Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Индикаторы

1.1 Газоразрядные индикаторы. Разновидности. Конструкции

Газоразрядные индикаторы (ГРИ) являются примером того, как влияние конструкторско-технологических идей микроэлектроники заново преобразует «старую» традиционную область техники.

Основу любого прибора этого класса составляет элементарный газоразрядный промежуток (рис. 3.10). Зажигание и поддержание разряда требует высокого напряжения (Uзаж 80 ... 400 В, Uгор=50 ... 300 В), ток близок к 1 мА. Заполнение рабочего объема неоном дает оранжевое свечение, а гелием и аргоном -- желтое и фиолетовое. Возможно и непрямое преобразование энергии: разряд в ксеноне (УФ излучение) в сочетании с фотолюминофорами желаемого цвета свечения. Инерционность газового разряда определяется в основном временами его гашения (10^-7 ...10^-8 с) и исчезновения плазмы (10^-6 ... 10^-4 с).

Используются два основных режима работы. В режиме постоянного тока обязателен балластный резистор,

Рисунок 3.11

необходим и элемент гашения разряда. Взаимодействие газа с электродами (рис. 3.10,а) сопровождается катодным распылением, особенно интенсивным при минусовых температурах. Значительно перспективнее высокочастотный разряд, для которого характерны самоограничение и отсутствие непосредственного контакта газа с электродами (рис. 3.10,6).

Среди газоразрядных индикаторов выделяют : знаковое , шкальные , и универсальные (плазменные панели). На смену громоздкой пакетной конструкции газоразрядной лампы с десятью изолированными катодами, высвечивающими отдельные цифры (Такова лампа типа «Никем» (США) -- первенец газоразрядной индикаторной техники (1954 г.); таковы всем известные индикаторы в кассовых аппаратах), пришел многоразрядный монодисплей панельного типа, один из вариантов которого представлен на рис. 3.11. Его характерные особенности: плоскостность, малая толщина (несколько миллиметров), простота конструкции (всего четыре детали) и технологии. Две плоские электродные решетки из ковара, получаемые штамповкой или травлением, закрепляются на отдельных стеклянных пластинах, после чего части собранного пакета соединяются в горячем состоянии. Затем пакет вакуумируется, заполняется газовой смесью и герметизируется. Кроме катодных линейных элементов, формирующих изображение, электродные решетки содержат и внешние выводы.

Имеется много разновидностей сегментных ГРИ, но все они однотипны с описанным прибором. Типичные значения высоты знаков составляют 5... 16 мм, число разрядов 3 ... 9. Для питания необходимо напряжение постоянного тока 170 ... 200 В.

Универсальный индикатор или плазменная панель представляют собой двухкоординатную матрицу, содержащую не менее 10⁵ ... 10⁶ элементарных газоразрядных ячеек.

Разрабатываются панели постоянного и переменного тока, т. е. с внутренними и внешними электродами (рис. 3.12). Высокочастотный экран питается двумя возбуждающими напряжениями от генераторов Г1 и Г2 (рис. 3.12,в): синусоидальным опорным с частотой в несколько килогерц, поддерживающим разряд, и записывающим (или стирающим) в виде коротких прямоугольных импульсов, «поджигающих» ту или иную ячейку.

В конструкциях рис. 3.12 центральная мозаичная пластина служит для изоляции разрядных промежутков друг от друга, ею определяется разрешающая способность экрана, близкая к 10 ... 20 лин/см. Ограничения области разряда можно добиться и без перегородок повышением давления газовой смеси, которое ведет к стягиванию плазменного шнура, возникающего в месте пересечения возбужденных Х- и У-электродов. Идя по этому пути, можно существенно повысить разрешающую способность, особенно у панелей переменного тока.

Рисунок 3.13

Высокое напряжение питания и большое число элементов требуют довольно сложных схем управления. Тем не менее на основе как биполярных, так и МОП-транзисторов и специальных интегральных схем удается изготовить достаточно компактные у плоские устройства, размещаемые на задней стороне панели. Схемы управления не только воспроизводят на экране требуемые образы, но и позволяют изменять интенсивность свечения, обеспечивая передачу до нескольких десятков полутонов (градаций яркости).

Для уменьшения числа выводов от панели и упрощения схемы управления используют принцип самосканирования, для реализации которого в центральной пластине делают специальные отверстия, соединяющие определенным образом соседние ячейки друг с другом. Вследствие этого зажженное состояние, созданное в одной ячейке, последовательно перемещается по всем элементам строк и столбцов экрана.

Для получения цветного изображения изготавливается прозрачная панель (рис. 3.13), каждый слой которой генерирует свечение определенного цвета (обычно R--G--В ), а требуемая окраска обеспечивается соответствующим управлением этими слоями. Возможно и другое решение задачи: в панели с ксеноновым наполнением (УФ излучение) создается сложное люминофорное покрытие (подобное триадам ТВ экрана), а газовый разряд «включает» нужный цвет.

Уменьшить напряжение и мощность управляющих сигналов можно лишь введением в электрическую схему дополнительных электродов. При сохранении напряжения анод--катод на уровне 200 ... 400 В для включения разряда в трехэлектродной схеме необходимо лишь 20 ... 40 В, а в четырехэлектродной (тиратронной)-- 2 ... 6 В. Мощность, потребляемая управляющей цепью, может быть снижена до 10^-4 … 10^-5 Вт и устройство оказывается полностью совместимым со стандартными биполярными и МОП-интегральными схемами. Но для практической реализации указанных преимуществ необходимо создание индикаторов тиратронного типа в панельной конструкции методами пленочной технологии.

