一種場發(fā)射平面光源及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種場發(fā)射平面光源，包括陽極、聚焦極、柵極、陰極和隔離體，陽極、聚焦極、柵極、陰極和隔離體形成一真空密封的腔體，陽極依次包括陽極基板、陽極導電層和發(fā)光層；隔離體包括隔離主體和側壁支撐體，隔離主體開設有一漏斗狀通孔，隔離主體的大開口端與發(fā)光層相接，小開口端通過側壁支撐體與聚焦極相接；聚焦極開設能使電子聚焦的聚焦通孔；柵極開設能使由陰極發(fā)射的電子通過的柵極通孔，柵極通過側壁支撐體夾心設置在聚焦極與陰極之間；陰極依次包括圓形片狀的陰極發(fā)射體、陰極導電層和陰極基板，陰極導電層上表面設置有多個陰極發(fā)射體。本發(fā)明還提供了該場發(fā)射平面光源的制備方法。
【專利說明】一種場發(fā)射平面光源及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及光電子【技術領域】，特別涉及一種場發(fā)射平面光源及其制備方法。
【背景技術】
[0002] 場發(fā)射平面光源的原理為：在陰極與陽極中間的真空帶中導入電壓以產(chǎn)生電場， 使電場刺激陰極發(fā)射體發(fā)射電子并在陽極上正電壓的加速吸引下撞擊涂布在陽極的螢光 粉，而產(chǎn)生發(fā)光效應。
[0003] 場發(fā)射平面光源，因具有節(jié)能、環(huán)保、能夠在惡劣環(huán)境下工作（如高溫環(huán)境和低溫 環(huán)境)、輕薄等優(yōu)點，可廣泛應用于各個照明領域。場發(fā)射平面光源與傳統(tǒng)的背光模塊相比， 不僅構造簡單，而且節(jié)能、體積小、易于大面積平面化、亮度高，符合了未來平面光源的發(fā)展 需求。盡管場發(fā)射平面光源在未來的市競爭中具有不可替代的優(yōu)勢，其在實際應用上仍存 在一些問題需要解決。
[0004] 在實際工作過程中，陽極在受到來自陰極發(fā)射出的電子束的轟擊下會產(chǎn)生一定量 的殘余氣體，這些氣體中部分氣體的電離能小于從陰極發(fā)射出的電子束能量因此會發(fā)生電 離現(xiàn)象，電離出來的正離子將在強電場作用下垂直陰極表面方向轟擊陰極表面，從而導致 陰極電子發(fā)射材料損壞，造成發(fā)射能力的下降，嚴重影響場發(fā)射平面光源工作的穩(wěn)定性和 壽命。
【發(fā)明內容】
[0005] 有鑒于此，本發(fā)明提供了一種場發(fā)射平面光源，該場發(fā)射平面光源具有開設有一 漏斗狀通孔的隔離主體，該隔離主體能夠阻擋陽極電離產(chǎn)生的正離子轟擊陰極表面的途 徑，減少了轟擊到陰極表面的正離子數(shù)，進而改善了陰極發(fā)射電子的穩(wěn)定性以及提高了場 發(fā)射平面光源的壽命。本發(fā)明還提供了該場發(fā)射平面光源的制備方法。
[0006] 本發(fā)明第一方面提供了一種場發(fā)射平面光源，包括陽極、聚焦極、柵極、陰極和隔 離體，所述陽極、聚焦極、柵極、陰極和隔離體形成一真空密封的腔體，
[0007] 所述陽極依次包括陽極基板、陽極導電層和發(fā)光層；
[0008] 所述隔離體包括隔離主體和側壁支撐體，所述隔離主體開設有一漏斗狀通孔，所 述隔離主體的大開口端與所述發(fā)光層相接，小開口端通過所述側壁支撐體與所述聚焦極相 接；
[0009] 所述聚焦極開設能使電子聚焦的聚焦通孔；
[0010] 所述柵極開設能使由陰極發(fā)射的電子通過的柵極通孔，所述柵極通過側壁支撐體 夾心設置在所述聚焦極與所述陰極之間；
