专利名称：场发射发光照明光源的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种照明光源，尤其涉及一种对环境友好无污染的冷阴极场发射光源。
背景技术：
直到目前，日常照明使用的光源大多采用白炽灯和荧光管。白炽灯的历史悠久，制作工艺简单，但是，白炽灯消耗的大部分电能转化为热能浪费掉，而不是直接用于发光，所以其最大缺点是发光效率低下，已经逐渐被效率较高的荧光灯取代。
普通荧光管包括一透明玻璃管，其内壁涂覆有白色或彩色荧光材料，玻璃管内还充有汞蒸汽。其原理是利用热阴极发射的电子激发汞蒸汽发出紫外光，而紫外光照射在荧光材料上发出白色光或彩色的光。荧光灯是一种热阴极光源，发光效率比白炽灯高。但是，其缺点在于使用有毒性的汞。当荧光灯管被打破之后，汞蒸汽流出外面将对环境和人体有害。出于环保考虑，有些国家和地区已经决定在未来几年后，禁止使用这种含汞的荧光灯。在这种情况下，用来取代普通荧光灯或白炽灯的无汞光源受到普遍欢迎。
因此，环保、对人体无害、高效率、节能的荧光灯需求和市场巨大，前景广阔。
2001年1月17日公开的中国发明专利申请第00107813.5号揭露一种使用碳纳米管的白光源及其制造方法。此白光源主要包括用作阴极的金属薄膜，形成在金属薄膜上的导电聚合物薄膜图案，碳纳米管基本垂直固结在导电聚合物薄膜图案并且一端露出外面，以及具有荧光体的透明电极。碳纳米管发射电子轰击荧光体，从而发出可见光。
另外，2003年6月11日公开的中国发明专利申请第01139810.8号也揭露一种类似的使用碳纳米管的平板荧光光源及其制作方法。
但是，上述两种荧光光源结构复杂，适合于平面显示器，而不是普通照明。
如图4所示，2003年6月18日公告的中国实用新型专利02234995.2号揭露一种无汞荧光灯，其包括石英玻璃灯管1，其内表面涂敷有荧光物质3，外表面形成有导电薄膜层2；灯管1内部充有工作气体氙气4，两端设置有一对外电极5。工作时，在外电极5施加高频交变电压，发射电子撞击管内的工作气体氙气4，产生紫外辐射，再激发管内表面的荧光物质3发出可见光。
另外，美国专利第5,866,984号也揭示了相类似的无汞紫外放电源的结构。
但是，上述两件专利文献揭露的荧光灯均是采用热阴极发射电子，所以其工作电压很高，电能消耗比较大；灯管内虽然无汞，但却需要填充其他惰性气体以激发紫外光，如此带来以下缺点一是增加了成本，二是气体容易泄漏，使得荧光灯发光变暗或无法发光。
因此，提供一种能耗低，发光效率高，对环境无害，且无需填充额外气体的荧光照明光源实为必要。
发明内容为解决现有技术的荧光灯效率低下、能耗高以及需要填充惰性气体等技术问题，本发明之目的在于提供一种场发射发光照明光源，其对环境以及人体无害，发光效率高，能耗相对较低，并且无需填充任何气体，可节省成本。
为实现上述发明目的，本发明提供一种场发射发光照明光源，其包括一透明的大致呈球形的外壳，其内表面涂敷有一阳极层和荧光物质，所述外壳内部是真空密封的，并且外壳的内部设有一具有圆弧表面的导电阴极，围绕所述圆弧表面形成有许多微小的电子发射体。
具体的说，所述导电阴极包括一金属球，所述电子发射体形成于该金属球的外表面。所述电子发射体包括碳纳米管。
再具体的说，所述外壳包括一颈部，所述场发射发光照明光源进一步包括一灯头，该灯头设置在该颈部并且与之固定。并且灯头设置有阳极电极和阴极电极。
更具体的来说，金属球是被一内部嵌有金属丝的支撑柱支撑，而金属丝连接金属球和灯头的阴极电极。所述颈部设有与阳极层接触的阳极引线环，其通过导体连接阳极电极。
另外，该颈部还设置有消气剂。
相对于现有技术，本发明方法具有如下优点首先，本发明的光源不含汞或者其他有害物质，所以对环境、人体无害；第二，光源内部真空，不需填充任何气体物质，相对现有技术而言，本发明减少了填充气体的成本；第三，本发明是冷阴极发射电子，相对于现有技术的热阴极发射电子，本发明的发光效率更高，也就是可以降低能耗。
