TW202341235A - 紫外線發射元件 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種紫外線發射元件，包含在其中安裝放電氣體及紫外線發射源的燈及藉由在第一方向上延伸及聚集碳奈米管而形成的多個紗線，且包含至少部分地暴露於燈內的放電氣體的第一電極。因此，改良第一電極的電子發射效率以達成高效率，且亦改良耐久性以提供長使用壽命元件。
Description
本揭露是關於一種具有高耐久性及改良的紫外線發射效率的紫外線發射元件。
紫外線（Ultraviolet；UV）發射元件用於各種領域，諸如過程檢查、生物環境化學感測器、對文件或鈔票的偽造識別、空氣純化、飲用水或家用物品的滅菌、醫療護理以及固化。在先前技術中，汞燈已主要用作紫外線發射元件，且容易發射熱電子的材料（諸如，氧化安定（valium oxide）、氧化鍶或氧化鈣）已塗佈於位於含有放電氣體（諸如，汞及氬氣）的燈的兩端處的鎢絲線圈上，且已用作紫外線發射器。在先前技術中的汞燈中，自電極發射的電子激發附近汞原子中的電子，且在激發的電子返回至基態時發射UV。然而，因為先前技術中的汞燈以熱離子發射方式發射電子，故需要至少1000℃或更高的溫度。因此，因為需要功率來產生熱量，故消耗高功率，因此效率極低，且難以立即啟動汞燈，因為需要時間將電極的溫度升高至1000℃或更高。此外，歸因於高電極溫度，電極的使用壽命極短，可藉由與周圍材料反應而在汞燈的外壁上產生雜質，且亦存在外壁由於高溫而破裂的困難。
同時，為了使用場發射元件發射電子，已嘗試使用碳奈米管CNT的場電子發射類型UV發射器。作為具有極佳電子發射特性的發射器材料，碳奈米管具有等效於金屬的導電性的導電性，且具有極佳物理及化學穩定性及機械強度，且基於奈米級直徑及長度與此直徑相比為1,000倍或大於1,000倍的較大縱橫比，有利的是經由前端發射電子。
當施加電場時，碳奈米管亦可基於集中於其上的電場及其極佳導電性而經由前端發射電子，且甚至在低電場下電子可容易地發射，因為此時所需場增強因子極佳。
然而，極難以將碳奈米管施加至製程，因此在先前技術中，使用碳奈米管糊製造碳奈米管電極，其中碳奈米管黏附至外部材料，或碳奈米管直接生長於基底上以產生電極，然而，在此情況下，因為碳奈米管並未直接彼此耦接但以單獨形式形成，因此當施加至紫外線發射元件的場發射電極時存在展示低結構穩定性的問題。
[技術目標]
態樣為提供一種具有高效率及長使用壽命的紫外線發射元件。
[技術方案]
根據一態樣，提供一種紫外線發射元件，包含：燈，在其中安裝放電氣體及紫外線發射源；以及第一電極，包含藉由在第一方向上延伸及聚集碳奈米管而形成的多個紗線，所述第一電極的至少一部分暴露於燈內的放電氣體。
當將功率供應至第一電極時，自第一電極發射的電子可激發紫外線發射源中的電子，且激發的電子可在返回至基態時發射紫外線。
在一態樣中，第一電極的紗線中的各者的側部分可在第一方向上並排對準，且多個紗線可藉由凡得瓦爾力彼此聚集。
在一態樣中，第一電極可為多個加撚的紗線。
在一態樣中，第一電極可包含前端、底座端以及在前端的邊緣與底座端的邊緣之間延伸的表面，且底座端可朝向前端彎曲。
在一態樣中，前端的至少一部分及底座端的至少一部分可彼此接觸或可不彼此接觸。彎曲的第一電極包含在第一方向上延伸且包含前端的第一部分、在與第一方向相對的方向上延伸且包含底座端的第二部分以及在第一部分與第二部分之間延伸且以預定曲率彎曲的第三部分，且第一部分與第二部分可圍繞平行於第一方向的軸線彼此加撚。
在一態樣中，紫外線發射元件可包含連接至第一電極的一側及電源的第二電極。第一電極與第二電極可直接連接。第二電極可包含鉬。
場發射元件更包含第三電極，第三電極的一端直接連接至第一電極的至少一部分，第三電極的另一末端直接連接至第二電極的至少一部分，且第一電極與第二電極可不彼此接觸。第三電極可包圍第一電極的至少一部分。
第三電極可包含條形前端、條形底座端、在前端的內部邊緣與底座端的內部邊緣之間延伸的第一表面，以及在前端的外部邊緣與底座端的外部邊緣之間延伸的第二表面，其中第一電極的至少一部分可覆蓋於由第一表面界定的內部空間中。
