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氧化锌(Zinc Oxide，ZnO)是一种重要的宽禁带Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体，室温下其禁带宽度为3.37eV，激子束缚能高达60meV，远高于其它宽禁带半导体材料(GaN为25meV，ZnSe为22meV)，因此ZnO中的激子能够在室温下稳定存在。ZnO由于其晶体具有极性特征，研究者生长出了诸如纳米棒、纳米管、纳米带、纳米片、纳米环、纳米花、纳米螺旋结构等形貌的ZnO纳米结构。其丰富的纳米形貌结构和优良的光电性能，预示了ZnO纳米结构的广阔应用前景，同时也掀起了世界范围内对于ZnO材料研究的热潮。
众多的研究结果表明，ZnO纳米结构具有良好的电子场致发射性能，它在场致发射电子显微镜、微型X射线源、冷阴极微波放大器、平板显示器和阴极荧光光源等器件中有重要的应用前景。本论文针对场致发射平板显示器对发射体的特殊技术要求(例如在玻璃基板上低温原位生长、高场发射性能，良好的场发射稳定性等)，用水热法和气相转移法分别制备了不同生长密度和形貌的ZnO纳米结构。本文对这些ZnO纳米结构进行了SEM、XRD、HRTEM、PL以及场发射性能的测试和表征。为了进一步提高ZnO纳米结构的场发射性能，本文还深入研究了电场屏蔽效应对于其场发射性能的影响。最后，本文还提出了一种基于ZnO纳米材料的三极结构场发射显示器件，并且研究了其在液晶显示器背光源系统中的应用。
本文主要工作和结论可以概括如下：
1.本文提出了一种规则六边形ZnO纳米花的水热制备方法，并对其作了SEM、XRD、HRTEM和PL的表征，该纳米结构表现出良好的晶体质量。在此基础上，本文还提出了该ZnO纳米结构的生长机制。最后，测试了ZnO纳米花的场发射性能，其开启电场强度(电流密度达到0.1μA/cm2)为2.2V/μm，阈值电场强度(电流密度达到1mA/cm2)为6.3V/μm，并且在1000分钟的测试过程中，其场发射性能稳定。所以，这种ZnO纳米结构的优越性能以及低温生长工艺特点，可以实现在场发射显示器件的阴极极板上直接生长阴极发射体，这也预示了其作为场发射显示器阴极发射材料的潜在应用前景。
2.用气相转移法方法生长出高场发射性能注射针状ZnO纳米结构，本文通过控制生长温度、源材料和载气气流的方法生长出了不同密度和形貌(单针尖结构和双针尖结构)的注射针状ZnO纳米结构。这种ZnO纳米结构的场发射性能优异。样品A和F的阈值电场强度(电流密度达到1mA/cm2)分别为4.7和4.2V/μm，并且表现出很好的场发射稳定性，在1000分钟的测试过程中样品A的场发射电流密度波动范围小于20％。这种ZnO纳米结构的基座对于其场发射性能的增强和稳定性起到了重要的作用：(1)抬高了纳米结构的发射体针尖，使得整个纳米结构的长径比得到提高；(2)基座分隔开了发射体针尖的间距，有效的降低了电场屏蔽效应对于场发射性能的影响；(3)基座增大了纳米结构与衬底的接触面积，有效降低了由于焦耳热效应而损毁纳米结构的机率。
3.注射针状ZnO纳米结构的场发射性能与其生长密度息息相关，电场屏蔽效应和发射体密度共同制约了ZnO冷阴极的总体场致发射性能。本文利用计算机模拟和实验相结合的方法优化设计了ZnO发射体阵列结构：对于单针尖结构，发射体的间距与其高度差不多时，发射体阵列的平均电流密度最大。双针尖结构的发射体间距是其高度的2倍时，发射体阵列能获得更高的平均电流密度。
4.本文用丝网印刷工艺成功制备了一种基于ZnO纳米结构发射体的LCD背光源器件(ZnO BLU)。这个ZnO BLU是由阳极、阴极和栅极组成的三极结构。在栅极的孔洞结构中，用电子束蒸发的方法蒸镀了一层MgO薄膜用于激发二次电子，使得被栅极孔洞拦截的电子能激发出二次电子，这样在保证了器件的电子束聚焦性能的前提下，其场发射电流和稳定性测试都表现出良好的性能。除此之外，本文还用模拟和实验的手段研究了该器件的响应时间。该器件良好的场发射性能、电子束聚焦性能和快速响应时间等特性，预示了其在LCD显示器中的潜在应用。