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摘 要： 此次研究运用C#及ANSYS软件，对场发射显示器进行结构优化，对其进行仿真处理，形成更加便捷、优质的程序，在此次结构优化过程中，还运用ANSYS参数化设计语言，将本程序过程进行参数化处理，完成建模、加载等环节，借助于C#完成对程序参数的可视化处理，为其后续处理提供基础。研究结果表明，将C#及ANSYS参数化设计语言运用于场发射显示器结构的优化中，起到了良好的设计效果，在电场分布、电子发射及电流密度等方面，均实现了较大程度的改善。
关键词： 场发射器；二次开发；优化设计
前言：场发射显示器属于一种显示装置，通过对其工作原理进行分析，通过对阴极施加电场，使电子可以在隧道效应的作用下，达到真空状态，随后电场在保持加速状态，并向阴极释放轰击力，由此使其产生荧光，在电路控制下能够显示多种图像。在当前的显示器市场中，场发射显示器的应用程度愈加广泛，而且可与等离子体、液晶类显示器具有相近的市场地位，具有良好的发展前景。而在评价场发射显示器的显示效果时，电流密度是其重要的评价指标，以此在场发射显示器的仿真设计中，应当将应激表面的电场强度、发散角及电流密度作为其主要参数。
在场发射显示器结构优化中，有限元法是一种应用程度较高且应用效果较好的方法，在该方法应用过程中，需要使用到ANSYS软件，能够实现对于场发射显示器的结构、流体及电磁场进行分析，在此过程中，主要包含前处理、加载、后处理等环节。将ANSYS引入到场发射的分析中，能够更加准确、全面的了解到电场分布、电子发射等情况。在场发射过程中，存在诸多因素会对其造成影响，主要包含结构参数和电压，若单纯使用ANSYS进行处理，可能会出现复杂的参数变化，难以得出准确的结果。因此应当将APDL引入到场发射显示器的结构优化中，将原本复杂、大量的工作，简化为直观、便捷的显示界面。此外，C#由微软公司开发以来，一直作为一种常用的编程语言，在与其它编程语言进行对比时，体现出较强的优势性，因此本研究将其结合至场发射显示器的优化中，大幅提升设计效率。
一、仿真条件和方法
此次研究的场发射模型选用为Spindt，该模型属于三极式结构，发射体尖端为球形，主要负责信号的发射，发射体下端为截圆锥，整体来看，该模型表现出较强的对称性，其截面图如下图1所示。
在此次研究中，以下参数保持不变：球台角度为60°，栅极厚度为0.03μm，阴极与阳极之间保持在1.2μm的范围内，阴阳极直径确定为2.4μm。由于介质层与椎尖二者的距离相对较长，对于发生过程造成的影响不足，因此忽略不计。在该设计过程中，通常需要对七个主要数据加以处理，其中包括栅极电压、栅孔半径、栅阴距离等，通常需要使用F-N方程对其发散角加以计算，在改过程中，需要经过数百次的建模和计算，工作量较高。此次研究选用ANSYS法代替以往的计算方式，首先利用ANSYS基础算法对其进行常规计算，随后运用APDL配合计算，并将计算结果以log文本的形式予以表示，作为后续计算的数据基础，利用模板log连续将数据转化为log文件，由程序对其进行读取和显示，与此同时，汇总数据文件中的数据记录就会相应的增加1条，但数据记录达到一定标准时，就可以实现对于场发射显示器的结构优。
二、计算结果
在使用C#进行编程后，需要填入多条参数，具体包括栅极电压、栅孔半径、栅阴距离等，ANSYS具有保护自己版权的作用，因此不具备可与其它程序进行连接的接口，输入及输出等操作都需要通过文本文件去处理。此外，此次研究还具有专门的设置文件，其主要作用在于存储ANSYA数据及信息，明确其文件位置。在整个程序完成计算后，场发射显示器的界面上会呈现出一个数值，也就是优化标准值，其中包含阴极表面强度、电子束发射角以及电流强度等数据，与此同时，程序还会根据相关数据，及时的呈现出电子发射轨迹图，通过该图能够明确发现电子束的发散角，每完成一次程序计算，就可以得出一组参数，作为场发射显示器结构的优化值，并汇总到数据文件中。
当阴极表面的电场强度达到一定程度时，会进行场发射，这个也是场发射显示器的重要指标。椎尖半径是形成尖端效应的最主要因素，同时也会对阴极表面强度产生较大程度的影响。因此，通过分析椎尖半径和表面场强的变化，能够发现二者之间存在反向关系，也就是在椎尖半径增加的情况下，场强数值会出现相应的下降，发散角应当控制在相对合理的范围内，避免应该数值过高而降低场发射显示器的清晰程度。
三、讨论
