專利名稱：場發(fā)射照明光源及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種照明光源及其制備方法，特別涉及一種場發(fā)射發(fā)光照明光源及其制備方法。
背景技術：
人工照明光源一般可分為白熾燈、放電燈及固態(tài)光源，包括白熾燈，熒光燈管，LED，鹵素燈，高壓氣體放電燈(High Intensity Discharge，HID)等各種照明光源。其中，白熾燈是鎢絲通電后發(fā)熱發(fā)光，同時產(chǎn)生大量熱量，其發(fā)光效率較低(約8-151m/w)，亮度有限，一般用于日常生活照明；熒光燈管采用放電激發(fā)汞蒸汽發(fā)出紫外線打到熒光材料上發(fā)出可見光，一般用于普通日常生活照明，其優(yōu)點是發(fā)光效率高(達到801m/w)，缺點是含有汞，對環(huán)境及人體有害，因而不適合環(huán)保要求；LED是一種固態(tài)光源，包括各種紅光LED、黃光LED、藍光LED及白光LED，其優(yōu)點包括反應速度快、體積小、無污染，缺點是發(fā)光效率低(約20-301m/w)，目前應用于車內(nèi)照明、裝飾彩燈等；鹵素燈及HID燈是目前汽車頭燈的主流，尤其是HID燈，其可發(fā)出色溫接近白晝陽光的光纖(HID燈的色溫約4300K-10000K，陽光色溫6000K)，且HID較鹵素燈具有更遠的視線等優(yōu)點，但是，HID需將低電壓轉換為23000伏高電壓，激發(fā)氙氣發(fā)出電弧光，然后將電壓穩(wěn)定在8000伏，持續(xù)供應氙氣燈泡發(fā)光，因此，其需要配合特殊電壓電流轉換設備方可工作，例如美國專利第6,710,551號及6,781,327號。
發(fā)射光源是一種新興光源，其發(fā)光原理是在電場作用下，低電勢處金屬尖端、碳納米管等電子發(fā)射體發(fā)射出電子，轟擊高電勢處的熒光體而發(fā)出可見光。
結合圖1所示，請參閱″A Fully Sealed Luminescent Tube Based on CarbonNanotube Field Emission″，Mirko Croci，et al，Microelectronics Journal，vol.35，p329～336(2004)，其揭露一種場發(fā)射日光燈1，該目光燈1包括一金屬絲陰極10、形成于金屬絲表面的電子發(fā)射體碳納米管11、一玻璃外殼14、形成于玻璃外殼內(nèi)表面的透明陽極層13以及形成于陽極層13表面的熒光層12。使用時，碳納米管11發(fā)射電子轟擊熒光層12，從而發(fā)出可見光。此種基于場發(fā)射燈具有電能轉換效率高，發(fā)光效率較高，無污染等優(yōu)點，但是，該場發(fā)射燈的電子發(fā)射體形成于陰極表面，施加電壓時，二者之間無電勢差，激發(fā)電子發(fā)射體發(fā)射電子、形成高亮度光源所需的能量較大，不利于節(jié)約能源。
有鑒于此，提供一種節(jié)能、且發(fā)光亮度較高的場發(fā)射照明光源實為必要。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的第一技術問題是提供一種場發(fā)射照明光源，其具有節(jié)能、發(fā)光亮度高的特點。
本發(fā)明所要解決的第二技術問題是提供上述場發(fā)射照明光源的制備方法。
本發(fā)明解決上述第一技術問題的技術方案是提供一種場發(fā)射照明光源，其包括一導電陰極；一透明外殼，其與該導電陰極相隔一定距離并形成一真空的內(nèi)部空間；一熒光層，其形成于該透明外殼內(nèi)表面；及多個靠近導電陰極層的電子發(fā)射體，用以發(fā)射電子轟擊熒光層而發(fā)出可見光；其中該電子發(fā)射體分別包括一柱狀體及一尖端，該柱狀體由絕緣材料組成，該尖端由導電材料組成，該尖端形成于柱狀體頂部，與陰極隔開一定距離并絕緣。
