Luminestsentskuvar

Luminestsentskuvar (inglise field emission display, lühend FED) on lamekuvari tüüp, mis põhineb CRT-tehnoloogial, mida on muudetud töötama lameekraani korral. FED koosneb elektronkiiretorude maatriksist, milles iga alampiksli taga on oma elektronide allikas. Luminestsentskuvarites on kombineeritud CRT eeliseid, näiteks suur kontrastsus ja väga kiire reaktsiooniaeg, lameekraanide ruumisäästlikkus ja väike voolutarve – umbes pool LCD-ekraani voolutarbest.

Tööpõhimõte

Tavaline elektronkiiretoru (CRT) töötab elektronikahuri jõul. Selle ühes otsas eraldatakse elektrone metallelemendi "keetmisel", mis vajab suuri voolutugevusi ja võtab põhilise osa CRT voolutarbest. Neid elektrone kiirendatakse ja fokuseeritakse tihedaks kimbuks, mis liiguvad ekraanipinna poole. Elektromagnetite abil, mis asuvad elektronikahuri teise otsa pool, juhitakse elektronid kindlatesse punktidesse ekraanil, mis tekitab kahemõõtmelise pildi. Kiiresti liikuvad elektronid tabavad ekraani tagaosal olevaid fosforeid, mis hakkavad helendama ja tekitavad valgust. Värviliste piltide saamiseks on ekraanile kantud 3 erinevat fosforikomponenti triipude või punktidena: punase, rohelise ja sinise värvi jaoks. Kaugelt vaadatuna need värvid tekitavad inimsilmas tajutavad värvid.

FED asendab CRT-s leiduva ühe elektronikahuri võrgustiku nanosuurusel emitteritega, mis on paigutatud iga piksli alla. Emitterite kohale on paigutatud metallvõrgustik, millele rakendatav pinge tõmbab elektrone emitterite tippudesse, kus elektronide üleküllastuse tõttu hakkavad need emitteritest eralduma. See protsess on väga eksponentsiaalne, mis tähendab, et alles kindlast pingest suurema rakendamisel hakkab protsess toimuma. See võimaldab valida kindlaid emittereid horisontaalsete ja vertikaalsete ühenduste ristumise abil. Ainult ühte telge pidi saabuv vool pole piisav, et emitterit tööle panna ja juba töötavat emitterit üleliigne vool ei sega. Mistõttu pole tarvis kasutada aktiivmaatriksi süsteeme, mida vajavad LCD- ja muud sarnased ekraanid, mis vähendab tehnoloogia keerukust. Samas tähendab see, et ei saa kasutada pinge muutmist piksli heleduse kontrollimisel. Seetõttu kasutatakse pulsilaiusmodulatsiooni sarnaselt plasmaekraanidega, mille käigus emittereid lülitatakse töötavast asendist puhkavasse kiiretel sagedustel, mille muutmisel saab kontrollida, kui palju elektrone eraldatakse, ja selle läbi piksli heledust.

Eraldunud elektronid satuvad vabasse piirkonda emitterite ja ekraani esikülje vahel, millele on rakendatud lisapinge elektrivälja tekitamiseks, mille mõjul vabanenud elektronid hakkavad kiirendama ekraani esikülje poole, kuhu on kaetud luminofoor. Kiirenduse jooksul saavad elektronid piisava energia, et luminofooril tekitada helendusreaktsioon. Kuna iga piksli taga on oma emitterid, siis pole vaja rakendada suunda konfigureerivaid elektromagneteid.

Ehitus

FED koosneb kahest klaasplaadist, mis on üksteisest mõne millimeetri kaugusel. Tagumisel plaadil asuvad emitterid ja eesmisel fosforid. Esiplaadi tootmisel saab kasutada üldiselt samu tehnoloogiaid, mida CRT puhul: fosforid trükitakse plaadile, mis seejärel kaetakse õhukese kihi alumiiniumiga, et muuta ekraan läbipaistmatuks ja tekitada elektronidele tagasitee, kui nad on juba kord ekraanile jõudnud. See kiht on ka elektrone kiirendavaks anoodiks, mistõttu on see pidevalt pinge all. Enne fosforite trükkimist kaetakse klaasile ka tume võrgustik, mis jääb pikslite vahele, et parandada kontrasti ja anda väljalülitatud ekraanile must värvus.

