專利名稱：利用多孔硅彈道電子發射的平面光源的制作方法
技術領域：
本發明屬于光源制造領域，涉及一種平面光源，特別涉及一種利用多孔硅 彈道電子發射以激發氣體原子的平面光源。
背景技術：
隨著全球能源緊張和環境污染加劇，各國政府都十分重視節能和環境保護， 在照明領域，研發高效節能、無環境污染的綠色光源成為了光源技術發展的一
個重要方向。由于含汞熒光燈的技術成熟、光效較高(達到60—801m/w)、規格 型號齊全，目前仍被廣泛用作照明光源和LCD背光源。近十幾年來，盡管無汞 光源技術(如高壓鈉燈、金屬鹵化物燈、白光發光二極管、Xe放電型熒光燈等) 的研發和應用也取得了較大的進展，但由于它們各自存在的一些缺點，目前還 無法獲得大量應用。高壓鈉燈的光效高達1201m/W，但顯色指數在20左右，只 能用于不需很好分辨物體顏色和細節的場所的照明；金屬鹵化物燈由于制造工 藝復雜、成本很高、售價昂貴，因而應用受到限制；大功率白光LED的光效為 40—501m/W，由于存在溫升問題，壽命問題還未得到很好解決；Xe放電型熒光 燈壽命很長，超過6萬小時，但發光效率較低，約為301m/w。
Xe放電型平面熒光燈的結構如圖1所示，它由玻璃材料制成的前基板1和 后基板2組成，前基板1的內側面配置有熒光粉層6，后基板2的內側面配置有 兩組電極，即X電極3和Y電極4， X電極3和Y電極4上覆蓋有介質層5，介 質層5表面覆蓋有熒光粉層7 ，前基板1和后基板2間由支撐柱(未顯示)來 保持一定的距離，內部充入放電氣體，在X電極3和Y電極4間施加一定的電 壓波形，則會在電極間產生氣體放電，放電產生的真空紫外線(VUV)可激發 熒光粉發出可見光。導致Xe放電型平面熒光燈發光效率低的主要原因為，它是
4利用惰性氣體的放電來發光，而氣體放電中大部分電能被用于氣體原子的電離 及離子加速上，這部分能量最后基本上都轉化為熱能損失掉，而用于激發氣體
原子來產生vuv的電能很少。
如果能實現在不發生氣體放電的情況下，直接由電子激發氣體原子以產生
vuv來激發熒光粉發光，則可大大提高光源的發光效率。而要在不發生放電的
情況下在氣體空間中產生電子，則必須要有電子源，它能不斷地向氣體空間注 入能量較高的電子。而多孔多晶硅就是一種性能較佳的電子源，可產生一種準 彈道電子發射(又稱為彈道電子發射)，其特點是具有表面電子發射能力、低電
壓工作、發射電子能量高、響應快速和電子發散角小，電子發射率可達3%，更 為重要的是其發射性能對環境氣壓不敏感，可在一定的氣體環境中工作。多孔 多晶硅最初被日本松下公司用于場發射顯示，后于2008年又將它用于平面光源。 松下公司設計的利用多孔硅彈道電子發射的平面光源，它由玻璃材料制成 的前基板和后基板組成，前基板的內側面配置有陽極，在陽極上覆蓋有熒光粉 層，后基板的內側面配置有底電極8、多孔硅膜和頂電極，這三者一起構成了多 孔硅陰極，前基板和后基板間由支撐柱(未顯示)來保持一定的距離，內部充 入純Xe氣。在底電極與頂電極及陽極間施加一定的直流電壓，則會由多孔硅陰 極向氣體空間發射電子，這些電子與氣體原子發生碰撞激發，從而產生VUV以 激發熒光粉發光。由于這種無放電的光源的氣體原子激發效率大大提高，有可 能獲得高的發光效率。由于多孔硅陰極要發射電子，因此在其表面不能涂敷熒 光粉和制作反射層，熒光粉只能涂敷在平面光源的前基板上，并且厚度不能太 厚，否者會降低可見光的透過率，這就導致了射向后基板的VUV和可見光不能 被有效利用，而射向前基板1的VUV由于熒光粉較薄的原因也無法完全轉變為 可見光，這些因素制約了光源發光效率的進一步提高。
