CN104064437A - 一种场发射平面光源及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种场发射平面光源，包括阳极、聚焦极、栅极、阴极和隔离体，阳极、聚焦极、栅极、阴极和隔离体形成一真空密封的腔体，阳极依次包括阳极基板、阳极导电层和发光层；隔离体包括隔离主体和侧壁支撑体，隔离主体开设有一漏斗状通孔，隔离主体的大开口端与发光层相接，小开口端通过侧壁支撑体与聚焦极相接；聚焦极开设能使电子聚焦的聚焦通孔；栅极开设能使由阴极发射的电子通过的栅极通孔，栅极通过侧壁支撑体夹心设置在聚焦极与阴极之间；阴极依次包括圆环形片状的阴极发射体、阴极导电层和阴极基板，阴极导电层上表面设置有多个阴极发射体。本发明还提供了该场发射平面光源的制备方法。

Description

一种场发射平面光源及其制备方法

技术领域

本发明涉及光电子技术领域，特别涉及一种场发射平面光源及其制备方法。

背景技术

场发射平面光源的原理为：在阴极与阳极中间的真空带中导入电压以产生电场，使电场刺激阴极发射体发射电子并在阳极上正电压的加速吸引下撞击涂布在阳极的萤光粉，而产生发光效应。

场发射平面光源，因具有节能、环保、能够在恶劣环境下工作（如高温环境和低温环境）、轻薄等优点，可广泛应用于各个照明领域。场发射平面光源与传统的背光模块相比，不仅构造简单，而且节能、体积小、易于大面积平面化、亮度高，符合了未来平面光源的发展需求。尽管场发射平面光源在未来的市竞争中具有不可替代的优势，其在实际应用上仍存在一些问题需要解决。

在实际工作过程中，阳极在受到来自阴极发射出的电子束的轰击下会产生一定量的残余气体，这些气体中部分气体的电离能小于从阴极发射出的电子束能量因此会发生电离现象，电离出来的正离子将在强电场作用下垂直阴极表面方向轰击阴极表面，从而导致阴极电子发射材料损坏，造成发射能力的下降，严重影响场发射平面光源工作的稳定性和寿命。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种场发射平面光源，该场发射平面光源具有开设有一漏斗状通孔的隔离主体，该隔离主体能够阻挡阳极电离产生的正离子轰击阴极表面的途径，减少了轰击到阴极表面的正离子数，进而改善了阴极发射电子的稳定性以及提高了场发射平面光源的寿命。本发明还提供了该场发射平面光源的制备方法。

