Feltemissionsdisplay - Field-emission display

Image
en FED-underpixel

En felt-emission display ( FED ) er en fladskærm teknologi, der bruger store areal felt elektron emission kilder til at give elektroner, der rammer farvede fosfor til at producere et farvebillede. I en generel forstand består en FED af en matrix af katodestrålerør , hvor hvert rør producerer en enkelt underpixel, grupperet i tre til at danne rød-grøn-blå (RGB) pixels . FED'er kombinerer fordelene ved CRT'er, nemlig deres høje kontrastniveauer og meget hurtige svartider, med emballagefordelene ved LCD og andre fladskærmsteknologier. De tilbyder også muligheden for at kræve mindre strøm, ca. halvdelen af ​​et LCD-system.

Sony var den største talsmand for FED-designet og lagde en betydelig forsknings- og udviklingsindsats i systemet i 2000'erne og planlagde masseproduktion i 2009. Sonys FED-indsats begyndte at afvikle i 2009, da LCD blev den dominerende fladskærmsteknologi. I januar 2010 meddelte AU Optronics , at de erhvervede væsentlige FED-aktiver fra Sony og agter at fortsætte udviklingen af ​​teknologien. Fra og med 2016 er der ikke foretaget nogen større kommerciel FED-produktion. FED'er kan også gøres gennemsigtige.

FED'er er tæt beslægtet med en anden displayteknologi, der udvikler sig, overfladeledningselektron-emitter-displayet (SED), der primært adskiller sig med hensyn til elektronemissionssystemet.

Operation

FED-skærm fungerer som et konventionelt katodestrålerør (CRT) med en elektronpistol, der bruger højspænding (10 kV) til at accelerere elektroner, som igen exciterer fosforerne, men i stedet for en enkelt elektronpistol indeholder et FED-display et gitter af individuelle nanoskopiske elektronkanoner. Den består af 2 glasplader med jævne mellemrum, der vender mod hinanden, hvoraf den ene indeholder emitterne, afstandsstykkerne og gitteret, og den anden indeholder fosforerne.

En FED-skærm er konstrueret ved at lægge en række metalstriber ned på en glasplade for at danne en række katodelinjer. Fotolitografi bruges til at lægge en række rækker af skiftende porte vinkelret på katodelinierne og danne et adresserbart gitter. I krydset mellem hver række og kolonne deponeres en lille patch på op til 4.500 emittere, typisk ved hjælp af metoder udviklet fra inkjetprintere . Metalgitteret er lagt oven på skifteportene for at fuldføre pistolstrukturen.

Et højspændingsgradientfelt oprettes mellem emitterne og et metalnet ophængt over dem, der trækker elektroner fra emitternes spidser. Dette er en meget ikke-lineær proces, og små ændringer i spænding vil hurtigt få antallet af udsendte elektroner til at mætte. Gitteret kan adresseres individuelt, men kun emitterne placeret ved krydsningspunkterne for den drevne katode, portlinjerne vil have nok strøm til at producere et synligt sted, og eventuelle lækager til omgivende elementer vil ikke være synlige. Processens ikke-linearitet muliggør undgåelse af aktive matrixadresseringsordninger - når pixlen lyser op, vil den naturligt lyse. Ikke-linearitet betyder også, at lysstyrken på underpixlen er pulsbreddemoduleret til at kontrollere antallet af elektroner, der produceres, som i plasmaskærme .

Netspændingen sender elektronerne, der strømmer ind i det åbne område mellem emitterne bagpå og skærmen foran på skærmen, hvor en anden accelerationsspænding yderligere accelererer dem mod skærmen og giver dem nok energi til at tænde fosforerne. Da elektronerne fra en hvilken som helst enkelt emitter fyres mod en enkelt underpixel, er scanningselektromagneterne ikke nødvendige.

CNT-FED'er bruger kulstof-nanorør doteret med nitrogen og / eller bor som emittere. Samsung har tidligere arbejdet med udviklingen af ​​denne form for skærm, men Samsung har aldrig frigivet nogen produkter, der bruger denne teknologi. CNT-FED placerer kulstof-nanorøremitterne i bunden af ​​hulrum kaldet porthuller, som er lavet ved hjælp af elektrisk isolerende materiale. En guldfilm aflejres oven på dette materiale uden at blokere porthullerne for at lade elektroner fra carbon-nanorørene passere igennem. Guldfilmen fungerer som en port eller et gitter, som fremskynder elektronerne. Guld bruges også som katoden, og kulstofnanorørene er bygget oven på den. Katoden er anlagt ved hjælp af fotolitografi for at skabe et adresserbart gitter. Afstandsstykker placeres med jævne mellemrum, som holder begge glaspaneler 300 mikrometer fra hinanden. Rummet skabt af rummene indeholder et vakuum. Anoden kan være fremstillet af aluminium eller indiumtinoxid (ITO), og den kan placeres under eller oven på fosforerne.

