專利名稱：場發(fā)射發(fā)光照明光源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種照明光源，尤其涉及一種對環(huán)境友好無污染的冷陰極場發(fā)射光源。
背景技術(shù)：
直到目前，日常照明使用的光源大多采用白熾燈和熒光管。白熾燈的歷史悠久，制作工藝簡單，但是，白熾燈消耗的大部分電能轉(zhuǎn)化為熱能浪費(fèi)掉，而不是直接用于發(fā)光，所以其最大缺點(diǎn)是發(fā)光效率低下，已經(jīng)逐漸被效率較高的熒光燈取代。
普通熒光管包括一透明玻璃管，其內(nèi)壁涂覆有白色或彩色熒光材料，玻璃管內(nèi)還充有汞蒸汽。其原理是利用熱陰極發(fā)射的電子激發(fā)汞蒸汽發(fā)出紫外光，而紫外光照射在熒光材料上發(fā)出白色光或彩色的光。熒光燈是一種熱陰極光源，發(fā)光效率比白熾燈高。但是，其缺點(diǎn)在于使用有毒性的汞。當(dāng)熒光燈管被打破之后，汞蒸汽流出外面將對環(huán)境和人體有害。出于環(huán)?？紤]，有些國家和地區(qū)已經(jīng)決定在未來幾年后，禁止使用這種含汞的熒光燈。在這種情況下，用來取代普通熒光燈或白熾燈的無汞光源受到普遍歡迎。
因此，環(huán)保、對人體無害、高效率、節(jié)能的熒光燈需求和市場巨大，前景廣闊。
2001年1月17日公開的中國發(fā)明專利申請第00107813.5號揭露一種使用碳納米管的白光源及其制造方法。此白光源主要包括用作陰極的金屬薄膜，形成在金屬薄膜上的導(dǎo)電聚合物薄膜圖案，碳納米管基本垂直固結(jié)在導(dǎo)電聚合物薄膜圖案并且一端露出外面，以及具有熒光體的透明電極。碳納米管發(fā)射電子轟擊熒光體，從而發(fā)出可見光。
另外，2003年6月11日公開的中國發(fā)明專利申請第01139810.8號也揭露一種類似的使用碳納米管的平板熒光光源及其制作方法。
但是，上述兩種熒光光源結(jié)構(gòu)復(fù)雜，適合于平面顯示器，而不是普通照明。
如圖4所示，2003年6月18日公告的中國實(shí)用新型專利02234995.2號揭露一種無汞熒光燈，其包括石英玻璃燈管1，其內(nèi)表面涂敷有熒光物質(zhì)3，外表面形成有導(dǎo)電薄膜層2；燈管1內(nèi)部充有工作氣體氙氣4，兩端設(shè)置有一對外電極5。工作時，在外電極5施加高頻交變電壓，發(fā)射電子撞擊管內(nèi)的工作氣體氙氣4，產(chǎn)生紫外輻射，再激發(fā)管內(nèi)表面的熒光物質(zhì)3發(fā)出可見光。
另外，美國專利第5,866,984號也揭示了相類似的無汞紫外放電源的結(jié)構(gòu)。
但是，上述兩件專利文獻(xiàn)揭露的熒光燈均是采用熱陰極發(fā)射電子，所以其工作電壓很高，電能消耗比較大；燈管內(nèi)雖然無汞，但卻需要填充其他惰性氣體以激發(fā)紫外光，如此帶來以下缺點(diǎn)一是增加了成本，二是氣體容易泄漏，使得熒光燈發(fā)光變暗或無法發(fā)光。
因此，提供一種能耗低，發(fā)光效率高，對環(huán)境無害，且無需填充額外氣體的熒光照明光源實(shí)為必要。

實(shí)用新型內(nèi)容為解決現(xiàn)有技術(shù)的熒光燈效率低下、能耗高以及需要填充惰性氣體等技術(shù)問題，本實(shí)用新型之目的在于提供一種場發(fā)射發(fā)光照明光源，其對環(huán)境以及人體無害，發(fā)光效率高，能耗相對較低，并且無需填充任何氣體，可節(jié)省成本。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供一種場發(fā)射發(fā)光照明光源，其包括一透明的大致呈球形的外殼，其內(nèi)表面涂敷有一陽極層和熒光物質(zhì)，所述外殼內(nèi)部是真空密封的，并且外殼的內(nèi)部設(shè)有一具有圓弧表面的導(dǎo)電陰極，圍繞所述圓弧表面形成有許多微小的電子發(fā)射體。
具體的說，所述導(dǎo)電陰極包括一金屬球，所述電子發(fā)射體形成于該金屬球的外表面。所述電子發(fā)射體包括碳納米管。
