場致發(fā)射顯示器FED

1、目錄FED概述及分類基本結(jié)構(gòu)及工作原理制作工藝及材料選取優(yōu)點及技術(shù)難點分析國內(nèi)外發(fā)展趨勢FEDFED（Field Emission Display）概述 FED場致發(fā)射顯示器是利用場致發(fā)射冷陰極發(fā)射的電子束轟擊熒光粉而發(fā)光的顯示器。 FED很像陰極射線管CRT ， 有陰極電子槍和陽極熒光屏，只不過陰極和熒光屏是兩片平板玻璃，相互靠得很近, FED 面板的結(jié)構(gòu)就等于是有多少個像素就具有多少只電子槍（而每個 CRT 則只有一只或三只）。FEDFED（Field Emission Display)Field Emission Display)與與CRTCRT的相同點：的相同點： 利用陰極電子經(jīng)電場加

2、速而轟擊熒光材料發(fā)光的主動發(fā)型顯示器利用陰極電子經(jīng)電場加速而轟擊熒光材料發(fā)光的主動發(fā)型顯示器件。因此，件。因此，F(xiàn)EDFED具有與具有與CRTCRT相似的顯示品質(zhì)，如高亮度、高對比度、全相似的顯示品質(zhì)，如高亮度、高對比度、全彩色、高顯示容量及低功耗等性能。彩色、高顯示容量及低功耗等性能。典型場典型場發(fā)射發(fā)射顯示結(jié)構(gòu)原理顯示結(jié)構(gòu)原理CRT發(fā)射發(fā)射顯示結(jié)構(gòu)原理顯示結(jié)構(gòu)原理FEDFED與與CRTCRT的區(qū)別點：的區(qū)別點：CRTCRT采用熱陰極，通過加熱陰極材料使其表面電子獲得克服表面勢壘采用熱陰極，通過加熱陰極材料使其表面電子獲得克服表面勢壘的能量從而發(fā)射出來；而的能量從而發(fā)射出來；而FEDFED采

3、用冷陰極，使之在外加電場作用下逸采用冷陰極，使之在外加電場作用下逸出。出。CRTCRT的熱陰極為點發(fā)射源或線發(fā)射源；而的熱陰極為點發(fā)射源或線發(fā)射源；而FEDFED的冷陰極為面發(fā)射源，可的冷陰極為面發(fā)射源，可以十分方便地實現(xiàn)平板化和矩陣驅(qū)動，無論重量還是體積都大大降低以十分方便地實現(xiàn)平板化和矩陣驅(qū)動，無論重量還是體積都大大降低。CRTCRT的加速電場電壓通常在的加速電場電壓通常在1313 3030kVkV之間；而采用平板結(jié)構(gòu)的之間；而采用平板結(jié)構(gòu)的FEDFED一般一般加速電壓小于加速電壓小于1 10kV0kV。CRTCRT的陰陽極距離至少在的陰陽極距離至少在1 1cmcm以上，大尺寸以上，大尺寸

4、CRTCRT甚至達到幾十厘米；而甚至達到幾十厘米；而FEDFED的陰陽極距離小于的陰陽極距離小于3m3mm m。FED分類按整體結(jié)構(gòu)分類二極型FED三極型FED存在器件發(fā)光亮度與驅(qū)動電壓之間的矛盾按柵極位置分類前柵型FED后柵型FED平行柵型FED存在電子束散焦 , 柵控特性差的問題矩陣尋址困難,圖像顯示質(zhì)量差可用于檢測FEA的發(fā)射特性FED分類按陰極結(jié)構(gòu)分類Spindt型（圓錐發(fā)射體型）平面薄膜型按陰極材料分類金剛石材料型CNT型（碳納米管型）SED型（表面?zhèn)鲗?dǎo)型）BSD型（彈道電子放射型）基本結(jié)構(gòu)及工作原理基本結(jié)構(gòu)：由陽極基板與陰極基板構(gòu)成，陽極基板為紅綠藍三色熒光粉粉條，為了保證色純度，

