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基於CNT的新式平面光源效率超越OLED

上網時間: 2014年10月20日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:碳奈米管  平面光源  照明面板  LED  OLED 

日本東北大學(Tohoku University)的研究人員們近日開發出一種基於碳奈米管(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
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年後才會發佈。」

因此,這款原型已能證實僅需使用比LED更低的電力。LED由於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
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,相當於可照亮更大範圍的螢光燈泡。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,目前已經被整合於小量生產的面板中。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,由於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,由於採用高結晶的碳奈米管以及用ITO顆粒塗佈螢光粉,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後,可望實現更高的亮度與效率。」

根據下位法弘指出,碳奈米管並未採用半導體接面二極體,而是被製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於製造,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
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,「經過淨化和退火後的SWCNT粉末與溶劑和表面活性劑混合,然後再將該混合物塗覆在矽基板上。」

碳奈米管混合物在照明元件的陰極上變乾後,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塗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於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製造的照明面板也更「綠色環保」,無論是在製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,詳細的研究刊載於《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)





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