第一電極與第二電極可不彼此接觸，且場發射元件可更包含直接連接至第二電極及第三電極的橋接電極。
橋接電極可包含：第一橋接電極，具有直接連接至第二電極的一端及直接連接至第三電極的另一端；第二橋接電極，以預定距離與第一橋接電極間隔開，且具有直接連接至第二電極的一端及直接連接至第三電極的另一端；以及第三橋接電極，在第一橋接電極與第二橋接電極之間延伸且連接第一橋接電極及第二橋接電極。
[效應]
本揭露可提供具有極佳UV發射效率、對元件的較少損壞以及減小的接觸電阻的長使用壽命、高效率的紫外線發射元件，此是因為其包含場發射元件，所述場發射元件包含其中聚集有由延伸碳奈米管形成的多個紗線的第一電極。
此研究為名稱為『用於海水滅菌應用的基於碳奈米管的高能效且持久的光源的發展（1525011832）』的專案的一部分，由韓國海洋及漁業部資助。
在本揭露的詳細描述之前，本說明書及申請專利範圍中所使用的術語或詞語不應視為限於常見或詞典含義，且基於發明人可恰當地定義術語的概念以便以最佳方式解釋其揭露的原則，其應解釋為與本揭露的技術精神一致的含義及概念。
因為本說明書中所描述的實例實施例的以下描述及組態僅為本揭露的最佳實施例中的一者且並不表示本揭露的所有技術精神，故應理解可存在可在本申請案時將其替換的各種等效物及修改。
在本說明書中，當組件稱為與另一組件「連接」或「耦接」時，其意謂其可直接置放/連接/耦接至其他組件上，或可在其之間置放第三組件。舉例而言，第一組件連接至第二組件可意謂第一組件與第二組件直接接觸及連接，或可經由第三組件間接連接。
在本說明書中，當組件稱為安置在另一組件「上」或「上方」時，其可意謂其安置在另一組件「上方」或「下方」。相同附圖標號表示相同組件。此外，在圖式中，為了有效描述技術內容而放大組件的厚度、比率以及尺寸。
在本說明書中，除非上下文另外明確規定，否則單數表述包含複數表述。在本說明書中，應理解，術語「包括」意欲指示存在所體現的特徵、數目、步驟、組件或其組合，但其不排除存在或添加一或多個其他特徵、數目、步驟、組件或其組合的可能性。
諸如第一及第二的術語可用於描述各種組件，但所述組件不應受術語限制。此等術語僅用於將一個組件與另一組件區分開的目的。舉例而言，在不脫離本揭露的範疇的情況下，第一組件可稱為第二組件，且類似地，第二組件亦可稱為第一組件。
除非上下文另外明確規定，否則單數表述包含複數表述。
如本文中所使用，術語「聚集」可在本說明書內與「集合、組合以及接合」互換使用，且其可意謂多個碳奈米管在其藉由凡得瓦爾力相互作用時彼此緊密接觸的形式。
在本說明書中，術語「紗線」指代藉由生長成纖維形式或藉由將多個碳奈米管聚集及/或熔合成纖維形式而形成的兩個碳奈米管。
在本說明書中，術語「及/或」用於指代由所列組件中的一或多者衍生的組件的任何組合。
在本說明書中，術語「相同」可理解為包含僅存在可出於各種原因（諸如，在所屬領域中的製程）出現的典型及細微差異的情況的術語。
在本說明書中，「底座端」可意謂對象的一端或相對於任意參考方向朝向所述端的方向，且「前端」可意謂一端或相對於任意參考方向朝向另一端的方向。在此情況下，底座端可包含任一端或遠端及/或非常接近構成對象的端面的區域，且「前端」可包含與底座端相對的端、遠端及/或非常接近遠端的端的區域。此等底座端及前端可辨識為一對概念，且可區別於其他端、遠端及/或非常接近遠端的端的部分。
在下文中，將參考圖式來描述根據本揭露的實例實施例的紫外線發射元件。
圖1為根據實例實施例的紫外線發射元件的橫截面圖。圖2為示出根據實例實施例的碳奈米管紗線的放大圖。
參考圖1，根據實例實施例的紫外線發射元件UM可包含在其中安裝放電氣體EG及紫外線發射源的燈LP及場發射元件EM。
紫外線發射元件UM可包含一或多個燈LP。當紫外線發射元件UM包含兩個或多於兩個燈LP時，多個燈LP可彼此接觸或彼此間隔開。
