TWI437612B - 場發射光源裝置 - Google Patents

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Description

場發射光源裝置
本發明係關於一種場發射光源裝置，尤指一種可提高光利用率之場發射光源裝置。
場發射光源裝置結構簡單，其具有亮度高、省電、易平面化與大型化等優點，故具有取代螢光燈管之潛力。此外，場發射光源裝置除了可適用於裝飾、照明或指示用等光源系統中，其亦可應用於液晶顯示器的背光模組。
圖1為傳統場發射光源裝置之工作原理示意圖。場發射光源裝置主要包括陰極12、電子發射層14、陽極15、發光層16以及閘極19，其中陽極15及發光層16係形成於前基板17上，而陰極12、電子發射層14及閘極19則係設置於底基板11上。據此，於陰極12與閘極19間施加電壓時，陰極12與閘極19間將形成電場，遂使電子穿遂(tunnel)效應發生，而電子便由電子發射層14釋放出，藉由施加於陽極15上之電壓，進而可使電子加速撞擊發光層16，激發發光層16放出光線。此外，閘極19可用以精確地控制電子發射的時間及增加電子流的密度，且閘極19與陰極12可藉由絕緣層13電性隔離。
一般而言，電子發射層14所釋出之電子僅能撞擊發光層表層161，故發光層表層161將會是發光效率最高之一側，亦即，發光層16所發出之光大部分會侷限於裝置內部而無法向外發光，另一方面，由於傳統場發射光源裝置之出光面背對發光層表層161，因此發光層表層161所放出的光必須再穿透發光層16，陽極15及前基板17才能向外發光，其造成之光效率損耗將進一步降低出光率，故傳統場發射光源裝置普遍有發光效率不佳之問題。
本發明之目的係在提供一種場發射光源裝置，俾能提高光利用率，且可獨立驅動單一或部份區塊(block)，以達到區域發光之效果。此外，本發明之場發射光源裝置可應用於各種用途。
為達成上述目的，本發明提供一種場發射光源裝置，其包括：一底基板；m條陰極，係設置於該底基板上；至少一發射塊，係設置於該m條陰極上且與該m條陰極電性連接；一絕緣層，係設置於該m條陰極上，其中該絕緣層具有至少一開口，遂使該至少一發射塊凸出該至少一開口；n條陽極，係設置於該絕緣層上，並與該m條陰極排列成m×n矩陣(matrix)，其中m及n分別為1以上之整數，且該n條陽極具有至少一撞擊面，其係對應於該至少一發射塊，且該至少一撞擊面為一斜面或一曲面；以及一發光層，係設置於該至少一撞擊面上。在此，m及n較佳為大於1之整數。
本發明之場發射光源裝置更可包括：一前基板，係設置於該底基板之上方。又，本發明之場發射光源裝置更可包括：一支撐單元，係設置於該底基板與該前基板之間，且該底基板與該前基板間之區域為一真空區域。在此，該底基板可為一絕緣基板，而該前基板可為一透光基板。
於本發明中，陰極及陽極皆為條狀結構，其中陽極橫截面舉例可為三角形、梯形、半圓形或弓形等，而其底面積較佳係大於頂面積，更佳為陽極縱截面之面積係由頂部往底部遞增。尤其，橫截面為梯形之陽極更可作為底基板與前基板間之支撐柱。另外，陽極可高於發射塊，而發光層可僅設置於陽極側面之撞擊面上，亦即，陽極未對應發射塊之頂部可不設有發光層。在此，本發明所述之陽極底面積係指陽極面向底基板之底部面積，而陽極頂面積係指陽極面向前基板之頂部面積。此外，本發明所述之陽極橫截面係指垂直於陽極軸向之截面，而陽極縱截面係指平行於陽極軸向之截面。
據此，本發明係將陰極、發射塊、陽極及發光層皆設置於底基板上，而作為出光面之前基板則係位於發光層發光效率最佳(即發光層表層)之該側。相較於習知出光面位於發光層底層(即出光面背對發光層表層)之傳統場發射光源裝置(發光效率差)，本發明之場發射光源裝置可展現較佳的發光效率。此外，本發明係將陰極及陽極排列成m×n矩陣矩陣(matrix)，故可獨立驅動單一或部份區塊(block)，以達到區域發光之效果。
此外，於本發明中，陽極之撞擊面較佳係由可反射光線之導電材料所構成，俾使往發光層內部之光可再被陽極之撞擊面反射至前基板，以進一步提高出光率。舉例說明，本發明之每一陽極可為一條狀部，且該條狀部較佳係由可反射光線之導電材料所構成；或者，每一陽極可包括一條狀部及一導電層，其中該導電層係位於該條狀部上，且該導電層較佳係由可反射光線之導電材料所構成，而條狀部則可為中空或由導電或非導電材料所構成。據此，本發明之陽極不僅作為電極用，其亦具有反射光線之功能，以進一步提高本發明場發射光源裝置之光利用率。
