CN101047099A

CN101047099A - 场发射灯管及其制造方法

Info

Publication number: CN101047099A
Application number: CNA2006100601314A
Authority: CN
Inventors: 潜力; 刘亮; 柳鹏; 唐洁; 魏洋; 范守善
Original assignee: Tsinghua University; Hongfujin Precision Industry Shenzhen Co Ltd
Current assignee: Tsinghua University; Hongfujin Precision Industry Shenzhen Co Ltd
Priority date: 2006-03-31
Filing date: 2006-03-31
Publication date: 2007-10-03
Anticipated expiration: 2026-03-31
Also published as: US20070228919A1; CN100561657C; US7800293B2

Abstract

本发明涉及一种场发射灯管，包括一密封透明玻璃管、阳极、至少一封装件和设置在玻璃管中的阴极。玻璃管具有至少一开口端，封装件配套安装在玻璃管的开口端处并在玻璃管内部形成密封的空间。阳极包括形成在玻璃管内壁上的阳极导电层、形成在阳极导电层上的荧光层和连接阳极导电层并延伸出封装件的至少一阳极电极。阴极包括阴极发射体和至少一延伸出封装件的阴极电极。阴极发射体包括导电体和形成在导电体表面的电子发射层，其中，电子发射层含有吸气剂微粒、纳米材料、导电金属微粒和玻璃。本发明还涉及制造上述场发射灯管的方法。

Description

场发射灯管及其制造方法

【技术领域】

本发明涉及一种场发射灯管及其制造方法，尤其涉及一种采用吸气剂有效保持其内部具有正常工作下所需的真空度的场发射灯管及其制造方法。

【背景技术】

日光灯管为日常生活必需品，其包括一透明玻璃管，其内壁涂覆有白色或彩色荧光材料，玻璃管内还充有汞蒸汽。其原理是利用热阴极发射的电子激发汞蒸汽发出紫外光，而紫外光照射在荧光材料上发出白色光或彩色的光。日光灯管是一种热阴极光源，发光效率比白炽灯高。但是，这种灯管内使用的汞蒸汽有毒，当灯管被打破之后，汞蒸汽流出外面将对环境和人体有害。

为了解决上述问题，一种冷阴极的场发射灯管被提供，其包括阴极和与阴极对应设置的阳极。阴极表面设有电子发射层，阳极与电子发射层对应设置有荧光层。当在阴极和阳极之间施加一定电压时，阴极的电子发射层发射电子，阳极的荧光层在电子的轰击下发光。该种场发射灯管能耗低，发光效率高，对环境和人体无危害。但是，对于场发射灯管来说，其内部需要高真空密封封装，也就是说，内部真空度越高，灯管的场发射性能也就越好。

传统技术中，场发射灯管为获得长寿命可靠工作所必须采用的维持真空的措施主要是在内部安装吸气剂，其大致有两种类型：蒸散式和集中非蒸散式。

对于蒸散式吸气剂，需在场发射灯管内部设置一平面结构用以通过预先的蒸散过程形成吸气剂层，这样会增加制造成本，同时可能会引起电极引线间短路或漏电，导致光源失效。对于集中非蒸散式吸气剂，其通常集中设置在场发射灯管的一端，在场发射灯管内部靠近吸气剂的位置真空度较好，在远离吸气剂的位置真空度较差从而影响场发射灯管的场发射性能。

综上所述，有必要提供一种场发射灯管，其能有效地维持其内部具有正常工作下的真空度。

【发明内容】

下面将以实施例说明一种场发射灯管及其制造方法，所述场发射灯管可以有效维持其内部具有正常工作下的真空度从而确保其良好的工作品质。

一种场发射灯管，包括一密封透明玻璃管、形成在玻璃管内壁上的阳极、至少一封装件和设置在玻璃管中的阴极。玻璃管具有至少一开口端，封装件配套安装在玻璃管的开口端处并在玻璃管内部形成密封的空间。阳极包括形成在玻璃管内壁上的阳极导电层、形成在阳极导电层上荧光层和连接阳极导电层并延伸出封装件形成阳极接线头的至少一阳极电极。阴极包括阴极发射体和至少一延伸出封装件形成阴极接线头的阴极电极。阴极发射体包括导电体和形成在导电体表面的电子发射层，其中，电子发射层含有吸气剂微粒、纳米材料、导电金属微粒和玻璃。

