场致发射显示器FED

Producer：赵阳殷宁场致发射显示器FED目录FED概述及分类基本结构及工作原理制作工艺及材料选取优点及技术难点分析国内外发展趋势FEDFED（FieldEmissionDisplay）概述FED－场致发射显示器是利用场致发射冷阴极发射的电子束轰击荧光粉而发光的显示器。

FED很像阴极射线管CRT，有阴极电子枪和阳极荧光屏，只不过阴极和荧光屏是两片平板玻璃，相互靠得很近,FED面板的结构就等于是有多少个像素就具有多少只电子枪（而每个CRT则只有一只或三只）。FED（FieldEmissionDisplay)与CRT的相同点：利用阴极电子经电场加速而轰击荧光材料发光的主动发型显示器件。因此，FED具有与CRT相似的显示品质，如高亮度、高对比度、全彩色、高显示容量及低功耗等性能。典型场发射显示结构原理CRT发射显示结构原理FED与CRT的区别点：CRT采用热阴极，通过加热阴极材料使其表面电子获得克服表面势垒的能量从而发射出来；而FED采用冷阴极，使之在外加电场作用下逸出。CRT的热阴极为点发射源或线发射源；而FED的冷阴极为面发射源，可以十分方便地实现平板化和矩阵驱动，无论重量还是体积都大大降低。CRT的加速电场电压通常在1330kV之间；而采用平板结构的FED一般加速电压小于10kV。CRT的阴阳极距离至少在1cm以上，大尺寸CRT甚至达到几十厘米；而FED的阴阳极距离小于3mm。FED分类按整体结构分类二极型FED三极型FED存在器件发光亮度与驱动电压之间的矛盾按栅极位置分类前栅型FED后栅型FED平行栅型FED存在电子束散焦,栅控特性差的问题矩阵寻址困难,图像显示质量差可用于检测FEA的发射特性FED分类按阴极结构分类Spindt型（圆锥发射体型）平面薄膜型按阴极材料分类金刚石材料型CNT型（碳纳米管型）SED型（表面传导型）BSD型（弹道电子放射型）基本结构及工作原理基本结构：由阳极基板与阴极基板构成，阳极基板为红绿蓝三色荧光粉粉条，为了保证色纯度，之间用黑矩阵隔开；阴极基板由可以行列寻址的发射阵列和栅极组成。两基板之间有支撑以抵抗大气压力，基板之间用低熔点玻璃封接基本原理：在栅极和阴极之间有一个电压差形成电场，使得微尖产生场致效应释放电子，再经电场加速电子使其轰击荧光粉而发光场致发射理论T=0K时，金属场致发射定量方程为：F-N公式其中为场致发射电流密度，为发射表面电场强度，

为金属的逸出功，t（y）和θ（y）为Nordheim椭圆函数，大多数情况下可取t2（y）=1．1，θ（y）≈0.95-y2对上述F-N公式做如下变换：对数处理可得：其中I为发射电流，为发射面积，U为加速电压，β为电场转化因子，与发射形体和极间距离有关，代入电流密度公式得：其中有：制作工艺及材料选取FED制作工艺流程图：阴极材料的选取要求：由于FED采用冷阴极，所以应该采用表面功函数较低、电子势能很小甚至为负值的材料要求：（1）隔离柱很薄，尺寸均匀；（2）具有一定的刚度、强度；（3）具有一定的电阻率，同时又不能产生过大的漏电流；（4）放气量小。隔离柱材料的选取为了实现动态显示效果，通常驱动电路采用矩阵寻址方式，而矩阵寻址又分为逐点扫描寻址和逐行扫描寻址。另外，三极管型FED是通过控制阴极上脉冲宽度（PWM）和数目来逐行、逐帧循环实现灰度显示。由于栅、阴两级之间间距较小，故其驱动电压相对较低。驱动电路的选取荧光粉的选取：由驱动电路知，FED中荧光粉工作于低电压，大电流的情况下。低压荧光粉存在的问题：色饱和度低，可见光转换效率低，亮度低，寿命低荧光粉的选取FED优点及技术难点分析平板显示器性能比较FED在发光效率、亮度、视角、功耗耐严酷的高低温、对比度好、响应速度快等方面具有和LCD和PDP相当的优势。FED还具有分辨率高、色再现性好、抗振动冲击,电磁辐射极微,易于实现数字化显示等特点。由表格看出:难点1FED中的发射均匀性和稳定性问题造成微尖发射不均匀性和不稳定性的原因：由于Spindt型工艺生成的阴极微尖是服从Gaussion分布,因此不可能使各发射体完全一样。微细加工工艺难以达到大面积的均匀性,如阴极微尖、栅极孔几何尺寸的离散及相对位置的偏差。发射电流决定于表面电场和阴极表面状态。发射过程中受表面形态变化、离子轰击、气体吸附等多种因素影响，造成发射电流起伏不定。难点2支撑技术：FED工作于真空条件下，显示屏又是平面型，为了抵抗大气压力，FED上下基板之间必须采用支撑结构FED支撑结构要求：（1）支撑单元的支撑面积必须足够小，在显示图像时不影响图像质量（2）支撑单元的体电阻和表面电阻必须很大，使得阳极与阴极之间由于支撑单元造成的漏电流可以忽略不计（3）为了防止电荷积累，支撑单元要具有合适的电阻率，把电荷导走（4）具有足够大的支撑强度支撑技术难点3FED屏内残气的来源：（1）蒸发和分解蒸发现象是屏内产生气体的主要原因（2）热解析FED基板玻璃在制造加工过程中，由于在大气中存放时间太长，玻璃内部溶解了大量气体，在它表面也吸附着大量气体。（3）电子诱导解析电子束不断地轰击荧光屏和电极也会引起气体的释放。电子诱导解析主要是电子与固体表面的分子或表面吸附的气体分子产生非弹性碰撞，使这些分子产生激发或离解，再从表面释放出来。残气对场发射阴极、荧光屏、驱动电路都会产生损伤和影响器件内真空度的维持FED国内外发展趋势FED两大发展趋势CNTSEDCNT曲率半径极小而密度极高，能在较低的电场下维持高发射电流密度，并且较高的机械强度和化学稳定性表面传导电子发射显示器画质好，SED在暗处对比度、电力消耗、层次特性的表现上全面胜出现有的LCD和PDP，而成本又低于LCD和PDP显示器CNT工作原理可见光CNT-FED发展较为积极的公司有日本的伊势电子、NEC、三菱电机、韩国的三星电子、LG电子等。SED的结构和工作原理一个典型的SED单元由上下两层玻璃基板构成，上玻璃基板内壁涂有红、绿、蓝三色磷光粉，并且有透明电极，下玻璃基板内层上就是SED显示的核心单元——电子发射器。两层基板之间抽真空。SED只是场致发射显示器（FED）的一种。其与FED的唯一区别就是起牵引电子作用的柵极并不是与电子发射阴极平行排列在下玻璃基板上，而是制作在电子发射阴极和阳极（上玻璃基板）之间，因此仅仅是电极制作工艺的区别。日本SED发展的悲剧 1999年，东芝公司与佳能就SED显示技术签署了合作协议，双方共同将该技术推向实用化。 2004年9月14日，东芝与佳能联合宣布将成立集研发、生产和销售SED面板及电视设备、显示设备于一体的合资公司SEDInc.（双方各占50％股份）。 2007年，美国Nano-Proprietary公司与佳能公司在SED面板制造工艺的专利授权方面产生了意见分歧，一纸诉状将佳能告上法庭。佳能在输掉官司之后，只好让东芝退出SED有限公司的股份。 20