CN102403188A - 场发射平面光源及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种场发射平面光源，包括阳极板、隔离体、阴极和发光板，所述阳极板与发光板通过隔离体隔开相对设置，三者形成一个收容空间，所述阴极设置于该收容空间中并与所述阳极板和发光板间隔设置。综上所述的场发射平面光源，由于阴极发射出的电子轰击阳极发光后，阳极发出的光进而激发发光板发光，经复合后发出的光为平面光源。此种方式发光效率高，这样就可以有效解决采用现有的荧光灯管或LED作为背光源的光损耗严重，光效低的问题。

Description

场发射平面光源及其制备方法

【技术领域】

本发明涉及一种照明光源，尤其涉及一种场发射平面光源，另外还涉及该场发射平面光源的制备方法。

【背景技术】

目前广泛使用的荧光灯，其内部为含汞的混合气体，利用气体放电发光或气体放电产生的紫外光激发荧光粉发光。这种气体放电光源的脉冲光闪容易导致人视觉疲劳，而且汞污染环境。

随着科技的发展以及人们对光源视觉舒适度的追求，平面光源在光电产品上的应用越来越广泛。然而，当前市场上所用的平面光源几乎都不是直接产生的平面光。这些光源是借助光学元件将非平面光源转换成平面光源。如目前液晶显示器，利用冷阴极荧光灯管、LED点光源，将其转化为平面化光源。为将其转化为平面光源，在光学模块系统中必须配备有导光板、扩散片灯光学装置。然而，荧光灯管或LED发出的原始光经过这些光学元件后，光的损失比较高，往往会使得平面光源的整体亮度不足，光线均匀性比较难以控制，组装复杂、成本高并且功耗大。

【发明内容】

鉴于此，有必要提供一种结构简洁，光效较高的新型场发射平面光源。

另外，还有必要提供一种结构简洁，光效较高的新型场发射平面光源的制备方法。

一种场发射平面光源，包括阳极板、隔离体、阴极和光致发光的发光板，所述阳极板与发光板通过隔离体隔开相对设置，三者形成一个收容空间，所述阴极设置于该收容空间中并与所述阳极板和发光板间隔设置，所述阴极发射出电子轰击所述阳极板发光，所述阳极板发光激发所述发光板发光后复合发出白光。

优选的，所述阳极板包括阳极基板、阳极电极、金属反射层及发光层。

优选的，所述阳极电极形成于该阳极基板上，所述金属反射层形成于所述阳极电极上，所述发光层形成于所述金属反射层上；或所述金属反射层形成于该阳极基板上，所述阳极电极形成于所述金属反射层上，所述发光层形成于所述阳极电极上；或所述金属反射层与所述阳极电极为同一层，所述金属反射层形成于该阳极基板上，所述发光层形成于所述金属反射层上。

优选的，所述阳极基板为玻璃或者陶瓷材质；或所述金属反射层为铝层；或所述发光层为可发射出420nm-480nm的蓝光的荧光粉层、发光薄膜层、发光玻璃层或者发光陶瓷层中的一种。

优选的，所述阴极包括阴极基体和设置于该阴极基体上的发射体。

优选的，所述阴极基体为金属丝或者由金属丝制成的网格结构。

优选的，所述发射体为金刚石薄膜、碳纳米管、碳纳米墙、氧化铜纳米线、氧化锌纳米线、纳米棒、四角形纳米氧化锌、氧化铁纳米线中的一种。

优选的，所述发光板包括玻璃基板和形成于该玻璃基板上的光致发光层。

优选的，所述光致发光层为可吸收420nm-480nm的蓝光而发射出黄光的荧光粉层、发光薄膜层、发光玻璃层或者发光陶瓷层中的一种。

一种场发射平面光源的制作方法，包括如下步骤：

在阳极基板上采用磁控溅射或蒸发方式沉积阳极电极，然后在该阳极电极表面制备金属反射层，随后在该金属反射层制备发光层，得到阳极板；

在阴极基体上采用直接生长或者涂覆的方式制备发射体，得到阴极；

在玻璃基板上采用荧光粉、发光薄膜、发光玻璃或者发光陶瓷中的一种形成光致发光层，得到发光板；

组装场发射平面光源，将制备好的阳极板放置在水平操作台上；把隔离体放置在阳极板四周，用低玻粉固定；然后将阴极固定在隔离体上，并引出电极，确保阴极与阳极板平行；随后将制备好的发光板施压在隔离体上，固定并密封好；把封装好的场发射平面光源通过排气管进行抽真空进行排气封离。

综上所述的场发射平面光源，由于阴极发射出的电子轰击阳极发光后，阳极发出的光进而激发发光板发光，经复合后发出的光为平面光源。此种方式发光效率高，这样就可以有效解决采用现有的荧光灯管或LED作为背光源的光损耗严重，光效低的问题。

