CN102945782B - 一种发光图案可调可控的双电极结构场发射发光管 - Google Patents

Abstract

本发明涉及发光与显示技术领域，是一种发光图案可调可控的双电极式场发射发光管及其组装方法。本方法在导电基板上组装一个大高径比的宏观场发射体，发射体表面、局部或全部为碳质纳米管、纳米线、纳米纤维或石墨烯片作为场发射源，周边对称布置有图案控制组件；涂敷有荧光粉薄膜的导电玻璃作为阳极，与阴极导电基板平行相对；发光结构置于一真空密闭玻璃腔体中，由导线与外界相连通。本发明利用宏观大高径比场发射尖端在特定介质围护条件下的特殊场发射电流-电压关系及电子运行轨迹的变化规律，实现双电极结构场发射发光管在外加电压或控件绝缘状态引导下的发光显示图案的控制、变换。

Description

一种发光图案可调可控的双电极结构场发射发光管

技术领域

 本发明涉及发光及显示技术领域，具体为一种发光图案可调可控的双电极结构场发射发光管及其装配方法。

背景技术

发光二极管（Light Emitting diode）简称LED，其发光原理是利用PN结中电子与空穴复合时的辐射效应发出可见光；选用材料多为半导体发光物质，如镓（Ga）与砷（As）或磷（P）的化合物，化学组成不同，材料的发光颜色（发光波长）也就不一样。此类LED的制作工艺和结构较为复杂，颜色品种单一且发光亮度偏低。

与传统LED不同，场发射发光管是通过外加电场的作用使阴极材料发射出电子，经电场加速后击打在荧光粉薄膜上形成可见光，荧光粉的不同决定了发光管的颜色。与传统的LED相比，场发射发光管的制作工艺简单、能耗低、亮度高、使用寿命长，可用于大屏幕显示、广告牌、照明管、交通指示灯等。

需要指出的是，场发射发光二极管的颜色及显示图形主要决定于荧光粉薄膜，在涂装完成后就无法再加以调整、控制。如采用丝网印刷等技术装配可矩阵寻址的场发射阴极，能使场发射现象发生于特定区域，从而实现显示图案控制，但其生产成本较高，结构也颇为精细、复杂。

发明内容

本发明的目的是提供一种显示图案可调可控的双电极结构场发射发光管及其装配方法。采用本发明可以获得一种工作电压低、亮度高的双电极结构场发射发光管，其特征是不需使用任何复杂的电子控制系统即可实现发光图形的有效控制及调整，具有结构简单、组装方便、调控效果好、成本低廉等工艺技术特点。

本发明实现场发射发光管的双电极结构组装及图案调控的技术方案是：

附图1给出了显示图案可调可控的双电极结构场发射发光管结构示意图，其中：

场发射发光管采用双电极结构，阳极1为涂覆有荧光粉薄膜的氧化铟锡（ITO）透明导电玻璃，阴极则是具有宏观高度、大长径比特征的针尖式场发射体2，垂直固定于导电基板4上；导电基板与导电玻璃阳极平行相对，场发射体端面与导电玻璃阳极间距0.2 ~ 2 mm。

场发射体高度0.2 ~ 10 mm，直径不大于0.5 mm，其发射端面、局部或整体为碳质纳米线、纳米带、纳米管、纳米棒、纳米锥、石墨烯片或纳米薄膜中的一种，也可为多种碳质纳米材料的复合结构。

在针尖式场发射体周边，有图案调控组件对称布置于导电基板3上。发光图案调控组件的组成材料为玻璃、陶瓷等绝缘材料，也可为与导电基板及场发射体不连通的导体或半导体材料如金属、ITO等；其外型为片状或薄膜状，厚度不得高于场发射体。图案调控组件的外形及排列方式决定发光图案。

场发射二极管结构置于一玻璃真空腔体5内，有导线6分别连通外部及导电基板、ITO阳极及图案调控组件。场发射体与ITO阳极间的电势差用于实现电子的场发射；图案调控组件的介电常数、外形、排列方式、通电状态等可实现发光管显示图案的有效调控。

本发明的优点及有益效果是：

1、本设计方法巧妙利用介电效应对电场分布的影响，在双电极场发射结构中引入适当的图案控制组件，不需使用任何电子元件即可完成电子轨迹的可控偏转，从而实现场发射发光管的显示图案控制，具有节能、环保、工作电压低、图案调控效果好、发光亮度大等特点。

2、与传统发光管图形控制方案（控制场发射阴极的排列分布或荧光粉薄膜的形态）相比，本设计方法工艺简单，成本低廉，实施方便，技术门槛低，有利于本设计方法的实用推广。

3、与三电极式场发射发光管相比，本设计方法不使用单独的门电极用于电子引出，全部电子由涂覆有荧光粉薄膜的ITO阳极接收，因此发光效率高，亮度大，能源利用率得到大幅提高，而且发光管结构简单，组装方便，成本低廉。

附图说明

图1 显示图案可调控的场发射发光二极管装配示意图。

图2 对称布置钠铝硅玻璃组件对针尖式场发射体I-V特性及显示图案的影响。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明加以说明，但发明保护内容不局限于所述实施例：

实施例1

发光控制组件和显示图形如图2所示。

以宏观长度碳纳米管绳为场发射体，其有效高度为2.5 mm，直径100μm。显示图案控制组件由两片钠铝硅玻璃1制成，单片外形尺寸12x8 x 1(mm)，对称布置于场发射体2两侧，间距6 mm；平板阳极采用ITO导电玻璃，上面涂覆有荧光粉薄膜；场发射体尖端与ITO阳极间距约1 mm。工作状态下，外加电压（正电势）施加于ITO阳极，场发射体接地。当外加电压低于550V，显示图案呈圆斑状；外加电压高于570V，显示图案则决定于控制组件的外轮廓，近于矩形。

