從２００７ ＳＩＤ年會看場致發射顯示器（ＦＥＤ）的發展前景

SID2007概況

每年5月，由顯示協會(SID)組織的世界規模的顯示技術討論會與展覽會在美國西海岸的一個城市舉行，今年的第45屆SID年會在美國加州長灘(Long Beach)會議中心舉行。會議共收到論文摘要702篇，其中有489篇入選本屆討論會。489篇論文中有279篇在67場專題報告會中口述，其余210篇于5月23號下午集中在一個大廳中，以張貼形式發表，作者與讀者進行面對面討論。令人鼓舞的是全部論文中有24％的作者是學生。提交論文的國家和地區數為2l，論文數分布如下：韓國23％，美國22％，日本19％，臺灣地區16％，德國4％，我國大陸地區在會上發表的論文數為4篇。

這次論文報告會共舉行了67場，按專題區分分布如下：LCD 22場；OLED 12場；顯示器件制造工藝5場；PDP4場；顯示電子學4場；背光源4場；投影顯示3場；FED 2場，三維顯示2場；標準與計量2場，醫用顯示2場；電子紙2場；其它專題各1場(共13場)。

可見，LCD、OLED是這次報告會與展覽會的主角，由于LCD、PDP、OLED已有專文報導，這兒只從FED這一個側面進行介紹。

FED是利用高電場將電子從發射微尖或微間隙中拉出來，電子進入真空后，被加速，轟擊熒光粉發光，被認為是下一代的平板顯示器。由于生產成本偏高，目前尚未能如CRT、LCD進入大眾娛樂行業，而只局限在軍用、醫用、車載或特殊工業用，但是從本次SID大會上可以見到一些可喜的動向。

FED的基礎工藝與特點

FED的基礎工藝有三大部分：

(1)真空工藝：包括真空包裝，上、下玻璃板間的支撐、吸氣劑、表面處理、真空封接材料。

(2)光電子、半導體工藝：包括熒光粉，熒光粉的涂敷，保護熒光粉不受離子轟擊的膜層。

(3)微、納米制造工藝：包括場發射陣列、電極結構形成，聚焦電極、場發射控制，防止放電的結構。

字符或小點陣顯示，可采用低電壓熒光粉，這時極間間隙約0.2mm，已證明FED在低電壓工作下，壽命足夠；對于全彩色顯示FED，為了獲得足夠的亮度與壽命，工作電壓約3kV，為了保證色純，需增加聚焦電極。

與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(厚度約2～3mm)、自發光、無圖像畸變、大視角(約170°)、快響應，低功耗的特點。

Spindt型微發射FED的生產已初具規模

Spindt型FED厚度為2～3mm，陰極、門電極和聚焦極由鈮(Nb)制成，發射微尖材料為鉬(Mo)，陽極材料為鋁(A1)。如圖3所示。

3英寸彩色FED的屏尺寸為30x70mm、像素數為1 84x80xRGB，亮度為600cd／m²、功率為4W，用于汽車發動機顯示器。經過23000h使用后，鉬微尖完好如初。進一步減小門極開口直徑，可獲得更大的電流密度或降低驅動電壓；采用新型發藍光熒光粉AIN:Eu后，與常用發藍光熒光粉Y₂SiO₃:Ge相比較，色域更寬，老化壽命可增加一個數量級。對于Y₂SiO₃:Ge熒光粉轟擊電荷量累計達到120C／cm²時，亮度已降為初始值的50％，而對于AIN:Eu，這個值為1200C／cm²(C是庫侖)。

Spindt型FED最適合中、小型顯示屏，單色FED已進入市場，全彩色型FED已開始啟動大生產。

26英寸納米Spindt型FED現身展覽會

在展覽會上，Field Emissinon Technologies公司展出了26英寸的彩色的Spindt型的FED屏，與并列的LCD相比，呈現了優越的動態圖像特性。該公司的資料報導，19.2英寸納米量級Spindt型彩色FED原型的指標如下：