所述柱狀體是由碳化硅、氮化硅或類金剛石碳制成。所述柱狀體包括圓柱或棱柱體，其為圓柱體時直徑范圍是10～100納米。
所述尖端由導電金屬或類石墨碳組成，其頂部直徑范圍是0.5～10納米。
所述電子發(fā)射體的高度范圍是100～2000納米。
所述透明外殼與熒光層之間還可包括一陽極層，可在陽極層與陰極層之間施加電壓，加速電子轟擊熒光層。
另外，于該導電陰極層與電子發(fā)射體之間還包括一成核層，該成核層用于催化沉積電子發(fā)射體，根據(jù)電子發(fā)射體的柱狀體材料的不同選擇不同材料的成核層。
導電陰極層與成核層之間還可以包括一功能層，該功能層為銅或者氮化銅，其具有良好機械強度，可改善場發(fā)射光源裝置的機械性能。
該導電陰極由銅、銀或金制成。導電陰極為金或銀等機械強度較小的金屬時，功能層尤為重要。
本發(fā)明解決第二技術問題的技術方案是提供一種場發(fā)射照明光源的制備方法，其包括下列步驟提供一陰極；在所述陰極表面形成一預定厚度的絕緣材料層；于上述絕緣層表面形成另一預定厚度的導電材料層；蝕刻上述導電層及絕緣層，形成多個電子發(fā)射體；提供一透明外殼；在外殼內(nèi)表面形成一熒光層，將熒光層與多個電子發(fā)射體對準進行封裝，形成場發(fā)射光源。
所述絕緣材料層采用化學氣相沉積法、電漿輔助化學氣相沉積法或離子束濺射等方法沉積而成。
所述導電材料層采用濺射法、磁控濺射法或離子束濺射法沉積而成。
相較于先前技術，本發(fā)明場發(fā)射照明光源的電子發(fā)射體是由絕緣柱狀體及形成于柱狀體頂部的導電尖端組成，電子發(fā)射尖端與導電陰極之間隔開一定距離并絕緣，從而可使電子發(fā)射尖端與陰極之間形成電勢差，以一較小電壓即可激發(fā)尖端發(fā)射高能量電子并轟擊熒光層，從而可發(fā)出高亮度光并節(jié)能。

圖1是先前技術中場發(fā)射燈的剖面示意圖；圖2是本發(fā)明場發(fā)射照明光源的剖面示意圖；圖3是本發(fā)明電子發(fā)射體的局部放大示意圖。
具體實施方式
下面將結合附圖對本發(fā)明作詳細說明。
請參閱圖2，本發(fā)明提供一種場發(fā)射照明光源2，其包括一導電陰極層21、多個納米電子發(fā)射體、一熒光層25、一陽極層26及一透明外殼27。其中電子發(fā)射體形成于導電陰極層21上，各電子發(fā)射體分別包括柱狀體28及尖端29。透明外殼27與所述電子發(fā)射體的尖端29間隔開一定距離。陽極層26形成于該透明外殼27靠近電子發(fā)射體一側的表面。熒光層25形成于該陽極層26靠近電子發(fā)射體一側的表面。
該場發(fā)射照明光源2還包括一基底20，其用于支撐陰極層21。陰極層21與電子發(fā)射體之間還依次包括一功能層22和一成核層23。功能層22用于增強陰極層21的機械強度。成核層23用于催化沉積電子發(fā)射體的絕緣柱狀體28。多個側壁24將該場發(fā)射照明光源2密封并支撐所述透明外殼27，從而形成一內(nèi)部真空空間。
所述基底20可以為金屬基底，包括銅、銀等金屬材料，要求其表面光滑平整，以利于形成導電陰極層21。金屬基底具有良好機械性能，不易破碎，便于實際應用。
所述基底20亦可以為非金屬基底，該非金屬包括硅或二氧化硅，易拋光，適合于在其表面形成較薄的后續(xù)導電陰極層21，并可提高生產(chǎn)效率、降低制備成本。
所述導電陰極層21由導電性良好的金屬材料形成，例如銅、銀及金。