本发明第一方面提供了一种场发射平面光源，包括阳极、聚焦极、栅极、阴极和隔离体，所述阳极、聚焦极、栅极、阴极和隔离体形成一真空密封的腔体，

所述阳极依次包括阳极基板、阳极导电层和发光层；

所述隔离体包括隔离主体和侧壁支撑体，所述隔离主体开设有一漏斗状通孔，所述隔离主体的大开口端与所述发光层相接，小开口端通过所述侧壁支撑体与所述聚焦极相接；

所述聚焦极开设能使电子聚焦的聚焦通孔；

所述栅极开设能使由阴极发射的电子通过的栅极通孔，所述栅极通过侧壁支撑体夹心设置在所述聚焦极与所述阴极之间；

所述阴极依次包括圆环形片状的阴极发射体、阴极导电层和阴极基板，所述阴极导电层上表面设置有多个所述阴极发射体。

优选地，所述聚焦通孔包括导电平板和设置在所述导电平板上方的突起，所述聚焦通孔贯穿所述导电平板和所述突起并在在所述突起顶端具有最小处的直径。

优选地，所述隔离主体小开口端开口口径小于或等于所述聚焦通孔最小处的孔径。

优选地，所述阴极发射体与所述栅极通孔、所述聚焦极通孔和所述隔离主体漏斗状通孔处于同一轴线位置。

优选地，所述阳极基板的材质为玻璃，所述阳极导电层为金属铝、金或银层，或者铟锡氧化物层，所述发光层为可激发出波长为420nm～480nm蓝光的荧光粉层。

优选地，所述隔离体的材质为陶瓷、玻璃或碳化硼。

优选地，所述聚焦极和/或栅极的材质为铜。

优选地，所述阴极基板的材质为玻璃，所述阴极导电层为金属铝、金或银层，或者铟锡氧化物层，所述阴极发射体的材质为碳纳米管。

优选地，所述阴极导电层上表面设置有多个所述阴极发射体的区域与所述栅极通孔的形状均为圆形，所述区域的直径等于所述栅极通孔的口径。

本发明第二方面提供了一种场发射平面光源的制备方法，包括以下步骤：

在阳极基板上采用制备阳极导电层，然后在所述阳极导电层表面设置发光层，得到阳极；

在阴极基板上设置阴极导电层，然后在所述阴极导电层表面平铺设置多个阴极发射体，所述阴极发射体为圆环形片状，得到阴极；

采用绝缘材料制作隔离体，所述隔离体包括隔离主体和侧壁支撑体，所述隔离主体开设有一漏斗状通孔；

制备开设有能使电子聚焦的聚焦通孔的聚焦极；

制备开设有能使由阴极发射的电子通过的栅极通孔的栅极；

将所述阳极、聚焦极、栅极、阴极和隔离体进行组装，所述隔离主体的大开口端与所述发光层相接，小开口端通过所述侧壁支撑体与所述聚焦极相接，所述栅极通过侧壁支撑体夹心设置在所述聚焦极与所述阴极之间，所述阳极、聚焦极、栅极、阴极和隔离体组装形成一腔体，真空密封所述腔体，制得场发射平面光源。

本发明提供了一种场发射平面光源及其制备方法。该场发射平面光源具有开设有一漏斗状通孔的隔离主体，当在各个电极施加相应的电压后，阴极发射出的电子束轰击阳极后所产生的正离子在电场作用下以垂直的方向往阴极加速，该隔离主体能够阻挡阳极电离产生的正离子轰击阴极表面的途径，隔离主体小开口端开口口径较小，减少了轰击到阴极表面的正离子数，降低对阴极发射体的毁坏程度，进而改善了阴极发射电子的稳定性以及提高了场发射平面光源的寿命。此外，本发明场发射平面光源的阴极发射体为多个，呈圆环形片状相比整片片状纳米薄膜层而言，减小了阴极发射体的面积，缓减了大面积阴极发射体带来的“面积效应”（面积效应为随着阴极发射体面积增大到一定程度，同样的外加驱动电压和阴极阳极间距的作用下，发射电流不随面积增大而增大）。

附图说明

图1是本发明实施例中场发射平面光源的剖面图；

图2是本发明实施例中场发射平面光源的阳极结构图；

图3是本发明实施例中场发射平面光源的隔离主体结构图；

图4是本发明实施例中场发射平面光源的聚焦极结构图；

图5是本发明实施例中场发射平面光源的栅极结构图；

图6是本发明实施例中场发射平面光源的阴极俯视图；

图7是本发明实施例中场发射平面光源的剖面工作效果示意图。

具体实施方式

以下所述是本发明实施例的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明实施例原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明实施例的保护范围。

图1是本发明实施例中场发射平面光源的截面图；图2是本发明实施例中场发射平面光源的阳极结构图；图3是本发明实施例中场发射平面光源的隔离主体结构图；图4是本发明实施例中场发射平面光源的聚焦极结构图；图5是本发明实施例中场发射平面光源的栅极结构图；图6是本发明实施例中场发射平面光源的阴极结构图。