於本發明中，每一發射塊可包括一導電凸塊及一電子發射層，該導電凸塊與該陰極電性連接，而該電子發射層係位於該導電凸塊表面。在此，該導電凸塊之材料並無特殊限制，其可為任何習知適用之導電材料，而該導電凸塊之形狀亦無特殊限制，其可為矩形塊、圓柱狀等等。此外，本發明電子發射層之材料並無特殊限制，其可為任何習知適用之電子發射材料，如奈米碳材(奈米碳管、奈米碳壁等)。
於本發明中，發光層之材料並無特殊限制，其可為任何習知適用之螢光粉、磷光粉材料；此外，發光層可依各種用途或需求，使用一種或混合使用多種光色之螢光粉或磷光粉而放出UV光、紅外光、單一光色可見光(如白光或其他光色)之光源；或者，可設計為具有複數個放出不同光色之發光區域，而該些發光區域更可依各種用途或需求而採取不同之陣列排列方式。
綜上所述，本發明係將所有主要作動元件(即陰極、發射塊、陽極及發光層)設置於底基板上，而作為出光面之前基板則係位於發光層發光效率最佳(即發光層表層)之該側。相較於習知出光面位於發光層底層(即出光面背對發光層表層)之傳統場發射光源裝置(發光效率差)，本發明之場發射光源裝置可展現較佳的發光效率。尤其，本發明之陽極撞擊面更可由具有反射效果之導電材料所構成，俾使往發光層內部之光可再被陽極之撞擊面反射至前基板，以進一步提高出光率。此外，本發明係將陰極及陽極排列成一矩陣(matrix)，故可獨立驅動單一或部份區塊(block)，以達到區域發光之效果。
以下係藉由特定的具體實施例說明本發明之實施方式，熟習此技藝之人士可由本說明書所揭示之內容輕易地了解本發明之其他優點與功效。惟需注意的是，以下圖式均為簡化之示意圖，圖式中之元件數目、形狀及尺寸可依實際實施狀況而隨意變更，且元件佈局狀態可更為複雜。本發明亦可藉由其他不同的具體實施例加以施行或應用，本說明書中的各項細節亦可基於不同觀點與應用，在不悖離本發明之精神下進行各種修飾與變更。
實施例1
請參見圖2A，係為本發明一較佳實施例之場發射光源裝置剖視圖，其主要包括：底基板21、陰極22、絕緣層23、發射塊24、陽極25、發光層26、前基板27及支撐單元28，其中支撐單元28係設置於底基板21與前基板27之間，俾使底基板21與前基板27間之區域為真空區域，此外，陰極22、發射塊24、陽極25及發光層26則皆設置於底基板21上，而作為出光面之前基板27則係位於發光層26發光效率最佳(即發光層表層)之該側。據此，相較於習知出光面位於發光層底層(即出光面背對發光層表層)之場發射光源裝置(發光效率差)，本實施例之場發射光源裝置可展現較佳的發光效率。尤其，於本實施例之場發射光源裝置中，往發光層26內部之光可再被陽極25之撞擊面R反射至前基板27，故可進一步提高出光率。
詳細地說，如圖2A所示，陰極22係形成於底基板21上，且陰極22表面上形成有一絕緣層23，以隔絕陰極22與陽極25間之電性導通，此外，絕緣層23形成有複數個開口231，以顯露陰極22之部分區域，而發射塊24則係設置於該些開口231中，以電性連接至陰極22並凸出該些開口231。於本實施例中，該些發射塊24包括導電凸塊241及電子發射層242，其中導電凸塊241係與陰極22電性連接，而電子發射層242則係位於該導電凸塊241之表面。據此，電子可自電子發射層242發射出，以撞擊陽極25上之發光層26而放光。
另外，如圖2A所示，本實施例之陽極25係由橫截面(垂直於圖2B所示之陽極25軸向Y之截面)為三角形之條狀部251所構成，且對應於發射塊24之撞擊面R係為斜面，而發光層26則係位於陽極25之撞擊面R上，其中陽極25縱截面(平行於圖2B所示之陽極25軸向Y之截面)之面積係由頂部往底部遞增，據此，發光層26所放出之光可朝向前基板27側進行外部發光。此外，本實施例條狀部251(作為陽極25)之材料係使用可反射光線之導電材料(本實施例係使用鋁)，據此，當電子發射層242所發射出之電子轟擊陽極25撞擊面R上之發光層26時，陽極25之撞擊面R可再將發光層26所放出之光反射至前基板27，以提高光利用率。相較於習知使用氧化銦錫(ITO)作為陽極之場發射光源裝置，本實施例可使用電荷導離效果較佳之材料作為陽極25材料，以有效避免電荷累積。於本實施例中，該前基板27係一透光基板，而自撞擊面R反射之光線可透過該前基板27至外部。
