電子束泵浦的發光管的製作方法
2023-10-08 07:23:09
專利名稱：電子束泵浦的發光管的製作方法
技術領域：
本發明涉及光源領域，具體涉及電致發光領域。
背景技術：
目前,實用的發光機制主要是兩類一類是以氣體電輝光為發光機制的傳統的氣體光源；另一類是一固體發光二極體(LED)為主的固體光源。這兩種光源都有非常明顯的缺陷。傳統的氣體光源轉換效率差，光譜中存在大量雜亂的部分，不是好的單色光，有相當大的的能量浪費。此外，傳統的氣體光源還有汙染環境的問題。以固態發光二極體(LED)為主的固態光源與傳統的氣體光源相比，在某些方面有了改進，但是它仍然有轉換效率低，光強低等的缺陷。發明內容
本發明的目的在於，提供一種電子束泵浦的發光管，解決以上技術問題。
本發明所解決的技術問題可以採用以下技術方案來實現
電子束泵浦的發光管包括一電致發光半導體機構，其特徵在於，所述電致發光半導體機構生成在一反光金屬層上，還包括一激勵源，所述激勵源採用一電子槍系統；
所述電致發光半導體機構設置在所述電子槍系統的靶向方向上。
所述電致發光半導體機構包含至少兩層層疊的電致發光半導體層，構成半導體發光結構。電致發光半導體機構可以通過反光金屬層連接電極。
這些電致發光半導體層的材料可以是晶格匹配的，也可以是晶格不匹配的。這些電致發光半導體層可以是有應變的，也可以是沒有應變的。
相鄰的兩層所述電致發光半導體層為禁帶寬度不同的電致發光半導體層，從而在新組成的材料的能帶結構上形成單勢能阱或是多勢能阱的結構。以便於提高轉換效率和調控光的波長。這些勢能阱結構有利於約束半導體導帶和價帶上的載流子於特定的能量狀態上，從而達到提聞轉換效率的目的。
所述半導體發光結構包括至少兩種不同材質的所述電致發光半導體層，且包含至少三層所述電致發光半導體層，相鄰的兩層所述電致發光半導體層為不同材質的所述電致發光半導體層。
具體的可以為所述半導體發光結構包括兩種不同材質的所述電致發光半導體層，且包含至少三層所述電致發光半導體層，相鄰的兩層所述電致發光半導體層為不同材質的所述電致發光半導體層，即，兩種材質的所述電致發光半導體層交替排列構成層疊式結構。
每層所述電致發光半導體層的厚度在I納米到50納米。
至少兩層所述電致發光半導體層層疊構成所述半導體發光結構，所述半導體發光結構的厚度大於等於10nm。厚度也可以根據波段和功率的需要來具體設計。
所述電子槍系統包括一真空腔室，自所述真空腔室一端向另一端依次排布有電子槍、電學控制機構、電磁聚焦機構、電磁偏轉掃描機構、電致發光半導體機構、光出射口。
所述光出射口位於所述真空腔室側面，所述反光金屬層的反射方向朝向所述光出射口。以便於光線出射。
所述電子槍發出的電子束依次經過電學控制機構、電磁聚焦機構、電磁偏轉掃描機構，形成呈現掃描狀態的高能電子束，打入所述電致發光半導體機構，為光發射提供能量。
所述電子槍發出的電子束也可以工作在脈衝發射狀態或是連續發射狀態。這些工作狀態的選取是根據發光材料的性能以及發光管的具體應用來決定的。
高能電子束攜帶的能量可以使它穿過作為靶的電致發光半導體機構的表面到達能產生光的半導體發光結構。高能電子束會把能量傳遞給半導體材質中的束縛電子，從而產生自由的電子一空穴對。在半導體材質結構比較完整的情況下，這樣產生出的自由電子一空穴對將複合而產生光子。
