场致发射显示.
后栅极场致发射显示板制作的研究
同一侧 ． 且 束散 不很 严 重 ， 并 有利 于 电子 的发 射并 轰 击荧 光粉 ， 现低 电压 调制 ［ 实 ２ １ 是 ｎｒ ａ— ａｅ 。但 ｏｍ ｌｇｔ
的制备 需要 ３ ５次掩 膜 工艺 ，而且 在制作 过程 中
射， 有栅极 的 称为 三极 管结 构场 致发射 。 栅极 位 按 置 的不 同 ．可将 三极 管 结构 场致 发 射显 示 板分 为 前 栅 极 （ｏｍ ｌｇ ｔ） 致 发 射 和 后 栅 极 （ｎ ｅ— ｎ ｒ ａ— ａｅ 场 ｕ ｄ ｒ ｇ ｔ） ａｅ 场致 发射 ｆ ｌ １ 。
用 丝 网 印 刷 工 艺 成 功 地 制 作 了后 栅 极 场 致 发 射 显 示 板 ， 用 碳 纳 米 管 作 为 阴 极 材 料 ， 对 介 质 层 利 并
厚度 对 器件 的影响 、 炼 、 光均 匀性 等 问题 进 行 了探 讨 。 老 发 关键 词 ： 场致发 射 显示板 ；三极 结构 ； 栅极 ；碳 纳米管 后
Ｓ ｕ ｎ ｔ ｂｒｃ ｔｏ ｏபைடு நூலகம் ｔ ｄｙ ｏ ｈｅＦａ ｉａ ｉｎ ｆＵｎｄｅ －Ｇ ａ ｅＴｒｏ ｒ ｔ ｉｄｅ Ｓ ｒ ｔ ｅＦｉｌ ｔ ｕｃｕｒ ｅｄ Ｅｍ ｉｓｏ ｓ ａ ｓ ｉ ｎ Ｄｉｐｌ ｙ
ＣＨＵ ｉ ｏ ｇ Ｋａ －ｒ ｎ ， ＬＥＩＷ ｅ ， ＤＩＹｕ －ｓ ｎ ， ｉ ｎ ｏ ｇ ＣＵＩＹｕ ｋ ｎ ， ｎ－ ａ ｇ ＹＵＡＮ ｎ Ｄａ
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第 ３卷 第 ３期 ２０ ０ ６年 ６月
纳 米 器件 与技 术
Ｎａ ｏ ｅ ｉｓ＆ Ｔ ｃ ｎ ｌｇ ｎ ｄ ｖｃ ｅ ｈ ｏｏ ｙ
Ｖｏ ． Ｎｏ３ １３ ．
Ｊ ｎ ２ ０ ｕｅ ０６
后栅极场致发射显 示板 制作 的研究
场发射显示器
五、FED中的发射均匀性和稳定性问题
（4）分布式横向串联电阻结构 网格状串联电阻结构的缺 点是，当等位体薄膜上的任何 一个微尖发生短路击穿时，该 等位体薄膜上的所有微尖都失 效。改进措施是使每个像素都 包含多个这样的单元，即使个 别单元失效，对该像素影响也 有限。
分布式横向串联电阻结构及其等效电路
六、聚焦型微尖阵列场发射阴极
优点：减小电子束的发散度，实现高阳极电压工作。
聚焦极 栅极
竖直同轴聚焦型
共面聚焦型
六、聚焦型微尖阵列场发射阴极
聚焦型微尖照片
七、FED的主要制作材料和工艺
两组常用高、低压荧光粉的性能
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，寿命短。
七、FED的主要制作材料和工艺
三、微尖阵列场发射阴极
金属微尖FEA制作过程
三、微尖阵列场发射阴极
金属微尖FEA的扫面电镜照片
三、微尖阵列场发射阴极
Si微尖FEA制作过程
三、微尖阵列场发射阴极
Spindt尖锥型场发射平面显示器件遇到的困难
（1）大面积Spindt尖锥阵列制作
大面积Spindt尖锥阵列制作是最大的难题。尤其是在追 求尖锥形成的一致性时,困难就更大。具体的难点在于要求有 庞大的工艺设备。 （2）封接、排气和消气技术的突破 在大面积显示器制作的过程中,必须解决封接、排气和消 气的技术问题。 （3）发射稳定性和均匀性差
三、微尖阵列场发射阴极
微尖形貌
三、微尖阵列场发射阴极
微尖阵列场发射阴极（FEA） 场致发射是在金属尖端上进行的。如果尖端曲率半径为1m， 尖端与阳极距离为1m左右，则当极间加上几十伏的电压，就会 在尖端表面上产生109V/cm数量级的强电场。 在忽略极间空间电荷的情况下，阴极发面尖端处场强与阳 极电压Ua成正比。即
场致发射显微镜(FEM)
场致发射显微镜（FEM）一场致发射研究的历史回顾场致发射发现于1897年。
1992 年LIlienfeld用尖端阴极作x 射线管的电子源。
1828年弥勒和诺德海姆用波动力学解释场致发射, 为场致发射理论奠定了基础。
1940 年电子显微镜发明之后, 弥勒--诺德海姆场致发射公式才得到准确的实验。
证1937年Muller 引进场致发射显微镜的概念, 用它观察尖端的场发射图像, 可以了解晶体排列,研究外来原子在金属表面的吸附和解吸, 以及吸附原子在金属表面的迁移等现象。
