TWI408718B - 平面光源 - Google Patents

Description

平面光源

本發明是有關於一種平面光源，且特別是有關於一種能夠提供面光源或是顯示靜態影像的平面光源。

目前量產的光源或顯示裝置中主要採用下列兩種發光機制，其中一者為氣體放電發光機制，而另一者為場發射發光機制。一般而言，氣體放電發光機制大多被應用於電漿顯示面板(PDP)或氣體放電燈上，其主要是利用陰極與陽極之間的電場使充滿於放電腔體內的氣體游離，電子在撞擊氣體之後產生躍遷並發出紫外光，此時，同樣位於放電腔體內的螢光粉便會吸收紫外光而發出可見光。場發射發光機制大多被應用於奈米碳管場發射顯示器(CNT-FED)中，其主要是在超高真空的環境(小於10^-6 托爾)下，於陰極上製作奈米碳材的電子發射端(electron emitter)，並利用電子發射端中高深寬比(high aspect ratio)的微結構來幫助電子克服陰極的功函數(work function)而脫離陰極。在奈米碳管場發射顯示器中，以銦錫氧化物(ITO)製成的陽極上會塗佈有螢光粉，並藉由陰極與陽極之間的高電場使電子由陰極的奈米碳管導出，並透過電場的作用而直接撞擊陽極上的螢光粉，以發出可見光。

然而，上述兩種發光機制皆有其缺點存在。舉例而言，氣體放電發光機制需先產生紫外光，之後才能藉由紫 外光來激發螢光粉而發出可見光，故能量的損耗較大，如果過程中需產生電漿，則更為耗電。另一方面，場發射發光機制則需要在陰極上製作出均勻的電子發射端，但目前大面積生產此類陰極結構的技術尚未成熟，故面臨到電子發射端的均勻度與生產良率不佳的瓶頸。此外，在場發射發光元件中，陰極與陽極的間距需控制精確，且超高真空度的封裝較為困難，也相對增加製作的成本。

本發明提供一種平面光源，其可用以提供面光源或是顯示靜態影像。

本發明提出一種平面光源，其包括一陽極層、一陰極層、一放電氣體以及至少一螢光層，其中放電氣體位於陽極層與陰極層之間，而螢光層配置於陽極層上，且位於陽極層與陰極層之間。在此平面光源中，透過氣體放電的方式可使電子從陰極層導出，且螢光層適於受電子撞擊而發光。

基於上述，由於本發明所使用之螢光層可選擇性地採用一種或是多種不同種類的螢光材料，因此本發明之平面光源能夠依據設計需求而呈現出面光源或顯示靜態影像(例如，單色影像、彩色影像、灰階影像等)。

為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

【第一實施例】

圖1是依照本發明第一實施例之平面光源的剖面示意圖。請參照圖1，本實施例之平面光源100包括一陽極層110、一陰極層120、一位於陽極層110與陰極層120之間的放電氣體130以及至少一配置於陽極層110上的螢光層140，其中螢光層140位於陽極層110與陰極層120之間。當在陽極層110與陰極層120之間施加一驅動電壓V時，透過氣體放電的方式可使電子從陰極層120導出，且螢光層140會受電子撞擊而發光。由圖1可清楚得知，本實施例之陽極層110與陰極層120皆為平面電極，具有容易製作的優點，而螢光層140則是完全覆蓋住陽極層110，當螢光層140受到電子撞擊之後，平面光源100便可提供一面光源。

在本實施例中，平面光源100的陽極層110例如是形成於一第一基板S1表面上，而陰極層120例如是形成於一第二基板S2的表面上，且第一基板S1與第二基板S2可透過密封膠材(未繪示)接合，以構成一腔體。前述之腔體可為多邊形、圓形、橢圓形或其他形狀。由圖1可知，在第一基板S1與第二基板S2接合之後，陽極層110、陰極層120、放電氣體130以及螢光層140皆位於前述之腔體內。一般而言，陽極層110與陰極層120之間的距離D可透過控制第一基板S1與第二基板S2之間的距離而獲得有效的控制。

在本實施例中，陽極層110為一透明電極層，其材料 例如是銦錫氧化物(ITO)、銦鋅氧化物(IZO)或其他透明導電材料，而陰極層120則為一反射電極層，其材料例如是金屬。然而，本發明並不限定陽極層110必須為透明電極層，亦不限定陰極層120必須為反射電極層，此領域具有通常知識者在參照本發明之後，當可根據平面光源100的設計需求來選擇陽極層110與陰極層120的材質。舉例而言，陽極層110與陰極層120可皆為透明電極層，以使光線能夠輕易地從第一基板S1以及第二基板S2透出。

值得注意的是，本實施例所選用的放電氣體130可為惰氣或空氣，更具體而言，放電氣體130可為氦、氖、氬、氪、氙、氫氣或二氧化碳等氣體。一般來說，放電氣體130在腔體內所造成的氣壓例如是控制在10^-3 托爾(torr)與10托爾(torr)之間。由於平面光源100內部並非處於超高真空狀態，因此本實施例之平面光源100不需在超高真空的環境下進行封裝，故製作上較為容易。

