[发明专利]利用多层薄膜型电子源的平面气体激发光源

说明书

技术领域

本发明属于电光源制造领域，涉及平面光源，特别涉及一种利用由多层薄膜构成的 电子源产生表面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 有荧光粉层，后基板的内侧面配置有两组电极，即X电极和Y电极，在它们之上覆盖有介 质层，介质层表面覆盖有荧光粉层，前基板和后基板间由支撑柱来保持一定的距离，内部 充入放电气体，在X电极和Y电极间施加一定的电压波形，则会在电极间产生气体放电， 放电产生的紫外线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辉光放电来发光，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 子来产生紫外线的电能很少。并且目前Xe放电型平面荧光灯的工作电压一般较高，为 1000-2500V。

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紫外线而 激发荧光粉发光，则可大大提高平面荧光灯的发光效率，并且可有效降低器件工作电压。 而要在不发生放电的情况下在气体空间中产生电子，则必须要有可不断地向气体空间注入 较高能量电子的电子源。

金属-绝缘体-金属(MIM)和金属-绝缘体-半导体-金属(MISM)多层薄膜可构 成性能优良的电子源，它们能产生场助热电子发射，具有表面电子发射能力、低电压工作、 发射均匀性好和电子发散角小等特点，更为重要的是其抗污染能力强，实验已证实它们可 在很低的真空度甚至一定的气体环境下工作。目前，MIM和MISM多层薄膜一般作为场发 射阴极应用于场发射显示器(FED)中。

发明内容

本发明的目的在于提供一种将气体放电发光技术和场电子发射技术相结合的一种新 型平面光源，该平面光源中设有多层薄膜构成的电子源，电子源在电场的作用下产生表面 电子发射，向气体空间注入能量较高的电子以直接激发气体原子，从而提高平面光源的发 光效率和亮度，并实现低电压工作。

为了达到上述目的，本发明采用如下的技术解决方案：

本发明的基本构思是：平面气体激发光源包括由玻璃材料制成的前基板和后基板， 在前、后基板之一或两者上设有荧光粉层，在前基板或后基板上设置能产生表面电子发射 的电子源，它由用金属、绝缘体和半导体材料制备的多层薄膜构成，前、后基板间充入惰 性气体。平面气体激发光源利用电子源发射电子来激发气体原子辐射紫外线，从而激发荧 光粉发光。具体方案如下：

一种利用多层薄膜型电子源的平面气体激发光源，包括由玻璃材料制成的前基板1 和后基板2，其特征在于：所述前基板1或后基板2上设置有能产生表面电子发射的电子 源；所述前基板1和后基板2中至少一个涂覆有荧光粉层4；所述电子源由上电极7、绝 缘膜6和下电极5构成；所述下电极5平铺在后基板2表面，绝缘膜6平铺在下电极5 表面，上电极7平铺在绝缘膜6表面。

所述前基板1和后基板2之间充有惰性气体，电子源置于惰性气体中。

所述绝缘膜6材料从三氧化二铝、二氧化硅、氧化镁、五氧化二钽、氮化硅、二氧化 铪和氧化锆中选择，膜厚为3-500nm。

所述绝缘膜6具有多晶或非晶结构。

所述上电极7和绝缘膜6之间设置有半导体膜8；所述电子源由上电极7、半导体膜 8和绝缘膜6和下电极5构成。