[0011] 所述陰極依次包括圓形片狀的陰極發(fā)射體、陰極導電層和陰極基板，所述陰極導 電層上表面設置有多個所述陰極發(fā)射體。
[0012] 優(yōu)選地，所述聚焦通孔包括導電平板和設置在所述導電平板上方的突起，所述聚 焦通孔貫穿所述導電平板和所述突起并在在所述突起頂端具有最小處的直徑。
[0013] 優(yōu)選地，所述隔離主體小開口端開口 口徑小于或等于所述聚焦通孔最小處的孔 徑。
[0014] 優(yōu)選地，所述陰極發(fā)射體與所述柵極通孔、所述聚焦極通孔和所述隔離主體漏斗 狀通孔處于同一軸線位置。
[0015] 優(yōu)選地，所述陽極基板的材質為玻璃，所述陽極導電層為金屬鋁、金或銀層，或者 銦錫氧化物層，所述發(fā)光層為可激發(fā)出波長為420nm?480nm藍光的熒光粉層。
[0016] 優(yōu)選地，所述隔離體的材質為陶瓷、玻璃或碳化硼。
[0017] 優(yōu)選地，所述聚焦極和/或柵極的材質為銅。
[0018] 優(yōu)選地，所述陰極基板的材質為玻璃，所述陰極導電層為金屬鋁、金或銀層，或者 銦錫氧化物層，所述陰極發(fā)射體的材質為碳納米管。
[0019] 優(yōu)選地，所述陰極導電層上表面設置有多個所述陰極發(fā)射體的區(qū)域與所述柵極通 孔的形狀均為圓形，所述區(qū)域的直徑等于所述柵極通孔的口徑。
[0020] 本發(fā)明第二方面提供了一種場發(fā)射平面光源的制備方法，包括以下步驟：
[0021] 在陽極基板上采用制備陽極導電層，然后在所述陽極導電層表面設置發(fā)光層，得 到陽極；
[0022] 在陰極基板上設置陰極導電層，然后在所述陰極導電層表面平鋪設置多個陰極發(fā) 射體，所述陰極發(fā)射體為圓形片狀，得到陰極；
[0023] 采用絕緣材料制作隔離體，所述隔離體包括隔離主體和側壁支撐體，所述隔離主 體開設有一漏斗狀通孔；
[0024] 制備開設有能使電子聚焦的聚焦通孔的聚焦極；
[0025] 制備開設有能使由陰極發(fā)射的電子通過的柵極通孔的柵極；
[0026] 將所述陽極、聚焦極、柵極、陰極和隔離體進行組裝，所述隔離主體的大開口端與 所述發(fā)光層相接，小開口端通過所述側壁支撐體與所述聚焦極相接，所述柵極通過側壁支 撐體夾心設置在所述聚焦極與所述陰極之間，所述陽極、聚焦極、柵極、陰極和隔離體組裝 形成一腔體，真空密封所述腔體，制得場發(fā)射平面光源。
[0027] 本發(fā)明提供了一種場發(fā)射平面光源及其制備方法。該場發(fā)射平面光源具有開設有 一漏斗狀通孔的隔離主體，當在各個電極施加相應的電壓后，陰極發(fā)射出的電子束轟擊陽 極后所產(chǎn)生的正離子在電場作用下以垂直的方向往陰極加速，該隔離主體能夠阻擋陽極電 離產(chǎn)生的正離子轟擊陰極表面的途徑，隔離主體小開口端開口口徑較小，減少了轟擊到陰 極表面的正離子數(shù)，降低對陰極發(fā)射體的毀壞程度，進而改善了陰極發(fā)射電子的穩(wěn)定性以 及提高了場發(fā)射平面光源的壽命。此外，本發(fā)明場發(fā)射平面光源的陰極發(fā)射體為多個，呈圓 形片狀，相比整片片狀納米薄膜層而言，減小了陰極發(fā)射體的面積，緩減了大面積陰極發(fā)射 體帶來的"面積效應"（面積效應為隨著陰極發(fā)射體面積增大到一定程度，同樣的外加驅動 電壓和陰極陽極間距的作用下，發(fā)射電流不隨面積增大而增大)。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0028] 圖1是本發(fā)明實施例中場發(fā)射平面光源的剖面圖；
[0029] 圖2是本發(fā)明實施例中場發(fā)射平面光源的陽極結構圖；
