CN103026455B - 场发射光源器件及其制作方法 - Google Patents

场发射光源器件及其制作方法 Download PDF

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Abstract

一种场发射光源器件，包括间隔设置的阳极板（110）和阴极板（120），以及将阳极板（110）和阴极板（120）固定成一体的绝缘支撑体（130）。阳极板（110）、阴极板（120）和绝缘支撑体（130）形成一真空密封的腔体。阳极板（110）包括以透明陶瓷为材质的基层（112）和设置在基层（112）的一个表面上的阳极导电层（114）。阴极板（120）包括衬底和设置在衬底表面的阴极导电层。阳极导电层（114）与阴极板（120）相向设置。由于透明陶瓷具有导电性好，透光性高，耐电子冲击性能稳定和发光均匀的优点，该场发射光源器件采用透明陶瓷作为阳极板基层，有效地提高电子束激发的效率，提高场发射光源器件的出光效率，最终提高其发光效率。还提供了一种场发射光源器件的制作方法。

Description

场发射光源器件及其制作方法
【技术领域】
本发明涉及真空电子器件领域，尤其涉及一种场发射光源器件及其制作方法。
【背景技术】
场发射光源是一种新兴光源，具有电流密度大、功耗低、响应快等特点，在平板显示器、X射线源、微波放大器等真空电子领域具有重要的应用前景。场发射光源的原理是在电场作用下，低电势处的金属尖端、碳纳米管等电子发射体发射出电子，轰击高电势处的荧光体而发出可见光。
传统的场发射光源器件的主要应用于照明和显示领域，其具有工作电压低、无预热延迟、高度集成化、节约能源、环保、启动快、轻薄以及环境适应性强等优点。同时场发射光源器件作为新一代照明领域的光源，具有无汞，能耗低，发光均匀和光强度可调等优点，在照明行业内得到了快速的发展。传统的场发射光源器件，主要是采用荧光粉作为阳极，通过电子束轰击荧光粉，荧光粉在电子束激发下产生可见光。一般选用硫化物、氧化物或者硅酸盐类荧光粉作为阳极发光材料。
氧化物或者硅酸盐类的荧光粉，导电性相对比较差，在电子束轰击下，容易在阳极产生电荷积累，造成两极之间电势差下降，影响场发射光源器件的发光效率。而使用导电性较好硫化物荧光粉制作的阳极板，在长时间的电子束激发下，容易产生硫化物的分解，释放出气体，不但降低了场发射光源器件的真空度，而且“毒害”了阴极，最终降低了器件的寿命。
【发明内容】
基于此，有必要设计一种具有导电性好、耐电子冲击性能稳定的阳极板的发光效率高的场发射光源器件。
一种场发射光源器件，包括间隔设置的阳极板和阴极板，以及将所述间隔设置的阳极板和阴极板固定成一体的绝缘支撑体，所述阴极板包括衬底和设置在所述衬底表面的阴极导电层，所述阳极板、阴极板和绝缘支撑体形成一真空密封的腔体；所述阳极板包括以透明陶瓷为材质的基层和设置在所述基层的一个表面上的阳极导电层，所述阳极导电层与所述阴极板相向设置。
优选的，所述透明陶瓷为Y2O3:Eu透明陶瓷、Y2O2S:Eu透明陶瓷、Y2SiO5:Tb透明陶瓷、Gd2O2S:Tb透明陶瓷、LaAlO3:Tm透明陶瓷或LaGaO3:Tm透明陶瓷；所述透明陶瓷对可见光的透过率为50%以上。
优选的，所述阳极导电层为厚度为20nm~200μm纳米的铝薄膜层。
优选的，所述阳极板为直径为100mm的球面壳体，所述阴极板设置在所述球面壳体内腔的球心处。
优选的，所述阳极板为弦长为50mm的曲面壳体，所述阴极板的外形构造与所述曲面壳体内表面相一致，所述阴极板与所述曲面壳体内表面平行设置。
优选的，所述绝缘支撑体的材质为Al2O3或ZrO2。
优选的，所述阴极导电层包括铟锡氧化物薄膜层和碳纳米管层，所述铟锡氧化物薄膜层设置在所述衬底表面，所述碳纳米管层设置在所述铟锡氧化物薄膜层表面。
一种上述的场发射光源器件的制作方法，包括如下步骤：
制备透明陶瓷材质的基层，并所述基层的一个表面上设置一层阳极导电层，制得阳极板；
在衬底的一个表面制备一层阴极导电层，制得所述的阴极板；