更進一步說明，請參見圖2B，其係沿著圖2A之AA’連線所得之俯視圖。如圖2B所示，本實施例之複數個條狀陰極22(分別為A1 、A2 、A3 )係陣列排列於底基板上，其中該底基板係一絕緣基板；接著，絕緣層23係設置於底基板及陰極22上，且形成有複數個開口231，遂使發射塊24形成於陰極22上並凸出該些開口231；最後，複數個三角條狀陽極25(分別為B1 、B2 、B3 、B4 )陣列排列於絕緣層23上，以與陰極22構成m×n矩陣(本實施例係採用3×4矩陣作為說明)，而發射塊24係位於兩相鄰陽極25之間。據此，當陰極A1 及陽極B1 分別輸入低電位及高電位時，電子會自發射塊C11 發射出，並撞擊發光區域A1 B1 ，俾使發光區域A1 B1 發光；同理，當陰極A1 及陽極B2 分別輸入低電位及高電位時，電子會自發射塊C11 及C12 發射出，並撞擊發光區域A1 B2 ，俾使發光區域A1 B2 發光。據此，可分別對陰極A1 、A2 、A3 及陽極B1 、B2 、B3 、B4 輸入低電位及高電位，以分別驅動m×n矩陣中的個別發光區域，例如A1 B1 、A1 B2 、A1 B3 、A2 B2 、A3 B4 等，達到區域發光之效果。此外，亦可同時驅動兩條以上之陰極及/或陽極，以使複數個發光區域發光。舉例說明，當陰極A1 及陽極B2 、B3 分別輸入低電位及高電位時，電子會自發射塊C11 、C12 及C13 發射出，並撞擊發光區域A1 B2 及A1 B3 ，俾使發光區域A1 B2 及A1 B3 發光；同理，當陰極A1 、A2 及陽極B2 、B3 分別輸入負電壓及正電壓時，電子會自發射塊C11 、C12 、C13 、C21 、C22 、及C23 發射出，並撞擊發光區域A1 B2 、A1 B3 、A2 B2 及A2 B3 ，俾使發光區域A1 B2 、A1 B3 、A2 B2 及A2 B3 發光；又，驅動所有陰極A1 、A2 、A3 及陽極B1 、B2 、B3 、B4 時，即可達到全面性發光之效果。
實施例2
本實施例之場發射光源裝置與實施例1所述大致相同，惟不同處在於，如圖3所示，本實施例之陽極25係由條狀部251及導電層252所構成，其中條狀部251所使用之材料為非導電材料，而導電層252係由可反射光線之導電材料(本實施例係使用鋁)所形成，俾用於反射光線及傳導電流。
實施例3
本實施例之場發射光源裝置與實施例2所述大致相同，惟不同處在於，如圖3所示，本實施例陽極25之條狀部251為中空。
實施例4
本實施例之場發射光源裝置與實施例1所述大致相同，惟不同處在於，如圖4所示，本實施例之陽極25係由橫截面為梯形之條狀部251所構成，其兩側對應於發射塊24之斜面即為撞擊面R，而發光層26則係設於陽極25之撞擊面R上。
此外，於本實施例另一態樣中，發光層26亦可僅設置於陽極25之兩側表面，而陽極25之頂部(未設有發光層26)可直接與前基板27接觸，以同時作為底基板21與前基板27間之支撐柱。
實施例5
本實施例之場發射光源裝置與實施例1所述大致相同，惟不同處在於，如圖5所示，本實施例之陽極25係由橫截面為半圓形之條狀部251所構成，其兩側對應於發射塊24之曲面即為撞擊面R，而發光層26則係設於陽極25之撞擊面R上。
實施例6
本實施例之場發射光源裝置與實施例1所述大致相同，惟不同處在於，如圖6所示，本實施例之陽極25係由橫截面為弓形之條狀部251所構成，其兩側對應於發射塊24之曲面即為撞擊面R，而發光層26則係設於陽極25之撞擊面R上；此外，發射塊24之電子發射層242僅設置於導電凸塊241對應於陽極25之側表面上，即導電凸塊241之頂部未設有該電子發射層242。
實施例7
本實施例之場發射光源裝置與實施例5所述大致相同，惟不同處在於，如圖7所示，本實施例之陽極25高於發射塊24，且發光層26僅設置於陽極25側面之撞擊面R上，亦即，陽極25未對應發射塊24之頂部未設有發光層26。
據此，本發明係將所有主要作動元件(即陰極、發射塊、陽極及發光層)設置於底基板上，而作為出光面之前基板則係位於發光層發光效率最佳(即發光層表層)之該側。相較於習知出光面位於發光層底層(即出光面背對發光層表層)之傳統場發射光源裝置(發光效率差)，本發明之場發射光源裝置可展現較佳的發光效率。尤其，本發明之陽極撞擊面更可由具有反射效果之導電材料所構成，俾使往發光層內部之光可再被陽極之撞擊面反射至前基板，以進一步提高出光率。此外，本發明係將陰極及陽極排列成一矩陣(matrix)，故可獨立驅動單一或部份區塊(block)，以達到區域發光之效果。