[0030] 圖3是本發(fā)明實施例中場發(fā)射平面光源的隔離主體結構圖；
[0031] 圖4是本發(fā)明實施例中場發(fā)射平面光源的聚焦極結構圖；
[0032] 圖5是本發(fā)明實施例中場發(fā)射平面光源的柵極結構圖；
[0033] 圖6是本發(fā)明實施例中場發(fā)射平面光源的陰極俯視圖；
[0034] 圖7是本發(fā)明實施例中場發(fā)射平面光源的剖面工作效果示意圖。
【具體實施方式】
[0035] 以下所述是本發(fā)明實施例的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本【技術領域】的普通技 術人員來說，在不脫離本發(fā)明實施例原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進 和潤飾也視為本發(fā)明實施例的保護范圍。
[0036] 圖1是本發(fā)明實施例中場發(fā)射平面光源的截面圖；圖2是本發(fā)明實施例中場發(fā)射 平面光源的陽極結構圖；圖3是本發(fā)明實施例中場發(fā)射平面光源的隔離主體結構圖；圖4 是本發(fā)明實施例中場發(fā)射平面光源的聚焦極結構圖；圖5是本發(fā)明實施例中場發(fā)射平面光 源的柵極結構圖；圖6是本發(fā)明實施例中場發(fā)射平面光源的陰極結構圖。
[0037] 參照圖1?6,本發(fā)明實施例提供的一種場發(fā)射平面光源，包括陽極10、隔離體20、 聚焦極30、柵極40和陰極板50。陽極10、聚焦極30、柵極40、陰極50和隔離體20形成一 真空密封的腔體。陽極10依次包括陽極基板11、陽極導電層12和發(fā)光層13 ;隔離體20包 括隔離主體21和側壁支撐體22,隔離主體21開設有一漏斗狀通孔200,隔離主體21的大 開口端與發(fā)光層13相接，小開口端通過側壁支撐體22與聚焦極30相接；聚焦極30開設能 使電子聚焦的聚焦通孔300,聚焦極30包括導電平板31和設置在導電平板上方的突起32， 聚焦通孔300貫穿導電平板31和突起32并在在突起32頂端具有最小處的直徑，隔離主體 21小開口端開口口徑小于或等于聚焦通孔300最小處的孔徑。柵極40包括導電柵板41以 及開設在導電柵板41上的能使由陰極發(fā)射的電子通過的柵極通孔400,柵極40通過側壁支 撐體22夾心設置在聚焦極30與陰極50之間。陰極50依次包括陰極發(fā)射體51、陰極導電 層52和陰極基板53,陰極導電層52設置在陰極基板53上表面，陰極發(fā)射體51為圓形片 狀，多個陰極發(fā)射體51平鋪設置在陰極導電層52上表面。
[0038] 圖2是本發(fā)明實施例中場發(fā)射平面光源的陽極結構圖。陽極10 (圖1示）包括陽 極基板11、和形成于陽極基板11上的陽極導電層12和發(fā)光層13,發(fā)光層13形成于陽極導 電層12上。其中，陽極基板11選自玻璃或陶瓷材質的圓形或方形板，本實施例中采用玻璃 材質。陽極導電層12為金屬鋁、金或銀層，或者銦錫氧化物（ΙΤ0)層，本實施例中采用鋁層， 通過磁控濺射法制備在陽極基板11上。發(fā)光層13為可激發(fā)出波長為420nm?480nm藍光 的熒光粉層。發(fā)光層13可采用絲網(wǎng)印刷的方式制備。本發(fā)明對陽極基板11、陽極導電層 12和發(fā)光層13的厚度不作特殊限定。
