前柵極碳納米管場發(fā)射顯示板關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)的研究

　　前柵極碳納米管場發(fā)射顯示板是一種常用的場致發(fā)射器件。該器件通過柵極與陰極之間形成的電場產(chǎn)生場致發(fā)射電子,在陽極高壓的作用下,電子從電場中獲得能量,轟擊熒光粉產(chǎn)生可見光。本文采用模擬計算的方法研究了標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)場發(fā)射區(qū)域內(nèi)的電場分布、陰極表面的發(fā)射情況、電子軌跡和著屏束斑。并研究了關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)在公差范圍內(nèi)變化對陰極發(fā)射特性和陽極著屏束斑的影響。計算結(jié)果顯示,陰極發(fā)射狀況和陽極束斑對結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化非常敏感,也證明了前柵極結(jié)構(gòu)對工藝要求十分嚴(yán)格。

　　場發(fā)射顯示板FED 是一種真空電子器件,由陰極發(fā)射的電子轟擊熒光粉產(chǎn)生圖像。因其具備與陰極射線管CRT(Cathode Ray Tube) 類似的發(fā)光原理及亮度高、功耗小、視角寬等優(yōu)點一直成為平板顯示器的一個研究熱點。由于二極FED 亮度低,灰度再現(xiàn)性能差,使其作為顯示器有很大的局限性。更多的研究機構(gòu)將研究的重點放在三極FED 上,即由陰極、柵極和陽極組成的基本結(jié)構(gòu)。三極FED 按柵極位置的不同,大致可分為前柵極和后柵極兩種。兩種結(jié)構(gòu)的場發(fā)射顯示各有其優(yōu)缺點,前柵極FED 在制造過程中容易破壞場致發(fā)射源,而后柵極的發(fā)射均勻性難以保證 。因此在很長一段時間內(nèi)對這兩種結(jié)構(gòu)的研究將同時存在,也有一些研究機構(gòu)在這兩種結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上發(fā)展出新的結(jié)構(gòu) 。而碳納米管CNT 在電流密度,工作電壓和發(fā)射點密度方面都具有良好的性能,因此利用碳納米管作為發(fā)射源制作場發(fā)射顯示屏成為熱點 。本文重點是采用模擬計算的方法研究前柵極CNT FED 的工作特性及重要結(jié)構(gòu)參數(shù)對其工作特性的影響。

1、工作原理

　　前柵極CNT FED 的結(jié)構(gòu)剖面圖如圖1 所示該顯示板由前基板、后基板對向組裝而成,通過支撐體陣列來保持固定的距離。前基板上制作陽極、熒光粉;后基板上依次為條形陰極、介質(zhì)層和垂直于條形陰極的條形柵極。陰極上制作有碳納米管,基于作者實驗室采用絲網(wǎng)印刷方法制備碳納米管陰極的實驗,我們對這樣的結(jié)構(gòu)進行模擬計算。

圖1 　前柵極CNT FED 的剖面圖

　　陰極產(chǎn)生的場致發(fā)射電子穿過柵極開口流向陽極。通過調(diào)制柵極與陰極之間形成的電場產(chǎn)生場致發(fā)射電子,在陽極高壓的作用下,電子從電場中獲得能量,轟擊熒光粉產(chǎn)生可見光。通過對相互垂直的陰極、柵極掃描尋址,逐行顯示,亮度由調(diào)制陰極發(fā)射時間來控制。與二極結(jié)構(gòu)相比,三極結(jié)構(gòu)由于柵極與陰極之間距離小,因此所需調(diào)制電壓較低,陽極上無需進行高壓調(diào)制。但是由于介質(zhì)層和柵極的制作在生成或制作陰極場致發(fā)射源之后,在制造過程中容易破壞場致發(fā)射源。

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7、結(jié)論

　　本文采用計算機數(shù)值模擬的方法對前柵極碳納米管場發(fā)射顯示板的工作特性進行了研究。研究內(nèi)容包括柵極工作電壓的確定,關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)即介質(zhì)厚度、柵極開口尺寸及柵極對準(zhǔn)偏差對陰極發(fā)射和陽極束斑的影響。通過研究可以發(fā)現(xiàn),介質(zhì)厚度在公差范圍內(nèi)的變化對陰極發(fā)射狀況和陽極束斑影響不大。而陰極發(fā)射狀況和陽極束斑對柵極開口尺寸和柵極對準(zhǔn)偏差在公差范圍內(nèi)的變化非常敏感,而這些部分正是前柵極結(jié)構(gòu)場發(fā)射顯示板制作的難點和關(guān)鍵。模擬計算結(jié)果證明了前柵極結(jié)構(gòu)對工藝要求十分嚴(yán)格。