上述實施例僅係為了方便說明而舉例而已，本發明所主張之權利範圍自應以申請專利範圍所述為準，而非僅限於上述實施例。
12,22,A1 ,A2 ,A3 ．．．陰極
13,23．．．絕緣層
14,242．．．電子發射層
15,25,B1 ,B2 ,B3 ,B4 ．．．陽極
16,26．．．發光層
161．．．發光層表層
19．．．閘極
11,21．．．底基板
24,C11 ,C12 ,C13 ,C21 ,C22 ,C23 ,C31 ,C32 ,C33 ．．．發射塊
241．．．導電凸塊
251．．．條狀部
252．．．導電層
17,27．．．前基板
28．．．支撐單元
Y．．．軸向
R‧‧‧撞擊面
A1 B1 ,A1 B2 ,A1 B3 ,A1 B4 ,A2 B1 ,A2 B2 ,A2 B3 ,A2 B4 ,A3 B1 ,A3 B2 ,A3 B3 ,A3 B4 ‧‧‧發光區域
圖1係傳統場發射光源裝置之工作原理示意圖。
圖2A係本發明一較佳實施例之場發射光源裝置剖視圖。
圖2B係沿著圖2A之AA’連線所得之俯視圖。
圖3係本發明另一較佳實施例之場發射光源裝置剖視圖。
圖4係本發明另一較佳實施例之場發射光源裝置剖視圖。
圖5係本發明另一較佳實施例之場發射光源裝置剖視圖。
圖6係本發明另一較佳實施例之場發射光源裝置剖視圖。
圖7係本發明另一較佳實施例之場發射光源裝置剖視圖。
21．．．底基板
22．．．陰極
23．．．絕緣層
24．．．發射塊
241．．．導電凸塊
242．．．電子發射層
25．．．陽極
251．．．條狀部
26．．．發光層
27．．．前基板
28．．．支撐單元
R．．．撞擊面

Claims (10)

  1. 一種場發射光源裝置，包括：一底基板；m條陰極，係設置於該底基板上；至少一發射塊，係設置於該m條陰極上且與該m條陰極電性連接；一絕緣層，係設置於該m條陰極上，其中該絕緣層具有至少一開口，遂使該至少一發射塊凸出該至少一開口；n條陽極，係設置於該絕緣層上，並與該m條陰極排列成m×n矩陣(matrix)，其中m及n分別為1以上之整數，該絕緣層隔絕該n條陽極及該m條陰極間之電性導通，且該n條陽極具有至少一撞擊面，其係對應並面向該至少一發射塊且為一斜面或一曲面；以及一發光層，係設置於該至少一撞擊面上；其中，該m條陰極、該至少一發射塊、該絕緣層、該n條陽極、及該發光層係設置於該底基板處。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之場發射光源裝置，其中，該n條陽極之底面積大於頂面積。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之場發射光源裝置，其中，該n條陽極之橫截面為三角形、梯形、半圓形或弓形。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之場發射光源裝置，其中，該撞擊面係由一可反射光線之導電材料所構成。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之場發射光源裝置，其中，該n條陽極個別為一條狀部，且該條狀部係由該可反射光線之導電材料所構成。
  6. 如申請專利範圍第4項所述之場發射光源裝置，其中，該n條陽極個別包括一條狀部及一導電層，該導電層係位於該條狀部上，且該導電層係由該可反射光線之導電材料所構成。
  7. 如申請專利範圍第2項所述之場發射光源裝置，更包括：一前基板，係設置於該底基板之上方。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之場發射光源裝置，更包括：一支撐單元，係設置於該底基板與該前基板之間，且該底基板與該前基板間之區域為一真空區域。
  9. 如申請專利範圍第2項所述之場發射光源裝置，其中，該至少一發射塊個別包括一導電凸塊及一電子發射層，且該電子發射層係位於該導電凸塊表面。
  10. 如申請專利範圍第2項所述之場發射光源裝置，其中，該n條陽極高於該至少一發射塊。
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