后柵型場(chǎng)發(fā)射顯示器竄壓現象的研究

提出后柵型場(chǎng)發(fā)射顯示器( FED) 測試過(guò)程中的竄壓現象, 解釋該現象的產(chǎn)生原因。陰極電極側壁場(chǎng)發(fā)射電子轟擊柵極導致電壓表示數發(fā)生變化。針對此問(wèn)題設計一種具有溝槽狀介質(zhì)層結構的后柵型FED 從而避免陰極電極側壁的電子發(fā)射。采用全印刷技術(shù)制作場(chǎng)發(fā)射顯示陣列。實(shí)驗表明此器件具有良好的發(fā)射穩定性及柵壓調控特性, 有效杜絕竄壓現象的發(fā)生。陽(yáng)極電壓為600 V, 柵極電壓在100~ 250 V 范圍內對陽(yáng)極電流有良好的調控作用。

場(chǎng)發(fā)射顯示器(FED) 是一種利用遂穿效應, 在高電場(chǎng)( 大于109V/ m) 的作用下, 電子從陰極表面逸出, 經(jīng)陽(yáng)極電場(chǎng)加速轟擊熒光粉而發(fā)光的一種真空顯示器件[ 1] 。根據器件結構可把FED 分為二極結構、前柵結構、平行柵結構、后柵結構等。二極結構器件驅動(dòng)電壓高, 存在一系列顯示與驅動(dòng)的矛盾, 難以利用現有的高壓集成電路進(jìn)行驅動(dòng)。前柵型FED驅動(dòng)電壓較低, 然而顯示面板的制作用到大量微電子加工工藝, 導致生產(chǎn)成本高; 且結構參數對顯示的均勻性、一致性都有很大的影響[ 2] 。平行柵型FED結構簡(jiǎn)單、無(wú)須使用介質(zhì)材料, 然而由于陰柵電極平行而不能實(shí)現矩陣掃描, 且像素單元較大, 限制分辨率的提高[ 3] 。后柵型FED 結構簡(jiǎn)單, 柵極電極位于陰極電極背面從而可以采用厚膜技術(shù)實(shí)現, 有效降低生產(chǎn)成本。隨著(zhù)碳納米管( CNT) 等一維納米材料的使用, 其低閾值電壓及高場(chǎng)增強因子使后柵型FED 獲得了實(shí)際應用的可能性[4- 5] 。

對于后柵型FED, 陰極電極與柵極電極通過(guò)介質(zhì)層進(jìn)行電隔離, 介質(zhì)層結構對器件的工作性能會(huì )產(chǎn)生重要的影響。當介質(zhì)層為片狀結構時(shí), 柵極的調控電壓較高, 且出現發(fā)射不穩定、不均勻的情況。其原是陰極間隙的介質(zhì)層表面積累了分布不均勻的電荷, 改變了陰極表面的電場(chǎng)分布, 從而影響電子發(fā)射。解決介質(zhì)層表面電荷積累的一種辦法是去除陰極與陰極之間的介質(zhì)材料, 這可以通過(guò)刻蝕技術(shù)或者直接制作條狀介質(zhì)層實(shí)現[ 6- 7] 。然而此種結構雖可以解決介質(zhì)層表面的積累電荷問(wèn)題, 卻出現了另外一種現象, 本文稱(chēng)之為竄壓。當竄壓現象發(fā)生時(shí), 陰柵間的電壓表無(wú)法準確的指示柵極電壓源的輸出值, 且該電壓表的示數隨著(zhù)陰極發(fā)射電流的變化而變化。這一現象導致無(wú)法利用電壓表測量陰柵間的電壓值, 進(jìn)而無(wú)法對器件的工作性能進(jìn)行研究。本文詳細分析了竄壓現象產(chǎn)生的原因, 設計了一種具有溝槽狀介質(zhì)層( GIL) 結構的后柵型FED。測試表明此器件完全杜絕竄壓現象的發(fā)生, 有效地避免介質(zhì)層表面的電荷積累, 明顯增強柵極電壓的調控效果, 提高顯示的穩定性。

3、 結論

本文分析了具有條狀介質(zhì)層結構的后柵型FED竄壓現象的產(chǎn)生機理。陰極電極側壁場(chǎng)發(fā)射電子轟擊柵極電極表面使其產(chǎn)生正電荷, 為了維持柵極電極電中性, 電子通過(guò)電源及電壓表流向柵極使得柵極電壓表示數發(fā)生變化。設計并利用全印刷工藝制作了一種具有GIL 的厚膜后柵型CNT􀀁FED, 實(shí)驗表明這種器件具有良好的發(fā)射穩定性、均勻性, 器件工作中杜絕竄壓現象的產(chǎn)生。此器件具有顯著(zhù)的柵壓調控特性, 陽(yáng)極電壓為固定為600 V 時(shí), 柵極電壓在100~ 250 V 范圍內具有明顯的調控特性。上述結果表明采用全印刷工藝可以制作具有顯著(zhù)柵壓調控特性的后柵型CNT􀀁FED, 這有效降低制作工藝的復雜度和制作成本, 具有潛在的實(shí)用價(jià)值。