場發(fā)射顯示器陰極結(jié)構(gòu)的發(fā)展-資料

場放射顯示器陰極構(gòu)造的進(jìn)展DevelopmentofCathodeStructureofFieldEmissionDisplayZHAOFu-bao2,WANGHai-jun3(1.BroadcastTelevisionNetworkMediaCo.Ltd.ofShaanxiLuochuanbranch,LuochuanShaanxi727400,China;BroadcastTelevisionNetworkMediaCo.Ltd.ofShaanxiAnsaibranch,AnsaiShaanxi717400,China;3.Xi”anInnovationCollegeYan”anUniversity,Xi”anShaanxi710100,China):FieldEmissionDisplay(FED),withtheadvantagesofbothtraditionalcathode-raytube(CRT)andLiquidCrystalDisplay(LCD),hasagreatdevelopmentpotentialandisexpectedtobecomethemainstreamofdisplaydeviceinthedigitaltelevisionage.Theprincipleofelectronfieldemissionwasdiscussedindetail,fromF-Nformula,FEDcathodematerialsandthecathodestructuredesignprinciplesarediscussed,andfinallydevelopmentofFEDcathodestructurewasexpounded.Keywords:fieldemissiondisplay(FED);Fowler-Nordheimformula;cathodestructure引言色、寬頻帶、平板化、低功耗、長壽命、無輻射以及低價格等優(yōu)X大、笨重,不符合顯示器件向高清楚度、高區(qū)分率、平板化、節(jié)能化、數(shù)字化、集成化等方向進(jìn)展的要求,故其應(yīng)用越來越少。目前,雖然液晶顯示器和等離子顯示器(PDP)是平板顯示器(FPD)市場的主流顯示器,但由于它們都存在著一些固有缺陷,所以算FPD色及優(yōu)勢,在具體的應(yīng)用領(lǐng)域都存在著與其相應(yīng)的應(yīng)用空間和進(jìn)展?jié)摿?而被認(rèn)為有可能是將來主流顯示器的場放射顯示器(FED)集中了眾多顯示器的優(yōu)點,其潛在的性能優(yōu)勢使之有望成為下一代顯示器的主導(dǎo)[1FED的設(shè)計依據(jù)和進(jìn)展。場放射原理場致放射與熱電子放射不同,它并不需要供給應(yīng)體內(nèi)電子以額外的能量,它的根本原理是電子隧道效應(yīng),即依靠強(qiáng)的外加電場來壓抑物體的外表勢壘,使外表勢壘的高度降低,寬度變窄,這樣放射體內(nèi)的大量電子由于隧道效應(yīng)穿透外表勢壘逸出,形成場致電子放射。場致電子放射是一種很有效的電子放射方式,放射電流密度很高,放射時間沒有遲滯性[2],且功耗低。利用場致放射FED場致放射時,隨外加電場的增加,放射體外表勢壘的高度越來越低,寬度越來越窄,從放射外表逸出的電子越來越多,使場放射電流也越來越大。1928,R.H.Fowler和L.W.Nordheim應(yīng)用量子理論,提出了電子確定零度下從清潔金屬外表放射進(jìn)入真空的理論,即在金屬和真空界面上加一電場使金屬的能帶構(gòu)造彎曲導(dǎo)致電子穿過金屬勢壘,并推出了場放射電流密度的公式,稱F-NJ=AE2exp(-B/E);EA、BA=1.54×10-6φ-1exp(9.89φ-1/2)B=6.87×107φ3/2;(φR.H.FowlerL.W.Nordheim化的假定:抱負(fù)金屬外表;無視原子尺度;金屬內(nèi)電子聽從費(fèi)米中該式必需加以修正,但該式對于場放射的爭論仍有指導(dǎo)意義[3]。