5、之間用黑矩陣隔開；陰極基板由可以行列尋址的發(fā)射陣列和柵極組成。兩基板之間有支撐以抵抗大氣壓力，基板之間用低熔點玻璃封接基本原理：在柵極和陰極之間有一個電壓差形成電場，使得微尖產(chǎn)生場致效應(yīng)釋放電子，再經(jīng)電場加速電子使其轟擊熒光粉而發(fā)光場致發(fā)射理論F-N公式公式其中為其中為 場致發(fā)射電流密度，場致發(fā)射電流密度， 為發(fā)射表面電場強度，為發(fā)射表面電場強度， 為金屬為金屬的逸出功，的逸出功，t t（y y）和）和（y y）為）為NordheimNordheim橢圓函數(shù)，大多數(shù)情況橢圓函數(shù)，大多數(shù)情況下可取下可取t t2 2（y y）=1=11 1， （y）0.95-y2(0)Jm其中其中I為發(fā)射電流，為

6、發(fā)射面積，為發(fā)射電流，為發(fā)射面積，U為加速電壓，為加速電壓，為電場轉(zhuǎn)化為電場轉(zhuǎn)化因子，與發(fā)射形體和極間距離有關(guān)，代入電流密度公式得：因子，與發(fā)射形體和極間距離有關(guān)，代入電流密度公式得：其中有：其中有：制作工藝及材料選取陰極材料的選取要求：由于FED采用冷陰極，所以應(yīng)該采用表面功函數(shù)較低、電子勢能很小甚至為負值的材料要求：（1）隔離柱很薄，尺寸均勻；（2）具有一定的剛度、強度；（3）具有一定的電阻率，同時又不能產(chǎn)生過大的漏電流；（4）放氣量小。隔離柱材料的選取為了實現(xiàn)動態(tài)顯示效果，通常驅(qū)動電路采用矩陣尋址方式，而矩陣尋址又分為逐點掃描尋址和逐行掃描尋址。另外，三極管型FED是通過控制陰極上脈沖寬

7、度（PWM）和數(shù)目來逐行、逐幀循環(huán)實現(xiàn)灰度顯示。由于柵、陰兩級之間間距較小，故其驅(qū)動電壓相對較低。驅(qū)動電路的選取熒光粉的選?。簾晒夥鄣倪x?。河沈?qū)動電路知，由驅(qū)動電路知，F(xiàn)ED中熒中熒光粉工作于低電壓，大光粉工作于低電壓，大電流的情況下。電流的情況下。低壓熒光粉存在的問題：色飽和度低，可見光轉(zhuǎn)換效率低，亮度低，壽命低熒光粉的選取FED優(yōu)點及技術(shù)難點分析平板顯示器性能比較FED在發(fā)光效率、 亮度、 視角、 功耗耐嚴酷的高低溫、 對比度好、 響應(yīng)速度快等方面具有和 LCD 和 PDP相當(dāng)?shù)膬?yōu)勢。FED 還具有分辨率高、 色再現(xiàn)性好 、 抗振動沖擊 , 電磁輻射極微, 易于實現(xiàn)數(shù)字化顯示等特點。由表格

8、看出:難點1FEDFED中的發(fā)射均勻性和穩(wěn)定性問題中的發(fā)射均勻性和穩(wěn)定性問題造成微尖發(fā)射不均勻性和不穩(wěn)定性的原因：造成微尖發(fā)射不均勻性和不穩(wěn)定性的原因： 由于由于SpindtSpindt型工藝生成的陰極微尖是服從型工藝生成的陰極微尖是服從GaussionGaussion分布分布, ,因此不可能使各發(fā)射體完全一樣。因此不可能使各發(fā)射體完全一樣。 微細加工工藝難以達到大面積的均勻性微細加工工藝難以達到大面積的均勻性, ,如陰極如陰極微尖、柵極孔幾何尺寸的離散及相對位置的偏差。微尖、柵極孔幾何尺寸的離散及相對位置的偏差。 發(fā)射電流決定于表面電場和陰極表面狀態(tài)。發(fā)射發(fā)射電流決定于表面電場和陰極表面狀態(tài)

9、。發(fā)射過程中受表面形態(tài)變化、離子轟擊、氣體吸附等多過程中受表面形態(tài)變化、離子轟擊、氣體吸附等多種因素影響，造成發(fā)射電流起伏不定。種因素影響，造成發(fā)射電流起伏不定。難點2支撐技術(shù)：支撐技術(shù)：FED工作于真空條件下，顯示屏工作于真空條件下，顯示屏又是平面型，為了抵抗大氣壓力，又是平面型，為了抵抗大氣壓力，F(xiàn)ED上下基上下基板之間必須采用支撐結(jié)構(gòu)板之間必須采用支撐結(jié)構(gòu)FED支撐結(jié)構(gòu)要求：支撐結(jié)構(gòu)要求：（1）支撐單元的支撐面積必須足夠小，在顯示）支撐單元的支撐面積必須足夠小，在顯示圖像時不影響圖像質(zhì)量圖像時不影響圖像質(zhì)量（2）支撐單元的體電阻和表面電阻必須很大，）支撐單元的體電阻和表面電阻必須很大，使