Ulemper

Ligesom alle andre skærme med individuelt adresserbare underpixels, kan FED-skærme potentielt lide af fremstillingsproblemer, der vil resultere i døde pixels . Emitterne er dog så små, at mange "kanoner" kan drive en underpixel, skærmen kan undersøges for døde emittere, og pixellysstyrke korrigeres ved at øge pulsbredden for at kompensere for tabet gennem øgede emissioner fra de andre emittere, der fodrer den samme pixel.

  1. Effektiviteten af ​​feltemitterne er baseret på de ekstremt små radier af spidserne, men denne lille størrelse gør katoderne modtagelige for beskadigelse ved ionpåvirkning. Ionerne produceres af de høje spændinger, der interagerer med resterende gasmolekyler inde i enheden.
  2. FED-skærm kræver et vakuum for at fungere, så displayrøret skal være forseglet og mekanisk robust. Da afstanden mellem emitterne og fosforerne er ganske lille, generelt nogle få millimeter, kan skærmen imidlertid forstærkes mekanisk ved at placere afstandsstykker eller stolper mellem for- og bagsiden af ​​røret.
  3. FED'er kræver høje vakuumniveauer, som er vanskelige at opnå: vakuumet, der er egnet til konventionelle CRT'er og vakuumrør, er ikke tilstrækkeligt til langvarig FED-drift. Intens elektronbombardement af fosforlaget frigiver også gas under brug.

Konkurrerende teknologier

Katodestrålerør

FED'er fjerner meget af den elektriske kompleksitet af katodestrålerør , herunder de opvarmede filamenter i elektronpistolen, der bruges til at generere elektroner, og elektromagneterne i afbøjningsåger, der bruges til at styre strålen, og er således meget mere energieffektive end en CRT af lignende størrelse . FED'er er dog teknisk dårligere end CRT'er, da de ikke er i stand til multiscanning .

LCD

Fladskærms-LCD-skærme bruger en lys lyskilde og filtrerer halvdelen af ​​lyset ud med en polarisator og filtrerer derefter det meste af lyset for at producere røde, grønne og blå (RGB) kilder til underpixelerne. Det betyder, at i bedste fald kun 1/6 (eller mindre i praksis) af det lys, der genereres bag på panelet, når skærmen. I de fleste tilfælde filtrerer selve flydende krystalmatrix derefter yderligere lys ud for at ændre lysstyrken på underpixlerne og producere et farveskala. Så på trods af brug af ekstremt effektive lyskilder som fluorescerende lamper med kold katode eller hvide LED'er med høj effekt , er den samlede effektivitet af en LCD ikke særlig høj. Selvom belysningsprocessen, der anvendes i FED, er mindre effektiv, kræver kun tændte subpixels strøm, hvilket betyder, at FED'er er mere effektive end LCD-skærme. Sonys 36 "FED-prototyper er kun blevet tegnet med 14 W, når de viser stærkt oplyste scener, mens en konventionel LCD-skærm af lignende størrelse normalt tegner godt over 100 W.

At undgå behovet for et baggrundsbelysningssystem og en tyndfilm-transistor aktiv matrix reducerer også i høj grad sættets kompleksitet som helhed og reducerer samtidig dets front-to-back tykkelse. Mens en FED har to glasplader i stedet for den i en LCD, er den samlede vægt sandsynligvis mindre end en LCD med samme størrelse. FED'er hævdes også at være billigere at fremstille, da de har færre samlede komponenter og processer involveret. De er imidlertid ikke nemme at fremstille som en pålidelig kommerciel enhed, og der er stødt på betydelige produktionsvanskeligheder. Dette førte til et løb med to andre front-running teknologier, der sigter mod at udskifte LCD-skærme i tv-brug, den aktive matrix OLED og overfladeledning elektron-emitter display (SED).

OLED

Organiske lysemitterende dioder (OLED) celler udsender direkte lys. Derfor kræver OLED'er ingen separat lyskilde og er meget effektive med hensyn til lysudgang. De tilbyder de samme høje kontrastniveauer og hurtige svartider, som FED tilbyder. OLED'er er en seriøs konkurrent til FED'er, men lider af de samme slags problemer, der bringer dem til masseproduktion.

