CN101471224B - 双面发光面光源装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双面发光面光源装置，包括透明阴极结构、透明阳极结构、荧光层、以及低压气体层。透明阴极结构与透明阳极结构相对且分别是面状结构。荧光层位于透明阴极结构与透明阳极结构之间。低压气体层填充于透明阴极结构与透明阳极结构之间，有诱导阴极均匀发射电子的作用。又、低压气体层有一电子平均自由路径，允许至少足够数量的电子在一操作电压下直接撞击该荧光层。

Description

双面发光面光源装置

技术领域

本发明涉及一种光源装置。且特别涉及一种双面发光的面光源装置，以产生所要的光。

背景技术

光源装置在日常生活中的使用非常广泛。传统的光源装置例如灯泡是通过灯丝，于通电后由于高温而产生可见光源。此种灯泡是的光源基本上是点状的。接着管状的光源也接着被发展出来。经过长时间的研发与改变，平面光源的装置也被提出，例如广泛使用于平面显示器上。

平面光源的机制有多种。图1绘示传统平面光源装置机制的剖面示意图。参阅图1，此发光机制是藉二电极结构100、102与电源106连接，在一操作电压下产生电场，并利用气体放电，又称为等离子体放电(Plasma Discharge)方式促使气体104被游离，通过气体导电的方式使电子110撞击气体后产生跃迁并发出紫外光，撞击到在电极结构102上对应不同颜色的荧光层108a、108b、108c，例如红、绿、蓝荧光层吸收紫外光后便发出可见光112。于此，电极结构100是出光面，因此一般要采用透光材料，其例如利用由玻璃基板以及铟锡氧化物(ITO)的透明导电层所组成。

另一种光源的产生机制是场发射(Field Emission)机制如图2所示。图2绘示另一传统平面光源装置机制的剖面示意图。在玻璃基板120上设置有阴极结构层122。在阴极结构层122设置有多个圆锥形导电体124。在圆锥形导电体124上设置有栅层126(Gate layer)。在栅层126上对应圆锥形导电体124有多个孔洞。另一阳极结构层128有透明阳极层设置在玻璃基板上。另外荧光层130设置在阳极结构层128上。通过阴阳极之间的高电场使电子132从圆锥形导电体124的尖端逸出，经电场加速后撞击在荧光层130上使其发出可见光。

上述两种传统发光机制各有优缺点。气体放电的方式容易产生且结构简单，但是缺点是其过程需要产生等离子体且发光机制为能量二次转换，因此很耗电。场发射的光源是冷光源的一种，其原理类似阴极射线管(CRT)，电子在高速真空中直接撞击荧光粉以发出可见光。其优点是亮度高且较省电，又容易做成平面结构，而缺点是须在阴极上成长或涂布均匀的发射(Emission)材料，例如需要形成有针状(spindle)结构，或是要使用纳米碳管。利用有大的深宽比(Aspect Ratio)的微结构使电子能克服阴极的功函数(work function)以脱离阴极到真空的空间中。如此的方式，有困难达到大面积均匀形成此阴极结构。另外，场发射之间的阴极与阳极的距离需要准确控制，因此其边壁结构(Spacer)的规格要求很高，且真空的封装也是问题之一。

又，上述的光源装置都是架构在单方向发光的设计。就光源装置而言，仍有其应用的限制。

发明内容

本发明提供一种双面发光的面光源装置，可以配合实际的需要做为照明或是显示装置用的灯源模块。

依照一实施例，本发明提供一种双面发光面光源装置，包括第一透明基板、第二透明基板、透明阴极结构、透明阳极结构、荧光层、间隙侧壁以及低压气体层。透明阴极结构设置于第一透明基板，透明阳极结构设置于第二透明基板，透明阴极结构与透明阳极结构相对且分别是面状结构。荧光层位于透明阴极结构与透明阳极结构之间。低压气体层填充于透明阴极结构与透明阳极结构之间，有诱导阴极均匀发射电子的作用。该低压气体层的气压是在8x10^-1～10^-3torr的范围内，该间隙侧壁在该第一透明基板与该第二透明基板之间构成一空间，以容置该低压气体层。

又、低压气体层有一电子平均自由路径，允许至少足够数量的电子在一操作电压下直接撞击该荧光层。

依照一实施例，本发明又提供一种双面发光面光源装置，包括至少一条阴极线结构、透明阳极结构、荧光层、以及低压气体层。透明阳极结构是面状结构，其中阴极线结构与该透明阳极结构相互平行。荧光层位于阴极线结构与透明阳极结构之间。低压气体层填充于阴极线结构与透明阳极结构之间，有诱导阴极均匀发射电子的作用。又、低压气体层有一电子平均自由路径，允许至少足够数量的电子在一操作电压下直接撞击荧光层，该低压气体层的气压是在8x10^-1～10^-3torr的范围内。

