现代显示技术概述.doc

现代显示技术概述（信息学院 电子科学与技术专业XXX XXXXXXX）摘要：现代显示屏主要有阴极射线管（CRT）显示器、液晶显示器（LCD）、场发射显示器（FED）、LED显示屏等。通过显示原理的对比，场发射显示器集具有很大的发展潜力，有望成为数字电视时代显示器件的主流。对不同类型的阴极场发射阵列（FEA）进行比较，认为碳纳米管薄膜阴极是目前最有希望实现FED 市场化的场发射体。关键词：场发射显示器 碳纳米管 阴极结构3引言电子显示与人类的生活息息相关， 显示技术在市场的牵引下也蓬勃发展。显示器的种类很多，它们在技术上和市场上各有优势， 分别应用到不同的领域，其中应用最多、最具有代表性的显示器有阴极射线管（ CRT） 、液晶显示器（ LCD）及场致电子发射显示器（ FED） 。1 常见显示器的显示原理和优缺点1.1 阴极射线管它由电子枪、偏转线圈、荧光屏3 部分组成。接通电源后，阴极被加热，电子枪发射出电子束， 电子束在偏转线圈所产生的磁场的作用下，轰击相应的荧光屏上的荧光粉而使其发光，从而完成将电信号转化成光信号的过程， 显示出相应的图像。CRT具有生产工艺成熟、产量巨大、价格便宜，因高亮度、全彩色、高分辨、对比度好而具有高画质， 寻址方式简单、响应速度快、温度特性好、视角宽。但是由于CRT 体积庞大、重量大、阳极电压高、功耗大及工作时产生X 射线和电磁辐射等导致市场份额不断下降1。1.2 液晶显示器 液晶被两块内表面镀有ITO 透明导电膜的玻璃封装，即可制成液晶显示器。在透明导电膜表面涂有定向膜， 使液晶分子按一定方向排列，在有电流通过或电场改变时，液晶分子的排列会发生变化，从而改变对光的反射、透射等光学性质。液晶显示成像正是利用液晶的这种性质，通过控制外部电压而控制液晶的光线光程， 利用光的偏振干涉实现光线透射、半透射或全暗，从而使背光向前发散的明暗得以控制，显示出图像2。LCD具有功耗低、寿命长（ 约为等离子显示器的2 倍3） 、体积小、无电磁辐射、图像无闪烁无失真、显示信息量大，以及色彩柔和等优点，但是成本比CRT高，显示高速画面时可能出现拖尾现象， 存在坏点等一系列因素制约着LCD 的发展。尽管如此，LCD 技术的不断完善，使其在市场上极具竞争力，在中小型显示领域有取代CRT 之势。1.3 场发射显示器 场致电子发射显示器（ FED） 是自1990 年代中期以来得到迅速发展的一种新的平板显示器。其基本原理和CRT 类似， 但和CRT 利用灯丝的加热升温使电子获得足够能量而逸出灯丝的热发射不同，FED 通过外加电场使电子克服导体表面的势垒而逸出形成冷发射。FED 结合了CRT 的高画质4和其他平板显示的优点，在亮度、分辨率、响应速度、视角、功耗、工作电压、色彩饱和度及工作温度范围等方面都有优良的性能，被认为是一种最具有潜力的平板显示器5。2 场致发射阴极材料场致发射阴极材料是场致发射显示器的核心内容。FED场发射材料研究最多的几种有: 金属场致发射材料、硅场致发射材料、金刚石薄膜和类金刚石薄膜场致发射材料、碳纳米管场致发射材料以及其他一些发射材料6。2.1 金属场致发射材料自场发射现象被发现以来, 人们一直用难熔金属尖端作为阴极, 主要有W、Mo、Ta 等金属场致发射材料目前存在的2 个主要障碍是阴极发射电流密度低和工作不稳定。因此金属场致发射材料的制备工艺和后处理显得尤为重要。用复杂方法制备钼，再对Mo 尖锥加强电场而使发射电流稳定。但是制备方法复杂而且成本高。2.2 硅场致发射材料半导体硅拥有成熟的加工工艺, 因此其工艺主要集中在硅发射阵列的物理结构上。传统的方法是采用热氧化法来制作微尖, 但单晶硅本身的表面功函数高达4. 5eV, 而且其导电、导热性都较差, 这就必然导致硅尖锥阴极阵列场发射阈值电压较高、散热性能较差、容易吸附残留气体而受到污染, 并产生发射电流不稳定、发射电流密度较低等问题7。2.3 金刚石薄膜和类金刚石薄膜场致发射材料金刚石薄膜和类金刚石薄膜有一定的负电子亲和势及低的功函数、高热导率和优异的化学稳定性。采用化学气相沉积技术可以得到多晶金刚石膜8 , 为了克服晶界所导致的缺陷, 纳米金刚石膜是一种较好的场致发射材料。有人利用微细加工工艺和氧反应粒子束刻蚀技术的有机结合, 成功地制作了类金刚石薄膜的孔洞阵列, 获得了良好的场发射性能9。2.4 碳纳米管场致发射材料碳纳米管具有长径比大、强度高( 为钢的100倍) 、工作电压低、发射电流大、功函数低、使用寿命长、可靠性高等特点, 而且原材料来源广泛, 制备工艺相对简单, 易于大批量生产, 国内外已有大量的关于碳纳米管FED 阴极研究的报道。但是碳纳米管薄膜的制备还处于实验阶段, 控制碳纳米管形状、方向及密度工艺还不完善, 需要开发新的实验手段, 以提高测量控制碳纳米管结构的能力, 同时需进一步了解碳纳米管的电磁特性和场发射机理10 。3 结语1）FED 显示器是常见显示器中的一种最理想的显示器， 其研究的关键是寻找合适的场发射阴极材料和设计合适的阴极结构， 力求提高场致电子发射性能。碳纳米管薄膜是FED 阴极阵列中最有希望的场发射体。2）高画质、大面积、低成本将是今后FED 的发展趋势。该领域目前不很成熟, 仍处在研究开发阶段, 存在很多问题需要进一步的研究: （1） 如何提高场发射阴极的发射电流及提高发射电流的稳定性;（2） 解决发射的均匀性; （3） 降低制作成本, 形成有力的竞争。参考文献：1 田民波. 电子显示M. 北京： 清华大学出版社，2001,1-226.2 袁泽明，杨玉叶，高锐敏，姚宁.现代显示技术进展J.现代显示，2008,11，（94）：18-21.3 郑利浩.平板显示技术的分析和应用趋势J. 浙江广播电视高等专科学校学报，2004，(2)：3739. 4 应根裕, 胡文波, 邱勇, 等. 平板显示技术M . 北京: 人民邮电出版社, 2002: 426.5 朱长纯， 史永胜. 场致发射显示器的研究现状与发展J. 真空电子技术, 2002,（5） :15-17. 6崔春娟 , 张 军, 刘 林 , 傅恒志. 场致发射阴极材料的研究进展J.材料导报,2009,6(上)，（23）：36-38. 7富笑男, 李新建. 硅基场发射阴极材料研究进展J . 科学技术与工程, 2005, 5( 3) : 1658Sa ito D, I sshiki H , Kimura T. Positive2bias enhancedgr owth of high quality diamond films by microwave plasmachemical vapor deposition J . Diamond Related Mater ,2009, 18( 1) : 56