專利名稱：電子束泵浦的發(fā)光管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光源領(lǐng)域，具體涉及電致發(fā)光領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前,實用的發(fā)光機(jī)制主要是兩類一類是以氣體電輝光為發(fā)光機(jī)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(dāng)大的的能量浪費(fèi)。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(jìn)，但是它仍然有轉(zhuǎn)換效率低，光強(qiáng)低等的缺陷。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種電子束泵浦的發(fā)光管，解決以上技術(shù)問題。
本發(fā)明所解決的技術(shù)問題可以采用以下技術(shù)方案來實現(xiàn)
電子束泵浦的發(fā)光管包括一電致發(fā)光半導(dǎo)體機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述電致發(fā)光半導(dǎo)體機(jī)構(gòu)生成在一反光金屬層上，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(dǎo)體機(jī)構(gòu)設(shè)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(dǎo)體機(jī)構(gòu)包含至少兩層層疊的電致發(fā)光半導(dǎo)體層，構(gòu)成半導(dǎo)體發(fā)光結(jié)構(gòu)。電致發(fā)光半導(dǎo)體機(jī)構(gòu)可以通過反光金屬層連接電極。
這些電致發(fā)光半導(dǎo)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(dǎo)體層可以是有應(yīng)變的，也可以是沒有應(yīng)變的。
相鄰的兩層所述電致發(fā)光半導(dǎo)體層為禁帶寬度不同的電致發(fā)光半導(dǎo)體層，從而在新組成的材料的能帶結(jié)構(gòu)上形成單勢能阱或是多勢能阱的結(jié)構(gòu)。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(gòu)有利于約束半導(dǎo)體導(dǎo)帶和價帶上的載流子于特定的能量狀態(tài)上，從而達(dá)到提聞轉(zhuǎn)換效率的目的。
所述半導(dǎo)體發(fā)光結(jié)構(gòu)包括至少兩種不同材質(zhì)的所述電致發(fā)光半導(dǎo)體層，且包含至少三層所述電致發(fā)光半導(dǎo)體層，相鄰的兩層所述電致發(fā)光半導(dǎo)體層為不同材質(zhì)的所述電致發(fā)光半導(dǎo)體層。
具體的可以為所述半導(dǎo)體發(fā)光結(jié)構(gòu)包括兩種不同材質(zhì)的所述電致發(fā)光半導(dǎo)體層，且包含至少三層所述電致發(fā)光半導(dǎo)體層，相鄰的兩層所述電致發(fā)光半導(dǎo)體層為不同材質(zhì)的所述電致發(fā)光半導(dǎo)體層，即，兩種材質(zhì)的所述電致發(fā)光半導(dǎo)體層交替排列構(gòu)成層疊式結(jié)構(gòu)。
每層所述電致發(fā)光半導(dǎo)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(dǎo)體層層疊構(gòu)成所述半導(dǎo)體發(fā)光結(jié)構(gòu)，所述半導(dǎo)體發(fā)光結(jié)構(gòu)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(shè)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(xué)控制機(jī)構(gòu)、電磁聚焦機(jī)構(gòu)、電磁偏轉(zhuǎn)掃描機(jī)構(gòu)、電致發(fā)光半導(dǎo)體機(jī)構(gòu)、光出射口。
所述光出射口位于所述真空腔室側(cè)面，所述反光金屬層的反射方向朝向所述光出射口。以便于光線出射。
所述電子槍發(fā)出的電子束依次經(jīng)過電學(xué)控制機(jī)構(gòu)、電磁聚焦機(jī)構(gòu)、電磁偏轉(zhuǎn)掃描機(jī)構(gòu)，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(dǎo)體機(jī)構(gòu)，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(yīng)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(dǎo)體機(jī)構(gòu)的表面到達(dá)能產(chǎn)生光的半導(dǎo)體發(fā)光結(jié)構(gòu)。高能電子束會把能量傳遞給半導(dǎo)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(dǎo)體材質(zhì)結(jié)構(gòu)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(fù)合而產(chǎn)生光子。
