场发射显示器

场发射显示器

FED英文全称是Field Emission Display，即场致发射显示器。依电子发射源而分，FED又可分为CNT（碳纳米管型）、SED（表面传导型）、Spindt（圆锥发射体型）、BSD（弹道电子放射型）等类型。目前最为看好的应用主要是CNT和SED两大技术体系。

引 言
过去FED在发展上遭遇颇多瓶颈,但是从奈米碳管技术应用逐渐浮上楼面,而CANON与TOSHIBA两家公司也合资以SED技术进行开发的种种迹象看来,FED的末来仍有其潜力.

各种平面显示器技术在画质、成本等皆取代CRT为发展的目标,而场发射显示器(Field emission display,FED)则以CRT技术的延伸来发展,意图以CRT的优点来抢占此一市场,虽然在概念上虽有与CRT类似之处,但由於在结构,材料上与CRT技术完全不同,因此发展起来的仍遭遇许多瓶颈.不过在使用奈米碳管技术应用在场发射显示技术上逐渐有较大的突破与发展,再加上Canon与Thoshib利用表面传导发射电子的理论发SED技术，於2004年月10月合资成立新公司从事SED面板的开发、制造与销售，预计於2005年8月开始量产，让人期待FED技术的新转机。

FED技术原理与发展
场发射电极理论最早是在1928年由R.H.Eowler与L.W.Nordheim共同提出，不过真正以半导体制程技术研发出场发射电极元件，开启运用场发射电子做为显示器技术，则是在1968年由C.A.Spindt提出,随後吸引後续的研究者投入研发.

不过,场发射电极的应用是到1991年法国LETI CHENG公司在第四届国际真空微电子会议上展出一款运用场发射电极技术制成的显示器成品之後,场发射电极技术才真正被注意,并吸引Candescent、Pixtech 、Micron、Ricoh、Motorola、Samsung、Philips等公司投入，也使得FED加入众多平面显示器技术的行列。

在场发射显示器的应用，发射与接收电极中间为一段真空带，因此必须在发射与接收电极中导入高电压以产生电场，使电场刺激电子撞击接收电极下的萤光粉，而产生发光效应。此种发光原理与阴极射线管（CRT）类似，都是在真空中让电子撞击萤光粉发光，其中不同之处在CRT由单一的电子枪发射电子束，透过偏向轨（Deflation Yoke）来控制电子束发射扫瞄的方向，而FED显示器拥有数十万个主动冷发射子，因此在构造上FED可以达到比CRT节省空间的效果。其次在於电压部分，CRT大约需要15~30KV左右的工作电压，而FED的阴极电压约小於1KV。

虽然FED被视为可取CRT的技术，不过在发展初期却无法与CRT的成本相比，主要原因是场发射元件的问题。最早被提出的Spindt形式微尺寸阵列虽然是首度实现发射显示的技术，但它的阵列特性却限制显示的尺寸，主要原因是它的结构是在每个阵列单元上包含一个圆孔，圆孔内含一个金属锥，在制作过程中微影与蒸镀技术均会限制尺寸的大小。

解决之道是采用取代Spindt场发射元件的技术.1991年NEC发表一篇有关奈米碳管的文章後,研究人员发现以奈米结构合成的石墨,或是奈米碳管作为场发射元件能够得到更好的场发射效率,因此奈米碳管合成技术成为FED研发的新方向.

目前在奈米碳管场发射显示器领域,以日本伊势电子与韩国Samsung投入较早,而SONY、日立、富士写真、Canon、松下、Toshiba、Nikon与NEC等厂商也以提出与奈米技术相关的专利申请，其中又以奈米碳管为主要的研发项目.

在大尺寸场发射显示面板则首推日本伊势电子，该公司曾使用化学气相沈积法成功制作出14.5寸的彩色奈米碳管场发射显示器，其亮度达10,000cd/m2.另外，韩国Samsung也发表单色、600cd/m2的15寸奈米碳管场发射显示器，并计画发展使用在电视机的32寸奈米碳管场发射显示器，成功实现100伏特以下的低电压驱动结果。

1.Canon 与Toshiba开发SED电视
在场发射显示器技术上，Canon 与Toshiba则是开发表面传导电子发射显示器（Surface-conduction Electron-emitter Display.SED）,SED的技术原理主要是利用表面传导发射电子的理论。SED与CNT FED的不同点在於，SED具有较小的驱动电压、不用蒸焦电极，以及较高均匀亮度等优点。不用聚焦电极可以有效降低制程成本,亮度均匀性则是厚膜式FED的问题,因为厚膜不均匀表示每个画素在相同电压下,流遇的电流是不相等的,则导致画面上有亮度不均匀现象.

表1 SED与CNT FED技术差异
技术SEDCNT FED
优
点1发射源效能较均一，亮度较为均匀。
2驱动电压较小
3不需要聚焦电极。1发射效率较高。
2结构建军构较易。
缺
点1裂缝控制不易，造成良率提升困难。
2电子发射效率较差。1发射源控制不易，亮度亦不均匀。
2驱动电压高。
3电子束易扩大，需要聚焦电极。

表2 各种显示技术性能比较
技术FEDLCDPDPCRT
消费电力◎○△△
重量◎◎◎△
尺寸-○◎○
精细度◎◎○◎
操作环境◎○○◎
亮度◎○○◎
协调◎○○◎
色纯度◎◎○◎
反应速度◎△◎◎
视角◎△◎◎
制程-△○◎
材料成本-△○◎
驱动电路◎◎△◎