实施例2

与实施例1不同之处在于：外加电压（负电势）施加于场发射体，ITO阳极则接地。显示图案形式与实施例1相同。

实施例3

场发射体本体为铜质细丝，其有效高度为5.0 mm，直径200μm，顶端表面存在碳纳米管薄膜。显示图案控制组件由两片陶瓷素片制成，单片外形尺寸12 x 10 x 3(mm)，对称布置于场发射体两侧，间距6 mm；平板阳极采用ITO导电玻璃，上面涂覆有荧光粉薄膜；场发射体尖端与ITO阳极间距约0.5 mm。工作状态下，外加电压（负电势）施加于场发射体，ITO阳极接地。当外加电压高于特定电势差，显示图案由圆斑状转变为近似矩形，类似于控制组件的外轮廓。

实施例4

场发射体本体为镍质细丝，其有效高度为3.0 mm，直径200μm，顶端固定一段碳纳米管绳（长度2.0mm，直径80μm）。显示图案控制组件由两片ITO玻璃制成，单片外形尺寸10 x 8 x 1(mm)，对称布置于场发射体两侧，间距6 mm，涂覆有导电薄膜一侧面向阳极；平板阳极同样采用ITO导电玻璃，上面涂覆有荧光粉薄膜；场发射体尖端与ITO阳极间距约0.2 mm。工作状态下，外加电压（负电势）施加于场发射体，ITO阳极接地。当外加电压高于特定电势差，显示图案由圆斑状转变为近似矩形，类似于控制组件的外轮廓，。

实施例5

图形控制组件形状及显示图形如图3所示。

以宏观长度碳纳米管绳为场发射体，其有效高度为2.5 mm，直径100μm。显示图案控制组件由正方形铜质薄片制成，边长15mm，厚度0.2mm，中心开有直径4mm的圆孔，用于场发射体的伸出；铜片本身与阴极、阳极相绝缘；平板阳极采用ITO导电玻璃，上面涂覆有荧光粉薄膜；场发射体尖端与ITO阳极间距约1 mm见图3a。工作状态下，外加电压（正电势）施加于ITO阳极，场发射体接地。工作状态下，显示图案则决定于控制组件的外轮廓，近于矩形见图3b。

实施例6

图形控制组件形状及显示图形如图4所示。

以宏观长度碳纳米管绳为场发射体，其有效高度为2.5 mm，直径100μm。显示图案控制组件由铜质薄片制成，呈花朵形见图4a，厚度0.5mm，中心开有直径6mm的圆孔，用于场发射体的伸出；铜片本身与阴极、阳极相绝缘，由导线与外界连通；平板阳极采用ITO导电玻璃，上面涂覆有荧光粉薄膜；场发射体尖端与ITO阳极间距约1 mm。外加电压（正电势）施加于ITO阳极，场发射体接地。工作状态下，显示图案则决定于控制组件的外轮廓，呈花朵形状见图4b；采用连通导线使图案调控组件即铜片接地，则显示图案恢复圆斑状。

实施例7

图形控制组件形状及显示图形如图5所示。

以宏观长度碳纳米管绳为场发射体，其有效高度为4 mm，直径20μm。显示图案控制组件由ITO玻璃制成，4片，呈矩形见图5a，单片外形尺寸10 x 4 x 1(mm)，对称布置于场发射体周边，同时ITO薄膜上有导线与外界连通；平板阳极采用ITO导电玻璃，上面涂覆有荧光粉薄膜；场发射体尖端与ITO阳极间距约1 mm。外加电压（正电势）施加于ITO阳极，场发射体接地。工作状态下，显示图案则决定于控制组件的外轮廓，呈花朵形状见图5b；采用连通导线使图案调控组件即ITO薄膜接地，则显示图案可部分或全部消散（恢复原有形状见图5c）。

Claims (4)

1.一种发光图案可变换的双电极结构场发射发光管，包括一真空封装的玻璃腔体，阳极由透明导电玻璃构成，上面涂敷有荧光粉膜；图案变换控制组件布置于导电基板上，相对针尖状场发射体位置对称分布，以外加电压或控制组件通/断电状态作为控制信号,其特征在于：与接线柱导通的导电基板上固定有具有宏观长度、大长径比特征的场发射体作为电子源；控制组件组成材料选用非导电的无机非金属材料包括玻璃、陶瓷、刚玉，或采用导体或半导体材料包括金属、ITO薄膜、碳质材料，其厚度不高于场发射尖端的有效高度,场发射体尖端，为具有大高径比的宏观场发射体，场发射体高度0.2-10 mm，直径不大于0.2 mm，在发射体端面、局部或全部分布有碳质纳米线、纳米带、纳米管、纳米棒、纳米锥、石墨烯片或纳米薄膜中的一种或多种纳米材料的复合结构。

2. 按照权利要求1所述的一种发光图案可变换的双电极结构场发射发光管，其特征在于：图案变化控制组件其外形及布置方式决定发光管显示图案。

3. 按照权利要求1所述的一种发光图案可变换的双电极结构场发射发光管，其特征在于：图案变化控制组件，可选用非导电的无机非金属材料，图案变化控制组件直接布置于导电基板上，相对场发射体对称排列，工作状态下发光管显示图案相似于图案变化控制组件的外轮廓。

4. 按照权利要求1所述的一种发光图案可变换的双电极结构场发射发光管，其特征在于：图案变化控制组件，可选用导体或半导体材料，图案变化控制组件通过绝缘垫片固定于导电基板上，相对场发射体对称排列，工作状态下发光管显示图案相似于图案变化控制组件的外轮廓；图案变化控制组件全体或部分接地情况下，可实现发光管显示图案的控制。