冷電子紅外線燈的製作方法

2023-06-05 05:34:26 1

專利名稱：冷電子紅外線燈的製作方法
技術領域：
本發明關於一種夜間紅外線照明器，特別是指一種利用碳膜做為電子發 射體以發出電子，在加速電壓的條件下撞擊螢光粉產生紅外光的一種夜間照 明輔助器及其製造方法。
背景技術：
使用者在夜間使用數字相機或者是數字攝影機通常都會有遭遇光線不 足的問題，而需要使用閃光燈來輔助攝影。但如此在閃光的瞬間，將會干擾 被拍攝的周遭環境。另一方式則是使用附有開啟紅外線功能的數字攝影機。 紅外線具有肉眼無法察覺，卻可以在一定距離內提供足夠照明度的特點。因 此這種紅外線功能的數字攝影機具有隱密性，不易被發現，也較不易幹擾被 拍的物體及周遭環境的功效。軍事上，紅外線也常應用於夜間使用或光線不 足的情況下的望眼鏡或瞄準器上。加熱式的紅外線燈的另一用途是作為醫療使用，或烘乾用途。傳統的紅外線燈是利用巻狀鎢絲燈芯放入石英燈管內，通電流後加熱鎢 絲，而使其放出電子，電子再加速撞擊可以產生紅外線波長範圍的螢光塗層 上。這種紅外線燈屬於熱電子式的紅外線燈。為防鎢絲過早氧化，石英燈管 內通常充填特殊惰性氣體。管狀的石英是一個小型高功率熱源。燈管內有支撐的圓狀鎢絲作為固定 燈絲之用。這種燈管屬於保護氣體燈管類，也即在燈管的使用壽命期間，燈 管本身會變黑因而使得紅外線減弱的情形是非常微少的。另外，這種燈管是 由石英所製成的而不是一般玻璃，這是因石英本身的膨脹係數低且熔點高。
以使小小燈管內能承受高熱量，而低膨脹係數使其免於因突然間溫度衝擊造 成破裂。發明內容本發明所要解決的主要技術問題是提供一種冷電子紅外線燈，其利用碳 膜做為電子發射體，屬於冷電子的方式，因此，燈管壽命將比傳統以鵒絲加 熱所產生熱電子型的紅外線燈的燈管壽命長。本發明所要解決的另一主要技術問題是提供一種冷電子紅外線燈，更包 含一透鏡，能強化其照明的能力。本發明提供的一種冷電子紅外線燈，包含一平面陰極，由形成於鎳基板的碳膜組成；一平面陽極，由形成於一玻璃基板上的透明導電氧化層及塗布於該透明 導電氧化層上的螢光塗層所組成，該螢光塗層為能激發700nm至1500nm波 長範圍紅外線的螢光粉塗層；一玻璃柱體，該玻璃柱體上具有一平面以供一聚光透鏡固定於其上；一底座，該底座且具有二溝槽形成於其中，以供該平面陰極及該平面陽 極分別固定於該二溝槽中；該玻璃柱體結合該底座以形成一封裝體；一聚光透鏡；一反射塗層；該聚光透鏡連接於該玻璃柱體的該平面上，該玻璃柱體除了該透鏡所在的 表面外，其它表面皆以該反射塗層包覆，因此當該冷電子紅外線燈施以操作電 壓時，該平面陰極發出電子撞擊螢光塗層後激發出的光被該聚光透鏡聚光。本發明提供的又一種冷電子紅外線燈，包含一玻璃柱體；一條狀陰極，由鎳條成長碳膜於該鎳條的半表面上所組成；
一曲面陽極，由金屬反射基板塗布螢光塗層所組成，該螢光塗層為能激發700nm至1500nm波長範圍紅外線的螢光粉塗層；該條狀陰極位於該玻璃柱體的中心軸向或中心軸向正上方，曲面陽極則 隨著玻璃柱體的管體沿軸向貼附於該玻璃柱體，因此當該冷電子紅外線燈施 以操作電壓時，條狀陰極發出電子撞擊螢光塗層後激發出紅外光。較佳地，陽極和陰極先嵌入於底座上再置入於玻璃柱體內。聚光透鏡可 以置於玻璃柱體的透鏡座上。較佳地，上述的螢光塗層是由以砷化鎵粉末為主，另再摻雜錳、矽、硼 等的粉末所組成以產生紅外線。這種螢光粉屬於高電壓發光型的螢光粉，紅 外線波長範圍約700-1500nm。進一步，上述的實施例也可以分別包含指狀平面柵極，設於平面陽極和 陰極之間；或包含細金屬線形的柵極，設於條狀陰極和曲面陽極之間，以降 低操作電壓。本發明的效果是顯著的本發明利用碳膜做為電子發射體，屬於冷電子 的方式，因此，燈管壽命將比傳統以鎢絲加熱所產生熱電子型的紅外線燈的 燈管壽命長，此外，更包含一透鏡，能強化其照明的能力。