承上述，為了讓陰極層120的電子更容易被導出，本實施例可在陰極層120的表面上選擇性地製作一層二次電子源材料層，此二次電子源材料層例如是氧化鎂(MgO)、三氧化二鋱(Tb₂ O₃ )、三氧化二鑭(La₂ O₃ )或二氧化鈰(CeO₂ )等材料。此外，同樣為了讓陰極層120的電子更容易被導出，本實施例亦可在陰極層120的表面上選擇性地製作一層奈米碳層或氧化鋅層。

【第二實施例】

圖2是依照本發明第二實施例之平面光源的剖面示意 圖。請參照圖1與圖2，本實施例之平面光源100’與第一實施例中的平面光源100類似，惟二者主要差異之處在於：平面光源100’中的螢光層為一經過圖案化之螢光粉圖案140’，且螢光粉圖案140’僅覆蓋住陽極層110的部分區域。

由圖2可清楚得知，平面光源100’能夠顯示靜態影像，且平面光源100’所能顯示的靜態影像是由螢光粉圖案140’的分佈情況來決定。以下將搭配圖3、圖4A、圖4B、圖5A以及圖5B，針對螢光粉圖案140’的分佈情況做進一步之說明。

圖3是螢光粉圖案之分佈疏密程度與灰階之間的關係圖。請參照圖3，當螢光粉圖案140’的分佈越密時，則其所對應之灰階便越高，反之，當螢光粉圖案140’的分佈越疏時，則其所對應之灰階便越低。因此，當螢光粉圖案140’完全覆蓋住一特定區域時，該特定區域所對應到的灰階定義為最高灰階，當一特定區域上完全未覆蓋有螢光粉圖案140’時，該特定區域所對應到的灰階定義為最低灰階。

圖4A是單色螢光粉圖案之示意圖。請參照圖4A，深色區域為螢光粉圖案140a完全覆蓋的區域，而空白區域為螢光粉圖案140a未覆蓋的區域。當圖4A的螢光粉圖案140’被應用於圖2中的平面光源100’中時，平面光源100’便可顯示出與螢光粉圖案140a相對應的單色圖形。

圖4B是單色螢光粉灰階圖案之示意圖。請參照圖4B，空白區域為螢光粉灰階圖案140b未覆蓋的區域，而空白區域以外的區域則是被不同疏密程度之螢光粉灰階圖 案140b所覆蓋。當圖4B的螢光粉灰階圖案140b被應用於圖2中的平面光源100’中時，平面光源100’便可顯示出與螢光粉灰階圖案140b相對應的單色灰階圖形。

圖5A是由多種單色螢光粉圖案所構成的彩色螢光粉圖案之示意圖。請參照圖5A，前述的螢光粉圖案140’可由多個單色螢光粉圖案140R、140G、140B所構成，其中各單色螢光粉圖案140R、140G、140B適於受電子撞擊而發出不同色光。舉例而言，單色螢光粉圖案140R例如為紅色螢光粉圖案，單色螢光粉圖案140G例如為綠色螢光粉圖案，而單色螢光粉圖案140B例如為藍色螢光粉圖案。當然，本發明並不限制各個單色螢光粉圖案140R、140G、140B之材質。

值得注意的是，這些單色螢光粉圖案140R、140G、140B可根據所欲顯示的圖形而彼此堆疊或是彼此不堆疊，而圖5A為單色螢光粉圖案140R、140G、140B彼此不相互堆疊的例子。

圖5B是由多種單色螢光粉灰階圖案所構成的彩色螢光粉灰階圖案之示意圖。請參照圖5B，前述的螢光粉圖案140’可由多個單色螢光粉灰階圖案140R’、140G’、140B’所構成，其中各單色螢光粉灰階圖案140R’、140G’、140B’適於受電子撞擊而發出不同色光。舉例而言，單色螢光粉灰階圖案140R’例如為紅色螢光粉灰階圖案，單色螢光粉灰階圖案140G’例如為綠色螢光粉灰階圖案，而單色螢光粉灰階圖案140B’例如為藍色螢光粉灰階圖案。當然，本發明並不限制各個單色螢光粉灰階圖案140R’、140G’、 140B’之材質。

值得注意的是，這些單色螢光粉灰階圖案140R’、140G’、140B’可根據所欲顯示的圖形而彼此堆疊或是彼此不堆疊，而圖5B為單色螢光粉灰階圖案140R’、140G’、140B’彼此相互堆疊的例子。

