本论文主要研究了一种基于碳纳米管冷阴极的三极结构的场发射平面光源。 本工作的难点在于如何制备和表征大面积高质量场发射性能的碳纳米管冷阴极材料，并如何围绕碳纳米管冷阴极来制造三极封装结构的平面光源，以实现高亮度发光和高质量色彩显示的性能。 本论文的主要工作是设计和制造了一种带栅极的三极场发射平面光源结构，完成了各个关键元件(包括碳纳米管冷阴极、栅网和荧光屏)的制备和表征。并建立了一套场发射平面光源的制备工艺流程，将真空电子器件的制备工艺成功应用于场发射平面光源的制备流程。研究了碳纳米管冷阴极与真空电子器件制备工艺的兼容性，通过实验获得适合的制备工艺条件。另外，研究了场发射平面光源的光学性能，并探索了其应用于液晶显示屏幕的背光源的可行性。 本论文取得的主要研究成果概述如下： 1。研制了一种使用热化学气相沉积法制备的大面积碳纳米管薄膜冷阴极，其场发射性能指标达到该方面国际研究前列水平。面积为2×2 cm2的碳纳米管冷阴极的典型开启电场是1.0 V／μm，阈值电场是5.4 V／μm。场发射电流密度最高能达到19.3 mA/cm2，场发射电流稳定性好，电流波动幅度小于7％，场发射址密度达到800／cm2，分布均匀性高于90％。其中，我们引入九区分块均匀性的评价方法建立了一种分析大面积样品场发射均匀性的评价标准。我们还发展了一种碳纳米管冷阴极的大电流后处理技术，进一步改善了大面积样品的场发射址的分布均匀性。 2.研制出一种高亮度发光的封装结构的场发射平面光源。在额定条件(阳极电压10 kV，阳极电流100μA，栅极电压2 kV，阴极电流170μA)下光源亮度达到1 2000 cd/m2，光源连续工作1 00小时亮度仍然保持稳定。场发射平面光源的白光色坐标是(O．28，0.35)，其色温达到7600 K，显示指数达到Pa=88，光谱谱线分布较广，色域范围达到sRGB标准的112％，达到NTSC标准的78％，具有较高的色彩呈现能力。器件的流明效率达到14.5lm/W场发射平面光源的性能指标达到商用的液晶背光源(冷阴极荧光灯CCFL)的指标水平，在显色性指数和色域范围参数上更优于CCFL。 3.研究了场发射平面光源应用于TFT-LCD屏幕的显示特性，并研究了场发射平面光源应用于TFT-LCD显示器的可行性。配备了场发射平面光源的液晶屏幕与配备商用CCFL的液晶屏幕相比，前者节省了导光模组的使用，降低了成本，并且提高了光透过率，降低了背光源需要达到的绝对亮度。场发射平面光源高亮度发光的特点，能够显著提高在室外和明亮环境下液晶显示屏幕的画面显示质量。与商用CCFL背光源相比，场发射平面光源作为户外使用型的高亮度液晶显示器的背光源具有一定的优势。 本论文将首先介绍光源的种类和发展历程，场致电子发射的基本理论和场致电子发射材料的发展，色度学、光度学的基本理论，并介绍研制场发射平面光源使用的实验方法和实验设备。紧接着提出研制基于碳纳米管冷阴极的场发射平面光源的总体设计思路和技术路线。论文进而详细介绍各个关键原部件的设计、制备和性质表征，平面光源的制备和性质表征，平面光源在液晶显示器件等的应用等方面的研究成果。