SED - Surface-conduction Electron-emitter Display

Flatscreen SED Display

Nicht der ganze Bildschirm wird von einem Elektronenstrahl beschrieben, stattdessen steht für jeden Bildpunkt eine eigene Elektronenquelle zur Verfügung.

© Canon

Die stetig zunehmende Informationsmenge erfordert Displays mit größerem Bilddurchmesser und höhere Bildqualität. Die bewährte Kathodenstrahlröhre stößt dabei aber an ihre Grenzen. Das Problem ist nämlich, dass nur ein einziger Elektronenstrahl pro Farbe, der horizontal eine Zeile nach der anderen auf die Phosphorbeschichtung des Bildschirms schreibt, die gesamte Arbeit leisten muss. Was bei kleinen Bildschirmdiagonalen und der bisherigen geringen Auflösung seit gut hundert Jahren bestens funktioniert, ist nicht mehr in der Lage, die kommenden Bedürfnisse zu befriedigen. Größere Bildschirmdiagonalen sind nicht mehr sinnvoll zu fertigen, da Bautiefe und auch Gewicht solcher Geräte zu groß wären. Eine Verringerung der Bautiefe ist aber nur zu erreichen, wenn man vom Prinzip des zentralen Elektronenstrahls Abschied nimmt und nach einem Weg sucht, jedes Pixel einzeln anzusteuern. 2

FEDs – Field-Emission-Display

Zu dt. «Feldemissionsbildschirm» haben eine flache Bauweise und erzeugen den aktiv leuchtenden Punkt durch einen Elektronenstrahl, der auf eine fluoreszierende Schicht trifft. Der Unterschied liegt nun darin, dass nicht der ganze Bildschirm von einem Elektronenstrahl «beschrieben» wird, stattdessen steht für jeden Bildpunkt eine eigene Elektronenquelle zur Verfügung. Dadurch sind Kontrast und Helligkeit um ein Vielfaches höher als bei konventionellen LCDs. Als Selbstleuchter benötigen FEDs – wie auch Plasma-Bildschirme – im Gegensatz zu LCDs keine Hintergrundbeleuchtung. Die geringe Dicke der FEDs erreicht man durch Verwendung von «kalten Elektronen». Diese werden mit Hilfe von Emissionsspitzen mit einem äußerst geringen Krümmungsradius von nur ca. 10 nm mit einem darüberliegenden Steuergitter beschleunigt, was ein sehr hohes elektrisches Feld zur Folge hat. Pro Pixel wurden zuletzt 2000 bis 3000 Spitzen eingesetzt. Der Herstellungsprozess für die Spitzen ist 3 selbstregulierend, erst dadurch wird die große Dichte ermöglicht.

Quantenphysik

Die FED-Technologie macht sich den Tunneleffekt zu nutze. Dieser beruht auf der Quantenphysik und besagt, dass Teilchen Hindernisse, wie einen nicht leitenden Spalt mit einer gewissen statistischen Wahrscheinlichkeit überwinden, wenn diese klein genug sind. Quelle des Elektronenstrahl bei der FED-Technologie ist eben ein solcher, nur wenige Nanometer breiter Spalt. 2

Jeder Farbbildpunkt in einem FED wird aus drei Bildpunkten mit den Grundfarben blau rot und grün zusammengesetzt. Ein Bildpunkt entsteht in einer Vakuumzelle, in der eine Elektrode unter einer Spannung zwischen 500 und 1.000 Volt (je nach Typ) Elektronen auf eine Phosphorschicht schießt, die dann entsprechend ihrer chemischen Zusammensetzung in einer Farbe leuchtet. Die zu n Pixel kombinierten Bildpunkte sind in einer Matrix zu Zeilen und Spalten angeordnet und können digital angesprochen werden.

Aufgrund der Flachbauweise der FEDs und den vielen Vakuumzellen besteht eine erhöhte Implosionsgefahr – also der Gefahr des plötzlich knallenden Zusammenfalls der Vakuumzellen. FEDs mit einer Bildschirmdiagonale über 25 cm müssen deshalb besonders gegen diese Gefahr geschützt werden. 4 Auch die allgemeine Weiterentwicklung vollzieht sich nur sehr langsam und die Technik ist noch weit von der Serienreife entfernt. Die Leuchtfläche innerhalb eines Pixel's ist gering und ihre Form ändert sich stetig. FEDs erreichen in der Massenfertigung bisher nicht die Bildschirmdiagonale, wie sie von LCD- und Plasma Bildschirmen bekannt sind.

