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FED显示技术及其制作工艺探究

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王惠

【摘要】众所周知，显示技术是指利用电子技术提供变换灵活的视觉信息的技术。至今，大家已熟知CRT、LCD、PDP、OLED（含AMOLED）、激光、投影显示等。基于不同的物理原理随之诞生了不同的显示器件。有源显示器件是器件自身发光；无源显示器件是靠外部光源的照射而实现显示。FED（FieldEmissionDisplay），即场致发射显示器，属於自发光显示器件，它在功耗、对比度、画质等不同参数对比项目中甚至优于LCD或PDP，本文重点介绍这种显示技术原理及其制作工艺。

【关键词】FED；工艺流程；阴极；阳极

1FED的技术原理

场致电子发射又称为冷电子发射，简单概括为在阴极表面加一个强电场，此外不需要任何附加能量，阴极内的电子在该强电场作用下具备足够能量后从表面逸出，形成电子发射。其一个重要应用就是FED（fieldemissiondisplay，场致电子发射显示器）。其原理是强电场迫使电子从发射阴极（cathodeemitter）材料的尖端释放，电子在阳极电场加速后轰击屏幕上的荧光粉，激发荧光粉而发光，每一个荧光点后面有成千上万个极小的电子发射器，FED依靠场发射技术实现电子发射源，不用热能，取代了CRT显像管中的热电子枪，场发射电子束的能量分布范围比传统热电子束更窄而且具有较高的亮度，可用此技术实现设计和制作平面显示器。

2FED显示的优点及发射形式

FED具有高发光效率、动态响应快与彩色良好等优点，无需背光源、滤光膜、偏光片或其他光学薄膜等成像辅助器件，故FED的结构比LCD简单，响应速度更快，视角更大，对环境温度要求不像LCD那样严格。其优点如下：1）可减少背光模组之耗能，可达到大於20000：1的高对比度。2）FED利用萤光粉的自发光性，视角宽，在大视角下依然能维持高色彩品质。3）操作温度范围大，高耐环境性。4）可表现高色纯度与色再现性。5）可节省热发射的加热功耗，因此电力消耗低，发光效率高。

FED场致电子发射的形式大体上可分为以下三种：尖端外场致电子发射；介质薄膜（介质涂层）内场电子发射；碳纳米管场致电子发射。

3FED显示器件制作工艺流程

FED显示面板基本结构如图1，在三极型FED中，栅极电压产生的电场决定了阴极电子发射的强弱，均匀性主要受以下因素影响（直接影响画质及分辨率）：阴极与栅极之间的间距，栅孔直径，阴极材料等方面，荧光粉的均匀制作等。

图1三极型FED结构示意图

FED显示器件的制作结点在于阴极板和荧光粉板的对合、老练。阴极板的工艺流程为：阴极电极→介质层→栅极电极→旋转制作过渡层→微锥尖制作（难点）。荧光粉板的工艺流程为：黑条→荧光粉。

理想的场制发射器件具有以下结构：

（1）很细的微锥尖；（2）阴极材料具有低的功函数，有利于电子发射；（3）阴极材料熔点高能经受高温考验；（4）小的栅极开口有利于增加电场强度；（5）致密的介质层防止电极之间的漏电或击穿。

3.1FED阴极板制作

FED阴极板制作包括了基板玻璃的选择和清洗工艺、阴极板上的电极制造工艺、镀膜工艺、阴极制造工艺。

（1）微锥尖（Nano-Spindt），其结构采用了新型的技术来制备（基于薄膜技术与半导体微加工技术制备而成），采用镀膜、蚀刻法；（2）基板，承载薄膜和浆料及隔绝空气。故要求光滑且强度一定、并应对热膨胀、承受一定的压强，通常选择高拐点玻璃；（3）隔离子的配置以及在两个基板上的位置都需要优化，以防显示屏发生形变；（4）排气孔，用于抽出屏内的空气。

其中电极制造工艺为镀膜、印刷、腐蚀三个过程。镀膜工艺包括镀金属膜和镀绝缘膜。

3.2FED阳极板制作

荧光粉板由基板、阳极和荧光粉层组成，能产生可见光。荧光粉板使用的基板与阴极板相同，FED使用的荧光粉是电子激发型，栅极和阳极的距离尽量短以聚焦。由于阳极电压较高（高达数万伏特），阳极与栅极的距离要足够大以免发生击穿现象。

（1）黑条：蒸镀黑色材料，利用光刻蚀工艺制成黑色条框，用于提高对比度，限定荧光粉相互混色；（2）R、G和B荧光粉：分别印刷具有感光性的某一种颜色荧光粉浆料，然后曝光（非接触方式）显影，去除另外两种颜色粉位置上的荧光粉；（3）阳极：在荧光粉层上蒸镀一层金属Cr，再蒸镀一层C，最后蒸镀一层铝膜形成阳极，该电极使用公共电极的方式引出。

3.3FED隔离子（支撑柱）制作

隔离子主要保证阴极板和荧光粉板两板间距均匀，起支撑隔离作用，一般为陶瓷材料，其高度决定栅、阳两极之间距离。FED这种高真空器件，隔离子支撑基板防止大气压使基板变形或破碎，因此，隔离子材料须满足高真空和耐压缩的要求。隔离子的宽度只有数十微米，由于隔离子部位不能发光，太宽也会减少发光区域，隔离子的高度也通常小到um级，阳压越高，