圖1A及圖1B為依據本發明第一較佳實施例的紅外線燈示意圖，包含平 面型透明陽極及陰極，圖1A為封裝前，而圖1B為封裝後。圖1C為依據本發明第二較佳實施例的紅外線燈，包含平面型透明陽極、陰極及指狀平面柵極。圖2A為依據本發明第三較佳實施例的紅外線燈，其中陰極是線狀的，而陽極則是反射金屬面，透鏡置於玻璃柱體外的座上。圖2B為依據本發明第三較佳實施例的紅外線燈的橫截面示意圖。圖2C為依據本發明第四較佳實施例的紅外線燈的橫截面示意圖，包含
一細線形柵極。圖號對照說明5…玻璃柱體10a……鎳基板10b……碳膜10c……陰極連接導線20……玻璃基板24……曲面反射金屬基板25a……氧化銦錫層25b……螢光塗層25c……陽極連接導線26……曲折部30……透鏡40……底座45……溝槽50……電源供應器55……透鏡基座60……光線射出方向65……反射塗層具體實施方式
本發明的較佳實施例將於往後的說明文字中輔以圖式做更詳細的闡述 圖1A為依據本發明的第一實施例的紅外線照明器的底座未塞入該玻璃 空心柱體5前的示意圖。包含一玻璃空心柱體5(以下簡稱玻璃柱體5)、鎳 基板10a、 一碳膜10b、 一玻璃基板20、氧化銦錫層25a及塗布於其上的螢 光塗層25b、透鏡30、陰極連接導線10c、陽極連接導線25c、底座40及電 源供應器50。陽極與陰極的距離約30-40咖。除了透鏡30外，為減少光束 射出後受螢光塗層25b的粉末的散射，在玻璃柱體5外可另加一反射塗層65， 以加強光束的強度。如圖示，反射塗層65除了透鏡的表面外，其餘玻璃柱 體5的表面皆以反射塗層65包覆，以降低紅外線光束被螢光粉所散射 (scattering)的程度。圖1A的玻璃柱體5是以空心圓柱為例，但並不應做 為限制條件。換言之，玻璃柱體5也可以是四角柱、五角柱、六角柱或是其 它多邊柱體。上述的反射塗層65可以是一金屬塗層或一金屬箔。首先，以垸類氣體為碳來源氣體，氫為還原氣體施以化學氣相沉積法，
請參考圖1A，在一鎳基板10a上成長一厚約1-10拜的平面碳膜層10b做 為陰極IO。成長的溫度約為850至100(TC。接著，在玻璃基板20上形成一 透明導電氧化層25a(例如氧化銦錫，ITO;氧化鋅，ZnO)，然後，在透明導 電氧化層25a上塗布一螢光塗層25b以做為陽極25。螢光塗層25b的成分以 砷化鎵粉末為主，另再摻雜錳、矽、硼等。以一較佳實施例而言，其中，砷 化鎵粉末的重量百分率濃度約為90-100%，其餘為錳、矽、硼等成分。這種 螢光粉屬於高電壓發光型的螢光粉，紅外線波長範圍約780-1500nm。另一選 擇則是銦鋁鎵砷磷的化合物InJUyGan—yAsJVz，上述的x約為0-l、y約0-0. 6、 z約為0. 1-1. 0。此外也可以選擇以氟化鋰作為螢光粉。最後，再將一透鏡30、玻璃基板20和鎳基板10a嵌入一底座40的溝 槽45中，再推入進行封裝，如圖1B所示。底座的材質以和玻璃柱體5可完 全融合者為佳，例如相同的玻璃材質。在玻璃柱體5完全封裝前先進行真空 處理。真空度約為l(T-l(Ttorr(典型值約為10-6 torr)。當然，透鏡30並 不限定要封裝於玻璃柱體5內，另一選擇請參考圖1B，是在玻璃基板20和 鎳基板10a以玻璃柱體5進行封裝後，再將透鏡30固定於玻璃柱體5的光 線射出方向以加強聚光。