專利名稱：透射式電子束泵浦的發(fā)光管的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及光源領域，具體涉及電致發(fā)光領域。
背景技術：
目前,實用的發(fā)光機制主要是兩類一類是以氣體電輝光為發(fā)光機制的傳統(tǒng)的氣體光源；另一類是一固體發(fā)光二極管(LED)為主的固體光源。這兩種光源都有非常明顯的缺陷。傳統(tǒng)的氣體光源轉(zhuǎn)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(tǒng)的氣體光源還有污染環(huán)境的問題。以固態(tài)發(fā)光二極管(LED)為主的固態(tài)光源與傳統(tǒng)的氣體光源相比，在某些方面有了改進，但是它仍然有轉(zhuǎn)換效率低，光強低等的缺陷。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種透射式電子束泵浦的發(fā)光管，解決以上技術問題。
本發(fā)明所解決的技術問題可以采用以下技術方案來實現(xiàn)
透射式電子束泵浦的發(fā)光管包括一電致發(fā)光半導體機構，所述電致發(fā)光半導體機構生成在一底座上，其特征在于，還包括一激勵源，所述激勵源采用一電子槍系統(tǒng)；
所述電致發(fā)光半導體機構設置在所述電子槍系統(tǒng)的靶向方向上。
所述電致發(fā)光半導體機構包含至少兩層層疊的電致發(fā)光半導體層，構成半導體發(fā)光結(jié)構。電致發(fā)光半導體機構可以通過反射鏡或是底座連接電極。
這些電致發(fā)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(fā)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(fā)光半導體層為禁帶寬度不同的電致發(fā)光半導體層，從而在新組成的材料的能帶結(jié)構上形成單勢能阱或是多勢能阱的結(jié)構。以便于提高轉(zhuǎn)換效率和調(diào)控光的波長。這些勢能阱結(jié)構有利于約束半導體導帶和價帶上的載流子于特定的能量狀態(tài)上，從而達到提聞轉(zhuǎn)換效率的目的。
所述半導體發(fā)光結(jié)構包括至少兩種不同材質(zhì)的所述電致發(fā)光半導體層，且包含至少三層所述電致發(fā)光半導體層，相鄰的兩層所述電致發(fā)光半導體層為不同材質(zhì)的所述電致發(fā)光半導體層。
具體的可以為所述半導體發(fā)光結(jié)構包括兩種不同材質(zhì)的所述電致發(fā)光半導體層，且包含至少三層所述電致發(fā)光半導體層，相鄰的兩層所述電致發(fā)光半導體層為不同材質(zhì)的所述電致發(fā)光半導體層，即，兩種材質(zhì)的所述電致發(fā)光半導體層交替排列構成層疊式結(jié)構。
每層所述電致發(fā)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(fā)光半導體層層疊構成所述半導體發(fā)光結(jié)構，所述半導體發(fā)光結(jié)構的厚度大于等于10nm。厚度也可以根據(jù)波段和功率的需要來具體設計。
所述電子槍系統(tǒng)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(zhuǎn)掃描機構、電致發(fā)光半導體機構、光出射口。
所述電子槍發(fā)出的電子束依次經(jīng)過電學控制機構、電磁聚焦機構、電磁偏轉(zhuǎn)掃描機構，形成呈現(xiàn)掃描狀態(tài)的高能電子束，打入所述電致發(fā)光半導體機構，為光發(fā)射提供能量。
所述電子槍發(fā)出的電子束也可以工作在脈沖發(fā)射狀態(tài)或是連續(xù)發(fā)射狀態(tài)。這些工作狀態(tài)的選取是根據(jù)發(fā)光材料的性能以及發(fā)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(fā)光半導體機構的表面到達能產(chǎn)生光的半導體發(fā)光結(jié)構。高能電子束會把能量傳遞給半導體材質(zhì)中的束縛電子，從而產(chǎn)生自由的電子一空穴對。在半導體材質(zhì)結(jié)構比較完整的情況下，這樣產(chǎn)生出的自由電子一空穴對將復合而產(chǎn)生光子。
