FUENTE LUMINOSA DE LUMINISCENCIA CATODICA.

Una fuente luminosa que comprende:

al menos un cátodo (5, 13,

23, 24, 30) adaptado para producir un haz de electrones como el resultado de una emisión de campo desde un material de película (6, 14) que cubra una superficie al menos del mencionado cátodo;

al menos un ánodo (2, 11, 18, 26, 31) que tiene una superficie enfrentada al menos a un cátodo que está adaptado para ejecutar la reflexión especular de la luz, y que está revestido con una capa de fósforo excitado por los electrones (4, 12), y

un armazón que acomode al menos el mencionado ánodo y al menos el mencionado cátodo y adaptado para producir el vacío, en donde al menos una parte de una superficie del mencionado armazón es transparente

Fuente luminosa de luminiscencia catódica.

Campo de la invención

La presente invención está relacionada con las fuentes de radiación óptica utilizadas para el alumbrado y/o para formar imágenes utilizando pantallas de diversas construcciones y fines.

Antecedentes de la invención

Se utilizan una gran diversidad de fuentes luminosas en todos los campos de las actividades humanas. En una gran mayoría de casos el principio operativo de las fuentes luminosas implica la conversión de la corriente eléctrica en la luz. Dependiendo de su utilización específica, las fuentes luminosas deberán cumplir unos requisitos definidos en cuanto a la intensidad de la radiación y directividad, su distribución espectral, dimensiones globales, y otras características. El parámetro más importante de cualquier fuente luminosa es el rendimiento de la conversión de la energía eléctrica en la luz. Por tanto, los parámetros de las distintas fuentes luminosas pueden variar dentro de unos amplios rangos, dependiendo de los fundamentos utilizados para la emisión luminosa. En particular, el mencionado rendimiento de la conversión de la energía eléctrica en luz visible en las lámparas incandescentes es tan bajo como el 1%. El rendimiento de la conversión de la energía eléctrica en las fuentes luminosas, basándose en la electroluminiscencia de varias clases depende en forma deficiente de la longitud de onda de la luz emitida, y varía desde el 0,01% para un rango espectral de onda corta (azul) hasta el 15% para una radiación de onda larga (rojo e infrarrojo). En varios aparatos y dispositivos de emisión luminosa por descarga de gas, el rendimiento de conversión de la energía varía desde el 1-20%, dependiendo de la clase de descarga y de las características espectrales de la radiación. Las fuentes luminosas por descarga de gas se utilizan en particular como fuentes de radiación UV para la emisión adicional de luz visible debido a la fotoluminiscencia. El rendimiento de la conversión de la energía de radiación UV en energía visible es tan alto como del 60%, lo cual aporta un rendimiento de energía (es decir, un rendimiento total de la conversión de energía eléctrica en luz visible) en las lámparas fotoluminiscentes de un nivel tan alto como del 10%. A pesar de un rendimiento de energía relativamente alto de las lámparas luminiscentes, éstas adolecen de varios inconvenientes. Uno de los inconvenientes más substanciales es el uso de mercurio en las mismas. Pueden utilizarse haces de electrones en lugar de la radiación UV para excitar la luminiscencia. En dicho proceso de luminiscencia catódica el rendimiento de la conversión de la energía de radiación UV en luz visible, puede alcanzar un valor del 35-40%. Además de ello, el rendimiento total de las fuentes luminosas de luminiscencia catódica es la función de la cantidad de energía consumida para el establecimiento del haz de electrones requerido.