本發明的紅外線照明器耗電量極低，功率約為15W(可以使用高壓直流電 例如5kV-30kV)，在平面陽極和陰極的距離d為5-15mm，典型操作電壓約為 15000V，及極低電流0.5-2raA (典型值約為lmA)即可進行操作。本發明的電 源供應器可以是二顆至三顆9V的乾電池再經過升壓泵電路做為電源供應器 50，升壓至約lkV-15kV以提供紅外線電力。或另一種操作方式是電源供應 器50使用周期性方波產生電路提供電力，方波電壓的峰值-峰值約為 0V-15kV，周期約為50-200Hz。本發明的第一實施例也可以如下變化即在陽極25和陰極10之間再加 一柵極15，並連接一柵極電壓，以降低紅外線燈的工作電壓。以一較佳實施 例而言，柵極15是以彎曲成指狀的金屬導線15a另加一低阻值來完成，請 參考圖1C。例如數MQ(百萬歐姆)至數十MQ的電阻15b。其中，陽極平面25 和柵極平面15之間的距離約3mm-12mm，而柵極平面15和陰極平面10的距 離約2m-5mm。柵極可以提供電子較低的能障以供陰極射出的電子跳遷，以 上述陽極25、柵極15和陰極10之間的距離為例，操作電壓分別為陽極25 相對陰極施以5-10 kV，柵極15相對陰極施以3kV-5kV。以上的第一及第二較佳實施例中的陰極也可以如下變換。如圖2A、 2B、 2C所示為依據本發明的第三實施例的紅外線照明器，包含玻璃柱體5、 一 陽極25由圓弧形曲面導電基板24及塗布於曲面導電基板24上的螢光塗層 25b所組成、 一陰極10由鎳條lla的半圓柱表面形成一碳膜lib所組成；透 鏡30。該半圓柱表面朝向曲面導電基板24。為易於封裝時辨認鎳棒lla的 碳膜方向，鎳條ll.a可以在端部做成曲折部26。透鏡30則置於玻璃柱體5 的基座55上。基座55位於出光60的方向。其中鎳條直徑約為0.5-1.5咖。 玻璃柱體5直徑D約為0. 5-3 cm。在第二實施例中碳膜lib也是使用上述 的CVD法沉積。螢光塗層的成分同第一實施例，因此，將不再贅述。第三實施例條形陰極的紅外線照明器同樣也可以另加一柵極15於陽極 25和陰極10之間，並連接至柱體外部以連接電源，如圖2C所示。柵極15是 另一細金屬絲15a連接數MQ至數十Mfi的電阻15b所組成。以降低工作電壓。除此之外，在第二及第三實施例中，圖2B及2C中陰極10位置接近於 玻璃柱體5中心。依據本發明所揭示的精神也可作位置調整的變化。例如， 也可將陰極10的設置於比圖式玻璃柱體5中心正上方(接近透鏡30的方向)。 正上方是指仍維持與陽極曲面呈對稱。另外，上述實施例中的聚光透鏡是用以使射出的紅外光聚光，事實上， 本發明的應用也可以在沒有聚光透鏡的條件下使用。以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並非用以限定本發明的權利範 圍，凡其它未脫離本發明所揭示的精神下所完成的等效改變或修飾，均應包 含在本發明的保護範圍內。
權利要求
1.一種冷電子紅外線燈，其特徵在於，包含一平面陰極，由形成於鎳基板的碳膜組成；一平面陽極，由形成於一玻璃基板上的透明導電氧化層及塗布於該透明導電氧化層上的螢光塗層所組成，該螢光塗層為能激發700nm至1500nm波長範圍紅外線的螢光粉塗層；一玻璃柱體，該玻璃柱體上具有一平面以供一聚光透鏡固定於其上；一底座，該底座具有二溝槽形成於其中，以供該平面陰極及該平面陽極分別固定於該二溝槽中；該玻璃柱體結合該底座以形成一封裝體；一聚光透鏡；一反射塗層；該聚光透鏡連接於該玻璃柱體的該平面上，該玻璃柱體除了該透鏡所在的表面外，其它表面皆以該反射塗層包覆，因此當該冷電子紅外線燈施以操作電壓時，該平面陰極發出電子撞擊螢光塗層後激發出的光被該聚光透鏡聚光。
