場發(fā)射顯示器驅(qū)動電路設計

1、場發(fā)射顯示器驅(qū)動電路設計摘要場發(fā)射顯示器(FED)是一種非常有市場競爭力的新型平板顯示器,FED的基本原理與陰極射線管(CRT)是比較相似的并且兼有液晶顯示器(LCD)和等離子體顯示器(PDP)等薄型平板顯示器的優(yōu)點,具有很大的市場開發(fā)潛力。由于發(fā)展初期人們將目光和精力主要集中在研究場發(fā)射顯示器的陰極的發(fā)射電壓、發(fā)射電流、 亮度以及壽命等問題上，在一定程度上忽視了其驅(qū)動電路的研制。本文簡要的介紹了場發(fā)射顯示器的發(fā)展過程和發(fā)射原理，主要對場發(fā)射顯示器的陰極發(fā)射材料的發(fā)展和驅(qū)動點電路的設計做了比較深入的研究,主要分析了驅(qū)動電路的二級結(jié)構(gòu)和三級結(jié)構(gòu),并簡要的分析了場發(fā)射顯示器在發(fā)展過程中所面臨的一些

2、有待解決的問題和研究中遇到的困難,并且對今后的場發(fā)射顯示器所發(fā)展的方向做了一定的展望。關鍵詞:場發(fā)射顯示；陰極材料；驅(qū)動電路The design of driving circuit for field emission displayAbstract Field emission display (FED) is a very competitive in the market of new type of flat panel display, fed the basic principle and the cathode ray tube (CRT) is compared with s

3、imilar and both liquid crystal display (LCD) and plasma display panel (PDP) thin flat panel display advantages, with great development potential in the market. Due to the early development of the people will look and energy mainly concentrated in the research field emission display cathode emission

4、voltage and emission current, brightness and life issues. In a certain extent, ignored the development of the drive circuit. The brief introduced field emission display of the development process and principle of transmission, mainly of field emission display cathode emission materials to develop an

5、d drive circuit design made a more in-depth study, the main analysis of the driving circuit of the secondary and tertiary structures, and Jane to the analysis of the field emission display faces in the development process of some pending the difficulties encountered in the problem to solve and resea

6、rch and on the future of field emission display the development direction do certain outlook.Keywords：Field emission display；Cathode materials；Drive circuit1引 言科學技術的迅猛飛速的發(fā)展使人們對生活需求不斷提高，同時人們對高清晰大屏幕的平板電視的需求也越來越渴望,實現(xiàn)大屏幕顯示的技術很多，主要有液晶顯示器（Liquid Crystal Display,LCD）、有機電致發(fā)光顯示器（Organic Light Emitting Displa

7、y,OLED）、等離子顯示器（Plasma Display Panel,PDP）、電致發(fā)光顯示器（Elector Luminescent Display,ELD）等。隨之場致發(fā)射顯示器 (Field Emission Display,FED）的迅速發(fā)展也快速的引起了人們的極大興趣，因為它是八十年代末剛問世的真空微電子學的產(chǎn)物，并且展示出強大的市場潛力與競爭力。場發(fā)射顯示器的顯示原理與傳統(tǒng)陰極射線管（Cathode-Ray Tube,CRT）非常接近。傳統(tǒng)陰極射線管是一種采用熱陰極技術的平板顯示器，恰恰相反，場發(fā)射顯示器是一種采用冷陰極技術的新型平板顯示器。FED因為CRT的高圖像質(zhì)量和LCD的

8、薄型低功耗的諸多優(yōu)點，是市場上公認的CRT的下一代產(chǎn)品，因而備受親睞。與此同時，F(xiàn)ED和PDP一樣也可以實現(xiàn)大面積顯示,其在發(fā)光效率（5-15lm/w）、亮度（1000cd/）、視角等方面具有與LCD和PDP相當?shù)膬?yōu)勢。FED備受市場推崇，還有其他的優(yōu)點，比如：分辨率很高、良好的色在性、超高的對比度（大于100:1）、在極高和極低的溫度下依然性能依然良好、快速響應能力、抗振動沖擊、電磁輻射強度低、性價比高、容易實現(xiàn)數(shù)字話顯示?；贔ED以上的優(yōu)點 ,世界上很多電子科研機構(gòu)都對FED進行了詳細深入的研究。2 場發(fā)射顯示原理場發(fā)射顯示器（Field Emission Display，F(xiàn)ED）的基本