Pueden servir como ejemplos de fuentes luminosas de luminiscencia catódica las distintas lámparas de luminiscencia catódica, indicadores, tubos de TV, dispositivos luminiscentes de vacío, y similares. Como regla general, el haz de electrones en tales dispositivos se establece debido a la emisión termoiónica a partir de un cátodo a alta temperatura (por ejemplo, la patente británica numero 2009492 y la patente de RF numero 2089007). El rendimiento de la conversión de la energía eléctrica en luz visible en tales dispositivos es demasiado bajo, teniendo en cuenta de que una considerable proporción de la energía tiene que gastarse en el calentamiento del cátodo. Además de ello, los campos de aplicación de tales dispositivos están restringidos por procesos de producción complicados, así como también por las dimensiones globales y requisitos impuestos en las condiciones operativas de los mencionados dispositivos. Por el contrario, el uso de otras clases de emisión estimulada de electrones como fuente de los mismos (tal como la foto-emisión, emisión secundaria de electrones, y similares) falla para proporcionar una conversión de energía eléctrica de alto rendimiento en la luz.

Un método alternativo para producir un haz de electrones reside en el uso del efecto de la emisión de campo. A diferencia de la emisión termoiónica, emisión foto-electrónica, y otras clases de emisión estimulada, la emisión de campo de electrones tiene lugar sin absorción de energía en el material del cátodo (emisor), que establece un pre-requisito para la provisión de fuentes luminosas de alto rendimiento. No obstante, la provisión de haces de electrones utilizando cátodos de emisión de campo, y teniendo una densidad de corriente suficientemente alta para un uso práctico incluye una intensidad de campo eléctrico muy alta (gradiente de potencial) efectiva sobre la superficie del cátodo (10⁸ - 10⁹ V/m). Tal intensidad de campo alta requiere a su vez el uso de valores de voltajes adecuadamente altos y/o cátodos conformados como delgadas puntas o bordes que contribuyan a una amplificación de campo eléctrico local.

En consecuencia, los valores de voltaje accesibles desde el punto de vista práctico, incluyen la provisión de puntas y bordes de un rango de micras y sub-micras, lo cual se añade substancialmente al costo de su producción. Además de ello, la emisión de electrones se hace extremadamente inestable debido a la alta sensibilidad de las estructuras de agujas del tamaño de submicras con respecto a las condiciones del medio ambiente. Tales circunstancias impiden substancialmente el uso de cátodos de emisión de campo del tipo de puntas y bordes en los aparatos y dispositivos de propósito general. Es conocida en la técnica actual una fuente luminosa de luminiscencia catódica, en donde un filamento fino de un material eléctricamente conductor hace uso de un cátodo de emisión de campo (véase el documento WO 97/07531). En una lámpara de este tipo, el cátodo está encerrado en un bulbo de vidrio evacuado, cuya superficie interior tiene un revestimiento eléctricamente conductor transparente que sirve como ánodo. Se aplica una capa de fósforo capaz de emitir luz bajo el efecto de un flujo de electrones que se aplica al mencionado revestimiento eléctricamente conductor. No obstante, uno de los inconvenientes inherentes en dicha construcción reside en que con el fin de proporcionar una alta intensidad de campo eléctrico en la forma adecuada que se requiere para la emisión de electrones, y en donde los valores de un voltaje entre el ánodo y el cátodo sean aceptables para un uso práctico, forzando con ello a utilizar filamentos que tienen un diámetro extremadamente pequeño (de 1 µ a 15 µ). Así mismo, la baja resistencia de dichos filamentos finos presenta unos problemas considerables en la fabricación de cátodos para las fuentes luminosas en consideración. Un inconveniente adicional de la mencionada construcción de las lámparas de luminiscencia catódica reside en el hecho de que el haz de electrones ejecuta una excitación más eficiente sobre el lado de la capa de fósforo excitado por los electrones, que está frente al cátodo, es decir hacia dentro del bulbo de vidrio. En consecuencia, una considerable proporción del flujo luminoso es absorbida en las capas de fósforo excitadas por los electrones, las cuales están situadas más cerca de la superficie del bulbo exterior transparente. La absorción de luz da lugar a una pérdida de una parte de la energía, y a un rendimiento afectado general de las lámparas de un tipo dado. Son conocidos en la técnica los materiales de carbón, en donde se observa que la emisión de campo tiene lugar para una intensidad de campo eléctrico mucho menor (10⁶ - 10⁷ V/m), lo cual es debido a las dimensiones del orden de nanometros de los elementos estructurales, así como debido también a las propiedades electrónicas específicas inherentes en el carbón nano-estructurizado (véase el documento WO 00/40508 A1). El uso de tales materiales como emisores de electrones (cátodos) permite el poder reducir substancialmente el valor de un voltaje aplicado entre el ánodo y cátodo para producir un haz de electrones.

