场发射光源制造技术

本发明专利技术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。本发明专利技术还涉及一种包括至少一个场发射光源的照明装置。场发射光源包括：‑场发射阴极(106)，所述场发射阴极包括多个纳米结构(104)，所述纳米结构形成在基板上；‑导电阳极结构(108)，所述导电阳极结构包括第一波长转换材料(118)，所述第一波长转换材料布置用于覆盖阳极结构的至少一部分，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‑装置，所述装置用于在场发射阴极的基板和阳极结构之间形成一个安全密封且随后抽真空的腔室(106)，包括布置成环绕多个纳米结构的间隔结构(302，110)，其中，用于接收多个纳米结构的基板是晶片(102’)。

Field emission light source

The invention relates to a field emission light source, in particular, relates to a small field emission light source, which can be produced at low cost using the concept of a large number of wafer level manufacturing that is similar to the method used by the IC 's and MEMS. The invention also relates to an illumination device comprising at least one field emission light source. Including the field emission light source: field emission cathode (106), the field emission cathode includes a plurality of nanostructures (104), the nano structure formed on the substrate; conductive anode structure (108), the conductive anode structure includes a first wavelength converting material (118), the first wavelength conversion material arrangement for at least part of the cover, the anode structure wherein the first wavelength converting material configured for receiving and transmitting electron field emission from a first wavelength range and light, and device, the device for the present to form a safety seal and then the vacuum chamber between the anode and cathode substrate structure emission (106), including arranged ring spacing structure around a plurality of nanostructures (302110), wherein the substrate for receiving a plurality of nanostructures is wafer (102 ').

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】场发射光源
本专利技术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。本专利技术还涉及一种包括至少一个场发射光源的照明装置。
技术介绍
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-emissionlightsourcesforlab-on-a-chipmicrodevices”byA.Górecka-Drzazgaet.al.,Bulletinofthepolishacademyofsciencestechnicalsciences,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。
技术实现思路
根据本专利技术的一个方面，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。根据本专利技术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。通常遵循本专利技术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。根据本专利技术，在场发射光源的工作期间，第一波长转换材料布置为在朝着阳极结构的方向上接收从多个纳米结构发射/加速的电子。一旦第一波长转换材料接收到电子，将发射第一波长范围内的光。优选地，选择第一波长材料具有低温淬火（性能）。此外，第一波长转换材料优选地应用于阳极结构的至少大部分。在本专利技术的范围内，第一波长范围可以选择为更宽（用于发射基本上为白光），覆盖“单色”的波长范围，或多个频率范围波（不一定是连接的）的混合。第一波长材料也可以配置为发射紫外光。在一个实施例中，发射紫外光的场发射光源可以布置用于固化粘合剂（“胶水”），用于对水、空气，表面等的消毒。间隔结构布置成环绕多个纳米结构，从而以可控的方式将阳极结构布置在场发射阴极附近。在此种实施例中，间隔结构将参与在阳极结构和场发射阴极之间形成腔室。可以替代地，为了获得所需腔室，间隔结构可以在晶片内形成凹陷。从而，间隔结构和/或凹陷将在阳极结构和场发射阴极之间设定预定的距离。期望选择间隔物（spacer）具有与晶片相匹配的热膨胀（系数），并且通常也（和）阳极结构（匹配）。通过准确地控制阳极结构和场发射阴极之间的距离，与例如可能为灯泡、管或扁平（但大得多）形状的场发射光源相比，可以实现在场发射阴极和阳极结构之间允许电子发射所需要的优化的电压电势。这可能允许进一步优化场发射光源的能量效率。在本专利技术的一个可能实施例中，场发射阴极的基板和阳极结构之间的距离优选地介于100μm和5000μm之间。在可能的实施例中，如此处所公开的一种装置的晶片可以具有1-100毫米的宽度（例如可以是圆形或矩形）。（为了清楚起见，本专利技术描述可以在单个大型基板上，通常为200-1000mm，大量生产的器件，大型基板然后包括大量单个器件）在本专利技术的一个实施例中，晶片可以是硅晶片。阴极晶片可替代地包括金属基板。此外，晶片可替代地由设置有导电层的绝缘材料所形成。在优选实施例中，绝缘材料可以是透明的，例如玻璃，特别是具有与阳极玻璃相同的热特性。在此实施例中，对于间隔元件也使用相同的材料是有利的，因为该方法将给出热膨胀系数的最小失配，并因此在制造及工作中最小由于热循环引起的残余应力。类似地，在一个实施例中，阳极结构可以为透明的，例如由玻璃材料形成。玻璃应优选地足够薄以获得低水平的漏光模式，同时仍然优选地足够厚以提供对氧气、其他气体和湿度的有效屏障，因为这些气体的渗透会降低封装真空度，这最终将会导致产生一个不起作用的设备。使用例如用于阳极的硅硼酸盐玻璃是优选的，因为此种玻璃材料被设计为能够用相应的金属合金进行密封，常见的示例品牌是Kovar。他们也能很好地密封钨（W）。密封技术包括在高压下的真空钎焊，玻璃熔块（玻璃粉末）和共晶接合。应当注意的是，使用由相同玻璃类型（或至少非常相似）所制成的所有（相关本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种场发射光源，包括：‑ 场发射阴极，所述场发射阴极包括多个纳米结构，所述纳米结构形成在基板上；‑ 导电阳极结构，所述导电阳极结构包括第一波长转换材料，所述第一波长转换材料布置用于覆盖阳极结构的至少一部分，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‑ 装置，所述装置用于在场发射阴极的基板和阳极结构之间形成一个安全密封且随后抽真空的腔室，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。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.12.17 EP 14198645.51.一种场发射光源，包括：-场发射阴极，所述场发射阴极包括多个纳米结构，所述纳米结构形成在基板上；-导电阳极结构，所述导电阳极结构包括第一波长转换材料，所述第一波长转换材料布置用于覆盖阳极结构的至少一部分，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-装置，所述装置用于在场发射阴极的基板和阳极结构之间形成一个安全密封且随后抽真空的腔室，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。2.根据权利要求1所述的场发射光源，其特征在于，间隔结构布置为在阳极结构和场发射阴极之间设定预定的距离。3.根据权利要求1和2中任意一项所述的场发射光源，其特征在于，还包括第二波长转换材料。4.根据权利要求1和2中任意一项所述的场发射光源，其特征在于，还包括第二波长转换材料，所述第二波长转换材料远离第一波长转换材料布置。5.根据权利要求4所述的场发射光源，其特征在于，还包括圆顶形结构，所述圆顶形结构布置在阳极结构的外部，其中第二波长转换材料形成在圆顶形结构的内部的至少一部分上。6.根据权利要求1所述的场发射光源，其特征在于，场发射阴极的基板和阳极结构中的至少一个的光输出耦合侧包括光提取纳米结构。7.根据权利要求3-5中任意一项所述的场发射光源，其特征在于，第一波长转换材料包括磷光体材料，第二波长转换材料包括多个量子点，当接收第一波长范围的光时，量子点产生第二波长范围的光，其中，第二波长范围至少部分高于第一波长范围。8.根据权利要求7所述的场发射光源，其特征在于，第一波长范围介于350nm和550nm之间，优选地，介于420nm和495nm之间。9.根据权利要求7-8中任意一项所述的场发射光源，其特征在于，第二波长范围介于470nm...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔纳斯·迪伦，希尔米沃尔坎·德米尔，
申请(专利权)人：光学实验室公司瑞典，南洋理工大学，
类型：发明
国别省市：瑞典,SE