10、得陽極與陰極之間由于支撐單元造成的漏電使得陽極與陰極之間由于支撐單元造成的漏電流可以忽略不計流可以忽略不計（3）為了防止電荷積累，支撐單元要具有合適）為了防止電荷積累，支撐單元要具有合適的電阻率，把電荷導(dǎo)走的電阻率，把電荷導(dǎo)走（4）具有足夠大的支撐強度）具有足夠大的支撐強度支撐技術(shù)難點3FEDFED屏內(nèi)殘氣的來源：屏內(nèi)殘氣的來源：（1 1）蒸發(fā)和分解）蒸發(fā)和分解 蒸發(fā)現(xiàn)象是屏內(nèi)產(chǎn)生氣體的主要原因蒸發(fā)現(xiàn)象是屏內(nèi)產(chǎn)生氣體的主要原因（2 2）熱解析）熱解析 FED FED基板玻璃在制造加工過程中，由于在基板玻璃在制造加工過程中，由于在大氣中存放時間太長，玻璃內(nèi)部溶解了大量氣體，在它表大氣中存放時間太

11、長，玻璃內(nèi)部溶解了大量氣體，在它表面也吸附著大量氣體。面也吸附著大量氣體。（3 3）電子誘導(dǎo)解析）電子誘導(dǎo)解析 電子束不斷地轟擊熒光屏和電極電子束不斷地轟擊熒光屏和電極也會引起氣體的釋放。電子誘導(dǎo)解析主要是電子與固體表也會引起氣體的釋放。電子誘導(dǎo)解析主要是電子與固體表面的分子或表面吸附的氣體分子產(chǎn)生非彈性碰撞，使這些面的分子或表面吸附的氣體分子產(chǎn)生非彈性碰撞，使這些分子產(chǎn)生激發(fā)或離解，再從表面釋放出來。分子產(chǎn)生激發(fā)或離解，再從表面釋放出來。殘氣對場發(fā)射陰極、熒光屏、驅(qū)動電路都會產(chǎn)生損傷和影響器件內(nèi)真空度的維持FED國內(nèi)外發(fā)展趨勢FED兩大發(fā)展趨勢CNTSEDCNT曲率半徑極小而密度極高，能在較

12、低的電場下維持高發(fā)射電流密度，并且較高的機械強度和化學(xué)穩(wěn)定性表面?zhèn)鲗?dǎo)電子發(fā)射顯示器畫質(zhì)好， SED 在暗處對比度、電力消耗、層次特性的表現(xiàn)上全面勝出現(xiàn)有的 LCD 和 PDP ，而成本又低于 LCD 和 PDP 顯示器CNT工作原理可見光SED的結(jié)構(gòu)和工作原理一個典型的SED單元由上下兩層玻璃基板構(gòu)成，上玻璃基板內(nèi)壁涂有紅、綠、藍三色磷光粉，并且有透明電極，下玻璃基板內(nèi)層上就是SED顯示的核心單元電子發(fā)射器。兩層基板之間抽真空。SED 只是場致發(fā)射顯示器（ FED ）的一種。其與 FED的唯一區(qū)別就是起牽引電子作用的柵極并不是與電子發(fā)射陰極平行排列在下玻璃基板上，而是制作在電子發(fā)射陰極和陽極（上玻璃基板）之間，因此僅僅是電極制作工藝的區(qū)別。日本SED發(fā)展的悲劇1999年，東芝公司與佳能就SED顯示技術(shù)簽署了合作協(xié)議，雙方共同將該技術(shù)推向?qū)嵱没?004年9月14日，東芝與佳能聯(lián)合宣布將成立集研發(fā)、生產(chǎn)和銷售SED面板及電視設(shè)備、顯示設(shè)備于一體的合資公司SED Inc.（雙方各占50股份）。 2007年，美國Nano-Proprietary公司與佳能公司在SED面板制造工藝的專利授權(quán)方面