Màn hình FED

Màn hình FED

Công nghệ hiển thị phát xạ trường MỤC LỤC I. Giới thiệu .2 II. Hiện tượng vật lý của phát xạ trường (Physics of field emission) .2 Công thoát và ảnh hường của điện trường 3 Cơ chế chân không .8 III. Cấu trúc FED và cơ chế hiển thị 9 IV. Nguồn phát xạ 11 V. Công nghệ chế tạo .18 VI. ỨNG DỤNG .19 Công nghệ hiển thị phát xạ trường Công nghệ hiển thị phát xạ trường FED (Field emission display) I. Giới thiệu Field emission display (FED) là một cấu trúc đơn giản cho hiệu suất độ chói cao. Đây là dạng hiển thị không cần ánh sáng bối cảnh, bộ lọc mầu, kính phân cực hay một màng quang như trong màn hinh LCD. Nghĩa là cấu màn hình FED là đơn giản hơn màn hình LCD. Thêm nữa là màn hình FED có thời gian đáp ứng hình ảnh nhanh hơn. Độ mở rộng góc nhìn và nhiệt độ là lớn hơn LCD. Chúng có thể hiển thị hìnha ảnh tĩnh và động, trong môi trường xung quanh là nóng hay lạnh, cho cá nhân hay tập thể sử dụng . Field emission display (FED) có cấu trúc tương đương như cathode ray tube (CRT). Both FEDs and CRTs đều sử dụng huỳnh quang để tạo ra độ chói và phụ thuộc vào áp suất thấp (chân không) để duy tri sự phát xạ của electron.Cơ chế hoạt động của FED bao gồm trường kích thích phát xạ electron vào huỳnh quang và phát sinh độ chói. Trường phát xạ dùng điện trường cao tốt hơn là nhiệt điện tử để tách electron trong chân không. II. Hiện tượng vật lý của phát xạ trường (Physics of field emission) Electron có thể phát xạ từ bề mặt chất rắn vàochân không bằng nhiều cơ chế khác nhau như phát xạ nhiệt, quang hay trường. Electron phát xạ do Công nghệ hiển thị phát xạ trường nhiệt là nhiệt phát xạ dựa do có một rào thế năng, trong khi đó phát xạ quang là dựa trên rào thế năng quang gây ra bởi photo tới bắn phá. Trong trường phát xạ, electron xuyên ngầm ở bề mặt rào thế năng chắn, nó mỏng và có định dạng bởi trường điện từ bền. Cấu trúc phát bức xạ đột ngột thường đưa ra trong trong trường mạnh với điện áp thấp. Khi sinh ra ion bởi khí dư thừa có thể gây ảnh hưởng tới quá trình phát xạ, để giảm thiểu khí dư thừa nên chúng ta cần điện áp thấp. Để có hệ điện áp thấp. Vật liệu phát xạ phải có công thoát nhỏ và sharp structure là đòi hòi cần thiết. Môi trường chân không cũng là đòi hỏi để loại trừ đi khi dư và cái mà đã gây ra giảm thiểu bức xạ, và như vậy sẽ làm tăng thời gian sống của phát xạ. Công thoát và ảnh hường của điện trường. Với một bề mặt kim loại không có điện trường, bề mặt thế năng E là mức Fermi E f và công thoát Ψ như trên hình 8.1. ở đấy Z là khoảng cách từ bề mặt kim loại tới bề mặt chắn là tổng cả mức Fermi E f và công thoát Ψ. Đây là biểu đồ miêu tả electron ở bề mặt kim loại khi không có điện trường. Ở đây đường cong trơn là của bề mặt chắn là thể hiện hiệu suất tải điện. Nhưng năng lượng vùng chắn có đỉnh năng lượng cao nhất sẽ bằng tổng Công nghệ hiển thị phát xạ trường của cả E f và Ψ. Nhưng khi có điện trường thì