CN1725922A - 场发射平面光源装置及其阴极 - Google Patents

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刘亮
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Abstract

本发明涉及一种场发射平面光源装置，其包括一具有多个发射体的阴极。其中，该阴极进一步包含有若干导电承载柱，该发射体分布于该若干导电承载柱。该光源装置可直接提供平面光，不须通过后续的光学处理得到，可用于包括信息显示在内的多个领域。

Description

场发射平面光源装置及其阴极
【技术领域】
本发明涉及一种场发射平面光源装置，尤其涉及一种场发射阴极。
【背景技术】
平面光源在众多领域均有广泛应用，尤其是在信息显示领域。包括液晶显示在内的多种被动显示技术都需要一个能够均匀发光的平面光源作为其主要部件。以往多是采用光学方法处理得到一个均匀发光平面，比如液晶的背光板就是采用一套光学***将线光源散焦成一个平面光源。
请参阅图1，2004年6月16日公开的第02152111.5号中国发明专利申请揭露一种应用于液晶显示器的背光源10。其包括发光二极管12、一导光板14以及微透镜16。其中该导光板14包括一与该发光二极管12相对的光入射面(未标示)，该微透镜16设置于该发光二极管12与该导光板14入射面之间，且该发光二极管12与该导光板14分别定位于该微透镜16两侧的工作距离内，从而使得该微透镜16耦合该发光二极管12出射的发散光以均匀的平行光自入射面入射至导光板14，该导光板14耦合该平行光自一平行光自一平面均匀入射。
另外，采用导光板等元件将线光源转化为平面光源的相关技术还可参见2002年10月23日公开的、标题为“光管、平面光源元件及发射式液晶显示装置”的第02107375.9号中国发明专利申请、以及2004年2月11日公开的、标题为“平面光源装置及以其作背光模组的液晶显示器”的第02128659.0号中国发明专利申请等文献。
然而，采用这种转化方式工作的平面光源装置无法直接得到平面光，必须进行后续的光学处理来得到。并且，还需要装配经过精密加工的光学部件，如上述的微透镜、导光板等，从而增加该部分光学部件的费用，使得生产成本提高。
目前，业界也有利用场发射效应来制造光源装置。其主要工作原理在于：当阴极处于比阳极或栅极低的电位时，阴极表面有指向阳极或栅极的电场，若电场强度足够，阴极开始发射电子，这些电子在阳极电场的作用下到达阳极，轰击附着于阳极的荧光粉，从而使荧光粉发生能级跃迁而发光。相对于以往的技术，特别是日光灯管，这种场发射光源只需将阴阳极之间抽成真空，而不须充入任何气体，如汞等有害气体，不会造成对环境的污染。
Vitaly等在1999年12月28日公告的第6,008,575号美国专利中揭示了一种采用场发射阴极的光源装置，该场发射阴极包括一基体及由该基体延伸的多个发射体。但是，该光源装置为一管状装置，仅能提供线光源，仍然无法直接提供平面光。
因此，有必要提供一种能直接提供平面光的场发射平面光源装置及其阴极。
【发明内容】
为解决现有技术中光源装置无法直接提供平面光的问题，本发明的目的在于提供一种能直接提供平面光的场发射平面光源装置及其阴极。
对应于该发明目的的一方面，本发明提供一种场发射平面光源装置，包括一具有多个发射体的阴极。其中，该阴极进一步包含有若干导电承载柱，该发射体分布于该若干导电承载柱。
该装置可进一步包括一与该阴极相对的阳极。
另外，该装置也可进一步包括两个阳极，该阴极位于该两阳极之间。
其中，上述发射体形成于面对阳极的导电承载柱表面，其材料可选自金属、非金属、化合物和一维纳米材料。该发射体具有一末端，其最好沿该导电承载柱表面的法线朝向背离该导电承载柱的方向。上述的若干导电承载柱可为圆柱型或棱柱型，最好平行分布于同一平面。最好在至少一个导电承载柱的端部设置拉伸装置。上述阴极和阳极之间可进一步设置栅极。
对应于该发明目的的另一方面，本发明还提供一种场发射阴极，其包括一个基体和形成于该基体的发射体。其中，该基体包括若干并行排列的导电承载柱，该导电承载柱分布有该发射体。
相对于现有技术，本发明将若干分布有发射体的导电承载柱并行排列组成阴极发射体阵列，由发射体在电场作用下发射电子轰击阳极荧光层使其发光，从而无需另外的光学元件进行光学处理而直接提供平面光。
同时，当发射体沿其表面的法线方向排布时，发射体之间的屏蔽效应将显著降低，从而提高场发射阴极的电子发射效率，提高光电转化效率，改善整个光源装置的性能。另外，本发明还提出在导电承载柱的一端或两端采用弹簧等拉伸装置予以拉紧固定，一方面可保证电子发射的均匀性，另一方面使其更为稳固，进而增长整个光源装置的使用寿命。
【附图说明】
图1为现有技术中传统的应用于液晶显示器的平面光源装置的示意图；
图2为本发明提供的单面型场发射平面光源装置的立体示意图；
图3为沿图2中III-III线的剖视图；
图4为沿图2中IV-IV线的剖视图；
图5为本发明提供的双面型场发射平面光源装置的立体示意图；
图6为沿图5中VI-VI线的剖视图；
图7为沿图5中VII-VII线的剖视图。
【具体实施方式】
下面将结合附图对本发明作进一步的详细说明。
请一并参阅图2至图4，本发明的第一实施例为一种单面型场发射平面光源装置8。其包括一底板80、一阴极81和一阳极82。三者基本相互平行，四个侧面由玻璃封接，并抽成真空状态。
其中，底板80与阳极82之间设有若干玻璃柱84用于支撑整个装置8。底板80两端还设有阴极固定板89，用于固定阴极81。
阴极81包括多个导电承载柱812和多个发射体(图未示)。该发射体均匀分布于各导电承载柱812相对于阳极82的表面上。其用于发射电子的末端背离该导电承载柱812，且最好沿该导电承载柱表面的法线方向分布，以降低发射体之间的屏蔽效应。该多个导电承载柱812为圆柱型，按一定间隔均匀排列，相互平行，组成一阴极发射体阵列。最好各导电承载柱812形状、尺寸均一致，并且其中心轴基本分布于同一平面，因此可近似看作一个电子发射平面。阴极引线85设于阴极81的一侧，分别与各导电承载柱812的一末端相连。
阳极82为一块表面形成有透明导电膜(未标示)和荧光层83的平板玻璃。其中，荧光层83可含有红、绿、黄三色荧光粉，并最好对应于阴极81的各导电承载柱812的位置，呈条形分布。另外，荧光层83也可含有白色荧光粉，覆盖于阳极82相对阴极81的整个表面。阳极82的一侧还设有与透明导电膜相连的阳极引线86。需注意的是，该装置8的亮度将主要取决于阳极82的电压和电流密度以及荧光粉的发光效率等因素，可根据不同使用需要，做适当安排。
该装置8的一侧壁玻璃上开有排气孔(未标示)，并连接有一排气管87。该排气管87的内壁上放置有一消气剂88，用以维持装置8内的真空度。
在本实施例中，导电承载柱812为细丝结构。发射体通过电泳或化学气相沉积等方法形成在导电承载柱812的表面。将这些形成有发射体的导电承载柱812排列均匀地固定在阴极固定板89上，从而形成阴极81。当然，还可先将圆柱形导体812在一基板上排列固定，再采用上述方法在该导电承载柱812上形成该发射体。
同时，该发射体可为各种微尖结构，包括金属尖、非金属尖、化合物尖和一维纳米材料，例如钨尖、钼尖、硅尖、金刚石尖、氧化锌尖等。其中一维纳米材料包括各种纳米级的管状结构、棒状结构和线状结构，如碳纳米管、硅线、钼线等。
应指出的是，阴极81和阳极82之间可根据需要加设栅极，例如光刻成型的金属网格，以提高阴极81的电子发射效率。
请一并参阅图5至图7，本发明的第二实施例为一种双面型场发射平面光源装置9。其与前一实施例的主要不同之处在于：该装置9包括两个阳极90，92，阴极91位于该两阳极90，92之间，组成阴极91的各导电承载柱912面对阳极90，92的两侧表面上均形成有发射体(图未示)。
另外，在本实施例中，导电承载柱912的一端由一弹簧94固定于阴极固定板(未标示)，以拉紧该导电承载柱912，使其不易弯曲，从而使这些导电承载柱912能更好地位于同一平面上。可选择的是，可在导电承载柱912的两端均设置弹簧94，以增强拉紧效果。
本领域普通技术人员可以理解的是，所述的导电承载柱除已指出的圆柱型外，还可为其他类型的柱体结构，如四棱柱、五棱柱或不规则多边形柱体，而不必以具体实施例为限。并且，还可采用其他元件或装置来拉紧导电承载柱，而不必仅限于弹簧。另外，导电承载柱的数量、固定方式以及阴阳极引线的排布位置等均可根据实际需要加以变化。当然，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。
本发明将若干分布有发射体的导电承载柱并行排列组成阴极发射体阵列，由发射体在电场作用下发射电子轰击阳极荧光层使其发光，从而无需另外的光学元件进行光学处理而直接提供平面光。
同时，当发射体沿其表面的法线方向排布时，发射体之间的屏蔽效应将显著降低，从而提高场发射阴极的电子发射效率，提高光电转化效率，改善整个光源装置的性能。另外，本发明还提出在导电承载柱的一端或两端采用弹簧等拉伸装置予以拉紧固定，一方面可保证电子发射的均匀性，另一方面使其更为稳固，进而增长整个光源装置的使用寿命。

