Катодолюминисцентные источники света

Катодолюминесцентный источник света (КИС) — перспективный люминесцентный источник света, в котором видимый свет излучается люминофором, который в свою очередь светится под воздействием потока электронов, испускаемого эмиттером.

Принцип действия КИС аналогичен механизму работы телевизионного кинескопа, который представляет собой вакуумную трубку с экраном, покрытым люминофором, возбуждаемым электронным пучком. Эмиссия электронов осуществлялась автоэмиссионным катодом. В производство КИС, не используются токсичные материалы, что, не сказывается на светоотдаче. По этому признаку новые лампы могут соперничать со светодиодными аналогами. Кроме того, массовый выпуск таких изделий может оказаться довольно дешевым.

История

Ещё в 1980-е годы можно было встретить так называемые катодолюминесцентные вакуумные индикаторы и источники света. По своей сути они были своеобразными небольшими телевизорами, в которых отсутствовала лишь система пространственного перемещения электронного луча, но были стеклянная колба, катод, испускающий электроны, и анод с нанесенным люминофором. Катод в этих источниках света был, как в кинескопах и радиолампах, накаливаемым. Люминофоры, используемые в таких приборах, имели одну особенность — они возбуждались достаточно медленными электронами, которые не успевали набрать высокую скорость из-за малого расстояния между анодом и катодом. Поэтому для катодолюминесцентных источников света были разработаны специальные люминофоры. Для обеспечения высокого срока службы подобные приборы требовали применения высоких вакуумных технологий, а накаливаемый катод определял высокое энергопотребление и ограничивал яркость свечения. Вскоре подобные приборы были вытеснены плазменными и светодиодными аналогами. Но были и преимущества: например, отсутствие ртути, хорошая контрастность излучения, а также идеальная помехозащищенность и низкое энергопотребление ^[1].

Катодолюминесцентная технология перешла в разряд реликтовых, хотя и продолжала совершенствоваться, в основном — в научных лабораториях. Было ясно, что необходимо модернизировать прежде всего катод. В качестве эмиттера электронов предложили использовать так называемый многоострийный холодный катод, в котором эмиссия достигалась за счет увеличения электрического поля на микроостриях его поверхности. При определенной напряженности электрического поля в материале катода возникают условия для выхода электронов. Эмиттеры этой группы обычно называют полевыми. При этом чем меньше размеры острий, тем выше эмиссия электронов. Были испробованы многие типы материалов, от тугоплавких металлов до кремния и полупроводников. Технология изготовления подобных катодов оказалась весьма сложной и дорогостоящей. Главное же, что такие катоды могли эффективно работать только в условиях сверхвысокого вакуума и быстро разрушались при наличии примесных газов. Поэтому следовало продолжать поиски.

«Свет в конце тоннеля» появился в 1990-е годы, когда внимание исследователей привлекли различные формы углерода. Прежде всего были исследованы эмиссионные свойства углеродных волокон, пористого углерода и так называемых алмазоподобных пленок, которые получались при разложении органических веществ в вакууме. Оказалось, что подобные материалы могут работать в условиях технического вакуума ^[2]. Это существенно упрощало технологию изготовления катодолюминесцентных источников света. К тому же углерод никак не может быть отнесен к дефицитным и дорогостоящим материалам. Все это увеличивало шансы забытой технологии. Однако самые большие надежды на прогресс катодолюминесцентной технологии возникли с появлением нового типа углеродных материалов, а именно с углеродными нанотрубками, первые сведения о которых появились в самом начале 1990-х годов.

Преимущества

• благоприятный для человеческого восприятия спектр излучения;
• большая площадь светоизлучающей поверхности и равномерность засветки (по сравнению со светодиодными лампами);
• низкая инерционность (готовность к работе - 0,5 мс)
• диапазон рабочих температур от -196°С до +150°С; ^[3]
• высокий срок службы более 10 тыс. часов ^[4]
• простая технология и доступное сырье
• возможность полной автоматизации производства;
• отсутствие проблем при утилизации; экологическая чистота - отсутствие вредных и ядовитых веществ

Области применения

• Осветительные лампы
• Элементы подсветки ЖК-дисплеев
• Плоские автоэмиссионные экраны (Field Emission Display – FED).
• Пикселы больших видеоэкранов коллективного пользования
• Светофоры и семафоры
• Источники резервного освещения
• Сигналы спасения на воде и в горах
• Любые источники света высокой яркости с возможностью подбора спектра излучения ^[5]

Смотри также

Вакуумный люминесцентный индикатор

Ссылки

• Катодолюминесцентные лампы-новый источник света
• Наноструктурные углеродные материалы в катодолюминисцентных источниках света, Журнал ЭЛЕКТРОНИКА: Наука, Технология, Бизнес 6/2007

Примечания

1. ↑ Журнал "Наружка. Материалы и оборудование", российский выпуск №11 февраль 2009
2. ↑ Е.П. Шешин Структура поверхности и автоэмиссионные свойства углеродных материалов. - М.: Издательство МФТИ, 2001. - 288с. ISBN 5-89155-066-0
3. ↑ Катодолюминесцентные лампы-новый источник света
4. ↑ В.Одиноков, Г.Павлов, Е.Шешин. Катодолюминесцентные автоэмиссионные источники света и их изготовление, "Наноиндустрия" №5 за 2010г
5. ↑ А.Лейченко, Е.Шешин, А.Щука. Наноструктурные углеродные материалы в катодолюминесцентных источниках света, ЭЛЕКТРОНИКА: Наука, Технология, Бизнес Выпуск № 6/2007