CN103811281A - 一种场发射平面光源器件及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明适用于光学技术领域，提供了一种场发射平面光源器件及其制造方法，场发射平面光源器件包括依次叠层设置的阳极基板、阳极导电层、阳极发光层，以及阴极发射结构、阴极导电层和阴极基板，在所述阳极发光层和阴极发射体结构之间设有支撑体，所述阴极发射结构包括多个呈阵列式分布的电子发射层，所述电子发射层的表面为中间部分凸起的弧面。本发明将电子发射层的发射表面设置为弧面结构，电子束垂直弧形表面并分散发射，以一定的发散角度轰击阳极发光层，使阳极发光层的各个区域都会受到电子束轰击，使其各区域均匀发光，进而使场发射平面光源器件的发光更均匀，优化了场发射平面光源器件的工作性能。

Description

一种场发射平面光源器件及其制造方法

技术领域

本发明属于光学技术领域，特别涉及一种场发射平面光源器件及其制造方法，具体涉及一种能够改良场发射平面光源器件发光均匀性的结构设计。

背景技术

二级结构场发射平面光源主要包括阳极结构与阴极结构，阳极结构与阴极结构之间设置有支撑体，作为阳极结构与阴极结构间真空区域的间隔及阳极结构与阴极结构间的支撑。如图1，阳极结构包括阳极基板11、阳极电极层12及荧光粉层13（发光层）；而阴极结构则通常包括有阴极衬底基板21、阴极电极层22、电子发射层23及介电层24，支撑体31支撑于荧光粉层13与介电层24之间。当在阳极电极层12施加一个电压后，阴极接地电位为零，这时阴极电子发射层23表面分布了较强的电场，由于隧道效应而发射出电子束，并在阳极高压作用下使电子束有足够动能轰击阳极结构上的荧光粉层13，使其受激发而发光。为了保障电子的良好移动及避免电子发射体层和荧光粉区的污染及毒化，需要保持光源器件内的真空度为1×10^-5Pa左右。此外，为使电子束有足够的能量去撞击荧光粉层，电极板之间需有适当的间距。

场发射平面光源器件的出光均匀性主要体现为荧光粉层13的发光均匀性，其主要影响因素是电子束轰击阳极板的均匀性，即发光层的各个区域都需要受到均匀轰击。电子束轰击阳极板的均匀性的影响因素主要有两方面：一是电子发射层23生长的均匀性，需要密度适中且长度相当；二是电子发射层23表面电场的分布，电场分布均匀能使电子发射比较均匀。阴极的结构对电子发射层23表面电场的分布有着重大的影响，即对阳极出光的均匀性具有较大影响。如图2，传统的场发射平面光源器件的阴极表面为平面，电子束是平行发射，阳极某些区域存在无电子轰击的问题，导致场发射平面光源器件发光不均匀。

发明内容

本发明的目的在于提供一种场发射平面光源器件，旨在改善场发射平面光源器件的发光均匀性。

本发明是这样实现的，一种场发射平面光源器件，包括依次叠层设置的阳极基板、阳极导电层、阳极发光层，以及阴极发射结构、阴极导电层和阴极基板，在所述阳极发光层和阴极发射结构之间设有支撑体，所述阴极发射结构包括多个呈阵列式分布的电子发射层，所述电子发射层的表面为中间部分凸起的弧面。

本发明的另一目的在于提供一种场发射平面光源器件的制造方法，包括下述步骤：

获取阴极基板，并对所述阴极基板进行清洗和烘干处理；

在所述阴极基板的一表面设置阴极导电层；

在所述阴极导电层的表面设置包括多个阵列式排布且中间部分凸起的电子发射层的阴极发射结构；

获取阳极基板，并对所述阳极基板进行清洗和烘干处理；

在所述阳极基板的一表面依次设置阳极导电层及阳极发光层；

获取支撑体，将所述阳极基板与阴极基板通过所述支撑体进行组装，使所述阳极发光层和阴极发射结构相对；

对组装后的结构进行封边及抽真空处理。

本发明将电子发射层的发射表面设置为弧面结构，电子发射层的弧形表面发射的电子束垂直弧形表面并分散发射，以一定的发散角度轰击阳极发光层，每束电子的轰击面积均大于传统的平行电子束的轰击面积，使阳极发光层的各个区域都会受到电子束轰击，使其各区域均匀发光，进而使场发射平面光源器件的发光更均匀，优化了场发射平面光源器件的工作性能。