1941年Muller 又发现吸附原子在强负电场作用下的解吸现象, 这导致1951年设计出场离子显微镜。
1967 年场离子显微镜发展到原子探针的阶段, 用它可以检查场离子图上任意一点的质谱性质。
在四十年代末期, 为了给积极发展的微波管提供有效的电子发射源, 开始了对场发射阴极的系统研究, 包括对极限电流密度、场发射电流稳定性、“热”场致发射等的研究。
五十年代由于超高真空技术的发展, 在Dyke及其同事的努力下, 稳定的场致发射已经基本上可以实现。
他们采用多尖端阴极, 并将它首先应用于脉冲（闪光）x光管中，以后发展为商用的场发射x光管（Fexirton）和场发射电子注管（Febetron）。
在六十年代初期, 有人提出用大功率电子注来加热原子核使之达到产生热核聚变的温度, 因此开始建立了许多大功率脉冲电子注加速器。
这种加速器在几百千伏到10兆伏的脉冲加速电压下, 从尖端或刀口阴极发射104A—106A 的电流, 电子注的脉冲功率达1014—1013W。
这种电子注称为相对论性强流电子注, 除了可以产生高强度闪光x射线外, 还可以产生大功率激光、大功率激波、毫米波、亚毫米波, 模拟辐射效应, 还可能用于等离子体加热、约束等离子体、电子注聚变等方面。
这时阴极发射的机理和一般场发射不同, 称等离子体场发射, 苏联称之为爆发电子发射。
随着六十年代末期扫描电子显微镜和表面物理分析仪器的蓬勃发展, 要求有高亮度，细小直径的电子束。
碳纳米管场致发射显示灰度调制方式的研究
摘 要 ： 纳 米 管 的 一 个 重 要 的应 用 是 在 场 发 射 显示 器件 中 作 为 电 子 的 发 射 体 。 本 文 主 要 探 讨 了 幅 度 调 制 、 间 调 制 、 碳 空 时 间调 制 等 几 种 平 板 显 示 中 常 见 的 灰 度 等 级 实 现 方 式 以 及 其 各 自 的优 缺 点 ， 其 针 对 碳 纳 米 管 场 致 发 射 显 示 （ Ｎ － Ｅ 中 发 尤 Ｃ Ｔ Ｆ Ｄ） 射 体 的缺 陷 和 功 耗 等 问题 进 行 了 深 入 研 究 。 脉 宽 调 制 （ Ｗ Ｍ ， ｕ ｅＷ ｉ ｈＭｏｕａｉ ） 够 一 定 程 度 上 保 护 碳 纳 米 管 ， 低 碳 Ｐ Ｐ ｌ ｄ ｄｌ ｏ 能 ｓ ｔ ｔｎ 降 纳 米 管 显 示 器 的功 耗 ， 且实 现 简 单 。最 后 本 文 给 出 Ｐ Ｍ 方 式 实 现 Ｃ Ｔ Ｆ Ｄ 的 灰 度 显 示 的 实 验 方 案 和 在 碳 纳 米 管 显 示 器 而 Ｗ Ｎ —Ｅ
样 机 上 的显 示 效 果 图 。
关 键 词 ：场 致 发 射 显 示 ；驱 动 电 路 ； 宽调 制 脉
中 圈分 类 号 ： Ｎ ７ Ｔ ８３ 文献标识码 ： Ａ 文 章 编 号 ： ０ ２ ９ ５ ２ ０ ） ｌ ０ ８—０ １ ０ —８ ３ （ ０ ６ ０ 一０ １ ４
场 致发 射显 示器 （ Ｅ Ｆ ｅ ｍｉ ｉ ｉ ｌ ） Ｆ Ｄ， ｉ ｄＥ ｓ ｏ Ｄ ｓ ａ ｌ ｓｎ ｐｙ 具 有高亮 度 、 画质 和低功 耗 等优点 ， 以被 认 为是 高 所
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｉ Ｓｗｅｌｋｎ ｗｎ ｈａ ｈ ａ ｂ ｎ ｎ ｎ ｔ ｂ ａ ｅ ｕ ｅ ｓｔ ｉｌ ｍｉｔ ｒｉ ｈ ｓｒ ｃ ： ｔｉ ｌ ｏ ｔ ｔｔ ｅｃ ｒ ｏ ａ ｏ ｕ ｅ ｃ ｎ ｂ ｓ ｄ ａ ｈｅｆｅｄ ｅ ｔｅ ｎ ｔ ｅ ＦＥＤ ｅ ｃ ｄ ｖｉｅ．Ｓｅ — ｖ ｅ ａ ｙ ｏ ｒａ ｉｅ ｔ ｅ ｇ ａ —ｃ ｌ ｄｕ ａ ｉｎ ｆ ｒ ｔ ｅ ＣＮＴ— ｒ ｌｗａ ｓｔ ｅ ｌｚ ｈ ｒ ｙ ｓ ａｅ ｍｏ ｌｔｏ ｏ ｈ ＦＥＤ 。ｓ ｃ ｓ ｕ ｈ ａ ：ｐｕｓ ｍ ｐ ｉｕ ｄ ａ ｉｎ，ｓ ａ ｅ ｌｅ ａ ｌｔ ｄｅ ｍｏ ｕｌｔｏ ｐ ｃ
场致发射显示器会卷土重来吗？
ｈ ｓ ａｓ ｒ ｓ ｎ ｅ ｏ ｅ ｔ ｃ ｎｃ ｌ ｅ ａｌ ａ ｗ ｏ ｃ ｎ ｅ ｅ ｃ ｓ ｉ ２ ０ ． ｅ ｗ ｉ ｒ ｖｅ ｔ ｉ ａ ｌｏ ｐ ｅ ｅ ｔ ｄ ｓ ｍ ｅ ｈ ｉａ ｔ ｉ ｔｔ ｏ ｆ ｒ ｎ ｅ ｎ ０ ５ Ｗ ｌ ｅ ｉｗ ｈｓ ｄ ｓ ｌ
