CN102906849B - 场发射平面光源及其制作方法 - Google Patents

Abstract

一种场发射平面光源及其制造方法。该发射平面光源包括阳极（110）、阴极（120）、出光面板（130）及隔离体（140）。阳极（110）与出光面板（130）之间由隔离体（140）隔开，阴极（120）位于阳极（110）、出光面板（130）及隔离体（140）形成的收容空间（150）中。阳极（110）包括阳极基板（112）、位于阳极基板（112）上的金属反射层（114）及位于金属反射层（114）上的发光层（116），阴极（120）包括阴极基体（122）及位于阴极基体（122）表面的电子发射体（124）。该场发射平面光源的散热性得到改善，可用于液晶显示器件或照明灯领域。

Description

场发射平面光源及其制作方法

【技术领域】

本发明涉及一种照明光源，尤其涉及一种反射式场发射平面光源及其制作方法。

【背景技术】

场发射平面光源，因具有节能、环保、能够在恶劣环境下工作(如高低温环境)、轻薄等优点，可广泛应用于各个照明领域。场发射平面光源与传统的背光模块相比，不仅构造简单，而且节能、体积小、易于大面积平面化、亮度高，符合了未来平面光源的发展需求。尽管场发射平面光源在未来的市场竞争中具有不可替代的优势，然而，其在实际应用上仍存在一些亟待解决的问题。

传统的场发射平面光源应用在液晶显示器件的背光模组中时，场发射光源的阳极发光层直接靠近液晶面板，且被夹在阴极和液晶面板之间。阳极长期受到阴极发射的电子轰击，温度会增加，产生的热量难以辐射除去，影响液晶面板的寿命，同时也会引起阳极的受热变形甚至破裂。另外，场发射平面光源即使不应用在背光源中同样也会存散热问题，因为阳极通常采用玻璃基板，而玻璃的散热特性比较差，并且由于阳极作为出光面，难以在其表面施加金属散射装置。

【发明内容】

基于此，有必要提供一种散热性能较好的场发射平面光源及其制作方法。

一种场发射平面光源，包括阳极、阴极、出光面板及隔离体，阳极及出光面板大致呈平板状，阳极与阴极平行设置；其中，阳极与出光面板之间由隔离体隔开，阳极、出光面板及隔离体共同形成一真空密闭空间，阴极悬置于真空密闭空间内；阳极包括阳极基板、位于阳极基板上的金属反射层及位于金属反射层上的发光层，阴极包括多个间隔排布的阴极基体及位于阴极基体表面的电子发射体。优选的，阳极基板及出光面板均为平板状，且阴极基体与阳极基板平行设置。

优选的，阴极基体为平行设置的金属丝或由金属丝组成的网络结构；。

优选的，电子发射体为薄膜型、准一维型、锥型或由薄膜型、准一维型及锥型组成的复合型结构；电子发射体为金刚石薄膜、碳纳米管、碳纳米墙、氧化铜纳米线、氧化锌纳米线、氧化锌纳米棒、四角形纳米氧化锌或氧化铁纳米线。

优选的，阳极基板为玻璃或陶瓷；发光层为荧光粉、发光薄膜或掺杂荧光粉的发光玻璃。

优选的，阳极还包括设置在阳极基板与金属反射层之间的非透明阳极电极。

优选的，非透明阳极电极为金属Cr、Mo或Al电极。

优选的，阳极还包括设置在阳极基板与金属反射层之间或金属反射层与发光层之间的透明阳极电极。

优选的，透明阳极电极为氧化铟锡(ITO)透明电极。

一种场发射平面光源的制作方法，包括如下步骤：

阳极的制作：在阳极基板上采用蒸镀、电镀或溅射方式沉积一层金属反射层，随后在金属反射层上采用涂覆或磁控溅射方式制备一层发光层；

阴极的制作：在阴极基体上采用涂覆或直接生长的方式制备电子发射体；

组装场发射平面光源：首先，将制备作好的阳极放置在水平操作台上，并将隔离体固定放置在阳极基板四周后，将阴极固定在隔离体上，并引出电极，确保阴极与阳极平行；然后将出光面板施压在隔离体上，固定并密封好；最后，把封装好的场发射平面光源通过排气管进行抽真空排气封离。