9、結(jié)構(gòu)是由兩塊平行的交叉電極構(gòu)成的可尋址的電子場致發(fā)射陣列基板和靠支撐體支撐涂有三基色熒光粉像素陣列的前板兩部分組成，最后經(jīng)過真空封裝構(gòu)成 。如圖1所示FED的基本結(jié)構(gòu)圖。場致發(fā)射顯示是當柵極相對于底電極加上正向電壓時，陰極尖錐的尖端產(chǎn)生非常強的電場（電場強度大于50000000v/cm），在強電場作用下陰極表面勢壘高度將會降低，寬度也將會變窄，電子將從陰極內(nèi)部穿出，在隧道效應的作用下穿過勢壘發(fā)射到真空中，轟擊三基色熒光粉層，從而達到發(fā)光的目的。如圖2所示場發(fā)射顯示器器件的原理圖。場致電子發(fā)射是一種比較有效的電子發(fā)射方式，發(fā)射電流密度不但很高，而且時間沒有遲滯性，且功耗低。此外場致發(fā)射時，隨著外

10、加電場的不斷增強，發(fā)射體表面勢壘的高度將會越來越低，寬度也會越來越窄，因此發(fā)射表面逸出的電子也將會越來越多，致使場發(fā)射電流也將會越來越大。根據(jù)Fowler-Nordheim公式，場發(fā)射電流密度為:J=exp(-0.000000687()上式中：是外加電壓（V），是材料表面逸出功（），是發(fā)射陰極的幾何因子（）。從上式中可知要得到足夠大的發(fā)射電流，可以從以下三個方面來做出改進：第一點:從柵極工作電壓考慮,應該盡可能的提高柵極工作電壓；第二點:是從發(fā)射材料考慮，應該采用表面逸出功比較低的發(fā)射材料或者將逸出功比較低的材料涂敷在陰極的表面；第三點：可以改變陰極的幾何形狀從而提高幾何因子，通過以上三點來實

11、現(xiàn)我們要達到的目的。圖1 FED的基本結(jié)構(gòu)圖2 場發(fā)射顯示器器件原理圖 3 驅(qū)動電路的陰極材料顯示器經(jīng)過飛速的發(fā)展,已經(jīng)達到了另外一種比較高水準的場發(fā)射顯示器。雖然場發(fā)射顯示器相比較前面幾種平板顯示器已經(jīng)初步展現(xiàn)出了多方面的優(yōu)越性和巨大的市場潛力,但是仍然還有很多的關鍵性問題需要我們研究解決,比如較大面積的冷陰極陣列的制備、顯示的均勻性、多極結(jié)構(gòu)的研制、適合場發(fā)射顯示器的熒光粉等諸多問題。場發(fā)射陰極材料的研究是目前場致發(fā)射顯示器研究中一個國際性的熱點問題,目的是為了研究出大面積且低成本高性能的場致電子發(fā)射陰極,能夠?qū)崿F(xiàn)好的均勻性及亮度,并且簡化制作工藝，達到容易實現(xiàn)的目的。其中陰極材料的特性在

12、某些方面很大程度上決定了顯示器的均勻性，并且場發(fā)射顯示器亮度和顯示器的分辨率也直接受到陰極材料特性的影響。其中FED陰極結(jié)構(gòu)主要分為兩大類,一類是Spindt型陰極結(jié)構(gòu)，另一類是平面薄膜型陰極結(jié)構(gòu)。在這兩大類型下，根據(jù)陰極材料的不同又可以進行更為詳細的劃分。Spindt型根據(jù)陰極材料的不同分為金屬Mo-Spindt型和Si-Spindt型與其他的類型；平面薄膜型分為金剛石薄膜型、和類金剛石薄膜型、納米金剛石涂層型、SED型、碳納米管型等，具體分類如圖3所示。金屬發(fā)射極型Spdint型Si發(fā)射極型其他型場發(fā)射陰極金剛石、類金剛石類型納米金剛石涂層型SED型平面薄膜型CNT型圖3 陰極結(jié)構(gòu)材料分類