一种场发射灯管的制造方法，该方法主要包括以下步骤：

(一)提供一定量吸气剂微粒、导电金属微粒、玻璃微粒和纳米材料、具有至少一开口端的玻璃管、至少一阳极电极、至少一阴极电极、导电体和至少一封装件，该玻璃管内壁形成有阳极导电层和形成在阳极导电层上的荧光层；

(二)将吸气剂微粒、导电金属微粒、玻璃微粒和纳米材料在有机载体中进行充分混合形成浆料；

(三)将上述浆料涂敷在导电体表面；

(四)将涂敷有浆料的导电体在300～600℃下进行烘干和焙烧从而在导电体表面上形成电子发射层以得到阴极发射体，该阴极发射体和阴极电极形成阴极；

(五)组装玻璃管、阳极电极、阴极和封装件，在玻璃管与封装件之间加上密封材料，加热至400～500℃，密封材料熔融以固定玻璃管与封装件并在玻璃管内部形成密封的空间，从而得到场发射灯管。

所述的场发射灯管中吸气剂微粒分散于阴极电子发射层中，可有效地吸收荧光层发出的气体或其它各种原因进入场发射灯管内部的气体，保持场发射灯管内部具有良好的真空度进而提高其使用品质。

【附图说明】

图1是本发明实施例场发射灯管的剖视示意图。

图2是图1沿II-II线的剖视放大图。

图3是本发明另一实施例场发射灯管的剖视示意图。

图4是本发明实施例场发射灯管制造方法的步骤示意图。

【具体实施方式】

以下将结合附图详细说明本实施例场发射灯管10的结构及其制造方法。

请参阅图1，本发明实施例场发射灯管10包括一密封透明玻璃管20、形成在玻璃管20内壁上的阳极30、安装在玻璃管20端部的封装件40和设置在玻璃管20中的阴极50。

玻璃管20为条形管状结构，其直径为2～40毫米，长度可根据实际需要进行设计。该玻璃管20具有一半圆形结构的封闭端22和一与封闭端22相对应的开口端24。开口端24与封装件40配套安装且开口端24与封装件40之间填充有密封材料(图中未显示)，从而在玻璃管20内部形成一密封的空间。

阳极30包括形成在玻璃管内壁上的阳极导电层32、设置在阳极导电层32上的荧光层34和与阳极导电层32连接导通的阳极电极36。阳极导电层32覆盖玻璃管20内壁的大部分区域，其一边缘与玻璃管20开口端24的边缘相平齐，另一边缘远离玻璃管20封闭端22的顶部从而与该顶部之间形成一定距离。阳极导电层32为透明导电膜，优选地，采用透明的氧化铟锡膜作为阳极导电层32。荧光层34的靠近玻璃管20封闭端22的边缘与阳极导电层32的边缘平齐，其另一边缘与玻璃管20开口端24的边缘之间形成一定距离从而在阳极导电层32靠近玻璃管20开口端24的区域形成一裸露的导电部分320。该荧光层34选用高光电转换效率、低应用电压及长余辉的荧光层，荧光层34的荧光物质根据实际需要可选用白色荧光物质或彩色荧光物质。可选择地，荧光层34表面可以设置一层铝膜(图中未显示)，其可以防止荧光物质过早老化，还可以提高光源亮度。

阳极电极36包括一个设置在阳极导电层32的阳极引线环360、阳极引线柱362和连接阳极引线环360与阳极引线柱362的阳极连接引线364。阳极引线环360设置在阳极导电层32的导电部分320上。阳极引线柱362与玻璃管20的轴线平行设置，并通过封装件40被固定。阳极引线柱362设置在玻璃管20内部的端部通过阳极连接引线364与阳极引线环360连接导通，另一端部由玻璃管20向外延伸形成可与外界电连接的阳极接线头366。阳极引线环360、阳极引线柱362和阳极连接引线364均由导电材料制成，例如铜。阳极电极36设置的目的在于提供阳极30与外界电性导接的阳极接线头366，因此，阳极电极36的结构可采用其它形式，例如，阳极电极36可仅为一导电柱或导电丝，其一端连接阳极导电层32且另一端延伸出封装件40作为阳极接线头366；或者阳极电极36包括一个阳极引线环360和一端与阳极引线环360连接导通、另一端延伸出封装件40作为阳极接线头366的导电柱或导电丝。