2. 如權利要求1所述的冷電子紅外線燈，其特徵在於，上述玻璃柱體內 部的真空度為10—L10—7拖耳，上述的反射塗層是一金屬塗層或一金屬箔。
3. 如權利要求1所述的冷電子紅外線燈，其特徵在於，該螢光塗層以錳、 矽、硼成分為次摻雜，而其中錳、矽、硼重量百分率濃度為1%至10%，其餘 為砷化鎵。
4. 如權利要求1所述的冷電子紅外線燈，其特徵在於，上述的碳膜厚度 為1-10mhi，而該陽極與陰極的距離為5-20mm，而所述的操作電壓為1-15kV。
5. 如權利要求1所述的冷電子紅外線燈，其特徵在於，更包含一彎曲成 指狀的金屬導線連接一電阻做為柵極，位於該平面陽極與陰極之間並連接至 該玻璃柱體外以連接一電源，其中該陽極與柵極距離為3-12mm，柵極與陰極 距離為2-5mm，該電阻阻值為數MQ至數十MQ。
6. 如權利要求1所述的冷電子紅外線燈，其特徵在於，上述的螢光粉主 要選自砷化鎵粉末，重量百分率濃度為90-100%，其餘為錳、矽、硼或銦鋁 鎵砷磷的化合物兩者其中之一。
7. —種冷電子紅外線燈，其特徵在於，包含 一玻璃柱體；一條狀陰極，由鎳條成長碳膜於該鎳條的半表面上所組成； 一曲面陽極，由金屬反射基板塗布螢光塗層所組成，該螢光塗層為能激 發700nm至1500nm波長範圍紅外線的螢光粉塗層；該條狀陰極位於該玻璃柱體的中心軸向或中心軸向正上方，曲面陽極則 隨著玻璃柱體的管體沿軸向貼附於該玻璃柱體，因此當該冷電子紅外線燈施 以操作電壓時，條狀陰極發出電子撞擊螢光塗層後激發出紅外光。
8. 如權利要求7所述的冷電子紅外線燈，其特徵在於，更包含一透鏡， 位於紅外光射出的方向以被該透鏡所聚光。
9. 如權利要求7所述的冷電子紅外線燈，其特徵在於，上述玻璃柱體為 直徑是0.5-3cm的圓柱體或多角柱體，該條狀陰極為圓條狀，直徑為 0. 5-1. 5mm。
10. 如權利要求7所述的冷電子紅外線燈，其特徵在於，更包含一金屬 導線連接一電阻做為柵極，該柵極位於該陽極與陰極之間並連接至該玻璃柱 體外以連接一電源，其中該陽極與柵極距離為3-12mm，柵極與陰極距離為 2-5mm，該電阻阻值為數MQ至數十MQ。
11. 如權利要求7所述的冷電子紅外線燈，其特徵在於，上述螢光粉主 要選自砷化鎵粉末，重量百分率濃度為90-100%，其餘為錳、矽、硼或銦鋁 鎵砷磷的化合物兩者其中之一 。
全文摘要
一種冷電子紅外線燈，在一實施例中包含一玻璃柱體，一形成於鎳基板的碳膜組成的平面陰極，一由形成於一玻璃基板上的透明導電氧化層及塗布於其上的螢光塗層所組成的平面陽極及一聚光透鏡。陽極和陰極先嵌入於一底座的溝槽上再置入於玻璃柱體內。此外，聚光透鏡可以置於玻璃柱體的透鏡基座上，該玻璃柱體的外表面除透鏡表面外，再以一反射塗層包覆。在另一實施例中，則包含一條狀陰極，由鎳條成長碳膜於該鎳條的半表面上所組成；一曲面陽極，由金屬反射基板塗布螢光塗層所組成，該螢光塗層為能激發700nm至1500nm波長範圍紅外線的螢光粉塗層。本發明比傳統以鎢絲加熱所產生熱電子型的紅外線燈的燈管壽命長，進一步能強化照明的能力。
文檔編號H01J63/02GK101106063SQ20061010131
公開日2008年1月16日 申請日期2006年7月14日 優先權日2006年7月14日
發明者賈淑瑜 申請人:方針集團科技有限公司