日本東北大學（Tohoku University）的研究人員們近日開發出一種基于碳奈米管（CNT）材料的新型節能平面光源。根據研究人員表示，這種以碳奈米管場發射器刺激螢光粉發光而供電的照明面板，將會比發光二極體（LED）照明更便宜，也比有機發光二極體（OLED）面板更明亮。

　　研究人員們目前已經開發出這種平面光源原型——它在設計上類似平面版的傳統陰極射線管（CRT），而且能夠實現低功耗目標，下一步研究人員們將為其實現最佳化，以便達到每瓦60流明的發光效率。

　　碳奈米管場發射器陣列激發平面光源元件上的螢光粉，使其穿過中性濾光片發射出均勻的光線

　　（來源：日本東北大學）

　　東北大學首席研究員下位法弘（Norihiro Shimoi）表示，“這款照明燈設計原型具有極低功耗，比LED元件更低100倍，但至少要到2019年后才會發布。”

　　因此，這款原型已能證實僅需使用比LED更低的電力。LED由于具有比白熾燈和螢光燈更多優點，因而在目前十分流行。遺憾的是，針對大規模的照明，必須同時使用許多顆LED。而這種碳奈米管設計則可形成任何尺寸大小的面板。

　　平面照明使用的碳奈米管場發射陣列

　　（來源：日本東北大學）

　　LED 可產生大約每瓦100流明的光源，相當于可照亮更大范圍的螢光燈泡。但這兩種光源都比每瓦約15流明的白熾燈效率更高。此外，OLED可產生每瓦約40流明光源，目前已經被整合于小量生產的面板中。但下位法弘認為，利用碳奈米管作為電場發射器激發覆蓋螢光粉的大型面板，由于對功率要求更低及其較OLED面板更高亮度的潛力，最終將得以勝出。

　　“我們認為，由于采用高結晶的碳奈米管以及用ITO顆粒涂布螢光粉，減少了因熱損失的能量，是我們能夠使這種新型光源元件達到60lm/W的原因，”下位法弘解釋，“這種元件中的電導性已特別實現最佳化了。未來在碳奈米管結晶最佳化與設計光源元件后，可望實現更高的亮度與效率。”

　　根據下位法弘指出，碳奈米管并未采用半導體接面二極體，而是被制造成優異的電場發射器以激發螢光粉。這種碳奈米管非常易于制造，不必花費打造無塵室以及高溫爐的額外費用。

　　不發光的碳奈米管場發射器背面

　　（來源：日本東北大學）

　　“單壁碳奈米管（SWCNT）以電弧放電法生長”，下位法弘解釋，“經過凈化和退火后的SWCNT粉末與溶劑和表面活性劑混合，然后再將該混合物涂覆在矽基板上。”

　　碳奈米管混合物在照明元件的陰極上變干后，可用砂紙在表面上刮出一個比傳統熱陰極更強大的1，000倍的電子發射器。當電子穿過真空部份激發涂覆螢光體的照明面板時，僅需很小功率就能發出均勻而穩定的全向光源。

　　利用單壁碳奈米管的原因在于其發射電子的兩端非常尖銳，而且具有化學穩定性、熱傳導率高，以及比鋼更強的機械強度。利用這種SWCNT制造的照明面板也更“綠色環保”，無論是在制造過程或是最終的處置，都不會有任何二氧化碳排放到大氣中。

　　參與這項研究計劃的研究人員還包括Sharon Bahena-Garrido、Norihiro Shimoi、Daisuke Abe、Toshimasa Hojo、Yasumitsu Tanaka以及Kazuyuki Tohji，詳細的研究刊載于《科學儀器評論》（Review of Scientific Instruments）期刊中。

　　編譯：Susan Hong

　　（參考原文：Nanotube Field Emitters Beat OLEDs，by R. Colin Johnson）