附图说明

图1是现有场发射平面光源器件的剖视图；

图2是现有场发射平面光源器件的工作原理图；

图3是本发明实施例提供的场发射平面光源器件的剖视图；

图4是本发明实施例提供的场发射平面光源器件的正视图；

图5是本发明实施例提供的场发射平面光源器件的工作原理图；

图6是本发明实施例提供的场发射平面光源器件的制作流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

以下结合具体实施例对本发明的具体实现进行更加详细的描述：

图3示出了本发明实施例提供的场发射平面光源器件的剖视图，图4示出了该场发射平面光源器件的正视图，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分。

参考图3、4，该场发射平面光源器件主要包括相对设置的阴极基板11和阳极基板21，二者相互平行，在阳极基板21面向阴极基板11的一面依次叠层设有阳极导电层22和阳极发光层23，阳极发光层23具体可是荧光粉层。在阴极基板11面向阳极基板21的一面依次叠层设有阴极导电层12和阴极发射结构13。在阳极发光层23和阴极发射结构13之间设有支撑体31，支撑体31用于阴极结构和阳极结构之间的隔离和支撑。其中，阴极发射结构13包括呈阵列式排布的多个电子发射层131，并且该电子发射层131的发射表面为中间部分凸起的弧面。

如图3、5所示，当为阳极导电层22施加一个正电压，将阴极导电层12接地后，阴极结构中的电子发射层131的弧形表面会发射出电子束L，电子束L垂直弧形表面并分散发射，以一定的发散角度轰击阳极发光层23，此时每束电子的轰击面积较平行电子束的轰击面积大得多，使阳极发光层23的各个区域都会受到电子束轰击，使其各区域均匀发光，进而使场发射平面光源器件的发光更均匀，优化了场发射平面光源器件的工作性能。

在本实施例中，电子发射层131具体可以形成于某弧形衬底结构上而使之具有弧形的发射表面。作为本实施例的一种实现方式，该电子发射层131可以是形成于具有弧形表面的不锈钢柱上的纳米线薄膜，如碳纳米薄膜或者其他纳米材料。具体参考图3，上述阴极发射结构13可以包括一具有通孔阵列的陶瓷片133，以及多个具有弧形表面的不锈钢柱132，且不锈钢柱132一对一的置于通孔1331中，其露出的弧形表面上生长有纳米线薄膜，作为电子发射层131，该电子发射层131即具有了同不锈钢柱132的上表面形状相同的弧形表面。当然，电子发射层131还可以通过其他方式形成并具有弧形的发射表面，不仅仅局限于生长在上述的不锈钢柱表面。

在本实施例中，可以对电子发射层131的大小、间距及支撑体31的高度（等于或近似于电子发射层131与阳极发光层23之间的距离）进行合理的设计，使得电子束经过相应距离后可以轰击整个阳极发光层23，实现高效且均匀发光。具体的，可将上述电子发射层131的直径设为10mm，将相邻电子发射层131的中心间距设为20mm。当电子发射层131生长于上述不锈钢表面时，即将不锈钢柱132的通孔1331的直径设为10mm，将相邻的通孔1331的中心点的间距设为20mm。另外，可将支撑体31的高度设置为4mm。通过上述设计后，结合对不锈钢柱132的表面弧度，即电子发射层131的表面弧度进行合理的设计，可以使多个电子发射层131发出的电子束恰好无交叠的轰击整个阳极发光层23，并且使电子发射层131与阳极发光层23之间的间距足够大以保证电子束具有足够的能量轰击阳极发光层23使其发光。可以理解，上述参数可以存在一定的可调范围，不需严格局限于上述具体数值。