将所述阴极板与所述阳极板间隔设置，且所述阴极板与所述阳极板上的阳极导电层相向设置；随后通过绝缘支撑体将所述阴极板和阳极板固定成一体，并在所述阴极板、阳极板以及绝缘支撑体间形成一腔体；
真空密封所述阴极板、阳极板以及绝缘支撑体形成的腔体，制得所诉场发射光源器件。
优选的，所述阳极板制备步骤中，还包括清洗过程：将透明陶瓷基材依次经过丙酮、无水乙醇、去离子水超声和风干处理；所述阳极导电层是通过磁控溅射技术或蒸镀技术沉积在所述基层表面上的；
所述阴极板制备步骤中，还包括清洗过程：将所述衬底依次经过丙酮、无水乙醇、去离子水超声和风干处理；所述阴极导电层是通过磁控溅射技术沉积在所述衬底上的；
所述密封步骤中，密封所用的材质为熔点为380~550℃的玻璃浆料。
优选的，所述密封步骤中，还包括如下处理：抽真空处理过程中，在排气管中放置消气剂。
这种场发射光源器件通过采用透明陶瓷作为阳极板基层，利用了透明陶瓷导电性好，透光性高，耐电子冲击性能稳定和发光均匀的优点，有效地提高电子束激发的效率，提高场发射光源器件的出光效率，最终提高了场发射器件的发光效率。
【附图说明】
图1为一实施方式的场发射光源器件制作流程图；
图2为实施例1的场发射光源器件剖面示意图；
图3为实施例2的场发射光源器件剖面示意图。
【具体实施方式】
下面主要结合附图及具体实施例对场发射光源器件及其制作方法作进一步说明。
一实施方式的场发射光源器件，包括间隔设置的阳极板和阴极板，以及将间隔设置的阳极板和阴极板固定成一体的绝缘支撑体，阳极板、阴极板和绝缘支撑体形成一真空密封的腔体，阳极板包括基层和设置在基层一个表面上的阳极导电层，阴极板包括衬底和设置在衬底表面的阴极导电层，阳极导电层与阴极板相向设置。
基层材质为透明陶瓷，具体的可以列举如Y2O3:Eu透明陶瓷、Y2O2S:Eu透明陶瓷、Y2SiO5:Tb透明陶瓷、Gd2O2S:Tb透明陶瓷、LaAlO3:Tm透明陶瓷和LaGaO3:Tm透明陶瓷等；上述透明陶瓷对可见光的透过率在50%以上。
其中，符号“：”代表后者掺杂在前者中，如Y2O3:Eu是掺杂了Eu的Y2O3。
上述场发射光源器件，使用透明陶瓷作为阳极板基层，利用了透明陶瓷导电性好，透光性高，耐电子冲击性能稳定和发光均匀的优点，有效地提高电子束激发的效率，提高场发射光源器件的出光效率，最终提高场发射器件的光效；同时这种场发射光源器件符合节能环保的发展趋势，具有良好的发展前景。
阳极导电层厚度为20nm~200μm，阳极导电层材质选择具有良好导电性的金属，一般的可以列举如：Ag、Au、Cu、Al等，优选为Al。
支撑体材质为Al2O3和ZrO2中的一种。
阳极板为具有一定的曲率半径的透明件，阳极板可以是直径为100mm的球面壳体，阴极板设置在球面壳体内腔的球心处；阳极板还可以是弦长为50mm的曲面壳体，阴极板的外形构造与曲面壳体内表面相一致，也就是说两者比例不同，形状相似，阴极板与曲面壳体内表面平行设置。
阴极板包括衬底、沉积在衬底表面上的阴极导电层；阴极导电层包括铟锡氧化物（ITO）薄膜层和碳纳米管（CNT）层，ITO薄膜层设置在衬底表面，CNT层设置在ITO薄膜层表面。
通过对透明陶瓷阳极的曲面设计，提高场发射光源器件的出光效率，从而提高了场发射光源器件的发光效率。
如图1所示为上述场发射光源器件制作流程图，包括如下步骤：
S1、制作阳极板
制备透明陶瓷外壳；
将透明陶瓷外壳依次经过丙酮、无水乙醇和去离子水超声处理，风干后得到清洗后的透明陶瓷外壳；
在清洗后的透明陶瓷外壳表面蒸镀或磁控溅射阳极导电层，制得阳极板。
S2、提供阴极板和支撑体
提供合适的衬底，将其两面抛光处理，通过丙酮，无水乙醇和去离子水依次进行超声处理，风干。然后在其表面溅射一层ITO薄膜，最后在ITO薄膜层表面印刷或者生长一层CNT薄膜，得到阴极板。
一般的，也可以直接购买CNT阴极。
提供材质为Al2O3或ZrO2的支撑体，通过丙酮，无水乙醇和去离子水依次进行超声处理，风干。
S3、场发射器件的组装和密封