依照一实施例，本发明又提供一种双面发光面光源装置，包括第一透明基板、第二透明基板、间隙侧壁、低压气体层、阴极结构、以及一阳极结构。间隙侧壁设置在第一透明基板与第二透明基板之间构成一空间。低压气体层填充于此空间内，有诱导阴极均匀发射电子的作用。阴极结构与阳极结构都在该第一透明基板上。荧光结构层设置在第一透明基板上且位于阴极结构与阳极结构之间。低压气体层有一电子平均自由路径，允许至少足够数量的电子在一操作电压下横向移动，直接撞击该荧光结构层，该低压气体层的气压是在8x10^-1～10^-3torr的范围内。

依照一实施例，本发明也提供一种双面发光面光源装置，包括第一导电透明基板与一第二导电透明基板，面对面配置，做为阳极结构。荧光结构层位在第一与第二导电透明基板上。间隙侧壁位在第一导电透明基板与第二导电透明基板之间构成一空间。低压气体层填充于该空间内，有诱导阴极均匀发射电子的作用。线状阴极结构分布在第一与第二导电透明基板之间的平面上。低压气体层有一电子平均自由路径，允许至少足够数量的电子在一操作电压下横向移动，直接撞击该荧光结构层，该低压气体层的气压是在8x10^-1～10^-3torr的范围内。

为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举优选实施例，并配合附图，作详细说明如下。

附图说明

图1绘示传统平面光源装置机制的剖面示意图。

图2绘示另一传统平面光源装置机制的剖面示意图。

图3绘示依据本发明实施例，双面发光面光源装置剖面示意图。

图4绘示依据本发明另一实施例，双面发光面光源装置剖面示意图。

图5-7绘示依据本发明另一些实施例，双面发光面光源装置剖面示意图。

图8～11绘示依据本发明另一些实施例，双面发光面光源装置剖面示意图。

图12A与图12B是绘示依据本发明另一实施例，双面发光面光源装置的侧视与上视剖面示意图。

附图标记说明

100、102：电极结构    104：气体

106：电源                       108a、108b、108c：荧光层

110：电子                       112：可见光

120：玻璃基板                   122：阴极结构层

124：圆锥形导电体               126：栅层

128：阳极结构层                 130：荧光层

132：电子                       200、290、300：透明基板

202、298、302：透明基板         204、232、304：间隙侧壁

206、292、310：透明阴极结构     208、294、306：透明阳极结构

210、308：荧光层                212：电子

214：气体离子                   216：二次电子

218、220：光                    224、226：易放电材料层

228：透明导电保护层228          400：导电透明基板

402：荧光层                     404：阴极线结构

406：间隙侧壁

具体实施方式

本发明提出一种双面发光的面光源装置，利用电子发射特性的基本机制，通过气体的真空度的控制，可以达到发光的效果。另外，配合透明电极与透明基板的设置，可以达到双面发光的功效。利用本发明的机制，可以容易制造成均匀的双面发光的面光源装置。更利用荧光材料的选择例如也可以产生平面紫外光源，或是其他的波长如可见光、红外光等。本发明的双面发光的面光源装置除了可提供做为照明与装饰外，也可以配合显示器做为发光源。透明基板的材料可以是硬性材料或是可挠曲材料。又面光源装置可以是平面或是曲面，其依实际需要而变化。以下举一些实施例做说明，但是本发明不仅现于所举的一些实施例。又所举的一些举实施例也可以互相做适当结合，不必是个别独立的实施例。

本发明提出的光源装置利用气体传导的特性，将足够数量的电子从阴极导出。这些电子在稀薄的气体中飞行。由于稀薄气体的平均电子自由路径较长，仍有足够数量的电子会直接撞击到例如在阳极上的荧光粉材料，使其发光。此种荧光粉会被电子激发而发光。如果需要紫外光，则可以调整会发出紫外光的荧光粉的元素比例，促使发出例如波长为100nm～400nm的光。另外也可以利用电压的改变来控制发光强度。

图3绘示依据本发明实施例，双面发光面光源装置剖面示意图。参阅图3，本发明需要一空间以维持低压气体。此有低压气体的空间例如是通过透明基板200与透明基板202，以及在二者其间的间隙侧壁204所构成。此低压气体层可通过一般技术达成，其细部技术不予详述。