13、 3.1 Spindt型Spindt型是傳統(tǒng)型結(jié)構(gòu)中最早的,它主要是通過增大發(fā)射體曲率以此來增強發(fā)射體附近的場強,進而達到降低工作電壓的目的,即減小功耗與成本的發(fā)射體。這種類型的陰極材料可以是物理、化學特性比較穩(wěn)定的各種金屬、半導體和介質(zhì)(金剛石)或者是它們的復合體,如鉬尖、硅尖和Spindt微尖。根據(jù)陰極場發(fā)射陣列結(jié)構(gòu)的不同又可分為二級管型結(jié)構(gòu)和三極管型結(jié)構(gòu)。其中二極管型結(jié)構(gòu)中只有陰極和陽極兩種極性,當我們給陽極加上一定的電壓時,陰極表面就會發(fā)射出電子,并在陽極電壓的電場力加速下,轟擊到陽極熒光粉而達到發(fā)光的效果。如圖4所示為二極管型結(jié)構(gòu)。因為一般二極管型結(jié)構(gòu)陰極與陽極的間距比較大,因此所加

14、的電壓會較大,圖5所示為三極管型結(jié)構(gòu)，與二極管型相比較而言,三極管型結(jié)構(gòu)中多了一個柵極,因此最終所需的電壓比二極管型結(jié)構(gòu)所需要的電壓小一點，其結(jié)構(gòu)是將柵極加在陰極三角錐型發(fā)射體與陽極之間，當在柵極加上一定的電壓，且所加的電壓應該大于三角錐型陰極產(chǎn)生電子的閾值電壓，致使電子將發(fā)射出，同時在陽極電壓的加速后，轟擊到陽極涂覆的熒光粉使其發(fā)光。 圖4 FED的二級管型結(jié)構(gòu)圖5 FED的三極管型結(jié)構(gòu) 在上述材料中，場致發(fā)射陰極陣列的制備技術已經(jīng)發(fā)展的最為成熟的是Spindt型中的鉬錐，但是相比較其他的材料，它的制作工藝比較復雜，需要大量亞微米工藝 ,因而成本很高，且制備難度大，因此對顯示大面積制造并不是

15、最佳的選擇。與Spindt型陣列技術相比，硅錐陣列制備的發(fā)展呈現(xiàn)出多樣化，但硅錐也有一些缺點，它的發(fā)射能力比較低，平均單個硅錐的發(fā)射在幾個到幾十個納安的水平。雖然Spindt微尖發(fā)射體能夠得到比較穩(wěn)定的發(fā)射電流、比較高的發(fā)射效率和比較低的驅(qū)動電壓，但是這類微尖陣列基于薄膜技術與半導體加工方法之上，采用熔點比較高的金屬作發(fā)射體 ,盡管色純、亮度及壽命等性能與傳統(tǒng)陰極射線管的性能很接近，尺寸也達到38.1cm，但與此同時它在某些方面也存在一些難以克服的缺點:由于它涉及到精密光刻、刻蝕、和薄膜沉積技術，加工精細，工藝復雜，難于制造 ,不但很難應用在大尺寸顯示上,并且成本也相對比較高，這些缺點都在一定

16、程度上限制了Spindt型陰極場發(fā)射顯示器的發(fā)展。3.2 表面?zhèn)鲗щ娮有桶l(fā)射體 表面?zhèn)鲗щ娮影l(fā)射體顯示器(Surfacec Conduction Electronemitter Display ，SED)是在1996年由日本佳能（Canon）公司推出的新型顯示器結(jié)構(gòu)并擁有多項專利技術。表面?zhèn)鲗щ娮影l(fā)射顯示器的結(jié)構(gòu)如圖6所示。SED的發(fā)射體采用的是噴墨技術涂敷,平面電極采用印刷技術。SED的陰極是由厚度為10nm左右的PdO膜形成的玻璃基板。在它的中心部分有一條10nm左右的縫隙，這個縫隙的形成的主要原因是在兩個電極之間施加高電壓，擊穿PdO薄膜,因此才形成了這條10nm的縫隙。在陰極和引出線之