将阴极板与阳极板间隔设置，且阴极板与阳极板上的阳极导电层相向设置；随后通过绝缘支撑体将所述阴极板和阳极板固定成一体，并在阴极板、阳极板以及绝缘支撑体间形成一腔体，完成组装。
将熔点为380~550℃的玻璃浆料涂敷到阴极板、阳极板以及绝缘支撑体之间，380~550℃热封接处理后，将封接后的场发射器件放入排气台，并在排气管中加入消气剂，抽真空至1×10-5~9.9×10-5Pa，得到密封完成的场发射器件。
以下为具体实施例部分：
实施例1
如图2所示为实施例1的场发射光源器件的结构图，包括直径为100mm的球壳状的阳极板110、尺寸为70×60×25mm的阴极板120、绝缘的支撑体130、导线140和驱动电源150。球壳状的阳极板110包括基层112和沉积在基层112内表面的阳极导电层114。阴极板120设置在球壳状阳极板110球心处。阴极板120包括沉积在衬底表面的ITO薄膜层和沉积在ITO薄膜层上的CNT层。阳极板110及阴极板120间隔设置后通过支撑体130固定。两根导线140穿过支撑体130，一端分别与阳极导电层114、阴极板120相连，另一端与驱动电源150连接。
支撑体130材质为Al2O3，起绝缘和固定作用；在其他的实施例中，也可以采用ZrO2材质的支撑体。
基层112材质为可见光透过率50%以上的Y2O3:Eu透明陶瓷，在其他的实施例中，基层材质也可以为Y2O2S:Eu透明陶瓷、Y2SiO5:Tb透明陶瓷、Gd2O2S:Tb透明陶瓷、LaAlO3:Tm透明陶瓷或LaGaO3:Tm透明陶瓷。
阳极导电层114厚度为200μm，材质为Al，在其他的实施例中，也可以是Ag、Au、Cu等导电性良好的金属。
上述场发射光源器件的制作方法如下：
阳极板110制备
将Y2O3:Eu透明陶瓷按照尺寸制作直径100mm球壳状的外壳作为阳极板基层112，然后进行表面抛光处理。然后将Y2O3:Eu透明陶瓷依次分别通过丙酮，无水乙醇和去离子水超声处理20min，最后将清洗干净的Y2O3:Eu透明陶瓷进行风干处理。在Y2O3:Eu透明陶瓷内表面蒸镀或者磁控溅射一层Al膜作为阳极导电层114。
阴极板120制备
切割尺寸70×60×25mm尺寸的衬底，将其两面抛光处理，通过丙酮，无水乙醇和去离子水依次进行超声处理，风干。然后在其表面溅射一层ITO薄膜，最后在ITO薄膜表面印刷或者生长一层CNT薄膜。
组装和密封
将配置好的低熔点玻璃浆料，涂覆到阳极板110、阴极板120和支撑体130之间，加热到380℃保温90min，达到器件的封接。将封接后的器件，在排气管中加入消气剂，放入到排气台，抽真空至1×10-5Pa，烘烤，完成密封；最后组装导线140和驱动电源150，得到上述场发射光源器件。
实施例2
如图3所示为实施例2的场发射光源器件的结构图，包括弦长为50mm的曲面球壳状的阳极板210、阴极板220、绝缘的支撑体230和驱动电源240。阳极板210包括基层212和位于基层上的阳极导电层214。阴极板220外形与阳极板210内表面大致相同，且阴极板220与阳极板210内表面平行设置。阴极板220包括沉积在衬底表面的ITO薄膜层和沉积在ITO包膜层上的CNT层。阳极板210和阴极板220间隔设置后通过支撑体230固定在驱动电源240的外壳上。
支撑体230材质为ZrO2，起绝缘和固定作用；在其他的实施例中，也可以采用Al2O3材质的支撑体。
基层212材质为可见光透过率50%以上的Y2SiO5:Tb透明陶瓷，在其他的实施例中，基层材质也可以为Y2O3：Eu透明陶瓷、Y2SiO5:Tb透明陶瓷、Gd2O2S:Tb透明陶瓷、LaAlO3:Tm透明陶瓷或LaGaO3:Tm透明陶瓷。
阳极导电层214厚度为20nm，材质为Al，在其他的实施例中，也可以是Ag、Au、Cu等导电性良好的金属。
上述场发射光源器件的制作方法如下：
阳极板210制备：按照一定的曲率半径，弦长50mm制备Y2SiO5:Tb透明陶瓷外壳作为基层212，对其进行抛光处理，然后将Y2SiO5:Tb透明陶瓷依次分别通过丙酮，无水乙醇和去离子水超声处理20min，最后将清洗干净的Y2SiO5:Tb透明陶瓷进行风干处理。在Y2SiO5:Tb透明陶瓷表面蒸镀或者磁控溅射一层Al膜作为阳极导电层214。
