基于電流源控制的CNT-FED驅(qū)動電路設(shè)計

　　和電壓驅(qū)動電路相比，每個像素的陰極多了一個恒流源，即每個像素多出四個分立元件;這對于較大屏幕的FED顯示屏如1024×768來說，用作陰極恒流源的分立元件總個數(shù)為1024×768×4個。這無形中增加了整體驅(qū)動電路連線的復(fù)雜度和體積，不符合平板顯示器輕薄的設(shè)計要求。為此，針對陰極電流驅(qū)動法，我們又提出一種將部分驅(qū)動電路(電流源)集成到陰極SI襯底上去的方法;這種方法既可解決亮度的非線性調(diào)節(jié)問題，又可滿足使FED輕薄的設(shè)計要求。

2.3 集成CNT-FED驅(qū)動電路設(shè)計

　　由于CNT-FED 具有在硅基底上直接生長碳納米管的優(yōu)點^[18]，我們可以將驅(qū)動電路集成到陰極板當中，這是驅(qū)動電路和陰極集成的前提條件。對于整體的驅(qū)動電路來說，可分為高低壓轉(zhuǎn)換部分、邏輯控制部分和視頻信號轉(zhuǎn)換等部分。整體驅(qū)動的電路比較龐大，特別是高低壓轉(zhuǎn)換部分對集成電路的要求更高。另一方面，作為陰極發(fā)射體的碳納米管生長效果不佳，其所對應(yīng)的驅(qū)動電路就失去了作用，而不加考慮地集成了每個陰極對應(yīng)的驅(qū)動電路，會使顯示器成本的大幅度提高。相對而言，如果只將恒流源電路集成于SI襯底中，簡單易行，成本低，這是一種解決FED亮度問題的一種理想選擇。把電流源電路應(yīng)用集成電路工藝做到硅基底上，即可解決FED器件的亮度均勻性問題，又可解決亮度的非線性調(diào)節(jié)問題;實現(xiàn)了部分驅(qū)動電路集成，簡化外圍驅(qū)動系統(tǒng)復(fù)雜度，使整體FED系統(tǒng)達到輕薄的設(shè)計要求。恒流源集成于SI襯底整體結(jié)構(gòu)的集成CNT-FED驅(qū)動電路結(jié)構(gòu)示意圖如圖4所示，它為兩個相鄰像素點的FED器件的整體結(jié)構(gòu)。首先，在硅基底上制作恒流源控制電路，然后生成氧化絕緣層，再在氧化絕緣層上燒結(jié)陰極，最后生長碳納米管發(fā)射陣列。

　　按事先安排好的矩陣，重復(fù)生長多個圖4所示的像素單元，這些像素單元所構(gòu)成的陣列即為陰極顯示屏。兩列相鄰陰極像素點，要用隔離槽隔開。

　　圖5所示為16×16點陣的CNT-FED示意圖。在生長點陣時，在同一列上所有像素點的陰極恒流源的電源輸入端V_CC要連在一塊，作為數(shù)據(jù)信號的輸入端;同時，在同一行的柵極都要連接在一塊，作為這一行的柵電壓Vg的輸入端。柵極與掃描線驅(qū)動連在一起，陰極與數(shù)據(jù)線驅(qū)動相連。施加固定高壓在陽極上用來加速電子。對柵極進行逐行選址，施加高電位在選中行對應(yīng)的柵極，低電位施加于其余行。陰極恒流源的數(shù)據(jù)信號端施加與所顯示圖像相應(yīng)的脈沖，當對應(yīng)列上需顯示，對應(yīng)的陰極恒流源數(shù)據(jù)信號端為高電平產(chǎn)生輸出電流I_o;當所對應(yīng)列上無顯示時，對應(yīng)的陰極恒流源數(shù)據(jù)信號端為低電平無電流輸出;通過控制陰極上恒流源的數(shù)據(jù)信號端脈沖的寬度或數(shù)目來實現(xiàn)灰度顯示;如此逐行、逐幀循環(huán)即可實現(xiàn)字符和圖形的顯示。

3 結(jié)果與結(jié)論

　　通過分析CNT-FED器件調(diào)制特性得知，陰極電流的精確控制無法通過電壓驅(qū)動實現(xiàn)，而電流驅(qū)動卻能實現(xiàn)對陰極電流的良好控制能力。在電流驅(qū)動電路中，只要施加合理的柵極電壓就可以保證所有像素陽極電流都等于陰極恒流源電流I_o，從而保證了亮度顯示的均勻性，因此，電流驅(qū)動克服了各像素不一致的缺點。由于分立元件驅(qū)動電路會使整體驅(qū)動電路連線復(fù)雜，體積龐大，為此，利用碳納米管可生長在SI襯底上的優(yōu)點，將電流源電路集成在SI襯底中，然后再生長碳納米管。采用電流源和CNT的集成驅(qū)動電路，既解決了CNT-FED亮度均勻性與非線性調(diào)節(jié)問題，又滿足了FED輕薄的設(shè)計要求，是實現(xiàn)CNT-FED驅(qū)動的理想方式。我們所設(shè)計的碳納米管陰極驅(qū)動電路，能夠?qū)崿F(xiàn)字符的動態(tài)顯示，顯示效果如圖6所示。

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