放電氣體EG及紫外線發射源安裝或密封於其中的內部空間可界定於燈LP中。放電氣體EG可為惰性氣體或具有低反應性的氣體，諸如氖氣Ne、氬氣Ar、氙氣Xe、氪氣Kr以及氮氣N2。放電氣體EG可在預定壓力下填充於燈LP中，且預定壓力可取決於用途而不同地判定。
燈LP可包含紫外線發射源。紫外線發射源可包含例如汞，其中汞可以氣態包含。
燈LP可包含透明或半透明材料以傳輸UV。舉例而言，燈LP可包含諸如玻璃、金屬、陶瓷及/或合成樹脂的材料。舉例而言，燈LP可由玻璃構成。
自場發射元件發射的場電子激發紫外線發射源原子中的電子，且可將在激發的電子返回至基態時發射的UV發射至燈LP外部。
一個實例實施例的紫外線發射元件UM可發射約320奈米（nm）至400奈米的UVA、約280奈米至320奈米的UVB或約200奈米至280奈米的UVC。根據實例實施例的紫外線發射元件可藉由發射各種波長範圍內的紫外線來用於各種目的，諸如醫療護理、滅菌、美容護理以及固化。舉例而言，當紫外線發射元件UM含有汞時，其可發射具有約250奈米至260奈米的中心波長的紫外線，例如具有約254奈米的中心波長的紫外線，且其可用於滅菌目的。
燈LP的形狀不受特定限制，且可為例如管道形狀、燈泡形狀或板形狀。
儘管未繪示，但燈LP的內部可塗佈或塗覆有通常用於所屬領域中的材料以便有效地擴散及/或傳輸紫外線。此外，一個實例實施例的燈LP可更包含用於使燈LP免於由放電所產生的力引起的燈LP損壞的保護層。
參考圖1、圖2以及圖3a至圖3d，場發射元件EM可包含第一電極EL1及第二電極EL2。
第一電極EL1可包含多個紗線YN。紗線YN可藉由在第一方向上延伸及聚集碳奈米管CNT而形成。第一電極EL1可包含相互聚集的多個紗線YN。舉例而言，多個紗線YN可藉由相鄰紗線YN之間的凡得瓦爾力（例如，超共軛及pi-pi相互作用）而聚集。
場發射元件EM可包含第二電極EL2。第二電極EL2連接至第一電極EL1的一側及電源。第一電極EL1及第二電極EL2可直接接觸及連接，或可藉由電連接第一電極EL1與第二電極EL2的另一組件間接連接。
第一電極EL1的至少一部分可暴露於燈LP內的放電氣體EG。當將功率供應至第一電極EL1時，自第一電極EL1發射的電子可激發放電氣體EG中的電子，且激發的電子可在返回至基態時發射紫外線。
在一個實例實施例中，在相鄰碳奈米管及/或紗線YN之間添加導電黏著劑，例如碳奈米管糊及/或能夠增強凡得瓦爾力相互作用的溶劑以藉由直接促進相鄰碳奈米管及/或紗線YN的黏附或藉由增強凡得瓦爾力相互作用而增強內聚力程度。
溶劑可為由以下組成的群組中選出的一或多個有機溶劑：乙醇、甲醇、丙醇、酮（例如，丙酮）、二甲苯、三氯甲烷、乙酸乙酯、醚（例如，二乙醚）、聚乙二醇、甲酸乙酯、均三甲苯（1,3,5-三甲苯）、四氫呋喃、二甲基甲醯胺、二氯甲烷、己烷、庚烷、辛烷、戊烯、己烯、苯、四氯化碳以及甲苯，但不限於僅僅此等。
如同先前技術，當發射電極由鎢W構成時，為了增大電極的表面積，需要將其處理成線圈形式，且線圈的使用壽命亦為極短的此外，當藉由使用碳奈米管糊或藉由在基底上直接生長碳奈米管來形成發射電極時，因為碳奈米管以單獨形式形成而不彼此直接耦接，因此當用作場發射電極時，耐久性及效率歸因於低結構穩定性而較低，且使用對電極形成造成不穩定性的添加劑為必不可少的。
此外，當發射電極由鎢構成時，因為自電極發生熱電子發射，因此場發射元件EM或燈LP可歸因於高熱量而受損。
因為根據實例實施例的場發射元件EM包含藉由延伸及聚集碳奈米管而形成的紗線YN，因此第一電極EL1可具有極大的表面積。因此，與其他導電材料相比，更多電流可在相同電壓下流動，且可增加可允許電流的量。此外，因為利用大表面積減小電阻，因此可達成高效場發射元件EM。此外，因為添加劑的使用並非必不可少的且碳奈米管可彼此直接接合，故結構穩定性極佳。此外，因為根據實例實施例的場發射元件EM產生場電子發射而非熱電子發射，故不會歸因於熱量而發生對紫外線發射元件UM的損壞，且輸入電能因為熱量而損失的比率降低，電子發射效率可得以改良，因為輸入電能因為熱量而損失的比率低。
圖3a至圖3d為示出根據實例實施例的第一電極的例示性形狀的圖。
