基于CRT原理，具有CRT的优点，却比CRT薄的显示器——FED，它被认为是CRT的理想替代品，同时，它的一些特点又能与LCD媲美，成为LCD的有力竞争者。

    FED青出于蓝而胜于蓝

    场发射显示器(Field Emission Display，FED）是一种新型自发光平板显示器件，其技术原理极类似传统的阴极射线管 (Cathode-Ray Tube，CRT)，因此又被称为“薄的CRT”。它在CRT原理的基础上，结合20世纪80年代末问世的真空微电子学，实现了像LCD一样的平板化。在结构上，CRT是由单一的电子枪发射电子束来撞击磷光面板，并利用偏向板控制电子束的方向;而FED没有偏向板，每一个像素由固定的电子发射子完成，整个FED由数十万个主动冷发射子组成。虽然在外观上，FED像是薄的CRT，但FED的工作电压（小于1KV）则远胜于CRT所需要的工作电压 (15KV～30KV)。FED采用冷阴极电子源，具有功耗低、自发光、工作环境温度范围宽等优点，在亮度、灰度、色彩、分辨率和响应速度等方面继承了CRT的优势，而低电压、低能耗、无X射线辐射等特点又堪与LCD媲美。因此，它被认为是未来一种大有希望的平板显示器件，是CRT的理想替代品，同时也将是LCD有力的竞争者之一。

    FED技术早在1928年场发射电极理论出现时就被提出来，直到1968年才开始有场发射电极应用于显示器的研究。制作FED的关键是如何形成阵列状的微尖锥结构，一般需要采用薄膜技术和微加工技术。这一方法首先由斯坦福国际研究所的C.A.Spindt研制成功。法国政府实验室LETI对Spindt的方法做了一些改进，于1990年研制出{dy}个15cm单色FED显示器，1992年成立了Pixel公司（1995年更名为PixTech），先后得到美国TI、Ravtheon和日本Futaba等公司的支持，于1994年在法国Montpelier建立了世界上{dy}座FED工厂，计划年产10万片30cm以下的FED。

    由于制作FED所需的薄膜技术和微加工技术类似于其他平板显示（如薄膜型ELD）和超大规模集成电路（VLSI）技术，工艺上已经趋于成熟，易于大规模生产以降低成本;而薄膜型墨水沉积技术、环氧树脂发射体、非光刻微带发射技术等的出现更加大了FED大规模生产的可行性;再加上FED兼具CRT和AM-LCD的优点，所以刚一面世就得到很多大公司的支持。

    目前，场发射研究主要集中在两个方面：一方面是发射电子的阴极，除了常规的以硅尖阵列作为发射电子的阴极外，还有利用碳纳米管作为场发射的阴极，并已利用该技术制备出了性能较好的显示器件；另一方面，利用金刚石薄膜或类金刚石薄膜等低功耗材料制备发射阴极也是一个研究热点。

    FED搭上纳米列车

    自从1990年{dy}个15cm单色FED显示器问世以来，小尺寸单色FED显示器的商品化已经实现，目前已经有13cm～15cm的FED产品上市并实现彩色化，25cm以上的大尺寸FED也将出现。而大尺寸彩色显示器的商品化至今仍未实现，其原因在于大面积低成本阴极生产技术和相关的器件制造工艺技术仍在研究和攻关过程中。

    图1 三星在1999年发布的4.5英寸FED显示器

    FED的发展很大程度上依赖于材料工业的发展，伴随着纳米技术的突破，FED技术也取得了突破性的进展。过去所采用的Spindt技术因可靠度与成本问题无法解决，目前全球绝大多数投入FED的厂商纷纷转向碳纳米管（Carbon Nanotube，CNT）技术。碳纳米管 (CNT) 是目前诸多场发射电子替代材料中具有良好场发射特性的材料。因为碳纳米管本身的物理或化学特色都十分优良，也成为最有机会实现商业化的材料。由于FED具有省电、温度耐受范围大等优点，加上碳纳米管技术是目前各国高科技研发的重点，未来如果FED商品化的步伐加快，将对TFT-LCD及等离子显示器（PDP）在大尺寸平面电视市场中形成威胁。

    图2 日本NHK广播电视技术研究所在2003年度技术发布会上公开了面向高精细FED面板的材料技术和阴极电极技术，并展示了利用这些技术试制的发蓝色光的FED面板。面板的画面尺寸为1英寸，像素数为64×192。

