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 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 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 表1 SED与CNT FED技术差异 表2 各种显示技术性能比较 在成本上,根据Canon与Toshiba表示,SED面板的驱动电路材料成本与LCD面板相近,而面板本身的材料成本则与PDP相当,因此整体而言相较LCD与PDP,具有成本上的优势。而在量产初期固定成本较高,不过Canon与Toshiba则计画在2010年以前削减此部分的成本,以与其他技术竞争。 2.奈米碳管场发射在背光模组的发展 在奈米碳管场发射背光模组的发展上,目前韩国Samsung Corning、LG Electronics等都有投入开发,而台湾工研院电子所也将原先开发出奈米碳管场发射背光模组样品。而日本日机装株式会社也於2005年1月展示奈米碳管场发射背光模组样品。 日机装与日本Displaytech21公司於2005年1月联合开发出使用奈米碳管的液晶面板背光模组。此次展出的样品画面尺为3寸。技术原理为将涂布有奈米碳管做为阴极的玻璃基板,与涂布萤光材料後形成阳极的玻璃基板,隔开一定的空间重叠起来,将奈米碳管用作电子放射源,将放射出的电子照射击到萤光材料上,就能发出白光。所使用的奈米碳管直径为20NM,为一种在一根奈米碳管中装有外径更小的奈米碳管的多层奈米碳管。开始发光时的电场强度为0.74V/um,比之前一般在1~2V/um左右还低,由於能够降低发光的电场强度,因此就能降低施加在奈米碳管与正电极之间的电压,达到降低耗电量的目的。在做为32寸TFT LCD背光源时,亮度为10.000cd/m2下发光时约为60W,与使用冷阴极灯管(CCFL)与发光二极体(LED)相比,耗电量更低。预计2006年度达到实用水平时,目标是现实亮度30,000cd/m2、寿命50,000小时。在应用上则是以手机和车载终端产品用的中小尺寸液晶面板,将来将计画向大萤幕液晶电视和照明设备等大型产品领域发展。 厂商动态 1、伊势电子 2、Canon/Toshiba
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