參考圖3a，第一電極EL1可藉由在第一方向上對準及聚集多個紗線YN的側部分YN-E而形成。在圖3a中，僅第一電極EL1由其中聚集多個紗線YN的一個聚集形成但可包含多個紗線YN的多個聚集。此外，當包含多個此類聚集時，多個聚集可彼此加撚存在。舉例而言，第一電極EL1可包含兩個聚集，且兩個聚集可彼此加撚。
參考圖3b，第一電極EL1可藉由加撚多個紗線YN而形成。舉例而言，圖3b中所繪示的加撚的第一電極EL1-T1可藉由加撚第一電極（EL1，圖3a）而形成，所述第一電極藉由在第一方向DR1上圍繞第一軸線配置及聚集紗線YN的側部分YN-E而形成。
因為紗線YN之間的接觸面積加寬，因此加撚的第一電極EL-T1可具有更大的凡得瓦爾力相互作用，從而可改良耐久性。此外，因為表面積可比當紗線YN並排對準時更寬，因此可展現較佳效率。
參考圖3c及圖3d，第一電極EL1可包含前端ES1、底座端ES2以及在前端ES1的邊角與底座端ES2的邊角之間延伸的表面S1。第一電極EL1的底座端ES2可朝向前端ES1彎曲。當第一電極EL1具有彎曲形狀時，前端ES1及底座端ES2可面向相同方向。舉例而言，第一電極EL1-BD的至少一部分可為彎曲的，且可具有例如環形狀。儘管加撚的第一電極EL1-T1在圖3c中繪示為彎曲的，但不言而喻的是，其中多個紗線YN並排對準的第一電極EL1亦可彎曲。
參考圖3d，彎曲的第一電極EL1-BD可包含在第一方向DR1上延伸且包含前端ES1的第一部分P1、在與第一方向DR1相對的方向上延伸且包含底座端ES2的第二部分P2，以及在第一部分P1與第二部分P2之間延伸且以預定曲率彎曲的第三部分P3。第一部分P1及第二部分P2可圍繞平行於第一方向DR1的軸線加撚以形成彎曲且加撚的第一電極EL1-T2。
當第一電極EL1彎曲或加撚時，表面積可較寬，因此可達成較佳場發射效率。
同時，為了增加製造第一電極EL1的製程效率，碳奈米管在第一方向DR1上拉長以形成紗線YN，且在對準形成的多個紗線YN之後，可藉由切割至所需長度而使用所述碳奈米管。在此情況下，在切割紗線YN時所施加的力可大於作用在多個紗線YN之間的凡得瓦爾力，且因此可出現變形，諸如鄰近於切割表面的紗線YN的分解。
此外，當紗線YN不彎曲時，電子可累積於前端ES1或底座端ES2中，所述前端ES1或底座端ES2為紗線YN的兩端。斥力可出現在所累積的電子之間，且此時，斥力亦可在紗線YN之間起作用。若此斥力歸因於紗線YN之間的凡得瓦爾力相互作用而超過內聚力，則紗線YN的內聚力可經釋放，且尤其在鄰近於前端ES1或底座端ES2的區中，多個紗線YN可藉由斥力彼此隔開且可出現擴寬的變形。
當前端ES1或底座端ES2變形時，第一電極EL1的場發射效率降低，且最後，所述功能可歸因於多個紗線YN的完全分離而劣化或失去。
然而，在根據實例實施例的彎曲的第一電極EL1-BD或彎曲及加撚的第一電極EL1-T2中，因為前端ES1及底座端ES2兩者直接地或間接地連接至第二電極EL2或將稍後描述的橋接電極BG（參見圖5），幾乎不擔心紗線YN的前端ES1或基底端ES2的聚集可釋放。此外，因為彎曲的第一電極EL1-BD的第三部分P3不具有切割表面，因此幾乎不擔心紗線YN的聚集釋放，即使在電子累積時亦是如此。因此，根據實例實施例的彎曲的第一電極EL1-BD可達成長使用壽命期限。然而，此描述本揭露的一個態樣的實例實施例，且不言而喻，藉由並排對準紗線YN1而形成的第一電極EL1及藉由加撚對準的紗線YN而形成的第一電極EL1-T1亦具有適合於應用於紫外線發射元件UM的耐久性。儘管具有各種形狀的第一電極EL1已例示性地描述於圖3a至圖3d中，第一電極EL1的形狀亦可在本揭露中具有各種結構。
第二電極EL2可為將電流供應至第一電極EL1的電力供應電極。第二電極EL2可為直接連接至電源的電極。第二電極EL2可包含導電材料，且可包含例如鉬Mo。第二電極EL2可含有以第二電極EL2的總重量計的至少50重量%或大於50重量%、60重量%或大於60重量%、70重量%或大於70重量%、80重量%或大於80重量%、85重量%或大於85重量%、90重量%或大於90重量%、95重量%或大於95重量%、97重量%或大於97重量%、99重量%、99.5重量%或大於99.5重量%、或99.9重量%或大於99.9重量%的鉬。