【附图说明】

图1为实施例中场发射平面光源正面剖视结构图；

图2为实施例中场发射平面光源左视剖视结构图。

【具体实施方式】

下面结合附图对场发射平面光源及其制备方法作进一步详细说明。

请参照图1、图2，场发射平面光源包括阳极板10、隔离体20、阴极30和光致发光的发光板40。阳极板10与发光板40通过隔离体20隔开相对设置，三者形成一个收容空间，阴极30设置于该收容空间中并与阳极板10和发光板40间隔设置，阴极30发射出电子轰击阳极板10发光，阳极板10发光激发发光板40发光后复合发出白光。

阳极板10包括阳极基板12、形成于该阳极基板12上的阳极电极14、形成于该阳极电极14上的金属反射层16以及形成于该金属反射层16上的发光层18。

其中，阳极基板12选用玻璃或者陶瓷材质的方形板。阳极电极14为金属电极或者非金属电极，如Cr、Mo、Al或ITO电极，采用磁控溅射或蒸发等方式沉积在阳极基板12上。当阳极电极14为非透明的金属材质的时候，需要设置在金属发射层16与阳极基板12之间，但是当阳极电极14为透明的非金属材质时，可以设置在金属反射层16与阳极基板12之间或者金属反射层16与发光层18之间。金属反射层16由导电金属材料制成，优选的采用铝层，铝层可以采用蒸镀、电镀、溅射等方式形成在阳极电极14上。另外，也可以不单独设置一层作为阳极电极14，由金属发射层16充当阳极电极，即金属反射层16与阳极电极14为同一层。发光层18为能够发射出420nm-480nm蓝光的发光物质制成，该发光物质可以为荧光粉、发光薄膜、发光玻璃或者发光陶瓷。

阴极30设置在隔离体20上，收容于阳极板10、隔离体20与发光板40形成的收容空间内并与发光层18相对。阴极30包括阴极基体32和发射体34。阴极基体32为金属丝或者金属丝组成的网格结构。发射体34为一维纳米材料或者薄膜型材料，可以是金刚石薄膜、碳纳米管、碳纳米墙、氧化铜纳米线、氧化锌纳米线、纳米棒、四角形纳米氧化锌、氧化铁纳米线等。可以采用涂覆的方式或者直接生长的方式制备。例如，在阴极基体32上通过喷涂的方式喷涂纳米管发射体34。

发光板40包括玻璃基板42和形成于该玻璃基板42上的光致发光层44，光致发光层44设置在玻璃基板42上与阴极30相对的一面。玻璃基板42选用超白玻璃，该光致发光层44为可以吸收420nm-480nm蓝光而发射出黄光的发光物质制成，该发光物质包括荧光粉、发光薄膜、发光玻璃或者发光陶瓷等。

场发射平面光源的工作原理为：阴极30发射出的电子轰击阳极板10发出蓝光后，阳极板10发出的蓝光进而激发光致发光层44发出黄光，经复合后发出白光。此种发光效率高，这样就可以有效解决采用现有的荧光灯管或LED作为背光源的光损耗严重，光效低的问题。

另一方面，该场发射平面光源的制备方法如下：

实施例一

首先，选用ITO玻璃作为阳极基板，玻璃厚度4mm，然后把阳极基板依次用丙酮、乙醇、去离子水超声清洗15分钟并吹干或烘干。然后用蒸镀的方法在ITO玻璃上蒸镀厚度约2微米的反射铝层，随后采用丝网印刷的方式在反射层表面上印刷一层约35微米厚的ZnS:Ag蓝光荧光粉层，即可制成阳极板。

其次，选用镍丝作为阴极基体，由于镍丝可以直接作为生长碳纳米管的催化剂，因此，本实施例采用碳纳米管作为发射体。把镍丝放入石英管的中央位置，然后在氩气保护下升温至650℃，接着通入氢气1小时对镍丝进行表面处理，随后快速升温至生长温度并通入包含乙炔或甲烷的混合气体5-20min，最后在氩气保护下降温到室温，就制备出阴极。

再次，采用4mm厚超白玻璃作为玻璃基板。将该超白玻璃依次用丙酮、乙醇、去离子水超声清洗15分钟并吹干或烘干。然后采用丝网印刷的方式在玻璃基体印刷一层YAG:Ce黄光荧光粉层，即可制成发光板。

最后，把制备好的阳极板放置在水平操作台上，把隔离体放置在阳极板四周，并用低玻粉固定，然后将阴极固定在隔离体上，并引出电极。确保阴极与阳极板平行。随后将发光板施压在隔离体上，固定并密封好。最后，把封装好的白光场发射平面光源安装到排气台上，对器件的腔体抽真空，真空度优于＜10^-4Pa后进行封离。