17、間施加的15V電壓中,一個很大的比例落在了這條縫隙上,其間電場達到1 v/nm以上,比較容易實現(xiàn)場發(fā)射。當在該薄膜上施加10V左右的電壓時，在一側(cè)PdO膜上的電子開始將向另外一側(cè)PdO膜運動，此時在陽極加上高電壓時，則一部分跳出來的電子將改變方向到陽極，激發(fā)陽極上的熒光粉而發(fā)光。圖6 表面導體發(fā)射型陰極結(jié)構(gòu) 在圖像質(zhì)量方面，SED的圖像質(zhì)量可以和CRT相媲美，因為SED的熒光粉材料與CRT中使用的熒光粉材料相似，因此顏色再現(xiàn)能力和視頻響應都接近于CRT的水平；在響應時間上，由于熒光材料的延遲特性決定，SED的響應時間小于1ms，它幾乎看不到拖尾和輪廓模糊的現(xiàn)象，因此SED的響應時間比液晶顯示和

18、等離子體顯示都要短；在對比度方面，由于SED的暗色能夠有效的進行定位，對比度可以達到10000:1。與其它材料的場發(fā)射顯示器相比較，SED的驅(qū)動電壓低，這是它最大的一個特點，因此脈寬驅(qū)動模式可以實現(xiàn)256級灰度級和1700萬種顏色或者更高，能夠產(chǎn)生非常豐富的細節(jié)圖片。SED要實現(xiàn)大屏幕的顯示只需要增加微型電子發(fā)射器的數(shù)量就能達到此效果，因此被譽為未來很有前景的平板顯示器之一，但該結(jié)構(gòu)電子離散角大，分辨率低，因此也在一定程度上限制了其發(fā)展。3.3 金屬絕緣體金屬（MIM）結(jié)構(gòu)的發(fā)射體 MIM是H.Mahl等人在二十世紀三十年代提出的發(fā)射體結(jié)構(gòu)。MIM陰極在外加電場足夠強時,電子由底電極注入到絕緣

19、層中 , 絕緣層導帶上的部分電子將進入上電極。如果某些電子的能量大于上電極的逸出功，這些電子將會穿越上電極到達真空。在這一過程中,不同的結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生不同的現(xiàn)象。在絕緣層的厚度很小時，電子的狀態(tài)會很穩(wěn)定，不會溢出。如果FED的結(jié)構(gòu)是MIM的，那么它將具有如下的特性：發(fā)射均勻性好、超強的抗污能力、低真空度下有較好的特性等。MIM結(jié)構(gòu)中電子束發(fā)散小,當陰極和陽極之間的距離為3mm 、陽壓為5000V時,橫向發(fā)散小于25m 。電子束發(fā)散小這對于提高分辨率是很重要的，這也是類陰極的優(yōu)勢之一，但它的缺點也很明顯：發(fā)生率較低、傳導需要大電流、需要很薄的絕緣層。因此無法再實際中運用。3.4 金屬絕緣體半導體金屬

20、結(jié)構(gòu)(MISM)結(jié)構(gòu)的發(fā)射體 MIMSM與MIM的主要差別在于電極和絕緣層之間加了一層半導體薄膜。MISM的主要優(yōu)點在于尋址電壓低，大概在20V左右，不需要電阻層來穩(wěn)定發(fā)射電流，在一定程度上簡化了制作工藝，適應較大的壓強范圍，發(fā)射的電子具有自聚焦特性，大面積工藝相對簡單。雖然它有以上這些優(yōu)點，但很難達到實用化，它存在的主要問題是發(fā)射比小和發(fā)射均勻性差。3.5 金剛石薄膜發(fā)射體（Diamond Thin Film）金剛石薄膜場發(fā)射的閾值電場強度約為200000v/cm,陰極電流密度約為100mA/cm2,金剛石呈電負性、逸出功低,物理與化學穩(wěn)定性高,其薄膜導熱性能比鉬大5倍。制造廉價、工藝簡單、

