二次电子发射材料在场发射显示器件中的应用

摘要

场发射显示(Field Emission Display，FED)器件具有传统CRT显示器件的优良特性，并且有其独特的优点，在平板显示领域具有广阔的前景和应用优势。但是，目前在场发射显示器件的研究中还存在一些瓶颈需要解决，包括电子发射均匀性、调制电压范围、显示亮度、器件寿命以及低成本的器件制备技术等。新型器件结构的设计和优良阴极材料的制备是突破这些瓶颈的两个研究方向，它们也是FED技术攻关的重点。本文将主要从阴极制备的角度，寻求合适的二次电子发射材料和阴极制备方法，达到优化阴极材料场发射性能的目的。
　　 本文首先介绍了几种目前研究得比较深入的阴极发射材料，如碳纳米管(CNT)、纳米氧化锌(ZnO)等，并阐述了基本的场发射理论和二次电子发射理论。
　　 本文实验采用成熟的丝网印刷工艺，制备碳纳米管阴极、四针状纳米氧化锌阴极以及两者混合的场发射阴极，测试并对比其场发射性能。论文完成了以下主要工作：
　　 1.研究了表面分散剂的应用。一方面解决了CsI浆料的团聚问题；另一方面获得稳定分散的场发射纳米材料，并以碳纳米管为例，借助COMSOL MULTIPHYSICS软件分析了场屏蔽效应的影响。
　　 2.制备了三种阴极，分别在其中混合加入二次电子发射材料MgO，测试并对比其场发射性能。确定混合阴极的场发射性能较其他两种更好。
　　 3.在场发射阴极研究中，引入了新的二次电子发射材料CsI，在混合阴极的基础上，通过实验优化其浓度，得到改善阴极场发射性能的理想浓度。
　　 4.研究了二次电子发射材料MgO和CsI不同的添加方式混合和涂敷对场发射性能的影响。
　　 实验研究表明加入二次电子发射材料后的碳纳米管和纳米氧化锌混合式阴极的开启场强从2V/μm降到了1.6V/μm左右；有效提高发射材料尖端的场增强因子，可将CNT和ZnO的场增强因子提高约15％；场发射均匀性提高一倍多，相应的显示亮度也得以提高。相比而言，MgO在提高场发射均匀性方面表现更好，而CsI则在降低开启场强方面的作用更突出。
　　 最后，本文将实验中确定的阴极制备方案应用于10英寸三极结构的FED器件中，显示效果表明本文的二次电子发射特性研究对三极结构的FED器件性能提高亦有实际的指导价值。