高亮度碳納米管場發(fā)射平面光源的研制.pdf

1、本論文主要研究了一種基于碳納米管冷陰極的三極結(jié)構(gòu)的場發(fā)射平面光源。 本工作的難點(diǎn)在于如何制備和表征大面積高質(zhì)量場發(fā)射性能的碳納米管冷陰極材料，并如何圍繞碳納米管冷陰極來制造三極封裝結(jié)構(gòu)的平面光源，以實現(xiàn)高亮度發(fā)光和高質(zhì)量色彩顯示的性能。 本論文的主要工作是設(shè)計和制造了一種帶柵極的三極場發(fā)射平面光源結(jié)構(gòu)，完成了各個關(guān)鍵元件(包括碳納米管冷陰極、柵網(wǎng)和熒光屏)的制備和表征。并建立了一套場發(fā)射平面光源的制備工藝流程，將真空電子

2、器件的制備工藝成功應(yīng)用于場發(fā)射平面光源的制備流程。研究了碳納米管冷陰極與真空電子器件制備工藝的兼容性，通過實驗獲得適合的制備工藝條件。另外，研究了場發(fā)射平面光源的光學(xué)性能，并探索了其應(yīng)用于液晶顯示屏幕的背光源的可行性。 本論文取得的主要研究成果概述如下： 1。研制了一種使用熱化學(xué)氣相沉積法制備的大面積碳納米管薄膜冷陰極，其場發(fā)射性能指標(biāo)達(dá)到該方面國際研究前列水平。面積為2×2 cm2的碳納米管冷陰極的典型開啟電場是1.0

3、 V／μm，閾值電場是5.4 V／μm。場發(fā)射電流密度最高能達(dá)到19.3 mA/cm2，場發(fā)射電流穩(wěn)定性好，電流波動幅度小于7％，場發(fā)射址密度達(dá)到800／cm2，分布均勻性高于90％。其中，我們引入九區(qū)分塊均勻性的評價方法建立了一種分析大面積樣品場發(fā)射均勻性的評價標(biāo)準(zhǔn)。我們還發(fā)展了一種碳納米管冷陰極的大電流后處理技術(shù)，進(jìn)一步改善了大面積樣品的場發(fā)射址的分布均勻性。 2.研制出一種高亮度發(fā)光的封裝結(jié)構(gòu)的場發(fā)射平面光源。在額定條件(陽極電壓

4、10 kV，陽極電流100μA，柵極電壓2 kV，陰極電流170μA)下光源亮度達(dá)到1 2000 cd/m2，光源連續(xù)工作1 00小時亮度仍然保持穩(wěn)定。場發(fā)射平面光源的白光色坐標(biāo)是(O．28，0.35)，其色溫達(dá)到7600 K，顯示指數(shù)達(dá)到Pa=88，光譜譜線分布較廣，色域范圍達(dá)到sRGB標(biāo)準(zhǔn)的112％，達(dá)到NTSC標(biāo)準(zhǔn)的78％，具有較高的色彩呈現(xiàn)能力。器件的流明效率達(dá)到14.5lm/W場發(fā)射平面光源的性能指標(biāo)達(dá)到商用的液晶背光源(冷陰

5、極熒光燈CCFL)的指標(biāo)水平，在顯色性指數(shù)和色域范圍參數(shù)上更優(yōu)于CCFL。 3.研究了場發(fā)射平面光源應(yīng)用于TFT-LCD屏幕的顯示特性，并研究了場發(fā)射平面光源應(yīng)用于TFT-LCD顯示器的可行性。配備了場發(fā)射平面光源的液晶屏幕與配備商用CCFL的液晶屏幕相比，前者節(jié)省了導(dǎo)光模組的使用，降低了成本，并且提高了光透過率，降低了背光源需要達(dá)到的絕對亮度。場發(fā)射平面光源高亮度發(fā)光的特點(diǎn)，能夠顯著提高在室外和明亮環(huán)境下液晶顯示屏幕的畫面顯示

6、質(zhì)量。與商用CCFL背光源相比，場發(fā)射平面光源作為戶外使用型的高亮度液晶顯示器的背光源具有一定的優(yōu)勢。 本論文將首先介紹光源的種類和發(fā)展歷程，場致電子發(fā)射的基本理論和場致電子發(fā)射材料的發(fā)展，色度學(xué)、光度學(xué)的基本理論，并介紹研制場發(fā)射平面光源使用的實驗方法和實驗設(shè)備。緊接著提出研制基于碳納米管冷陰極的場發(fā)射平面光源的總體設(shè)計思路和技術(shù)路線。論文進(jìn)而詳細(xì)介紹各個關(guān)鍵原部件的設(shè)計、制備和性質(zhì)表征，平面光源的制備和性質(zhì)表征，平面光源在液