所述電致發(fā)光半導體機構依次為反射鏡、限制層、至少兩層所述電致發(fā)光半導體層、限制層，以及所述底座，所述底座采用透光材質(zhì)；所述底座固定在所述出光口處，并朝向外側(cè)；所述反射鏡朝向所述電子槍方向。光線穿過透光的底座發(fā)射到外界。
所述電子槍設有發(fā)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，用于將電子束加速，提高能量。
所述電磁偏轉(zhuǎn)掃描機構連接有用于一掃描控制系統(tǒng)，所述掃描控制系統(tǒng)控制所述電磁偏轉(zhuǎn)掃描機構，進而通過所述電磁偏轉(zhuǎn)掃描機構控制電子束的發(fā)射方向，進而使電子束打在所述電致發(fā)光半導體機構的不同位置，使電致發(fā)光半導體機構中半導體發(fā)光結(jié)構的不同位置發(fā)光，避免所述半導體發(fā)光結(jié)構因為一個位置長時間發(fā)光而造成過熱。
所述電磁偏轉(zhuǎn)掃描機構還可以采用靜電電子偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)。通過靜電提供偏轉(zhuǎn)能量， 并進行偏轉(zhuǎn)控制。
還包括一電致發(fā)光半導體機構冷卻系統(tǒng)，所述電致發(fā)光半導體機構冷卻系統(tǒng)包括歧管、熱交換系統(tǒng)、冷卻液，所述冷卻液設置在所述歧管內(nèi)，所述熱交換系統(tǒng)連接所述歧管的入口和出口，所述歧管包括設置在所述電致發(fā)光半導體機構周邊的周邊歧管。冷卻液通過周邊歧管流經(jīng)整個電致發(fā)光半導體機構周邊，電致發(fā)光半導體機構被冷卻，冷卻液溫度上升，升溫的冷卻液從出口離開周邊歧管，從而進入熱交換系統(tǒng)，進行冷卻和冷卻液重新循環(huán)。
所述冷卻液采用絕緣、透明的冷卻液。以便電致發(fā)光半導體機構冷卻系統(tǒng)隔離高電壓，省去了其他電隔離系統(tǒng)的設置。所述冷卻液可以采用介質(zhì)冷卻液，如3M公司制造的 Fluorinert,也可以采用全氟液體或其他非導電流體。


圖I為本發(fā)明的電致發(fā)光半導體機構結(jié)構示意圖2為本發(fā)明的整體結(jié)構示意圖。
具體實施方式
為了使本發(fā)明實現(xiàn)的技術手段、創(chuàng)作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體圖示進一步闡述本發(fā)明。
參照圖I、參照圖2，透射式電子束泵浦的發(fā)光管包括一電致發(fā)光半導體機構1，電致發(fā)光半導體機構I生成在一底座14上，還包括一激勵源，激勵源采用一電子槍系統(tǒng)2。電致發(fā)光半導體機構I設置在電子槍系統(tǒng)2的靶向方向上。電致發(fā)光半導體機構I包含至少兩層層疊的電致發(fā)光半導體層12。電致發(fā)光半導體機構可以通過底座連接電極。
這些電致發(fā)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(fā)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(fā)光半導體層12為禁帶寬度不同的電致發(fā)光半導體層12，從而在新組成的材料的能帶結(jié)構上形成單勢能阱或是多勢能阱的結(jié)構。以便于提高轉(zhuǎn)換效率和調(diào)控光的波長。這些勢能阱結(jié)構有利于約束半導體導帶和價帶上的載流子于特定的能量狀態(tài)上，從而達到提高轉(zhuǎn)換效率的目的。
半導體發(fā)光結(jié)構包括至少兩種不同材質(zhì)的電致發(fā)光半導體層12，且包含至少三層電致發(fā)光半導體層12，相鄰的兩層電致發(fā)光半導體層12為不同材質(zhì)的電致發(fā)光半導體層 12。
具體的可以為半導體發(fā)光結(jié)構包括兩種不同材質(zhì)的電致發(fā)光半導體層12，且包含至少三層電致發(fā)光半導體層12，相鄰的兩層電致發(fā)光半導體層12為不同材質(zhì)的電致發(fā)光半導體層12，即，兩種材質(zhì)的電致發(fā)光半導體層12交替排列構成層疊式結(jié)構。每層電致發(fā)光半導體層12的厚度在I納米到50納米。