發明內容
本發明的目的在于提供一種利用多孔硅彈道電子發射的平面光源，實現由多孔硅電子源向氣體空間注入能量較高的電子以直接激發氣體原子，并充分利
用產生的vuv和可見光，從而提高平面光源的發光效率和亮度。
本發明的基本構思是平面光源的前、后基板間以一定的間隔設置一些相 互平行的支撐條，支撐條的兩個側面及封接條的內側面上制備底電極、多孔硅 膜和頂電極或陽極，在前、后基板上均涂敷有熒光粉，在前、后基板圍成的內 部空間充入惰性氣體，在電極上施加一定的直流電壓后，就會由多孔硅膜向氣
體空間發射電子，電子與惰性氣體原子發生碰撞激發，產生vuv以激發熒光粉發光。
為了實現上述任務，本發明采用如下的技術解決方案
包括由玻璃材料制成的相隔距離的前基板和后基板，在前、后基板的相對 的兩個表面上均涂敷有熒光粉，前、后基板的四周有封接框以密封前、后基板 之間的空間，前、后基板之間設置有相互平行的若干支撐條，在每個支撐條的 每個側面及與支撐條平行的兩條封接邊的內側面上依次設置底電極、多孔硅膜 和頂電極，或設置有陽極，底電極、多孔硅膜和頂電極三者構成了產生彈道電 子發射的多孔硅陰極。
其中在所述支撐條的一個側面上制備多孔硅陰極，在另一個側面上設置陽 極，相鄰支撐條的相對的兩個側面上分別為多孔硅陰極和陽極，在與支撐條平 行的兩條封接邊的內側面上設置多孔硅陰極或陽極，相鄰的支撐條和封接邊的 相對的兩個側面上分別為多孔硅陰極和陽極，相鄰的支撐條之間及相鄰的支撐 條和封接邊之間按照3—25 mm的距離等間距設置。
其中所述支撐條中的一部分的兩個側面上均制備多孔硅陰極，另一部分支 撐條的兩個側面上均制備陽極，這兩種支撐條交替放置，以使相鄰支撐條的相 對的兩個側面上分別為多孔硅陰極和陽極，在與支撐條平行的兩條封接邊的側 面上制備多孔硅陰極或陽極，相鄰的支撐條和封接邊的相對的兩個側面上分別 為多孔硅陰極和陽極，相鄰的支撐條之間及相鄰的支撐條和封接邊之間按照3
6一25mm的距離等間距設置。
在其中所述后基板的熒光粉層下設有反射層。
多孔硅膜的制備方法為首先，在薄基片上采用等離子體增強化學氣相沉 積法制備厚度為l一2pm的多晶硅膜；然后，采用陽極氧化法對多晶硅膜進行腐 蝕，制備出多孔硅膜；最后，采用電化學氧化法對多孔硅膜進行氧化。
其中所述底電極選用A1、 W、 Cr、 Ni或Mo材料，頂電極選用Au或Pt材 料，并采用磁控濺射或電子束真空蒸發鍍膜工藝制備，頂電極的膜厚為5—20nm。
其中所述陽極采用氧化銦錫(ITO)、 Ag、 Al、 Cr或Ni材料，并采用磁控 濺射或電子束真空蒸發鍍膜工藝制備，或者采用絲網印刷Ag漿料結合燒結工藝 制作。
其中所述熒光粉層采用印刷法、旋涂法或噴涂法制作，其中前基板的熒光 粉層厚度為6—20(im，后基板上的熒光粉層厚度為50—200nm，平面光源內部 的氣體采用純氙氣Xe或純氪氣Kr，或者是含Xe或含Kr的惰性混合氣體。
