[发明专利]场发射光源

说明书

技术领域

本发明涉及一种场发射光源，特别地，涉及一种小型场发射光源，其可以使用晶圆级水平制造的概念以低成本大量制造，即是，与IC’s和MEMS所使用的方法类似。本发明还涉及一种包括至少一个场发射光源的照明装置。

背景技术

现代节能照明设备中所使用的技术使用汞作为活性成分之一。由于汞危害环境，因此，开展广泛研究以克服与节能，无汞照明相关的复杂技术困难。今天，LED已经出现强劲的增长，但是这项技术是在非常先进的半导体工程（“FAB”s）采用非常昂贵的设备进行制造的。此外，因为一些基本的物理问题证阻碍开发，今天的LED技术正在努力为深UV（UVC）区域实现商业上具有吸引力的解决方案。

用于解决这个问题的一个方法就是使用场发射光源技术。场发射是当非常高的电场施加到导电材料的表面时发生的现象。该场将给予电子足够的能量以使得电子从材料发射（进入真空）。

在现有技术的设备中，阴极布置在真空室中，真空室具有例如玻璃璧，其中在腔室的内部涂覆有导电阳极层。此外，在阳极上沉积发光层。当在阴极和阳极之间施加一个足够高的电势差，从而产生足够高的电场强度时，电子从阴极发射并朝向阳极加速。当电子撞击发光层，发光层通常包含发光粉，发光粉会发射光子。此过程被称之为阴极发光。

EP1709665中公开了应用场发射光源技术的光源的一个实例。EP1709665公开一种灯泡形光源，包括中心布置的场发射阴极，还包括布置在封闭场发射阴极的玻璃灯泡的内表面上的阳极层。所公开的场发射光源允许光的全向发射，例如对于改造光源的实施有用。

即使EP1709665显示出对无汞光源具有一个有前途的方法，期望对于所公开的灯泡结构提供一个替代方案，可能允许增强的制造，从而降低所得光源的成本。此外，如EP1709665所示出的三维场发射光源的制造通常有些麻烦，特别是对于实现与光发射相关的高水平均匀性。

“Field-emission light sources for lab-on-a-chip microdevices” by A. Górecka-Drzazga et. al., Bulletin of the polish academy of sciences technical sciences, Vol. 60, No. 1, 2012,公开用于克服上述讨论问题的一种有趣的方法。具体地，公开了一种包括纳米结构阴极的场发射芯片。

进一步关注到US20110297846，公开用于制造光的方法和装置，通过将来自场发射阴极的电子穿过间隙注入纳米结构的半导体材料中，电子从单独的场发射体阴极中发出，并通过电压朝着纳米结构的材料的表面加速穿过间隙，纳米结构的材料的表面形成了阳极的部分。

然而，所公开的微器件不适合作为商业上可行的光源，也就是说，如同上述参考文献相关的情形，照明场景不仅限于短照明周期。因此，期望提供对于场发射光源的进一步增强，特别是适用于通用照明和深UV（UVC）光源。

发明内容

根据本发明的一个方面，上述（问题）通过小型场发射光源至少部分缓解，场发射光源包括场发射阴极，场发射阴极包括形成在基板上的多个纳米结构，导电阳极结构，导电阳极结构包括布置用于覆盖阳极结构的至少一部分的第一波长转换材料，其中，第一波长转换材料配置为接收从场发射阴极发射的电子并发射第一波长范围的光，以及用于在场发射阴极的基板和阳极结构之间形成一个完全封闭且随后抽真空的腔室的装置，装置包括布置成环绕多个纳米结构的间隔结构，其中，用于接收多个纳米结构的基板是晶片。

根据本发明的场发射光源通常可以使用类似于制造集成电路（IC's）和MEMS（微机电系统）的二维平面工艺来制造。优选地，可以设置基本上平坦的晶片，并且可以在其上形成多个纳米结构，例如，使用湿（水热）化学工艺，通过氧化，化学气相沉积技术或电沉积。其他方法同样是可能的。在一个实施例中，阳极结构可以形成在另一个基本上平坦的晶片上。在本文中，区分晶片是重要的，即是，从在晶片规模制造过程中所使用的晶片的大小来看，含基本尺寸的单个器件的晶片，后面的大得多且包含大量的单独器件。

通常遵循本发明的其他优点包括使用模块化制造工艺的可能性，其中，例如可以在单独的多个晶片上大量地制造阳极和阴极结构，然后在随后的接合工艺中组合。在随后的接合工艺中，阴极和阳极晶片对齐并连接在一起以形成各个场发射光源。从而，当通过间隔结构实施接合工艺时，可以实现随后的抽真空（产生真空），间隔结构也可以作为第三大晶片或单独元件提供。