比 Ｓ ｉ ｅ 微尖便宜得多。２０ ｐｎ ｒ ｄ ０ ４年 ，Ｓ Ｄ 公 司 宣 Ｅ 布 ２０ ０ ６年底 ５ ０英 寸 Ｆ Ｄ将 投 放市 场 。 该公 司 在 Ｒ
ｔ ｃ ｎｃ ｌｎ ｏ ｍ ａ ｉｎｉ ｈ ｏｎｅ ｔｏ ｏ ｅ ｇ ｎ ｒ ｓ ｅ ｆＦ ｅ ｈ ｉａ ｉｆ ｒ ｔ ｎｔ ｅ ｃ ｔ ｘ ｆｓ ｍ ｅ ｅ ｉ ｉ ｕ ｓ ｏ ＥＤｓ ｏ ｃｓ ．
Ｋｅ ｄ ： ｉｌ ｍ ｉｓｏ ｌｔｐ ｎ ｌ ｉｐａ ｕ ｎ ｓ ｅ ｔ ｆｉｉｎ ｙ ｙ ｗｏｒ ｓ ｆ ｄｅ ｓ ｉｎ ｆ ａ ｅ ｓ ｌ ｌｍｉｅ ｃ ｎ ｆ ｅ ｃ ｅ ａ ｄ ｙ ｅ ｃ
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翌 ． ．
文章编号：０ ６ ６ ６ （０ ６ ０ ／ ２ ０ ０ ４ １ ０— ２８ ２０ ） １０ － ０ ６ ０
：
兰
场致发射显示器会卷土重来吗
Ｄａ ｉｌ ｅ ｎ ｅｓ ｎ 童林 夙 ｎ ｎ Ｅ ｇ ｌｅ ， ｅｄ
（ 东南大 学 显 示技 术研 究 中心 。 京 ２ ０ １ ） 南 １ ０ ８
总第 ５ Ｏ ９ ６ 期
碳纳米管场致发射显示器与驱动系统的集成研究
ｄ ｉｉ ｇ ｍｅ ｈ ｄ ｗｈ ｃ ｒｖｎ ｉｃ ｉ ｉ ｔ ｇ ａ ｅ ｔ ｒｖ ｎ ｔ ｏ ｉｈ ｄ ｉ ｉ ｇ ｃｒ ｕ ｔ ｎ ｅ ｒ ｔ ｄ ｗｉ ＣＮＴ－ Ｄ ｓ ｄ ｓ ｕ ｓ ｄ ｉ ｈ ａ ｅ ． Ｃａ ｂ ｎ ｎ ｎ ｔ ｂ ａ ｅ ｈ ＦＥ ｉ ｉｃ ｓ ｅ ｎ ｔ ｅ ｐ ｐ ｒ ｒｏ ａｏｕ ｅｃｎ ｂ
Ａｂｔａ ｔ ｓｒ ｃ ：Ｃａ ｂ ｎ ｎ ｎ ｔ ｂ （ ｒ ｏ ａ ｏ ｕ ｅ ＣＮＴ）ｆ ｌ ｍｉｓｏ ｉｐａ （ ＥＤ）ｉ ｅｏ ｎ ｎ ｆｔ ｅｍｏ ｔｓｇ ｉ ｃ ｎ ｕ ｊｃ ， ｕ Ｏ ｉ ｄｅ ｓｉｎ ｄｓ ｌｙ Ｆ ｅ ｓｂ ｃ ｍｉｇ ｏ ｅｏ ｈ ｓ ｉｎｆ ａ ｔｓ ｂ ｅｔ ｄ ｅｔ ｉ
还有 就是 自行 设 计 配 套 板 卡 ， 用 Ｐ Ｅ 利 ＣＦ Ｄ发 光 器 件 进行
场致发射显示 （ Ｅ ）是在真空情况下采用场致发射 ＦＤ 阵 列 阴极 产 生 场 发射 电流 ， 发荧 光 粉 发 光 ， 一 种结 合 激 是 了传 统 Ｃ Ｔ 和其他 固体 平板 显 示器 优 点 的真 空 平 板 显示 Ｒ
ｗｏ ｋ ｒ ．Ｔｈ ｕ ｓｉｕ ｅ ｒ ｉｇ ｓ ｓｅ ｗｉｌ ｋ ｅｓ ｂ ｔｔ ｔｄ ｄ ｉ ｎ ｙ ｔｍ ｌ ｍａ ｅＣＮＴ－ ＥＤ ｙ ｔｍ ａｇ ｏｕ ｎ ｏ ｌ ａ ｅ Ｏｃ ｎ ｅ ｔ Ａ ｅ ｖ Ｆ ｓ ｓｅ ｌｒ ｅｉ ｖ ｌｍｅａ ｄ ｃ ｍｐｉ ｔｄ ｔ ｏ ｎ ｃ． ｎ ｃ ｎ ｗ
场致发射显示器研究与进展
第２ 卷 第１ ６ 期 ２０ ０ ６年 ３月
光 电 子Байду номын сангаас 技 术
ＯＰ ＴＯＥＬＥＣＴＲＯＮＩ Ｃ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ
Ｖｏ ． ６ Ｎｏ １ １２ ．
Ｍ ａ ． ２ ０６ ｒ ０
场 致发射显示器研究与进 展
林志贤， 郭太 良
Ｃ Ｔ。 Ｅ Ｒ Ｆ Ｄ兼 有 了 Ｃ Ｔ 与一 般平 板显示 器 的优点 ， Ｒ
更低。Ｆ Ｄ这一系列的优点 ， Ｅ 使得它有可能成为新
一
代 性能 优 良的平 板显示 器件 ， 用前景 十 分广 阔 。 应
ＦＥ 还具 有分 辨率 高 、 Ｄ 色再 现 性好 、 比度好 ， 严 对 耐 酷 的高低 温 、 振 动 冲击 、 磁 辐射 极 微 、 产成 本 抗 电 生
不 大 于 ２ ｓ Ｏ 。在 尺 寸 和 亮 度 相 同 的 情 况 下 ， 色 彩
引 言
场致发 射 显示 器 （ Ｅ 被认 为是 最有 可能 真正 Ｆ Ｄ） 与 等离 子 体 （ Ｄ Ｐ Ｐ）和 液 晶显示 器 件 （ Ｃ Ｌ Ｄ）相 竞争
Ｆ Ｄ 的功 耗 仅 为 ＡＭＬ Ｄ 的 １ ５ １ ３ 一 个 ２ ． Ｅ Ｃ ／～ ／ ， ５４ ｃ 的彩 色 Ｖ ｍ ＧＡ— Ｅ 在 理 论 上 只消 耗 ２Ｗ 的 功 Ｆ Ｄ
