[发明专利]用于场发射装置的一种场发射阴极结构

说明书

本发明总的来说涉及用于场发射装置的一种场发射阴极结构，特别适于通过在场发射阴极结构的透气部分下侧布置吸气剂元件来增强场发射装置的可靠性并延长场发射装置的寿命。本发明还涉及包括这种场发射阴极结构的场发射照明装置和场发射照明系统。

技术领域

本发明总的来说涉及用于场发射装置的一种场发射阴极结构，特别适于通过在场发射阴极结构的透气部分下侧布置吸气剂元件来增强场发射装置的可靠性并延长场发射装置的寿命。本发明还涉及包括这种场发射阴极结构的场发射照明装置和场发射照明系统。

背景技术

现代节能照明设备所采用的技术使用汞为活性成分之一。由于汞对环境的危害，人们进行了广泛的研究，以克服与节能、无汞照明相关的复杂技术难题。

解决该问题的一种方法是采用场发射光源技术。场发射是一种非常高的电场施加到导电材料表面时发生的现象。这个场将给电子足够的能量，以使电子从材料中发射(进入真空)。

在现有技术的场发射光源中，阴极被布置在通常是具有玻璃壁的灯泡的真空室中，其中该真空室的内部被涂有导电阳极层。此外，在阳极上沉积发光层。当在阴极和阳极之间施加足够大的电位差从而产生足够高的电场强度时，电子从阴极发射并向阳极加速。当电子撞击通常包括光粉(例如磷光体材料)的发光层时，光粉将发射光子。这个过程被称为阴极发光。

场发射光源领域的研究和开发的最新进展使得场发射光源小型化成为可能，使得其可以制造为相对较小的照明芯片，而不是现有技术的灯泡形场发射光源来。同一申请人在WO2016096717中公开了一种基于芯片的场发射光源的示例，并通过引用将其全部并入本文。

在WO2016096717中，公开了场发射光源可以使用晶圆级制造的概念以低成本大批量制造，即使用与IC和MEMS使用的类似方法。根据WO2016096717，多个场发射光源均各自包括一个包括多个纳米结构的场发射阴极、一个间隔元件和一个阴极发光阳极，且所有这些都布置在同一晶圆基板上。

具体地，根据WO2016096717，大量场发射光源同时在大玻璃基板(在本文中也称为晶圆)上制造。随后放置多个间隔元件，使得每个间隔元件围绕每个场发射阴极，且间隔元件壁和阴极之间具有一定的最小距离。最后，将包含阳极的多个小玻璃片(通常为圆形)密封在间隔元件上，以便为每个单独的场发射光源形成空腔。该密封在真空环境下完成。或者，用另一个大玻璃基板(其尺寸与第一个类似)代替多个小玻璃片。

此外，为了长时间保持真空水平，在每个空腔内放置一个吸气剂元件。应当注意，在此简短的描述中，阳极和阴极的位置是完全可以互换的。场发射光源设置吸气剂元件是非常重要的，以在任何长时间内都能工作。

在场发射光源的工作过程中，当施加足够大的电场时，阴极将发射电子电流。所述电子穿过阴极和阳极之间的真空空间。如果空间中存在过多的剩余气体分子，则电子可能会撞击这些分子，且其中一些分子可能被电离。如果撞击次数过多，就会发生电弧现象。这种电弧可能对场发射光源有害。

即使不发生这种电离分解，上述事件也会至少产生一个次级事件，即剩余气体分子可能因此带正电荷。如果发生这种情况，所述分子会被阴极吸引。如果足够多的这样的分子覆盖在阴极上，它们将开始限制阴极发射电子的能力，即剩余气体分子通过引入一个额外的势垒来抑制电子发射。

剩余气体分子始终在一定程度上存在。此外，随着时间的推移，这些分子将通过表面解吸、从形成空腔的材料中脱气、从所述材料中渗透和扩散而增加。场发射光源在工作时，不可避免地会出现场发射光源的自加热现象，尤其是在阳极上。其热量会加速这些过程，将剩余气体分子添加到场发射光源腔中。

从大范围场发射光源的经验来看，要避免这种现象，必须有小于1x10^-4torr的压力。初始压力应为1x10^-6torr，以保证场发射光源有足够的使用寿命。应该注意的是，要准确地评估在芯片级场发射光源中形成的非常小的腔体中的实际压力是非常困难的。