21、易于大面積發(fā)射體及批量生產(chǎn),是替代微尖的較理想發(fā)射體。3.6碳納米管發(fā)射體（Carbon Nanotube,CNT）碳納米管型作為一種新型場發(fā)射材料很快引起了人們廣泛的關注。碳納米管有單壁碳納米管（Single Wall Nanotube,SWNT)和多壁碳納米管(Multi Wall Nanotube,MWNT)類似于石墨結(jié)構(gòu)的六邊形網(wǎng)格同軸卷繞而成的中空管道。單壁碳納米管的直徑主要是分布在1nm到5nm之間,由于尖端有很小的曲率半徑，因此使它的頂端處局部電場強度起到了增強的作用。多壁碳納米管的內(nèi)直徑主要分布在 1.5nm到15nm之間，外在直徑在2.5nm到30nm之間。碳納米管又具有良好

22、的導電性能。因此可以成為優(yōu)良的場發(fā)射體,在很低的電場下,可以得到場發(fā)射顯示所需的電流密度。 作為場發(fā)射材料CNT具有其獨特的優(yōu)點:場致電子發(fā)射性能極好,工作電壓低,發(fā)射電流大,電子逸出功低,發(fā)射特性十分穩(wěn)定；使用壽命長,可靠性高；原材料來源廣泛,制備工藝相對簡單,易于大批量生產(chǎn)。有很多種方法來制備碳納米管，化學氣相沉積法（CVD）、輝光放電法、直流電弧放電法、氣體燃燒法、催化劑高溫熱解法等等，主要是電弧法和化學氣相沉積法。因此CNT陰極被認為是最有希望的理想場發(fā)射體,成為國內(nèi)外FED陰極研究的重點對象。碳納米管顯示器根據(jù)結(jié)構(gòu)可以分為二級管結(jié)構(gòu)和三極管結(jié)構(gòu)。與二極管結(jié)構(gòu)相比較，由于三極管結(jié)構(gòu)的柵

23、極與陽極之間的距離小，因此所需的調(diào)制電壓比較低，在進行矩陣尋址時，可以用常規(guī)的驅(qū)動電路，從而降低了總體的制作成本。如圖7所示給出三極管結(jié)構(gòu)的碳納米管顯示器。當在陽極施加高電壓的，碳納米管的表面就已經(jīng)有了一定大小的電場強度，由于柵極和CNT陰極間的距離很小，因此在柵極上加上很小的正電壓就可以在CNT頂端形成很強的電場，二者相互疊加在一起，由于方向相同，疊加的結(jié)果具有增強的效果，因此這個電場強度足以能夠迫使碳納米管發(fā)射大量的電子。發(fā)射的電子在陽極高電壓的作用下，穿過柵極上預留的電子通道孔，以很高的速度向陽極運動，轟擊熒光粉層，達到發(fā)光的效果。圖7 碳納米管顯示結(jié)構(gòu) 采用碳納米管作為FED冷陰極與S

24、pindt微尖結(jié)構(gòu)相比，CNT的長徑比有更大的場增強因子，能夠提供足夠大的發(fā)射電流，并且避開了復雜的尖錐加工工藝；CNT有良好的導電性、很高的機械強度和良好的化學穩(wěn)定性；CNT具有多種制備方法，且工藝簡單材料低廉。雖然它有很多優(yōu)點，但仍存在一些問題，碳納米管薄膜制備還處于實驗階段，控制其形狀、方向和密度工藝還不完善；制備薄膜所需的溫度較高，需要降低生長溫度，達到實現(xiàn)在玻璃襯底上直接生長；在進行場致發(fā)射電子的過程中，網(wǎng)狀柵極結(jié)構(gòu)會截獲大量電子，降低陽極電流，因此需要改進器件結(jié)構(gòu)；實現(xiàn)大面積高真空顯示屏的透明封裝問題；陽極熒光粉的制作和老化問題。4 驅(qū)動電路的設計平板顯示器的迅速發(fā)展與配套的驅(qū)動電