Ａｂ ｔａ ｔ Ｔｈ ｎ ｗ ｄ ｖ ｌ ｐ ｎ ｏ ｈ ｎ ｖ ｌ ｌｔ ａ ｅ ｉｌ ｅ ｓ ｉｎ ｉｐａ ｉｃｕ ｉｇ ｐｎ ｔ ｓｒ ｃ ： ｅ ｅ ｅ ｅｏ ｍｅ ｔ ｆ ｔ ｅ ｏ ｅ ｆａ ｐ ｎ ｌ ｆｅｄ ｍｉｓｏ ｄｓ ｌｙ ｎ ｌ ｄｎ ｓ ｉｄ ｓｒ ｃ ｕ ｅ ｔｕ ｔ ｒ ，ＣＮＴ ，Ｓ ＥＤ，ｄａ ｏ ｄ ｆ ｍ ，Ｍ Ｉ ａ ｄＭ Ｉ Ｍ ｔｕ ｔ ｒ ，ｌｒ ｅ ｓｒ ｅ ｒｎ ａ ｌ ｌｗ ｒ ｕ ｃｉ ｎ ｉｍ ｎ ｉ ｌ Ｎ ｎ Ｓ ｓｒ ｃ ｕ ｅ ａ ｇ — ｃ ｅ ｎｐ ｉｔ ｂ ｅ ｏ ｗｏ ｋ ｆ ｎ ｔ ｏ ａ ｄ Ｓ ｎ ａ ｅｐ ｅ ｅ ｔｄ ｎ Ｏ ｏ ｒ ｒｓ ｎ ｅ ．Ｔｈ ｄ ａ ｔ ｇ ｓａ ｄ ｅ ｉｔｎ ｒ ｂ ｅ ｆｅ ｃ ａ ｔｒ ｆＦＥ ａ ｅａ ａｙ ｅ ｅａ ｖ ｎ ａ ｅ ｎ ｘ ｓｉｇ ｐ ｏ ｌｍｓｏ ａ ｈ ｐ ｔｅ ｎｏ Ｄ ｒ ｎ ｌｚ ｄ，ａ ｄ ｎ ｔ ｅｒｄ ｖ ｌｐ ｅ ｔａ ｅｉｔｏ ｕ ｅ ｅ ｐ ｃ ｉｅｙ ｈ ｉ ｅ ｅｏ ｍ ｎ ｒ ｎ ｒ ｄ ｃ ｄ ｒ ｓ ｅ ｔｖ ｌ ． Ｋｅ ｒ ｓ ｉｌ ｍｉｓｏ ｉｐ ａ ｙｗｏ ｄ ：ｆｅｄ ｅ ｓ ｉｎ ｄｓ ｌｙ；ｓ ｕ ｙ； ｅ ｅｏ ｍｅ ｔ ｔ ｄ ｄ ｖ ｌｐ ｎ
场发射显示器
三、微尖阵列场发射阴极
（4） 器件的打火、亮度问题
器件的间距很小仅为200μm左右。少量横向初速度较大的 电子还会打到隔离柱(支撑墙)上使之荷电。一般讲隔离柱是用 绝缘体制作的,荷电后其电位是悬浮的,可能很高,这就造成内部 打火。器件的间距小带来两个不利的因素 :
场发射显示器（FED）
提纲
一、场发射显示器概述 二、场发射理论 三、微尖阵列场发射阴极 四、场发射显示的阴极材料 五、FED中的发射均匀性和稳定性问题 六、聚焦型微尖阵列场发射阴极 七、 FED的主要制作材料和工艺 八、 FED中真空度的维持 九、新型场发射显示器 十、FED的研究概况及发展前景
一、场发射显示器概述
A. 为防止发射体阵列板和荧光屏之间发生打火,荧光屏电位不 能高, 一般仅为几百V。
B. 由于荧光屏电位不高,因此屏的亮度也低。
三、微尖阵列场发射阴极
克服困难的办法:
（1）加大场发射阴极板和阳极板之间的距离 ,从原来的200μm 增加到1.ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱmm以上。所带来的好处是:
I . 可以增加排气的管导,有利于排气和去气的处理;
? ? ?Ua
几种典型的尖端形状
三、微尖阵列场发射阴极
微尖电子发射
三、微尖阵列场发射阴极
金属微尖的伏安特性
场发射阴极阵列面积240mm? 240mm，包含1.4x106个微尖。
三、微尖阵列场发射阴极
FED显示器的制作工艺
对阴极制造的要求： （1）在整个表面上具有均匀的电子发射； （2）提供充足的电流，以便在低电压下获得很高的亮度； （3）在微尖和栅极之间没有短路。 阴极微尖制作种类： （1）在金属基体上沉积金属形成金属阴极尖。其特点工艺复 杂，但可实现大电流，发射特性好，寿命长。 （2）以硅片作基片，采用硅的各向异性腐蚀形成硅阴极尖。 其特点是工艺较简单，较易实现，但发射特性差，寿命短。
场发射显示器的基板形变分析
ｕｅ ｓ ｄ．Ｔｈｅ ｕ ｉｏ ｍｉｙ ｏ ｈｅｂｒｇｈ ｎ ｓ ｓ ｂ ｅ ｍｐ ｏ ｅ ｔ ｈｉ ｅ ｓ ｒ ｃ ｕ ｅ ｎ ｆ ｒ ｔ ｆｔ ｉ ｔ ｅ ｓｈａ ｅ ｎ ｉ ｒ ｖ ｄ ｗｉｈ ｔ ｓ ｎ ｗ ｔ ｕ ｔ ｒ ．Ａｐ ｒ ｒ ｍ ｈｉ ｈｅｃ ｓ ｆ ａ ｔｆｏ ｔ ｓ，ｔ ｏ ｔｏ
ｓ ｓｒ ｔ ｎ ｔ ｅｏｒ ｉｇ ｈ ｓ ｂ ｅ ｂ ａｎ ｄ． Ｉ ｈ ｒ ｃ ｉａ ａ ｒｃ ｔｏ ｕｂ ｔａ ｅ ｏ ｈｅ ｄ ｆ ｍ ｎ ａ ｅ ｎ ｏ ｔ ｉ ｅ ｎ ｔ ｅ ｐ ａ ｔｃ ｌｆ ｂ ｉａ ｉｎ， ａ ｎ ｗ ｕ ｓ ｒ ｔ ｔ ｕ ｔ ｒ ａ ｅ ｎ ｅ ｓ ｂ ｔａｅｓｒ ｃｕ ｅ ｈ ｓｂ ｅ
基 板 结 构 ， 仅 在显 示 均 匀 性 方 面 得 到 提 高 ， 不 而且 降低 了 成 本 。 关键词 ： 场致 发 射 显 示 器 ； ＮＳ ； 限元 法 ； 板 形 变 Ａ ＹＳ 有 基 中 图 分 类 号 ： Ｎ ７ Ｔ ８３ 文献标识码 ： Ａ 文章 编 号 ：０ ２—８ ３ （ ０ ６ Ｏ 一０ ６ １０ ９ ５ ２ ０ ） ｌ ０ ５一Ｏ ３