[0039] 圖3是本發(fā)明實施例中場發(fā)射平面光源的隔離主體結構圖。隔離體20 (圖1示） 包括隔離主體21和側壁支撐體22 (圖1示)，隔離主體21開設有一漏斗狀通孔200,隔離 主體21的大開口端與發(fā)光層13相接，小開口端通過側壁支撐體22與聚焦極30相接。隔 離體的材質選用具有一定剛度并不容易放氣的絕緣材料，例如陶瓷、玻璃或碳化硼，本實施 例采用94%氧化鋁陶瓷。在本實施例中，隔離體20為拆分結構，即隔離主體21與側壁支撐 體22分別單獨存在，通過膠黏劑封接在一起，其中，側壁支撐體22包括三個環(huán)柱狀的支撐 子體221 (圖1示)、222 (圖1示）和223 (圖1示)。當然，在其他實施例中隔離體20可以 為一體化結構，即隔離主體21和側壁支撐體22為一整體構件。隔離體20的外表面形狀不 作特殊限制，可以為柱形。所述柱形可以是圓柱形，也可以是方柱形。在本實施例中，隔離 體20的外表面為圓柱形。隔離主體21的漏斗狀通孔200可以為方形或圓形。在本實施例 中，漏斗狀通孔200為圓形。
[0040] 在本實施例中，聚焦極30、柵極40和陰極50分別通過環(huán)柱狀的支撐子體221、222 和223隔開設置，并通過膠黏劑進行固定，陽極10采用低玻粉與隔離體20進行固定。
[0041] 圖4是本發(fā)明實施例中場發(fā)射平面光源的聚焦極結構圖。圖5是本發(fā)明實施例中 場發(fā)射平面光源的柵極結構圖。聚焦極30開設能使電子聚焦的聚焦通孔300，聚焦極30包 括導電平板31和設置在導電平板上方的突起32,聚焦通孔300貫穿導電平板31和突起32 并在在突起32頂端具有最小處的直徑。在本實施例中，隔尚王體21小開口端開口 口徑小 于聚焦通孔300的最小處直徑。在其他實施例中，隔離主體21小開口端開口 口徑可等于聚 焦通孔300的最小處直徑。柵極40包括導電柵板41以及開設在導電柵板41上的能使由 陰極發(fā)射的電子通過的柵極通孔400。聚焦極30和柵極40為圓形或方形板金屬板，本實施 例中為圓形金屬銅板。在本實施例中，聚焦極30和柵極40與陽極基板11的形狀一致，均 為圓形。柵極40通過側壁支撐體23夾心設置在聚焦極30與陰極50之間，聚焦極30和柵 極40以預定距離設置，該預定距離可根據(jù)實際情況科學設定，以使器件獲得最好的發(fā)射效 果，本發(fā)明對此不做特殊限定。
[0042] 陰極50依次包括陰極發(fā)射體51、陰極導電層52和陰極基板53。陰極基板53的 形狀與陽極基板11相匹配，可以為圓形或方形。在本實施例中，陰極基板53為圓形，材質 為玻璃。陰極導電層52為金屬鋁、金或銀層，或者銦錫氧化物（ΙΤ0)層，通過磁控濺射法平 鋪制備在陰極基板53上，在本實施例中，陰極導電層52形成一薄層，完全覆蓋陰極基板53。 陰極發(fā)射體51通過直接生長(如化學氣相沉積法）或涂覆(如絲網(wǎng)印刷法）的方式平鋪設置 在陰極導電層52上表面中部的圓形區(qū)域內。圖6是本發(fā)明實施例中場發(fā)射平面光源的陰 極俯視圖。陰極發(fā)射體51為圓形片狀，多個陰極發(fā)射體51平鋪設置在陰極導電層52上表 面。陰極發(fā)射體51的個數(shù)與其單個的面積相關，陰極發(fā)射體51所占圓形區(qū)域的面積與柵 極通孔400的面積大小相當，本實施例中陰極發(fā)射體51的個數(shù)為7個。陰極發(fā)射體51的 材質為氧化鋅納米棒或碳納米管，在本實施例中，陰極發(fā)射體51與柵極通孔400、聚焦通孔 300以及隔離主體的漏斗狀通孔200處于同一軸線位置。
