从2007 SID年会看场致发射显示器(FED)的发展前景

SID2007概况

每年5月，由显示协会(sid)组织的世界规模的显示技术讨论会与展览会在美国西海岸的一个城市举行，今年的第45届SID年会在美国加州长滩(Long Beach)会议中心举行。会议共收到论文摘要702篇，其中有489篇入选本届讨论会。489篇论文中有279篇在67场专题报告会中口述，其余210篇于5月23号下午集中在一个大厅中，以张贴形式发表，作者与读者进行面对面讨论。令人鼓舞的是全部论文中有24％的作者是学生。提交论文的国家和地区数为2l，论文数分布如下：韩国23％，美国22％，日本19％，台湾地区16％，德国4％，我国大陆地区在会上发表的论文数为4篇。

这次论文报告会共举行了67场，按专题区分分布如下：LCD 22场；OLED 12场；显示器件制造工艺5场；PDP4场；显示电子学4场；背光源4场；投影显示3场；FED 2场，三维显示2场；标准与计量2场，医用显示2场；电子纸2场；其它专题各1场(共13场)。

可见，LCD、OLED是这次报告会与展览会的主角，由于LCD、PDP、OLED已有专文报导，这儿只从FED这一个侧面进行介绍。

FED是利用高电场将电子从发射微尖或微间隙中拉出来，电子进入真空后，被加速，轰击荧光粉发光，被认为是下一代的平板显示器。由于生产成本偏高，目前尚未能如CRT、LCD进入大众娱乐行业，而只局限在军用、医用、车载或特殊工业用，但是从本次SID大会上可以见到一些可喜的动向。

FED的基础工艺与特点

FED的基础工艺有三大部分：

(1)真空工艺：包括真空包装，上、下玻璃板间的支撑、吸气剂、表面处理、真空封接材料。

(2)光电子、半导体工艺：包括荧光粉，荧光粉的涂敷，保护荧光粉不受离子轰击的膜层。

(3)微、纳米制造工艺：包括场发射阵列、电极结构形成，聚焦电极、场发射控制，防止放电的结构。

字符或小点阵显示，可采用低电压荧光粉，这时极间间隙约0.2mm，已证明FED在低电压工作下，寿命足够；对于全彩色显示FED，为了获得足够的亮度与寿命，工作电压约3kV，为了保证色纯，需增加聚焦电极。

与CRT-TV、PDP-TV、LCD-TV相比，FED－TV的功耗是最小的。所以FED具有薄平板(厚度约2～3mm)、自发光、无图像畸变、大视角(约170°)、快响应，低功耗的特点。

Spindt型微发射FED的生产已初具规模

Spindt型FED厚度为2～3mm，阴极、门电极和聚焦极由铌(Nb)制成，发射微尖材料为钼(Mo)，阳极材料为铝(A1)。如图3所示。

3英寸彩色FED的屏尺寸为30x70mm、像素数为1 84x80xRGB，亮度为600cd／m2、功率为4W，用于汽车发动机显示器。经过23000h使用后，钼微尖完好如初。进一步减小门极开口直径，可获得更大的电流密度或降低驱动电压；采用新型发蓝光荧光粉AIN:Eu后，与常用发蓝光荧光粉Y2SiO3:Ge相比较，色域更宽，老化寿命可增加一个数量级。对于Y2SiO3:Ge荧光粉轰击电荷量累计达到120C／cm2时，亮度已降为初始值的50％，而对于AIN:Eu，这个值为1200C／cm2(C是库仑)。

Spindt型FED最适合中、小型显示屏，单色FED已进入市场，全彩色型FED已开始启动大生产。

26英寸纳米Spindt型FED现身展览会

在展览会上，Field Emissinon Technologies公司展出了26英寸的彩色的Spindt型的FED屏，与并列的LCD相比，呈现了优越的动态图像特性。该公司的资料报导，19.2英寸纳米量级Spindt型彩色FED原型的指标如下：