圖4為示出根據實例實施例的場發射元件的圖。參考圖4，第一電極EL1可直接接觸第二電極EL2且電連接至第二電極EL2。第一電極EL1及第二電極EL2可使用單獨黏著部件DM接合。黏著部件DM可包含諸如導電金屬的導電材料。
舉例而言，第一電極EL1的前端ES1及與其相鄰的一部分可接觸第二電極EL2。在彎曲的第一電極EL1-BD及第一電極EL1-T2的情況下，前端ES1及與其相鄰的一部分可接觸第二電極EL2，且前端ES1、底座端ES2及與其相鄰的一部分可接觸第二電極EL2。前端ES1、底座端ES2及與其相鄰的一部分可或可不彼此接觸。
當鎢用作電極時，歸因於紫外線發射元件UM的製造製程中燈LP與鎢之間的熱膨脹係數的差異可經由加熱、壓縮以及冷卻而在燈的密封製程期間出現缺陷。舉例而言，當燈LP由含有氧化矽的玻璃構成時，缺陷可在製程期間歸因於熱膨脹係數與鎢的熱膨脹係數的差而增加。因此，當使用鎢電極減小缺陷率時，使用單獨輔助電極（例如，鎳電極）連接鎢電極與電力供應電極是必不可少的。然而，因為實例實施例的第一電極EL1包含碳奈米管紗線YN，以上物質的出現減少，且第一電極EL1可直接接觸第二電極EL2且電連接至第二電極EL2。因此，因為單獨輔助電極並非必需的，因此場發射元件EM的製造時間及成本可減少。
圖5為示出根據實例實施例的場發射元件的圖。圖6為示出根據實例實施例的場發射元件的圖。
參考圖5，場發射元件EM可更包含第三電極EL3。第三電極EL3可電連接第一電極EL1及第二電極EL2。第三電極EL3的一端可直接連接至第一電極EL1的至少一部分，且第三電極EL3的另一端可直接連接至第二電極EL2的至少一部分。此時，第一電極EL1及第二電極EL2可為非接觸的。
第三電極EL3可包含具有高導電性及良好導電性的金屬。舉例而言，第三電極EL3可包含銅或銅合金（例如，黃銅或青銅）。當包含高導電性的第三電極EL3時，可減小第一電極EL1與第二電極EL2之間的接觸電阻，且因此可展現高電流效率。
第三電極EL3可覆蓋第一電極EL1的至少一部分。第三電極EL3可包含條形前端EL3-A、條形底座端EL3-E、在前端EL3-A的內部邊緣與底座端EL3-E的內部邊緣之間延伸的第一表面EL3-S1，以及在前端EL3-A的外部邊緣與底座端EL3-E的外部邊緣之間延伸的第二表面EL3-S2，其中第一電極EL1的至少一部分可覆蓋於由第一表面EL3-S1界定的內部空間中。
舉例而言，鄰近於第二電極EL2的第一電極EL1可由第三電極EL3覆蓋，且不鄰近於第二電極EL2的剩餘部分可自第三電極EL3暴露。第三電極EL3可覆蓋基於第一電極EL1的總面積的1%至80%、1%至70%、1%至60%、1%至50%及1%至40%、1%至30%、1%至20%、1%至10%、1%至5%、5%至30%、5%至20%、5%至15%或5%至10%的第一電極EL1的面積。
第三電極EL3可覆蓋第一電極EL1，同時暴露第一電極EL1的至少一部分。舉例而言，第一電極EL1的端可自第三電極EL3暴露以將電子供應至放電氣體EG。
舉例而言，具有各種形狀的第一電極EL1、第一電極EL1-T1、第一電極EL1-T2以及第一電極EL1-BD可使端自第三電極EL3暴露。舉例而言，在伸直的第一電極EL1及第一電極EL1-T1的情況下，第一電極EL1的底座端ES2及與其相鄰的一部分可自第三電極EL3暴露。在彎曲的第一電極EL1-BD以及第一電極EL1-T2的情況下，第三部分P3及鄰近於第三部分P3的部分（例如，鄰近於第三部分P3的第一部分P1及第二部分P2的一部分）可自第三電極EL3暴露。
第一電極EL1及第三電極EL3可在無單獨黏著劑的情況下簡單地彼此接觸或可使用導電的黏著部件DM而接觸。
第三電極EL3可直接連接至第二電極EL2。第三電極EL3及第二電極EL2可使用單獨黏著部件DM接合。黏著部件DM可為導電材料。當直接連接第三電極EL3及第二電極EL2時，可藉由含有導電金屬的黏著部件DM來接合第三電極EL3及第二電極EL2的接觸部分。