[0043] 圖7是本發(fā)明實施例中場發(fā)射平面光源的剖面工作效果示意圖。本實施例提供的 場發(fā)射平面光源的工作原理如下：將陰極50 (圖7未示）接地，在柵極40 (圖7未示）施加 一個正向電壓Vg，同時在聚焦極30 (圖7未不）施加一個負電壓Vf，在陽極導電層12施加 一個相對柵極電壓較大的加速電壓Va，這時候，從陰極50 (圖7未不)所產(chǎn)生的電子束60會 經(jīng)過聚焦極電壓的影響及陽極高電壓的加速以發(fā)射的形式轟擊發(fā)光層13,和傳統(tǒng)的場發(fā)射 平面光源區(qū)別的是，電子束60轟擊發(fā)光層13后所產(chǎn)生的正離子在電場作用下以垂直的方 向往陰極50 (圖7未示)加速的中間過程被"漏斗"狀的絕緣隔離主體21攔截，由于漏斗狀 通孔的小開口端開口口徑較小，所以大大減少轟擊陰極50 (圖7未示）的正離子數(shù)量，從而 降低了對陰極發(fā)射體51 (圖7未示）的毀壞程度，提高了器件工作的穩(wěn)定性及壽命。
[0044] 另一方面，上述場發(fā)射平面光源的制備方法如下：
[0045] 首先，選用一塊圓形玻璃作為陽極基板11，玻璃厚度為3_、直徑為100mm，將陽極 基板11依次用丙酮、乙醇、去離子水超聲清洗15分鐘并吹干或烘干。然后在該潔凈的陽極 基板11上采用磁控濺射的方法制備厚度為2 μ m的金屬鋁陽極導電層12,隨后在該陽極導 電層12上采用涂覆法涂覆一層厚度為35μπι的ZnS:Ag藍光熒光粉層作為發(fā)光層13,得到 陽極10 ;
[0046] 選用一塊與陽極基板11的形狀和尺寸一致的圓形玻璃作為陰極基板53,將陰極 基板53依次用丙酮、乙醇、去離子水超聲清洗15分鐘并吹干或烘干。然后在該潔凈的陰極 基板53上采用磁控濺射的方法制備厚度為2 μ m的金屬鋁陰極導電層52,隨后在該陰極導 電層52上表面中部直徑為30mm的圓形區(qū)域內，采用涂覆法涂覆多個陰極發(fā)射體51，陰極發(fā) 射體51為圓形片狀，陰極發(fā)射體51的厚度為5 μ m，得到陰極50 ;
[0047] 采用切割、打磨等加工方法得到一個外表面為圓柱形，外周圓直徑為100mm的陶 瓷材質隔離主體21和三個外表面為圓柱形，外周圓直徑為100mm、內環(huán)直徑為80mm的環(huán)柱 狀的陶瓷材質側壁支撐子體221、222和223,隔離主體21中部開設有漏斗狀通孔200,漏斗 狀通孔200的大開口端開口 口徑為80mm，小開口端開口 口徑為2mm ;
[0048] 采用切割、拋光等方法加工得到直徑為100mm，且中心具有聚焦通孔300的圓形金 屬銅板作為聚焦極30,該聚焦極包括金屬銅導電平板31和設置在金屬銅導電平板31上方 的突起32,聚焦通孔300貫穿金屬銅導電平板31和突起32并在突起32頂端具有最小處直 徑，聚焦通孔300最小處的孔徑等于隔離主體21小開口端開口口徑，為2mm ;同樣，采用切 害!]、拋光等方法加工得到直徑為100mm，且中心具有柵極通孔400的圓形金屬銅板作為柵極 40，柵極通孔400的口徑為30mm ;
[0049] 將上述所得陽極10、隔離體20、聚焦極30、柵極40和陰極50進行組裝，隔離主體 21的大開口端與發(fā)光層13相接，采用低玻粉進行固定，小開口端與側壁支撐體22相接，聚 焦極30、柵極40和陰極50采用三個支撐子體221、222和223隔開設置，并用膠黏劑粘結固 定，柵極40設置在陰極50-側；最后組裝形成一收容空間，抽真空至1 X l(T5Pa，密封該收 容空間，制得場發(fā)射平面光源。
[0050] 上面結合附圖對本發(fā)明的實施例進行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體 實施方式，上述的【具體實施方式】僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領域的普通技術人員 在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權利要求所保護的范圍情況下，還可做出很多 形式，這些均屬于本發(fā)明的保護之內。
