場發(fā)射顯示器技術現況與發(fā)展
場發(fā)射顯示器﹙FED， Field Emission Display﹚是藉由背面基板的
陰極放電，放出電子到前板的螢光層上激發(fā)螢光體發(fā)光。顯示器的特性
有自發(fā)光式薄型顯示器，消費電力較低，高亮度，廣視角，反應速度快
﹙μsec 等級﹚，動作溫度范圍大﹙-40～+80°C﹚以及耐環(huán)境性等。由於
發(fā)光原理最近於CRT﹙Cathode Ray Tube﹚，顯示性能也有接近CRT 所
呈現的等級，不過，FED 的開發(fā)歷史雖起於1950 年代，至今仍未實用
化，目前待解決的問題包括壽命﹙數千小時﹚提昇、可靠度、成本等方
面，如今雖有多項新技術的產生，但都面臨實用化的問題。但隨著新技
術的引進與突破，因此在平面顯示器領域中頗受期待。
場發(fā)射顯示器概述
FED 的發(fā)光方式與CRT 相異之處，在於CRT 是加熱陰極產生熱電
子，并利用電磁場控制電子偏向，在螢光幕上掃描定址，而FED 的電
子發(fā)出方式是平面狀，電子直接向前射出到對應的畫素(圖1)。FED 的
顯示技術可以將傳統(tǒng)bulk 形式的CRT 薄型化，因此有著thin CRT 的別
稱，在顯示器技術領域當中，因能保有CRT 的色彩表現，同時兼顧到
平面、薄型的新世代顯示器發(fā)展需求而受到矚目。
FED 的陰極與陽極間距在0.2～1mm，如此狹小的空間，考驗著電
子源到螢光面的穩(wěn)定性，device 的真空度也有嚴格的要求，因此真空技
術、微細加工技術，以及真空容器制造技術都是FED 的制程技術發(fā)展
課題。由於FED 是藉由電子放電激發(fā)螢光體發(fā)光，因此發(fā)射效率以及
均勻性便成了需要嚴格掌控的因子，此外，因為發(fā)光要藉由真空狀態(tài)中，
固體表面強電場放出電子，而發(fā)射體在FED 的重要性也就顯然可見，
其發(fā)展重點如下：
1.電子射出特性佳﹙低陰極電壓，高電流密度﹚
2.畫素間電流密度的均一性3.容易調節(jié)全彩階調信號所對應的電子束
4.使用過程的劣化程度低，電子供應安定
5.制造成本低，可以做大尺寸的畫面
場發(fā)射技術簡介
FED 依發(fā)射方式不同，可以如表1 中分類，目前的技術主流為Spindt
方式，Spindt 型的發(fā)射體(emitter)是圓錐狀的立體構造，新的技術是朝
向較簡單的平面構造，以因應低成本制程、大型化的需求，近年來較受
到注目的新技術則有表面?zhèn)鲗桐v SCE， Surface Conduction Electron
Emitter Display﹚、碳奈米管型﹙CNT，Carbon Nanotube﹚、彈道電子
面放出型﹙BSD，Ballistic electron Surface emitting Display﹚等。
Spindt 型
Spindt 型發(fā)射體是由美國SRI ﹙ Stanford Research Institute ﹚
International 的C.A. Spindt 等人開發(fā)，這是FED 最早的構造設計方式﹙其
發(fā)射體陣列如圖2 所示﹚ ， 後來法國研究機構LETI ﹙ Laboratoire
d’Electronique, de Technologie et d’Instrumentation﹚ 應用此發(fā)射體發(fā)表
了彩色FED，吸引了多方注目，90 年代初期全球有許多研究機構及顯
示器廠商投入研究開發(fā)的行列。LETI 最初發(fā)表的彩色FED 尺寸為六寸，
256*256 畫素，加400V 電壓可以達到300cd／m2 的亮度表現，壽命則
為5000 小時。雙葉電子有推出對角線18.2cm，陽極低電壓驅動方式﹙驅
動電壓200V﹚的單色FED，解析度為VGA，另外還有開發(fā)800V，表
現300 cd／m2 亮度的18cm、WIDE 全彩FED。高電壓驅動的全彩FED
則以Sony／Candescent 頗受矚目，利用數千伏驅動電壓，可以得到高亮
度表現，2001 年的SID 中，Candescent Tech 與SONY 發(fā)表了13.2 寸SVGA
的彩色FED，陽極電壓7000V，亮度達到800 cd／m2。
Spindt 型的圓錐狀發(fā)射體材料通常是用鉬﹙Mo﹚，直徑約在1μm，
發(fā)射體多排成一列一列，應用形式為FEA﹙Field Emitter Array﹚。Spindt
型的發(fā)射體是現今主流，由於歷經了30 多年的研究歷史，為完成度較
高的技術，投入廠商及研究機構紛紛進入實用階段，已經推出數寸～15
寸的FED 樣品。然而，Spindt-FED 的制造困難度較高，如高電壓型FED
在耐電壓方面，由於陰極與陽極之間的gap 在1mm 以上，需要有高aspect
比的支柱構造以穩(wěn)定最終顯示表現，維持放射電流的均一性才能集束電
子束，擁有高可靠度才可確保高耐電壓特性，如何面對低成本、大型化
的需求，都是產業(yè)發(fā)展的困難點。
具體來說，電子源FEA 的制作、成膜技術、蝕刻技術、復雜的微
細加工技術、高成本的制程，與array 制作過程的均一性、高真空度要
求，以及最終面板的assembly 都是FED 實用化待解決的課題。
SCE 型
SCE﹙又稱為SED，Surface Conduction Electron Emitter Display﹚
是由Canon 開發(fā)的技術，其結構如下圖所示，是由粒徑在5～10nm 的超
微細PdO﹙氧化鈀﹚粒子所形成的薄膜，在發(fā)射體電極間有極微細的gap
﹙nm 等級﹚，當外加電壓產生tunnel 效應時，電子放出并經由陽極的
引向而射向螢光板。
在Canon 的3.1 寸試作樣品中，陰極與陽極間距為2～5mm，pixel size
720*230μm，畫素數為80*80*3，加以6000V 的加速電壓可以達到640 cd
／m2 的高亮度。SCE 與Spindt 最大的不同處在於其平面構造，因此有
應用印刷技術的可能性，較可能達到低成本化，只是目前效率只有0.1
～0.2%，若朝大尺寸化發(fā)展，消耗電力會是很大的問題。
圖4　SCE 結構圖
BSD 型
BSD﹙Ballistic electron Surface emitting Display﹚是由松下電工與
東京農工大學共同開發(fā)，在陰極形成一多孔性的多晶矽層PPS﹙Porous
poly-Si﹚，當中有細的微結晶粒﹙直徑約5nm﹚，表面并有一薄的氧化
層。當在陰極與陽極間加電位差時，陰極電子注入PPS 層并進入多晶矽
的微結晶之間， 電子加速運動得到高能量而放出， 電子放出效率約為
1%。由於外加電壓集中在微結晶的氧化層表面， 在這薄層表面形成強
電場，電子得以加速射出，此現象即為「彈道電子傳導」。由於高能量
的電子是從陰極的垂直方向飛出，不需要作偏向調整，因此可以達到高
發(fā)光效率、高亮度、低消費電力﹙40 寸100W﹚的特點，且在制程方面
有著制作簡單、容易大型化、低成本的特色。