参照图1～6，本发明实施例提供的一种场发射平面光源，包括阳极10、隔离体20、聚焦极30、栅极40和阴极板50。阳极10、聚焦极30、栅极40、阴极50和隔离体20形成一真空密封的腔体。阳极10依次包括阳极基板11、阳极导电层12和发光层13；隔离体20包括隔离主体21和侧壁支撑体22，隔离主体21开设有一漏斗状通孔200，隔离主体21的大开口端与发光层13相接，小开口端通过侧壁支撑体22与聚焦极30相接；聚焦极30开设能使电子聚焦的聚焦通孔300，聚焦极30包括导电平板31和设置在导电平板上方的突起32，聚焦通孔300贯穿导电平板31和突起32并在在突起32顶端具有最小处的直径，隔离主体21小开口端开口口径小于或等于聚焦通孔300最小处的孔径。栅极40包括导电栅板41以及开设在导电栅板41上的能使由阴极发射的电子通过的栅极通孔400，栅极40通过侧壁支撑体22夹心设置在聚焦极30与阴极50之间。阴极50依次包括阴极发射体51、阴极导电层52和阴极基板53，阴极导电层52设置在阴极基板53上表面，阴极发射体51为圆环形片状，多个阴极发射体51平铺设置在阴极导电层52上表面。

图2是本发明实施例中场发射平面光源的阳极结构图。阳极10（图1示）包括阳极基板11、和形成于阳极基板11上的阳极导电层12和发光层13，发光层13形成于阳极导电层12上。其中，阳极基板11选自玻璃或陶瓷材质的圆形或方形板，本实施例中采用玻璃材质。阳极导电层12为金属铝、金或银层，或者铟锡氧化物（ITO）层，本实施例中采用铝层，通过磁控溅射法制备在阳极基板11上。发光层13为可激发出波长为420nm～480nm蓝光的荧光粉层。发光层13可采用丝网印刷的方式制备。本发明对阳极基板11、阳极导电层12和发光层13的厚度不作特殊限定。

图3是本发明实施例中场发射平面光源的隔离主体结构图。隔离体20（图1示）包括隔离主体21和侧壁支撑体22（图1示），隔离主体21开设有一漏斗状通孔200，隔离主体21的大开口端与发光层13相接，小开口端通过侧壁支撑体22与聚焦极30相接。隔离体的材质选用具有一定刚度并不容易放气的绝缘材料，例如陶瓷、玻璃或碳化硼，本实施例采用94%氧化铝陶瓷。在本实施例中，隔离体20为拆分结构，即隔离主体21与侧壁支撑体22分别单独存在，通过胶黏剂封接在一起，其中，侧壁支撑体22包括三个环柱状的支撑子体221（图1示）、222（图1示）和223（图1示）。当然，在其他实施例中隔离体20可以为一体化结构，即隔离主体21和侧壁支撑体22为一整体构件。隔离体20的外表面形状不作特殊限制，可以为柱形。所述柱形可以是圆柱形，也可以是方柱形。在本实施例中，隔离体20的外表面为圆柱形。隔离主体21的漏斗状通孔200可以为方形或圆形。在本实施例中，漏斗状通孔200为圆形。

在本实施例中，聚焦极30、栅极40和阴极50分别通过环柱状的支撑子体221、222和223隔开设置，并通过胶黏剂进行固定，阳极10采用低玻粉与隔离体20进行固定。

图4是本发明实施例中场发射平面光源的聚焦极结构图。图5是本发明实施例中场发射平面光源的栅极结构图。聚焦极30开设能使电子聚焦的聚焦通孔300，聚焦极30包括导电平板31和设置在导电平板上方的突起32，聚焦通孔300贯穿导电平板31和突起32并在在突起32顶端具有最小处的直径。在本实施例中，隔离主体21小开口端开口口径小于聚焦通孔300的最小处直径。在其他实施例中，隔离主体21小开口端开口口径可等于聚焦通孔300的最小处直径。栅极40包括导电栅板41以及开设在导电栅板41上的能使由阴极发射的电子通过的栅极通孔400。聚焦极30和栅极40为圆形或方形板金属板，本实施例中为圆形金属铜板。在本实施例中，聚焦极30和栅极40与阳极基板11的形状一致，均为圆形。栅极40通过侧壁支撑体23夹心设置在聚焦极30与阴极50之间，聚焦极30和栅极40以预定距离设置，该预定距离可根据实际情况科学设定，以使器件获得最好的发射效果，本发明对此不做特殊限定。