屏尺寸 391293.76mm

分辨率 1280960(點)，節距0.306mm

亮度400cd／m²

對比度 大于20000:1

顯示器尺寸 500(寬)350(高)55(厚)mm

納米Spindt型FED的特點是微尖為納米量級，可以用類似TFT工藝制造高密度微尖陣列，使得每個像素中包含有上萬個納米微尖。

碳納米管(CNT)場致發射顯示CNT-FED)屏的均勻性獲最大突破

碳納米管以其優異的場致發射特性和可以用較簡單工藝制造大尺寸發射陣列，特別適于用制造大尺寸FED顯示屏，但由于均勻性的限制，一直未能進入高質量圖像顯示市場。

法國研究人員采用將觸媒體層光刻成所需的圖案，在其上生長出CNT。每個溝道寬121μm，間距25μm，每個溝道中有10個4.5μm×4.6μm觸媒生長點。20個溝道組成一個子像素，所以每個子像素中含有200個觸媒生長點，每個彩色像素中含有600個觸媒生長點。

每個觸媒生長點與其上的門極孔用自對中工藝形成，如圖6所示：將光刻膠涂在門電極金屬層上，光刻出沉積觸媒點的小孔(1)；將金屬層、絕緣層光刻穿透，直至陰極層(2)；通過門電極孔將觸媒沉積在陰極上(3)I除去光刻膠(4)，之后便可以在觸媒點上生長CNT了。

已制出6英寸的試驗屏，將來的目標是生產分辨率為1920×1080，可顯示全彩色HDTV圖像的52英寸寬屏FED-TV

6英寸試驗屏的性能指標如下：

像數尺寸：3200mm×600mm

每個像素中包含的發射點數：600

灰度等極：256

占空比：1／312.5

陽極電壓／極間間隙：4kV／1mm

峰值電流密度：4.5mA／cm²

短程不均勻性：白場下為3％

顯示流明效率(帶黑矩陣)：3.11m／W

峰值亮度(不帶中性濾光片)：白場下600cd／m²

主要工藝特點為：

(1)保持極間距為1mm情況下，將陽極電壓從3kV提高到4kV，以獲得為顯示HDTV圖像所需的發射電流密度。陽極電壓提高后容易發生電擊穿。容易發生電擊穿的地方是真空封接邊緣，將陽極高壓面積縮小到成像區，這樣可使高壓區遠離不齊的封接邊緣；另一個措施是在陰極絕緣面上涂一層電阻層，以避免由于充電而導致電擊穿。

(2)陰極發射電流密度的短程不均勻性在峰值電流密度6mA／cm²情況下為3％。商品CRT屏和LCD屏的短程不均勻性分別為2％和3.5％，所以CNT-FED屏的亮度短程均勻性已達到顯示高質量圖像的要求。

以上成就預示著CNT-FED作為下一代低價位高顯示質量屏是具有很大發展潛力的。

表面電子傳導場致發射顯示(SED)屏正等待東山再起

由佳能公司與東芝公司聯合開發的SED顯示器在2005年SID展覽會上再次現身后，曾引起世人的注目，佳能與東芝并宣布準備組廠生產。但是在LCD大屏顯示器的性價比一再提高的外界壓力下，生產日期一再延后。2006年再次宣布將于2007年1季度投產55英寸SED。由于發生了與美國公司專利糾紛，雖然勝訴，但是限制其SED只能在日本銷售，所以佳能近日宣布無限期推遲55英寸SED生產日期。

表面電子傳導場致發射顯示(SED)的基本原理是在電極間形成一系列納米量級的微間隙，從而只要在極間施加幾十伏電壓，便可引起顯著的場致發射。

臺灣交通大學在SID FED專場報告會上宣布，采用聚焦離子束可以在50nm鈀(Pd)層上刻出了30～90nm間隙，測得其場致發射的啟動電壓分別為50V、175V。但將90nm間隙鈀層，在氫氣下輝光放電2分種后，90nm間隙電極的場致發射啟動電壓可以降低到30V。其機理為由于放電，使間隙粗糙化，形成電場集中的微尖，有利于產生場致發射。

從2007 SID FED專場報告會上可以看到，無論是spindt型微尖、觸媒定點生長CNT、涂敷式CNT，還是新的SED加工藝都有人在研究改進，共同的目標是要把FED發展成為下一代的可被市場承認的平板顯示器，因為FED具有目前已商品化平板顯示器不可兼得的優異顯示特性。而在節約能源已成為世界性關注問題的今天，FED-TV的低功耗特性就顯得更加突出了，因為電視機是要進入億萬家庭的。