本实施例的透明阴极结构206设置在透明基板200上，透明阳极结构208设置在透明基板208上。间隙侧壁204在透明基板200与透明基板202之间构成容置低压气体层的空间。又，间隙侧壁204可分隔出多空间或是单一空间，其依实际需要来设置无须限定。透明的导电材料例如是铟锡氧化物(ITO)、铟锌氧化物(IZO)、或是透明导电氧化物等常见的材料。

透明阴极结构206与透明阳极结构208例如是相对且分别是面状结构。一般而言，荧光层210位于透明阴极结构206与透明阳极结构208之间，较佳例如是设置在透明阳极结构208上。低压气体层填充于透明阴极结构206与透明阳极结构208之间，有诱导阴极均匀发射电子的作用。又、低压气体层有一电子平均自由路径，允许至少足够数量的电子在一操作电压下直接撞击该荧光层。低压气体层的气压例如是在8x10^-1～10^-3torr的范围内。该低压气体层的气体包括例如钝气、大气、He、Ne、Ar、Kr、Xe、H₂、或CO₂等。

在低压气体层中被有诱导出的电子212会被加速朝向透明阳极结构208移动。由于电子平具自由路径大，因此足够数量的电子212可以直接撞击荧光层208。另外，在低压气体层中被游离的正电气体离子214会朝向透明阴极结构206撞击，因此可能也会有一些二次电子(secondary electrons)216产生，增加电子的数量。如何有效产生二次电子的方式会于后面描述。一般而言，不同的气压有不同的操作电压，且亮度会随操作电压的增加而增加，约略维持线性的关系。

由于透明基板200与透明基板202都是透光的，由荧光层产生的光218、220会穿透过二个透明基板200、202达到双面发光的效果。

又关于荧光层210的结构，其例如是单层结构。然而依照荧光层的变化，例如也可以是叠层结构或是混层结构，其包含有多种不同荧光材料所组成。叠层结构例如是多层不同荧光材料叠置所成，可以产生混光，例如由红蓝绿混合成白光。另外，混层结构是指不同颜色的荧光层设置在不同区域分别产生对应频率的光，以达到混光效果。另外，荧光层除了可见光材料外，也可以采用红外光材料或紫外光材料。

上述的双面发光面光源装置仅是基本的结构。为了更增加发光的效率，在透明阴极结构206或透明阳极结构208上可以增设一些辅助功能层。以下针对在透明阴极结构206或透明阳极结构208上的变化描述。图4绘示依据本发明另一实施例，双面发光面光源装置剖面示意图。参阅图4，为了能更有效产生二次电子216，以增加发光亮度，可以例如在透明阴极结构206上，增加设置一层二次电子材料层222。二次电子材料层222的材料例如包括氧化镁(MgO)、三氧化二铽(Tb₂O₃)、三氧化二镧(La₂O₃)或二氧化铈(CeO₂)。

图5-7绘示依据本发明另一些实施例，双面发光面光源装置剖面示意图。参阅图5，在透明阴极结构206上也可以再设置易放电材料层(emitter material layer)224。易放电材料层224提供表面结构允许更容易放电，如此可以降低操作电压。易放电材料层224例如包括金属材、纳米碳管(carbon nanotube)、纳米碳壁(carbon nanowall)、纳米孔隙碳材(carbon nanoporous)、柱状氧化锌(ZnO)、或是氧化锌(ZnO)材等。

于图5的实施例，易放电材料层224是例如设置在透明阴极结构206上，但是其不是唯一的设置方式。参阅图6，另一层的易放电材料层226是设置在透明阳极结构208上，其也有助于放电效果。又参阅图7，在透明阴极结构206与易透明阳极结构208上也可分别同时设置易放电材料层224与226。

又，图5到图7仅绘示易放电材料层。如果需要，也可以配合图4增加二次电子材料层的设置。换句或说，本发明所举的多个实施例，都可以适当结合变化，无需限制在个别的实施例。

接着、图8绘示依据本发明另一实施例，双面发光面光源装置剖面示意图。参阅图8，本实施例再增加透明导电保护层228，设置在荧光层210上。透明导电保护层228也是导电材料，用于保护荧光层210。透明导电保护层228的作用其一是防止荧光层210被离子轰击导致烧坏荧光体，因此可以增加荧光层210的寿命。透明导电保护层228的作用较着重于保护的作用，因此只要薄层即可，例如几个nm。另外，透明阴极结构206上例如也同时设置有易放电材料层224。