阴极50依次包括阴极发射体51、阴极导电层52和阴极基板53。阴极基板53的形状与阳极基板11相匹配，可以为圆形或方形。在本实施例中，阴极基板53为圆形，材质为玻璃。阴极导电层52为金属铝、金或银层，或者铟锡氧化物（ITO）层，通过磁控溅射法平铺制备在阴极基板53上，在本实施例中，阴极导电层52形成一薄层，完全覆盖阴极基板53。阴极发射体51通过直接生长（如化学气相沉积法）或涂覆（如丝网印刷法）的方式平铺设置在阴极导电层52上表面中部的圆形区域内。图6是本发明实施例中场发射平面光源的阴极俯视图。阴极发射体51为圆环形片状，多个阴极发射体51平铺设置在阴极导电层52上表面。阴极发射体51的个数与其单个的面积相关，阴极发射体51所占圆形区域的面积与栅极通孔400的面积大小相当，本实施例中阴极发射体51的个数为7个。阴极发射体51的材质为氧化锌纳米棒或碳纳米管，在本实施例中，阴极发射体51与栅极通孔400、聚焦通孔300以及隔离主体的漏斗状通孔200处于同一轴线位置。

图7是本发明实施例中场发射平面光源的剖面工作效果示意图。本实施例提供的场发射平面光源的工作原理如下：将阴极50（图7未示）接地，在栅极40（图7未示）施加一个正向电压V_g，同时在聚焦极30（图7未示）施加一个负电压V_f，在阳极导电层12施加一个相对栅极电压较大的加速电压V_a，这时候，从阴极50（图7未示）所产生的电子束60会经过聚焦极电压的影响及阳极高电压的加速以发射的形式轰击发光层13，和传统的场发射平面光源区别的是，电子束60轰击发光层13后所产生的正离子在电场作用下以垂直的方向往阴极50（图7未示）加速的中间过程被“漏斗”状的绝缘隔离主体21拦截，由于漏斗状通孔的小开口端开口口径较小，所以大大减少轰击阴极50（图7未示）的正离子数量，从而降低了对阴极发射体51（图7未示）的毁坏程度，提高了器件工作的稳定性及寿命。

另一方面，上述场发射平面光源的制备方法如下：

首先，选用一块圆形玻璃作为阳极基板11，玻璃厚度为3mm、直径为100mm，将阳极基板11依次用丙酮、乙醇、去离子水超声清洗15分钟并吹干或烘干。然后在该洁净的阳极基板11上采用磁控溅射的方法制备厚度为2μm的金属铝阳极导电层12，随后在该阳极导电层12上采用涂覆法涂覆一层厚度为35μm的ZnS:Ag蓝光荧光粉层作为发光层13，得到阳极10；

选用一块与阳极基板11的形状和尺寸一致的圆形玻璃作为阴极基板53，将阴极基板53依次用丙酮、乙醇、去离子水超声清洗15分钟并吹干或烘干。然后在该洁净的阴极基板53上采用磁控溅射的方法制备厚度为2μm的金属铝阴极导电层52，随后在该阴极导电层52上表面中部直径为30mm的圆形区域内，采用涂覆法涂覆多个阴极发射体51，阴极发射体51为圆环形片状，阴极发射体51的厚度为5μm，得到阴极50；

采用切割、打磨等加工方法得到一个外表面为圆柱形，外周圆直径为100mm的陶瓷材质隔离主体21和三个外表面为圆柱形，外周圆直径为100mm、内环直径为80mm的环柱状的陶瓷材质侧壁支撑子体221、222和223，隔离主体21中部开设有漏斗状通孔200，漏斗状通孔200的大开口端开口口径为80mm，小开口端开口口径为2mm；

采用切割、抛光等方法加工得到直径为100mm，且中心具有聚焦通孔300的圆形金属铜板作为聚焦极30，该聚焦极包括金属铜导电平板31和设置在金属铜导电平板31上方的突起32，聚焦通孔300贯穿金属铜导电平板31和突起32并在突起32顶端具有最小处直径，聚焦通孔300最小处的孔径等于隔离主体21小开口端开口口径，为2mm；同样，采用切割、抛光等方法加工得到直径为100mm，且中心具有栅极通孔400的圆形金属铜板作为栅极40，栅极通孔400的口径为30mm；

