专利名称：双向交互放大电子/光子源的制作方法
技术领域：
本发明涉及在壳体内包括真空室的电子/光子源。本发明还涉;sjit应 的用于制造这样的电子/光子源的方法。
背景技术：
现代节能照明设备中使用的技术使用汞作为有效组份之一。由于汞危 害环境，因此进行了大范围研究以克服与节能、无汞照明相关联的复杂的 技术困难。用来解决该问题的方法是使用场致发射光源技术。场致发射是当邻近 发射材料的表面的电场使发射材料表面存在的势垒宽度变窄时发生的现 象。这允许发生量子隧道效应，从而电子穿过势垒并从材料发射出去。在现有技术的设备中，在具有例如玻璃壁的真空室中配置阴极，其中 该真空室在其内侧涂覆有阳极导电层。而且，在阳极导电层上淀积发光层。当在阴极和阳极导电层之间施加电位差时，电子从阴fc^L射，并向阳极导电层加速。当电子打在发光层上时，电子使该发光层发射光子，该过程被称为阴极发光，其不同于传统荧光照明i殳备例如传统荧光管中采用的光致 发光。US 6， 573， 643公开了这样的设备，其中阳极导电层例如可包括锢 锡氧化物且发光层包括磷光材料。该磷光材料从阴极接收电子并以可见波 长发射光子。接收电子并以可见波长发射光子的这样的磷光材料非常昂贵且难以 制造，因此导致昂贵的照明设备。因此本发明的目的是提供一种对上述一些问题提供解决方案的新的 改进的场致发射光源。发明内容独立权利要求1和15所限定的基于场致发射、阴极发光和光增强场 致发射的电子/光子源以及对应的用于制造这样的电子/光子源的方法满 足了上述需求。从属权利要求限定了根据本发明的有利实施例。根据本发明的第一方面，本发明提供了一种电子/光子源，其包括壳 体内的真空室，还包括配置在所述真空室内的阳极和阴极。而且，阴极被 配置成当在阳极和阴极之间施加电压时发射电子，所述阳极被配置成当接 收到从所述阴M射的电子时以第一波长范围发射光，波长范围转换材料 被配置成接收所发射的所述第一波长范围的光，并以第二波长范围发射 光。本发明的该第 一 方面以 一种新方式使得可通过两步将从阴极发射的 电子转换成可见光。第一步包括将电子转换成第一波长范围的光，而第二 步包括将所述第一波长范围的所述光转换成第二波长范围。这特别有利， 且4吏得可以选,的发射材料，该新的发射材料可以以电子到可见光的转 换以一步完成的现有技术中所使用的材料的成本的一小部分来制造。表述 "波长范围"应理解为大部分、例如80%的光含量(light content)所 在的波长范围。该波长范围具有更低的起始点和更高的结束点。以相同的 方式，术语波长转换材料应理解为当以所述第一波长范围接收光时将光从 第 一波长范围转换到第二波长范围的发射材料。在本发明的优选实施例中，阳核Ji包括透明M，透明基tl一侧被透 明导电材料覆盖，该透明导电材料夹在所述基仗和发射材料之间。作为例 子，发射材料在从阴极接收电子时以约lOOnm- 400nm，更优选地为约 200nm - 400nm以及最优选地为约250nm- 400nm的第一波长范围发射光。 第二波长范围优选地为约350nm- 900nm，更优选地为约400nm- 800nm， 且最优选地为约450nm- 650nm。这一般意味着配置在阳极上的发射材料在第一步将发射紫外光，波长范围转换材料接收该光并将其转换成人眼可 见的光。透明导电材料可从广范围的材料中选择，但优选地使用铟锡氧化物 (ITO)或氧化锌(ZnO)或甚至单壁碳纳米管中之一，因为即使所应用的 层处于lOOnm- 1000nm的间隔内，这些透明材料也具有有优势的导电能 力。在本发明的另一优选实施例中，发射材料是ZnO。 ZnO的使用显示出 更有利，因为ZnO的室温阴极发光光镨在约380nm处具有强强JLJ^值，且 在+ /-20nm内具有80。/。的光含量。作为另外的特征，当在场致发射光源中用作阴极时，由于能够在相对低的温度生成ZnO纳米尖端，Zn0的使用 显示了良好的结果。这意味着可将阳极和阴极二者构造为可互换的组件。 这将大大减小光源的制造成本。而且,优选地使用对38Onm最敏感的红色、 绿色、蓝色荧光粉作为波长范围转换材料。作为替选，可使用蓝色及黄色 荧光粉的混合物。如本领域技术人员所能理解的，有三种有利的方法在电子/光子源中 配置波长范围转换材料。第一种是覆盖壳体的内侧，第二种是覆盖真空室 的外侧，第三种是将波长范围转换材料夹在基板和透明导电材料之间。