專利名稱：場發射照明光源的制作方法
技術領域：
本發明是涉及一種照明光源，特別是涉及一種場發射發光照明光源。
背景技術：
人工照明光源一般可分為白熱燈、放電燈及固態光源，包括白熾燈、熒光燈管、LED、鹵素燈及高壓氣體放電燈(High IntensityDischarge，HID)等各種照明光源。其中，白熾燈是鎢絲通電后發熱發光，同時產生大量熱量，其發光效率較低(約8-15lm/w)，亮度有限，一般用于日常生活照明；熒光燈管是采用放電激發汞蒸汽發出紫外線打到熒光材料上發出可見光，一般用于普通日常生活照明，其優點是發光效率高(達到80lm/w)，缺點是含有汞，對環境及人體有害，因而不符合環保要求；LED是一種固態光源，包括各種紅光LED、黃光LED、藍光LED及白光LED，其優點包括反應速度快、體積小、無污染，缺點是發光效率低(約20-30lm/w)，目前應用于車內照明、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，其可發出色溫接近白晝陽光的光線(HID燈的色溫約4300K-10000K，陽光色溫6000K)，且HID較鹵素燈光線發射更遠等優點，但是，HID需將低電壓轉換為23000伏高電壓，激發氙氣發出電弧光，然后將電壓穩定在8000伏，持續供應氙氣燈泡發光，故，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。
場發射光源是一種新興光源，其發光原理是在電場作用下，低電勢處金屬尖端、碳納米管等電子發射體發射出電子，轟擊高電勢處的熒光體而發出可見光，該光源節能、環保，請參閱″A Fully SealedLuminescent Tube Based on Carbon Nanotube Field Emission″，MirkoCroci，et al，Microelectronics Journal，vol.35，p329-336(2004)。
2001年1月17日公開的中國發明專利申請第00107813.5號揭露一種使用碳納米管的場發射白光源及其制造方法。此白光源主要包括用作陰極的金屬薄膜，形成在金屬薄膜上的導電聚合物薄膜圖案，碳納米管基本垂直固結在導電聚合物薄膜圖案上并且一端露出外面以發射電子，以及具有熒光體的透明電極。使用時，碳納米管發射電子轟擊熒光體，從而發出可見光。這種基于場發射的白光源具有電能轉換效率高，發光效率較高，無污染等優點，但是，上述場發射白光源因碳納米管是依賴粘著力固定于導電聚合物薄膜之上，故，當場發射電場強度增強時，碳納米管可能由于電場作用力而脫離導電聚合物薄膜，從而產生損壞。
有鑒于此，提供一種結構穩定，可承受較高電場作用而不產生損壞，且發光亮度較高的場發射照明光源實為必要。
發明內容本發明所要解決的技術問題是提供一種場發射照明光源，其具有結構穩定，可承受強電場作用而不易損壞的特點。
本發明解決上述技術問題的技術方案是提供一種場發射照明光源，其包括一導電陰極；一陽極層，其與該導電陰極相隔一定距離從而形成一內部空間；一熒光層，設置在該陽極層表面，當被電子轟擊時發出可見光；一絕緣層，位于所述內部空間內，并靠近該導電陰極；及多個電子發射端，用以發射電子；其中，該電子發射端分別包括一柱狀體及一錐形尖端，該柱狀體形成在絕緣層上，且與該絕緣層均是由氮化硅制成，與絕緣層形成一整體；該錐形尖端為金屬鈮，形成在柱狀體頂部。
所述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。
所述錐形尖端頂部直徑范圍是0.5～10納米。
所述電子發射端的高度范圍是100～2000納米。
所述錐形尖端用濺鍍、磁控濺射或離子束濺射方式形成在柱狀體頂部。
