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

　　場發射顯示板FED 是一種真空電子器件,由陰極發射的電子轟擊熒光粉產生圖像。因其具備與陰極射線管CRT(Cathode Ray Tube) 類似的發光原理及亮度高、功耗小、視角寬等優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,灰度再現性能差,使其作為顯示器有很大的局限性。更多的研究機構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構。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。兩種結構的場發射顯示各有其優缺點,前柵極FED 在制造過程中容易破壞場致發射源,而后柵極的發射均勻性難以保證 。因此在很長一段時間內對這兩種結構的研究將同時存在,也有一些研究機構在這兩種結構的基礎上發展出新的結構 。而碳納米管CNT 在電流密度,工作電壓和發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射源制作場發射顯示屏成為熱點 。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構參數對其工作特性的影響。

1、工作原理

　　前柵極CNT FED 的結構剖面圖如圖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印刷方法制備碳納米管陰極的實驗,我們對這樣的結構進行模擬計算。

圖1 　前柵極CNT FED 的剖面圖

　　陰極產生的場致發射電子穿過柵極開口流向陽極。通過調制柵極與陰極之間形成的電場產生場致發射電子,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,亮度由調制陰極發射時間來控制。與二極結構相比,三極結構由于柵極與陰極之間距離小,因此所需調制電壓較低,陽極上無需進行高壓調制。但是由于介質層和柵極的制作在生成或制作陰極場致發射源之后,在制造過程中容易破壞場致發射源。

　　限于篇幅，全文請點此：前柵極碳納米管場發射顯示板關鍵結構參數的研究

7、結論

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