图1是本发明场发射发光照明光源的较佳实施例的灯泡示意图；图2是图1的局部放大示意图；图3是沿图1的III-III剖线的剖面示意图；图4是现有技术无汞荧光灯的示意图。
具体实施方式
下面结合说明书附图及具体实施例对本发明的实施方式作详细描述。
请参阅图1和图2，本发明较佳实施例灯泡外形与普通白炽灯泡相似，包括一大致呈球体、具有一颈部(图未标示)的透明玻璃外壳10，与该颈部相连且固定的灯头(图未标示)，以及自灯头延伸到球体内部的电子发射阴极(图未标示)。
其中，该玻璃外壳10内部真空，其内壁涂敷有一阳极层20和荧光层30。阳极层20是一层透明导电薄膜，一般采用ITO导电薄膜；荧光层30含有荧光物质，包括白色荧光物质，或彩色荧光物质，当电子轰击荧光物质时可发出白色或彩色可见光。另外，阳极层20覆盖球形内壁并延伸至该玻璃外壳10的颈部，并可在颈部内表面环绕设置一阳极引线环24以便连接引线22；而荧光层30则仅需覆盖球形内壁即可，无需延伸至颈部。另外，所述颈部可通过一封口(图未标示)而密封。
所述灯头的形状与普通白炽灯头基本相同，其与玻璃外壳10的颈部相连，并和颈部固定。本实施例中，灯头包括形成于周围侧面和底面的具有外螺纹形状的阳极电极23，其通过两引线22以及一阳极引线柱21与阳极引线环24连接导通；以及位于灯头的底部并且突出于外面的阴极电极43。灯头只是为了引出阳极电极23和阴极电极43，所以，本发明并不限于以上描述的阳极电极和阴极电极的结构。就是说，灯头也可采用其他合适的形状或结构，例如类似白炽灯的卡扣式灯头结构。
为使两电极之间绝缘，可进一步在阴极电极43与阳极电极23之间设置一绝缘介质15，例如玻璃或陶瓷块，当然，也可通过其它方式使二者之间绝缘。另外，在灯泡内部还可进一步设置一消气剂13。为了不影响电子发射和发光，消气剂13最好设置在颈部。
电子发射阴极可用来发射电子，其包括一表面具有碳纳米管42(参见图3)的金属球40，与之相连起支撑作用的玻璃支柱14以及阴极引线45。其中玻璃支柱14是中空的，其可固定于颈部的封口处；阴极引线45穿过玻璃支柱14内中空，一端与金属球40接触，另一端穿过灯头并与阴极电极43相连。
请参见图3，本实施例中，电子发射阴极的金属球40位于灯泡的球形中心，其直径远小于灯泡的玻璃外壳10的直径。许多碳纳米管42形成于金属球40的表面；优选的，其中每根碳纳米管42至少一端露出金属球40的表面；更优选的，每根碳纳米管42直立于该表面，其一端固定于该表面的某一点，另一端基本沿该点垂直朝外。
本发明的制作方法可以借鉴普通白炽灯的制作工艺，以及金属基底形成碳纳米管的现有技术。以一个直径4厘米的球形灯泡为例带有颈部的玻璃外壳10可以参照白炽灯泡的制作方法，但是需要进一步在玻璃外壳10内表面形成ITO薄膜作为阳极层20，以及在阳极层20表面形成荧光物质作为荧光层30；电子发射阴极的制作可选用直径约1毫米至数毫米的金属球40作为碳纳米管的载体，然后利用CVD法直接生长或者通过电泳沉积方法在金属球40表面形成一层碳纳米管42，而玻璃支柱14的长度和玻璃外壳10的半径大致相同或稍长，其内的阴极引线45采用微细的金属丝即可，金属丝45一端连接金属球40，另一端延伸出玻璃支柱14外面备用；灯头基本上与普通白炽灯的灯头制作相同制作阳极引线环24和阳极引线柱21，并分别焊接两引线22，连接导通阳极电极23和阳极层20；将延伸出玻璃支柱14外面的金属丝45连接到阴极电极43，即可连接导通阴极电极43和金属球40；然后将玻璃外壳10内部抽真空、利用玻璃熔封技术密封即可。另外，密封之前还可在靠近玻璃外壳10颈部附近设置消气剂13，以便吸收可能残余的气体确保真空。
本发明的场发射发光照明光源使用时，可在阴极电极43施加负的直流或脉冲电压，而阳极电极23接零电位，这样在金属球40与阳极层20之间产生一个电场，迫使金属球40表面的碳纳米管42发射电子，电子轰击荧光层30从而发出可见光。