所述電致發(fā)光半導(dǎo)體機(jī)構(gòu)依次為第一限制層、至少兩層所述電致發(fā)光半導(dǎo)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(shè)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(fā)射到外界。
所述電子槍設(shè)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(gòu)成的陰極。
電學(xué)控制機(jī)構(gòu)可以為一高壓電加速機(jī)構(gòu)，用于將電子束加速，提高能量。
所述電磁偏轉(zhuǎn)掃描機(jī)構(gòu)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(jī)構(gòu)，進(jìn)而通過所述電磁偏轉(zhuǎn)掃描機(jī)構(gòu)控制電子束的發(fā)射方向，進(jìn)而使電子束打在所述電致發(fā)光半導(dǎo)體機(jī)構(gòu)的不同位置，使電致發(fā)光半導(dǎo)體機(jī)構(gòu)中半導(dǎo)體發(fā)光結(jié)構(gòu)的不同位置發(fā)光，避免所述半導(dǎo)體發(fā)光結(jié)構(gòu)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(jī)構(gòu)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(jìn)行偏轉(zhuǎn)控制。
所述反光金屬層下方設(shè)有一散熱底座，所述散熱底座連接一循環(huán)冷卻系統(tǒng)，所述循環(huán)冷卻系統(tǒng)包括散熱管、熱交換系統(tǒng)、冷卻液，所述散熱管埋設(shè)在所述散熱底座內(nèi)；所述冷卻液設(shè)置在所述散熱管內(nèi)，所述熱交換系統(tǒng)連接所述散熱管的入口和出口。冷卻液通過散熱管流經(jīng)散熱底座，散熱底座被冷卻，進(jìn)而半導(dǎo)體發(fā)光結(jié)構(gòu)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(jìn)入熱交換系統(tǒng)，進(jìn)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。以便循環(huán)冷卻系統(tǒng)隔離高電壓，省去了其他電隔離系統(tǒng)的設(shè)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(dǎo)電流體。


圖I為本發(fā)明的電致發(fā)光半導(dǎo)體機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖2為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
為了使本發(fā)明實現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體圖示進(jìn)一步闡述本發(fā)明。
參照圖I、參照圖2，電子束泵浦的發(fā)光管包括一電致發(fā)光半導(dǎo)體機(jī)構(gòu)1，電致發(fā)光半導(dǎo)體機(jī)構(gòu)I的背面淀積有反光金屬層14上，還包括一激勵源，激勵源采用一電子槍系統(tǒng) 2o電致發(fā)光半導(dǎo)體機(jī)構(gòu)I設(shè)置在電子槍系統(tǒng)2的祀向方向上。電致發(fā)光半導(dǎo)體機(jī)構(gòu)I包含至少兩層層疊的電致發(fā)光半導(dǎo)體層12。電致發(fā)光半導(dǎo)體機(jī)構(gòu)可以通過反光金屬層14連接電極。
這些電致發(fā)光半導(dǎo)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(dǎo)體層12可以是有應(yīng)變的，也可以是沒有應(yīng)變的。
相鄰的兩層電致發(fā)光半導(dǎo)體層12為禁帶寬度不同的電致發(fā)光半導(dǎo)體層12，從而在新組成的材料的能帶結(jié)構(gòu)上形成單勢能阱或是多勢能阱的結(jié)構(gòu)。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(gòu)有利于約束半導(dǎo)體導(dǎo)帶和價帶上的載流子于特定的能量狀態(tài)上，從而達(dá)到提高轉(zhuǎn)換效率的目的。
半導(dǎo)體發(fā)光結(jié)構(gòu)包括至少兩種不同材質(zhì)的電致發(fā)光半導(dǎo)體層12，且包含至少三層電致發(fā)光半導(dǎo)體層12，相鄰的兩層電致發(fā)光半導(dǎo)體層12為不同材質(zhì)的電致發(fā)光半導(dǎo)體層 12。
具體的可以為半導(dǎo)體發(fā)光結(jié)構(gòu)包括兩種不同材質(zhì)的電致發(fā)光半導(dǎo)體層12，且包含至少三層電致發(fā)光半導(dǎo)體層12，相鄰的兩層電致發(fā)光半導(dǎo)體層12為不同材質(zhì)的電致發(fā)光半導(dǎo)體層12，即，兩種材質(zhì)的電致發(fā)光半導(dǎo)體層12交替排列構(gòu)成層疊式結(jié)構(gòu)。每層電致發(fā)光半導(dǎo)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(dǎo)體層12層疊構(gòu)成半導(dǎo)體發(fā)光結(jié)構(gòu)，半導(dǎo)體發(fā)光結(jié)構(gòu)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(shè)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(xué)控制機(jī)構(gòu)、電磁聚焦機(jī)構(gòu)23、電磁偏轉(zhuǎn)掃描機(jī)構(gòu)24、電致發(fā)光半導(dǎo)體機(jī)構(gòu)I、光出射口 25。光出射口 25位于真空腔室20側(cè)面，反光金屬層14的反射方向朝向光出射口 25。以便于光線出射。