隨著電子自第一電極EL1連續地發射，電子的斥力可累積於第一電極EL1中。在一個實例實施例中，因為第三電極EL3覆蓋第一電極EL1的至少一部分，因此累積的斥力可防止包含於第一電極EL1中的紗線YN分解。因此，因為可防止或延遲第一電極EL1的變形，因此場發射元件EM可在長時間段內以高效率使用。
參考圖6，第二電極EL2及第三電極EL3可為不接觸的。場發射元件EM2可更包含橋接電極BG。橋接電極BG可直接連接至第二電極EL2及第三電極EL3。橋接電極BG的一端可直接連接至第二電極EL2，且另一端可直接連接至第三電極EL3。
橋接電極BG包含導電金屬。舉例而言，橋接電極BG可包含鎳或鉬。
橋接電極BG可包含：第一橋接電極BG1，具有直接連接至第二電極EL2的一端及直接連接至第三電極EL3的另一端；第二橋接電極BG2，以預定距離與第一橋接電極BG1間隔開，一端直接連接至第二電極EL2且另一端直接連接至第三電極EL3；以及第三橋接電極BG3，在第一橋接電極BG1與第二橋接電極BG2之間延伸且連接第一橋接電極BG1及第二橋接電極BG2。
第三橋接電極BG3可安置於第三電極EL3上。第三橋接電極BG3可直接安置於第三電極EL3上。橋接電極BG可包含一個或兩個或多於兩個第三橋接電極BG3，且可包含如所繪示的兩個第三橋接電極BG3。當橋接電極BG包含三個或多於三個第三橋接電極BG3時，多個第三橋接電極BG3可以規則或不規則間隔間隔開。
在場發射元件EM2中，可使用單獨黏著部件DM來接合第三電極EL3及橋接電極BG。
在下文中，將基於前述內容描述一種製造紫外線發射元件UM的方法。製造紫外線發射元件UM的方法的描述次序並不表示製造方法的實際次序。可以下文所描述的次序製造紫外線發射元件UM，但應理解，其亦可按與下文所描述的次序不同的次序製造。
製造紫外線發射元件UM的方法可包含準備場發射元件EM。準備場發射元件EM可包含準備第一電極EL1及將第一電極EL1連接至第二電極EL2。根據實例實施例的製造方法可包含將第一電極EL1直接連接至第二電極EL2。
根據實例實施例的製造方法可包含連接第一電極EL1及第三電極EL3，且連接第二電極EL2及第三電極EL3。連接第一電極EL1及第三電極EL3可包含將第一電極EL1安裝於由第三電極EL3的第一表面EL3-S1界定的內部空間中，及藉由壓製第三電極EL3來接合第一電極EL1及第三電極EL3。
連接第二電極EL2及第三電極EL3可包含將第三電極EL3的一端置放於第二電極EL2上，且隨後用黏著部件DM黏附。
在一個實例實施例中，連接第二電極EL2及第三電極EL3可包含將橋接電極BG的一端連接至第二電極EL2，且將橋接電極BG的另一端連接至第三電極EL3。將橋接電極BG的另一端連接至第二電極EL2可包含將橋接電極BG的另一端置放於第二電極EL2上，且隨後用黏著部件DM黏附。
製造紫外線發射元件UM的方法可包含將所準備的場發射元件EM安置於燈LP內部。將場發射元件EM置放於燈LP內部可包含將場發射元件EM置放於經加熱燈LP內部及藉由壓製及冷卻來密封燈LP。
在下文中，將參考實例及圖式描述根據本揭露的紫外線發射元件的極佳效應。此等實例僅用於示出本揭露，且所屬領域中具通常知識者將顯而易見的是，本揭露的範疇不應解釋為受此等實例限制。
1. 實例實施例 1 ： 含有汞及含有碳奈米管紗線的電極的紫外線發射元件的操作
實例實施例1的紫外線發射元件UM包含包含紗線YN的第一電極EL1，且包含燈LP內部的放電氣體及汞。參考圖7，證實實例實施例1的紫外線發射元件UM以高強度發射具有約254奈米的中心波長的紫外線。
2. 實例實施例 2 ： 包含鎢電極及含有碳奈米管紗線的電極的紫外線發射元件的效應的比較