25、路有著密不可分的關系，它是顯示器非常重要的一部分，其占有著極其重要的地位。在各種平板顯示器如液晶、等離子體、 場發(fā)射等顯示器中，其顯示驅(qū)動電路不管是技術含量還是整機價格比例都很高，所占的份額都非常大，因此可以說驅(qū)動電路的發(fā)展在相當程度上制約著平板顯示器的進步與發(fā)展，對顯示器驅(qū)動電路的研制與開發(fā)相當迫切和重要，研究并改進驅(qū)動技術對平板顯示器的普及與發(fā)展都具有很重要的作用。4.1 液晶顯示驅(qū)動電路液晶的顯示效果是因為在顯示像素上施加了電場的原因。在顯示像素上建立直流電場非常容易，但這樣會使液晶材料的化學反應和點擊老化，因此必須施加交流驅(qū)動。如今液晶顯示驅(qū)動器普遍采用數(shù)字化集成電路，其交流驅(qū)動是以脈

26、沖電壓形式產(chǎn)生的。液晶顯示器驅(qū)動方式包括靜態(tài)驅(qū)動、多路驅(qū)動、有源驅(qū)動等。4.1.1 靜態(tài)驅(qū)動 以LCD數(shù)碼管為例，它的背電極連在一起引出，各像素段電極是分立引出的，交變電壓的控制可以通過異或門來實現(xiàn)，驅(qū)動原理如圖8所示從圖中可以清楚容易的看出，筆段波形要么與公用波形同相要么就是反相。當波形同相時液晶上無電場LCD處于非選通狀態(tài)。反相時，液晶上施加了一矩形波，當矩形波的電壓比液晶閾值高很多時，LCD處于選通狀態(tài)。圖8 一段LCD驅(qū)動電路原理圖 4.1.2 多路驅(qū)動方式在多路驅(qū)動方式中，構(gòu)成矩陣掃描，在多路驅(qū)動方式中。構(gòu)成矩陣電極，其中X電極為掃描電極，加掃描電壓。剪電極為信號電級，加信號電壓。X

27、，Y電極的交叉點就是像素（X，Y）像素數(shù)目取決于X，Y交點數(shù)。矩陣顯示通常有兩種比較常用的掃描的方式：逐點掃描和逐行掃描，如圖所示9和圖10所示。 圖9 逐點掃描 圖10 逐行掃描 4.1.3 有源矩陣驅(qū)動電路 有源矩陣驅(qū)動的方式可以有效的克服簡單矩陣驅(qū)動方式中的“交叉效應”，使液晶像素的閾值特性變陡，主要是在掃描電極和信號電極的交叉處安裝透明的薄膜晶體管或者是非線性元件與液晶像素串聯(lián)。4.2 等離子體顯示驅(qū)動電路 等離子體顯示技術是利用氣體放電產(chǎn)生的紫外線激發(fā)熒光粉的一種主動發(fā)光型平板顯示技術。根據(jù)工作方式的不同以分為交流型（ACPDP)和直流型(DCPDP)兩大類，AC-PDP又能分為表面

28、放電式和對向放電式。我們以三級結(jié)構(gòu)的表面放電式AC-PDP的驅(qū)動電路作為主要介紹。結(jié)構(gòu)如圖11所示，它主要包括兩個維持電極即X一電極和Y一電極和呈空問正交的選址電極。X一電極同功率分配器相連Y一電極同掃描驅(qū)動集成電路相連。選址電極連接選址驅(qū)動集成電路以接受信息進行寫入。驅(qū)動集成電路分成邏輯部分和高壓轉(zhuǎn)化部分，結(jié)構(gòu)如圖12所示，邏輯部分主要用于數(shù)據(jù)的處理，高壓部分則根據(jù)這些數(shù)據(jù)來提升電壓以達到工作電壓，并產(chǎn)生高壓和大電流。 圖12 pdp集成驅(qū)動電路的基本結(jié)構(gòu) 圖11 pdp顯示板選址驅(qū)動集成電路 4.3 場發(fā)射顯示驅(qū)動電路FED驅(qū)動采用的是行列矩陣尋址驅(qū)動方式，通常情況下柵極是行引線，陰極為列