阴极板220制备：取边长55×55mm的衬底，将其两面抛光处理，通过丙酮，无水乙醇和去离子水依次进行超声处理，风干。然后在其表面溅射一层ITO薄膜，最后在ITO薄膜表面印刷或者生长一层CNT薄膜。
组装和密封
将配置好的低熔点玻璃浆料，涂覆到阳极板210、阴极板220和支撑体230之间，加热到550℃保温5min，达到器件的封接。将封接后的器件，在排气管中加入消气剂，放入到排气台，抽真空至9.9×10-5Pa，烘烤，完成密封；最后组装驱动电源240，得到上述场发射光源器件。
以上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 (9)

1.一种场发射光源器件，包括间隔设置的阳极板和阴极板，以及将所述间隔设置的阳极板和阴极板固定成一体的绝缘支撑体，所述阴极板包括衬底和设置在所述衬底表面的阴极导电层，所述阳极板、阴极板和绝缘支撑体形成一真空密封的腔体；其特征在于，所述阳极板包括以透明陶瓷为材质的基层和设置在所述基层的一个表面上的阳极导电层，所述阳极导电层与所述阴极板相向设置；所述透明陶瓷为Y2O3:Eu透明陶瓷、Y2O2S:Eu透明陶瓷、Y2SiO5:Tb透明陶瓷、Gd2O2S:Tb透明陶瓷、LaAlO3:Tm透明陶瓷或LaGaO3:Tm透明陶瓷；所述透明陶瓷对可见光的透过率为50％以上。
2.如权利要求1所述的场发射光源器件，其特征在于，所述阳极导电层为厚度为20nm～200μm的铝薄膜层。
3.如权利要求1所述的场发射光源器件，其特征在于，所述阳极板为直径为100mm的球面壳体，所述阴极板设置在所述球面壳体内腔的球心处。
4.如权利要求1所述的场发射光源器件，其特征在于，所述阳极板为弦长为50mm的曲面壳体，所述阴极板的外形构造与所述曲面壳体内表面相一致，所述阴极板与所述曲面壳体内表面平行设置。
5.如权利要求1所述的场发射光源器件，其特征在于，所述绝缘支撑体的材质为Al2O3或ZrO2。
6.如权利要求1所述的场发射光源器件，其特征在于，所述阴极导电层包括铟锡氧化物薄膜层和碳纳米管层，所述铟锡氧化物薄膜层设置在所述衬底表面，所述碳纳米管层设置在所述铟锡氧化物薄膜层表面。
7.一种权利要求1-6中任一项所述的场发射光源器件的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：
阳极板制备步骤：制备透明陶瓷材质的基层，并所述基层的一个表面上设置一层阳极导电层，制得阳极板；所述透明陶瓷为Y2O3:Eu透明陶瓷、Y2O2S:Eu透明陶瓷、Y2SiO5:Tb透明陶瓷、Gd2O2S:Tb透明陶瓷、LaAlO3:Tm透明陶瓷或LaGaO3:Tm透明陶瓷；所述透明陶瓷对可见光的透过率为50％以上；
阴极板制备步骤：在衬底的一个表面制备一层阴极导电层，制得所述的阴极板；
将所述阴极板与所述阳极板间隔设置，且所述阴极板与所述阳极板上的阳极导电层相向设置；随后通过绝缘支撑体将所述阴极板和阳极板固定成一体，并在所述阴极板、阳极板以及绝缘支撑体间形成一腔体；
真空密封所述阴极板、阳极板以及绝缘支撑体形成的腔体，制得所述场发射光源器件。
8.如权利要求7所述的场发射光源器件的制作方法，其特征在于，
所述阳极板制备步骤中，还包括清洗过程：将透明陶瓷基材依次经过丙酮、无水乙醇、去离子水超声和风干处理；所述阳极导电层是通过磁控溅射技术或蒸镀技术沉积在所述基层表面上的；
所述阴极板制备步骤中，还包括清洗过程：将所述衬底依次经过丙酮、无水乙醇、去离子水超声和风干处理；所述阴极导电层是通过磁控溅射技术沉积在所述衬底上的；
所述密封步骤中，密封所用的材质为熔点为380～550℃的玻璃浆料。
9.如权利要求7或8所述的场发射光源器件的制作方法，其特征在于，所述密封步骤中，还包括如下处理：所述真空密封过程中，在排气管中放置消气剂。
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