CN100561633C - 场发射发光照明光源 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种场发射照明光源，其包括：一导电阴极；一阳极层，其与该导电阴极相隔一定距离并构成一真空之内部空间；一荧光层，设置于该阳极层表面，当被电子轰击时发出可见光；一绝缘层，位于所述真空之内部空间内，并靠近该导电阴极；及多个电子发射端，各电子发射端包括一圆柱体及一锥形尖端，该锥形尖端是由导电金属组成，分别配设于各圆柱体的顶部用以发射电子；其中，该圆柱体与该绝缘层是一整体，且由相同材料组成。本发明场发射端结构稳定，可承受较高电场作用，提高光亮度及强度。

Description

场发射发光照明光源
【技术领域】
本发明涉及一种高亮度照明光源，特别是关于一种基于场发射发光的照明光源。
【背景技术】
人工照明光源一般可分为白热灯、放电灯及固态光源，这些光源包括白炽灯，荧光灯管，LED，卤素灯，高压气体放电灯(High Intensity Discharge，HID)等各种照明光源。其中，白炽灯是钨丝通电后发热发光，同时产生大量热量，其发光效率较低(约8-15lm/w)，亮度有限，一般用于日常生活照明；荧光灯管采用放电激发汞蒸汽发出紫外线打到荧光材料上发出可见光，一般用于普通日常生活照明，其优点是发光效率高(达到80lm/w)，缺点是含有汞，对环境及人体有害，因而不适合环保要求；LED是一种固态光源，包括各种红光LED、黄光LED、蓝光LED及白光LED，其优点包括反应速度快、体积小、无污染，缺点是发光效率低(约20-30lm/w)，目前应用于车内照明、装饰彩灯等；卤素灯及HID灯是目前汽车头灯之主流，尤其是HID灯，其可发出色温接近白昼的阳光(HID灯的色温约4300K-10000K，阳光色温6000K)，且HID较卤素灯具有更远之视线等优点，但是，HID需将低电压转换为23000伏高电压，激发氙气发出电弧光，然后将电压稳定在8000伏，持续供应氙气灯泡发光，所以，其需要配合特殊电压电流转换设备方可工作，例如，美国专利第6,710,551号及6,781,327号揭示的HID灯。
2001年1月17日公开的中国发明专利申请第00107813.5号揭露一种使用碳纳米管之场发射白光源及其制造方法。此白光源主要包括：用作阴极之金属薄膜，形成于金属薄膜上之导电聚合物薄膜图案，碳纳米管基本垂直固结在导电聚合物薄膜图案上并且一端露出外面以发射电子，以及具有荧光层之透明电极。使用时，碳纳米管发射电子轰击荧光层，从而发出可见光。这种基于场发射的白光源具有电能转换效率高，发光效率较高，无污染等优点，但是，上述场发射白光源因碳纳米管是依赖粘着力固定于导电聚合物薄膜之上，所以，当场发射电场强度增强时，碳纳米管有可能由于电场作用力而脱离导电聚合物薄膜，从而产生损坏。
有鉴于此，提供一种结构稳定，可承受较高电场作用而不产生损坏，且发光亮度较高之场发射照明光源实为必要。
【发明内容】
为解决现有技术的上述问题，本发明之目的在于提供一种场发射照明光源，其具有结构稳定，可承受强电场作用而不易损坏之特点。
为实现本发明之目的，本发明提供一种场发射照明光源，其包括：一导电阴极；一阳极层，其与该导电阴极相隔一定距离从而形成一真空的内部空间；一荧光层，设置于该阳极层表面，当被电子轰击时发出可见光；一绝缘层，位于所述真空的内部空间内，并靠近该导电阴极；及多个电子发射端，各电子发射端包括一圆柱体及一锥形尖端，该锥形尖端是由导电金属组成，分别配设于各圆柱体的顶部用以发射电子；其中，该圆柱体与该绝缘层是一整体，且由相同材料组成。
所述绝缘层及圆柱体是由氮化硅制成。
所述圆柱体的直径范围是10～100纳米。
所述锥形尖端是由钼金属制成。所述锥形尖端顶部直径范围是0.5～10纳米。
所述电子发射端的高度范围是100～2000纳米。
另外，在该绝缘层与该导电阴极之间还包括一成核层，该成核层是由硅材料组成。该导电阴极由铜、银或金制成。
相对于现有技术，本发明场发射照明光源的电子发射端是由直径小于100纳米的绝缘圆柱体及顶部最小直径小于10纳米的锥形金属尖端组成，其中绝缘圆柱体是与其绝缘层为一整体，结构稳定不易脱落或分离，可承受更大电场作用，且电场集中在所述锥形金属尖端发射电子，从而可提高电子发射密度，有利于提高光源的亮度及强度。
【附图说明】
图1是本发明第一实施例的剖面示意图；
图2是本发明第二实施例的剖面示意图；
图3是本发明电子发射体的局部放大示意图。
【具体实施方式】
下面将结合附图对本发明作详细说明。
请参阅图1，本发明第一实施例提供一种场发射照明光源10，其包括依次叠合形成于一金属基底(图未示)表面上的导电层11、一成核层12、以及氮化硅层13；多个纳米电子发射体有规则排列形成在该氮化硅层13表面，各纳米电子发射体分别由圆柱体18及锥形尖端19组成，该圆柱体18是与该氮化硅层13由相同材料组成，且二者实际为一整体；一顶层17，其与所述纳米电子发射体的锥形尖端19间隔开一定距离，一阳极层16形成在该顶层17靠近该锥形尖端19的表面，一荧光层15形成于该阳极层16的表面；另外，多个侧壁14将该场发射照明光源10密封并支撑所述顶层17，从而构成一内部真空空间。
所述金属基底的材质包括铜、银等金属材料，其表面光光滑平整，以利于形成导电层11。
所述导电层11及成核层12厚度非常薄，优选厚度为1微米以下。该导电层11是作为阴极，其是由导电性良好的金属材料形成，例如铜、银及金。
所述成核层12是硅组成，一般通过沉积硅于导电层11表面而成。该成核层12有利于形成氮化硅层13，即为后者提供成核条件。
所述氮化硅层13是一绝缘层，其是由SiNx沉积而成。
所述电子发射体的圆柱体18与该氮化硅层13是由相同材料组成，所述锥形尖端19是由钼金属组成。其中，圆柱体18与氮化硅层13是一整体，其可先通过化学气相沉积法、等离子体辅助化学气相沉积法、离子束溅射等方法形成一厚度较厚的氮化硅层，再利用化学蚀刻等方法形成所述圆柱体18，并保留一部分即氮化硅层13；锥形尖端19是由溅射法、磁控溅射或离子束溅射等方法沉积而成，与圆柱体18紧密结合。
所述荧光层15是包括有荧光材料，当有电子轰击时产生可见光。
所述阳极层16可由ITO(铟锡氧化物)导电薄膜组成。
所述顶层17是透明层，可由透明玻璃板制成。
请一起参见图3，是本发明的电子发射体的放大示意图，其中，圆柱体18的直径d2为10-100纳米范围内；锥形尖端19底部较大直径与圆柱体18直径相等，即为d2，上部较小直径d1为0.5-10纳米范围内；纳米电子发射体的整体高度(即圆柱体18与锥形尖端19总高度)h为100-2000纳米范围内。
使用时，施加不同电压于导电层11及阳极层16，从而于真空空间内形成电场，在电场作用下，纳米电子发射体的锥形尖端19发射电子轰击荧光层15而发出可见光。由于纳米电子发射体加之圆柱体18与氮化硅层13是一整体，锥形尖端19与圆柱体紧密结合，所以，其可承受较大电场作用力而不损坏。因此，本发明场发射照明光源可承受更强电场，场发射电流提高，可发出更高亮度可见光。
请参见图2，是本发明第二实施例的场发射照明光源20剖示图。其结构及制备方法与第一实施例相似。该场发射照明光源20包括一非金属基底(图未示)，例如可选用硅或玻璃作为基底；一成核层21、导电层22分别依次形成于该非金属基底表面，其中成核层21由硅材料组成，导电层22由导电金属铜、银或金组成；一氮化硅层23形成于该导电层22表面，并且该氮化硅层23向外延伸出多个圆柱体18，所述氮化硅层23及该圆柱体18由SiNx组成；多个由钼金属组成的锥形尖端19分别形成于该圆柱体18顶部，用以发射电子。其中，如图3所示，圆柱体18的直径d2为10-100纳米范围内；锥形尖端19底部较大直径与圆柱体18直径相等，即为d2，上部较小直径d1为0.5-10纳米范围内；其整体高度(即圆柱体18与锥形尖端19总高度)h为100-2000纳米范围内。另外，还包括顶层17，其与所述纳米电子发射体的锥形尖端19间隔开一定距离，一阳极层16形成于该顶层17靠近该锥形尖端19的表面，一荧光层15形成于该阳极层16的表面；另外，多个侧壁14将该场发射照明光源20密封并支撑所述顶层17，从而形成一内部真空空间。
使用时，施加不同电压至导电层22及阳极层16，从而形成强电场作用于锥形尖端19，迫使其发射电子轰击于荧光层15发出可见光。该场发射照明光源可承受强电场作用而发出高亮度可见光，并且不易受电场作用而损坏发射端。

