FED顯示技術(shù)及其制作工藝探究

王惠

【摘 要】眾所周知，顯示技術(shù)是指利用電子技術(shù)提供變換靈活的視覺信息的技術(shù)。至今，大家已熟知CRT、LCD、PDP、OLED（含AMOLED）、激光、投影顯示等?；诓煌奈锢碓黼S之誕生了不同的顯示器件。有源顯示器件是器件自身發(fā)光；無源顯示器件是靠外部光源的照射而實現(xiàn)顯示。FED（Field Emission Display），即場致發(fā)射顯示器，屬於自發(fā)光顯示器件，它在功耗、對比度、畫質(zhì)等不同參數(shù)對比項目中甚至優(yōu)于LCD或PDP，本文重點介紹這種顯示技術(shù)原理及其制作工藝。

【關(guān)鍵詞】FED；工藝流程；陰極；陽極

1 FED的技術(shù)原理

場致電子發(fā)射又稱為冷電子發(fā)射，簡單概括為在陰極表面加一個強電場，此外不需要任何附加能量，陰極內(nèi)的電子在該強電場作用下具備足夠能量后從表面逸出，形成電子發(fā)射。其一個重要應(yīng)用就是FED（field emission display，場致電子發(fā)射顯示器）。其原理是強電場迫使電子從發(fā)射陰極（cathode emitter）材料的尖端釋放，電子在陽極電場加速后轟擊屏幕上的熒光粉，激發(fā)熒光粉而發(fā)光，每一個熒光點后面有成千上萬個極小的電子發(fā)射器，F(xiàn)ED依靠場發(fā)射技術(shù)實現(xiàn)電子發(fā)射源，不用熱能，取代了CRT顯像管中的熱電子槍，場發(fā)射電子束的能量分布范圍比傳統(tǒng)熱電子束更窄而且具有較高的亮度，可用此技術(shù)實現(xiàn)設(shè)計和制作平面顯示器。

2 FED顯示的優(yōu)點及發(fā)射形式

FED具有高發(fā)光效率、動態(tài)響應(yīng)快與彩色良好等優(yōu)點，無需背光源、濾光膜、偏光片或其他光學(xué)薄膜等成像輔助器件，故FED的結(jié)構(gòu)比LCD簡單，響應(yīng)速度更快，視角更大，對環(huán)境溫度要求不像LCD那樣嚴(yán)格。其優(yōu)點如下：1）可減少背光模組之耗能，可達到大於20000：1的高對比度。2）FED利用螢光粉的自發(fā)光性，視角寬，在大視角下依然能維持高色彩品質(zhì)。3）操作溫度范圍大，高耐環(huán)境性。4）可表現(xiàn)高色純度與色再現(xiàn)性。5）可節(jié)省熱發(fā)射的加熱功耗，因此電力消耗低，發(fā)光效率高。

FED場致電子發(fā)射的形式大體上可分為以下三種：尖端外場致電子發(fā)射；介質(zhì)薄膜（介質(zhì)涂層）內(nèi)場電子發(fā)射；碳納米管場致電子發(fā)射。

3 FED顯示器件制作工藝流程

FED顯示面板基本結(jié)構(gòu)如圖1，在三極型FED中，柵極電壓產(chǎn)生的電場決定了陰極電子發(fā)射的強弱，均勻性主要受以下因素影響（直接影響畫質(zhì)及分辨率）：陰極與柵極之間的間距，柵孔直徑，陰極材料等方面，熒光粉的均勻制作等。

圖1 三極型FED結(jié)構(gòu)示意圖

FED 顯示器件的制作結(jié)點在于陰極板和熒光粉板的對合、老練。陰極板的工藝流程為：陰極電極→介質(zhì)層→柵極電極→旋轉(zhuǎn)制作過渡層→微錐尖制作（難點）。熒光粉板的工藝流程為：黑條→熒光粉。

理想的場制發(fā)射器件具有以下結(jié)構(gòu)：

（1）很細的微錐尖；（2）陰極材料具有低的功函數(shù)，有利于電子發(fā)射；（3）陰極材料熔點高能經(jīng)受高溫考驗；（4）小的柵極開口有利于增加電場強度；（5）致密的介質(zhì)層防止電極之間的漏電或擊穿。

3.1 FED陰極板制作

FED陰極板制作包括了基板玻璃的選擇和清洗工藝、陰極板上的電極制造工藝、鍍膜工藝、陰極制造工藝。

（1）微錐尖（Nano-Spindt），其結(jié)構(gòu)采用了新型的技術(shù)來制備（基于薄膜技術(shù)與半導(dǎo)體微加工技術(shù)制備而成），采用鍍膜、蝕刻法；（2）基板，承載薄膜和漿料及隔絕空氣。故要求光滑且強度一定、并應(yīng)對熱膨脹、承受一定的壓強，通常選擇高拐點玻璃；（3）隔離子的配置以及在兩個基板上的位置都需要優(yōu)化，以防顯示屏發(fā)生形變；（4）排氣孔，用于抽出屏內(nèi)的空氣。