所述功能層22為可選擇層，其由銅或氮化銅沉積于導電陰極層21表面而成，厚度非常薄，優(yōu)選厚度為1微米以下。其主要作用是加強導電陰極層21的機械性能，特別是導電陰極層21為金或銀等機械強度不夠時，該功能層22尤為重要。
所述成核層23有利于沉積后續(xù)電子發(fā)射體的絕緣柱狀體28，即為柱狀體層提供成核條件，根據(jù)所需沉積的絕緣柱狀體28的不同，應選擇不同材料的成核層23。如絕緣柱狀體為類金剛石碳材料時，成核層23應選擇鐵、鈷、鎳等過渡金屬材料；如果絕緣柱狀體由碳化硅或氮化硅等硅是材料組成時，成核層23一般可以選擇硅。該成核層23沉積于導電陰極層21表面，厚度非常薄，優(yōu)選厚度為1微米以下。該成核層12是可選擇層。
本發(fā)明所述電子發(fā)射體的柱狀體28是由絕緣的類金剛石碳材料組成，所述錐形尖端29是由導電的類石墨碳材料或鈮、鉬等金屬組成。該電子發(fā)射體的形成方法包括先藉由化學氣相沉積法、電漿輔助化學氣相沉積法、離子束濺射等方法形成一預定厚度的絕緣材料層，再藉由濺射法、磁控濺射或離子束濺射等方法沉積一另一預定厚度的導電材料層，再以化學蝕刻等方法形成所述絕緣柱狀體28及尖端29。該尖端29位于該柱狀體28的頂部，與柱狀體28緊密結合，且與陰極層21隔開一定距離并絕緣。
所述熒光層25包括有熒光材料，當有電子轟擊時產(chǎn)生可見光。
所述陽極層26可由ITO(銦錫氧化物)導電薄膜組成，該ITO(銦錫氧化物)為透明材料，采用化學氣相沉積法、電漿輔助化學氣相沉積法、離子束濺射等方法形成于透明外殼內(nèi)表面。陽極層26有利于電子加速轟擊到熒光層25上，可提高光源亮度。
所述透明外殼27可由透明玻璃制成。
請一并參閱圖3，一納米電子發(fā)射體的放大示意圖，其中，柱狀體28為直徑d2為10-100納米的圓柱體；尖端29為圓錐形或圓臺形，其底部較大直徑與圓柱體直徑相等，即為d2，上部較小直徑d1為0.5-10納米范圍內(nèi)；納米電子發(fā)射體的整體高度(即柱狀體18與錐形尖端19總高度)h為100～2000納米范圍內(nèi)。
使用時，提供能量激發(fā)尖端29發(fā)射電子，例如，施加不同電壓于導電陰極層21及陽極層26，從而在真空空間內(nèi)形成電場，在電場作用下，納米電子發(fā)射體的尖端29發(fā)射電子轟擊熒光層25而發(fā)出可見光。由于納米電子發(fā)射體加的尖端29位于該柱狀體28的頂部，與柱狀體28緊密結合，且與陰極層21隔開一定距離并絕緣，因此在電場力作用下，尖端29與導電陰極層21之間具有電勢差，有利于在較小電場力作用下尖端29即可發(fā)射高能量電子，從而轟擊熒光層25發(fā)出高亮度可見光。
本發(fā)明所提供的場發(fā)射照明光源還可以為其它形狀，例如，將本發(fā)明場發(fā)射照明光源的透明外殼設計為管狀，陰極為一金屬絲或條狀金屬，設置于管狀透明外殼內(nèi)，功能層或成核層可選擇地形成于陰極表面，電子發(fā)射體形成于陰極或功能層或成核層上，陽極層、熒光層依次形成于外殼內(nèi)表面，最后將外殼兩端封裝即可。此種管狀場發(fā)射照明光源的陰極層下不需要設置基底層。該管狀場發(fā)射照明光源與先前技術的不同的處在于其電子發(fā)射體包括絕緣柱狀體及導電尖端，電子發(fā)射尖端與陰極隔開一段距離并絕緣。
本發(fā)明所提供的場發(fā)射照明光源的制備方法包括下列步驟提供一陰極；在所述陰極表面形成一預定厚度的絕緣材料層；在上述絕緣層表面形成另一預定厚度的導電材料層；蝕刻上述導電層及絕緣層，形成多個電子發(fā)射體；提供一透明外殼；于外殼內(nèi)表面形成一熒光層，將熒光層與多個電子發(fā)射體對準進行封裝，形成場發(fā)射光源。
