專利名稱：雙向交互放大電子/光子源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在殼體內(nèi)包括真空室的電子/光子源。本發(fā)明還涉;sjit應(yīng) 的用于制造這樣的電子/光子源的方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代節(jié)能照明設(shè)備中使用的技術(shù)使用汞作為有效組份之一。由于汞危 害環(huán)境，因此進行了大范圍研究以克服與節(jié)能、無汞照明相關(guān)聯(lián)的復(fù)雜的 技術(shù)困難。用來解決該問題的方法是使用場致發(fā)射光源技術(shù)。場致發(fā)射是當(dāng)鄰近 發(fā)射材料的表面的電場使發(fā)射材料表面存在的勢壘寬度變窄時發(fā)生的現(xiàn) 象。這允許發(fā)生量子隧道效應(yīng)，從而電子穿過勢壘并從材料發(fā)射出去。在現(xiàn)有技術(shù)的設(shè)備中，在具有例如玻璃壁的真空室中配置陰極，其中 該真空室在其內(nèi)側(cè)涂覆有陽極導(dǎo)電層。而且，在陽極導(dǎo)電層上淀積發(fā)光層。當(dāng)在陰極和陽極導(dǎo)電層之間施加電位差時，電子從陰fc^L射，并向陽極導(dǎo)電層加速。當(dāng)電子打在發(fā)光層上時，電子使該發(fā)光層發(fā)射光子，該過程被稱為陰極發(fā)光，其不同于傳統(tǒng)熒光照明i殳備例如傳統(tǒng)熒光管中采用的光致 發(fā)光。US 6， 573， 643公開了這樣的設(shè)備，其中陽極導(dǎo)電層例如可包括錮 錫氧化物且發(fā)光層包括磷光材料。該磷光材料從陰極接收電子并以可見波 長發(fā)射光子。接收電子并以可見波長發(fā)射光子的這樣的磷光材料非常昂貴且難以 制造，因此導(dǎo)致昂貴的照明設(shè)備。因此本發(fā)明的目的是提供一種對上述一些問題提供解決方案的新的 改進的場致發(fā)射光源。發(fā)明內(nèi)容獨立權(quán)利要求1和15所限定的基于場致發(fā)射、陰極發(fā)光和光增強場 致發(fā)射的電子/光子源以及對應(yīng)的用于制造這樣的電子/光子源的方法滿 足了上述需求。從屬權(quán)利要求限定了根據(jù)本發(fā)明的有利實施例。根據(jù)本發(fā)明的第一方面，本發(fā)明提供了一種電子/光子源，其包括殼 體內(nèi)的真空室，還包括配置在所述真空室內(nèi)的陽極和陰極。而且，陰極被 配置成當(dāng)在陽極和陰極之間施加電壓時發(fā)射電子，所述陽極被配置成當(dāng)接 收到從所述陰M射的電子時以第一波長范圍發(fā)射光，波長范圍轉(zhuǎn)換材料 被配置成接收所發(fā)射的所述第一波長范圍的光，并以第二波長范圍發(fā)射 光。本發(fā)明的該第 一 方面以 一種新方式使得可通過兩步將從陰極發(fā)射的 電子轉(zhuǎn)換成可見光。第一步包括將電子轉(zhuǎn)換成第一波長范圍的光，而第二 步包括將所述第一波長范圍的所述光轉(zhuǎn)換成第二波長范圍。這特別有利， 且4吏得可以選,的發(fā)射材料，該新的發(fā)射材料可以以電子到可見光的轉(zhuǎn) 換以一步完成的現(xiàn)有技術(shù)中所使用的材料的成本的一小部分來制造。表述 "波長范圍"應(yīng)理解為大部分、例如80%的光含量(light content)所 在的波長范圍。該波長范圍具有更低的起始點和更高的結(jié)束點。以相同的 方式，術(shù)語波長轉(zhuǎn)換材料應(yīng)理解為當(dāng)以所述第一波長范圍接收光時將光從 第 一波長范圍轉(zhuǎn)換到第二波長范圍的發(fā)射材料。在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，陽核Ji包括透明M，透明基tl一側(cè)被透 明導(dǎo)電材料覆蓋，該透明導(dǎo)電材料夾在所述基仗和發(fā)射材料之間。作為例 子，發(fā)射材料在從陰極接收電子時以約lOOnm- 400nm，更優(yōu)選地為約 200nm - 400nm以及最優(yōu)選地為約250nm- 400nm的第一波長范圍發(fā)射光。 第二波長范圍優(yōu)選地為約350nm- 900nm，更優(yōu)選地為約400nm- 800nm， 且最優(yōu)選地為約450nm- 650nm。