SED - Surface-conduction Electron-emitter Display

Neuere Entwicklungen von FEDs zeigen, dass auch ein aufgetragenes Composite-Material anstatt der schwierig zu fertigenden Spitze verwendet werden kann. Dies ermöglicht weitere Gatestrukturen und vor allem eine viel einfachere Herstellung einer Pixelzelle. Ein weiterer Ansatz ist es Kohlenstoffnanoröhrchen anstelle der klassischen Spitze zu verwenden. Sie bieten optimale Emittereigenschaften. Eine Emission ist dadurch schon bei geringen Spannungen möglich. SED bezeichnet eine vereinfachte Variante der Technologie der FEDs, welche von Toshiba und Canon entwickelt wurde. Während also die Elektrode in der Vakuumzelle des FEDs aus mehreren (redundanten) elektronemittierenden Spitzen besteht, hat die Elektrode im SED nur eine Spitze und besteht aus einem anderen Material. 3

Die gezielte Ansteuerung der Phosphorschicht jedes einzelnen Pixel's durch seinen eigenen Elektronenstrahl ist das Prinzip der SED-Technologie, die seit 1986 von Canon vorangetrieben wurde. Zur Zusammenarbeit mit Toshiba kam es dann 1999, um marktreife Produkte zu entwickeln. 2 Bei der Internationalen Funkausstellung 2005 in Berlin wurde der erste Fernseher mit SED-Technik als Prototyp vorgestellt. Aufgrund der einfacheren Bauweise des SED gegenüber des FED erwartet man die Produktion für den Massenmarkt in 2007, die ersten SED TV's gegen Ende 2007. 4

Was kennzeichnet SEDs aus?

SEDs ermöglichen also besonders flache und zugleich große Bildschirme und verbrauchen außerdem nur etwa halb so viel Strom wie diese. Gemeinsam mit Flüssigkristall- und Plasmabildschirmen werden SEDs die Bildschirme der nächsten Generation stellen. SEDs haben überdies eine Reihe von Vorteilen selbst gegenüber den beiden letzten Typen. Die Reaktionsgeschwindigkeit ist höher, der Kontrast stärker und der Energieverbrauch effizienter. Zudem ist der Bereich für die Betriebstemperatur größer als bei der LCD- oder Plasmatechnik, was vor allem für technische Anwendungen interessant sein dürfte.

Zukunft der SED-Technik

Langfristig gesehen soll sich diese Technologie dann durchsetzen, wenn der Markt für Flachbildschirm-TVs mit einer Bildschirmdiagonale von 40 bis 50 Zoll erst richtig in Schwung kommt. Die Unternehmen rechnen bis 2010 mit einer Produktion von über 3 Millionen 40- bis 50-Zoll-Bildschirmen. Der Markt für Flachbild-TVs in derartigen Größen wird bis dahin noch unter 30 Millionen Einheiten pro Jahr liegen, schätzt Yoshiko Tamura, Analyst bei DisplaySearch aus dem texanischen Austin. Laut Tamura sollen die Auslieferungen von Plasma-TVs bis 2010 Stückzahlen von insgesamt 18 Millionen erreichen. Damit wäre die Plasma-Technologie der härteste Konkurrent.

Die Frage wird nun sein, wie die SED-Technologie gegen LCD-TVs antreten will, deren Anbieter ein modernes Werk nach dem anderen aus dem Boden stampfen, um noch größere Bildschirme zu fertigen. «Es ist die Frage, wie weit die LCD-Hersteller noch gehen können», erklärt Semenza Analyst bei iSuppli/Stanford Resources im kalifornischen Santa Clara. Auch er weiß, dass viele Branchenbeobachter LCDs für die Technik der Wahl bei 30- bis 40-Zoll-Bildschirmen halten. 5