将上述所得阳极10、隔离体20、聚焦极30、栅极40和阴极50进行组装，隔离主体21的大开口端与发光层13相接，采用低玻粉进行固定，小开口端与侧壁支撑体22相接，聚焦极30、栅极40和阴极50采用三个支撑子体221、222和223隔开设置，并用胶黏剂粘结固定，栅极40设置在阴极50一侧；最后组装形成一收容空间，抽真空至1×10^-5Pa，密封该收容空间，制得场发射平面光源。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (10)

1.一种场发射平面光源，包括阳极、聚焦极、栅极、阴极和隔离体，所述阳极、聚焦极、栅极、阴极和隔离体形成一真空密封的腔体，其特征在于，

所述阳极依次包括阳极基板、阳极导电层和发光层；

所述隔离体包括隔离主体和侧壁支撑体，所述隔离主体开设有一漏斗状通孔，所述隔离主体的大开口端与所述发光层相接，小开口端通过所述侧壁支撑体与所述聚焦极相接；

所述聚焦极开设能使电子聚焦的聚焦通孔；

所述栅极开设能使由阴极发射的电子通过的栅极通孔，所述栅极通过侧壁支撑体夹心设置在所述聚焦极与所述阴极之间；

所述阴极依次包括圆环形片状的阴极发射体、阴极导电层和阴极基板，所述阴极导电层上表面设置有多个所述阴极发射体。

2.如权利要求1所述的一种场发射平面光源，其特征在于，所述聚焦通孔包括导电平板和设置在所述导电平板上方的突起，所述聚焦通孔贯穿所述导电平板和所述突起并在在所述突起顶端具有最小处的直径。

3.如权利要求2所述的一种场发射平面光源，其特征在于，所述隔离主体小开口端开口口径小于或等于所述聚焦通孔最小处的孔径。

4.如权利要求1所述的一种场发射平面光源，其特征在于，所述阴极发射体与所述栅极通孔、所述聚焦极通孔和所述隔离主体漏斗状通孔处于同一轴线位置。

5.如权利要求1所述的一种场发射平面光源，其特征在于，所述阳极基板的材质为玻璃，所述阳极导电层为金属铝、金或银层，或者铟锡氧化物层，所述发光层为可激发出波长为420nm～480nm蓝光的荧光粉层。

6.如权利要求1所述的一种场发射平面光源，其特征在于，所述隔离体的材质为陶瓷、玻璃或碳化硼。

7.如权利要求1所述的一种场发射平面光源，其特征在于，所述聚焦极和/或栅极的材质为铜。

8.如权利要求1所述的一种场发射平面光源，其特征在于，所述阴极基板的材质为玻璃，所述阴极导电层为金属铝、金或银层，或者铟锡氧化物层，所述阴极发射体的材质为碳纳米管。

9.如权利要求1所述的一种场发射平面光源，其特征在于，所述阴极导电层上表面设置有多个所述阴极发射体的区域与所述栅极通孔的形状均为圆形，所述区域的直径等于所述栅极通孔的口径。

10.一种场发射平面光源的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

在阳极基板上采用制备阳极导电层，然后在所述阳极导电层表面设置发光层，得到阳极；

在阴极基板上设置阴极导电层，然后在所述阴极导电层表面平铺设置多个阴极发射体，所述阴极发射体为圆环形片状，得到阴极；

采用绝缘材料制作隔离体，所述隔离体包括隔离主体和侧壁支撑体，所述隔离主体开设有一漏斗状通孔；

制备开设有能使电子聚焦的聚焦通孔的聚焦极；

制备开设有能使由阴极发射的电子通过的栅极通孔的栅极；

将所述阳极、聚焦极、栅极、阴极和隔离体进行组装，所述隔离主体的大开口端与所述发光层相接，小开口端通过所述侧壁支撑体与所述聚焦极相接，所述栅极通过侧壁支撑体夹心设置在所述聚焦极与所述阴极之间，所述阳极、聚焦极、栅极、阴极和隔离体组装形成一腔体，真空密封所述腔体，制得场发射平面光源。