再具體的說，所述外殼包括一頸部，所述場發(fā)射發(fā)光照明光源進(jìn)一步包括一燈頭，該燈頭設(shè)置在該頸部并且與之固定。并且燈頭設(shè)置有陽極電極和陰極電極。
更具體的來說，金屬球是被一內(nèi)部嵌有金屬絲的支撐柱支撐，而金屬絲連接金屬球和燈頭的陰極電極。所述頸部設(shè)有與陽極層接觸的陽極引線環(huán)，其通過導(dǎo)體連接陽極電極。
另外，該頸部還設(shè)置有消氣劑。
相對于現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型具有如下優(yōu)點(diǎn)首先，本實(shí)用新型的光源不含汞或者其他有害物質(zhì)，所以對環(huán)境、人體無害；第二，光源內(nèi)部真空，不需填充任何氣體物質(zhì)，相對現(xiàn)有技術(shù)而言，本實(shí)用新型減少了填充氣體的成本；第三，本實(shí)用新型是冷陰極發(fā)射電子，相對于現(xiàn)有技術(shù)的熱陰極發(fā)射電子，本實(shí)用新型的發(fā)光效率更高，也就是可以降低能耗。

圖1是本實(shí)用新型場發(fā)射發(fā)光照明光源的較佳實(shí)施例的燈泡示意圖；圖2是圖1的局部放大示意圖；圖3是沿圖1的III-III剖線的剖面示意圖；圖4是現(xiàn)有技術(shù)無汞熒光燈的示意圖。
具體實(shí)施方式下面結(jié)合說明書附圖及具體實(shí)施例對本實(shí)用新型的實(shí)施方式作詳細(xì)描述。
請參閱圖1和圖2，本實(shí)用新型較佳實(shí)施例燈泡外形與普通白熾燈泡相似，包括一大致呈球體、具有一頸部(圖未標(biāo)示)的透明玻璃外殼10，與該頸部相連且固定的燈頭(圖未標(biāo)示)，以及自燈頭延伸到球體內(nèi)部的電子發(fā)射陰極(圖未標(biāo)示)。
其中，該玻璃外殼10內(nèi)部真空，其內(nèi)壁涂敷有一陽極層20和熒光層30。陽極層20是一層透明導(dǎo)電薄膜，一般采用ITO導(dǎo)電薄膜；熒光層30含有熒光物質(zhì)，包括白色熒光物質(zhì)，或彩色熒光物質(zhì)，當(dāng)電子轟擊熒光物質(zhì)時可發(fā)出白色或彩色可見光。另外，陽極層20覆蓋球形內(nèi)壁并延伸至該玻璃外殼10的頸部，并可在頸部內(nèi)表面環(huán)繞設(shè)置一陽極引線環(huán)24以便連接引線22；而熒光層30則僅需覆蓋球形內(nèi)壁即可，無需延伸至頸部。另外，所述頸部可通過一封口(圖未標(biāo)示)而密封。
所述燈頭的形狀與普通白熾燈頭基本相同，其與玻璃外殼10的頸部相連，并和頸部固定。本實(shí)施例中，燈頭包括形成于周圍側(cè)面和底面的具有外螺紋形狀的陽極電極23，其通過兩引線22以及一陽極引線柱21與陽極引線環(huán)24連接導(dǎo)通；以及位于燈頭的底部并且突出于外面的陰極電極43。燈頭只是為了引出陽極電極23和陰極電極43，所以，本實(shí)用新型并不限于以上描述的陽極電極和陰極電極的結(jié)構(gòu)。就是說，燈頭也可采用其他合適的形狀或結(jié)構(gòu)，例如類似白熾燈的卡扣式燈頭結(jié)構(gòu)。
為使兩電極之間絕緣，可進(jìn)一步在陰極電極43與陽極電極23之間設(shè)置一絕緣介質(zhì)15，例如玻璃或陶瓷塊，當(dāng)然，也可通過其它方式使二者之間絕緣。另外，在燈泡內(nèi)部還可進(jìn)一步設(shè)置一消氣劑13。為了不影響電子發(fā)射和發(fā)光，消氣劑13最好設(shè)置在頸部。
電子發(fā)射陰極可用來發(fā)射電子，其包括一表面具有碳納米管42(參見圖3)的金屬球40，與之相連起支撐作用的玻璃支柱14以及陰極引線45。其中玻璃支柱14是中空的，其可固定于頸部的封口處；陰極引線45穿過玻璃支柱14內(nèi)中空，一端與金屬球40接觸，另一端穿過燈頭并與陰極電極43相連。請參見圖3，本實(shí)施例中，電子發(fā)射陰極的金屬球40位于燈泡的球形中心，其直徑遠(yuǎn)小于燈泡的玻璃外殼10的直徑。許多碳納米管42形成于金屬球40的表面；優(yōu)選的，其中每根碳納米管42至少一端露出金屬球40的表面；更優(yōu)選的，每根碳納米管42直立于該表面，其一端固定于該表面的某一點(diǎn)，另一端基本沿該點(diǎn)垂直朝外。
