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 显示器的新技术
 
 
显示器的新技术
 
纳米碳管新应用:场致发射平板显示器件

    显示器件已经渗透到当今民用和军用的各个领域。随着信息技术的发展,对显示技术和显示器件提出了越来越高的要求。目前在全球市场上占主导地位的显示器件是阴极射线管(CRT)。它具有高亮度、高分辨率、全视角等优越性,已经大量用于民用和军用领域。近期CRT器件的技术发展重点将集中在全平面化高度和对比度、体积变薄、降低功耗及提高分辨率等方面。但是传统CRT的大体积、大重量、高电压限制了它在未来军用领域的应用。

    平板显示器件与CRT显示器件相比较,平板显示器件具有重量轻、功耗小、体积小、大屏面等优点。根据其技术特点和工作原理,平板显示器件大致可以分成以下几类: 液晶显示器件(LCD)
它利用液晶材料的电光特性来显示信息。目前占据了平板显示器市场中最大份额,正向大屏幕发展。大屏幕的LCD取决于有源矩阵和无缘矩阵的发展情况,而亮度的提高则取决于背光源的改进。

    电致发光显示器件(EL)
    它利用固体材料在电场或其它因素作用下发光的现象实现信息显示。其技术发展将主要表现在单色的AC薄膜EL、彩色AC薄膜EL、低电场下有机和无机的EL。

    等离子体显示器件(PDP)
    目前PDP技术的发展集中在40英寸-50英寸的大屏幕单色ACPDP和彩色ACPDP、大屏幕的彩色DCPDP上。日本松下,索尼等公司已经开始量产。

    真空荧光显示器件(VFD)
    VFD目前主要应用于仪表显示和平板显示系统。VFD将向高分辨率、多功能、全彩色等方向发展。

    场致发射显示器件(FED)
    FED器件的工作原理几乎和传统CRT相同,因此具备CRT器件的优点。同时,FED器件中采用了场致发射冷阴极,可以降低功耗,实现器件的平板化。

    投影、LED等其它类型显示器件
    虽然平板显示器件具有诸多优点,但是大部分平板显示器件的图像显示质量,特别是性能价格比和传统的CRT显示器件仍然有一定的距离。场致发射显示器件的工作原理和CRT几乎完全相同,因此它有可能达到CRT的显示质量。FED平板显示器件除具有传统CRT的优点外,还具有低功耗、低电压、薄型化、平板化以及能在恶劣条件下工作等特点。许多国外大公司,如Motorola,Pixtech,Futaba,Cangescent,FEPET,Samsung等都大力研究和开发场致发射显示器件。进入九十年代以后,场致发射显示器的研发和生产都得到了迅速发展。根据1999年的资料报道,Candescent公司已经研制出了从4.4到13.2英寸的场致发射显示器,并采用SVGA的图形显示方式:Futuba研制的场致发射显示器主要集中在147.2(110.4mm、99.2(74.4mm,124(22.68mm三种规格,其重量仅为340克、155克、70克,功耗为6瓦、2瓦、2.5瓦。这样的显示器件在军事上无疑具有非常广泛的用途。FED Technology公司研制的0.55英寸场致发射显示器具有12.1万像素,对比度高达100:1,亮度达14fL,工作温度范围为-30~+80(C,输入电压5V,重量仅为4克,已被用做军用热像显示、军用头盔显示(HMD)等。PixTech公司推出了系列FED产品。1999年5月PixTech收购了MicroDisplay公司,获得美国国防部高级研究计划局(DARPA)合同,在1999年11月向美国军方交付分辨率为1024(768的12.1英寸全彩色场致发射显示器。预计这些FED显示器将用在Abrams坦克及其它军用装备上。FEPET公司也获得美国军方合同,为美国空军研制全彩色,在强烈阳光下可以直接阅读,而且能经受飞行震动的5(5英寸场致发射显示器。

    纳米碳管场发射显示器件
    随着真空微电子学的发展,场发射显示器已经从理论研究进入到了实际应用阶段。在欧美等发达国家,FED已经被大量用于各种军事装备。未来的场致发射显示器件将向高亮度、高分辨率、全彩色、大尺寸方向发展。

    场致发射显示器件中大致有两种不同的阴极发射情况;微尖阵列(Microtp Array)发射、金刚石薄膜(Diamond Thin Film)发射。Pixtech,Futuba,Candescent,Micron,Motorola,Raytheon以及FED公司主要采用微尖阵列作为场发射阴极,FEPET公司则采用金刚石薄膜作为电子发射源。
进入九十年代后期,纲伙碳管的发现以及其制备技术的发展,为FED显示器件的突破性发展提供了一个良好契机。

    纳米碳管是由日本科学家Iijima在1991年首先发现的。在其后的数年时间中人们对纳米碳管的性能和制备技术做了大量的研究,纳米碳管成了学术界研究的热点。据不完全统计,从1996年至今在,《科学》和《自然》两个最权威的学术刊物上发表的有关纳米碳管研究的论文高达150篇以上。但在1998年以前人们对纳米碳管的研究主要集中在生长机理,结构分析和材料特性研究以及碳管的生长及提纯方面。1995年瑞典的Walt A.De Heer研究了纳米碳管的场发射特性,提出将纳米碳管作为场发射电子源的设想,并在《科学》上发表了他们的研究成果,在学术界引起了很大轰动。

    纳米碳管可以分为单壁(single wall)和多壁(multi wall)两种。其直径大约大几十个纳米范围。由于纳米碳管很小,在纳米碳管尖端附近的电场非常集中,产生电子的场致发射。

    和硅锥或钼锥发射体相比较,纳米碳管的发射电流更大。
    由于纳米碳管具有良好的场发射性能,它可以作为电子源应用于场发射显示器件。图3表示了三极管形式的碳纳米管场发射单元。
    近两年来由于对纳米碳管的理论研究和制备工艺取得了重大突破,国外的许多电子公司已经加入到对纳米碳管场致发射显示器的研究和开发。在1998年报国际信息显示会议(SID)上,日本的Ise电子公司展示了利用纳米碳管作为阴极材料的FED显示单元,在长达5000小时的寿命实验中,其发射电流可以稳定在200微安。1999年7月在德国Darmstadt召开的第十二届国际真空微电子会议(IVMC’99),将纳米碳管场发射显示器作为单独的一个专题进行了交流和讨论。韩国Sansung公司展示了其研制的4.5英寸纳米碳管场致发射显示器。该显示板厚度仅为2.2毫米,阳极工作电压800伏,亮度高达350cd/m2。这些指标甚至优于目前的CRT。台湾工业技术研究院电子工业研究所在纳米碳管场致发射显示器研究也取得了重大的进展,据称已研制出了可以显示动态图像的纳米碳管场致发射显示器。美国的Candescent,韩国的Orion等公司都声称其在纳米碳管场发射显示器研究方面取得了重大的进展。

 
 
   
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