sẽ có đường uốn của bề mặt vùng chắn như hình 8.2 và ở đây E m là năng lượng cực đại của bề mặt chắn, Z m là khoảng cách từ bề mặt kim kim loại tới vị trí của của E m . Đây là khía cạnh của thế năng là kết quả của năng lượng thế ảnh điện(the image potential energy) và trường điện từ mạnh. Khi ta tăng điện trường lên thì bề mặt vùng chắn sẽ mỏng đi. Khi điện trường vào cỡ 10 7 V/cm thì bề mặt chắn sẽ đủ mỏng để electron có thể xuyên qua đường hầm vùng chắn. Khi đó thế điện ảnh E i khi đó =-e 2 /4πε4Z, ở đây ε là hằng số điện môi trong chân không, thế năng bề mặt E(z) của electron ở biên vùng kim loai - chân không là được tính toán gần đúng bởi: (8.1) Công nghệ hiển thị phát xạ trường ở đây E(z),E f và  được tính theo eV. Khi có lực điện trường đặt trên bề mặt, thì bề mặt thế năng được xác định theo công thức: (8.2) Và năng lượng lớn nhất của bề mặt vùng chắn được xác định (8.3) Hay E m = E f +Ψ- 3.79x10 -5 √F eV (8.4) F có đơn vị là Vm -1 . Bề mặt vùng cấm đạt giá trị lớn nhất ở: (8.5) Thay số ta có Z m =1.9x10 -5 √Fm (8.6) Một vài phương trình đã được sử dụng để miêu tả trường phát xạ. Một phương trình là được xây dựng bởi Flowler và Nordheim năm 1928, họ coi năng lượng vùng chắn là nhỏ, có thể bỏ qua bởi hiệu ứng ảnh thế. Phương trình này có dạng: (8.7) Công nghệ hiển thị phát xạ trường Ở đây J có đơn vị là Acm -2 , lực điện trường Vcm -1 và mức năng lượng Fecmi E F cùng hàm công có đơn vị eV. Trái lại khi cân nhắc tới hiệu ứng ảnh thế thì phương trình Flowler-Nordeim có dạng: (8.8) ở đây mức Schottky làm yếu của hàm công vùng chắn được xác định bởi: (8.9) Hàm v(y) và t(y) ở đây đã được xây dựng và mang lại trong hình (8.3). Giá trị xấp xỉ của t 2 (y)=1.1 và v(y)=0.95-y 2 và có thế áp dụng cho phương trinh (8.8) Phương trình (8.7) và (8.8) đã thể hiện rõ ràng sự ảnh hường của điện trường tới mật độ dòng điện. Như vậy có thể kết luận rằng điện trường mạnh có quyết định tạo ra mật độ dòng lớn. Công nghệ hiển thị phát xạ trường Thêm một điều trong điện trường đó là phát xạ nhiệt có thể trở nên rất quan trọng như việc gia tăng nhiệt điện trở. Về vấn đề nhiệt phát xạ xảy ra như sau: Kim loại sau khi nóng lên sẽ phát xạ electron và chúng dịch chuyển qua thế năng lượng vùng cấm. Phương trình phát xạ nhiệt được xác định bởi công thức: (8.10) Với k là hằng số botlzman =8.625.10 -5 eVK -1 . Trong bức xạ nhiệt thì nhiệt ảnh hường tới mật độ dòng, còn khi tròn điện trường thì điện trường ảnh hưởng tới mật độ dòng. Trong hình 8.4 thể hiện vùng ảnh hưởng của bức xạ nhiệt và điện trường tới một nguồn phát xạ có công thoát =4.5eV. Ta nhận thấy phần lớn dòng ảnh hưởng bởi điện trường khi chúng đủ lớn, và khi lớn nhất thì dòng thuần là trường phát xạ. Tuy nhiên Công nghệ hiển thị phát xạ trường trong điều kiện khi nhiệt đô cao và điện trường yếu thì phát xạ chủ yếu là phát xạ nhiệt. Cơ chế chân không Chân không nghĩa là đòi hỏi chúng ta cần giảm