這一般意味著配置在陽極上的發(fā)射材料在第一步將發(fā)射紫外光，波長范圍轉(zhuǎn)換材料接收該光并將其轉(zhuǎn)換成人眼可 見的光。透明導(dǎo)電材料可從廣范圍的材料中選擇，但優(yōu)選地使用銦錫氧化物 (ITO)或氧化鋅(ZnO)或甚至單壁碳納米管中之一，因為即使所應(yīng)用的 層處于lOOnm- 1000nm的間隔內(nèi)，這些透明材料也具有有優(yōu)勢的導(dǎo)電能 力。在本發(fā)明的另一優(yōu)選實施例中，發(fā)射材料是ZnO。 ZnO的使用顯示出 更有利，因為ZnO的室溫陰極發(fā)光光鐠在約380nm處具有強強JLJ^值，且 在+ /-20nm內(nèi)具有80。/。的光含量。作為另外的特征，當(dāng)在場致發(fā)射光源中用作陰極時，由于能夠在相對低的溫度生成ZnO納米尖端，Zn0的使用 顯示了良好的結(jié)果。這意味著可將陽極和陰極二者構(gòu)造為可互換的組件。 這將大大減小光源的制造成本。而且,優(yōu)選地使用對38Onm最敏感的紅色、 綠色、藍色熒光粉作為波長范圍轉(zhuǎn)換材料。作為替選，可使用藍色及黃色 熒光粉的混合物。如本領(lǐng)域技術(shù)人員所能理解的，有三種有利的方法在電子/光子源中 配置波長范圍轉(zhuǎn)換材料。第一種是覆蓋殼體的內(nèi)側(cè)，第二種是覆蓋真空室 的外側(cè)，第三種是將波長范圍轉(zhuǎn)換材料夾在基板和透明導(dǎo)電材料之間。使 用上述三種方式中的任何一種配置波長范圍轉(zhuǎn)換材料都可行，因而這可根 據(jù)光源的設(shè)計實現(xiàn)。在本發(fā)明的又一優(yōu)選實施例中，透明141是玻璃、石英或塑料中之一。 由于石英對所述UV光高度透明，因此石英的4吏用在實驗^研究中顯示出有 優(yōu)勢的結(jié)果，而塑料的使用將減少材料和制造成本。本發(fā)明的另一方面提供一種照明系統(tǒng)，該照明系統(tǒng)包括直流或交流控 制電子裝置和根據(jù)上述實施例的場致發(fā)射光源。照明系統(tǒng)可以是封閉單元 或者是包括上述組件的配置。本發(fā)明的又一方面提供一種制造電子/光子源、優(yōu)選地場致發(fā)射光源 的方法，該方法包括以下步驟提供殼體內(nèi)的真空室；在所述真空室內(nèi)配 置陽極和陰極；在所述場致發(fā)射光源內(nèi)配置用來接收從所述陽M射的第 一波長范圍的光并以第二波長范圍發(fā)射光的波長范圍轉(zhuǎn)換材料。如上結(jié)合 本發(fā)明的第一方面所述，該方法提供選擇新的發(fā)射材料的有利可能性，該 新的發(fā)射材料可以以電子到可見光的轉(zhuǎn)換以一步完成的現(xiàn)有技術(shù)中所使 用的材料的成本的一小部分來制造。在研究所附權(quán)利要求和以下說明書后本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將更 明顯。本領(lǐng)域凈支術(shù)人員應(yīng)i人識到本發(fā)明的不同特征可組合以產(chǎn)生與以下所 述不同的實施例。


現(xiàn)在參照附圖更詳細說明本發(fā)明，在附圖中圖1示出場致發(fā)射熒光管的側(cè)視圖。圖2示出現(xiàn)有技術(shù)場致發(fā)射熒光管的部分截面。圖3示出根據(jù)本發(fā)明實施例的電子/光子源的部分截面。 圖4示出Zn0納米尖端的場發(fā)射掃描電子顯微鏡圖像。 圖5示出Zn0納米尖端的陰M光光鐠。 圖6示出根據(jù)本發(fā)明另一實施例的部分截面。
具體實施方式
圖1示出現(xiàn)有技術(shù)場致發(fā)射熒光管100,其中陰極101被管102圍繞。 陽極(未示出)連接到電接觸106。圖2示出現(xiàn)有技術(shù)場致發(fā)射熒光管100的部分截面。管102包括玻璃 結(jié)構(gòu)103和透明且導(dǎo)電的陽極層104,該陽極層104夾在玻璃結(jié)構(gòu)103和 發(fā)射層105之間。導(dǎo)電陽極層連接到電接觸106。而且，當(dāng)發(fā)射層105被 導(dǎo)電層104和陰極101之間的電位差所引起的電子120撞擊時，該發(fā)射層 105被使得以可見波長130的光&光。在圖3中，圖1中的場致發(fā)射熒光管的部分截面示出了根據(jù)本發(fā)明的 優(yōu)選實施例。圖3也示出了陰極101以及透明且導(dǎo)電的陽極層104。陰極材料可以 是例如但又不限于ZnO的銳利尖端或碳納米管。