至少兩層電致發(fā)光半導體層12層疊構成半導體發(fā)光結(jié)構，半導體發(fā)光結(jié)構的厚度大于等于10nm。厚度也可以根據(jù)波段和功率的需要來具體設計。電子槍系統(tǒng)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(zhuǎn)掃描機構24、電致發(fā)光半導體機構I、光出射口。
電子槍21發(fā)出的電子束依次經(jīng)過電學控制機構、電磁聚焦機構23、電磁偏轉(zhuǎn)掃描機構24，形成呈現(xiàn)掃描狀態(tài)的高能電子束，打入電致發(fā)光半導體機構1，為光發(fā)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(fā)光半導體機構I的表面到達能產(chǎn)生光的半導體發(fā)光結(jié)構層。高能電子束會把能量傳遞給半導體材質(zhì)中的束縛電子，從而產(chǎn)生自由的電子一空穴對。在半導體材質(zhì)結(jié)構比較完整的情況下，這樣產(chǎn)生出的自由電子一空穴對將復合而產(chǎn)生光子。
參照圖1，電致發(fā)光半導體機構I依次為反射鏡15、限制層11、至少兩層電致發(fā)光半導體層12、限制層13，以及底座14，底座14采用透光材質(zhì)；底座14固定在出光口處，并朝向外側(cè)；反射鏡朝向電子槍21方向。光線穿過透光的底座14發(fā)射到外界。除了可以用底座連接電極外，也可以用反射鏡15連接電極。
電子槍21設有發(fā)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，用于將電子束加速，提高能量。
電磁偏轉(zhuǎn)掃描機構24連接有用于一掃描控制系統(tǒng)，掃描控制系統(tǒng)控制電磁偏轉(zhuǎn)掃描機構24,進而通過電磁偏轉(zhuǎn)掃描機構24控制電子束的發(fā)射方向，進而使電子束打在電致發(fā)光半導體機構I的不同位置，使電致發(fā)光半導體機構I中半導體發(fā)光結(jié)構的不同位置發(fā)光，避免半導體發(fā)光結(jié)構因為一個位置長時間發(fā)光而造成過熱。
電磁偏轉(zhuǎn)掃描機構24還可以采用靜電電子偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)。通過靜電提供偏轉(zhuǎn)能量，并進行偏轉(zhuǎn)控制。還包括一電致發(fā)光半導體機構I冷卻系統(tǒng)，電致發(fā)光半導體機構I冷卻系統(tǒng)包括歧管、熱交換系統(tǒng)、冷卻液，冷卻液設置在歧管內(nèi)，熱交換系統(tǒng)連接歧管的入口和出口， 歧管包括設置在電致發(fā)光半導體機構I周邊的周邊歧管。冷卻液通過周邊歧管流經(jīng)整個電致發(fā)光半導體機構I周邊，電致發(fā)光半導體機構I被冷卻，冷卻液溫度上升，升溫的冷卻液從出口離開周邊歧管，從而進入熱交換系統(tǒng)，進行冷卻和冷卻液重新循環(huán)。
冷卻液采用絕緣、透明的冷卻液。以便電致發(fā)光半導體機構I冷卻系統(tǒng)隔離高電壓，省去了其他電隔離系統(tǒng)的設置。冷卻液可以采用介質(zhì)冷卻液，如3M公司制造的 Fluorinert,也可以采用全氟液體或其他非導電流體。
本發(fā)明具有如下優(yōu)點
I.轉(zhuǎn)換效率高。由于本發(fā)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(tài)比較集中，掉入勢能阱中的電子和空穴收到限制， 有利于發(fā)光。
2.發(fā)光波長可調(diào)。勢能阱中的能量狀態(tài)與勢能阱的具體形狀有緊密的聯(lián)系。通過調(diào)整勢能阱的寬度和高度，可以調(diào)節(jié)勢能阱中能級的高低。而發(fā)光的波長與勢能阱中的能級有直接的聯(lián)系。所以通過調(diào)節(jié)勢能阱的形狀就可以調(diào)節(jié)發(fā)光的波長。通過選擇不同的材料和結(jié)構，本發(fā)明的發(fā)光波長可以涵蓋遠紅外到深紫外。
以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點。本行業(yè)的技術人員應該了解，本發(fā)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(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)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(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護范圍由所附的權利要求書及其等效物界定。