进一步的，将阳极导电层22和阴极导电层12的厚度均设置为0.1mm，以满足电场需要并有效利用导电材料，避免浪费。

本发明将电子发射层131的发射表面设计为弧形面，使电子束以一定分散角度轰击阳极发光层23，使阳极发光层23均匀发光，改善了场发射平面光源器件的工作性能。且该场发射平面光源与传统光源相比，不需增加任何结构，有效控制了材料成本的增加。

本发明进一步提供一种制造上述场发射平面光源器件的方法，参考附图6，该方法主要包括下述步骤：

在步骤S101中，获取阴极基板，并对阴极基板进行清洗和烘干处理；

在该步骤中，具体可以选择一3mm厚的玻璃，将其切割成边长为10cm的板作为阴极基板11，然后对其进行超声清洗之后并烘干。

在步骤S102中，在阴极基板的一表面设置阴极导电层；

具体的，可以用磁控溅射方法在阴极基板11上镀0.1mm厚的金属作为阴极导电层12。

在步骤S103中，在阴极导电层的表面设置包括多个阵列式排布且中间部分凸起的电子发射层的阴极发射结构；

该步骤具体可以这样实现：

第一步，选取一陶瓷片133，并在陶瓷片133上加工阵列式排布的多个通孔1331；

具体的，可以采用切割、抛光等物理化学方法在厚度为1mm、边长为10cm的陶瓷片上加工通孔阵列，通孔1331的直径优选为10mm，孔间距离（孔中心之间的距离）优选为20mm，处于陶瓷片边缘的孔1331的中心与陶瓷片的边缘之间的距离为20mm，然后进行超声清洗并做烘干处理。

第二步，加工多个上表面为中间部分外凸的弧面的不锈钢柱，并对不锈钢柱的上表面进行抛光、清洗及干燥处理；

具体的，可以采用切割方法加工多个直径为10mm，上表面为弧面（可以为椭球面）的不锈钢柱132，对该弧面进行抛光处理，超声清洗并烘干。

第三步，在不锈钢柱的上表面生长纳米线薄膜作为电子发射层；

具体可以用热CVD（热化学气相沉积）方法在不锈钢柱132的弧形表面生长碳纳米管薄膜或其他纳米材料作为电子发射层131。

第四步，将生长有纳米线薄膜的不锈钢柱一对一置入通孔中。

经过上述步骤后，即可获得阴极发射结构13，且使电子发射层131具有弧形的发射表面。当然，上述方法仅是步骤S103的优选实现方式，本发明不局限于上述实现方式。

在步骤S104中，获取阳极基板，并对阳极基板进行清洗和烘干处理；

具体的，可以将一厚度为3mm的玻璃切割成边长为10cm的板，作为阳极基板21，并对其进行超声清洗之后并烘干。

在步骤S105中，在阳极基板的一表面依次设置阳极导电层及阳极发光层；

具体可以用磁控溅射方法在阳极基板21上镀0.1mm厚的金属作为阳极导电层22，然后在阳极导电层22上涂覆荧光层作为阳极发光层23。

在步骤S106中，获取支撑体，将阳极基板与阴极基板通过支撑体进行组装，使阳极发光层和阴极发射结构相对；

在该步骤中，可以加工一宽度为5mm、长度为10cm、高度为4mm的条形陶瓷片作为支撑体31，将该支撑体31置于阴极发射结构13的陶瓷片133的边缘，然后将带有阳极电极层22和阳极发光层23的阳极基板21置于支撑体31之上，进而将阳极基板21与阴极基板11组装起来，组装好后，阳极发光层23与阴极发射结构13相对，分别与支撑体31的两端面接触。