透明且導(dǎo)電的陽極層104 夾在發(fā)射材料107和透明^i^L 108之間。透明基敗108用作被抽空的封閉 室。當(dāng)在陰極101和陽極層104之間出現(xiàn)電位差時，發(fā)射材料107被來自 陰極101的電子120撞擊并以第一波長131例如紫外波長范圍內(nèi)的波長 (一般為約200nm- 400nm)發(fā)射光。第一波長131的光穿過透明a 108 并將轟擊波長范圍轉(zhuǎn)換材料109,使該波長范圍轉(zhuǎn)換材料109以第二波長 130發(fā)射光，該第二波長130優(yōu)選地為可見波長例如約400nm - 700咖范 圍內(nèi)的波長。在本發(fā)明優(yōu)選實施例中,透明導(dǎo)電層104由銦錫氧化物(ITO) 制成且透明基板108由石英制成。如上所述，當(dāng)選擇發(fā)射材料107時，ZnO是特別有利的選擇，因為當(dāng) 被電子撞擊時其將在約380nm發(fā)光。這使得選擇波長范圍轉(zhuǎn)換材料109 更容易?，F(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖4，其中示出了在藍寶石上的ZnO納米尖端的場發(fā)射 掃描電子顯微鏡圖像。該尖端銳利且密集分布。而且，圖5示出ZnO納米 尖端的陰M光光鐠。可以看出，在約380nm處觀察到強尖峰。本領(lǐng)域技這樣的設(shè)計在圖6中示出。本發(fā)明的該實施例仍以管結(jié)構(gòu)示出，但是 其當(dāng)然可以是任何可行的照明設(shè)備設(shè)計的形狀，其中波長范圍轉(zhuǎn)換材料 109配置在外壁103上，外壁103優(yōu)選地由玻璃制成并形成遮蔽殼體。真 空室由透明a 108形成，其中在其內(nèi)側(cè)淀積了作為兩個電隔離部分的兩 個可互換的陽極/陰極組件。這兩個組件各自包括透明導(dǎo)電層，在該透明 導(dǎo)電層上生長如圖4所示的ZnO納米尖端107。基于(從電源150)所施 加的電壓極性，這兩個隔離組件用作陽極或陰極。圖6所示的設(shè)計的功能 性與圖3所示的設(shè)計的兩步光轉(zhuǎn)換功能性一致。如本領(lǐng)域技術(shù)人員所能理 解的，當(dāng)討論本發(fā)明的基本物理性質(zhì)時，當(dāng)在陰極上產(chǎn)生負高電場時，將 發(fā)生場致發(fā)射。電子將撞擊波長轉(zhuǎn)換材料并產(chǎn)生UV光子。向前發(fā)射的UV 光子將執(zhí)行波長轉(zhuǎn)換，而向后發(fā)射的UV光子將撞擊陰極并引起光增強場 致發(fā)射。因此，圖6所示的結(jié)構(gòu)將不僅從ZnO納米尖端107 (其此時用作 陽極)向波長范圍轉(zhuǎn)換材料109發(fā)射光子，還"幫助"此時起作用的陰極 發(fā)射更多的電子(當(dāng)被從ZnO納米尖端107發(fā)射的光(光子)撞擊時)， 從而用作放大器并因此形成雙向交互放大電子/光子源。在本發(fā)明又一實施例中，電源150可以是高頻電源，其中例如兩側(cè)的 107 (見圖6)基于與交流源相關(guān)聯(lián)的極性可交替用作陽極或陰極。盡管詳細說明了本發(fā)明及其優(yōu)點，應(yīng)理解在不脫離由所附權(quán)利要求限 定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下可作出各種改變、替換和變更。例如本 發(fā)明不限于優(yōu)選實施例中所述的管結(jié)構(gòu)，而是可例如設(shè)計為球形或現(xiàn)在或 將來的照明源結(jié)構(gòu)的任何其它形狀。
權(quán)利要求
1.一種電子/光子源，包括殼體內(nèi)的真空室，其特征在于所述光源還包括配置在所述真空室內(nèi)的陽極(104)和陰極(101)，所述陰極(101)被配置成當(dāng)在所述陽極(104)和陰極(101)之間施加電壓時發(fā)射電子(120)，所述陽極(104)被配置成當(dāng)接收到從所述陰極(101)發(fā)射的電子(120)時以第一波長范圍(131)發(fā)射光，波長范圍轉(zhuǎn)換材料(109)被配置成接收所發(fā)射的所述第一波長范圍(131)的光，并以第二波長范圍(130)發(fā)射光。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電子/光子源，其中所述陽極包括透明141 (108),該透明基板(108) —側(cè)覆蓋透明導(dǎo)電材料(104),該透明導(dǎo)電材料(104 )被夾在所述基板(108 )和發(fā)射材料(107 )之間。
3. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的電子/光子源，其中所述陽極和 所述陰極是相似的可互換組件。
4. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的電子/光子源，其中所述波長范 圍轉(zhuǎn)換材料(109)覆蓋所述殼體的內(nèi)側(cè)。
5. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的電子/光子源，其中所述波長范 圍轉(zhuǎn)換材料(109 )覆蓋所述真空室的外側(cè)。
6. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的電子/光子源，其中所述波長范 圍轉(zhuǎn)換材料(109 )夾在所述基板(108 )和所述透明導(dǎo)電材料(l(M )之 間。
7. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的電子/光子源，其中所述第一波 長范圍為約lOOnm- 450nm，優(yōu)選地為約250nm- 420nm。
8. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的電子/光子源，其中所述第二波 長范圍為約350nm- 900咖，更優(yōu)選地為約400nm- 800nm，最優(yōu)選地為約 450nm- 650nm。
9. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的電子/光子源，其中所述波長范 圍轉(zhuǎn)換材料(109)是紅色、綠色和藍色熒光粉的混合物或藍色及黃色熒 光粉的混合物。
10. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的電子/光子源，其中所U射 材料(107)是ZnO。
11. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的電子/光子源，其中所述透明基板(108)是玻璃、石英或塑料中之一。
12. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的電子/光子源，其中所述透明 導(dǎo)電材料(104)是IT0、 ZnO或單壁碳納米管中之一。
13. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的電子/光子源，其中所述透明 (108 )構(gòu)成所述真空室的壁。
14. 一種照明系統(tǒng)，包括直流或交流控制電子裝置和根據(jù)前述權(quán)利要 求中任一項所述的電子/光子源。
15. —種用于制造電子/光子源的方法，包括以下步驟 -提供殼體內(nèi)的真空室， -在所述真空室內(nèi)配置陽極和陰極，以及—在所述場致發(fā)射光源內(nèi)配置波長范圍轉(zhuǎn)換材料(109 )，該波長范圍 轉(zhuǎn)換材料(109 )用來接iJ^所述陽^L射的第一波長范圍(131)的光并以 第二波長范圍(130)發(fā)射光。
全文摘要
一種基于場致發(fā)射、陰極發(fā)光和光增強場致發(fā)射的電子/光子源，包括殼體內(nèi)的真空室，還包括配置在所述真空室內(nèi)的陽極和陰極。而且，陰極被配置成當(dāng)在陽極和陰極之間施加電壓時發(fā)射電子，所述陽極被配置成當(dāng)接收從所述陰極發(fā)射的電子時以第一波長范圍發(fā)射光，波長范圍轉(zhuǎn)換材料被配置成接收所發(fā)射的所述第一波長范圍的光并以第二波長范圍發(fā)射光。本發(fā)明以新的方式使得可以通過兩步將從陰極發(fā)射的電子轉(zhuǎn)換成可見光。本發(fā)明已顯示出是有益的，并使得可以選擇新的發(fā)射材料，該新的發(fā)射材料可以以電子到可見光的轉(zhuǎn)換以一步完成的早期使用的材料的成本的一小部分來制造。
文檔編號H01J63/04GK101223627SQ200680025930
公開日2008年7月16日 申請日期2006年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月30日
發(fā)明者胡秋紅 申請人:光實驗室瑞典股份公司