Плоская люминесцентная лампа

 

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано в телевизионных и наборных индикаторных устройствах отображения информации. Целью является уменьшение размеров экранной поверхности индикаторного устройства без снижения уровня его информативности за счет варьирования цвета светового поля элемента отображения информации, а также снижение напряжения зажигания разряда и повышение механической прочности лампы. Плоская люминесцентная лампа содержит герметизированный стеклянный балон, наполненный смесью аргона с парами ртути, внутри которого расположены два холодных разрядных электрода, простирающихся вдоль боковых стенок баллона. На внутренние поверхности фронтальной и задней пластин баллона нанесено люминофорное покрытие. Предложенная лампа содержит многоярусную систему плоских разрядных промежутков, расположенных параллельно фронтальной и задней пластинами баллона и отделенных друг от друга экранными стеклянными пластинами, на поверхность которых нанесено люминофорное покрытие так, чтобы в каждом разрядном промежутке оно было нанесено на поверхность хотя бы одной из двух пластин, ограничивающих разрядный промежуток, а в разных разрядных промежутках оно имело различный цвет свечения. Плоские разрядные электроды в каждом разрядном промежутке выполнены в виде проводящих толстых пленок, каждый разрядный промежуток снабжен электродом-поджигателем, выполненным в виде проводящей толстой пленки и размещенным на одной из боковых стенок баллона, свободной от разрядных электродов. Даны диапазон давлений аргоно-ртутной смеси, соотношения физических величин и размеров. 2 з. п. ф-лы, 2 ил., 2 табл.

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано в телевизионных и наборных индикаторных устройствах отображения информации.

Известна плоская люминесцентная лампа, содержащая стеклянный герметизированный баллон с фронтальной и задней пластинами, на внутренних, обращенных к разрядному промежутку, поверхностях которых нанесено люминофорное покрытие. Около двух боковых противоположных стенок баллона размещены простирающиеся вдоль них холодные полые разрядные электроды, выполненные из металлической ленты. Лампа наполнена смесью аргона с парами ртути. При подаче переменного напряжения частотой несколько килогерц между электродами возникает тлеющий разряд, плазма которого заполняет весь объем разрядного промежутка, а коротковолновое излучение вызывает видимое свечение люминофорного покрытия. Это создает световое поле лампы, наблюдаемое со стороны фронтальной пластины, цвет которого неизменен и обусловлен нанесенным люминофором.

Недостатком известной плоской лампы является невозможность варьировать цвет ее светового поля, что отражается на качестве индикаторных устройств на ее основе и сужает область ее применения.

Целью изобретения является уменьшение размеров экранной поверхности цветного наборного индикаторного устройства без снижения уровня его информативности за счет варьирования цвета светового поля элемента отображения информации, снижение напряжения зажигания разряда, а также исключение из объема лампы деталей, соединяемых путем сборочных операций, что повышает ее механическую прочность и упрощает ее монтаж.

Цель в плоской люминесцентной лампе, содержащей герметизированный стеклянный баллон, включающий фронтальную и заднюю пластины с нанесенным на их внутренние поверхности люминофором и боковые стенки, наполненный смесью аргона с парами ртути, с одним газоразрядным промежутком, который снабжен двумя полыми холодными разрядными электродами из металлической ленты, простирающимися вдоль противоположных боковых стенок баллона, достигается тем, что она содержит многоярусную систему плоских разрядных промежутков, количество которых находится в пределах 2.4, расположенных параллельно фронтальной и задней пластинам баллона, высота которых в диапазоне давления аргона, лежащем в пределах 3.25 мм Hg, удовлетворяет соотношению 3≅ ≅5, где p давление аргона, мм Hg; δ высота разрядного промежутка, мм, причем разрядные промежутки отделены один от другого экранными стеклянными пластинами, на поверхность которых нанесено люминофорное покрытие таким образом, чтобы в каждом разрядном промежутке люминофорное покрытие было нанесено на поверхность хотя бы одной из двух пластин, ограничивающих разрядный промежуток, а в разных разрядных промежутках оно имело различный цвет свечения, тем, что каждый разрядный промежуток содержит плоские разрядные электроны, выполненные в виде проводящих толстых пленок, нанесенных на противоположные боковые стенки баллона и по середине их, причем отношение ширины пленочного электрода к высоте боковой стенки баллона в данном разрядном промежутке находится в пределах 0,4≅ ≅0,8, где а ширина пленочного электрода, мм; h высота боковой стенки баллона в данном разрядном промежутке, мм, а также тем, что каждый разрядный промежуток снабжен электродом-поджигателем, выполненным в виде проводящей толстой пленки и размещенным на одной из боковых стенок баллона, свободной от разрядных электродов, таким образом, что при минимальном расстоянии между ним и любым из разрядных электродов, находящемся в пределах 2.5 мм, отношение расстояния между разрядными электродами и длиной электрода-поджигателя находится в пределах 1,04≅ ≅1,4, где L расстояние между разрядными электродами, мм; l длина электрода-поджигателя, мм.