阴极50包括阴极发射体52和阴极电极54。请同时参阅图2，阴极发射体52包括一根狭长的导电体520和形成在导电体520表面的电子发射层522。导电体520为柱状结构或丝状结构，其直径大于0.3毫米，由导电金属或其合金制成，优选地，其由银制成。该导电体520的一端通过一阴极固定柱524与玻璃管20封闭端22的顶部相固定，另一端与阴极电极54固定。阴极电极54为一导电柱，其一端与阴极发射体52相连，另一端延伸出封装件40作为阴极接线头540。可选择地，一弹簧56设置在阴极发射体52和阴极电极54之间，当阴极发射体52在接通或关闭电源从而受热或冷却时，阴极发射体52将产生热胀或冷缩，此时，弹簧56可起到调节和平衡的作用。该弹簧56的高度以低于阳极引线环360为较佳。阴极电极54的作用在于提供阴极50与外界电性导接的阴极接线头540，该阴极电极54的结构可采用其它的形式，例如阴极发射体52的末端可直接作为阴极电极54，其延伸出封装件40之外作为阴极接线头540。

阴极发射体52的外表面上形成有电子发射层522，该电子发射层522包含有纳米材料530、玻璃532、导电金属微粒534和吸气剂微粒536。其中，吸气剂微粒536采用非蒸散型的吸气剂材料，直径为1～10微米。非蒸散型的吸气剂靠表面吸气或体扩散吸气，以钛、锆、铪、钍、稀土金属或者其合金等成分为主，例如锆铝合金、电子浆料级钛粉、锆钒铁。导电金属微粒534选用银或氧化铟锡，其可以确保纳米材料530和导电体520间电性连接，优选地，导电金属微粒534由银制成。纳米材料530包括能够用于场发射的碳纳米管或其它材料的纳米管、纳米线、纳米棒或纳米级微粒，其长度为5～15微米，直径为1～100纳米。优选地，该纳米材料530的至少一端露出电子发射层522的表面。

为了确保阳极30和阴极50之间的绝缘，可进一步在阴极固定柱524和阳极导电层32之间设置绝缘介质58。绝缘介质58由绝缘材料制成，例如玻璃或陶瓷。

使用时，电子发射层522在电场作用下发射电子，电子撞击阳极30的荧光层34，当荧光层34采用彩色荧光物质时，会发出彩色光，当荧光层34采用白色荧光物质时，会发出白色光。在此过程中，吸气剂微粒536由于均匀分散在电子发射层522之内，其可以有效地吸收荧光层34发出的气体或其它各种原因进入场发射灯管10内部的气体，保持场发射灯管10内部具有良好的真空度。

可选择地，场发射灯管10可设置一排气管60，其固定安装在封装件40上，一端与玻璃管20内部接通，另一端延伸出封装件40之外并密封。该排气管60可外接真空泵(图中未显示)，用以场发射灯管10抽真空。

请参阅图3，本发明揭示的另一实施例场发射灯管10’的结构与和第一实施例场发射灯管10的结构的不同之处在于：在另一实施例的场发射灯管10’中，玻璃管20’具有两个开口端24’，该二开口端24’均与封装件40’配套安装，在两开口端24’处均设有分别与阳极导电层32’相导通的阳极接线头366’和与阴极发射体52’相导通的阴极接线头540’。

请参阅图4，本发明实施例制造上述场发射灯管10、10’的方法主要包括以下步骤：

步骤(一)，提供一定量吸气剂微粒536、导电金属微粒534、玻璃微粒和纳米材料530、具有至少一开口端24、24’的玻璃管20、20’、至少一阳极电极36、至少一阴极电极54、导电体52和至少一封装件40、40’，该玻璃管20、20’内壁形成有阳极导电层32、32’和形成在阳极导电层32、32’上的荧光层34；

吸气剂微粒536和导电金属微粒534可以预先采用球磨机分别球磨，使吸气剂微粒536直径为1～10微米，导电金属微粒534直径为0.1～10微米。优选地，选用激活温度在300～500℃之间的吸气剂，例如锆铝合金吸气剂。玻璃微粒选用低熔点玻璃，其主要材料为四氧化硅(SiO₄)，直径为10～100纳米，其熔点为350～600℃。纳米材料530可以预先通过化学气相沉积法、电弧放电法或激光蒸发法等现有的技术制备，其长度为5～15微米，过短会减弱纳米材料530的场发射特性，过长容易使纳米材料530相互缠绕结团。