在步骤S107中，对组装后的结构进行封边及抽真空处理。

对组装好的器件进行抽真空处理后，器件内部的真空度需达到1×10-5Pa。

本发明提供的方法将阴极的电子发射层131设置为弧面结构，与传统的平面结构相比，其发射的电子束以一定的发散角度轰击阳极，较传统的平行电子束相比，其轰击面积更大，使阳极发光层23的各个区域均受到轰击，避免暗区的产生，进而提高了阳极发光的均匀性，提高了场发射平面光源的工作性能。并且，该方法不需增加材料和设备，且易于实施，在有效改善发光均匀性的同时控制了成本，适合广泛采用。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种场发射平面光源器件，包括依次叠层设置的阳极基板、阳极导电层、阳极发光层，以及阴极发射结构、阴极导电层和阴极基板，在所述阳极发光层和阴极发射体结构之间设有支撑体，其特征在于，所述阴极发射结构包括多个呈阵列式分布的电子发射层，所述电子发射层的表面为中间部分凸起的弧面。

2.如权利要求1所述的场发射平面光源器件，其特征在于，所述阴极发射结构包括具有多个阵列式排布的通孔的陶瓷片，以及一对一置入所述通孔中的不锈钢柱，所述不锈钢柱的上表面为中间部分凸起的弧面，所述电子发射层形成于所述不锈钢柱的上表面。

3.如权利要求2所述的场发射平面光源器件，其特征在于，所述电子发射层为生长于所述不锈钢柱的上表面的纳米线薄膜。

4.如权利要求2所述的场发射平面光源器件，其特征在于，所述通孔的直径为10mm；相邻所述通孔的间距为20mm；所述支撑体的高度为4mm。

5.如权利要求1至4任一项所述的场发射平面光源器件，其特征在于，所述阳极导电层和阴极导电层的厚度均为0.1mm。

6.一种场发射平面光源器件的制造方法，其特征在于，包括下述步骤：

获取阴极基板，并对所述阴极基板进行清洗和烘干处理；

在所述阴极基板的一表面设置阴极导电层；

在所述阴极导电层的表面设置包括多个阵列式排布且中间部分凸起的电子发射层的阴极发射结构；

获取阳极基板，并对所述阳极基板进行清洗和烘干处理；

在所述阳极基板的一表面依次设置阳极导电层及阳极发光层；

获取支撑体，将所述阳极基板与阴极基板通过所述支撑体进行组装，使所述阳极发光层和阴极发射结构相对；

对组装后的结构进行封边及抽真空处理。7、如权利要求6所述的制造方法，其特征在于，在所述阴极导电层的表面设置包括多个阵列式排布且中间部分凸起的电子发射层的阴极发射体结构的步骤具体为：

选取一陶瓷片，并在所述陶瓷片上加工阵列式排布的多个通孔；

加工多个上表面为中间部分凸起的弧面的不锈钢柱，并对所述上表面进行抛光、清洗及干燥处理；

在所述上表面生长纳米线薄膜作为电子发射层；

将生长有纳米线薄膜的不锈钢柱一对一置入所述通孔中。

7.如权利要求6所述的制造方法，其特征在于，在所述上表面生长纳米线薄膜作为电子发射层的步骤具体为：

采用热化学气相沉积的方法在所述不锈钢柱的上表面生长纳米线薄膜作为电子发射层。

8.如权利要求6或7所述的制造方法，其特征在于，在所述阴极基板的一表面设置阴极导电层的步骤具体为：

采用磁控溅射的方法在所述阴极基板上镀金属层作为阴极导电层。

9.如权利要求6或7所述的制造方法，其特征在于，在所述阳极基板的一表面依次设置阳极导电层及阳极发光层的步骤具体为：

采用磁控溅射的方法在阳极基板上镀金属层作为阳极导电层；

在所述阳极导电层上涂覆荧光层作为阳极发光层。

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