使 用上述三种方式中的任何一种配置波长范围转换材料都可行，因而这可根 据光源的设计实现。在本发明的又一优选实施例中，透明141是玻璃、石英或塑料中之一。 由于石英对所述UV光高度透明，因此石英的4吏用在实验^研究中显示出有 优势的结果，而塑料的使用将减少材料和制造成本。本发明的另一方面提供一种照明系统，该照明系统包括直流或交流控 制电子装置和根据上述实施例的场致发射光源。照明系统可以是封闭单元 或者是包括上述组件的配置。本发明的又一方面提供一种制造电子/光子源、优选地场致发射光源 的方法，该方法包括以下步骤提供壳体内的真空室；在所述真空室内配 置阳极和阴极；在所述场致发射光源内配置用来接收从所述阳M射的第 一波长范围的光并以第二波长范围发射光的波长范围转换材料。如上结合 本发明的第一方面所述，该方法提供选择新的发射材料的有利可能性，该 新的发射材料可以以电子到可见光的转换以一步完成的现有技术中所使 用的材料的成本的一小部分来制造。在研究所附权利要求和以下说明书后本发明的其它特征和优点将更 明显。本领域净支术人员应i人识到本发明的不同特征可组合以产生与以下所 述不同的实施例。
现在参照附图更详细说明本发明，在附图中图1示出场致发射荧光管的侧视图。图2示出现有技术场致发射荧光管的部分截面。图3示出根据本发明实施例的电子/光子源的部分截面。 图4示出Zn0纳米尖端的场发射扫描电子显微镜图像。 图5示出Zn0纳米尖端的阴M光光镨。 图6示出根据本发明另一实施例的部分截面。
具体实施方式
图1示出现有技术场致发射荧光管100,其中阴极101被管102围绕。 阳极(未示出)连接到电接触106。图2示出现有技术场致发射荧光管100的部分截面。管102包括玻璃 结构103和透明且导电的阳极层104,该阳极层104夹在玻璃结构103和 发射层105之间。导电阳极层连接到电接触106。而且，当发射层105被 导电层104和阴极101之间的电位差所引起的电子120撞击时，该发射层 105被使得以可见波长130的光&光。在图3中，图1中的场致发射荧光管的部分截面示出了根据本发明的 优选实施例。图3也示出了阴极101以及透明且导电的阳极层104。阴极材料可以 是例如但又不限于ZnO的锐利尖端或碳纳米管。透明且导电的阳极层104 夹在发射材料107和透明^i^L 108之间。透明基敗108用作被抽空的封闭 室。当在阴极101和阳极层104之间出现电位差时，发射材料107被来自 阴极101的电子120撞击并以第一波长131例如紫外波长范围内的波长 (一般为约200nm- 400nm)发射光。第一波长131的光穿过透明a 108 并将轰击波长范围转换材料109,使该波长范围转换材料109以第二波长 130发射光，该第二波长130优选地为可见波长例如约400nm - 700咖范 围内的波长。在本发明优选实施例中,透明导电层104由铟锡氧化物(ITO) 制成且透明基板108由石英制成。如上所述，当选择发射材料107时，ZnO是特别有利的选择，因为当 被电子撞击时其将在约380nm发光。这使得选择波长范围转换材料109 更容易。现在转到图4，其中示出了在蓝宝石上的ZnO纳米尖端的场发射 扫描电子显微镜图像。该尖端锐利且密集分布。而且，图5示出ZnO纳米 尖端的阴M光光镨。可以看出，在约380nm处观察到强尖峰。本领域技这样的设计在图6中示出。本发明的该实施例仍以管结构示出，但是 其当然可以是任何可行的照明设备设计的形状，其中波长范围转换材料 109配置在外壁103上，外壁103优选地由玻璃制成并形成遮蔽壳体。真 空室由透明a 108形成，其中在其内侧淀积了作为两个电隔离部分的两 个可互换的阳极/阴极组件。这两个组件各自包括透明导电层，在该透明 导电层上生长如图4所示的ZnO纳米尖端107。基于(从电源150)所施 加的电压极性，这两个隔离组件用作阳极或阴极。图6所示的设计的功能 性与图3所示的设计的两步光转换功能性一致。如本领域技术人员所能理 解的，当讨论本发明的基本物理性质时，当在阴极上产生负高电场时，将 发生场致发射。电子将撞击波长转换材料并产生UV光子。向前发射的UV 光子将执行波长转换，而向后发射的UV光子将撞击阴极并引起光增强场 致发射。因此，图6所示的结构将不仅从ZnO纳米尖端107 (其此时用作 阳极)向波长范围转换材料109发射光子，还"帮助"此时起作用的阴极 发射更多的电子(当被从ZnO纳米尖端107发射的光(光子)撞击时)， 从而用作放大器并因此形成双向交互放大电子/光子源。在本发明又一实施例中，电源150可以是高频电源，其中例如两侧的 107 (见图6)基于与交流源相关联的极性可交替用作阳极或阴极。尽管详细说明了本发明及其优点，应理解在不脱离由所附权利要求限 定的本发明的精神和范围的情况下可作出各种改变、替换和变更。例如本 发明不限于优选实施例中所述的管结构，而是可例如设计为球形或现在或 将来的照明源结构的任何其它形状。