Claims (10)

1.一种场发射发光照明光源，用以提供可见光源，其包括：一导电阴极；一阳极层，其与该导电阴极相隔一定距离；一真空的内部空间形成在该阳极层与导电阴极之间；一荧光层，设置于该阳极层表面，当被电子轰击时发出可见光；一绝缘层，其位于该真空的内部空间内，并靠近该导电阴极；以及多个电子发射端，各电子发射端包括一圆柱体及一锥形尖端，该锥形尖端是由导电金属组成，分别配设于各圆柱体的顶部用以发射电子；其特征是，该圆柱体与该绝缘层是一整体，且由相同材料组成。
2.如权利要求1所述的场发射发光照明光源，其特征是，该圆柱体与该绝缘层是由氮化硅制成。
3.如权利要求2所述的场发射发光照明光源，其特征是，该圆柱体的直径范围是10～100纳米。
4.如权利要求1所述的场发射发光照明光源，其特征是，该锥形尖端是由钼金属制成。
5.如权利要求4所述的场发射发光照明光源，其特征是，该锥形尖端的顶部直径范围是0.5～10纳米。
6.如权利要求1所述的场发射发光照明光源，其特征是，该电子发射端的高度是100～2000纳米。
7.如权利要求1所述的场发射发光照明光源，其特征是，该导电阴极是由铜、银或金制成。
8.如权利要求1所述的场发射发光照明光源，其特征是，进一步包括多个侧壁密封形成所述真空的内部空间。
9.如权利要求1所述的场发射发光照明光源，其特征是，该绝缘层与该导电阴极之间进一步包括一由硅材料组成的成核层。
10.如权利要求1所述的场发射发光照明光源，其特征是，进一步包括一透明玻璃板，所述阳极层设置于该透明玻璃板的表面。
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