以上是本发明的较佳实施例，但本发明的内容并不限于以上实施例。本技术领域普通技术人员应该能够理解，本发明还可有其他变化，例如玻璃外壳10可以是圆球形，椭圆球形等形状，金属球40尺寸和形状可根据需要而改变，碳纳米管42的制作方法也可根据实际情况采用不同方法，也可以采用包括其他纳米管、纳米线以及金属尖端在内的各种能够在电场作用下发射电子的电子发射结构。本发明的灯头的结构不限于实施例所描述，只需能够引出阳极电极和阴极电极即可。
本发明具有下列优点由于光源的内部无需填充汞蒸汽或者其他气体，所以不仅对环境无害，也不会对人体有害，而且可节省成本；而且本发明使用冷阴极，电子直接轰击荧光物质而发光，有利于提高发光效率，从而节省电能；另外，本发明可以参照普通白炽灯的制作工艺和结构，也就是说，无需另外的特殊制程和设备，可以降低生产成本。
权利要求
1.一种场发射发光照明光源，其包括一透明的中空壳体，其内表面涂敷有一阳极层和荧光物质，其特征在于所述壳体内部是真空密封的，并且壳体的内部设有一具有外表面的导电阴极，围绕所述外表面形成有许多微小的电子发射体。
2.根据权利要求1所述的场发射发光照明光源，其特征在于所述壳体基本呈圆球形。
3.根据权利要求1所述的场发射发光照明光源，其特征在于所述阳极层包括ITO导电薄膜。
4.根据权利要求1所述的场发射发光照明光源，其特征在于所述导电阴极包括一金属球，其具有一球形外表面，所述电子发射体形成于该金属球的外表面。
5.根据权利要求4所述的场发射发光照明光源，其特征在于所述电子发射体包括碳纳米管。
6.根据权利要求5所述的场发射发光照明光源，其特征在于所述碳纳米管至少一端露出所述金属球外表面。
7.根据权利要求6所述的场发射发光照明光源，其特征在于所述碳纳米管分别直立于所述金属球外表面的某一点，另一端沿垂直该表面方向朝外。
8.根据权利要求5所述的场发射发光照明光源，其特征在于所述壳体进一步包括一颈部，该颈部具有一封口。
9.根据权利要求8所述的场发射发光照明光源，其特征在于所述场发射发光照明光源进一步包括一灯头，该灯头设置在该颈部并且与之固定。
10.根据权利要求9所述的场发射发光照明光源，其特征在于所述灯头包括互相绝缘的阳极电极和阴极电极，该阳极电极和阴极电极分别与所述阳极层和金属球电连接。
11.根据权利要求10所述的场发射发光照明光源，其特征在于所述壳体的颈部设置有一阳极引线环，该阳极引线环与所述阳极层相接触，并且通过导体连接至所述阳极电极。
12.根据权利要求9所述的场发射发光照明光源，其特征在于所述导电阴极还包括一支撑件，该支撑件固定于所述颈部封口，并延伸至壳体内部支撑所述金属球。
13.根据权利要求12所述的场发射发光照明光源，其特征在于所述支撑件内部设有一金属丝连接所述金属球和所述阴极电极。
14.根据权利要求8-13任一项所述的场发射发光照明光源，其特征在于所述颈部设置有消气剂。
全文摘要
本发明属于日常照明光源技术领域，提供一种场发射发光照明光源，其包括一透明的大致呈球形的外壳，其内表面涂敷有一阳极层和荧光物质，所述球形外壳内部是真空密封的，并且球形外壳的内部设有一金属球作为导电阴极，围绕所述金属球的圆弧表面形成有许多微小的电子发射体，例如碳纳米管。所述球形外壳包括一颈部，一灯头设置在该颈部并且与之固定。灯头设置有阳极电极和阴极电极，金属球是被一内部嵌有金属丝的支撑柱支撑，而金属丝连接金属球和灯头的阴极电极。所述颈部设有与阳极层接触的阳极引线环，其通过阳极引线柱连接阳极电极。本发明具有环保，节省能源以及无需填充任何气体，节省成本等优点。
文档编号H01J61/30GK1728330SQ20041005096
公开日2006年2月1日 申请日期2004年7月29日 优先权日2004年7月29日
发明者魏洋, 柳鹏, 盛雷梅, 刘亮, 胡昭复, 郭彩林, 陈丕瑾, 范守善 申请人:清华大学, 鸿富锦精密工业(深圳)有限公司