所述電致發光半導體機構依次為第一限制層、至少兩層所述電致發光半導體層、 第二限制層，以及所述反光金屬層，所述反光金屬層上設有反光層；所述反光層的反射方向朝向所述光出射口 ；所述第一限制層朝向所述電子槍方向。光線穿過透光的光出射口發射到外界。
所述電子槍設有發射電子的陰極，所述陰極可以是金屬、氧化物、各種納米管等材料構成的陰極。
電學控制機構可以為一高壓電加速機構，用於將電子束加速，提高能量。
所述電磁偏轉掃描機構連接有用於一掃描控制系統，所述掃描控制系統控制所述電磁偏轉掃描機構，進而通過所述電磁偏轉掃描機構控制電子束的發射方向，進而使電子束打在所述電致發光半導體機構的不同位置，使電致發光半導體機構中半導體發光結構的不同位置發光，避免所述半導體發光結構因為一個位置長時間發光而造成過熱。
所述電磁偏轉掃描機構還可以採用靜電電子偏轉系統。通過靜電提供偏轉能量， 並進行偏轉控制。
所述反光金屬層下方設有一散熱底座，所述散熱底座連接一循環冷卻系統，所述循環冷卻系統包括散熱管、熱交換系統、冷卻液，所述散熱管埋設在所述散熱底座內；所述冷卻液設置在所述散熱管內，所述熱交換系統連接所述散熱管的入口和出口。冷卻液通過散熱管流經散熱底座，散熱底座被冷卻，進而半導體發光結構被冷卻，冷卻液溫度上升，升溫的冷卻液從出口離開周邊散熱管，從而進入熱交換系統，進行冷卻和冷卻液重新循環。
所述冷卻液採用絕緣、透明的冷卻液。以便循環冷卻系統隔離高電壓，省去了其他電隔離系統的設置。所述冷卻液可以採用介質冷卻液，如3M公司製造的Fluorinert，也可以採用全氟液體或其他非導電流體。
圖I為本發明的電致發光半導體機構結構示意圖2為本發明的整體結構示意圖。
具體實施方式
為了使本發明實現的技術手段、創作特徵、達成目的與功效易於明白了解，下面結合具體圖示進一步闡述本發明。
參照圖I、參照圖2，電子束泵浦的發光管包括一電致發光半導體機構1，電致發光半導體機構I的背面澱積有反光金屬層14上，還包括一激勵源，激勵源採用一電子槍系統 2o電致發光半導體機構I設置在電子槍系統2的祀向方向上。電致發光半導體機構I包含至少兩層層疊的電致發光半導體層12。電致發光半導體機構可以通過反光金屬層14連接電極。
這些電致發光半導體層12的材料可以是晶格匹配的，也可以是晶格不匹配的。這些電致發光半導體層12可以是有應變的，也可以是沒有應變的。
相鄰的兩層電致發光半導體層12為禁帶寬度不同的電致發光半導體層12，從而在新組成的材料的能帶結構上形成單勢能阱或是多勢能阱的結構。以便於提高轉換效率和調控光的波長。這些勢能阱結構有利於約束半導體導帶和價帶上的載流子於特定的能量狀態上，從而達到提高轉換效率的目的。
半導體發光結構包括至少兩種不同材質的電致發光半導體層12，且包含至少三層電致發光半導體層12，相鄰的兩層電致發光半導體層12為不同材質的電致發光半導體層 12。
具體的可以為半導體發光結構包括兩種不同材質的電致發光半導體層12，且包含至少三層電致發光半導體層12，相鄰的兩層電致發光半導體層12為不同材質的電致發光半導體層12，即，兩種材質的電致發光半導體層12交替排列構成層疊式結構。每層電致發光半導體層12的厚度在I納米到50納米。
至少兩層電致發光半導體層12層疊構成半導體發光結構，半導體發光結構的厚度大於等於10nm。厚度也可以根據波段和功率的需要來具體設計。電子槍系統2包括一真空腔室20,自真空腔室20 —端向另一端依次排布有電子槍21、電學控制機構、電磁聚焦機構23、電磁偏轉掃描機構24、電致發光半導體機構I、光出射口 25。光出射口 25位於真空腔室20側面，反光金屬層14的反射方向朝向光出射口 25。以便於光線出射。