29、引線。在選行期間,像素的亮度由列驅(qū)動器來控制。主要方式有: 電流或電壓的幅度調(diào)制 AM；電流或電壓的脈寬調(diào)制PWM；當某一像素需要被點亮時，選中該點所在的行列電極然后施加適當電壓就可以到達選通點亮的目的。二級管結(jié)構(gòu)的FED驅(qū)動的結(jié)構(gòu)框圖如圖12所示，由視頻解碼、驅(qū)動總控制器、陰極驅(qū)動和陽極驅(qū)動。行掃描驅(qū)動電路用于驅(qū)動選定行電極, 其輸出驅(qū)動信號是固定脈寬的開關信號；列驅(qū)動電路則是在選定某行情況下, 依次選定該行內(nèi)的每一像素, 各像素的驅(qū)動脈沖信號寬度受圖像信號調(diào)制, 由此就可確定每一像素點的亮度。為實現(xiàn)整屏顯示，考慮到驅(qū)動信號占空比不宜太小常，因此采用逐行掃描。視頻解碼 FED屏（mn）陽極驅(qū)

30、動X驅(qū)動總控制器 Y陰極驅(qū)動圖12 FED驅(qū)動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖 4.3.1 陽極驅(qū)動電路 陽極驅(qū)動電路主要作用是提供陽極高壓掃描脈沖。如圖12所示陽極驅(qū)動電路是直接同F(xiàn)ED顯示屏相連的,從本質(zhì)上講，陽極驅(qū)動是一種移位寄存器 ,但是它又不同于普通的移位寄存器 ,因為它必須帶有高壓輸出 ,只有這樣它才可以直接驅(qū)動屏幕 ,故陽極芯片具有的通用型結(jié)構(gòu)應該如圖13所示 , 如HV507等。從圖13可以看出 ,陽極芯片基本由3塊組成，移位寄存器/ 鎖存器、控制邏輯電路和高壓輸出三部分組成。 高 壓 輸 出 邏 輯 控 制 器移位寄存器 Gate CLK HV01 DIRHV02 HV03 A . . . B

31、 . . . . . .HV222HV223HV224 ERSET 圖13 陰極驅(qū)動電路結(jié)構(gòu) 4.3.2 陰極驅(qū)動電路陰極驅(qū)動電路作用是向 FED 屏提供圖像數(shù)據(jù)信號的 ,它也是移位寄存器的應用 , 同時它也是和FED 顯示屏幕直接相連接的 , 所以也帶有高壓輸出。陰極驅(qū)動電路芯片的結(jié)構(gòu)和陽極的很相似 , 唯一不同的地方就是高壓輸出部分 , 陰極的高壓必須低于陽極的高壓 ,否則屏幕的點就無法驅(qū)動了 ,這類芯片有N EC公司的upd16305等。4.3.3 二級管型FED驅(qū)動電路 由二極管FED的結(jié)構(gòu)，其驅(qū)動電路基本上采用矩陣掃描來完成，當對一個電極進行快速掃描時，在另外一個電極上施加選址電壓，

32、以控制相應的像素發(fā)光。如圖14所示是二極管型FED驅(qū)動系統(tǒng)框圖。在通常情況下，像元的視覺亮度與其驅(qū)動信號脈寬成正比，通常采用電壓的脈寬調(diào)制(PWM)來實現(xiàn)FED的灰度顯示。在普通的二級管結(jié)構(gòu)FED中，掃描電極X連接陽極，數(shù)據(jù)電極Y連接陰極。 為盡量減小交叉效應，陽極選通時加高電位，斷開時接低電位；陰極選通時接低電位，斷開時加高電位。只有當對應陽極與陰極間的電壓差超過閾值時，才能引起像素發(fā)光。由于工作時陽極與陰極間電壓較高(一般為600-800 V)，現(xiàn)有的高壓驅(qū)動芯片難以滿足需要，因此通常采用分立元件來進行行列驅(qū)動。二極型FED的等效電路為電容性負載，為提高驅(qū)動開關速度，可以采用雙管構(gòu)成的單個