【權利要求】
1. 一種場發(fā)射平面光源，包括陽極、聚焦極、柵極、陰極和隔離體，所述陽極、聚焦極、柵 極、陰極和隔離體形成一真空密封的腔體，其特征在于， 所述陽極依次包括陽極基板、陽極導電層和發(fā)光層； 所述隔離體包括隔離主體和側壁支撐體，所述隔離主體開設有一漏斗狀通孔，所述隔 離主體的大開口端與所述發(fā)光層相接，小開口端通過所述側壁支撐體與所述聚焦極相接； 所述聚焦極開設能使電子聚焦的聚焦通孔； 所述柵極開設能使由陰極發(fā)射的電子通過的柵極通孔，所述柵極通過側壁支撐體夾心 設置在所述聚焦極與所述陰極之間； 所述陰極依次包括圓形片狀的陰極發(fā)射體、陰極導電層和陰極基板，所述陰極導電層 上表面設置有多個所述陰極發(fā)射體。
2. 如權利要求1所述的一種場發(fā)射平面光源，其特征在于，所述聚焦通孔包括導電平 板和設置在所述導電平板上方的突起，所述聚焦通孔貫穿所述導電平板和所述突起并在在 所述突起頂端具有最小處的直徑。
3. 如權利要求2所述的一種場發(fā)射平面光源，其特征在于，所述隔離主體小開口端開 口口徑小于或等于所述聚焦通孔最小處的孔徑。
4. 如權利要求1所述的一種場發(fā)射平面光源，其特征在于，所述陰極發(fā)射體與所述柵 極通孔、所述聚焦極通孔和所述隔離主體漏斗狀通孔處于同一軸線位置。
5. 如權利要求1所述的一種場發(fā)射平面光源，其特征在于，所述陽極基板的材質為玻 璃，所述陽極導電層為金屬鋁、金或銀層，或者銦錫氧化物層，所述發(fā)光層為可激發(fā)出波長 為420nm?480nm藍光的熒光粉層。
6. 如權利要求1所述的一種場發(fā)射平面光源，其特征在于，所述隔離體的材質為陶瓷、 玻璃或碳化硼。
7. 如權利要求1所述的一種場發(fā)射平面光源，其特征在于，所述聚焦極和/或柵極的材 質為銅。
8. 如權利要求1所述的一種場發(fā)射平面光源，其特征在于，所述陰極基板的材質為玻 璃，所述陰極導電層為金屬鋁、金或銀層，或者銦錫氧化物層，所述陰極發(fā)射體的材質為碳 納米管。
9. 如權利要求1所述的一種場發(fā)射平面光源，其特征在于，所述陰極導電層上表面設 置有多個所述陰極發(fā)射體的區(qū)域與所述柵極通孔的形狀均為圓形，所述區(qū)域的直徑等于所 述柵極通孔的口徑。
10. -種場發(fā)射平面光源的制備方法，其特征在于，包括以下步驟： 在陽極基板上采用制備陽極導電層，然后在所述陽極導電層表面設置發(fā)光層，得到陽 極； 在陰極基板上設置陰極導電層，然后在所述陰極導電層表面平鋪設置多個陰極發(fā)射 體，所述陰極發(fā)射體為圓形片狀，得到陰極； 采用絕緣材料制作隔離體，所述隔離體包括隔離主體和側壁支撐體，所述隔離主體開 設有一漏斗狀通孔； 制備開設有能使電子聚焦的聚焦通孔的聚焦極； 制備開設有能使由陰極發(fā)射的電子通過的柵極通孔的柵極； 將所述陽極、聚焦極、柵極、陰極和隔離體進行組裝，所述隔離主體的大開口端與所述 發(fā)光層相接，小開口端通過所述側壁支撐體與所述聚焦極相接，所述柵極通過側壁支撐體 夾心設置在所述聚焦極與所述陰極之間，所述陽極、聚焦極、柵極、陰極和隔離體組裝形成 一腔體，真空密封所述腔體，制得場發(fā)射平面光源。
【文檔編號】H01J63/02GK104064440SQ201310093831
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2013年3月22日 優(yōu)先權日:2013年3月22日
【發(fā)明者】周明杰, 吳康鋒, 梁艷馨 申請人:海洋王照明科技股份有限公司, 深圳市海洋王照明技術有限公司, 深圳市海洋王照明工程有限公司