前述实施例的荧光层是以面状的方式设置，但是也允许其他的变化。图9绘示依据本发明另一实施例，双面发光面光源装置剖面示意图。参阅图9，二个透明基板290、298以及间隙侧壁296的设置如先前的描述，可以成一空间，以填入低压气体。本实施例的差异在于电极与荧光层的安排。阴极结构292与阳极结构294是在相同的基板290上。由于阳极结构292与阴极结构294的面积小，其可采用透明导电材料或是不透明的导电材料皆可，其中仍以透明导电材料较佳。荧光结构层是设置在透明基板290上且位于阴极结构292与阳极结构294之间。

荧光结构层例如包括多个荧光单体所组成，每一个荧光单体表面有荧光材料层。荧光单体295例如由球面状的荧光单体，每一个荧光单体295表面有荧光材料层。又例如，荧光单体295是由柱面状的荧光单体，每一个荧光单体表面有荧光材料层。于本实施例，电子(e)的移动方向如箭头所示，是横向移动。由于二个透明基板290、298是透明的，产生的光是以双面发出。

图10绘示依据本发明另一实施例，双面发光面光源装置剖面示意图。参阅图10，双面发光面光源装置更也可以设置间隙侧壁232在电极206与荧光层210之间，以达到容置低压气体的空间。换句话说，在基板之间的间隙侧壁232可以无需提供支撑基板的效果。这些都是达成空间隔离一些设计的变化实施例。

根据图3的相同原则，也可以对电及结构做一些改变。图11绘示依据本发明另一实施例，双面发光面光源装置剖面示意图。参阅图11，透明基板300、302以及间隙侧壁304，如先前描述可以构成容置低压气体的空间。以下描述本实施例的变化。至少一条阴极线结构310设置在透明基板300上方的空间。本实施例以多条阴极线结构310为例做说明。透明阳极结构306是面状结构，形成于透明基板300上，且与该透明阳极结构相互平行。荧光层308位于阴极线结构310与透明阳极结构306之间。例如、荧光层308直接形成在阴极线结构310上。

由于阴极线结构310例如是细线结构，因此不会实质上影响发光的品质。

另外，根据相同的原则，可以有其他的变化。例如、图12A与图12B是绘示依据本发明另一实施例，双面发光面光源装置的侧视与上视剖面示意图。参阅图12A，二个导电透明基板400以及间隙侧壁406，如先前描述可以构成容置低压气体的空间。于此，导电透明基板400例如是导电玻璃，做为阳极。在导电透明基板400上设置有荧光层402。在二个导电透明基板400之间设置有至少一条阴极线结构404。本实施例以多条阴极线结构404为例做说明，而条阴极线结构404的分布如图12B所示，是分布在二导电透明基板之间的平面上。由于透明阳极结构402是面状结构，可以构成双面发光的面板。

在本发明提出的双面发光面光源装置，更可配合显示技术的发展，进行双面影像显示，或是曲面的影像显示。

虽然本发明已以优选实施例披露如上，然其并非用以限定本发明，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的权利要求所界定的为准。

Claims (32)