33、像素驅(qū)動電路。圖14 二級管型FED驅(qū)動系統(tǒng)框圖 如圖15所示分立元件驅(qū)動輸出電路，場效應管T1,T2構(gòu)成驅(qū)動輸出級, 高壓MOS驅(qū)動芯片IR2110實現(xiàn)對T1,T2的邏輯控制,當T1飽和時高壓直接傳送至陽極(或陰極), 由于T1導通電阻很小, 因此對像素電容迅速充電, 電平上升沿小; 當T2導通時, 像素電容迅速放電, 下降沿也很小, 本電路的優(yōu)點是耐壓高、信號響應速度快, 當驅(qū)動信號脈寬較窄時也能得到較理想的脈沖電壓輸出, 在控制系統(tǒng)作用下通過脈寬調(diào)制可以實現(xiàn)顯示灰度的線性變化。圖15 分立元件驅(qū)動輸出電路 4.3.4三極管型FED驅(qū)動電路如圖16所示三極管驅(qū)動電路的整體方框圖,信號的工作

34、流程如下：首先視頻采集電路對視頻接收的圖像視頻信號進行AD變換，將其編碼后送入數(shù)據(jù)緩存單元，同時實現(xiàn)圖像的區(qū)域截取或者抽??；接著將圖像數(shù)據(jù)傳輸?shù)郊苫叶日{(diào)制驅(qū)動單元進行圖像灰度的還原，并在此單元中產(chǎn)生相應的列驅(qū)動脈沖，行掃描脈沖則是在行后級集成單元驅(qū)動按逐行方式進行，通過FPGA控制單元對上述過程的整體控制從而實現(xiàn)行列驅(qū)動和視頻圖像顯示。對于三極管FED，陰極所需強電場是靠在柵極一陰極兩端施加電壓產(chǎn)生的，陽極上所施加的固定高壓僅用來加速電子，通常為幾百伏到幾千伏；當要禁止陰極場致發(fā)射時，應使柵極電位低于陰極電位；對柵極進行逐行選址，選中行對應的柵極施加高電位，其余行施加低電位，陰極上施加與所需

35、顯示圖像相對應的脈沖，當所對應列上需顯示時，對應的陰極為低電平；當所對應列上無顯示時，對應的陰極為高電平；通過控制陰極上脈沖的寬度或數(shù)目來實現(xiàn)灰度顯示，這樣就可實現(xiàn)視頻顯示。 彩色FED顯示器屏電源模 塊FPGA控制模塊單元視頻采集單元集成灰度調(diào)制驅(qū)動單元監(jiān)控單元數(shù)據(jù)緩存單元視頻接收單元 RG行后級驅(qū)動單元B 圖16三極管驅(qū)動電路整體系統(tǒng)框圖 154驅(qū)動電路的發(fā)展所面臨的問題和發(fā)展前景 雖然FED顯示器的驅(qū)動電路研究已經(jīng)在熒光粉、抗大氣壓支撐體、顯示壽命、陰極材料等方面取得了很大的突破，但是仍然存在許多需要解決的問題，例如發(fā)射體發(fā)射機制的研究；優(yōu)化器件結(jié)構(gòu)參數(shù)，降低驅(qū)動電壓，特別是在陽極電壓的

36、設計；真空封裝工藝；如何更進一步擴大顯示面積，改善發(fā)射穩(wěn)定性和均勻性；提高工作的壽命，降低制造的成本。 在FED顯示器驅(qū)動電路研究中怎樣提高陰極的發(fā)射電流和提高發(fā)射電流的穩(wěn)定性，都是場發(fā)射顯示器驅(qū)動電路今后研究的重點方向。平板顯示器已經(jīng)成為了電子市場工業(yè)中不可或缺的一部分，尤其是場發(fā)射顯示器的迅猛發(fā)展。與傳統(tǒng)的液晶顯示器和等離子體顯示器相比較，場發(fā)射顯示器具有響應快、色彩飽和度增強和功耗更小等許多優(yōu)點，隨著場發(fā)射顯示器件的制作水平慢慢的提高，與之相應的驅(qū)動技術也會很快得到很大的發(fā)展，要實現(xiàn)完美的顯示器，場發(fā)射顯示器還有很長一段探索之路，納米技術的出現(xiàn)讓FED看到了新的生機，它既充分發(fā)揮FED原有的優(yōu)點，又有很低的制造成本，高畫質(zhì)，低成本，大面積顯示將是FED今后發(fā)展的主要趨勢，必將成為未來最具有競爭力的平板顯示器。參考文獻1：林志賢，郭