连接。实施例电源是220V市电，经全桥整流后的311V直流电源供阳极，经限流分压后输出12V电源供灯丝。图5示出的是本发明实施例2的工程图。真空负压体外形与LED发光二极管相似，碳纳米管丝成U字形，管内壁涂镀三基色稀土荧光物质透明导电膜，作为阳极。引出管脚为三极，其中两极为灯丝引出线脚，另一极为阳极引出线脚。阳极接3V电池正极，灯丝一脚接电池I. 5V正极，另一脚接电池负极，并于阳极所接3V电池共地。如图5所示。
权利要求
1.一种使用电场致灯丝发射电子的照明灯，其特征在于，包括真空负压体(I)和供电单元(5)。所述真空负压体(I)进一步包括灯丝(2)、阳极(3)、荧光粉(4)。所述灯丝(2)由碳纳米管制成，且两端施加电源。所述阳极(3)和灯丝(2)之间施加电压，建立电场。
2.依据权利要求I所述真空负压体(I)的外壳是具有一定厚度的玻璃或是透明有机材料包括其形状。
3.依据权利要求I所述灯丝(2)包括碳纳米管丝及其两端与导体连接或碳纳米管材料涂镀在导体表面，进一步所述灯丝(2)形状，且两端施加电源后，灯丝(2)有电子逸出。
4.依据权利要求I所述阳极(3)是涂镀在负压体(I)内壁上的导电膜，进一步所述阳极(3)是含有三基色稀土荧光物质透明导电膜或三基色稀土荧光物质涂镀在阳极(3)透明导电金属膜表面。
5.依据权利要求I所述阳极(3)和灯丝⑵之间施加电压，建立电场，灯丝⑵逸出的电子加速打击阳极(3)荧光物。
6.依据权利要求I所述供电单元(5)提供交流包括脉冲、直流电源。
全文摘要
一种使用电场致灯丝发射电子的照明灯，包括真空负压体和供电单元。所述真空负压体进一步包括灯丝、阳极、荧光粉。所述灯丝材料由碳纳米管制成；所述阳极是涂镀在负压体内壁上的透明导电金属膜；所述荧光粉是三基色稀土荧光物质。所述供电单元可提供交流包括脉冲和直流电源。所述阳极和灯丝之间施加电压，形成一电场，灯丝的两极，施加电源，灯丝有冷电子逸出，在阳极与灯丝之间电场的作用下，电子飞速撞击三基色荧光物质发光，最后电子被阳极吸收。
文档编号H01J63/02GK102842483SQ20111016996
公开日2012年12月26日 申请日期2011年6月22日 优先权日2011年6月22日
发明者张富林 申请人:张富林