场发射平板显示器件的灰度显示控制技术研究

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1、中山大学硕士学位论文第一章绪论场发射平板显示器(FieldEmissionDisplay，FED)是在研的新型平板显示技术之一，其发光原理与传统的阴极射线管显示器(CathodeRayTube，CRT)的发光原理相同，是以高能电子轰击红绿蓝(RGB)三基色荧光粉而发光。二者不同之处在于：CRT显示器采用一支热阴极电子枪来获得三束电子，采用电磁偏转系统来实现电子逐点轰击荧光屏上的荧光粉单元，实现图像显示；FED采用冷阴极来获得电子，以冷阴极电子源阵列结构代替CRT的电磁偏转系统，一个电子源对应一个荧光粉单元，通过控制冷阴极电子源阵列的工作，实现图像

2、显示。由于发光原理和实现图像显示的原理相似，场发射显示器将具备CRT高质量显示的性能，比如高亮度、宽视角、彩色还原性好等，因此FED受到国内外研究机构和公司的关注，投入力量开展技术攻关。本论文以碳纳米管冷阴极FED器件(简称CNT．FED)为对象，开展灰度显示技术研究。1．1场发射平板显示技术研究概述1928年Fowler和Nordheim基于金属材料建立了场发射理论模型11J，1956年Murohy和Good完善了上述模型，即提出较接近实验现象的经典镜像力模型l卫。20世纪60年代以来，由于半导体技术的飞速发展，人们逐渐把场发射理论应用于半导体

3、，但其大体理论框架并没有改变。不过相对于金属来说，其理论己涉及到了能带弯曲问题，其中金刚石类场发射由于实验上的成功，理论研究因而显得相对成剥孓“】。基于应用价值，最近掺杂半导体合金场发射理论【7t8l也引起了人们关注。但上述理论都是沿用FoN模型做出部分改进，并没有突破其理论的经典局限性。利用场致电子发射现象来获得电子发射的结构，人们称为冷阴极。冷阴极在真空微电子器件中有重要应用。例如行波管、x射线管、扫描电镜、平板显示器、发光管、平面光源等。冷阴极的发展经历了三个阶段：Spindt型冷阴极(例如硅微尖电子源)、薄膜型冷阴极(例如金刚石薄膜电子源

4、、印刷型复合材料电子源)和纳米材料冷阴极(例如碳纳米管冷阴极、一维纳米材料冷阴极)，其中纳米冷中山大学硕士学位论文阴极是目前的研究热点。场发射平板显示器冷阴极应用的重要内容之一，它的技术研究发展历程与冷阴极相似。第一代FED器件是基于Spindt结构的冷阴极，其制备技术依赖于微加工技术，制作成本高【91。为了解决第一代Spindt结构FEDqj存在的问题，人们进行了广泛的尝试1101，例如金刚石薄膜和类金刚石薄膜冷阴极的FED、印刷型复合材料冷阴极FED等。金刚石薄膜具有低的电子亲和势、稳定的化学和物理特性、高熔点和好的热导性能【11J，实验表明

5、阈值电场强度约为2x105V／cm，阴极电流密度100mA／cm2【11】，因此它可以实现低电场电子发射的薄膜型冷阴极，但是由于无法实现低温大面积制备，使得这类材料难于得到实际应用f12】。20世纪90年代，随着碳纳米管材料的发现【13】，一维纳米材料冷阴极在FED中的应用成为关注点，国内许多研究机构和公司投入相关的研究。下面举例说明国内外FED技术的研究进展情况。1998年美国Pixtech公司有小批量12．7cIIl(5inch)彩色FED显示器面市1141。美国的FEPET研制基于金刚石薄膜的FED，其目标是大尺寸超薄壁挂式电视【14】。英

6、国PFE是一家拥有该公司自主开发的使用可印刷阴极的FED技术的企业，该公司采用可印刷的阴极，避免微尖式的阴极结构，显著降低了成本，并易于制作大尺寸面板。2003年PFE在制作均匀性FED面板上有了新的突破，并且该面板在FPDInternational2003的会场上进行了演剥15l。在这之前的面板由于阴极发射的电子中的一部分冲撞相邻象素的荧光体的原因存在着均匀性差的问题。此次PFE通过在阴极上安装开有孔、厚度0．7mm的玻璃板，从而使从阴极发射的电子向正上方前进。玻璃板上的孔是利用喷沙工艺形成的，这些孔与各象素相对应。另外还可以减小阴极电压变动对

7、于电子的状态的影响，因此可以提高Pixel内亮度的均匀性。三星公司的“先进技术研究机构”(SamsungAdvancedInstituteofTechnology，S触T)开展CNT-FED研制(图1—1所示)，1999年推出了全世界第一个9．06英寸的彩色CNT阴极FED并发表了其规格【161，最近又报道了采用CNT阴极的31．89英寸FED屏【10l。日本ISE公司展示了40英寸FED样机。这些样品的技术尚未成熟，碳纳米管场致发射阴极的均匀性和稳定性目前达到高画质指标还有距离，因此尚未进入量产阶段。日本佳能公司开展表面传导发射显示器2中山人学

8、硕士学位论文(Surface．conductionElectron．emitterDisplay，SED)研制，2005年在SID会E展