提出后柵型場發(fā)射顯示器( FED) 測試過程中的竄壓現(xiàn)象, 解釋該現(xiàn)象的產(chǎn)生原因。陰極電極側(cè)壁場發(fā)射電子轟擊柵極導(dǎo)致電壓表示數(shù)發(fā)生變化。針對此問題設(shè)計(jì)一種具有溝槽狀介質(zhì)層結(jié)構(gòu)的后柵型FED 從而避免陰極電極側(cè)壁的電子發(fā)射。采用全印刷技術(shù)制作場發(fā)射顯示陣列。實(shí)驗(yàn)表明此器件具有良好的發(fā)射穩(wěn)定性及柵壓調(diào)控特性, 有效杜絕竄壓現(xiàn)象的發(fā)生。陽極電壓為600 V, 柵極電壓在100~ 250 V 范圍內(nèi)對陽極電流有良好的調(diào)控作用。

場發(fā)射顯示器(FED) 是一種利用遂穿效應(yīng), 在高電場( 大于109V/ m) 的作用下, 電子從陰極表面逸出, 經(jīng)陽極電場加速轟擊熒光粉而發(fā)光的一種真空顯示器件[ 1] 。根據(jù)器件結(jié)構(gòu)可把FED 分為二極結(jié)構(gòu)、前柵結(jié)構(gòu)、平行柵結(jié)構(gòu)、后柵結(jié)構(gòu)等。二極結(jié)構(gòu)器件驅(qū)動電壓高, 存在一系列顯示與驅(qū)動的矛盾, 難以利用現(xiàn)有的高壓集成電路進(jìn)行驅(qū)動。前柵型FED驅(qū)動電壓較低, 然而顯示面板的制作用到大量微電子加工工藝, 導(dǎo)致生產(chǎn)成本高; 且結(jié)構(gòu)參數(shù)對顯示的均勻性、一致性都有很大的影響[ 2] 。平行柵型FED結(jié)構(gòu)簡單、無須使用介質(zhì)材料, 然而由于陰柵電極平行而不能實(shí)現(xiàn)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(jié)構(gòu)簡單, 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(xiàn), 有效降低生產(chǎn)成本。隨著碳納米管( CNT) 等一維納米材料的使用, 其低閾值電壓及高場增強(qiáng)因子使后柵型FED 獲得了實(shí)際應(yīng)用的可能性[4- 5] 。

對于后柵型FED, 陰極電極與柵極電極通過介質(zhì)層進(jìn)行電隔離, 介質(zhì)層結(jié)構(gòu)對器件的工作性能會產(chǎn)生重要的影響。當(dāng)介質(zhì)層為片狀結(jié)構(gòu)時(shí), 柵極的調(diào)控電壓較高, 且出現(xiàn)發(fā)射不穩(wěn)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, 這可以通過刻蝕技術(shù)或者直接制作條狀介質(zhì)層實(shí)現(xiàn)[ 6- 7] 。然而此種結(jié)構(gòu)雖可以解決介質(zhì)層表面的積累電荷問題, 卻出現(xiàn)了另外一種現(xiàn)象, 本文稱之為竄壓。當(dāng)竄壓現(xiàn)象發(fā)生時(shí), 陰柵間的電壓表無法準(zhǔn)確的指示柵極電壓源的輸出值, 且該電壓表的示數(shù)隨著陰極發(fā)射電流的變化而變化。這一現(xiàn)象導(dǎo)致無法利用電壓表測量陰柵間的電壓值, 進(jìn)而無法對器件的工作性能進(jìn)行研究。本文詳細(xì)分析了竄壓現(xiàn)象產(chǎn)生的原因, 設(shè)計(jì)了一種具有溝槽狀介質(zhì)層( GIL) 結(jié)構(gòu)的后柵型FED。測試表明此器件完全杜絕竄壓現(xiàn)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(qiáng)柵極電壓的調(diào)控效果, 提高顯示的穩(wěn)定性。

3、 結(jié)論

本文分析了具有條狀介質(zhì)層結(jié)構(gòu)的后柵型FED竄壓現(xiàn)象的產(chǎn)生機(jī)理。陰極電極側(cè)壁場發(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, 電子通過電源及電壓表流向柵極使得柵極電壓表示數(shù)發(fā)生變化。設(shè)計(jì)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(yàn)表明這種器件具有良好的發(fā)射穩(wěn)定性、均勻性, 器件工作中杜絕竄壓現(xiàn)象的產(chǎn)生。此器件具有顯著的柵壓調(diào)控特性, 陽極電壓為固定為600 V 時(shí), 柵極電壓在100~ 250 V 范圍內(nèi)具有明顯的調(diào)控特性。上述結(jié)果表明采用全印刷工藝可以制作具有顯著柵壓調(diào)控特性的后柵型CNT􀀁FED, 這有效降低制作工藝的復(fù)雜度和制作成本, 具有潛在的實(shí)用價(jià)值。