電子槍21發出的電子束依次經過電學控制機構、電磁聚焦機構23、電磁偏轉掃描機構24，形成呈現掃描狀態的高能電子束，打入電致發光半導體機構1，為光發射提供能量。高能電子束攜帶的能量可以使它穿過作為靶的電致發光半導體機構I的表面到達能產生光的半導體發光結構層。高能電子束會把能量傳遞給半導體材質中的束縛電子，從而產生自由的電子一空穴對。在半導體材質結構比較完整的情況下，這樣產生出的自由電子一空穴對將複合而產生光子。
參照圖1，電致發光半導體機構I依次為第一限制層11、至少兩層電致發光半導體層12、第二限制層13,以及反光金屬層14,反光金屬層14上設有反光層；反光層的反射方向朝向光出射口 25 ;第一限制層11朝向電子槍21方向。光線穿過透光的光出射口 25發射到外界。
電子槍21設有發射電子的陰極，陰極可以是金屬、氧化物、各種納米管等材料構成的陰極。電學控制機構可以為一高壓電加速機構，用於將電子束加速，提高能量。
電磁偏轉掃描機構24連接有用於一掃描控制系統，掃描控制系統控制電磁偏轉掃描機構24,進而通過電磁偏轉掃描機構24控制電子束的發射方向，進而使電子束打在電致發光半導體機構I的不同位置，使電致發光半導體機構I中半導體發光結構的不同位置發光，避免半導體發光結構因為一個位置長時間發光而造成過熱。電磁偏轉掃描機構24還可以採用靜電電子偏轉系統。通過靜電提供偏轉能量，並進行偏轉控制。電子槍21發出的電子束也可以工作在脈衝發射狀態或是連續發射狀態。這些工作狀態的選取是根據發光材料的性能以及發光管的具體應用來決定的。
整個電致發光機構下設有一散熱底座3，散熱底座3連接一循環冷卻系統，循環冷卻系統包括散熱管、熱交換系統、冷卻液，散熱管埋設在散熱底座3內；冷卻液設置在散熱管內，熱交換系統連接散熱管的入口和出口。冷卻液通過散熱管流經散熱底座3，散熱底座 3被冷卻，進而半導體發光結構被冷卻，冷卻液溫度上升，升溫的冷卻液從出口離開周邊散熱管，從而進入熱交換系統，進行冷卻和冷卻液重新循環。冷卻液採用絕緣、透明的冷卻液。 以便循環冷卻系統隔離高電壓，省去了其他電隔離系統的設置。冷卻液可以採用介質冷卻液，如3M公司製造的Fluorinert,也可以採用全氟液體或其他非導電流體。
本發明具有如下優點
I.轉換效率高。由於本發明使用了不同禁帶寬度的半導體材料，在導帶和價帶上都形成了勢能阱。這個勢能阱中能量狀態比較集中，掉入勢能阱中的電子和空穴收到限制， 有利於發光。
2.發光波長可調。勢能阱中的能量狀態與勢能阱的具體形狀有緊密的聯繫。通過調整勢能阱的寬度和高度，可以調節勢能阱中能級的高低。而發光的波長與勢能阱中的能級有直接的聯繫。所以通過調節勢能阱的形狀就可以調節發光的波長。通過選擇不同的材料和結構，本發明的發光波長可以涵蓋遠紅外到深紫外。
以上顯示和描述了本發明的基本原理和主要特徵和本發明的優點。本行業的技術人員應該了解，本發明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發明的原理，在不脫離本發明精神和範圍的前提下，本發明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發明範圍內。本發明要求保護範圍由所附的權利要求書及其等效物界定。