阳极电压以场发射显示器的电场分布情况具有较为紧密的关联，同时也与电子束的发散角具有密切关联，对比阳极电压与发散角的变化情况，在阳极电压的数值不断增大的情况下，其发散角会出现逐渐降低的趋势。要确保场发射显示器的显示亮度能够达到相应的标准，就需要不断提高其场发射电流数值。椎尖半径的数值，对于电场强度具有直接关联的情况下，对于场发射表面积也会产生较为密切的影响，在椎尖半径长度不断增加的情况下，其电场强度会呈现出逐渐减小的变化趋势。以F-N方程的计算原理可以得知，在电流密度相对较高的情况下，其场发射面积出现不断降低的趋势，对比椎尖半径与電流强度二者之间的关系，并不具有较为明显的相关性，将仿真系统引入到场发射显示器的结构优化中，能够较为明确的辨别椎尖半径对于电流强度的影响，在使用F-N方程对该关系进行分析的情况下发现，发现电流同椎尖半径的变化，呈现出近视于指数的关系。
相较于常规模式下所采用的设计方法，将二次开发引入到场发射显示器结构的优化中，体现出较为显著的便捷性，可以运用多种方式对程序中的参数进行观察、计算及处理，而且在处理完成后，还能够将不同组别的数据进行对比分析，进而从中选择适用性更高的设计方案。在实践优化过程中，应当加强对于关键指标的控制与处理，尤其是在场强、发散角及强度数值较高的情况下，需要考察其优化设计工艺的可行性。
结语：本文主要围绕场发射显示器进行探究，围绕其结构优化进行具体的分析，通过对C#和ANSYS等二次开发程序的引入，使建模、加载及处理等环节更加便捷化，而且提高了操作界面的可视性，即便在用户不熟悉、不理解ANSYS系统的情况下，也能够取得良好的设计效果。在经过结构优化后，用户仅需在场发射显示器中输入参数，就可以在完全自动的情况下完成电场参数计算，体现出ANSYS的便捷性和快速性，而且可以通过计算结果和轨迹图的形式予以表示出来，产生一组兼具参数值和优化值的信息。该系统还具有可重复操作的优势，通过多次计算后，能够实现对计算结果的多层次对比，起到优化场发射显示器结构的目的。■
参考文献
[1]常春蕊，赵宏微，刁加加，安立宝.基于碳纳米管薄膜构建场发射平面显示器的阴极结构[J].材料导报，2017，31（01）：56-63+76.
[2]高金海，张武勤，李桢.微米金刚石聚晶为阴极的场发射显示器制备与研究[J].郑州师范教育，2016，05（04）：19-22.
[3]唐鹿.场发射显示器用蓝色YVO_4∶Tm～（3+）纳米荧光粉的制备及性能研究[J].发光学报，2015，36（09）：1006-1012.
[4]李兴辉，白国栋，李含雁，丁明清，冯进军，廖复疆.场发射阴极及其应用的回顾与展望[J].真空电子技术，2015，08（02）：50-63.
关键词： 场发射器；二次开发；优化设计
前言：场发射显示器属于一种显示装置，通过对其工作原理进行分析，通过对阴极施加电场，使电子可以在隧道效应的作用下，达到真空状态，随后电场在保持加速状态，并向阴极释放轰击力，由此使其产生荧光，在电路控制下能够显示多种图像。在当前的显示器市场中，场发射显示器的应用程度愈加广泛，而且可与等离子体、液晶类显示器具有相近的市场地位，具有良好的发展前景。而在评价场发射显示器的显示效果时，电流密度是其重要的评价指标，以此在场发射显示器的仿真设计中，应当将应激表面的电场强度、发散角及电流密度作为其主要参数。
在场发射显示器结构优化中，有限元法是一种应用程度较高且应用效果较好的方法，在该方法应用过程中，需要使用到ANSYS软件，能够实现对于场发射显示器的结构、流体及电磁场进行分析，在此过程中，主要包含前处理、加载、后处理等环节。将ANSYS引入到场发射的分析中，能够更加准确、全面的了解到电场分布、电子发射等情况。在场发射过程中，存在诸多因素会对其造成影响，主要包含结构参数和电压，若单纯使用ANSYS进行处理，可能会出现复杂的参数变化，难以得出准确的结果。因此应当将APDL引入到场发射显示器的结构优化中，将原本复杂、大量的工作，简化为直观、便捷的显示界面。此外，C#由微软公司开发以来，一直作为一种常用的编程语言，在与其它编程语言进行对比时，体现出较强的优势性，因此本研究将其结合至场发射显示器的优化中，大幅提升设计效率。
一、仿真条件和方法
此次研究的场发射模型选用为Spindt，该模型属于三极式结构，发射体尖端为球形，主要负责信号的发射，发射体下端为截圆锥，整体来看，该模型表现出较强的对称性，其截面图如下图1所示。