阳极导电层32、32’采用蒸镀或其它手段预先形成在玻璃管20、20’的内壁上，其靠近玻璃管开口端24、24’的边缘与玻璃管开口端24、24’的边缘相平齐。荧光层34采用沉积或其它手段在阳极导电层32、32’上形成，其靠近玻璃管开口端24、24’的边缘与玻璃管开口端24、24’的边缘具有一定距离从而在阳极导电层32、32’靠近玻璃管开口端24、24’的区域形成至少一裸露的导电部分320。

封装件40、40’、阳极电极36和阴极电极54的数量与玻璃管开口端24、24’的数量一致，当玻璃管20具有一个开口端24时分别需要一个封装件40、阳极电极36和阴极电极54，当玻璃管20’具有两个开口端24、24’时分别需要两个封装件40、40’、阳极电极36和阴极电极54。

步骤(二)，将吸气剂微粒536、导电金属微粒534、玻璃微粒和纳米材料530在有机载体中进行充分混合形成浆料；

有机载体主要包括由作为溶剂的松油醇、作为增塑剂的少量邻位苯二甲二丁酯和作为稳定剂的少量乙基纤维素形成的混合剂。浆料中吸气剂微粒536的质量百分比浓度40～80％，混合过程优选为60～80℃混合3～5小时。为了更好的分散纳米材料530并得到纳米材料530直径均匀的浆料，可以进一步使用低功率的超声波对含有纳米材料530的有机溶剂进行超声波震荡，然后再对其进行离心处理。

步骤(三)，将上述浆料涂敷在导电体520表面；

涂敷过程应在洁净的环境内进行，优选地，环境内的灰尘度应小于1000/m³。

步骤(四)，将涂敷有浆料的导电体520在300～600℃下进行烘干和焙烧从而在导电体520表面上形成电子发射层522以得到阴极发射体52、52’，该阴极发射体52、52’和阴极电极54形成阴极50；

烘干和焙烧通常在真空环境下进行或者在烘干和焙烧过程中通入惰性气体加以保护防止烘干和焙烧时发生氧化反应同时防止吸气剂饱和。烘干的目的在于使有机载体从导电体520上挥发。焙烧的目的在于使玻璃微粒熔融从而将吸气剂微粒536、导电金属微粒534和纳米材料530粘结在导电体520之上形成电子发射层522。另外，熔融的玻璃532可以调节整体的热膨胀系数防止所形成的电子发射层522产生裂纹或发生断裂。

为进一步增强电子发射层522的场发射特性，在经过烘干和焙烧过程之后，可对电子发射层522的表面进行摩擦，部分纳米材料530的末端在经过摩擦后会露出电子发射层522表面。

步骤(五)，组装玻璃管20、20’、阳极电极36、阴极50和封装件40、40’，在玻璃管20、20’与封装件40、40’之间加上密封材料，加热至400～500℃，密封材料熔融以固定玻璃管20、20’与封装件40、40’并在玻璃管20、20’内部形成密封的空间，从而得到场发射灯管10、10’。

阳极电极36一端与阳极导电层32、32’的裸露导电部分320相连，另一端延伸出封装件形成阳极接线头366、366’。阴极电极54的一端部延伸出封装件40、40’形成阴极接线头540、540’。加热过程通常在真空环境下进行或者在加热过程中通入惰性气体加以保护。在加热的过程中，吸气剂微粒536被激活。通常情况，密封材料可选用现有密封材料，例如，选用熔点在350～600℃之间的低熔点玻璃粉作为密封材料。由于玻璃粉微粒直径较小，其实际熔点低于600℃。当加热至400～500℃时，玻璃粉熔融，冷却后，熔融的玻璃凝固从而将封装件40、40’固定在玻璃管20、20’端部并在玻璃管的内部形成一个密封的空间。

当场发射灯管具有排气管60时，在玻璃管20、20’与封装件40、40’密封之前，可先通过排气管60外接真空泵使玻璃管20、20’内部具有一定真空度，然后密封排气管60的端部再将玻璃管20、20’与封装件40、40’进行密封。

另外，本领域技术人员还可在本发明精神内作其它变化，当然这些依据本发明精神所作的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围内。