電子槍21發(fā)出的電子束依次經(jīng)過電學(xué)控制機(jī)構(gòu)、電磁聚焦機(jī)構(gòu)23、電磁偏轉(zhuǎn)掃描機(jī)構(gòu)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(dǎo)體機(jī)構(gòu)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(dǎo)體機(jī)構(gòu)I的表面到達(dá)能產(chǎn)生光的半導(dǎo)體發(fā)光結(jié)構(gòu)層。高能電子束會把能量傳遞給半導(dǎo)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(dǎo)體材質(zhì)結(jié)構(gòu)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(fù)合而產(chǎn)生光子。
參照圖1，電致發(fā)光半導(dǎo)體機(jī)構(gòu)I依次為第一限制層11、至少兩層電致發(fā)光半導(dǎo)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(shè)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(fā)射到外界。
電子槍21設(shè)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(gòu)成的陰極。電學(xué)控制機(jī)構(gòu)可以為一高壓電加速機(jī)構(gòu)，用于將電子束加速，提高能量。
電磁偏轉(zhuǎn)掃描機(jī)構(gòu)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(jī)構(gòu)24,進(jìn)而通過電磁偏轉(zhuǎn)掃描機(jī)構(gòu)24控制電子束的發(fā)射方向，進(jìn)而使電子束打在電致發(fā)光半導(dǎo)體機(jī)構(gòu)I的不同位置，使電致發(fā)光半導(dǎo)體機(jī)構(gòu)I中半導(dǎo)體發(fā)光結(jié)構(gòu)的不同位置發(fā)光，避免半導(dǎo)體發(fā)光結(jié)構(gòu)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(jī)構(gòu)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(jìn)行偏轉(zhuǎn)控制。電子槍21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(yīng)用來決定的。
整個電致發(fā)光機(jī)構(gòu)下設(shè)有一散熱底座3，散熱底座3連接一循環(huán)冷卻系統(tǒng)，循環(huán)冷卻系統(tǒng)包括散熱管、熱交換系統(tǒng)、冷卻液，散熱管埋設(shè)在散熱底座3內(nèi)；冷卻液設(shè)置在散熱管內(nèi)，熱交換系統(tǒng)連接散熱管的入口和出口。冷卻液通過散熱管流經(jīng)散熱底座3，散熱底座 3被冷卻，進(jìn)而半導(dǎo)體發(fā)光結(jié)構(gòu)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(jìn)入熱交換系統(tǒng)，進(jìn)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。 以便循環(huán)冷卻系統(tǒng)隔離高電壓，省去了其他電隔離系統(tǒng)的設(shè)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(dǎo)電流體。
本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)
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(dǎo)體材料，在導(dǎo)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(gòu)，本發(fā)明的發(fā)光波長可以涵蓋遠(yuǎn)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(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)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(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
權(quán)利要求
