Una pantalla de emisión de campo ( FED , por sus siglas en inglés) es una tecnología de pantalla plana que utiliza fuentes de emisión de electrones de campo de área grande para proporcionar electrones que golpean fósforo coloreado para producir una imagen en color. En un sentido general, una FED consiste en una matriz de tubos de rayos catódicos , cada tubo produce un solo subpíxel, agrupados de tres en tres para formar píxeles rojo-verde-azul (RGB) . Las FED combinan las ventajas de los CRT, es decir, sus altos niveles de contraste y tiempos de respuesta muy rápidos, con las ventajas de empaquetado de las LCD y otras tecnologías de panel plano. También ofrecen la posibilidad de requerir menos energía, aproximadamente la mitad de la de un sistema LCD. Las FED también pueden hacerse transparentes. [1]
Sony fue el principal defensor del diseño FED y dedicó un esfuerzo considerable de investigación y desarrollo al sistema durante la década de 2000, planificando la producción en masa en 2009. [2] Los esfuerzos de FED de Sony comenzaron a disminuir en 2009, cuando la LCD se convirtió en la tecnología de panel plano dominante. [3] En enero de 2010, AU Optronics anunció que adquirió activos FED esenciales de Sony y tiene la intención de continuar con el desarrollo de la tecnología. [4] A partir de 2024 [actualizar], no se ha llevado a cabo ninguna producción comercial de FED a gran escala.
Los FED están estrechamente relacionados con otra tecnología de visualización en desarrollo, la pantalla de emisor de electrones de conducción superficial (SED), y se diferencian principalmente en los detalles del sistema de emisión de electrones.
La pantalla FED funciona como un tubo de rayos catódicos (TRC) convencional con un cañón de electrones que utiliza alto voltaje (10 kV) para acelerar los electrones, que a su vez excitan los fósforos, pero en lugar de un solo cañón de electrones, una pantalla FED contiene una rejilla de cañones de electrones nanoscópicos individuales. Consiste en 2 láminas de vidrio espaciadas a intervalos regulares que se enfrentan entre sí, una de las cuales contiene los emisores, los espaciadores y la rejilla, y la otra contiene los fósforos.
Una pantalla FED se construye colocando una serie de tiras de metal sobre una placa de vidrio para formar una serie de líneas catódicas. La fotolitografía se utiliza para colocar una serie de filas de compuertas de conmutación en ángulos rectos con respecto a las líneas catódicas, formando una rejilla direccionable. En la intersección de cada fila y columna se deposita un pequeño parche de hasta 4.500 emisores [5] , normalmente utilizando métodos desarrollados a partir de impresoras de inyección de tinta . La rejilla metálica se coloca sobre las compuertas de conmutación para completar la estructura del cañón. [6]
Se crea un campo de alto gradiente de voltaje entre los emisores y una malla metálica suspendida sobre ellos, que extrae electrones de las puntas de los emisores. Este es un proceso altamente no lineal, y pequeños cambios en el voltaje harán que rápidamente se sature el número de electrones emitidos. La rejilla se puede direccionar individualmente, pero solo los emisores ubicados en los puntos de cruce del cátodo alimentado, las líneas de compuerta tendrán suficiente energía para producir un punto visible, y cualquier fuga de energía a los elementos circundantes no será visible. [6] La no linealidad del proceso permite evitar esquemas de direccionamiento de matriz activa : una vez que el píxel se enciende, brillará naturalmente. La no linealidad también significa que el brillo del subpíxel se modula por ancho de pulso para controlar el número de electrones que se producen, [6] como en las pantallas de plasma .