微 米 ， 显示 均 匀性 带 来 较 大 的影 响 。图 １是 用 ３ 对 ｍｍ 厚 度玻璃 封 接 的 Ｆ Ｄ屏 的显 示 效果 图 ， 以看 Ｅ 可
场致发射显示技术
他也不知道，在那几个美国人眼里，他的 那些柿子并不值钱，值钱的是他们的那种独特 有趣的采摘、贮存柿子的生产生活方式。柿农 的蝇头小利比起那几个美国人的利益来说实在 不算什么。 在企业的投资构成中，人们的决策者是像文 中的柿农一样只看到眼前的比较直接的"小利 益"还是能把眼光放长远一些，发现更大，但 可能比较隐蔽的"大利益"呢？
2. 场致发射显示器件的构成
场致发射显示器件，即场致发射阵列平 板显示器，或称为真空微尖平板显示器（Mini Flat Panel，MFP），是一种新型的自发光平板 显示器件，它实际上是一种很薄的CRT显示器， 其单元结构是一个微型真空三极管（图7.2）， 包括一个作为阴极的金属发射尖锥，孔状的金属 栅极以及有透明导电层形成的阳极，阳极表面涂 有荧光粉。由于栅极和阳极间距离很小，但在栅 极和阴极间加上不高的电压（小于100 V）时， 在阴极的尖端会产生很强的电场，当电场强度大 于5×107 V/cm时，电子由于隧道效应从金属 内部穿出进入真空中，并受阳极正电压加速，轰 击荧光粉层实现发光显示。
新型光电显示技术
• 场致发射显示技术
1 场致发射显示器件的构成及工作原理 2 FED发展状况
7.2 场致发射显示技术
• FED Field Emission Display (or Field Effection Display) 电子发射是指电子 从阴极逸出进入真空或其它气体媒质中 的过程。电子发射按照其获得外加能量 的方式，即电子的受激发方式分为以下 四种：热电子发射，光电子发射，次级 电子发射及场致电子发射。
为了满足以上要求，采用了下面两项技术： （1）在导通的阴极和选通的微尖之间利用一个 电阻层来控制电流，使每一选通的像素含有大 量的微尖，可保证发射的均匀性。 （2）高发射密度（104微尖／mm2）和小尺寸 （直径小于1.5 μm），使得在100 V激励电 压下获得l mA/mm2的电流密度，从而实现高 亮度。
场致发射显示器图像低灰度增强技术
示 顺 序 ， 整 时 序 ， 除 低 灰 度 信 息 损 失 ， 善 图像 质 量 。同 时 针 对 Ｆ Ｄ显 示 屏 响应 时 间造 成 的低 灰 度 损 失 ， 调 消 改 Ｅ
通 过 时 间补 偿 的方 法 对 低 灰 度 损 失 进 行 校 正 ， 善 了 图像 的 显 示 质 量 。结 合 人 眼 的 视 觉 特 性 ， 基 于 子 行 驱 改 将 动 图像 低 灰 度 增 强 技 术 应 用 于 Ｆ Ｄ 显示 系统 中 ， 视 频 图 像 显 示 的 对 比度 有 所 提 高 ， 质 更 为 细 腻 ， 加 接 Ｅ 使 画 更
（ ｏｌｇ ｆ Ｐ ｙ ｉｓａ ｄ Ｉ ｆ ｒ ｔ ｎＥｎ ｉ ｅｒｎ Ｆｕ ｚ ｕ Ｕ ｉ ｅｓｔ Ｃ ｌｅ ｅ ｈ ｓ ｎ ｎ ｏ ｍａ ｉ ｇ ｎ ｅ ｉｇ， ｈ ｏ ｎ ｖ ｒｉ ｏ ｃ ｏ ｙ，
Ｆｕ ｈ ｕ ３ ０ ０ Ｃｈ ｎ ｚ ｏ ５ ０ ２， ｉａ，Ｅ ｍａ ｌ ｌｎ ｈ ｘｉｎ ０ ２＠ｙ ｈ ｏ．ｏ ． ｎ） ｉ ：ｉｚ ｉ ａ ２ ０ ａ ｏ ｃｒ ｃ ｎ
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三极结构场致发射显示器件的制作
摘
要 ： 用 钙 钠 玻 璃 作 为 阴 极 和 阳 极 面 板 ， 采 用 低 熔 点 玻 璃 粉 进 行 高 温 烧 结 ， 作 了 三 利 并 制
极 管型的碳纳米管阴极场致发射平 板显 示器件样 品 。高效 的烧 结排气 工 艺提高 了器件 的制
作 成 功 率 ， 免 了碳 纳 米管 阴 极 和 阳 极 荧 光 粉 的损 伤 。 改 进 的 消 气 剂 装 配 确 保 了器 件 的 良好 避 密 封性 能 。整 体 显 示 器 件 具 有 高 的 显示 亮 度 和 低 的 制 作 成 本 。