1.電子束泵浦的發(fā)光管包括一電致發(fā)光半導(dǎo)體機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述電致發(fā)光半導(dǎo)體機(jī)構(gòu)生成在一反光金屬層上，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(dǎo)體機(jī)構(gòu)設(shè)置在所述電子槍系統(tǒng)的靶向方向上。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電子束泵浦的發(fā)光管，其特征在于所述電致發(fā)光半導(dǎo)體機(jī)構(gòu)包含至少兩層層疊的電致發(fā)光半導(dǎo)體層，構(gòu)成半導(dǎo)體發(fā)光結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電子束泵浦的發(fā)光管，其特征在于相鄰的兩層所述電致發(fā)光半導(dǎo)體層為禁帶寬度不同的電致發(fā)光半導(dǎo)體層，從而在新組成的材料的能帶結(jié)構(gòu)上形成單勢能阱或是多勢能阱的結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電子束泵浦的發(fā)光管，其特征在于所述半導(dǎo)體發(fā)光結(jié)構(gòu)包括至少兩種不同材質(zhì)的所述電致發(fā)光半導(dǎo)體層，且包含至少三層所述電致發(fā)光半導(dǎo)體層，相鄰的兩層所述電致發(fā)光半導(dǎo)體層為不同材質(zhì)的所述電致發(fā)光半導(dǎo)體層。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電子束泵浦的發(fā)光管，其特征在于每層所述電致發(fā)光半導(dǎo)體層的厚度在I納米到50納米。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、4或5所述的電子束泵浦的發(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(xué)控制機(jī)構(gòu)、電磁聚焦機(jī)構(gòu)、電磁偏轉(zhuǎn)掃描機(jī)構(gòu)、電致發(fā)光半導(dǎo)體機(jī)構(gòu)、光出射ロ。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電子束泵浦的發(fā)光管，其特征在于所述光出射ロ位于所述真空腔室側(cè)面，所述反光金屬層的反射方向朝向所述光出射ロ。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電子束泵浦的發(fā)光管，其特征在于所述電致發(fā)光半導(dǎo)體機(jī)構(gòu)依次為第一限制層、至少兩層所述電致發(fā)光半導(dǎo)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(shè)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(jù)權(quán)利要求7所述的電子束泵浦的發(fā)光管，其特征在于所述電磁偏轉(zhuǎn)掃描機(jī)構(gòu)采用靜電電子偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)或者是磁偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電子束泵浦的發(fā)光管，其特征在于所述反光金屬層下方設(shè)有ー散熱底座，所述散熱底座連接ー循環(huán)冷卻系統(tǒng)，所述循環(huán)冷卻系統(tǒng)包括散熱管、熱交換系統(tǒng)、冷卻液，所述散熱管埋設(shè)在所述散熱底座內(nèi)；所述冷卻液設(shè)置在所述散熱管內(nèi)，所述熱交換系統(tǒng)連接所述散熱管的入口和出ロ。冷卻液通過散熱管流經(jīng)散熱底座，散熱底座被冷卻，進(jìn)而半導(dǎo)體發(fā)光結(jié)構(gòu)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(jìn)入熱交換系統(tǒng)，進(jìn)行冷卻和冷卻液重新循環(huán)。
全文摘要
本發(fā)明涉及光源領(lǐng)域，具體涉及電致發(fā)光領(lǐng)域。電子束泵浦的發(fā)光管包括一電致發(fā)光半導(dǎo)體機(jī)構(gòu)，電致發(fā)光半導(dǎo)體機(jī)構(gòu)生成在一反光金屬層上，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(dǎo)體機(jī)構(gòu)設(shè)置在電子槍系統(tǒng)的靶向方向上。電致發(fā)光半導(dǎo)體機(jī)構(gòu)包含至少兩層層疊的電致發(fā)光半導(dǎo)體層，構(gòu)成半導(dǎo)體發(fā)光結(jié)構(gòu)。相鄰的兩層電致發(fā)光半導(dǎo)體層為禁帶寬度不同的電致發(fā)光半導(dǎo)體層，從而在新組成的材料的能帶結(jié)構(gòu)上形成單勢能阱或是多勢能阱的結(jié)構(gòu)。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(gòu)有利于約束半導(dǎo)體導(dǎo)帶和價帶上的載流子于特定的能量狀態(tài)上，從而達(dá)到提高轉(zhuǎn)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(yōu)先權(quán)日2012年11月8日
發(fā)明者張學(xué)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