В наборных индикаторных устройствах, в которых заявленная лампа используется в качестве элемента отображения информации, возможность изменять цвет свечения каждого элемента позволяет производить цветовое кодирование информации без увеличения числа этих элементов, что существенно увеличивает объем информации, отображаемой с единицы экранной поверхности этих устройств. При использовании заявленной лампы в качестве источника подсветки возможность изменять цвет светового поля повышает уровень информативности индикаторного устройства и расширяет сферу его применения.

На фиг.1 схематически изображена лампа, продольное сечение, двухъярусный вариант; на фиг. 2 лампа в изотермии.

Лампа содержит два плоских разрядных промежутка 1, расположенных параллельно фронтальной пластине 2 и задней пластине 3 баллона 4 и отделенных один от другого экранной стеклянной пластиной 5. Со стороны фронтальной пластины 2 наблюдают световое поле лампы. Лампа наполнена смесью аргона с парами ртути. Высота каждого разрядного промежутка в диапазоне давления аргона, лежащем в пределах 3.25 мм Hg, удовлетворяет соотношению 3≅ ≅5.

Люминофорное покрытие 6 нанесено на внутренние поверхности фронтальной пластины 2, задней пластины 3 и на поверхность экранной пластины 5, обращенной к разрядному промежутку 1, расположенному между задней пластиной 3 и экранной пластиной 5. В общем случае люминофорное покрытие должно наноситься таким образом, чтобы в каждом разрядном промежутке оно присутствовало на поверхности хотя бы одной из двух пластин, ограничивающих этот разрядный промежуток. При этом на поверхности пластин, обращенных к разным разрядным промежуткам, должны наноситься люминофоры с различным цветом свечения, тем самым обеспечивая возможность варьировать цвет свечения светового поля лампы от чистого цвета свечения того или иного люминофора (при горении разряда только в одном разрядном промежутке) до смешанного цвета (при горении разряда в нескольких промежутках). Количество разрядных промежутков в лампе находится в пределах 2.4. Наибольшее число промежутков ограничивается величиной яркости светового поля. При увеличении числа разрядных промежутков падает яркость светового поля от разрядов в промежутках, удаленных от фронтальной пластины 2, так как экранные пластины, аналогичные пластине 5, на которые нанесен люминофор, ослабляют световой поток. Каждый из разрядных промежутков 1 содержит индивидуальную систему разрядных электродов 7.

Разрядные электроды 7 могут быть полыми, из металлической ленты, простирающимися вдоль противоположных боковых стенок 8 баллона 4 и могут быть выполнены в виде проводящих толстых пленок, нанесенных на противоположные боковые стенки 8 баллона 4 и посередине их, причем отношение ширины пленочного электрода 7 к высоте боковой стенки 8 баллона 4 в данном разрядном промежутке находится в пределах 0,4≅ ≅0,8, где а ширина пленочного электрода 7, мм;
h высота боковой стенки 8 баллона 4 в данном разрядном промежутке 1, мм.

Верхняя граница указанного соотношения обусловлена влиянием мест соприкосновения ("швов") боковых стенок 8 баллона 4 с ограничивающими разрядный промежуток пластинами 2 или 3 и пластиной 5 на распределение плотности тока по электроду. При слишком близком расположении верхней и нижней границ электродов от "швов" нарушается равномерное распределение плотности тока, что приводит к неравномерной яркости свечения светового поля лампы.

Нижняя граница соотношения обусловлена следующим. Яркость свечения светового поля лампы зависит от плотности тока j на единицу погонной длины разрядного электрода в промежутке и от высоты δ разрядного промежутка, которая принята равной высоте h участка боковой стенки, относящегося к данному разрядному промежутку. Чем больше j и меньше δ= h, тем выше яркость светового поля. С другой стороны, от величины j зависит скорость распыления электрода в разряде вследствие ионной бомбардировки. Скорость распыления повышается с увеличением удельной токовой нагрузки на электрод, т.е. скорость распыления повышается с увеличением j и с уменьшением площади поверхности электрода, относящейся к единице погонной длины электрода, т.е. с уменьшением его ширины а. Таким образом нижняя граница соотношения обусловлена необходимостью сохранения яркости свечения светового поля лампы без увеличения скорости распыления разрядных электродов.