    FED研发紧锣密鼓

    目前，国际上对CNT-FED的研发十分紧迫，且主要是以薄膜结合厚膜的制程技术为根基。1992年，韩国三星已经做出了42英寸的原型面板，其目的主要是在CNT的可行性被验证后，试图以大尺寸的CNT-FED来表现CNT材质的可行性，以提高国际上的认同。目前已经可见到32英寸和40英寸的面板，至于品质的改善与量产则将是下一步的目标。日本针对这一领域则采取了策略联盟的方式，除了投入50亿日元进行一个4年的研发计划外，今年还将针对CNT材质与CNT-FED投入24亿日元，以供应燃料电子与显示器等光电产业的需求。

    图3 法国原子能部电子技术信息研究所（LETI）与摩托罗拉在SID 2004上联合发表了发射极采用以CVD技术生成的CNT-FED试制面板。试制面板为6英寸、320×240像素，亮度为500cd/m2单色显示。

    FED技术研发的初期是由法国公司首先应用于军事设备上。近几年，随着日本公司和韩国公司的加入，FED加快了民用化的发展步伐。在国际信息显示学会(Society for Information Display,SID)2002年年会上，韩国三星宣布试制成功以碳纳米管作为电子源的大面积全彩色32英寸、分辨率为480×720像素的FED显示器，同年，伊势电子也展出了40英寸的FED面板。FED开始了大屏幕应用的历程。

    据预计，FED显示器件将在10年内形成24～40英寸显示器产品。到2010年，FED市场规模有望达到50亿美元。另外，根据日本经济产业省技术调查室数据显示，在FED等新显示技术快速发展的影响下，极有可能对大尺寸LCD及PDP市场造成巨大影响。该机构预计，到2010年，全球FED的市场规模将超过PDP，并有逼近LCD市场之势。

    由于FED具有突出的潜在优点和市场前景，自20世纪80年代初至90年代末，显示业界发起了研究FED的热潮，美国、日本、德国、法国、英国、俄罗斯、韩国及中国台湾等国家和地区均投入了大量的人力、物力、财力用于研究开发FED。除了三星和伊势电子外，摩托罗拉、霍尼威尔、松下、佳能、索尼、日立也都投入了重金，从事FED的研究。FED显示器产品目前已用于国防、医疗卫生、防灾减灾等领域。2000年以后，由于受到平板显示器件行业特别是数字化高清晰度电视机市场需求激增的拉动，加上FED一些关键技术得到突破，更是掀起了FED研发的第二次热潮。各大厂商在完成小尺寸FED样机制作的基础上，大多直接开发大尺寸（30英寸以上）的FED，这预示着FED产业化的步伐将加快，不久将有可能与 LCD和OLED一拼高下。

    目前，韩国三星及日本佳能-东芝在50英寸的CNT-FED面板都可达到60～80W低耗电量，且FED的温度耐受范围比LCD广，更适合置于户外及寒冷的地区。更重要的是，FED面板受到厂商青睐的主要原因之一是其生产成本较低。据估计，到2008年，40英寸LCD面板的成本约为700美元，42英寸的PDP则为680美元，而42英寸的FED面板则仅需450美元。

    目前在我国进行FED研发的机构主要有：中山大学、西安交通大学、清华大学、长春光机所、东南大学、华东师范大学、郑州大学和福州大学。其中，福州大学在国家和政府的大力扶持下，在福建宏利工程有限公司、厦门火炬投资开发有限公司等资助下，已研制出可显示视频图像的单色和彩色20英寸FED显示器样机；中山大学显示材料与技术省重点实验室从1996年开始从事大面积冷阴极和场发射器件的研究，目前已研制出几种类型的可大面积低成本制备的冷阴极材料，开发出一种采用碳纳米管冷阴极的超大屏幕显示用的发光管，正在研制采用可印制技术的FED平板显示器。

    在FED的产业化方面，情况并不乐观。彩晶总经理吴大刚曾表示，目前FED在技术发展上仍有许多问题尚待解决，对于一家公司是否投入新技术，除考量这项技术是否具有市场性外，也必须视公司自身是否具有进入此市场的核心竞争力，猛然投入新技术的开发，将造成资源分散。因此，彩晶仅专注在TFT-LCD产品的开发上，不会投入FED或PDP等技术中。

    华映更是明确指出，现阶段FED是因为搭上了纳米的列车，因而获得许多研发经费进行相关研究，但是有些高难度的技术并非砸钱就会看到成果。华映强调，对于一个企业而言，一项技术必须具有量产征兆，才会考虑是否投入，目前FED技术尚未成熟，华映不会在看不到明显成果的新技术上砸钱。