權利要求
1.電子束泵浦的發光管包括一電致發光半導體機構，其特徵在於，所述電致發光半導體機構生成在一反光金屬層上，還包括一激勵源，所述激勵源採用ー電子槍系統； 所述電致發光半導體機構設置在所述電子槍系統的靶向方向上。
2.根據權利要求I所述的電子束泵浦的發光管，其特徵在於所述電致發光半導體機構包含至少兩層層疊的電致發光半導體層，構成半導體發光結構。
3.根據權利要求2所述的電子束泵浦的發光管，其特徵在於相鄰的兩層所述電致發光半導體層為禁帶寬度不同的電致發光半導體層，從而在新組成的材料的能帶結構上形成單勢能阱或是多勢能阱的結構。
4.根據權利要求3所述的電子束泵浦的發光管，其特徵在於所述半導體發光結構包括至少兩種不同材質的所述電致發光半導體層，且包含至少三層所述電致發光半導體層，相鄰的兩層所述電致發光半導體層為不同材質的所述電致發光半導體層。
5.根據權利要求4所述的電子束泵浦的發光管，其特徵在於每層所述電致發光半導體層的厚度在I納米到50納米。
6.根據權利要求1、2、3、4或5所述的電子束泵浦的發光管，其特徵在於所述電子槍系統包括一真空腔室，自所述真空腔室一端向另一端依次排布有電子槍、電學控制機構、電磁聚焦機構、電磁偏轉掃描機構、電致發光半導體機構、光出射ロ。
7.根據權利要求6所述的電子束泵浦的發光管，其特徵在於所述光出射ロ位於所述真空腔室側面，所述反光金屬層的反射方向朝向所述光出射ロ。
8.根據權利要求7所述的電子束泵浦的發光管，其特徵在於所述電致發光半導體機構依次為第一限制層、至少兩層所述電致發光半導體層、第二限制層，以及所述反光金屬層，所述反光金屬層上設有反光層；所述反光層的反射方向朝向所述光出射ロ ；所述第一限制層朝向所述電子槍方向。
9.根據權利要求7所述的電子束泵浦的發光管，其特徵在於所述電磁偏轉掃描機構採用靜電電子偏轉系統或者是磁偏轉系統。
10.根據權利要求7所述的電子束泵浦的發光管，其特徵在於所述反光金屬層下方設有ー散熱底座，所述散熱底座連接ー循環冷卻系統，所述循環冷卻系統包括散熱管、熱交換系統、冷卻液，所述散熱管埋設在所述散熱底座內；所述冷卻液設置在所述散熱管內，所述熱交換系統連接所述散熱管的入口和出ロ。冷卻液通過散熱管流經散熱底座，散熱底座被冷卻，進而半導體發光結構被冷卻，冷卻液溫度上升，升溫的冷卻液從出口離開周邊散熱管，從而進入熱交換系統，進行冷卻和冷卻液重新循環。
全文摘要
本發明涉及光源領域，具體涉及電致發光領域。電子束泵浦的發光管包括一電致發光半導體機構，電致發光半導體機構生成在一反光金屬層上，還包括一激勵源，激勵源採用一電子槍系統；電致發光半導體機構設置在電子槍系統的靶向方向上。電致發光半導體機構包含至少兩層層疊的電致發光半導體層，構成半導體發光結構。相鄰的兩層電致發光半導體層為禁帶寬度不同的電致發光半導體層，從而在新組成的材料的能帶結構上形成單勢能阱或是多勢能阱的結構。以便於提高轉換效率和調控光的波長。這些勢能阱結構有利於約束半導體導帶和價帶上的載流子於特定的能量狀態上，從而達到提高轉換效率的目的。
文檔編號H01S5/04GK102983495SQ201210445080
公開日2013年3月20日 申請日期2012年11月8日 優先權日2012年11月8日
發明者張學淵, 鍾偉傑, 趙健, 夏忠平 申請人:上海顯恆光電科技股份有限公司