权利要求
1.一种电子/光子源，包括壳体内的真空室，其特征在于所述光源还包括配置在所述真空室内的阳极(104)和阴极(101)，所述阴极(101)被配置成当在所述阳极(104)和阴极(101)之间施加电压时发射电子(120)，所述阳极(104)被配置成当接收到从所述阴极(101)发射的电子(120)时以第一波长范围(131)发射光，波长范围转换材料(109)被配置成接收所发射的所述第一波长范围(131)的光，并以第二波长范围(130)发射光。
2. 根据权利要求l所述的电子/光子源，其中所述阳极包括透明141 (108),该透明基板(108) —侧覆盖透明导电材料(104),该透明导电材料(104 )被夹在所述基板(108 )和发射材料(107 )之间。
3. 根据前述权利要求中任一项所述的电子/光子源，其中所述阳极和 所述阴极是相似的可互换组件。
4. 根据前述权利要求中任一项所述的电子/光子源，其中所述波长范 围转换材料(109)覆盖所述壳体的内侧。
5. 根据前述权利要求中任一项所述的电子/光子源，其中所述波长范 围转换材料(109 )覆盖所述真空室的外侧。
6. 根据前述权利要求中任一项所述的电子/光子源，其中所述波长范 围转换材料(109 )夹在所述基板(108 )和所述透明导电材料(l(M )之 间。
7. 根据前述权利要求中任一项所述的电子/光子源，其中所述第一波 长范围为约lOOnm- 450nm，优选地为约250nm- 420nm。
8. 根据前述权利要求中任一项所述的电子/光子源，其中所述第二波 长范围为约350nm- 900咖，更优选地为约400nm- 800nm，最优选地为约 450nm- 650nm。
9. 根据前述权利要求中任一项所述的电子/光子源，其中所述波长范 围转换材料(109)是红色、绿色和蓝色荧光粉的混合物或蓝色及黄色荧 光粉的混合物。
10. 根据前述权利要求中任一项所述的电子/光子源，其中所U射 材料(107)是ZnO。
11. 根据前述权利要求中任一项所述的电子/光子源，其中所述透明基板(108)是玻璃、石英或塑料中之一。
12. 根据前述权利要求中任一项所述的电子/光子源，其中所述透明 导电材料(104)是IT0、 ZnO或单壁碳纳米管中之一。
13. 根据前述权利要求中任一项所述的电子/光子源，其中所述透明 (108 )构成所述真空室的壁。
14. 一种照明系统，包括直流或交流控制电子装置和根据前述权利要 求中任一项所述的电子/光子源。
15. —种用于制造电子/光子源的方法，包括以下步骤 -提供壳体内的真空室， -在所述真空室内配置阳极和阴极，以及—在所述场致发射光源内配置波长范围转换材料(109 )，该波长范围 转换材料(109 )用来接iJ^所述阳^L射的第一波长范围(131)的光并以 第二波长范围(130)发射光。
全文摘要
一种基于场致发射、阴极发光和光增强场致发射的电子/光子源，包括壳体内的真空室，还包括配置在所述真空室内的阳极和阴极。而且，阴极被配置成当在阳极和阴极之间施加电压时发射电子，所述阳极被配置成当接收从所述阴极发射的电子时以第一波长范围发射光，波长范围转换材料被配置成接收所发射的所述第一波长范围的光并以第二波长范围发射光。本发明以新的方式使得可以通过两步将从阴极发射的电子转换成可见光。本发明已显示出是有益的，并使得可以选择新的发射材料，该新的发射材料可以以电子到可见光的转换以一步完成的早期使用的材料的成本的一小部分来制造。
文档编号H01J63/04GK101223627SQ200680025930
公开日2008年7月16日 申请日期2006年6月28日 优先权日2005年6月30日
发明者胡秋红 申请人:光实验室瑞典股份公司