优选的，还包括采用磁控溅射或蒸镀方式在阳极基板上沉积一层透明或非透明阳极电极或在金属反射层上沉积一层透明阳极电极的步骤。

通过设计金属反射层，将阴极设置在阳极与出光面板之间，避免了阳极发光层与出光面板的紧密接触，散热性能得到提高，从而避免了应用在背光模组中因发光层与液晶面板过近而加热液晶面板影响液晶面板使用寿命等问题的发生。另外，金属反射层为金属材质，较传统的非金属散热性更好，从而该场发射平面光源的稳定性好，光源的使用寿命进一步增加。

采用平行金属丝或金属丝形成的平面网络结构的阴极，再在其上涂布电子发射体，有利于电子发射体之间的分布，增大电子发射体尖端之间的距离，从而场发射的屏蔽效应降低，能有效发射电子的发射体数量上升，因此得到发射效率较高，发射稳定的光源。

【附图说明】

图1为一实施方式的场发射平面光源的正视剖面示意图。

图2为图1实施方式的场发射平面光源的侧视剖面示意图。

图3为另一实施方式的场发射平面光源的正视剖面示意图。

【具体实施方式】

下面主要结合附图和具体实施例对场发射平面光源作进一步的说明。

如图1和图2所示，一实施方式中的场发射平面光源大致为方形，其包括阳极110、阴极120、出光面板130及多个隔离体140。

阳极110包括大致呈平板状的阳极基板112、位于阳极基板112上的金属反射层114及位于金属反射层114上的发光层116，阳极110与阴极120平行设置。出光面板130大致呈平板状，并与阳极110相对。多个隔离体140位于阳极110与出光面板130之间。阳极110、出光面板130及多个隔离体140共同形成一真空密闭空间150。阴极120位于真空密闭空间150内，且悬置于所述真空密闭空间150内。阴极120包括多个间隔排布的阴极基体122，每个阴极基体122两端分别固定在两相对的隔离体140上。阴极基体122表面涂有电子发射体124。

阳极110和阴极120通过导线分别与一电源(图未示)相连。接通电源时，阴极基体122表面的电子发射体124在外加电场作用下发射电子；发光层116受到阴极发射的经过加速电子轰击发出荧光。发光层116发出的荧光穿过多根阴极基体122之间的间隙通过出光面板130射出。由于阳极基板112上设有金属反射层114，发光层116发出的部分荧光会被金属反射层114向上反射，从而可以显著增强该场发射平面光源的发光强度及发光效率。

通过设计金属反射层114，及将阴极120设置在阳极110与出光面板130之间，使得发光层116与出光面板130保持一定距离，从而避免上述场发射平面光源应用于背光模组时因发光层116与显示器件的液晶面板过近，而影响液晶面板的使用寿命等问题。另外，金属反射层114为金属材质，散热性好，增加了该场发射平面光源的稳定性，提高了该场发射平面光源的使用寿命。

本实施方式中阴极基体122为悬置于上述真空密闭空间150中的平行设置的金属丝构成，且多个阴极基体122共同形成的平面与阳极基板112所在的平面平行。阴极基体122的表面设有金刚石薄膜制作的电子发射体124。

本实施方式中的阳极基板112为玻璃材质。金属反射层114选用反射率较高的Al制作。发光层116选用大致呈平板状的发光玻璃制作。

如图3所示，在另一实施方式中，场发射平面光源的阳极110还包括阳极电极118。阳极电极118为非透明的金属材质，设置于金属反射层114与阳极基板112之间。

另外，阳极电极118也可以为透明材质，若阳极电极118若为为透明材质，则可设置于金属反射层114与发光层116之间，或者设置于金属反射层114与阳极基板112之间，如图3所示。

