[发明专利]场致发射阴极

说明书

技术领域

本发明涉及场致发射阴极的装置。更具体地讲，本发明涉及场致发射照明装置的阴极。

背景技术

现在存在一种用更节能的替代物来代替传统灯泡的趋势。已经示出了形式上与传统灯泡相似的荧光光源，通常将其称作紧凑型荧光灯(CLF)。众所周知，所有的荧光光源包含少量的汞，由于汞暴露的健康影响而引起问题。此外，由于对汞的处置的严格监管，荧光光源的回收利用变得复杂和昂贵。

此外，期望提供一种荧光光源的替代物。在WO 2005074006中提供了这样一种替代物的一个例子，它公开了一种不包含汞或任何其他对健康有害的材料的场致发射光源。所述场致发射光源包括阳极和阴极，所述阳极由透明导电层和涂覆在圆柱形玻璃管的内表面上的荧光体层组成。荧光体在被电子激发时发光。阳极和阴极之间的电压引起电子发射。为了实现高的发光，期望施加4-12kV范围的电压。

例如，因为不必需要使用汞，所以在WO 2005074006中公开的场致发射光源提供了一种对于更环保的照明的有希望的途径。但是，总是希望改进灯的设计以延长寿命和/或提高灯的发光效率。

发明内容

根据本发明的一方面，如下所述的场致发射阴极至少部分满足上述要求，所述场致发射阴极包括：至少部分导电的基底结构和空间分布在基底结构处的多个导电的微米级部分，其中，所述多个微米级部分中的至少一部分各自设置有多个导电的纳米结构。

在本文档的上下文中，术语纳米结构被理解为表示具有一个或多个100纳米(nm)或更小的尺寸的结构元件以及这种元件的空间布置。术语纳米结构包括纳米管、纳米球、纳米棒、纳米纤维和纳米线，其中，纳米结构可以是纳米网络的一部分。此外，术语纳米球表示具有至多3∶1的纵横比的纳米结构，术语纳米棒表示具有至多200nm的最长尺寸并具有从3∶1至20∶1的纵横比的纳米结构，术语纳米纤维表示具有大于200nm的最长尺寸并具有大于20∶1的纵横比的纳米结构，术语纳米线表示具有大于1,000nm的最长尺寸的纳米纤维。

此外，关于纳米结构的定义包括术语纵横比，所述纵横比表示物体的最长轴与该物体的最短轴的比，其中，所述轴不必是垂直的。术语横截面宽度是横截面的最长尺寸，并且横截面高度是垂直于所述宽度的尺寸。术语纳米网络表示相互连接的多个单独的纳米结构。

与现有技术中包括在实质上平坦的表面上生长的纳米结构的装置相比，根据本发明的纳米结构反而设置在空间分布的微米级部分上。此外，这具有如下所述的优点：例如，可在场致发射应用中使用本场致发射阴极时提供改进的电子发射。可从以下所述的事实来获得所述改进的电子发射：每个单独的纳米结构的长度对与布置的纳米结构结合的微米级部分提供的总长度的影响更小。因此，微米级部分将是总长度的主要贡献者，而纳米结构将实质上只向微米级部分提供本质上的尖端，以在场致发射应用中实现高的电子发射。在场致发射阴极包括在场致发射装置中的情况下，对电子发射的改进还降低了功耗，而且在场致发射装置是场致发射光源和/或场致发射显示器的情况下，还允许增加光输出。

为了实现改进的电子发射，优选地，所述纳米结构包括导电的氧化物、硼化物、氮化物、碳化物、金属合金、硅化物中的至少一个的纳米结构。最优选地，所述纳米结构包括ZnO纳米结构。此外，所述多个纳米结构的至少一部分具有多边形柱体或圆柱体的形状，并且具有5-500纳米之间的直径和长达500纳米的长度。

所述至少部分导电的基底结构可包括连接到微米级部分的相互连接的可寻址的导体的矩阵(或网络)。在导体中间，例如可设置绝缘段，该绝缘段允许微米级部分的组或“簇”被独立寻址。可以根据心中的特定应用以不同形式设置基底结构，例如，将基底结构布置为包括线，或者将其设置为包括网格、打孔的或实心薄片中的至少一个。

如上所述，微米级部分被空间分布在基底结构处。优选地，为了改进电子发射，按照大于所述多个微米级部分的平均直径的距离来分布所述微米级部分。优选地，以如下所述的方式来选择微米级部分的形状：所述多个微米级部分的至少一部分具有多边形柱体或圆柱体的形状，具有5-500微米之间的直径和长达10毫米的长度，或者至少具有至少3∶1的纵横比。

根据心中的应用，优选地，所述多个微米级部分的至少一部分包括导电或半导电的、透光的或反光的材料。