本實(shí)用新型的制作方法可以借鑒普通白熾燈的制作工藝，以及金屬基底形成碳納米管的現(xiàn)有技術(shù)。以一個直徑4厘米的球形燈泡為例帶有頸部的玻璃外殼10可以參照白熾燈泡的制作方法，但是需要進(jìn)一步在玻璃外殼10內(nèi)表面形成ITO薄膜作為陽極層20，以及在陽極層20表面形成熒光物質(zhì)作為熒光層30；電子發(fā)射陰極的制作可選用直徑約1毫米至數(shù)毫米的金屬球40作為碳納米管的載體，然后利用CVD法直接生長或者通過電泳沉積方法在金屬球40表面形成一層碳納米管42，而玻璃支柱14的長度和玻璃外殼10的半徑大致相同或稍長，其內(nèi)的陰極引線45采用微細(xì)的金屬絲即可，金屬絲45一端連接金屬球40，另一端延伸出玻璃支柱14外面?zhèn)溆茫粺纛^基本上與普通白熾燈的燈頭制作相同制作陽極引線環(huán)24和陽極引線柱21，并分別焊接兩引線22，連接導(dǎo)通陽極電極23和陽極層20；將延伸出玻璃支柱14外面的金屬絲45連接到陰極電極43，即可連接導(dǎo)通陰極電極43和金屬球40；然后將玻璃外殼10內(nèi)部抽真空、利用玻璃熔封技術(shù)密封即可。另外，密封之前還可在靠近玻璃外殼10頸部附近設(shè)置消氣劑13，以便吸收可能殘余的氣體確保真空。
本實(shí)用新型的場發(fā)射發(fā)光照明光源使用時，可在陰極電極43施加負(fù)的直流或脈沖電壓，而陽極電極23接零電位，這樣在金屬球40與陽極層20之間產(chǎn)生一個電場，迫使金屬球40表面的碳納米管42發(fā)射電子，電子轟擊熒光層30從而發(fā)出可見光。
以上是本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例，但本實(shí)用新型的內(nèi)容并不限于以上實(shí)施例。本技術(shù)領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)該能夠理解，本實(shí)用新型還可有其他變化，例如玻璃外殼10可以是圓球形，橢圓球形等形狀，金屬球40尺寸和形狀可根據(jù)需要而改變，碳納米管42的制作方法也可根據(jù)實(shí)際情況采用不同方法，也可以采用包括其他納米管、納米線以及金屬尖端在內(nèi)的各種能夠在電場作用下發(fā)射電子的電子發(fā)射結(jié)構(gòu)。本實(shí)用新型的燈頭的結(jié)構(gòu)不限于實(shí)施例所描述，只需能夠引出陽極電極和陰極電極即可。
本實(shí)用新型具有下列優(yōu)點(diǎn)由于光源的內(nèi)部無需填充汞蒸汽或者其他氣體，所以不僅對環(huán)境無害，也不會對人體有害，而且可節(jié)省成本；而且本實(shí)用新型使用冷陰極，電子直接轟擊熒光物質(zhì)而發(fā)光，有利于提高發(fā)光效率，從而節(jié)省電能；另外，本實(shí)用新型可以參照普通白熾燈的制作工藝和結(jié)構(gòu)，也就是說，無需另外的特殊制程和設(shè)備，可以降低生產(chǎn)成本。
權(quán)利要求1.一種場發(fā)射發(fā)光照明光源，其包括一透明的中空殼體，其內(nèi)表面涂敷有一陽極層和熒光物質(zhì)，其特征在于所述殼體內(nèi)部是真空密封的，并且殼體的內(nèi)部設(shè)有一具有外表面的導(dǎo)電陰極，圍繞所述外表面形成有許多微小的電子發(fā)射體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的場發(fā)射發(fā)光照明光源，其特征在于所述殼體基本呈圓球形。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的場發(fā)射發(fā)光照明光源，其特征在于所述陽極層包括ITO導(dǎo)電薄膜。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的場發(fā)射發(fā)光照明光源，其特征在于所述導(dǎo)電陰極包括一金屬球，其具有一球形外表面，所述電子發(fā)射體形成于該金屬球的外表面。