在其他实施方式中，阴极基体122还可以由金属丝形成的网状结构构成，优选的，金属丝的表面设有电子发射体124。电子发射体124可以为薄膜型、准一维型、锥形或者由薄膜型、准一维型及锥形组成的复合型结构。此外，电子发射体124还可以选用其他材料，如碳基质中的碳纳米管或碳纳米墙，氧化物系纳米材料中的氧化物纳米线、氧化锌纳米线、氧化锌纳米棒、四角形纳米氧化锌或氧化铁纳米线等。

此外，在其他的实施方式中，阳极基板112还可以选用陶瓷或有机玻璃等制作。发光层116还可以为涂覆在金属反射层114表面的荧光粉或发光薄膜。另外，阳极电极118可以为金属电极或非金属电极，如非透明的金属Cr、Mo或Al电极、透明的ITO电极等。

以下为具有上述图3结构的场发射平面光源的制作流程，具体如下：

第一步，阳极110的制备。在阳极基板112上采用磁控溅射或蒸镀等方式沉积一层阳极电极118，然后在阳极电极118的表面制备一层金属反射层114，该金属反射层114可以采用蒸镀、电镀、溅射等方式制备。随后在金属反射层114上再制备一层发光层116，该发光层116可以白色的荧光粉或者彩色荧光粉，当电子轰击到荧光粉时发出白色或相应颜色的彩色光。发光层116为粉体型时可以采用涂覆方式制备，若为发光膜时也可以采用磁控溅射的方式制作发光薄膜。

第二步，阴极120的制备。阴极120包括阴极基体122和电子发射体124，阴极基体122为平行设置的金属丝或由金属丝组成的平面网络结构。电子发射体124可以为一维纳米材料也可以是薄膜型材料。电子发射体124可以采用涂覆的方式或直接生长的方式制备，如，在阴极基体122上通过喷涂的方式喷涂碳纳米管电子发射体124。

第三步，组装场发射平面光源。把制备好的阳极110放置在水平操作台上，把隔离体140放置在阳极110的四周，并用低玻粉固定，然后将阴极120固定在隔离体140上，并引出电极。确保阴极120与阳极110平行。随后将出光面板130施压在隔离体140上，固定并密封好。最后，把封装好的场发射平面光源通过排气管进行抽真空进行排气封离。

以下为具体实施例部分。

实施例1

本实施例的阳极基板采用ITO玻璃，厚度为4mm。将阳极基板依次用丙酮、乙醇、去离子水超声清洗15min后吹干或烘干，然后用蒸镀的方法在ITO玻璃上蒸镀厚度约2μm的反射铝层，随后采用丝网印刷的方式在反射铝层表面上印刷一层约35μm厚的白光发光粉层。阴极基体为采用镍丝，由于镍丝可以直接作为生长碳纳米管的催化剂，因此，本实施例采用碳纳米管作为电子发射体。把镍丝放入石英管的中央位置，然后在氩气保护下升温至650℃，接着通入氢气lh对样品进行表面处理，随后快速升温至生长温度并通入包含乙炔或甲烷的混合气体5-20min，最后在氩气保护下降温到室温，即制备出碳纳米管电子发射体。制备好阴极后，按照上述制作流程封装好器件，随后将其安装到排气台上，对器件的腔体抽真空，真空度小于10^-4Pa后进行封离。

实施例2

本实施例的阳极基板是采用厚度为4mm的陶瓷板，把陶瓷板依次用丙酮、乙醇、去离子水超声清洗15min后并吹干或烘干，然后采用磁控溅射的方式在陶瓷板上沉积一层厚度约300nm的铬电极，随后用蒸镀的方法在镀有铬电极的陶瓷板上蒸镀厚度约1μm的反射铝层，随后采用丝网印刷的方式在反射铝层表面上印刷一层约35μm厚的白光发光粉层。阴极是采用氧化铜纳米线作为电子发射体，把配制的铜粉浆料涂刷在具有导电性能的ITO层表面，然后在空气中400℃温度下烧结3h，就直接能够在阴极基体的外表面生长出氧化铜纳米线。制备好阴极后，按照上述制作流程封装好器件，随后将其安装到排气台上，对器件的腔体抽真空，真空度小于10^-4Pa后进行封离。