從圖4A、圖4B、圖5A與圖5B可清楚得知，本實施例之平面光源100’可因應產品或使用者需求進行客制化設計。

圖6為平面光源在不同的驅動電壓下所呈現出的白光之CIE座標。請參照圖6，在本發明之平面光源100或100’中，透過驅動電壓的調整可以改變平面光源100或100’所呈現的白光之CIE座標。圖6中的D₆₅ 為D65標準光源之CIE座標(0.3127,0.3290)，而點a、點b、點c與點d之CIE座標分別為(0.4325,0.3465)、(0.4134,0.3512)、(0.3712,0.3476)與(0.3573,0.350)。由圖6可知，隨著驅動電壓的改變，平面光源100或100’所提供的白光之CIE座標亦會有所變化。設計者可參照圖6中所揭露的關係來調整平面光源100或100’的白光之CIE座標。

綜上所述，本發明之平面光源可被廣泛地應用於彩色看板、廣告招牌、室內情境照明、戶外情境照明等方面，透過不同螢光層之分佈模式可以提供不同的顯示效果，進而增加平面光源在客制化市場上的競爭力。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離 本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100、100’‧‧‧平面光源

110‧‧‧陽極層

120‧‧‧陰極層

130‧‧‧放電氣體

140‧‧‧螢光層

140’、140a‧‧‧螢光粉圖案

140b‧‧‧螢光粉灰階圖案

140R、140G、140B‧‧‧單色螢光粉圖案

140R’、140G’、140B’‧‧‧單色螢光粉灰階圖案

S1‧‧‧第一基板

S2‧‧‧第二基板

D‧‧‧陽極層與陰極層之間的距離

V‧‧‧驅動電壓

圖1是依照本發明第一實施例之平面光源的剖面示意圖。

圖2是依照本發明第二實施例之平面光源的剖面示意圖。

圖3是螢光粉圖案之分佈疏密程度與灰階之間的關係圖。

圖4A是單色螢光粉圖案之示意圖。

圖4B是單色螢光粉灰階圖案之示意圖。

圖5A是由多種單色螢光粉圖案所構成的彩色螢光粉圖案之示意圖。

圖5B是由多種單色螢光粉灰階圖案所構成的彩色螢光粉灰階圖案之示意圖。

圖6為平面光源在不同的驅動電壓下所呈現出的白光之CIE座標。

100‧‧‧平面光源

110‧‧‧陽極層

120‧‧‧陰極層

130‧‧‧放電氣體

140‧‧‧螢光層

S1‧‧‧第一基板

S2‧‧‧第二基板

D‧‧‧陽極層與陰極層之間的距離

V‧‧‧驅動電壓

Claims (16)

1. 一種平面光源，包括：一陽極層；一陰極層；一放電氣體，位於該陽極層與該陰極層之間；以及至少一螢光層，配置於該陽極層上，且位於該陽極層與該陰極層之間，其中透過氣體放電的方式使電子從該陰極層導出，該螢光層適於受電子撞擊而發光，該螢光粉圖案包括一具有固定厚度之第一單色螢光粉灰階圖案，而該第一單色螢光粉灰階圖案分佈較密處所顯示之灰階較高，且該第一單色螢光粉灰階圖案分佈較疏處所顯示之灰階較低。
2. 如申請專利範圍第1項所述之平面光源，其中該陽極層為一透明電極層。
3. 如申請專利範圍第1項所述之平面光源，其中該陰極層為一反射電極層。
4. 如申請專利範圍第1項所述之平面光源，更包括一二次電子源材料層，披覆於該陰極層上。
5. 如申請專利範圍第4項所述之平面光源，其中該二次電子源材料層包括氧化鎂(MgO)、三氧化二鋱(Tb₂ O₃ )、三氧化二鑭(La₂ O₃ )或二氧化鈰(CeO₂ )。
6. 如申請專利範圍第1項所述之平面光源，其中該放電氣體包括惰氣或空氣。
7. 如申請專利範圍第1項所述之平面光源，其中該放電氣體包括氦、氖、氬、氪、氙、氫氣或二氧化碳。
8. 如申請專利範圍第1項所述之平面光源，其中該放 電氣體的氣壓介於10^-3 托爾(torr)與10托爾(torr)之間。
9. 如申請專利範圍第1項所述之平面光源，其中該第一單色螢光粉灰階圖案覆蓋住該陽極層。
10. 如申請專利範圍第1項所述之平面光源，其中該第一單色螢光粉灰階圖案僅覆蓋住部分該陽極層。
11. 如申請專利範圍第1項所述之平面光源，其中該螢光粉層更包括一第二單色螢光粉灰階圖案，且該第一單色螢光粉灰階圖案與該第二單色螢光粉灰階圖案適於受電子撞擊而發出不同色光。
12. 如申請專利範圍第11項所述之平面光源，其中該些單色螢光粉圖案彼此堆疊。
13. 如申請專利範圍第11項所述之平面光源，其中該些單色螢光粉圖案彼此不堆疊。
14. 如申請專利範圍第1項所述之平面光源，更包括一奈米碳層，配置於該陰極層上。
15. 如申請專利範圍第1項所述之平面光源，更包括一氧化鋅層，配置於該陰極層上。
16. 如申請專利範圍第1項所述之平面光源，更包括一腔體，其中該陽極層、該陰極層、該放電氣體以及該螢光層位於該腔體內。