[发明专利]利用多孔硅弹道电子发射的平面光源

说明书

技术领域

本发明属于光源制造领域，涉及一种平面光源，特别涉及一种利用多孔硅弹道电子发射以激发气体原子的平面光源。

背景技术

随着全球能源紧张和环境污染加剧，各国政府都十分重视节能和环境保护，在照明领域，研发高效节能、无环境污染的绿色光源成为了光源技术发展的一个重要方向。由于含汞荧光灯的技术成熟、光效较高(达到60-80lm/w)、规格型号齐全，目前仍被广泛用作照明光源和LCD背光源。近十几年来，尽管无汞光源技术(如高压钠灯、金属卤化物灯、白光发光二极管、Xe放电型荧光灯等)的研发和应用也取得了较大的进展，但由于它们各自存在的一些缺点，目前还无法获得大量应用。高压钠灯的光效高达120lm/W，但显色指数在20左右，只能用于不需很好分辨物体颜色和细节的场所的照明；金属卤化物灯由于制造工艺复杂、成本很高、售价昂贵，因而应用受到限制；大功率白光LED的光效为40-50lm/W，由于存在温升问题，寿命问题还未得到很好解决；Xe放电型荧光灯寿命很长，超过6万小时，但发光效率较低，约为30lm/w。

Xe放电型平面荧光灯的结构如图1所示，它由玻璃材料制成的前基板1和后基板2组成，前基板1的内侧面配置有荧光粉层6，后基板2的内侧面配置有两组电极，即X电极3和Y电极4，X电极3和Y电极4上覆盖有介质层5，介质层5表面覆盖有荧光粉层7，前基板1和后基板2间由支撑柱(未显示)来保持一定的距离，内部充入放电气体，在X电极3和Y电极4间施加一定的电压波形，则会在电极间产生气体放电，放电产生的真空紫外线(VUV)可激发荧光粉发出可见光。导致Xe放电型平面荧光灯发光效率低的主要原因为，它是利用惰性气体的放电来发光，而气体放电中大部分电能被用于气体原子的电离及离子加速上，这部分能量最后基本上都转化为热能损失掉，而用于激发气体原子来产生VUV的电能很少。

如果能实现在不发生气体放电的情况下，直接由电子激发气体原子以产生VUV来激发荧光粉发光，则可大大提高光源的发光效率。而要在不发生放电的情况下在气体空间中产生电子，则必须要有电子源，它能不断地向气体空间注入能量较高的电子。而多孔多晶硅就是一种性能较佳的电子源，可产生一种准弹道电子发射(又称为弹道电子发射)，其特点是具有表面电子发射能力、低电压工作、发射电子能量高、响应快速和电子发散角小，电子发射率可达3％，更为重要的是其发射性能对环境气压不敏感，可在一定的气体环境中工作。多孔多晶硅最初被日本松下公司用于场发射显示，后于2008年又将它用于平面光源。

松下公司设计的利用多孔硅弹道电子发射的平面光源，它由玻璃材料制成的前基板和后基板组成，前基板的内侧面配置有阳极，在阳极上覆盖有荧光粉层，后基板的内侧面配置有底电极8、多孔硅膜和顶电极，这三者一起构成了多孔硅阴极，前基板和后基板间由支撑柱(未显示)来保持一定的距离，内部充入纯Xe气。在底电极与顶电极及阳极间施加一定的直流电压，则会由多孔硅阴极向气体空间发射电子，这些电子与气体原子发生碰撞激发，从而产生VUV以激发荧光粉发光。由于这种无放电的光源的气体原子激发效率大大提高，有可能获得高的发光效率。由于多孔硅阴极要发射电子，因此在其表面不能涂敷荧光粉和制作反射层，荧光粉只能涂敷在平面光源的前基板上，并且厚度不能太厚，否者会降低可见光的透过率，这就导致了射向后基板的VUV和可见光不能被有效利用，而射向前基板1的VUV由于荧光粉较薄的原因也无法完全转变为可见光，这些因素制约了光源发光效率的进一步提高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用多孔硅弹道电子发射的平面光源，实现由多孔硅电子源向气体空间注入能量较高的电子以直接激发气体原子，并充分利用产生的VUV和可见光，从而提高平面光源的发光效率和亮度。

本发明的基本构思是：平面光源的前、后基板间以一定的间隔设置一些相互平行的支撑条，支撑条的两个侧面及封接条的内侧面上制备底电极、多孔硅膜和顶电极或阳极，在前、后基板上均涂敷有荧光粉，在前、后基板围成的内部空间充入惰性气体，在电极上施加一定的直流电压后，就会由多孔硅膜向气体空间发射电子，电子与惰性气体原子发生碰撞激发，产生VUV以激发荧光粉发光。

为了实现上述任务，本发明采用如下的技术解决方案：