另外，在該絕緣層與該導電陰極之間還包括一成核層，該成核層是由硅材料組成。該導電陰極由銅、銀或金制成。
與現有技術相比較，本發明場發射照明光源的電子發射端是由直徑小于100納米的絕緣柱狀體及尖端頂部直徑小于10納米的錐形金屬尖端組成，其中絕緣柱狀體是與其絕緣層為一整體，金屬鈮尖端用濺鍍方式形成在柱狀體頂部，結構穩定不易脫落，可承受更大電場作用，且電場集中在所述錐形金屬尖端發射電子，可提高電子發射密度，另，金屬鈮具有良好場發射性能，從而可獲得穩定、均勻、高亮度的照明光源。
圖1是本發明第一實施例的剖面示意圖。
圖2是本發明第二實施例的剖面示意圖。
圖3是本發明電子發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明作詳細說明。
請參閱圖1，本發明第一實施例提供一種場發射照明光源1，其包括依次疊合形成在一金屬基底10表面上的導電層11、一成核層12、以及氮化硅層13；多個納米電子發射體規則排列在該氮化硅層13表面，各納米電子發射體分別由柱狀體18和錐形尖端19組成，柱狀體18和氮化硅層13形成一整體，且由同種材料氮化硅制成；一頂層17，其和所述納米電子發射體的錐形尖端19間隔開一定距離，一陽極層16形成在頂層17靠近錐形尖端19的表面，一熒光層15形成在陽極層16的表面；另外，多個側壁14將場發射照明光源10密封并支撐頂層17，從而形成一內部真空空間。
金屬基底10包括銅、銀等金屬材料，其表面光滑平整，以利于形成導電層11、成核層12或氮化硅層13。金屬基底10具有良好機械性能，不易破碎，便于實際應用。
導電層11厚度非常薄，優選厚度為1微米以下。導電層11作為陰極，由導電性良好的金屬材料形成，例如銅、銀及金。由于金屬基底10也具有良好的導電性能，可兼作導電陰極，因此金屬基底10與導電層11通常為一體。
所述成核層12由硅組成，由硅沉積在金屬基底11表面或導電層表面而成，厚度非常薄，優選厚度為1微米以下。該成核層12有利于形成氮化硅層13，即為氮化硅層13提供成核條件。另，成核層12是可選擇層。
所述電子發射體的柱狀體18與氮化硅層13由相同材料組成，錐形尖端19由鈮金屬組成。其中，柱狀體18和氮化硅層13是一整體，可先通過化學氣相沉積法、電漿輔助化學氣相沉積法、離子束濺射等方法形成一厚度較厚的氮化硅層，再以化學蝕刻等方法形成柱狀體18，并保留一部分即形成氮化硅層13；錐形尖端19是用濺射法、磁控濺射或離子束濺射等方法沈積而成，與柱狀體18緊密結合。
熒光層15包括熒光材料，當有電子轟擊時產生可見光。
陽極層16可由ITO(銦錫氧化物)導電薄膜組成。
頂層17是透明層，可由透明玻璃制成。
請同時參閱圖3，圖3是一納米電子發射體的放大示意圖，其中，柱狀體18是直徑d2為10-100納米的圓柱體；錐形尖端19底部較大直徑與圓柱體直徑相等，即為d2，上部較小直徑d1在0.5-10納米范圍內；納米電子發射體的整體高度h(即柱狀體18與錐形尖端19總高度)在100-2000納米范圍內。
使用時，施加不同電壓在導電層(或金屬基底11)和陽極層16上，從而在上述真空空間內形成電場，在該電場作用下，納米電子發射體的錐形尖端19發射電子轟擊熒光層15而發出可見光。由于納米電子發射體的柱狀體18與氮化硅層13是一整體，錐形尖端19與圓柱體緊密結合，故，其可承受較大電場作用力而不損壞。因此，本發明場發射照明光源可承受更強電場，場發射電流提高，可發出更高亮度可見光。
