奈米碳管场发射显示器(技术知识及原理)

奈米碳管场发射显示器
随着奈米科技的发展，显示器的未来将有一番全新的局面，谁能在这世代交替的时代冲出重围，成为新一代的宠儿，相当受到瞩目。极具竞争力的平面显示器技术一八九七年发明的映像管，在二次世界大战时，已广泛使用在军事的电子装置和雷达系统上。由於映像管具有画质优良和价格低廉的特点，长久以来一直被采用为电视和电脑的显示器，且维持其不可替代的地位。然而，自一九九○年代後，由於制造技术大幅提升，造就了新世代显示器的崛起，例如液晶显示器（liquidcrystal display，LCD）、电浆显示器（plasma displaypanel， PDP）、有机电激发光显示器（organicelectroluminescencedisplay，OELD）、场发射显示器（fieldemissiondisplayFED）等，这使得传统映像管显示器受到相当大的挑战。目前在市面上较为广泛流通的液晶显示器和电浆显示器，均受到一般大众的喜爱，但价格上却普遍偏高，所以暂时还未能动摇映像管显示器在一般家庭里的地位。根据报导指出，一般人每天会看数十种以上具有显示器的3C产品，包括电脑萤幕、电子闹钟、电子表、数位相机、手机、电视或个人数位助理（personal digitalassistant，PDA）等，可见显示器技术应用在现代日常生活产品中的重要性。
场发射显示器技术
新世代显示器相较於传统映像管显示器有个很重要的特色，就是它们是平面显示器（flat panel display，FPD），重量轻、体积小是它们的优点。传统的映像管显示器虽有高亮度及大视角等优点，但其厚重的本体非常不便於任意移动，而目前液晶显示器虽然是市场的主流，但其视角、亮度、功率消耗的特性还需进一步改善。平面显示器中结合了映像管显示器与液晶显示器优点的当属场发射显示器。场发射显示器的技术自法国LETI 组织在第四届国际真空电子会议发表以来，受到全球显示器业界的瞩目。场发射显示器的工作原理类似传统阴极映像管，都是在真空中发射电子撞击涂布在面板上的萤光体而发光。然而，在构造上，阴极映像管是由单一电子枪发射电子束，透过偏向板进而控制电子束的方向。场发射显示器则是由数十万个尖端所构成的电子发射子，利用尖端放电原理而工作，不须使用偏向板的设计。在工作电压方面，阴极映像管显示器所需电压约在15～30千伏特左右，场发射显示器的阴极工作电压则小於一千伏特。因为场发射显示器结合了映像管显示器与液晶显示器的优点，而成为未来极具竞争力的显示器技术之一。
场发射原理
场发射量子理论：在未外加电场的情形下，金属内的电子必须具备足够的能量，才有机会越过位能障到达真空侧，但是当我们外加一电场时，会造成能带弯曲，电子不需要很大的能量便可穿透位能障而到达真空侧。当电场越大，电子所需穿透的位能障也会相对变小，而所得到的电流则会增强，这就是场发射显示器的电子穿透基本原理。简单来说，场发射就是导体中的电子在高电场作用下，从导体穿透表面能障至真空中的放射过程，一九二八年R.H.Fowler 和L. W.Nordheim 根据量子力学的理论推导出了场发射电流与外加电压的关系。由於电场的强弱直接影响场发射的电流大小，因此想要获得足够电流的话，就要增加金属与真空接面之间的电场，如此一来势必要增加元件的操作电压，这与我们当初所希望的低压操作背道而驰。为了解决此一问题，根据电磁理论得知，若一物体呈尖端状，则在尖端处会有较多电荷累积，亦即尖端处有较高的电场，所以把场发射显示器的电子发射子设计成尖端结构，这样一来我们便可在不须外加高电压的情形下获得较强的电场。利用发射子所放射的电子撞击涂布在面板上的萤光体而发光，这就是场发射显示器的发光原理。