子； 栅极 结 构 主要 是 用 来 控 制碳 纳 米 管 阴极 的 电
子发射 ； 而阳极结构主要是借 助于阴极 电子的高
能 量轰 击而 使得 荧 光粉 层发 出可见 光的 。选用 厚
度 为 ２ｍｍ 的钙钠 平 板玻璃 作 为整 体器 件 的 阴 阳
极 面板 ， 装器 件 的纵 向结构 示 意 图如 图 １ 示 。 封 所
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第 ３期
李玉魁 ， ： 等 三极 结构场致发射显示器件的制作
后 ， 以明显地 看见 在硅 片 衬 底 上存 在 着 一 层 薄 可 薄 的 黑 色 的绒 状 薄膜 ， ： 长 的碳 纳米 管 薄 膜 。 即 生 碳 纳米 管 薄膜 和 硅 片衬 底 之 间 的 粘 连 性 非 常 良 好 ， 制 备 的 碳 纳 米 管 薄膜 的 Ｓ Ｍ 图像 如 图 ２ 所 Ｅ
利用硅 片作 为衬 底 材 料 ， 用 常 规 的 高温 催 采
的电子 枪立 体 结构 方 式 －从 而 淘 汰 了庞 大 的磁 一 ，
场偏转 系统 ， 根本 上 消除 了 电磁 辐射 的影 响 ； 从 它
化分解工艺制备了碳 纳米管薄膜 阴极 。生长结束
光电子发光与显示技术 第六章 场致发射显示(FED) PPT课件
❖ 1988年，美国首届国际真空微电子学会议， 标志真空微电子学的正式诞生
❖ 1989年，单色FED研制成功 ❖ 1997年，全色FED研制成功 ❖ 2001年，Sony公司13.2英寸全色FED ❖ 2004年，彩色40英寸碳纳米管FED样机 ❖ 2005年，彩色36英寸SED电视展示
光电子技术精品课程
3、FED的场发射理论
❖ Field Emission Display (or Field Effection Display) 所谓电子发 射是指电子从阴极逸出进入真空或其它气体媒质中的过程。所有 物体都含有大量的电子，常态下不逸出物体，当电子获得足够的 能量，足以克服阻碍其逸出物体表面的力时，便产生了电子发射。
FED主要用途在军事领域方面
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2.发展简史
❖ 1961年，Shouledrs.K.R提出用场发射电子 源的纵向和横向真空微电子三极管的概念
❖ 1968年，斯坦福研究所的Spindt.C.A，利用 薄膜技术和微电子工艺研制成钼微尖锥场发 射阵列阴极。
❖ 1985年，Meyer.R，微尖锥型阴极的矩阵选 址阴极发光平板显示器
❖ 电子发射按照其获得外加能量的方式，即电子的受激发方式分为 以下四种：热电子发射，光电子发射，次级电子发射及场致电 子发射。
第一章 FED显示器
1. 市场前景
平板显示器 500 产值（亿元） 400 300 200 100 0 1993年
其他显示器
FED
2000年
2010年
2. 应用领域
(1)家用电视机市场 (2)电脑显示器市场 (3)其他市场
(1)家用电视机市场
壁挂彩色电视机 预计2010年将达到350亿美元产值
(2)电脑显示器市场
2. 福州大学FED字符显示效果
PFED--red picture (Fuzhou Univ.)
PFED--green picture (Fuzhou Univ.)
PFED--blue picture (Fuzhou Univ.)
3. 福州大学FED视频显示效果（1）
福州大学FED视频显示效果（2）
Carbon nanotube materials
第一章：场致发射显示器FED
一、FED简介 二、FED基本工作原理 三、FED基本种类 1. Spindt尖锥结构FED 2. 类金刚石薄膜FED 3. 表面传导型FED 4. 碳纳米管FED 5. 可印刷型FED 6. 福州大学FED 7. 国内其他单位FED 8. 新型场致发射材料 四、FED的市场前景及其应用领域
表面导电发射体
(Surface-conduction Electron-emitter Display，SED)
Canon和Toshiba合资研发SED，2004年9月14日他们公开了36 英寸彩色SED试制面板，光暗对比度高达8600:1，灰阶为10位.