請參見圖2，是本發明第二實施例的場發射照明光源2剖示圖。其結構及制備方法與第一實施例相似。該場發射照明光源2包括一非金屬基底20，該非金屬包括硅或二氧化硅，硅或二氧化硅易拋光，適合于在其表面形成較薄的后續導電層21；一導電層21、成核層22分別依次形成在該非金屬基底20表面，其中導電層21由導電金屬銅、銀或金組成，成核層22由硅材料組成，成核層22為可選擇層；一氮化硅層23形成在該導電層22表面，并且該氮化硅層23向外延伸出多個柱狀體18，氮化硅層23和柱狀體18由SiN制成；多個由鈮金屬組成的錐形尖端19分別形成在柱狀體18頂部，用以發射電子。其中，如圖3所示，柱狀體18是直徑d2為10-100納米的圓柱體；錐形尖端19底部較大直徑與圓柱體直徑相等，即為d2，上部較小直徑d1在0.5-10納米范圍內；其整體高度h(即柱狀體18與錐形尖端19總高度)在100-2000納米范圍內。另外，還包括頂層17，其與所述納米電子發射體的錐形尖端19間隔開一定距離，一陽極層16形成在頂層17靠近該錐形尖端19的表面，一熒光層15形成在陽極層16的表面；另外，多個側壁14將場發射照明光源20密封并支撐所述頂層17，從而形成一內部真空空間。
使用時，施加不同電壓至導電層21及陽極層16，從而形成強電場作用在錐形尖端19，迫使其發射電子轟擊在熒光層15發出可見光。該場發射照明光源可承受強電場作用而發出高亮度可見光，并且不易受電場作用而損壞發射端。
權利要求
1.一種場發射照明光源，其包括一導電陰極；一陽極層，其與該導電陰極相隔一定距離從而形成一內部空間；一熒光層，設置于該陽極層表面，當被電子轟擊時發出可見光；一絕緣層，位于所述內部空間內，并靠近該導電陰極；及多個電子發射端，用以發射電子；其特征在于，該電子發射端分別包括一柱狀體和一錐形尖端，該柱狀體形成于絕緣層上，且與該絕緣層均是由氮化硅制成，與絕緣層形成一整體；該錐形尖端為金屬鈮，形成于柱狀體頂部。
2.如權利要求1所述之場發射照明光源，其特征在于，該錐形尖端是用濺鍍、磁控濺射或離子束濺射方式形成于柱狀體頂部。
3.如權利要求1所述之場發射照明光源，其特征在于，該柱狀體包括圓柱體或棱柱體。
4.如權利要求3所述之場發射照明光源，其特征在于，該圓柱體的直徑范圍是10～100納米。
5.如權利要求1所述的場發射照明光源，其特征在于，該錐形尖端頂部直徑范圍是0.5～10納米。
6.如權利要求1所述的場發射照明光源，其特征在于，該等電子發射端的高度范圍是100～2000納米。
7.如權利要求1所述的場發射照明光源，其特征在于，在導電陰極形成于一基底表面。
8.如權利要求7所述的場發射照明光源，其特征在于，該基底材料包括金屬、硅或二氧化硅。
9.如權利要求1所述的場發射照明光源，其特征在于，在該絕緣層和該導電陰極之間還包括一成核層。
10.如權利要求9所述的場發射照明光源，其特征在于，該成核層是由硅材料制成。
11.如權利要求1～10項中任一項所述的場發射照明光源，其特征在于，該導電陰極由銅、銀或金制成。
12.如權利要求1～10項中任一項所述的場發射照明光源，其特征在于，進一步包括多個側壁密封形成所述內部空間。
全文摘要
本發明涉及一種場發射照明光源，其包括一導電陰極；一陽極層，其與該導電陰極相隔一定距離從而形成一內部空間；一設置在該陽極層表面的熒光層；一絕緣層，位于所述內部空間內，并靠近該導電陰極；及多個電子發射端，用以發射電子；其中，該電子發射端分別包括一柱狀體及一錐形尖端，該柱狀體形成在絕緣層上，且與該絕緣層均是由氮化硅制成，與絕緣層形成一整體；該錐形尖端為金屬鈮，形成在柱狀體頂部。本發明場發射端結構穩定，可承受較高電場作用，提高光亮度及強度，可廣泛用于照明設備，如汽車頭燈等。
文檔編號H01J1/30GK1794416SQ200410091878
公開日2006年6月28日 申請日期2004年12月25日 優先權日2004年12月25日
發明者陳杰良 申請人:鴻富錦精密工業(深圳)有限公司, 鴻海精密工業股份有限公司