số lượng phần tử khí dư. Như vậy xác suất ion hóa được giảm đi đồng nghĩa với khoảng cách từ catot tới anot được giảm đi nhỏ hơn bước sóng của electron (λ c ). (8.11) Ở đây P c (v) là số electron trung bình va chạm trong quãng đường dịch chuyển 1cm trong khí với áp suất 1torr ở 0 o C, v là điện thế đưa vào để tăng tốc electron, T là nhiệt độ tuyệt đối kevil và p và áp suất tinh đơn vị torr. Công nghệ hiển thị phát xạ trường P c (v) có giá trị khoảng 70,khi p>3.14torr, T=300 o K và d=50μm.Tuy nhiên thời gian sống của thiết bị được gia tăng với chân không cao khi ion bắn phá giảm đi.Giá trị chân không trong thiết bị phát xạ trường vào khoảng 10 -7 torr. III. Cấu trúc FED và cơ chế hiển thị FED là một bảng bao gồm mảng trường phát xạ (FEA) và màn hình huỳnh quang. FEA có cấu trúc cơ bản là trường phát xạ, ngoài ra thì cổng ra của trường phát xạ đòi hỏi sự điều chế trường phát xạ của electron. Thêm bản điện cực thứ 3 nằm giữa catot và anot, nó chính là cổng ra của trường phát xạ. Nguồn phát xạ là nằm trên đỉnh của catot. Gate là bao gồm nhiều bộ đóng để tác động lên anot rồi điểu khiển electron phát xạ. Dòng phát xạ được giải phóng từ nguồn phát xạ và là hàm của điện thế giữa gate và catot. Hiệu điện thế này có quyết định quan trọng tới cường độ bức xạ. Cấu trúc khi tấm chắn gate đặt ở trên đầu catot gọi là cấu trúc thẳng. Trên hình 8.5 thể hiện cấu trúc dọc của gate hình nón trong FED. Công nghệ hiển thị phát xạ trường Trong hình thì r là bán kính phát xạ, nó có thể đạt được giá trị cỡ 100A 0 , d là khoảng cách của lỗ Gate, giá trị của nó thì khoàng từ vài đến vài trục micromer; h là chiều cao phát xạ, giá trị của nó từ 1 vài tới vài chục micromet;x là khoảng cách từ đỉnh phát xạ tới bề mặt lưới Gate (cửa van , điều khiển cổng ra) . nó nhỏ hơn 1μm;Sag là khoảng cách từ anot tới gate giá trị của nó từ vài chục μm tới vài mm; Vge là điện thế giữa gate và nguồn phát và Vag là điện thế giữa anot và gate. Và nhất là điện trường F=f(r,d,h,s, Vge) và mật độ dòng phát xạ J=f(F). Trong hình 8.5 thì electron được phát xạ và kích thích thẳng lên màn hình huỳnh quang RGB.Tuy nhiên gate và catot cũng có thể mở rộng theo chiều ngang như trên hình8.6. trong trường hợp này thì gate đưa ngang bằng với cattot. Vì vậy electron phát xạ phải bay qua gate trước khi tới anot, nghĩa là gate nhận dòng lớn hơn anot. Thực nghiệm cho thấy rằng với cấu trúc thẳng đứng thì anot thu được dòng phát xạ lớn hơn so với trường hợp cấu trúc ngang. Đây chính là khuyết điểm của cấu trúc ngang mặc dù vậy thì cấu trúc này vẫn được sử dụng vì nó là cấu trúc đơn giản. . hay một màng quang như trong màn hinh LCD. Nghĩa là cấu màn hình FED là đơn giản hơn màn hình LCD. Thêm nữa là màn hình FED có thời gian đáp ứng hình ảnh. xạ trường Công nghệ hiển thị phát xạ trường FED (Field emission display) I. Giới thiệu Field emission display (FED) là một cấu trúc đơn giản cho hiệu suất