El voltaje de la rejilla envía los electrones hacia el área abierta entre los emisores en la parte posterior y la pantalla en la parte frontal de la pantalla, donde un segundo voltaje de aceleración los acelera adicionalmente hacia la pantalla, lo que les otorga suficiente energía para encender los fósforos. Dado que los electrones de cualquier emisor individual se disparan hacia un solo subpíxel, no se necesitan los electroimanes de barrido. [6]
Los CNT-FED utilizan nanotubos de carbono dopados con nitrógeno y/o boro como emisores. Samsung ha trabajado anteriormente en el desarrollo de este tipo de pantalla, sin embargo, Samsung nunca ha lanzado ningún producto que utilice esta tecnología. Los CNT-FED colocan los emisores de nanotubos de carbono en el centro inferior de cavidades llamadas agujeros de compuerta, que se realizan utilizando material aislante eléctrico. Se deposita una película de oro sobre este material sin bloquear los agujeros de compuerta para permitir que los electrones de los nanotubos de carbono pasen a través de ellos. La película de oro actúa como una compuerta o rejilla, que acelera los electrones. El oro también se utiliza como cátodo, y los nanotubos de carbono se construyen sobre él. El cátodo se coloca utilizando fotolitografía para crear una rejilla direccionable. Se colocan espaciadores a intervalos regulares que mantienen ambos paneles de vidrio separados 300 micrones. El espacio creado por los espacios contiene un vacío. El ánodo puede estar hecho de aluminio u óxido de indio y estaño (ITO), y puede colocarse debajo o encima de los fósforos. [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14]
Al igual que cualquier otra pantalla con subpíxeles direccionables individualmente, las pantallas FED pueden sufrir problemas de fabricación que resulten en píxeles muertos . Sin embargo, los emisores son tan pequeños que muchos "dispositivos" pueden alimentar un subpíxel. [13] La pantalla se puede examinar para detectar emisores muertos y corregir el brillo de los píxeles aumentando el ancho de pulso para compensar la pérdida a través del aumento de las emisiones de los otros emisores que alimentan el mismo píxel.
Los FED eliminan gran parte de la complejidad eléctrica de los tubos de rayos catódicos , incluidos los filamentos calentados en el cañón de electrones que se utiliza para generar electrones y los electroimanes en los yugos de deflexión que se utilizan para dirigir el haz, y por lo tanto son mucho más eficientes energéticamente que un CRT de tamaño similar. Sin embargo, los FED son técnicamente peores que los CRT, ya que no son capaces de realizar escaneo múltiple . [ cita requerida ]
Los LCD de panel plano utilizan una fuente de luz brillante y filtran la mitad de la luz con un polarizador, y luego filtran la mayor parte de la luz para producir fuentes de luz roja, verde y azul (RGB) para los subpíxeles. Esto significa que, en el mejor de los casos, solo 1/6 (o menos en la práctica) de la luz que se genera en la parte posterior del panel llega a la pantalla. En la mayoría de los casos, la propia matriz de cristal líquido filtra la luz adicional para cambiar el brillo de los subpíxeles y producir una gama de colores. Por lo tanto, a pesar de utilizar fuentes de luz extremadamente eficientes como lámparas fluorescentes de cátodo frío o LED blancos de alta potencia , la eficiencia general de un LCD no es muy alta. Aunque el proceso de iluminación utilizado en el FED es menos eficiente, solo los subpíxeles iluminados requieren energía, lo que significa que los FED son más eficientes que los LCD. Se ha demostrado que los prototipos FED de 36" de Sony consumen solo 14 W cuando muestran escenas muy iluminadas, mientras que una pantalla LCD convencional de tamaño similar normalmente consumiría más de 100 W.
Al no necesitar un sistema de retroiluminación y una matriz activa de transistores de película fina, también se reduce en gran medida la complejidad del conjunto en su conjunto, al tiempo que se reduce su grosor de adelante hacia atrás. Si bien un FED tiene dos láminas de vidrio en lugar de una en un LCD, es probable que el peso total sea menor que el de un LCD de tamaño similar. [16] También se afirma que los FED son más baratos de fabricar, ya que tienen menos componentes y procesos totales involucrados. Sin embargo, no son dispositivos fáciles de fabricar como un dispositivo comercial confiable, y se han encontrado considerables dificultades de producción. Esto llevó a una carrera con otras dos tecnologías punteras que apuntaban a reemplazar a los LCD en el uso de la televisión, el OLED de matriz activa y la pantalla de emisión de electrones de conducción superficial (SED).
Las células de diodos orgánicos emisores de luz ( OLED ) emiten luz directamente. Por lo tanto, los OLED no requieren una fuente de luz separada y son altamente eficientes en términos de salida de luz. Ofrecen los mismos niveles de contraste elevados y tiempos de respuesta rápidos que los FED. Los OLED son un serio competidor de los FED, pero sufren los mismos tipos de problemas que los llevan a la producción en masa.