Tagumisele plaadile kantakse emitterid ja nende juhtimissüsteem. Esimesed FED-ekraanid kasutasid "spindt-tip" tüüpi emittereid, mis on praktiliselt väikesed teravad molübdeenist koonused, mis tekitavad väga tugevaid elektrivälju suhteliselt väikeste pingete korral (100 V). Taolised emitterid aga olid väga vastuvõtlikud kahjustustele ning nende asemele võeti süsiniknanotorud, millega saab luua ka efektiivsemaid emittereid.

Plaatide vahel peab olema vaakum, et kõrge energiaga elektronide liikumisel ei jääks teele takistusi, seega mõjub klaasplaatidele tugev rõhk väljastpoolt. Kuna emitterid ja fosforid on asetatud plaatidele täpselt pikslite kohtadele, siis on nende vahel natuke ruumi, mida saab kasutada väikeste tugistruktuuride jaoks, enamjaolt õhukesed klaasribad või pulgad. Seetõttu ei pea ekraani klaas olema väga paks nagu CRT-ekraanidel ning FED tuleb kergem ja õhem. Samas vajalik vaakum peab olema kvaliteetsem kui CRT korral, sest elektronide kokkupõrgetel allesjäänud molekulidega tekivad ioonid, mis võivad lõhkuda emittereid või muul moel kahjulikult mõjuda.

SED

FED tehnoloogiaga väga sarnane on SED. Kasutatakse samasuguseid luminofoore ning nende ergastamist kiirete elektronide abil. Erinevuseks on elektronide emitterite ehitus. SED korral on emitteri kohal pingestatud ava suurusjärgus 5 nm, mille ühelt otsalt teisele elektrone eralduma hakkab. Need elektronid pöörduvad välises elektriväljas, ning tabavad luminofoori. SED-ekraane loetakse FED variandiks, mida on võimalik masstootmisse lasta, kuid siiamaani pole veel ükski tootja selleni jõudnud.

Ajalugu

Esimesed püüdlused välja arendada FED-süsteeme algasid 1991. aastal Silicon Video Corporation1 poolt, mis hiljem nimetati ümber Candescent Technologies. Nende ThinCRT-ekraanid kasutasid Spindt-tip emittereid, mille eluiga oli suhteliselt lühike, tugevate pingete tõttu, mis olid kasutusel elektronide kiirendamiseks. Üritati alandada kiirendamiseks vajalikke pingeid ja leida fosforeid, mis helendaksid madalamate pingete korral, kuid lahendusi ei leitud.

1998. aastal hakkas Candescent koostöös Sonyga ehitama tootmishoonet Silicon Valleysse. Vabrik ei valminud kunagi ning pärast 600 miljonit dollarit arendusele kulutamist kuulutas 2004. aastal firma välja pankroti ja müüs kõik oma vara Canonile.

Futaba Corporation on tegelenud Spindt-tüüpi tehnoloogia arendamisega 1990. aastast. Nad on valmistanud väiksemaid FED prototüüpe, kuid suurema tootmiseni pole kunagi jõudnud. Arengutöö kestab aga nanotorude baasil töötavate süsteemidega.

2007. aastal demonstreeris Sony FED-ekraani Jaapanis ja kuulutas, et esimesed mudelid jõuavad tootmisse 2009. aastal. Hiljem müüsid nad oma FED tehnoloogia firmale Field Emission Technologies (FET), kes sihtisid tootmisega ka 2009. aastasse. Kuid 26. märtsil 2009 teatasid nad, et ei saa kapitali kokku, ja lõpetasid tegevuse.

2010. aasta jaanuaris teatas Taiwani firma AU Optronics (AUO), et on ostnud Sony ja FET tehnoloogiaid, mis on seotud FED-iga. Kui 2010 novembris Nikkei teatas, et AUO plaanib FED tootmisse lasta, vastas AUO, et tehnoloogia on alles arendusjärgus ja veel pole plaane tootmist alustada.