实施例二

首先，采用厚度为4mm的96陶瓷板作为阳极基板，把陶瓷基板依次用丙酮、乙醇、去离子水超声清洗15分钟后并吹干或烘干，然后采用磁控溅射的方式在陶瓷基板上沉积一层约300nm的铬电极，随后用蒸镀的方法在镀有铬电极的陶瓷基板上蒸镀厚度越1微米的反射铝层，随后采用丝网印刷的方式在反射铝层表面上印刷一层约35微米厚的LaAl0₃:Tm荧光粉层。即可制得阳极板。

其次，采用氧化铜纳米线作为阴极发射体，把配制的铜粉浆料涂刷在具有导电的ITO层的表面，然后在空气中400℃温度下烧结3小时，就直接能够在阴极基体的外表面生长出氧化铜纳米线，即可制成阴极。

再次，光致发光层采用在4mm厚超白玻璃上制备。将超白玻璃基体依次用丙酮、乙醇、去离子水超声清洗15分钟并吹干或烘干。然后采用丝网印刷的方式在玻璃基体印刷一层YAG:Ce黄光荧光粉层。即可制得发光板。

最后，把制备好的阳极板放置在水平操作台上，把隔离体放置在阳极板四周，并用低玻粉固定，然后将阴极固定在隔离体上，并引出电极。确保阴极与阳极板平行。随后将发光板施压在隔离体上，固定并密封好。最后，把封装好的场发射平面光源安装到排气台上，对器件的腔体抽真空，真空度优于＜10^-4Pa后进行封离。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种场发射平面光源，其特征在于：包括阳极板、隔离体、阴极和光致发光的发光板，所述阳极板与发光板通过隔离体隔开相对设置，三者形成一个收容空间，所述阴极设置于该收容空间中并与所述阳极板和发光板间隔设置，所述阴极发射出电子轰击所述阳极板发光，所述阳极板发光激发所述发光板发光后复合发出白光。

2.根据权利要求1所述的场发射平面光源，其特征在于：所述阳极板包括阳极基板、阳极电极、金属反射层及发光层；所述阳极电极形成于该阳极基板上，所述金属反射层形成于所述阳极电极上，所述发光层形成于所述金属反射层上；或所述金属反射层形成于该阳极基板上，所述阳极电极形成于所述金属反射层上，所述发光层形成于所述阳极电极上。

3.根据权利要求1所述的场发射平面光源，其特征在于：所述阳极板包括阳极基板、阳极电极、金属反射层及发光层；所述金属反射层与所述阳极电极为同一层，所述金属反射层形成于该阳极基板上，所述发光层形成于所述金属反射层上。

4.根据权利要求2或3所述的场发射平面光源，其特征在于：所述阳极基板为玻璃或者陶瓷材质；或所述金属反射层为铝层；或所述发光层为可发射出420nm-480nm的蓝光的荧光粉层、发光薄膜层、发光玻璃层或者发光陶瓷层中的一种。

5.根据权利要求1所述的场发射平面光源，其特征在于：所述阴极包括阴极基体和设置于该阴极基体上的发射体。

6.根据权利要求5所述的场发射平面光源，其特征在于：所述阴极基体为金属丝或者由金属丝制成的网格结构。

7.根据权利要求6所述的场发射平面光源，其特征在于：所述发射体为金刚石薄膜、碳纳米管、碳纳米墙、氧化铜纳米线、氧化锌纳米线、纳米棒、四角形纳米氧化锌、氧化铁纳米线中的一种。

8.根据权利要求4所述的场发射平面光源，其特征在于：所述发光板包括玻璃基板和形成于该玻璃基板上的光致发光层。

9.根据权利要求8所述的场发射平面光源，其特征在于：所述光致发光层为可吸收420nm-480nm的蓝光而发射出黄光的荧光粉层、发光薄膜层、发光玻璃层或者发光陶瓷层中的一种。

10.一种根据权利要求1至9中任意一项所述的场发射平面光源的制作方法，包括如下步骤：

在阳极基板上采用磁控溅射或蒸发方式沉积阳极电极，然后在该阳极电极表面制备金属反射层，随后在该金属反射层制备发光层，得到阳极板；

在阴极基体上采用直接生长或者涂覆的方式制备发射体，得到阴极；

在玻璃基板上采用荧光粉、发光薄膜、发光玻璃或者发光陶瓷中的一种形成光致发光层，得到发光板；

组装场发射平面光源，将制备好的阳极板放置在水平操作台上；把隔离体放置在阳极板四周，用低玻粉固定；然后将阴极固定在隔离体上，并引出电极，确保阴极与阳极板平行；随后将制备好的发光板施压在隔离体上，固定并密封好；把封装好的场发射平面光源通过排气管进行抽真空进行排气封离。

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