SED
SED发射体用喷墨技术涂敷，平面电极 采用印刷技术。两平面电极间距10μｍ，中 间用喷墨头涂敷一层PdO薄膜，电极间加高 压，击穿PdO薄膜，形成10nm缝隙， 在阴 极和引出线之间施加的15V电压中，一个很 大的比例落在了这条缝隙上，其间电场达到 1V/nm以上，很容易实现场发射。
高亮度高电压彩色场致发射显示技术
维普资讯
２０ 年第 ４ ０６ 期
显 示 器 件 技 术
平 ， 到好 的 色纯 。 得
・１ ・ ９
素， 而摩托 罗 拉 场 发 射 显 示 用 行 扫 描 ， 以每 次 所
亮一 行 。每个 Ｆ Ｄ像素 可 以被 激 发到 大 约 １０ Ｅ ００
要。
曩＝＝ ＝ ＝ ； ＝＝ ＝＝ ｛ 一＝ ＝
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蜂值 鞠 搬嗽 斑密度
ｐ— 嗍
本 文论 述 了基 于 摩 托 罗 拉 碳 纳 米 管 的 场 发 射技 术进 展 ， 还展示 了我们 为满 足大于 ７ ０ ｄ ｍ ０ｃ／
市 场 ＨＤ Ｖ 的应 用 规 格 而做 出的 努 力 ， Ｔ 为此 ， 我
们 改进设 计 使 阳压 能 够从 ４ ０ 升 到 ７ ０ Ｖ， ４０Ｖ ００ 同时 还 能 维 持 良 好 的 色 纯 。 我 们 还 展 示 了 在 ７ ０ Ｖ 和超 过 １ ０ ０ 条 件 下 工 作 的 隔 离 子 技 ００ ００Ｖ
术。
图 １ ａ为 纳 米 管 的场 发射 原 型 是 一 个 ４ ６ ．
我 们可 以等效 转化 为 １ ３ ０频 宽 比时 的亮 度 ， ／６ 就
产 生 了 ２ ０ｃ ／ ３ ｄ ｍ２的等 效亮度 。
发 场发射 显示 。 场发 射 显 示 之 所 以 引 人 注 目是 因 为 它们 的 可视性 能类 似 于 Ｃ Ｔ， 时 可 以 如 Ｐ Ｐ那 样 制 Ｒ 同 Ｄ 作， 无论 是 制作 成 本还 是 启动 资金 都 比生产 Ｌ Ｄ Ｃ 少许 多 。更 重 要 的 是 某 些 场 发 射 显 示 的 设 计 如 摩托 罗拉 的碳 纳 米 管 显 示 所 需 要 的 电压 驱 动 相 当低 ， 利 用 低 成 本 的 驱 动 元 件 成 为 可 能 。相 使 反 ， ＤＰ驱 动 部 分 相 当 贵 ， 正 ＨＤＴ 显 示 如 Ｐ 真 Ｖ １８ ２ ０＊７ ０和 １ ２ ２ ９ ０＊１ ８ ０ ０像 素 的 驱 动 成 本 很 重
场发射显示器结构的优化设计
Ｈ ＵＡＮＧ ｈｕｎ ｎ ｎｇ，ＧＵＯ ｉｌａ ｇ Ｓ —ｉ Ｔａ—ｉ ｎ （ ｙｓｃ ｎ ｎ ｏ ｍａ ｉｎ Ｅｎ ｎ ｅｉ ｇ Ｃｏｌｇｅｏ Ｆｕ ｈ ｕ Ｕ ｉｅ ｓｔ Ｐｈ ｉｓａ ｄ Ｉ ｆ ｒ ｔｏ ｇｉｅｒｎ ｌｅ ｆ ｚ ｏ ｎ ｖ ｒｉｙ，Ｆｕ ｈ ｕ ３ ０ ０ ，Ｃ ｉａ ｚ ｏ ５ ０ ２ ｈｎ ）
Ａｂ ｔａ ｔ Ａｐ ｌｉ ｇ ｓ ｃ ｎ ａ ｙ ｄ ｖ ｌｐ ｎ ｆ ｓｒ ｃ ： ｐ ｙｎ ｅ ｏ ｄ ｒ ｅ ｅｏ ｍｅ ｔ ｏ ＡＮＳ ａ ｅ ｎＣ＃ ｔ ｈ ｉ ｌｔｏ ｎ ｐ ｉ ｚ ｔ ｎ ＹＳ ｂ ｓ ｄｏ ｏ ｔ ｅｓｍｕ ａｉｎ ａ ｄｏ ｔｍｉａ ｉ ｏ
个 参 数 都 要 进 行 多 次 的 建 模 、 解 、 总 并 比较 求 解 求 汇
晶显示 器件 （ Ｃ 相竞 争 ， 用前 景 十分广 阔 ， Ｌ Ｄ） 应 目前 有双叶、 三星 Ｓ 、 Ｅ ＤＩＳ Ｄ公 司 、 州大 学 等许 多 国 内 福
结 果 。重复 以上 步骤 应 用 于多 个参 数 ， 能完 成 一 才
ｒｍ ｅｅ ｓ ａ ｔｒ ．Ｕ ｓｎ ＃ ｐ ｏ ｉ ｅ ｉｕ ｌ ｅ ｎ ｅｆ ｃ ｆｐ ｒ ｍ ｅｅ ｎ ｕ ｎ ｅ ｕ ｔｏ ｔ ｕ ． Ｔｈｓ ｍａ ｅ ｈ ｉｇ Ｃ ｒ ｖｄ ｓ ｖｓ ａｉ ｄ ｉ ｔｒａ ｅ ｏ ａａ ｔ ｒｉｐ ｔａ ｄ ｒ ｓ ｌ ｕ ｐ ｔ ｚ ｉ ｋ ｓｔ ｅ
摘 要 ： Ｃ＃对 Ａ ＹＳ的二 次 开 发应 用 于 Ｆ Ｄ 的仿 真 与结 构 优 化设 计 ， 发 了 程 序 。程 序 中利 用 Ａ Ｄ 把 ＮＳ Ｅ 开 Ｐ Ｌ使 建 模 、 载 、 加 后 处 理 的过 程 参 数 化 。Ｃ＃编 写 的 程 序 使 参 数 输 入 和 结 果 输 出 界 面 可 视 化 ， 易 使 用 ， 高 了 后 处 理 的 能 力 。Ａ Ｄ 容 提 Ｐ Ｌ和 Ｃ＃的
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场致发射显示
定义：场发射显示器（FED），即场致发射阵列平板显示或称为真空微尖平板显示器（MFD)，是一种新型的自发光平板显示器件。
场致发射显示
一、发展简史
•1961年，Shouledrs.K.R提出用场发射电子源的纵向和横向真空微电子三极管的概念
•1968年，斯坦福研究所的Spindt.C.A，用薄膜技术和钼尖锥工艺制作微型场发射阵列阴极。
•1985年，Meyer.R，微尖锥型阴极的矩阵选址阴极发光平板显示器
•1988年，美国首届国际真空微电子学会议，标志真空微电子学的正式诞生
•1989年，单色FED研制成功
•1997年，全色FED研制成功
•2001年，Sony公司13.2英寸全色FED
场致发射显示
场致发射显示On Nov. 23, 1999
PixTech, Inc.
announced the
delivery of the first
12.1-inch Field
Emission Display
(FED) to the U. S.