由于本發明將多孔硅陰極和陽極設置在支撐條和封接邊的側面，因此，前、 后基板的表面均可涂敷熒光粉。電子由多孔硅陰極發射出來，向陽極運動過程 中，與氣體原子發生碰撞，通過控制頂電極、陽極與底電極間的電壓，使得發 射出的電子的能量高于氣體原子的激發能，但低于氣體原子的電離能，則這些 電子可直接激發氣體原子而不引起電離，從而產生VUV，射向前、后基板的VUV 均能有效地轉變為白光，并且射向后基板的白光也能被熒光粉下的反射層反射 到前基板方向。與現有技術相比，本發明的平面光源可提高光源的發光效率和 亮度。
因為本發明的平面光源的前基板上只有一層熒光粉，后基板上也只有反射 層和熒光粉，所以前、后基板的制作非常簡單。根據本發明的平面光源的制造 方法，帶有多孔硅陰極和陽極的支撐條和封接邊可在大面積的玻璃板或陶瓷片 上制備，然后按照一定的尺寸裁出大量的支撐條和封接邊，因此生產效率高，
7適合于平面光源的大批量生產。
圖1是本發明第一種實例的利用多孔硅彈道電子發射的平面光源的結構示 意圖，其中，圖a是主視圖，圖b是俯視圖2是本發明第二種實例的利用多孔硅彈道電子發射的平面光源的結構示 意圖，其中，圖a是主視圖，圖b是俯視圖3是本發明的一種實例的利用多孔硅彈道電子發射的平面光源中支撐條 上多孔硅陰極的制備方法示意圖。
下面結合附圖對本發明內容作進一步的詳細說明。
具體實施例方式
按照圖1所示，平面光源包括由玻璃材料制成的相隔一定距離的前基板1 和后基板2，在它們l、 2相對的兩個表面上均涂敷有熒光粉6、 7，在后基板2 的熒光粉層7下設有反射層14，前、后基板l、 2的四周有封接框以密封前、后 基板1、 2之間的空間，前、后基板1、 2間以一定的間隔設置一些相互平行的 支撐條13，在支撐條13的一個側面上制備底電極8、多孔硅膜9和頂電極10， 底電極8、多孔硅膜9和頂電極10三者構成了可產生彈道電子發射的多孔硅陰 極，在另一個側面上制備陽極ll，相鄰支撐條13的相對的兩個側面上分別為多 孔硅陰極和陽極11，在與支撐條13平行的兩條封接邊12的內側面上制備多孔 硅陰極或陽極11，相鄰的支撐條13及封接邊12的相對的兩個側面上分別為多 孔硅陰極和陽極11，相鄰的支撐條13之間或相鄰的支撐條13和封接邊12之間 按照3—25 mm的距離等間距設置，支撐條13從封接框的一側伸出，而與封接 框的另一側有l一3mm的距離作為排氣和充氣通道。
按照圖2所示，平面光源包括由玻璃材料制成的相隔一定距離的前基板1 和后基板2，在它們相對的兩個表面上均涂敷有熒光粉6、 7，在后基板2的熒 光粉層7下設有反射層14，前、后基板l、 2的四周有封接框以密封前、后基板1、 2之間的空間，前、后基板l、 2間以一定的間隔設置一些相互平行的支撐條 13，在一部分支撐條13的兩個側面上均制備底電極8、多孔硅膜9和頂電極10， 底電極8、多孔硅膜9和頂電極10三者構成了可產生彈道電子發射的多孔硅陰 極，而在另一部分支撐條13的兩個側面上均制備陽極11，這兩種支撐條13交 替放置，以使相鄰支撐條13的相對的兩個側面上分別為多孔硅陰極和陽極11， 在與支撐條13平行的兩條封接邊12的側面上制備多孔硅陰極或陽極11，相鄰 的支撐條13和封接邊12的相對的兩個側面上分別為多孔硅陰極和陽極11，相 鄰的支撐條13之間或相鄰的支撐條13和封接邊12之間按照3—25 mm的距離 等間距設置，支撐條13從封接框的一側伸出，而與封接框的另一側有1—3mm 的距離作為排氣和充氣通道。