Claims (10)

1.一种场发射平面光源装置，包括一具有多个发射体的阴极，其特征在于，该阴极进一步包含有若干导电承载柱，该发射体分布于该若干导电承载柱。
2.如权利要求1所述的场发射平面光源装置，其特征在于，该装置进一步包括一与该阴极相对的阳极。
3.如权利要求1所述的场发射平面光源装置，其特征在于，该装置进一步包括两个阳极，该阴极位于该两阳极之间。
4.如权利要求2或3所述的场发射平面光源装置，其特征在于，所述阴极和阳极之间设有栅极。
5.如权利要求1至3任一项所述的场发射平面光源装置，其特征在于，所述的若干导电承载柱平行分布于同一平面。
6.如权利要求1至3任一项所述的场发射平面光源装置，其特征在于，所述的发射体材料选自金属、非金属、化合物和一维纳米材料。
7.如权利要求1至3任一项所述的场发射平面光源装置，其特征在于，所述的发射体具有一末端，其沿该导电承载柱表面的法线朝向背离该导电承载柱的方向。
8.如权利要求1至3任一项所述的场发射平面光源装置，其特征在于，至少一个导电承载柱的一端设有一拉伸装置。
9.如权利要求1至3任一项所述的场发射平面光源装置，其特征在于，所述导电承载柱为圆柱型或棱柱型。
10.一种场发射阴极，包括一个基体和形成于该基体的若干发射体，其特征在于，该基体包括若干并行排列的导电承载柱，该导电承载柱分布有该发射体。
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