雖然上式是在T=0K下得到的,但事實上只要金屬外表的功函數(shù)不是格外低或外加電場不是很高,則該公式使用確實定溫度范圍可以擴(kuò)展到幾百攝氏度。對上述公式進(jìn)展對數(shù)處理,得到:ln(J/E2)和1/EF-N系曲線,用作檢驗場放射的判據(jù),全部的測量點都在一條直線上。從F-N強(qiáng)和放射體的功函數(shù)有親熱關(guān)系。因此利用場致放射時,應(yīng)盡量選擇低功函數(shù)的材料作放射體,并設(shè)計恰當(dāng)?shù)年帢O構(gòu)造,才能滿足器件工作的要求。場放射顯示器的陰極構(gòu)造場放射顯示器的器件原理圖FED的器件原理圖如圖1所示,直流電源或脈沖直流電源在兩塊相互平行的極板之間可形成直流電場,冷陰極材料和熒光材料分別涂覆于陰、陽極板上,并分別通過金屬電極和透亮電極與電源連接。電子在冷陰極材料的外表逸出并加速,轟擊陽極上的熒光粉使之發(fā)光。FEDFEDSpindtSpindt類型;平面薄膜型分為金剛石薄膜型、類金剛石薄膜型、納米金剛石涂層型、SED2分為二極管型與三極管型[4陽極加上肯定的電壓時,陰極就會放射出電子,并在陽極電壓的加速下,轟擊到陽極熒光粉而發(fā)光。二極管型構(gòu)造一般陰陽極間3極管型而言,構(gòu)造中多了一個柵極,因此最終所需的電壓稍低于二極管型構(gòu)造,其構(gòu)造是在陰極三角錐型放射體與陽極間參加?xùn)艠O,當(dāng)在柵極加上肯定的電壓大于三角錐型陰極產(chǎn)生電子的閾值電壓后,電子將放射出,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。Spindt加工方法,承受高熔點金屬作放射體,在性能方面到達(dá)了較高的CRT。但由于涉及到周密光刻、刻蝕和薄膜沉積技術(shù),導(dǎo)致制作本錢很高,且很難實現(xiàn)大屏幕。由于FED所以要想在Spindt和構(gòu)造,同時要避開制作過程中的周密光刻和刻蝕技術(shù)。該工藝中,三角錐型陰極產(chǎn)生電子的閾值電壓與柵極開口徑有關(guān),有關(guān)1μm50V0.5μm法的缺點是工藝簡單,本錢較高。SEDFED,即外表傳導(dǎo)電子放射顯示器(surface-conductionelectron-emitterdisplay,SED)型,是日本佳能(Canon19964[5]10nm左右的PdO10nm10VPdO膜上的電子將向另外一側(cè)PdO此時給陽極加上高電壓時,則一局部跳出來的電子將轉(zhuǎn)變方向到陽極,激發(fā)陽極上的熒光粉而發(fā)光。陽極電壓一般比較高,約為6kV左右。SED功耗比彩色LCD大,但是比彩色PDP小,亮度比彩色PDP大。由于SED顯示器不需要放射電子束,從而使厚度可以LCD和PDPSED最主要的特點就是比照度較高,這是由它的發(fā)光原理打算的。目前公布的比照度為8,600:110,SED就完全可以實現(xiàn)大屏幕,因此被譽(yù)為將來很有前景的平板顯示器之一。但該構(gòu)造電子離散角大,區(qū)分率低。BSD(ballistic-electronsurface-emittingdevice,BSD5推出的。BSD放射電子冷陰極不用Spindt型的微尖構(gòu)造,而是承受金屬薄膜間的電位所產(chǎn)生的電場來加速電子,成為彈道電子進(jìn)入納米硅中,穿過氧化膜隧道,從外表層放出電子,故稱BSD[6]。其優(yōu)點是:(120V;(2)功耗為PDP1/3;(3)亮20,000cd/m2;(4500:1;(5)制作工藝簡潔;(6)真1Pa;(7)性能穩(wěn)定,壽命長。(carbonnanotube,CNT6所示,主要就是利用了CNTs優(yōu)異的放射電子特性制成了陰極。將整齊排列生長的CNTsCNTs構(gòu)成場放射陰極,然后制備成三極管型構(gòu)造[7于CNTs放