Claims

1.一种场发射灯管，包括：

密封的透明玻璃管，其具有至少一开口端；

至少一封装件，与玻璃管开口端配套安装；

阳极，其包括形成在玻璃管内壁上的阳极导电层、形成在阳极导电层上的荧光层和连接阳极导电层并延伸出封装件的至少一阳极电极；和

阴极，其安装在玻璃管内，其包括阴极发射体和至少一延伸出封装件的阴极电极，阴极发射体包括导电体和形成在导电体表面的电子发射层；

其特征在于：电子发射层含有吸气剂微粒、纳米材料、导电金属微粒和玻璃。

2.如权利要求1所述的场发射灯管，其特征在于：所述的吸气剂微粒为非蒸散型吸气剂。

3.如权利要求2所述的场发射灯管，其特征在于：所述的吸气剂微粒直径为1～10微米。

4.如权利要求3所述的场发射灯管，其特征在于：所述的纳米材料的长度为5～15微米，直径为1～100纳米。

5.如权利要求3所述的场发射灯管，其特征在于：所述的玻璃管具有一开口端和与开口端相对应的封闭端，该封闭端为半圆形结构，所述的阳极电极、阴极电极和封闭件各为一个。

6.如权利要求3所述的场发射灯管，其特征在于：所述的玻璃管具有两个开口端，所述的阳极电极、阴极电极和封闭件各为两个。

7.如权利要求5或6所述的场发射灯管，其特征在于：所述的阴极电极为一导电柱，其一端与导电体相连，另一端延伸出封装件外作为阴极接线头。

8.如权利要求7所述的场发射灯管，其特征在于：所述的阴极进一步包括至少一弹簧，其设置在阴极电极与导电体之间。

9.如权利要求5或6所述的场发射灯管，其特征在于：所述的阴极电极由导电体末端形成，其延伸出封装件外作为阴极接线头。

10.如权利要求3所述的场发射灯管，其特征在于：所述的导电金属微粒选用银或氧化铟锡，其直径为0.1～10微米。

11.如权利要求3所述的场发射灯管，其特征在于：所述阳极进一步包括一铝膜设置于荧光层外表面。

12.如权利要求3所述的场发射灯管，其特征在于：进一步包括一排气管，其一端设置在玻璃管内部，另一端延伸出封装件外。

13.一种场发射灯管的制造方法，包括以下步骤：

(三)将上述浆料涂敷在导电体表面；

(五)组装玻璃管、阳极电极、阴极和封装件，并在玻璃管内部形成密封的空间从而得到场发射灯管。

14.如权利要求13所述的场发射灯管的制造方法，其特征在于：在步骤(一)中，所述的吸气剂微粒为非蒸散型吸气剂，其激活温度为300～500℃。

15.如权利要求14所述的场发射灯管的制造方法，其特征在于：在步骤(一)中，所述的玻璃微粒为低熔点玻璃微粒，其熔点为350～600℃，微粒直径为10～100纳米。

16.如权利要求15所述的场发射灯管的制造方法，其特征在于：在步骤(二)中，所述的有机载体为松油醇、邻位苯二甲二丁酯和乙基纤维素的混合剂。

17.如权利要求16所述的场发射灯管的制造方法，其特征在于：在步骤(二)中，所述的浆料中吸气剂微粒的质量百分比浓度为40～80％。

18.如权利要求17所述的场发射灯管的制造方法，其特征在于：在步骤(二)中，所述的混合过程为在60～80℃下进行3～5小时。

19.如权利要求18所述的场发射灯管的制造方法，其特征在于：在步骤(三)中，所述的涂敷过程在灰尘度小于1000/m³的环境中进行。

20.如权利要求19所述的场发射灯管的制造方法，其特征在于：在步骤(四)中，所述的烘干和焙烧过程在真空或惰性气体保护的情况下进行。

21.如权利要求20所述的场发射灯管的制造方法，其特征在于：在步骤(五)中，所述的密封空间是通过在玻璃管与封装件之间加上密封材料，加热至400～500℃，密封材料熔融而形成。

22.如权利要求21所述的场发射灯管的制造方法，其特征在于：在实施步骤(五)之前，可预先对所述的阴极的电子发射层表面进行摩擦，部分纳米材料末端经过摩擦后露出电子发射层表面。