在此次研究中，以下参数保持不变：球台角度为60°，栅极厚度为0.03μm，阴极与阳极之间保持在1.2μm的范围内，阴阳极直径确定为2.4μm。由于介质层与椎尖二者的距离相对较长，对于发生过程造成的影响不足，因此忽略不计。在该设计过程中，通常需要对七个主要数据加以处理，其中包括栅极电压、栅孔半径、栅阴距离等，通常需要使用F-N方程对其发散角加以计算，在改过程中，需要经过数百次的建模和计算，工作量较高。此次研究选用ANSYS法代替以往的计算方式，首先利用ANSYS基础算法对其进行常规计算，随后运用APDL配合计算，并将计算结果以log文本的形式予以表示，作为后续计算的数据基础，利用模板log连续将数据转化为log文件，由程序对其进行读取和显示，与此同时，汇总数据文件中的数据记录就会相应的增加1条，但数据记录达到一定标准时，就可以实现对于场发射显示器的结构优。
二、计算结果
在使用C#进行编程后，需要填入多条参数，具体包括栅极电压、栅孔半径、栅阴距离等，ANSYS具有保护自己版权的作用，因此不具备可与其它程序进行连接的接口，输入及输出等操作都需要通过文本文件去处理。此外，此次研究还具有专门的设置文件，其主要作用在于存储ANSYA数据及信息，明确其文件位置。在整个程序完成计算后，场发射显示器的界面上会呈现出一个数值，也就是优化标准值，其中包含阴极表面强度、电子束发射角以及电流强度等数据，与此同时，程序还会根据相关数据，及时的呈现出电子发射轨迹图，通过该图能够明确发现电子束的发散角，每完成一次程序计算，就可以得出一组参数，作为场发射显示器结构的优化值，并汇总到数据文件中。
当阴极表面的电场强度达到一定程度时，会进行场发射，这个也是场发射显示器的重要指标。椎尖半径是形成尖端效应的最主要因素，同时也会对阴极表面强度产生较大程度的影响。因此，通过分析椎尖半径和表面场强的变化，能够发现二者之间存在反向关系，也就是在椎尖半径增加的情况下，场强数值会出现相应的下降，发散角应当控制在相对合理的范围内，避免应该数值过高而降低场发射显示器的清晰程度。
三、讨论
阳极电压以场发射显示器的电场分布情况具有较为紧密的关联，同时也与电子束的发散角具有密切关联，对比阳极电压与发散角的变化情况，在阳极电压的数值不断增大的情况下，其发散角会出现逐渐降低的趋势。要确保场发射显示器的显示亮度能够达到相应的标准，就需要不断提高其场发射电流数值。椎尖半径的数值，对于电场强度具有直接关联的情况下，对于场发射表面积也会产生较为密切的影响，在椎尖半径长度不断增加的情况下，其电场强度会呈现出逐渐减小的变化趋势。以F-N方程的计算原理可以得知，在电流密度相对较高的情况下，其场发射面积出现不断降低的趋势，对比椎尖半径与電流强度二者之间的关系，并不具有较为明显的相关性，将仿真系统引入到场发射显示器的结构优化中，能够较为明确的辨别椎尖半径对于电流强度的影响，在使用F-N方程对该关系进行分析的情况下发现，发现电流同椎尖半径的变化，呈现出近视于指数的关系。
相较于常规模式下所采用的设计方法，将二次开发引入到场发射显示器结构的优化中，体现出较为显著的便捷性，可以运用多种方式对程序中的参数进行观察、计算及处理，而且在处理完成后，还能够将不同组别的数据进行对比分析，进而从中选择适用性更高的设计方案。在实践优化过程中，应当加强对于关键指标的控制与处理，尤其是在场强、发散角及强度数值较高的情况下，需要考察其优化设计工艺的可行性。
结语：本文主要围绕场发射显示器进行探究，围绕其结构优化进行具体的分析，通过对C#和ANSYS等二次开发程序的引入，使建模、加载及处理等环节更加便捷化，而且提高了操作界面的可视性，即便在用户不熟悉、不理解ANSYS系统的情况下，也能够取得良好的设计效果。在经过结构优化后，用户仅需在场发射显示器中输入参数，就可以在完全自动的情况下完成电场参数计算，体现出ANSYS的便捷性和快速性，而且可以通过计算结果和轨迹图的形式予以表示出来，产生一组兼具参数值和优化值的信息。该系统还具有可重复操作的优势，通过多次计算后，能够实现对计算结果的多层次对比，起到优化场发射显示器结构的目的。■
参考文献
[1]常春蕊，赵宏微，刁加加，安立宝.基于碳纳米管薄膜构建场发射平面显示器的阴极结构[J].材料导报，2017，31（01）：56-63+76.
[2]高金海，张武勤，李桢.微米金刚石聚晶为阴极的场发射显示器制备与研究[J].郑州师范教育，2016，05（04）：19-22.
[3]唐鹿.场发射显示器用蓝色YVO_4∶Tm～（3+）纳米荧光粉的制备及性能研究[J].发光学报，2015，36（09）：1006-1012.
[4]李兴辉，白国栋，李含雁，丁明清，冯进军，廖复疆.场发射阴极及其应用的回顾与展望[J].真空电子技术，2015，08（02）：50-63.