平板显示技术：第八章_场致发射讲述.ppt

FED与CRT的比较 相同点：处于真空状态；靠电子轰击荧光粉发光，具有基本相同的荧光屏结构。 不同之处在于电子的发射和扫描方式。 CRT需藉偏转磁场控制电子枪射出的电子束在显示屏上进行扫描，阴极到阳极距离达到几十厘米。 FED的冷阴极为面发射源， 由百万多电子源直接激发荧光材料，阴阳极距离小于3mm，易于实现平板化和矩阵驱动。连同极板玻璃在内，器件厚度不过6－7mm。 CRT的加速电场电压通常在13?30kV之间；而FED一般加速电压小于10kV，为达到与CRT相当的亮度，需要较高的消耗电流。 * FED的三个基本工艺 * 8.3.2 FED技术难点 电子束发射技术（发射体表面几何形状，束流密度一致性，束流轨道等） 电子发射材料的起始电场越低越好 电子发射极密度需大于106A/cm2 每个发射极需均匀发射电子 在高真空、高电压下发射极维持稳定性与寿命 支撑间隔材料 真空密封技术 低压荧光粉技术 * 支撑间隔材料 工作在真空环境，平面型，需要抵抗大气压力 由于平整度和轻薄的要求，不能采用CRT常用的厚玻璃作为上下基板。 需要在上下基板间加上支撑结构。 要求：1，支撑体面积足够小，尺寸均匀； 2，具有一定的电阻率，同时又不能产生过大的漏电流（电荷积累和漏电的矛盾）； 3，足够的支撑强度； 4，放气量小 隔离支撑材料： 热压氮化硅、氧化铝陶瓷、氧化锆陶瓷、石英玻璃。 * ? 美国Micron Display Technology 是以直径25μm，长350μm，间距为100μm的玻璃纤维直接结合在阳极板或阴极板之间。 此圆柱设计的优点是提供足够的抽气通路，使后续真空封合可以顺利进行。缺点在于单支玻璃纤维的垂直度不易维持。 垂直度良好方能确保在另一面板(阳极板或阴极板)上，也获得正确的定位，而不会造成混色问题。 * Spacer Wall 美国Candescent与日本Sony于2000年合作，将FED尺寸由5.3”扩大至13.2”。 其Spacer是采用长壁(Wall)方式，为壁厚55μm，壁高1270μm，壁长278mm的陶瓷板，其Spacer高宽比为2：3。摆置方式采用水平横式放置在发射微尖之间隙上。 * 真空密封技术 FED显示器件的寿命主要是由场发射阴极的寿命所决定的。 阴极电子发射是一种表面现象，最容易受残余气体分子的损伤，影响到阴极的场发射特性。 因此需要高真空。 要获得高真空，需要 1，排气过程中器件内各部件去气彻底，不放气。 2，用消气剂维持高真空 1、物理作用：因消气剂表面组织疏松，表面粗糙，故对气体分子有很大的吸附能力。 2、化学作用 ：气体和消气剂之间发生化学反应而生成新的固态化合物，从而使屏内的气体减少，提高真空度。 * 低压荧光粉技术 现有的CRT荧光粉工作在高电压（几万伏）、小电流，而FED荧光粉工作在中、低电压，大电流。 1，发光效率低，CRT的1/10以下。 2，为了获得足够的亮度，需要大大增加电流密度，但荧光粉在大电流密度下有饱和现象，进一步降低了荧光粉的发光效率 3，低压工作，无法采用阳极基板蒸铝技术，荧光粉失去铝层保护，易受破坏并放出有害气体污染发射体。 * 场致电子发射阴极的发展 要得到足够大的发射电流，应提高栅极工作电压；采用低表面逸出功的发射材料或阴极表面涂敷低逸出功材料；改变阴极的几何形状以增大几何因子。 可寻址的场致发射阵列是FED器件的基础和核心，发射均匀、稳定，长寿命、高可靠性、低成本的场致发射体及其阵列制备工艺就成为FED研究的关键。 * 场发射阴极材料（冷阴极）的发展 Metal tip Tip arrays Thin film, 1-D materials Mo (Spindt, 1968） CNTs (Rinzler, 1995） W Si (Thomas, 1972) CNTs ( Suh, 2002) * 典型的 Spindt-FED结构 PixTech FED — 列阴极，行栅极. — 行列电极交叉点有多于4500个微尖, 微尖直径150 nm. — 电流0.1?1?A/microtip. 场致发射是在金属尖端上进行的。 * 微尖制作 先制作栅极，再沉积微尖 金刚石尖锥阵列 钼微尖 * 微尖制作 先刻蚀微尖，再沉积栅极 * 使用过程中阴极的破坏 发射极发生焦耳加热而熔化发射体 * FED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： 微细加工工艺难以达到大面