所述絕緣材料層采用化學氣相沉積法、電漿輔助化學氣相沉積法或離子束濺射等方法沉積而成。
所述導電材料層采用濺射法、磁控濺射法或離子束濺射法沉積而成。
與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明場發(fā)射照明光源的電子發(fā)射體是由絕緣柱狀體及形成于柱狀體頂部的導電尖端組成，電子發(fā)射尖端與導電陰極之間隔開一定距離并絕緣，從而可使電子發(fā)射尖端與陰極之間形成電勢差，以一較小電壓即可激發(fā)尖端發(fā)射高能量電子并轟擊熒光層，從而可發(fā)出高亮度光并節(jié)能。
權利要求
1.一種場發(fā)射照明光源，其包括一導電陰極；一透明外殼，其與該導電陰極相隔一定距離并形成一真空的內(nèi)部空間；一熒光層，其形成于該透明外殼內(nèi)表面；及多個靠近導電陰極層的電子發(fā)射體，用以發(fā)射電子轟擊熒光層而發(fā)出可見光；其特征在于該電子發(fā)射體分別包括一柱狀體及一尖端，該柱狀體由絕緣材料組成，該尖端由導電材料組成，該尖端形成于柱狀體頂部，與陰極隔開一定距離并絕緣。
2.如權利要求1所述的場發(fā)射照明光源，其特征在于該透明外殼為管狀，該陰極設置于管狀透明外殼內(nèi)。
3.如權利要求1所述的場發(fā)射照明光源，其特征在于該絕緣柱狀體材料包括類金剛石碳材料、碳化硅或氮化硅。
4.如權利要求1所述的場發(fā)射照明光源，其特征在于該尖端材料包括類石墨碳材料、鉬或鈮。
5.如權利要求1所述的場發(fā)射照明光源，其特征在于該陰極層表面還包括一功能層，增強陰極層的機械強度。
6.如權利要求1所述的場發(fā)射照明光源，其特征在于該柱狀體底部還包括一成核層。
7.如權利要求1～6項中任一項所述的場發(fā)射照明光源，其特征在于透明外殼與熒光層之間進一步包括一陽極層。
8.一種場發(fā)射照明光源的制備方法，其包括下列步驟提供一陰極；于所述陰極表面形成一預定厚度的絕緣材料層；于上述絕緣層表面形成另一預定厚度的導電材料層；蝕刻上述導電層及絕緣層，形成多個包括一絕緣柱狀體及一導電尖端的電子發(fā)射體；提供一透明外殼；于外殼內(nèi)表面形成一熒光層；將熒光層與多個電子發(fā)射體對準進行封裝，形成場發(fā)射光源。
9.如權利要求8所述的場發(fā)射照明光源制備方法，其特征在于該絕緣材料層采用化學氣相沉積法、電漿輔助化學氣相沉積法或離子束濺射法沉積而成。
10.如權利要求8所述的場發(fā)射照明光源制備方法，其特征在于該導電材料層采用濺射法、磁控濺射法或離子束濺射法沉積而成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種場發(fā)射照明光源，其包括一導電陰極；一透明外殼，其與該導電陰極相隔一定距離并形成一真空的內(nèi)部空間；一熒光層，其形成于該透明外殼內(nèi)表面；及多個靠近導電陰極層的電子發(fā)射體，用以發(fā)射電子轟擊熒光層而發(fā)出可見光；其中該電子發(fā)射體各包括一柱狀體及一尖端，該柱狀體由絕緣材料組成，該尖端由導電材料組成，該尖端形成于柱狀體頂部，與陰極隔開一定距離并絕緣。本發(fā)明場發(fā)射照明光源可廣泛用于照明設備，如汽車頭燈等。本發(fā)明還提供該場發(fā)射照明光源的制備方法。
文檔編號H01J9/24GK1790607SQ20041007756
公開日2006年6月21日 申請日期2004年12月15日 優(yōu)先權日2004年12月15日
發(fā)明者陳杰良 申請人:鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司, 鴻海精密工業(yè)股份有限公司