權利要求
1.透射式電子束泵浦的發(fā)光管包括一電致發(fā)光半導體機構，所述電致發(fā)光半導體機構生成在一底座上，其特征在于，還包括一激勵源，所述激勵源采用ー電子槍系統(tǒng)； 所述電致發(fā)光半導體機構設置在所述電子槍系統(tǒng)的靶向方向上。
2.根據(jù)權利要求I所述的透射式電子束泵浦的發(fā)光管，其特征在于所述電致發(fā)光半導體機構包含至少兩層層疊的電致發(fā)光半導體層，構成半導體發(fā)光結(jié)構。
3.根據(jù)權利要求2所述的透射式電子束泵浦的發(fā)光管，其特征在于相鄰的兩層所述電致發(fā)光半導體層為禁帶寬度不同的電致發(fā)光半導體層，從而在新組成的材料的能帶結(jié)構上形成單勢能阱或是多勢能阱的結(jié)構。
4.根據(jù)權利要求3所述的透射式電子束泵浦的發(fā)光管，其特征在于所述半導體發(fā)光結(jié)構包括至少兩種不同材質(zhì)的所述電致發(fā)光半導體層，且包含至少三層所述電致發(fā)光半導體層，相鄰的兩層所述電致發(fā)光半導體層為不同材質(zhì)的所述電致發(fā)光半導體層。
5.根據(jù)權利要求3所述的透射式電子束泵浦的發(fā)光管，其特征在于所述半導體發(fā)光結(jié)構包括兩種不同材質(zhì)的所述電致發(fā)光半導體層，且包含至少三層所述電致發(fā)光半導體層，相鄰的兩層所述電致發(fā)光半導體層為不同材質(zhì)的所述電致發(fā)光半導體層，即，兩種材質(zhì)的所述電致發(fā)光半導體層交替排列構成層疊式結(jié)構。
6.根據(jù)權利要求1、2、3、4或5所述的透射式電子束泵浦的發(fā)光管，其特征在于所述電子槍系統(tǒng)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(zhuǎn)掃描機構、電致發(fā)光半導體機構、光出射ロ ； 所述電子槍發(fā)出的電子束依次經(jīng)過電學控制機構、電磁聚焦機構、電磁偏轉(zhuǎn)掃描機構，形成呈現(xiàn)掃描狀態(tài)的高能電子束，打入所述電致發(fā)光半導體機構，為光發(fā)射提供能量。
7.根據(jù)權利要求6所述的透射式電子束泵浦的發(fā)光管，其特征在于所述電致發(fā)光半導體機構依次為反射鏡、限制層、至少兩層所述電致發(fā)光半導體層、限制層，以及所述底座，所述底座采用透光材質(zhì)；所述底座固定在所述出光ロ處，并朝向外側(cè)；所述反射鏡朝向所述電子槍方向。光線穿過透光的底座發(fā)射到外界。
8.根據(jù)權利要求6所述的透射式電子束泵浦的發(fā)光管，其特征在于還包括一電致發(fā)光半導體機構冷卻系統(tǒng)，所述電致發(fā)光半導體機構冷卻系統(tǒng)包括歧管、熱交換系統(tǒng)、冷卻液，所述冷卻液設置在所述歧管內(nèi)，所述熱交換系統(tǒng)連接所述歧管的入口和出ロ，所述歧管包括設置在所述電致發(fā)光半導體機構周邊的周邊歧管。
全文摘要
本發(fā)明涉及光源領域，具體涉及電致發(fā)光領域。透射式電子束泵浦的發(fā)光管包括一電致發(fā)光半導體機構，電致發(fā)光半導體機構生成在一底座上，還包括一激勵源，激勵源采用一電子槍系統(tǒng)；電致發(fā)光半導體機構設置在電子槍系統(tǒng)的靶向方向上。電致發(fā)光半導體機構包含至少兩層層疊的電致發(fā)光半導體層，構成半導體發(fā)光結(jié)構。相鄰的兩層電致發(fā)光半導體層為禁帶寬度不同的電致發(fā)光半導體層，從而在新組成的材料的能帶結(jié)構上形成單勢能阱或是多勢能阱的結(jié)構。以便于提高轉(zhuǎn)換效率和調(diào)控光的波長。這些勢能阱結(jié)構有利于約束半導體導帶和價帶上的載流子于特定的能量狀態(tài)上，從而達到提高轉(zhuǎn)換效率的目的。
文檔編號H01S5/34GK102983496SQ20121044511
公開日2013年3月20日 申請日期2012年11月8日 優(yōu)先權日2012年11月8日
發(fā)明者張學淵, 鐘偉杰, 趙健, 夏忠平 申請人:上海顯恒光電科技股份有限公司