實例實施例2的紫外線發射元件UM藉由製造紗線YN聚集體而形成，所述紗線YN聚集體藉由聚集足夠長的多個紗線YN作為第一電極EL1、將其切割及彎曲且隨後將其彼此加撚而形成（參見圖3d）。紫外線發射元件UM藉由使用所形成的第一電極EL1形成呈圖5中所繪示的形式的場發射元件EM來準備。包含鎢電極的紫外線發射元件使用先前技術中的鎢電極而非包含碳奈米管紗線的電極。量測根據驅動電壓的UV發射強度、UV發射強度以及輸入功率且使用兩個元件比較。
圖8為繪示與使用鎢電極的元件相比根據實例實施例的紫外線發射元件的根據單位輸入功率的UV發射強度的圖。
參考圖8，證實根據實例實施例的紫外線發射元件UM具有比使用先前技術中的鎢電極的元件更高的相對UV發射強度，且因此UV發射效率顯著更高。特定言之，證實一個實例實施例的紫外線發射元件UM具有比單位輸入功率更高的UV發射強度。
亦即，證實與先前技術中使用鎢電極的紫外線發射元件相比，實例實施例2的包含包含碳奈米管紗線YN的第一電極EL1的紫外線發射元件UM具有較高紫外線發射效率。
3. 實例實施例 3 ： 根據第一電極 EL1 的形狀比較紫外線發射元件 UM 的效應
使用圖3a、圖3b以及圖3c中所繪示的第一電極EL1準備紫外線發射元件UM，及量測根據輸入功率的UV發射強度。
圖9為根據實例實施例的繪示根據場發射元件的第一電極的形狀的驅動電壓及UV發射強度的圖。
如圖9中所繪示，當使用彎曲的第一電極EL1-BD時，證實紫外線發射效率與輸入功率相比為最高的。特定言之，證實當使用彎曲的第一電極EL1-BD時，達成比在使用其他類型的電極時高約10%至20%或大於20%的發射效率，且此被視為因為電極的表面積藉由使用呈彎曲形狀的電極而加寬，藉此增加第一電極EL1的電子發射效率。
4. 實例實施例 4 ： 第一電極在電子發射之前及之後的形狀比較
圖10為根據實例實施例的用掃描電子顯微鏡攝影且示出第一電極在場發射元件的操作之前及之後的形狀的放大圖。圖10的上部圖像對應於操作前的圖像，且下方圖像對應於操作後的圖像。如所繪示，圖10的第一電極EL1-T的一部分由第三電極EL3覆蓋，且如圖5中所繪示，經由第三電極EL3與第二電極EL2電連接。
圖11為根據實例實施例的用掃描電子顯微鏡攝影且示出第一電極在場發射元件的操作之前及之後的形狀的放大圖。圖11的左側圖像對應於操作前的圖像，且右側圖像對應於操作後的圖像。儘管未繪示，但圖11的第一電極EL1-BD亦由第三電極EL3覆蓋，且如圖5中所繪示，經由第三電極EL3與第二電極EL2電連接。
當電子流動通過碳奈米管紗線YN且紗線被供應超過可允許量時，電極可能會劣化。因此，考慮到場發射元件EM操作之後在相片中繪示為劣化的部分為自其發射電子的部分。如圖10及圖11中所繪示，在根據實例實施例的第一電極EL1中，即使電極的一部分在電子發射之後劣化，但證實並不釋放紗線YN的聚結且不會出現類似者。實情為，因為僅紗線YN的一部分由於劣化而受損，因此鄰近於受損部分的一部分作為電子發射區活化，且發射效率可進一步改良。
亦即，一個實例實施例的第一電極EL1可以高效率使用較長時間段，甚至經由連續使用而不釋放紗線YN。
5. 實例實施例 5 ：紫外線發射元件的操作
圖12為示出根據實例實施例的紫外線發射元件UM的操作的圖。如圖12中所繪示，證實根據實例實施例的紫外線發射元件UM經操作以將紫外線發射至外部。
BG:橋接電極
BG1:第一橋接電極
BG2:第二橋接電極
BG3:第三橋接電極
DM:黏著部件
DR1:第一方向
EG:放電氣體
EL1、EL1-T:第一電極
EL1-BD:彎曲的第一電極
EL1-T1:加撚的第一電極
EL1-T2:彎曲且加撚的第一電極
EL2:第二電極
EL3:第三電極
EL3-A:條形前端
EL3-E:條形底座端
EL3-S1:第一表面
EL3-S2:第二表面
EM、EM2:場發射元件
ES1:前端
ES2:底座端
LP:燈
P1:第一部分
P2:第二部分
P3:第三部分
S1:表面
UM:紫外線發射元件
YN-E:側部分
YN、YN1:紗線
圖1為根據實例實施例的紫外線發射元件的橫截面圖。
圖2為示出根據實例實施例的碳奈米管紗線的放大圖。
圖3a至圖3d為示出根據實例實施例的第一電極的例示性形狀的圖。
圖4為示出根據實例實施例的場發射元件的圖。
