場致發(fā)射顯示器FED

Producer：趙陽殷寧場致發(fā)射顯示器FED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(diǎn)及技術(shù)難點(diǎn)分析國內(nèi)外發(fā)展趨勢FEDFED（FieldEmissionDisplay）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(gè)像素就具有多少只電子槍（而每個(gè)CRT則只有一只或三只）。FED（FieldEmissionDisplay)與CRT的相同點(diǎn)：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(dòng)發(fā)型顯示器件。因此，F(xiàn)ED具有與CRT相似的顯示品質(zhì)，如高亮度、高對(duì)比度、全彩色、高顯示容量及低功耗等性能。典型場發(fā)射顯示結(jié)構(gòu)原理CRT發(fā)射顯示結(jié)構(gòu)原理FED與CRT的區(qū)別點(diǎn)：CRT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FED采用冷陰極，使之在外加電場作用下逸出。CRT的熱陰極為點(diǎn)發(fā)射源或線發(fā)射源；而FED的冷陰極為面發(fā)射源，可以十分方便地實(shí)現(xiàn)平板化和矩陣驅(qū)動(dòng)，無論重量還是體積都大大降低。CRT的加速電場電壓通常在1330kV之間；而采用平板結(jié)構(gòu)的FED一般加速電壓小于10kV。CRT的陰陽極距離至少在1cm以上，大尺寸CRT甚至達(dá)到幾十厘米；而FED的陰陽極距離小于3mm。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(dòng)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(lán)三色熒光粉粉條，為了保證色純度，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(diǎn)玻璃封接基本原理：在柵極和陰極之間有一個(gè)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T=0K時(shí)，金屬場致發(fā)射定量方程為：F-N公式其中為場致發(fā)射電流密度，為發(fā)射表面電場強(qiáng)度，

為金屬的逸出功，t（y）和θ（y）為Nordheim橢圓函數(shù)，大多數(shù)情況下可取t2（y）=1．1，θ（y）≈0.95-y2對(duì)上述F-N公式做如下變換：對(duì)數(shù)處理可得：其中I為發(fā)射電流，為發(fā)射面積，U為加速電壓，β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：其中有：制作工藝及材料選取FED制作工藝流程圖：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(fù)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(qiáng)度；（3）具有一定的電阻率，同時(shí)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(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)顯示效果，通常驅(qū)動(dòng)電路采用矩陣尋址方式，而矩陣尋址又分為逐點(diǎn)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度（PWM）和數(shù)目來逐行、逐幀循環(huán)實(shí)現(xiàn)灰度顯示。由于柵、陰兩級(jí)之間間距較小，故其驅(qū)動(dòng)電壓相對(duì)較低。驅(qū)動(dòng)電路的選取熒光粉的選?。河沈?qū)動(dòng)電路知，F(xiàn)ED中熒光粉工作于低電壓，大電流的情況下。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(diǎn)及技術(shù)難點(diǎn)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(yán)酷的高低溫、對(duì)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(dòng)沖擊,電磁輻射極微,易于實(shí)現(xiàn)數(shù)字化顯示等特點(diǎn)。由表格看出:難點(diǎn)1FED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：由于Spindt型工藝生成的陰極微尖是服從Gaussion分布,因此不可能使各發(fā)射體完全一樣。微細(xì)加工工藝難以達(dá)到大面積的均勻性,如陰極微尖、柵極孔幾何尺寸的離散及相對(duì)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。難點(diǎn)2支撐技術(shù)：FED工作于真空條件下，顯示屏又是平面型，為了抵抗大氣壓力，F(xiàn)ED上下基板之間必須采用支撐結(jié)構(gòu)FED支撐結(jié)構(gòu)要求：（1）支撐單元的支撐面積必須足夠小，在顯示圖像時(shí)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，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(jì)（3）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（4）具有足夠大的支撐強(qiáng)度支撐技術(shù)難點(diǎn)3FED屏內(nèi)殘氣的來源：（1）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（2）熱解析FED基板玻璃在制造加工過程中，由于在大氣中存放時(shí)間太長，玻璃內(nèi)部溶解了大量氣體，在它表面也吸附著大量氣體。（3）電子誘導(dǎo)解析電子束不斷地轟擊熒光屏和電極也會(huì)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，使這些分子產(chǎn)生激發(fā)或離解，再從表面釋放出來。殘氣對(duì)場發(fā)射陰極、熒光屏、驅(qū)動(dòng)電路都會(huì)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，能在較低的電場下維持高發(fā)射電流密度，并且較高的機(jī)械強(qiáng)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(duì)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CNT-FED發(fā)展較為積極的公司有日本的伊勢電子、NEC、三菱電機(jī)、韓國的三星電子、LG電子等。SED的結(jié)構(gòu)和工作原理一個(gè)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(lán)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?2004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SEDInc.（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)方面產(chǎn)生了意見分歧，一紙?jiān)V狀將佳能告上法庭。佳能在輸?shù)艄偎局?，只好讓東芝退出SED有限公司的股份。 20