Otra fuente más de luminiscencia catódica conocida es la que corresponde a un diodo termoiónico en forma de cilindro, con un cátodo de emisión de campo que tiene un hilo de metal de 1 mm provisto con tubos de carbón del tamaño del orden de nanometros (nanotubos) aplicados en la superficie del hilo (véase J.M. Bonard, T. Stoeckli, O. Noury, A. Chatelain, Fisica Aplicada, Lett. 78, 2001, 2775-2777). El uso de nanotubos de carbón hace posible en este caso el reducir los valores del voltaje utilizado en el dispositivo. No obstante, uno de los inconvenientes...

1. Una fuente luminosa que comprende:

al menos un cátodo (5, 13, 23, 24, 30) adaptado para producir un haz de electrones como el resultado de una emisión de campo desde un material de película (6, 14) que cubra una superficie al menos del mencionado cátodo;

al menos un ánodo (2, 11, 18, 26, 31) que tiene una superficie enfrentada al menos a un cátodo que está adaptado para ejecutar la reflexión especular de la luz, y que está revestido con una capa de fósforo excitado por los electrones (4, 12), y

un armazón que acomode al menos el mencionado ánodo y al menos el mencionado cátodo y adaptado para producir el vacío, en donde al menos una parte de una superficie del mencionado armazón es transparente.

2. La fuente luminosa de la reivindicación 1, en donde el mencionado armazón es de forma cilíndrica, y al menos un cátodo es filiforme, y que está dispuesto substancialmente a lo largo de un eje longitudinal del armazón, en donde la mencionada superficie especular reflectante del ánodo se solapa parcialmente en la superficie interior del armazón en forma de cilindro, mientras que una parte restante de la mencionada superficie del mencionado armazón es transparente para la mencionada luz generada dentro del mencionado armazón.

3. La fuente luminosa de la reivindicación 1, en donde el mencionado armazón es de forma esférica, el mencionado cátodo tiene forma de espira y se encuentra dispuesto substancialmente en el centro del armazón mencionado de forma esférica, en donde la mencionada superficie del ánodo reflectante especular se solapa parcialmente en una superficie de armazón de forma esférica interior, mientras que una parte restante de la mencionada superficie del mencionado armazón es transparente a la mencionada iluminación generada dentro del mencionado armazón.

4. La fuente luminosa de cualquiera de las reivindicaciones 1, 2 ó 3, en donde la mencionada superficie del ánodo tiene un revestimiento eléctricamente conductor sobre una parte de una superficie interior del mencionado armazón.

5. La fuente luminosa de la reivindicación 1, en donde la fuente luminosa está provista con una pluralidad de ánodos que tienen una forma aproximada a un perfil semi-cilíndrico y localizada sobre una base substancialmente plana, y en donde al menos un cátodo es similar a un enroscado, en donde las mencionadas roscas están dispuestas por encima y a lo largo al menos de un mencionado ánodo.

6. La fuente luminosa de la reivindicación 1, en donde la fuente luminosa está provista con una pluralidad de ánodos que tienen la forma aproximadamente de un perfil hemisférico y situada sobre una base substancialmente plana, y el menos un mencionado cátodo en forma de espira, en donde las mencionadas espiras están dispuestas por encima al menos del mencionado ánodo esencialmente en el centro del mismo.