Army
First Delivery of 12.1”FED
FED的优点：
•图像质量好、视角宽（1800）
•功耗低（1－3w）、寿命长
•无偏转线圈，无X射线辐射
•响应速度快（<2 us）
•体积小，重量轻
•工作温度范围宽
•制作工艺比较简单（与LCD及其它PDP比）总之，FED集中了CRT和LCD的优点，摒弃了它们的缺点，性能优良，极具竞争力的新一代显
示器。
场致发射显示
FED的应用领域：
•< 6英寸的FED，替代CRT,作头盔显示•可以放在武器上左定位显示器
•摄像器上的取景器
•汽车的导航系统显示终端
•电子照相机的显示器
•仿真技术方面
•便携式计算机显示屏
•用作可视电话的显示器
主要在军事领域
场致发射显示
二、FED的工作原理
构成：场发射阵列阴极（FEAC)和显示荧光屏示意图：
场致发射显示
场致发射显示
和材料有关的常数
：与发射体现状，栅压；B A :)/(2g g g e U U B AU I
−⋅=FED 的场发射理论
场发射就是导体或者半导体表面施加强电场，使导带中的电子发射到真空中。
两个问题：
表面势垒
电子发射
三、场发射阵列阴极（FEAC)
根据使用的材料不同，主要有四种FEAC：
型阴极）
1、钼锥薄膜场发射阴极（Spindt
场致发射显示
制作工艺流程：
Si基底－>氧化－>光刻－>蒸发Mo膜－>光刻栅极－>沉积收缩栅孔材料（Al、Al2O3、Ni、Cu等）－>垂直蒸发Mo－>Mo尖锥形成－>刻蚀收缩栅孔材料－>尖锥阴极
场致发射显示
•栅极的驱动特性如图所示
场致发射显示
2、硅尖锥型阴极
类似Spindt型阴极，差异在材料和制作工艺上。
工艺流程：Si氧化－> SiO2刻蚀图形－>刻蚀Si
尖阴极
－> Si氧化－>沉积SiO2和金属栅Si
场致发射显示
场致发射显示
注意：
•SiO2是在Si（100）晶面氧化而成，氧化时温度要均匀
•腐蚀过程中，存在着温度变化，需要超声震荡
•腐蚀过程中，多加培片
场致发射显示
3、非晶态金刚石薄膜型阴极
4、混合型及改进型
在前两种微尖锥阴极表面再沉积一层低功函数的材料薄膜，如Cs、Ta、Pd、Pt/Ta类金刚石或掺磷金刚石等。
可以降低发射尖锥的表面逸出功，提高发射能力，降低栅极电压，增强抗中毒能力
改进：减小栅极孔径，改善栅极及尖锥现状，降低控制电压，提高发射电流和耐用性
场致发射显示
四、阳极支柱制作工艺
材料采用耐高温、高绝缘性的聚酰亚胺（Polymide）
PI膜制作工艺：（室温21℃，相对湿度28％）•将硅片浸入胶液，垂直取出，直至胶液不下滴•将硅片水平放置，让溶剂均匀挥发
•水平放入80℃洁净烘箱，进行不完全前烘•重复上述步骤，获得足够厚度的PI膜
•水平放入120℃烘箱，烘1h
•置入300℃炉管中，亚胺化1.5h，炉管通N2气
场致发射显示
栅极贴近
场致发射显示
场致发射显示
2、膜孔聚焦结构的FED
在贴近聚焦结构中附加了一绝缘金属层作为聚焦电极
3、同轴聚焦结构的FED
在贴近聚焦结构的栅极平面内加一同轴聚焦电极构成
聚焦极截获电流极小，驱动电压比贴近聚焦结构高，
场致发射显示
场致发射显示
场致发射显示
场致发射显示
六、FED使用的荧光粉
•FED使用的荧光粉是在低电压（300V－
10kV），大电流密度（100uA/cm2)电子束激发下工作，属于低压阴极射线发光荧光粉。
但是，色饱和度差，转换效率低，亮度和寿命不尽人意。
•借鉴传统的CRT荧光粉，加以改进。
场致发射显示
七、存在的问题及展望
可能存在的问题
1、显示图像亮度的均匀性
亮度不均匀可能与下面的结构特性有关
•发射尖锥头曲率一致性差
•门孔电极半径大小的一致性差
•FEA与阳极（荧光屏）间距的一致性差•阵列电极引线电阻引起的图像亮度不均匀
场致发射显示
2、去气、排气、消气
FED真空内的体积与面积之间的比例关系远小于CRT器件，排气时内部真空度下降严重，管阻大，没有多余的空间安排消气剂。
通过优化器件结构设计，改进工艺技术和工艺设备的途径加以解决3、封接技术
由于FED采用选址型器件，利于条形电极引出，真空密封造成困难，10－7Pa下，引线与低玻是否浸润有待解决
场致发射显示
展望
可以应用在壁挂电视、微显示（MDT)等领域
微显示（MDT):
•摄录仪录相仪(CVF)
•头盔显示(HMD)
•虚拟现实头盔(VRH)
场致发射显示
FED的发展方向CNT-FED
CNT( carbon nano tube)
场致发射显示
场致发射显示
FED 的发展方向
Carbon nanotubes are known for their superior mechanical strength and low weight, good heat conductance, varying electronic properties. Their ability to emit a cold electron at relatively low voltages due to high aspect ratios and
nanometer size tips.Therefore, carbon nanotubes can be applied to field emitters for flat panel displays
Carbon Nanotube
LOTUS EFFECT
场致发射显示
场致发射显示
Packaging
Phosphor
Circuitry
Emitter
Spacer
Characteristics of FED
9 Fast response time 9 Low power consumption 9 Wide viewing angles 9 CRT-like true color 9 Wide operating temperatures
9 High brightness
场致发射显示
99.05, 4” diode-type
99.11, 9" diode-type
00. 05, 15" VGA diode-type 00.11, 15" VGA Mono triode-type
Low voltage operation, gray scale, high brightness 场致发射显示
。