具有上述结构的场发射光源，散热性能优异，可广泛应用在照明光源或液晶显示等领域。并且上述制作方法，操作简单，便于推广应用。

以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (3)

1.一种场发射平面光源，其特征在于，包括阳极、阴极、出光面板及隔离体，所述阳极及所述出光面板呈平板状，所述阳极与所述阴极平行设置，所述阳极仅位于所述阴极的一侧；其中，所述阳极与所述出光面板之间由所述隔离体隔开，所述阳极、所述出光面板及所述隔离体共同形成一真空密闭空间，所述阴极悬置于所述真空密闭空间内；所述阳极包括阳极基板、位于所述阳极基板上的金属反射层及位于所述金属反射层上的发光层，所述阴极包括多个间隔排布的阴极基体及位于所述阴极基体表面的电子发射体；所述阴极基体为由金属丝组成的网络结构；

阳极基板是采用厚度为4mm的陶瓷板，把陶瓷板依次用丙酮、乙醇、去离子水超声清洗15min后并吹干或烘干，然后采用磁控溅射的方式在陶瓷板上沉积一层厚度为300nm的铬电极，随后用蒸镀的方法在镀有铬电极的陶瓷板上蒸镀厚度为1μm的反射铝层，随后采用丝网印刷的方式在反射铝层表面上印刷一层35μm厚的白光发光粉层；所述反射铝层作为所述金属反射层，所述白光发光粉层作为所述发光层；

阴极是采用氧化铜纳米线作为电子发射体，把配制的铜粉浆料涂刷在具有导电性能的ITO层表面，然后在空气中400℃温度下烧结3h，从而直接在阴极基体的外表面生长出氧化铜纳米线。

2.如权利要求1所述的场发射平面光源，其特征在于，所述铬电极为非透明阳极电极。

3.一种如权利要求1所述的场发射平面光源的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：

阳极的制作：在阳极基板上采用蒸镀的方式沉积一层金属反射层，随后在金属反射层上采用丝网印刷的方式制备一层发光层；

阴极的制作：在阴极基体上采用直接生长的方式制备电子发射体，所述阴极基体为由金属丝组成的网络结构；

组装场发射平面光源：首先，将制备作好的阳极放置在水平操作台上，并将隔离体固定放置在阳极基板四周后，将阴极固定在隔离体上，并引出电极，确保阴极与阳极平行，且所述阳极仅设置于所述阴极的一侧；然后将出光面板施压在隔离体上，固定并密封好；最后，把封装好的场发射平面光源通过排气管进行抽真空排气封离；

其中，阳极基板是采用厚度为4mm的陶瓷板，把陶瓷板依次用丙酮、乙醇、去离子水超声清洗15min后并吹干或烘干，然后采用磁控溅射的方式在陶瓷板上沉积一层厚度为300nm的铬电极，随后用蒸镀的方法在镀有铬电极的陶瓷板上蒸镀厚度为1μm的反射铝层，随后采用丝网印刷的方式在反射铝层表面上印刷一层35μm厚的白光发光粉层；所述反射铝层作为所述金属反射层，所述白光发光粉层作为所述发光层；

阴极是采用氧化铜纳米线作为电子发射体，把配制的铜粉浆料涂刷在具有导电性能的ITO层表面，然后在空气中400℃温度下烧结3h，从而直接在阴极基体的外表面生长出氧化铜纳米线；制备好阴极后，封装好器件，随后将其安装到排气台上，对器件的腔体抽真空，真空度小于10^-4Pa后进行封离。