Для облегчения зажигания разряда каждый из разрядных промежутков 1 снабжен электродом-поджигателем 9, выполненным в виде проводящей толстой пленки и размещенным на одной из боковых стенок 8 баллона 4, свободных от разрядных электродов 7. В любом из разрядных промежутков 1 электрод-поджигатель 9 размещен так, что при минимальном расстоянии между ним и любым из разрядных электродов 7, находящемся в пределах 2.5 мм, отношение расстояния между разрядными электродами 7 и длиной электрода-поджигателя 9 находится в пределах
1,04≅ ≅1,4, где L расстояние между разрядными электродами 7, мм;
l длина электрода-поджигателя 9, мм.

Снижение напряжения зажигания между разрядными электродами 7 при использовании электрода-поджигателя 9 достигается путем предварительного зажигания подготовительного разряда между электродом-поджигателем 9 и одним из разрядных электродов 7 и только в том случае, если напряжение зажигания подготовительного разряда ниже напряжения зажигания разряда между электродами 7 в отсутствие подготовительного разряда и если плазма подготовительного разряда распространяется вдоль электрода-поджигателя 9 на достаточное расстояние.

Зажигание подготовительного разряда осуществляется путем кратковременного подсоединения электрода-поджигателя 9 к более удаленному от него разрядному электроду 7 либо путем постоянного подсоединения электрода-поджигателя 9 к этому разрядному электроду 7 через емкостную или омическую нагрузку. Питание к электроду-поджигателю 9 подается через вывод 10. Проводящие толстые пленки, формирующие разрядные электроды 7 и электроды-поджигатели 9, наносятся в каждом разрядном промежутке 1 на соответствующие боковые стенки 8 баллона 4 известным методом трафаретной печати. Материалом для этих пленок служит известная паста на основе боридов никеля, которая устойчива к ионной бомбардировке в газовом разряде.

Через отросток 11 на задней пластине 3 проводят вакуумную обработку лампы и наполняют ее газом. Чтобы экранная пластина 5 не препятствовала вакуумной обработке лампы, в ней предусмотрено отверстие 12. Переменное напряжение частотой несколько килогерц подается через выводы 13 на разрядные электроды 7, и в разрядных промежутках 1 возникает тлеющий разряд. Он имеет вид плоского слоя и заполняет весь объем разрядного промежутка 1. Коротковолновое излучение разряда вызывает свечение люминофора, и со стороны фронтальной пластины 2 наблюдается световое поле лампы. Так как фронтальная пластина 2, экранная пластина 5 и задняя пластина 3 не пропускают коротковолновое излучение разряда, то разряд в "верхнем", первом от фронтальной пластины 2 разрядном промежутке 1 возбуждает то люминофорное покрытие 6, которое обращено к этому разряду, т.е. нанесено на фронтальную пластину 2. Соответственно разряд в "нижнем", втором от фронтальной пластины 2 промежутке 1 возбуждает люминофорное покрытие 6 на пластинах 3,5, обращенных к данному разряду.

Как показали проведенные экспериментальные исследования, статистическая обработка полученных данных и результаты их анализа, полученные цели достигаются только выполнением взаимосвязанных между собой существенных признаков заявленной плоской люминесцентной лампы.

В целях сокращения описания в примерах конкретного выполнения заявленной плоской люминесцентной лампы нецелесообразно повторять ее вышеизложенные признаки, а контролировать только те отличительные признаки, числовые значения которых не охарактеризованы выше. Для удобства представленные примеры практического выполнения заявленной плоской люминесцентной лампы сведены в табл. 1 и 2. Все отраженные в таблицах примеры практического выполнения предложенной лампы взаимосвязанно подтверждают достижение цели.