圖5為示出根據實例實施例的場發射元件的圖。
圖6為示出根據實例實施例的場發射元件的圖。
圖7為示出根據實例實施例的紫外線發射元件的發射波長及發射強度的圖。
圖8為根據實例實施例的繪示與使用鎢電極的元件相比根據單位輸入功率的UV發射強度的圖。
圖9為根據實例實施例的繪示根據場發射元件的第一電極的形狀的驅動電壓及UV發射強度的圖。
圖10為根據實例實施例的用掃描電子顯微鏡攝影且示出第一電極在場發射元件的操作之前及之後的形狀的放大圖。
圖11為根據實例實施例的用掃描電子顯微鏡攝影且示出第一電極在場發射元件的操作之前及之後的形狀的放大圖。
圖12為示出根據實例實施例的紫外線發射元件的操作的圖。
EG:放電氣體
EL1:第一電極
EL2:第二電極
EM:場發射元件
LP:燈
UM:紫外線發射元件
Claims (14)
- 一種紫外線發射元件，包括： 燈，在其中安裝放電氣體及紫外線發射源；以及 第一電極，包含藉由在第一方向上延伸及聚集碳奈米管而形成的多個紗線且所述第一電極的至少一部分暴露於所述燈內的所述放電氣體。
- 如請求項1所述的紫外線發射元件， 其中，當將功率供應至所述第一電極時，自所述第一電極發射的電子激發所述紫外線發射源中的電子，且所述激發的電子在返回至基態時發射紫外線。
- 如請求項1所述的紫外線發射元件， 其中，在所述第一電極中，所述紗線中的各者的側部分在所述第一方向上並排對準，且所述多個紗線藉由凡得瓦爾力彼此聚集。
- 如請求項1所述的紫外線發射元件， 其中所述第一電極為多個加撚的紗線。
- 如請求項1所述的紫外線發射元件， 其中所述第一電極包含前端、底座端以及在所述前端的邊緣與所述底座端的邊緣之間延伸的表面，以及 所述底座端朝向所述前端彎曲。
- 如請求項5所述的紫外線發射元件， 其中彎曲的第一電極包含在第一方向上延伸且包含所述前端的第一部分、在與所述第一方向相對的方向上延伸且包含所述底座端的第二部分以及在所述第一部分與所述第二部分之間延伸且以預定曲率彎曲的第三部分，以及 所述第一部分與所述第二部分圍繞平行於所述第一方向的軸線彼此加撚。
- 如請求項1所述的紫外線發射元件，包括： 第二電極，連接至所述第一電極的一側及電源。
- 如請求項7所述的紫外線發射元件， 其中所述第一電極與所述第二電極直接連接。
- 如請求項7所述的紫外線發射元件， 其中所述第二電極包含鉬。
- 如請求項7所述的紫外線發射元件，更包括： 第三電極， 其中所述第三電極的一端直接連接至所述第一電極的至少一部分，且所述第三電極的另一端直接連接至所述第二電極的至少一部分；以及 所述第一電極與所述第二電極不彼此接觸。
- 如請求項10所述的紫外線發射元件， 其中所述第三電極覆蓋所述第一電極的至少一部分。
- 如請求項10所述的紫外線發射元件， 其中所述第三電極包含條形前端、條形底座端、在所述前端的內部邊緣與所述底座端的內部邊緣之間延伸的第一表面，以及在所述前端的外部邊緣與所述底座端的外部邊緣之間延伸的第二表面，以及 所述第一電極的至少一部分覆蓋於由所述第一表面界定的內部空間中。
- 如請求項7所述的紫外線發射元件， 其中所述第一電極與所述第二電極不彼此接觸， 所述紫外線發射元件更包括： 條形前端、條形底座端、在所述前端的內部邊緣與所述底座端的內部邊緣之間延伸的第一表面，以及在所述前端的外部邊緣與所述底座端的外部邊緣之間延伸的第二表面，第三電極在由所述第一表面界定的內部空間中覆蓋所述第一電極的至少一部分；以及 橋接電極，直接連接至所述第二電極及所述第三電極。
- 如請求項13所述的紫外線發射元件， 其中所述橋接電極包括： 第一橋接電極，具有直接連接至所述第二電極的一端及直接連接至所述第三電極的另一端； 第二橋接電極，以預定距離與所述第一橋接電極間隔開，一端直接連接至所述第二電極且另一端直接連接至所述第三電極；以及 第三橋接電極，在所述第一橋接電極與所述第二橋接電極之間延伸以連接所述第一橋接電極及所述第二橋接電極。
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