1.一种双面发光面光源装置，包括：

第一透明基板；

第二透明基板；

透明阴极结构，设置在该第一透明基板上；

透明阳极结构，设置在该第二透明基板上，其中该透明阴极结构与该透明阳极结构分别是面状结构且相互平行；

荧光层，位于该透明阴极结构与该透明阳极结构之间；

低压气体层，填充于该透明阴极结构与该透明阳极结构之间，有诱导阴极均匀发射电子的作用，该低压气体层的气压是在8x10^-1～10^-3torr的范围内；以及

间隙侧壁，该间隙侧壁在该第一透明基板与该第二透明基板之间构成一空间，以容置该低压气体层；

其中该低压气体层有一电子平均自由路径，允许至少足够数量的电子在一操作电压下直接撞击该荧光层。

2.如权利要求1所述的双面发光面光源装置，其中该第一透明基板与该第二透明基板包括硬质透明材料。

3.如权利要求1所述的双面发光面光源装置，其中该第一透明基板与该第二透明基板包括可挠曲透明材料。

4.如权利要求1所述的双面发光面光源装置，还包括二次电子材料层，在该透明阴极结构上。

5.如权利要求1所述的双面发光面光源装置，还包括易放电材料层，在该透明阴极结构与该透明阳极结构的至少其一上。

6.如权利要求5所述的双面发光面光源装置，其中该易放电材料层包括表面结构，使达到易放电。

7.如权利要求1所述的双面发光面光源装置，还包括透明导电保护层在该荧光层上，以保护该荧光层。

8.如权利要求1所述的双面发光面光源装置，其中该低压气体层包括钝气。

9.如权利要求1所述的双面发光面光源装置，其中该低压气体层包括大 气。

10.如权利要求1所述的双面发光面光源装置，其中该低压气体层包括He、Ne、Ar、Kr、Xe、H₂、或CO₂。

11.如权利要求1所述的双面发光面光源装置，其中该荧光层包含一单层结构。

12.如权利要求1所述的双面发光面光源装置，其中该荧光层包含叠层结构或是混层结构，包含有多种不同荧光材料。

13.如权利要求1所述的双面发光面光源装置，其中该荧光层包含有多区域，分别产生对应频率的光。

14.一种双面发光面光源装置，包括：

至少一条阴极线结构；

透明阳极结构，是面状结构，其中该阴极线结构与该透明阳极结构相互平行；

荧光层，位于该阴极线结构与该透明阳极结构之间；以及

低压气体层，填充于该阴极线结构与该透明阳极结构之间，有诱导阴极均匀发射电子的作用，该低压气体层的气压是在8x10^-1～10^-3torr的范围内；

其中该低压气体层有一电子平均自由路径，允许至少足够数量的电子在一操作电压下直接撞击该荧光层。

15.如权利要求14所述的双面发光面光源装置，还包括第一透明基板、第二透明基板、以及间隙侧壁，该间隙侧壁在该第一透明基板与该第二透明基板之间构成一空间，以容置该低压气体层，其中该阴极线结构在该第一透明基板上方的该空间中、该透明阳极结构与该荧光层形成在该第一透明基板上。

16.如权利要求15所述的双面发光面光源装置，其中该第一透明基板与该第二透明基板包括硬质透明材料。

17.如权利要求15所述的双面发光面光源装置，其中该第一透明基板与该第二透明基板包括可挠曲透明材料。

18.如权利要求14所述的双面发光面光源装置，还包括易放电材料层，在该透明阳极结构上。

19.如权利要求18所述的双面发光面光源装置，其中该易放电材料层包括表面结构，使达到易放电。 

20.如权利要求14所述的双面发光面光源装置，还包括透明导电保护层在该荧光层上，以保护该荧光层。

21.如权利要求14所述的双面发光面光源装置，其中该荧光层包含一单层结构。

22.如权利要求14所述的双面发光面光源装置，其中该荧光层包含叠层结构或是混层结构，包含有多种不同荧光材料。

23.如权利要求14所述的双面发光面光源装置，其中该荧光层包含有多区域，分别产生对应频率的光。

24.一种双面发光面光源装置，包括：

第一透明基板；

第二透明基板；

间隙侧壁，在该第一透明基板与该第二透明基板之间构成一空间；

低压气体层，填充于该空间内，有诱导阴极均匀发射电子的作用，该低压气体层的气压是在8x10^-1～10^-3torr的范围内；

阴极结构，在该第一透明基板上；

阳极结构，在该第一透明基板上；以及

荧光结构层，在该第一透明基板上且位于该阴极结构与该阳极结构之间，

其中该低压气体层有一电子平均自由路径，允许至少足够数量的电子在一操作电压下横向移动，直接撞击该荧光结构层。

25.如权利要求24所述的双面发光面光源装置，其中该荧光结构层包括多个荧光单体所组成，每一个荧光单体表面有荧光材料层。

26.如权利要求24所述的双面发光面光源装置，其中该荧光结构层是由球面状的多个荧光单体所组成，每一个荧光单体表面有荧光材料层。

27.如权利要求24所述的双面发光面光源装置，其中该荧光结构层是由柱面状的多个荧光单体所组成，每一个荧光单体表面有荧光材料层。

28.如权利要求24所述的双面发光面光源装置，其中该荧光结构层构成至少一发光区域。

29.如权利要求24所述的双面发光面光源装置，其中该荧光结构层的荧光材料层包含一单层结构。

30.如权利要求24所述的双面发光面光源装置，其中该荧光结构层包含 有多区域，分别产生对应频率的光。

31.如权利要求24所述的双面发光面光源装置，其中该荧光结构层的荧光材料层包含叠层结构或是混层结构，有多种不同荧光材料。

32.一种双面发光面光源装置，包括：

第一导电透明基板与第二导电透明基板，面对面配置，做为一阳极结构；

荧光结构层，在该第一导电透明基板与该第二导电透明基板上；

间隙侧壁，在该第一导电透明基板与该第二导电透明基板之间构成一空间；

低压气体层，填充于该空间内，有诱导阴极均匀发射电子的作用，该低压气体层的气压是在8x10^-1～10^-3torr的范围内；以及

线状阴极结构，分布在该第一导电透明基板与该第二导电透明基板之间的平面上，

其中该低压气体层有一电子平均自由路径，允许至少足够数量的电子在一操作电压下横向移动，直接撞击该荧光结构层。 

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