[发明专利]双向交互放大电子/光子源

说明书

技术领域

本发明涉及在壳体内包括真空室的电子/光子源。本发明还涉及对应的用于制造这样的电子/光子源的方法。

背景技术

现代节能照明设备中使用的技术使用汞作为有效组份之一。由于汞危害环境，因此进行了大范围研究以克服与节能、无汞照明相关联的复杂的技术困难。

用来解决该问题的方法是使用场致发射光源技术。场致发射是当邻近发射材料的表面的电场使发射材料表面存在的势垒宽度变窄时发生的现象。这允许发生量子隧道效应，从而电子穿过势垒并从材料发射出去。

在现有技术的设备中，在具有例如玻璃壁的真空室中配置阴极，其中该真空室在其内侧涂覆有阳极导电层。而且，在阳极导电层上淀积发光层。当在阴极和阳极导电层之间施加电位差时，电子从阴极发射，并向阳极导电层加速。当电子打在发光层上时，电子使该发光层发射光子，该过程被称为阴极发光，其不同于传统荧光照明设备例如传统荧光管中采用的光致发光。

US 6,573,643公开了这样的设备，其中阳极导电层例如可包括铟锡氧化物且发光层包括磷光材料。该磷光材料从阴极接收电子并以可见波长发射光子。

接收电子并以可见波长发射光子的这样的磷光材料非常昂贵且难以制造，因此导致昂贵的照明设备。

因此本发明的目的是提供一种对上述一些问题提供解决方案的新的改进的场致发射光源。

发明内容

独立权利要求1和15所限定的基于场致发射、阴极发光和光增强场致发射的电子/光子源以及对应的用于制造这样的电子/光子源的方法满足了上述需求。从属权利要求限定了根据本发明的有利实施例。

根据本发明的第一方面，本发明提供了一种电子/光子源，其包括壳体内的真空室，还包括配置在所述真空室内的阳极和阴极。而且，阴极被配置成当在阳极和阴极之间施加电压时发射电子，所述阳极被配置成当接收到从所述阴极发射的电子时以第一波长范围发射光，波长范围转换材料被配置成接收所发射的所述第一波长范围的光，并以第二波长范围发射光。

本发明的该第一方面以一种新方式使得可通过两步将从阴极发射的电子转换成可见光。第一步包括将电子转换成第一波长范围的光，而第二步包括将所述第一波长范围的所述光转换成第二波长范围。这特别有利，且使得可以选择新的发射材料，该新的发射材料可以以电子到可见光的转换以一步完成的现有技术中所使用的材料的成本的一小部分来制造。表述“波长范围”应理解为大部分、例如80％的光含量(light content)所在的波长范围。该波长范围具有更低的起始点和更高的结束点。以相同的方式，术语波长转换材料应理解为当以所述第一波长范围接收光时将光从第一波长范围转换到第二波长范围的发射材料。

在本发明的优选实施例中，阳极还包括透明基板，透明基板一侧被透明导电材料覆盖，该透明导电材料夹在所述基板和发射材料之间。作为例子，发射材料在从阴极接收电子时以约100nm-400nm，更优选地为约200nm-400nm以及最优选地为约250nm-400nm的第一波长范围发射光。第二波长范围优选地为约350nm-900nm，更优选地为约400nm-800nm，且最优选地为约450nm-650nm。这一般意味着配置在阳极上的发射材料在第一步将发射紫外光，波长范围转换材料接收该光并将其转换成人眼可见的光。

透明导电材料可从广范围的材料中选择，但优选地使用铟锡氧化物(ITO)或氧化锌(ZnO)或甚至单壁碳纳米管中之一，因为即使所应用的层处于100nm-1000nm的间隔内，这些透明材料也具有有优势的导电能力。

在本发明的另一优选实施例中，发射材料是ZnO。ZnO的使用显示出更有利，因为ZnO的室温阴极发光光谱在约380nm处具有强强度峰值，且在+/-20nm内具有80％的光含量。作为另外的特征，当在场致发射光源中用作阴极时，由于能够在相对低的温度生成ZnO纳米尖端，ZnO的使用显示了良好的结果。这意味着可将阳极和阴极二者构造为可互换的组件。这将大大减小光源的制造成本。而且，优选地使用对380nm最敏感的红色、绿色、蓝色荧光粉作为波长范围转换材料。作为替选，可使用蓝色及黄色荧光粉的混合物。

如本领域技术人员所能理解的，有三种有利的方法在电子/光子源中配置波长范围转换材料。第一种是覆盖壳体的内侧，第二种是覆盖真空室的外侧，第三种是将波长范围转换材料夹在基板和透明导电材料之间。使用上述三种方式中的任何一种配置波长范围转换材料都可行，因而这可根据光源的设计实现。