一種常開型后柵極場(chǎng)致發(fā)射顯示板的研究.pdf

1、隨著真空微電子學(xué)的發(fā)展，對(duì)于場(chǎng)致發(fā)射顯示器件的研究逐步深入。進(jìn)入九十年代以后，由于碳納米管陰極的制備工藝不斷進(jìn)步和成本不斷降低，大屏幕碳納米管場(chǎng)致發(fā)射平板顯示器的研究成為這一領(lǐng)域的主流。而為了實(shí)現(xiàn)高灰度等級(jí)和提高亮度，發(fā)展厚膜工藝三極管結(jié)構(gòu)場(chǎng)致發(fā)射顯示器件是一個(gè)必然的方向。 本論文首先自行設(shè)計(jì)開發(fā)了場(chǎng)致發(fā)射顯示計(jì)算機(jī)模擬軟件，利用該軟件對(duì)基于厚膜工藝的前柵極結(jié)構(gòu)和傳統(tǒng)后柵極結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算模擬。 通過計(jì)算機(jī)模擬計(jì)算，發(fā)現(xiàn)前柵

2、極結(jié)構(gòu)的柵極調(diào)制電壓范圍較低。但在工作狀態(tài)下，陰極表面場(chǎng)致發(fā)射電流密度分布不均勻，電子發(fā)射主要集中在陰極邊緣，因此對(duì)陰極使用壽命影響較大。前柵極結(jié)構(gòu)的工藝制作公差對(duì)陰極發(fā)射特性影響較大，特別是介質(zhì)厚度、柵極開口尺寸和柵極對(duì)準(zhǔn)精度。雖然前柵極結(jié)構(gòu)可以獲得較小的驅(qū)動(dòng)電壓，但是無論從工藝制造還是器件工作特性方面考慮，均不適合采用厚膜制造工藝，因此這種結(jié)構(gòu)不易降低制造成本，在大屏幕顯示的應(yīng)用方面非常困難。傳統(tǒng)后柵極結(jié)構(gòu)中由于陰極在柵極和陽極之間

3、，因此陽極電壓不能過高，否則陽極高壓將直接使陰極產(chǎn)生場(chǎng)致發(fā)射，造成本底暗電流。在工作狀態(tài)下，與前柵極結(jié)構(gòu)相比，陰極表面場(chǎng)致發(fā)射電流密度分布更不均勻，對(duì)陰極使用壽命影響更為嚴(yán)重。另外在該結(jié)構(gòu)中，電子束發(fā)散較為嚴(yán)重，易造成像素之間的串?dāng)_。但后柵極結(jié)構(gòu)的工藝制作公差對(duì)陰極發(fā)射特性影響較小，因此對(duì)工藝制作的一致性要求較低。從工藝制造方面考慮，后柵極結(jié)構(gòu)比較適合采用厚膜制造工藝。 本文在傳統(tǒng)后柵極結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上首次提出了一種常開型后柵極結(jié)構(gòu)場(chǎng)

4、致發(fā)射顯示板的概念。該顯示板利用陽極高壓使陰極產(chǎn)生場(chǎng)致電子發(fā)射，而通過在埋在陰極之下的柵極上施加低于陰極的電壓來阻止場(chǎng)致電子發(fā)射，從而來調(diào)制顯示所需圖像。 本文利用自行設(shè)計(jì)的軟件對(duì)常開型后柵極結(jié)構(gòu)進(jìn)行了模擬計(jì)算。通過分析發(fā)現(xiàn)在常開型后柵極結(jié)構(gòu)中，雖然柵極在陰極之下，陰極直接曝露在陽極高壓電場(chǎng)中，但是由于柵極電壓為負(fù)，能夠截?cái)嚓枠O高壓的影響，因此陽極電壓能夠提高。雖然驅(qū)動(dòng)電壓略有提高，但陰極表面場(chǎng)致發(fā)射電流密度分布比較均勻，提高了

5、陰極使用壽命。工藝制作公差對(duì)陰極發(fā)射特性影響較小，對(duì)工藝制作的一致性要求較低。因此這種結(jié)構(gòu)容易降低制造成本，實(shí)現(xiàn)大屏幕顯示。 為了進(jìn)一步提高常開型后柵極結(jié)構(gòu)的可行性，本文對(duì)該結(jié)構(gòu)進(jìn)行了進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)，首次提出了雙陰極常開型后柵極結(jié)構(gòu)，即同一像素中包含兩根陰極。該結(jié)構(gòu)降低了柵極的工作電壓和陰極發(fā)射峰值電流密度，提高了陽極工作電壓。通過對(duì)工作電壓的優(yōu)化，在陽極上獲得了分布均勻、尺寸適合的電子束斑，有利于提高熒光粉的效率和使用壽命。