За параметр, характеризующий достижение первой цели (уменьшение размеров экранной поверхности индикаторного устройства), целесообразно принять отношение α количества элементов отображения в индикаторном устройстве с неизменным цветом свечения светового поля лампы, как в прототипе, к количеству элементов отображения с варьируемым цветом свечения поля, как в заявленном объекте (с учетом смешанных цветов). За параметр, характеризующий достижение второй цели (снижение напряжения зажигания разряда), целесообразно принять отношение β напряжения зажигания разряда в лампе по прототипу к напряжению зажигания разряда в каждом разрядном промежутке у заявленного объекта. Как следует из табл.1 и 2 в оптимальных условиях практического выполнения предложенной плоской люминесцентной лампы элементов отображения индикаторного устройства с варьируемым цветом свечения требуется в 7 раз меньше, чем элементов отображения информации с неизменным цветом свечения (табл.1, пример 1 α= 7), а напряжение зажигания разряда в 1,5 раза ниже, чем в лампе по прототипу (табл.2, пример 1 β= 1,5).

Нижняя и верхняя границы параметров, отраженных в формуле изобретения, выбраны исходя из условий минимального достижения целей (табл.1, пример 2 α= 3, пример 3 α= 11; табл.2, пример 2 -β= 1,4, пример 3 β= 1,6).

Любой выход за указанные нижнюю и верхнюю границы приводит к невозможности достижения цели. Табл.1 при выходе за нижнюю границу (пример 4) α= 1, т. е. цвет светового поля лампы, являющейся элементом отображения информации, не варьируется, а неизменно, выход за верхнюю границу (пример 5) α не имеет смысла, так как яркость светового поля заявленного объекта недостаточна для безошибочного визуального считывания предъявленной информации. Табл.2 при выходе как за нижнюю границу (пример 4), так и за верхнюю (пример 5) β= 1,0, т.е. снижение напряжения зажигания разряда в заявленном объекте не происходит. В других примерах практического выполнения заявленного объекта при величинах параметров внутри заявленных пределов цели достигаются, как следует из табл. 1 и 2 (примеры 6 и 7), а любой выход за предельные значения независимо от того, что величины остальных параметров находятся внутри заявленных пределов, цели не достигаются (табл. 1, пример 8 величина α не имеет смысла, так как отсутствует стабильное по параметрам световое поле у заявленного объекта; табл.2, пример 8 β= 1, снижение напряжения зажигания у заявленного объекта не происходит, так как из-за относительно малой длины электрода-поджигателя мала протяженность распространения плазмы подготовительного разряда в объем прибора).

Кроме указанного в целях достигаемого положительного эффекта предложенная плоская люминесцентная лампа обладает следующими достоинствами.

Исполнение разрядных электродов в виде толстой пленки исключает из объема лампы детали, соединяемые путем сборочных операций, что повышает механическую прочность лампы и упрощает ее монтаж. Благодаря толстопленочному исполнению электродов возможно в качестве материала использовать известные пасты на основе боридов никеля, обладающих более высокой устойчивостью к ионной бомбардировке в разряде, чем чистые металлы.

Формула изобретения

1. ПЛОСКАЯ ЛЮМИНЕСЦЕНТНАЯ ЛАМПА, содержащая наполненный смесью аргона с парами ртути герметизированный стеклянный баллон, включающий фронтальную и заднюю пластины с нанесенным на их внутренние поверхности люминофором, и боковые стенки, и два полых холодных разрядных электрода, расположенных вдоль противоположных боковых стенок в одном газоразрядном промежутке, расположенном параллельно фронтальной и задней пластинам, отличающаяся тем, что она снабжена дополнительными разрядными промежутками с соответствующими электродами и разделяющими их стеклянными пластинами, все разрядные промежутки образуют многоярусную систему, их количество находится в пределах 2 - 4, на поверхность по меньшей мере одной из двух пластин, ограничивающих разрядный промежуток, нанесено люминофорное покрытие, которое выбрано так, чтобы разрядные промежутки имели разные цвета свечения, а высота δ каждого разрядного промежутка удовлетворяет соотношению

где P - давление аргона, мм вод.ст.,
при этом давление аргона находится в пределах 3 - 25 мм вод.ст.

2. Лампа по п.1, отличающаяся тем, что разрядные электроды выполнены в виде проводящих толстых пленок, нанесенных на противоположные боковые стенки баллона посередине их, причем отношение ширины пленочного электрода а к высоте боковой стенки баллона в данном разрядном промежутке находится в пределах 0,4 - 0,8.

3. Лампа по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что каждый разрядный промежуток снабжен электродом поджига, выполненным в виде проводящей толстой пленки и размещенным на одной из боковых стенок баллона, свободной от разрядных электродов, на расстоянии между ними и любым из разрядных электродов, находящемся в пределах 2 - 5 мм, а отношение расстояния между разрядными электродами и длиной электрода поджига находится в пределах 1,04 - 1,4.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4