SED

SED'er ligner meget FED'er, den primære forskel mellem de to teknologier er, at SED bruger en enkelt emitter til hver kolonne i stedet for de individuelle pletter i FED. Mens en FED bruger elektroner, der udsendes direkte mod fronten af ​​skærmen, bruger SED elektroner, der udsendes fra nærheden af ​​et lille "hul" i et overfladeledende spor, der er lagt parallelt med panelets plan og ekstraheret sidelæns til deres oprindelige bevægelsesretning. SED bruger et emitterarray baseret på palladiumoxid, der er fastlagt ved en inkjet- eller silke-screen-proces . SED er blevet betragtet som den variant af FED, der er mulig til masseproduktion, men fra slutningen af ​​2009 er der ikke stillet kommercielle SED-displayprodukter til rådighed af branchen.

Historie

Den første koncentrerede indsats for at udvikle FED-systemer startede i 1991 af Silicon Video Corporation, senere Candescent Technologies. Deres "ThinCRT" viser brugte metalemittere, oprindeligt bygget af små molybdænkegler kendt som Spindt-spidser . De led af erosion på grund af de høje accelererende spændinger. Forsøg på at sænke accelererende spændinger og finde egnede fosforer, der ville arbejde ved lavere effektniveauer, samt løse erosionsproblemet gennem bedre materialer, mislykkedes.

Candescent skubbede fremad med udviklingen på trods af problemer og brækkede grund på et nyt produktionsanlæg i Silicon Valley i 1998 og samarbejdede med Sony . Imidlertid var teknologien ikke klar, og virksomheden suspenderede indkøb af udstyr i begyndelsen af ​​1999 med henvisning til "forureningsproblemer". Anlægget blev aldrig færdig, og efter at have brugt 600 millioner dollars på udvikling indgav de kapitel 11- beskyttelse i juni 2004 og solgte alle deres aktiver til Canon i august.

Et andet forsøg på at tackle erosionsproblemerne blev foretaget af Advance Nanotech, et datterselskab af SI Diamond Technology i Austin, Texas . Advance Nanotech udviklede et doteret diamantstøv, hvis skarpe hjørner syntes at være en ideel emitter. Imidlertid gik udviklingen aldrig ud og blev opgivet i 2003. Advance Nanotech anvendte derefter deres bestræbelser på den lignende SED-skærm og licenserede deres teknologi til Canon. Da Canon hentede Toshiba for at hjælpe med at udvikle skærmen, sagsøgte Advance Nanotech, men mistede i sidste ende deres bestræbelser på at genforhandle kontrakterne på baggrund af deres påstand om, at Canon overførte teknologien til Toshiba.

Nylig FED-forskning fokuserer på kulstofnanorør (CNT'er) som emittere. Nano-emissive display (NED) er Motorolas betegnelse for deres kulstof-nanorør-baserede FED-teknologi. En prototype model blev demonstreret i maj 2005, men Motorola har nu standset al FED-relateret udvikling.

Futaba Corporation har kørt et udviklingsprogram fra Spindt-typen siden 1990. De har produceret prototyper af mindre FED-systemer i en årrække og demonstreret dem på forskellige messer, men ligesom Candescent-indsatsen har der ikke været nogen produktion på storskærm. Udviklingen fortsætter på en nanorørbaseret version.

Sony har efterladt deres indsats med Candescent, licenseret CNT - teknologi fra Carbon Nanotechnologies Inc., fra Houston, Texas , som var den offentlige licensagent for en række teknologier udviklet på Rice Universitys Carbon Nanotechnology Laboratory. I 2007 demonstrerede de et FED-display på en messe i Japan og hævdede, at de ville introducere produktionsmodeller i 2009. De spredte senere deres FED-indsats til Field Emission Technologies Inc., som fortsatte med at sigte mod en frigivelse fra 2009.

Deres planer om at starte produktion på en tidligere Pioneer-fabrik i Kagoshima blev forsinket af økonomiske problemer i slutningen af ​​2008. Den 26. marts 2009 meddelte Field Emission Technologies Inc. (FET), at den lukkede på grund af manglende evne til at rejse kapital.

I januar 2010 meddelte den taiwanske AU Optronics Corporation (AUO), at de havde erhvervet aktiver fra Sonys FET og FET Japan, herunder "patenter, know-how, opfindelser og relevant udstyr relateret til FED-teknologi og materialer". I november 2010 rapporterede Nikkei , at AUO planlægger at starte masseproduktion af FED-paneler i fjerde kvartal 2011, men AUO kommenterede imidlertid, at teknologien stadig er i forskningsfasen, og at der ikke er planer om at starte masseproduktion i øjeblikket.

Se også

Referencer

eksterne links