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的場發(fā)射發(fā)光照明光源，其特征在于所述電子發(fā)射體包括碳納米管。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的場發(fā)射發(fā)光照明光源，其特征在于所述碳納米管至少一端露出所述金屬球外表面。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的場發(fā)射發(fā)光照明光源，其特征在于所述碳納米管分別直立于所述金屬球外表面的某一點(diǎn)，另一端沿垂直該表面方向朝外。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的場發(fā)射發(fā)光照明光源，其特征在于所述殼體進(jìn)一步包括一頸部，該頸部具有一封口。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的場發(fā)射發(fā)光照明光源，其特征在于所述場發(fā)射發(fā)光照明光源進(jìn)一步包括一燈頭，該燈頭設(shè)置在該頸部并且與之固定。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的場發(fā)射發(fā)光照明光源，其特征在于所述燈頭包括互相絕緣的陽極電極和陰極電極，該陽極電極和陰極電極分別與所述陽極層和金屬球電連接。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的場發(fā)射發(fā)光照明光源，其特征在于所述殼體的頸部設(shè)置有一陽極引線環(huán)，該陽極引線環(huán)與所述陽極層相接觸，并且通過導(dǎo)體連接至所述陽極電極。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的場發(fā)射發(fā)光照明光源，其特征在于所述導(dǎo)電陰極還包括一支撐件，該支撐件固定于所述頸部封口，并延伸至殼體內(nèi)部支撐所述金屬球。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的場發(fā)射發(fā)光照明光源，其特征在于所述支撐件內(nèi)部設(shè)有一金屬絲連接所述金屬球和所述陰極電極。
14.根據(jù)權(quán)利要求8-13任一項(xiàng)所述的場發(fā)射發(fā)光照明光源，其特征在于所述頸部設(shè)置有消氣劑。
專利摘要本實(shí)用新型屬于日常照明光源技術(shù)領(lǐng)域，提供一種場發(fā)射發(fā)光照明光源，其包括一透明的大致呈球形的外殼，其內(nèi)表面涂敷有一陽極層和熒光物質(zhì)，所述球形外殼內(nèi)部是真空密封的，并且球形外殼的內(nèi)部設(shè)有一金屬球作為導(dǎo)電陰極，圍繞所述金屬球的圓弧表面形成有許多微小的電子發(fā)射體，例如碳納米管。所述球形外殼包括一頸部，一燈頭設(shè)置在該頸部并且與之固定。燈頭設(shè)置有陽極電極和陰極電極，金屬球是被一內(nèi)部嵌有金屬絲的支撐柱支撐，而金屬絲連接金屬球和燈頭的陰極電極。所述頸部設(shè)有與陽極層接觸的陽極引線環(huán)，其通過陽極引線柱連接陽極電極。本實(shí)用新型具有環(huán)保，節(jié)省能源以及無需填充任何氣體，節(jié)省成本等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號H05B33/12GK2731902SQ20042008305
公開日2005年10月5日 申請日期2004年8月14日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月14日
發(fā)明者魏洋, 柳鵬, 盛雷梅, 劉亮, 胡昭復(fù), 郭彩林, 陳丕瑾, 范守善 申請人:清華大學(xué), 鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司