其中電極制造工藝為鍍膜、印刷、腐蝕三個過程。鍍膜工藝包括鍍金屬膜和鍍絕緣膜。

3.2 FED陽極板制作

熒光粉板由基板、陽極和熒光粉層組成，能產(chǎn)生可見光。熒光粉板使用的基板與陰極板相同，F(xiàn)ED使用的熒光粉是電子激發(fā)型，柵極和陽極的距離盡量短以聚焦。由于陽極電壓較高（高達數(shù)萬伏特），陽極與柵極的距離要足夠大以免發(fā)生擊穿現(xiàn)象。

（1）黑條：蒸鍍黑色材料，利用光刻蝕工藝制成黑色條框，用于提高對比度，限定熒光粉相互混色；（2）R、G和B熒光粉：分別印刷具有感光性的某一種顏色熒光粉漿料，然后曝光（非接觸方式）顯影，去除另外兩種顏色粉位置上的熒光粉；（3）陽極：在熒光粉層上蒸鍍一層金屬Cr，再蒸鍍一層C，最后蒸鍍一層鋁膜形成陽極，該電極使用公共電極的方式引出。

3.3 FED隔離子（支撐柱）制作

隔離子主要保證陰極板和熒光粉板兩板間距均勻，起支撐隔離作用，一般為陶瓷材料，其高度決定柵、陽兩極之間距離。FED這種高真空器件，隔離子支撐基板防止大氣壓使基板變形或破碎，因此，隔離子材料須滿足高真空和耐壓縮的要求。隔離子的寬度只有數(shù)十微米，由于隔離子部位不能發(fā)光，太寬也會減少發(fā)光區(qū)域，隔離子的高度也通常小到um級，陽壓越高，隔離子高度就相應(yīng)增加，顯示器的發(fā)光效率也就提高；幾百伏--數(shù)萬伏特陽壓需要100um--1000um的隔離子就能滿足柵陽不被擊穿的要求，而高的柵陽間距會造成電子束散開，轟擊到熒光粉的電子斑也相應(yīng)增大。隔離子必須有很高的高度與寬度比值。一般的制作工藝為絲網(wǎng)印刷和噴砂法。

3.4 FED顯示屏的封接及除氣工藝

主要工藝流程為：除氣→封接框制作→玻璃打孔→對合→封接→抽真空→烤消除氣。在陰極玻璃基片上先接好排氣管，并在陰極發(fā)射面上放隔離子，且行列間距必須符合一定放置規(guī)則。在即將對合的陰、陽極基板玻璃的四個周邊涂覆滿只具有低熔點的玻璃漿料，并將電極引線留出，將這個兩基板玻璃整體進行干燥工藝后實施對合，再進封接室里加熱封接。下一步抽真空，針對封接屏進行抽氣封離；為保證屏內(nèi)的陰極電子發(fā)射的穩(wěn)定性，通常封離條件為1×10-4Pa真空，之后再進行烤消除氣，到此完成整個除氣過程。

3.5 FED顯示屏的測試及老練

類似于PDP顯示屏的制作，封接好的FED顯示屏還必須經(jīng)過測試及老煉工藝，這也是一般制屏工藝的最后一道工序。測試是指將封接好的屏安置在測試工裝上，接通測試電路，看它的整體性能，一般還會輸入幾個測試信號，看該屏是否顯示出理想的圖像，之后根據(jù)測試結(jié)果對屏的相關(guān)工藝進行調(diào)整和改進。老煉是將除氣后的FED顯示屏再經(jīng)必要的電氣處理，使之達標(biāo)，其作用是充分激活陰極，穩(wěn)定發(fā)射，對屏內(nèi)電極進一步除氣，提高電極間絕緣強度，以達到穩(wěn)定FED的電氣和高頻性能。

4 總結(jié)

綜上，對FED顯示技術(shù)的基本原理和特點以及制作工藝已有一定介紹，在高度信息化和技術(shù)突飛猛進的時代變革中，望在顯示技術(shù)領(lǐng)域中能更加深入的研究場致電子發(fā)射顯示器FED的驅(qū)動技術(shù)、發(fā)射電子源新材料、新工藝，探索FED顯示系統(tǒng)深層結(jié)構(gòu)、開辟相關(guān)材料的創(chuàng)新應(yīng)用，這些將無疑對顯示技術(shù)的發(fā)展和進步是具有一定貢獻和作用的。

【參考文獻】

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[責(zé)任編輯：楊玉潔]