利用多孔硅彈道電子發射的平面光源的制作方法包括在前基板1上制作熒 光粉層6，在后基板2上制作反射層14，在反射層14上制作熒光粉層7，將用 作支撐條13的厚度為0.2—2 mm的薄基片的兩個側面上均制備多孔硅陰極或均 制備陽極11，或者在一個側面上制備多孔硅陰極，而在另一個側面上制備陽極 11，將用作封接框的薄基片的一個側面上制備多孔硅陰極或制備陽極11，然后 將這些薄基片按照2—8mm的寬度裁成等寬的條，均勻放置在前、后基板1、 2 間的適當位置，使得相互平行的相鄰的支撐條13或相鄰的支撐條13和封接邊 12的相對的兩個側面上分別為多孔硅陰極和陽極11。
按照圖3所示，多孔硅陰極的制備方法為
(1) 在用作支撐條13或封接邊12的薄基片上制備底電極8:底電極8選 用A1、 W、 Cr、 Ni、 Mo等材料，并采用磁控濺射或電子束真空蒸發鍍膜工藝制 備；
(2) 在底電極8上制備多孔硅膜9:首先，采用等離子體增強化學氣相沉 積法制備厚度為l一2pm的多晶硅膜；然后，采用陽極氧化法對多晶硅膜進行腐 蝕，制備出多孔硅膜，腐蝕液為由氫氟酸HF和乙醇配制的混合溶液；最后，將帶有多孔硅膜的薄基片放入H2S04溶液或H2S04溶液與其他酸溶液構成的混合
液中，采用電化學氧化法對多孔硅膜進行氧化。
(3)再在多孔硅膜9上制備頂電極10:頂電極10選用Au、 Pt等材料，并 采用磁控濺射或電子束真空蒸發鍍膜工藝制備，頂電極10的膜厚為5—20nm。
陽極11采用氧化銦錫(ITO)、 Ag、 Al、 Cr、 Ni等材料，并采用磁控濺射 或電子束真空蒸發鍍膜工藝制備，或著采用絲網印刷Ag漿料結合燒結工藝制作。
熒光粉層6、 7采用印刷法、旋涂法或噴涂法制作，其中前基板l的熒光粉 層6較薄，厚度為6—20pm，后基板2上的熒光粉層7較厚，厚度為50—200|im， 平面光源內部的氣體采用純氙氣Xe、純氪氣Kr，或者是含Xe或含Kr的惰性 混合氣體。
由于將多孔硅陰極和陽極設置在支撐條和封接邊的側面，因此，前、后基 板的表面均可涂敷熒光粉。電子從多孔硅陰極發射出來，在向陽極運動過程中 與氣體原子發生直接碰撞激發，從而產生VUV，射向前、后基板的VUV均能 轉變為白光，并且射向后基板的白光也能被熒光粉下的反射層反射到前基板方 向。與現有技術相比，本發明的平面光源可提高光源的發光效率和亮度。
根據本發明的平面光源的制造方法，帶有多孔硅陰極和陽極的支撐條和封 接邊可在大面積的玻璃板或陶瓷片上制備，然后按照一定的尺寸裁出大量的支 撐條和封接邊，因此生產效率高，適合于平面光源的大批量生產。
雖然本發明以上述較佳的實施例對本發明作出了詳細的描述，但并非用上 述實施例來限定本發明。本發明的利用多孔硅彈道電子發射的平面光源及制造 方法不局限于上述幾種形式，只要是按照本發明的技術方案，采用在支撐條和 封接框的側面制備多孔硅陰極和陽極，利用多孔硅膜的彈道電子發射以直接激 發氣體原子，從而達到提高平面光源的發光效率和亮度的目的，均屬于本發明 的保護范圍。
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權利要求