屏尺寸　391293.76mm

分辨率 1280960(点)，节距0.306mm

亮度400cd／m2

对比度 大于20000:1

显示器尺寸 500(宽)350(高)55(厚)mm

纳米Spindt型FED的特点是微尖为纳米量级，可以用类似TFT工艺制造高密度微尖阵列，使得每个像素中包含有上万个纳米微尖。

碳纳米管(CNT)场致发射显示CNT-FED)屏的均匀性获最大突破

碳纳米管以其优异的场致发射特性和可以用较简单工艺制造大尺寸发射阵列，特别适于用制造大尺寸FED显示屏，但由于均匀性的限制，一直未能进入高质量图像显示市场。

法国研究人员采用将触媒体层光刻成所需的图案，在其上生长出CNT。每个沟道宽121μm，间距25μm，每个沟道中有10个4.5μm×4.6μm触媒生长点。20个沟道组成一个子像素，所以每个子像素中含有200个触媒生长点，每个彩色像素中含有600个触媒生长点。

每个触媒生长点与其上的门极孔用自对中工艺形成，如图6所示：将光刻胶涂在门电极金属层上，光刻出沉积触媒点的小孔(1)；将金属层、绝缘层光刻穿透，直至阴极层(2)；通过门电极孔将触媒沉积在阴极上(3)I除去光刻胶(4)，之后便可以在触媒点上生长CNT了。

已制出6英寸的试验屏，将来的目标是生产分辨率为1920×1080，可显示全彩色HDTV图像的52英寸宽屏FED-TV

6英寸试验屏的性能指标如下：

像数尺寸：3200mm×600mm

每个像素中包含的发射点数：600

灰度等极：256

占空比：1／312.5

阳极电压／极间间隙：4kV／1mm

峰值电流密度：4.5mA／cm2

短程不均匀性：白场下为3％

显示流明效率(带黑矩阵)：3.11m／W

峰值亮度(不带中性滤光片)：白场下600cd／m2

主要工艺特点为：

(1)保持极间距为1mm情况下，将阳极电压从3kV提高到4kV，以获得为显示HDTV图像所需的发射电流密度。阳极电压提高后容易发生电击穿。容易发生电击穿的地方是真空封接边缘，将阳极高压面积缩小到成像区，这样可使高压区远离不齐的封接边缘；另一个措施是在阴极绝缘面上涂一层电阻层，以避免由于充电而导致电击穿。

(2)阴极发射电流密度的短程不均匀性在峰值电流密度6mA／cm2情况下为3％。商品CRT屏和LCD屏的短程不均匀性分别为2％和3.5％，所以CNT-FED屏的亮度短程均匀性已达到显示高质量图像的要求。

以上成就预示着CNT-FED作为下一代低价位高显示质量屏是具有很大发展潜力的。

表面电子传导场致发射显示(SED)屏正等待东山再起

由佳能公司与东芝公司联合开发的SED显示器在2005年SID展览会上再次现身后，曾引起世人的注目，佳能与东芝并宣布准备组厂生产。但是在LCD大屏显示器的性价比一再提高的外界压力下，生产日期一再延后。2006年再次宣布将于2007年1季度投产55英寸SED。由于发生了与美国公司专利纠纷，虽然胜诉，但是限制其SED只能在日本销售，所以佳能近日宣布无限期推迟55英寸SED生产日期。

表面电子传导场致发射显示(SED)的基本原理是在电极间形成一系列纳米量级的微间隙，从而只要在极间施加几十伏电压，便可引起显著的场致发射。

台湾交通大学在SID fed专场报告会上宣布，采用聚焦离子束可以在50nm钯(Pd)层上刻出了30～90nm间隙，测得其场致发射的启动电压分别为50V、175V。但将90nm间隙钯层，在氢气下辉光放电2分种后，90nm间隙电极的场致发射启动电压可以降低到30V。其机理为由于放电，使间隙粗糙化，形成电场集中的微尖，有利于产生场致发射。

从2007 SID FED专场报告会上可以看到，无论是spindt型微尖、触媒定点生长CNT、涂敷式CNT，还是新的SED加工艺都有人在研究改进，共同的目标是要把FED发展成为下一代的可被市场承认的平板显示器，因为FED具有目前已商品化平板显示器不可兼得的优异显示特性。而在节约能源已成为世界性关注问题的今天，FED-TV的低功耗特性就显得更加突出了，因为电视机是要进入亿万家庭的。