Los SED son muy similares a los FED, la principal diferencia entre las dos tecnologías es que el SED utiliza un único emisor para cada columna en lugar de los puntos individuales del FED. Mientras que un FED utiliza electrones emitidos directamente hacia el frente de la pantalla, el SED utiliza electrones que se emiten desde la proximidad de un pequeño "hueco" en una pista conductora de superficie dispuesta paralela al plano del panel y extraída lateralmente a su dirección original de movimiento. El SED utiliza una matriz de emisores basada en óxido de paladio dispuesta mediante un proceso de inyección de tinta o serigrafía . [17] El SED se ha considerado como la variante del FED que es factible de producir en masa, sin embargo, a fines de 2009, la industria no ha puesto a disposición productos de visualización SED comerciales.
El primer esfuerzo concentrado para desarrollar sistemas FED comenzó en 1991 por parte de Silicon Video Corporation, posteriormente Candescent Technologies. Sus pantallas "ThinCRT" utilizaban emisores de metal, originalmente construidos a partir de pequeños conos de molibdeno conocidos como puntas Spindt . Sufrían erosión debido a los altos voltajes de aceleración. Los intentos de reducir los voltajes de aceleración y encontrar fósforos adecuados que funcionaran a niveles de potencia más bajos, así como de abordar el problema de la erosión mediante mejores materiales, no tuvieron éxito.
Candescent siguió adelante con el desarrollo a pesar de los problemas, y en 1998 comenzó a construir una nueva planta de producción en Silicon Valley , en asociación con Sony . Sin embargo, la tecnología no estaba lista y la empresa suspendió las compras de equipos a principios de 1999, alegando "problemas de contaminación". [18] La planta nunca se completó y, después de gastar 600 millones de dólares en el desarrollo, se acogieron al Capítulo 11 de la ley de quiebras en junio de 2004 y vendieron todos sus activos a Canon en agosto de ese mismo año. [19]
Advance Nanotech, una subsidiaria de SI Diamond Technology de Austin, Texas , intentó resolver los problemas de erosión . Advance Nanotech desarrolló un polvo de diamante dopado, cuyas esquinas afiladas parecían ser un emisor ideal. Sin embargo, el desarrollo nunca se llevó a cabo y se abandonó en 2003. Advance Nanotech luego aplicó sus esfuerzos a la pantalla SED similar, licenciando su tecnología a Canon. Cuando Canon contrató a Toshiba para ayudar a desarrollar la pantalla, Advance Nanotech presentó una demanda, pero finalmente perdió en sus esfuerzos por renegociar los contratos basándose en su afirmación de que Canon había transferido la tecnología a Toshiba.
La investigación sobre FED posterior al año 2000 se centró en los nanotubos de carbono (CNT) como emisores. La pantalla nanoemisiva (NED) era el término que utilizaba Motorola para referirse a su tecnología FED basada en nanotubos de carbono. En mayo de 2005 se presentó un modelo prototipo, pero Motorola ha detenido ahora todo el desarrollo relacionado con FED.
Futaba Corporation había estado llevando a cabo un programa de desarrollo de tipo Spindt desde 1990. Produjeron prototipos de sistemas FED más pequeños durante varios años y los mostraron en varias ferias comerciales, pero al igual que los esfuerzos de Candescent, no se había producido una producción en pantalla grande. Más tarde, se continuó con el desarrollo de una versión basada en nanotubos.
Sony, tras abandonar sus esfuerzos con Candescent, licenció la tecnología CNT de Carbon Nanotechnologies Inc. [20] , de Houston, Texas , que era el agente público de licencias para una serie de tecnologías desarrolladas en el Laboratorio de Nanotecnología de Carbono de la Universidad Rice . En 2007, mostraron una pantalla FED en una feria comercial en Japón y afirmaron que presentarían modelos de producción en 2009. [21] Más tarde, derivaron sus esfuerzos de FED a Field Emission Technologies Inc., que siguió apuntando a un lanzamiento en 2009. [22]
Sus planes de iniciar la producción en una antigua fábrica de Pioneer en Kagoshima se retrasaron por problemas financieros a finales de 2008. [23] El 26 de marzo de 2009, Field Emission Technologies Inc. (FET) anunció que cerraría debido a la incapacidad de recaudar capital. [24]
En enero de 2010, la taiwanesa AU Optronics Corporation (AUO) anunció que había adquirido activos de FET y FET Japan de Sony, incluidas "patentes, conocimientos técnicos, inventos y equipos relevantes relacionados con la tecnología y los materiales FED". [4] En noviembre de 2010, Nikkei informó que AUO planeaba comenzar la producción en masa de paneles FED en el cuarto trimestre de 2011, sin embargo, AUO comentó que la tecnología aún estaba en la etapa de investigación y no había planes para comenzar la producción en masa. [25]
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