1.一種利用多孔硅彈道電子發射的平面光源，包括由玻璃材料制成的相隔距離的前基板(1)和后基板(2)，在前、后基板(1、2)的相對的兩個表面上均涂敷有熒光粉(6、7)，前、后基板(1、2)的四周有封接框以密封前、后基板(1、2)之間的空間，其特征在于，前、后基板(1、2)之間設置有相互平行的若干支撐條(13)，在每個支撐條(13)的每個側面及與支撐條(13)平行的兩條封接邊(12)的內側面上依次設置底電極(8)、多孔硅膜(9)和頂電極(10)，或設置有陽極(11)，底電極(8)、多孔硅膜(9)和頂電極(10)三者構成了產生彈道電子發射的多孔硅陰極。
2. 如權利要求1所述的平面光源，其特征在于，其中在所述支撐條(13)的一個側面上制備多孔硅陰極，在另一個側面上設置陽極(ll)，相鄰支撐條(13)的相對的兩個側面上分別為多孔硅陰極和陽極(11)，在與支撐條(13)平行的兩條封接邊(12)的內側面上設置多孔硅陰極或陽極(11)，相鄰的支撐條(13)和封接邊(12)的相對的兩個側面上分別為多孔硅陰極和陽極(11)，相鄰的支撐條(13)之間及相鄰的支撐條(13)和封接邊(12)之間按照3—25mm的距離等間距設置。
3. 如權利要求1所述的平面光源，其特征在于，其中所述支撐條(13)中的一部分的兩個側面上均制備多孔硅陰極，另一部分支撐條(13)的兩個側面上均制備陽極(11)，這兩種支撐條(13)交替放置，以使相鄰支撐條(13)的相對的兩個側面上分別為多孔硅陰極和陽極(11)，在與支撐條(13)平行的兩條封接邊(12)的側面上制備多孔硅陰極或陽極(11)，相鄰的支撐條(13)和封接邊(12)的相對的兩個側面上分別為多孔硅陰極和陽極(11)，相鄰的支撐條(13)之間及相鄰的支撐條(13)和封接邊(12)之間按照3—25 mm的距離等間距設置。
4. 如權利要求1所述的平面光源，其特征在于，在其中所述后基板的熒光粉層(7)下設有反射層(14)。
5. 根據權利要求1所述的平面光源，其特征在于，其中所述底電極(8)選用A1、 W、 Cr、 Ni或Mo材料，頂電極(10)選用Au或Pt材料，并采用磁控濺射或電子束真空蒸發鍍膜工藝制備，頂電極的膜厚為5—20nm。
6. 根據權利要求1所述的平面光源，其特征在于，其中所述陽極(11)采用氧化銦錫(ITO)、 Ag、 Al、 Cr或Ni材料，并采用磁控濺射或電子束真空蒸發鍍膜工藝制備，或者采用絲網印刷Ag漿料結合燒結工藝制作。
7. 根據權利要求1所述的平面光源，其特征在于，其中所述熒光粉層(6、7)采用印刷法、旋涂法或噴涂法制作，其中前基板的熒光粉層(6)厚度為6一20)im，后基板上的熒光粉層(7)厚度為50—200pm，平面光源內部的氣體采用純氙氣Xe或純氪氣Kr,或者是含Xe或含Kr的惰性混合氣體。
全文摘要
本發明公開了一種利用多孔硅彈道電子發射的平面光源。所述平面光源在前基板和后基板上均制作熒光粉層，前、后基板間以一定的間隔設置一些相互平行的支撐條，在每個支撐條的兩個側面及封接框的兩條邊的內側面上制備底電極、多孔硅膜和頂電極或陽極，底電極、多孔硅膜和頂電極三者構成了可產生彈道電子發射的多孔硅陰極，在前、后基板圍成的內部空間充入惰性氣體。在所述平面光源的電極上施加適當的直流電壓后，就會由多孔硅膜向氣體空間發射電子，電子與惰性氣體原子發生碰撞激發，產生真空紫外線(VUV)以激發熒光粉發光。
文檔編號H01J63/06GK101661865SQ20091002396
公開日2010年3月3日 申請日期2009年9月30日 優先權日2009年9月30日
發明者鵬 張, 胡文波, 宇 鄭 申請人:西安交通大學