[科普中国]-场发射显示器

场发射显示器（英文：field-emission display，缩写：FED）是使用大面积场电子发射源来提供撞击彩色萤光粉的电子以制造彩色图像的平面显示技术。

介绍场发射显示器（英文：field-emission display，缩写：FED）是使用大面积场电子发射源来提供撞击彩色萤光粉的电子以制造彩色图像的平面显示技术。总体来说，一个场发射显示器包含一个矩阵的阴极射线管，每个阴极射线管都会产生一个子像素，一组三个子像素以形成红绿蓝像素。场发射显示器结合了阴极射线管的优点，包括高对比度以及非常快的响应速度，还有LCD跟其他平面显示技术的包装优势。其所需的能量也较低，大约是LCD系统所需能量的一半。1

Sony是场发射显示器设计的主要支持者，在公元2000年左右投注了可观的研究和发展精力。Sony的投资在2009年开始萎缩，因为LCD逐渐成为平面显示技术中的主流。2010年一月，友达光电宣布他们从索尼收购了重要的场发射显示器资产，并且会继续发展这项科技。截至2016年，市面上还没有出现任何大型商用的FED。

FED与另外一项发展中的显示技术息息相关，即表面传导电子发射显示器（英文缩写：SED），两者主要在电子发射系统的细节有所差异。

运作场发射显示器运作起来就像有着一支使用高电压（约10kV）来轮流激发荧光粉的电子枪的常规阴极射线管，但FED不只有一支电子枪，而是各网格各自包含了许多独立的奈米级电子枪。

FED屏幕是透过在玻璃板上放置一系列金属条以形成一系列阴极线来构成。光刻被用在于阴极线成直角的方向放置一系列开关门（英文：switching gates），形成有址可循的网格。各行列的交会处都会放置一些发射器，主要采用由喷墨打印机发展而来的方法。金属网格放在开关门的上方已完成枪型结构。

在发射器和悬挂在它们之上的金属网之间产生高电压梯度场，从发射器的尖端拉引电子。这是一个高度非线性的过程，电压的微小变化会迅速引起发射电子的数量饱和。网格可以被单独寻址，但只有针对位于充能阴极交叉点的发射器，门线能够拥有足够的能量来产生可见点，任何溢出给周遭元件的能量都不可见。该过程的非线性得以避免有源矩阵寻址方案（英文：active matrix addressing schemes）──一旦有像素被点亮，它就会自然闪耀。非线性也意味着子像素的亮度被脉冲宽度调变以控制正在产生的电子的数量，如在等离子显示器中那样。

网格电压发送流入背部发射器与显示器前部屏幕之间的开放区域中的电子，其中第二次的加速电压额外给予朝向屏幕的加速，给电子有足够的能量点亮荧光体。由于任何单一发射器射出的电子都朝向单一子像素，所以不需要扫描用的电磁铁。

缺点与其他有着单独可寻址子像素的显示技术一样，FED可能受会导致坏点的制造问题影响。然而，由于发射器相当微小，故可以用许多电子枪来充能单一子像素，可以通过增加脉冲宽度来校正屏幕的故障发射器和像素亮度，以通过增加来自其他发射器的发射来提供相同像素的发射来弥补损失。

场发射器的效率是基于尖端的极小半径，但是这种小尺寸使得阴极容易受到离子撞击的损害。离子是由高电压与器件内部的残留气体分子相互作用产生的。

FED显示器需要真空才能操作，因此显示管必须密封且在机械上足够牢固。 然而，由于发射体和荧光体之间的距离非常小，通常为几毫米，因此可以透过在管的前后之间放置间隔条或支柱来对屏幕进行机械上的增强。

FED需要很高的真空度，而适用于常规阴极射线管和真空管的真空对于长期FED操作而言是不够的。磷光体层的强烈电子轰击也将在使用期间释放气体。

应用场发射显示器技术目前的发展虽然在主流的液晶显示器、电浆显示器，以及有机电镭射显示器发展的压力下，似乎显得不是那么地成熟，不过奈米技术在各国政府积极鼓励发展这下，未来的发展预期将有更多的突破。而在技术上呈现多元发展的显示器产业，如何在众多技术的竞争中开拓出属于自己的一片天空，场发射显示器技术的未来仍需相关厂商持续努力。

本词条内容贡献者为:

杜强 - 高级工程师 - 中国科学院工程热物理研究所