Важнейшая задача совершенствования плазменных панелей всех видов заключается в повышении их долговечности до 10⁴ ...10-5 ч на основе оптимизации конструкции, тщательного подбора материалов и отработки массового производства.

1.2 Вакуумные индикаторы Дисплеи с полевой эмиссией

Вакуумные сегментные индикаторы появились в конце 60-х годов. Основная разновидность приборов этого вида -- вакуумные люминесцентные индикаторы (ВЛИ) представляют собой трехэлектродные приборы: электроны, испускаемые нагретым катодом, ускоряются потенциалом сеточного электрода и бомбардируют сегменты анода, покрытые люминофором. Успехи низковольтной катодолюминесценции позволяют снизить питающее напряжение до 10 В и достигнуть совместимости с МОП-ИС. Обычно эти индикаторы имеют приятное для глаза зеленое свечение, возможно получение свечения и других цветов. В традиционном исполнении такие индикаторы имеют большое энергопотребление из-за нагреваемых катодов.

Другая разновидность вакуумных индикаторов --накальные (НИ)-- имела широкое распространение благодаря очень высокой яркости (что обязательно при сильной солнечной засветке) и отличным эксплуатационным характеристикам (долговечность, температурная и радиационная стойкость).

В настоящее время развивается направление дисплеев с полевой эмиссией(field emission display - FED), представляющих собой матрицы триодных источников с люминесцентным экраном, основанных на использовании так называемых микрокатодов Спиндта,

Микрокатоды достаточно технологичны при использовании методов, используемых в производстве интегральных схем. Это сочетается с их чрезвычайно длинными сроками службы (более чем 70000 часов было продемонстрировано), даже при относительно низком вакууме (выше чем 10^-5 Торр), после того, как проведена соответствующая обработка. Вакуумные микроэлектронные приборы могут работать при низких напряжениях управления (drive voltages) (в диапазоне МОП схемотехники (in the range of MOS circuitry)), что служит хорошим предзнаменованием для будущих приложений. С другой стороны, предстоят большие исследования для улучшения их характеристик в высоковольтных, мощных и малошумящих приборах.

Первое крупномасштабное коммерческое приложение микроисточников c полевой эмиссией будет, вероятно, в дисплеях, как для усовершенствования ЭЛТ (cathode ray tubes (CRT)), где требуются очень высокие плотности тока с катода, а также для телевидения высокой четкости (high definition television (HDTV)) и для массивов миниатюрных, холодных, адресуемых (addressable) катодов, которые требуются для приборов с тонкими матричными адресуемыми катодолюминесцентными дисплеями (thin matrix addressable cathodoluminescent display devices).

В развитии вакуумных индикаторов, так же, как и газоразрядных, четко определился переход на создание многоразрядных и матричных монодисплеев. Более далекую перспективу определяет успех разработки принципиально новых--пленочных--вакуумных приборов. Последовательность операций при изготовлении одного из них--сегментного накального индикатора -- выглядит следующим образом.

На тщательно отполированную сапфировую подложку газотранспортным методом осаждают плотную однородную вольфрамовую пленку относительно большой толщины. Затем с лицевой стороны подложки в этой пленке методом фотолитографии формируют коммутационные дорожки, а с обратной стороны--защитную маску для последующего протравливания окон в сапфире. После выполнения этих подготовительных операций осаждают на лицевую сторону панели тонкий слой вольфрама и формируют в нем накальные элементы будущего индикатора.

Вытравливание окон в сапфировой подложке (с обратной стороны) приводит к тому, что накальные элементы оказываются подвешенными на сапфировых траверзах (рис. 3.16). Малое поперечное сечение накальных элементов позволяет снизить потребляемую мощность до единиц милливатт (ср. с данными табл. 3.1); таким образом, использование планарной технологии совершенно меняет устоявшиеся представления о возможностях накальных индикаторов.

Вакуумные люминесцентные индикаторы принципиально могут быть реализованы и в планарно-пленочном варианте. Возможность выхода пленочных приборов в промышленность зависит от того, удастся ли решить такие проблемы, как несогласованность коэффициентов температурного расширения осаждаемых металлов и подложки, низкая долговечность, создание эффективного ненакаливаемого катода(например с полевой эмиссией), совместимость металлических и люминофорных покрытий, плоскостное размещение трехэлектродной системы.

1.3 Электролюминесцентные индикаторы

Электролюминесцентные индикаторы (ЭЛИ). основанные на явлении предпробойной люминесценции (эффект Дестрио, 1936 г.), стали промышленно выпускаться с конца 50-х годов. В широкозонных полупроводниках при высоких напряженностях поля (>10⁷...10⁹В/м) , соответствующих началу электрического пробоя, вследствие автоэлектронной эмиссии и ударной ионизации атомов резко возрастает вероятность переходов электронов из валентной зоны в зону проводимости; при их последующей рекомбинации часть освобождающейся энергии выделяется в виде света, интенсивность и длина волны которого определяются используемым полупроводником и его легированием.

Основой конструкции наиболее распространенного типа ЭЛИ -- порошкового является электролюминесцентный конденсатор (рис. 3.14), между обкладками которого помещается светомасса, состоящая из зерен порошкообразного люминофора, погруженных в связующий органический диэлектрик. Возбуждение осуществляется переменным тиком. Эффктивными люминофорами являются соединения А¹¹В^V1, а лучшим из них сульфид цинка, активируемый медью и марганцем. Для получения различных цветов свечения используют и другие активаторы: серебро (голубой цвет), ртуть (зеленый) никель (красный). К.п.д. люминесцентного конденсатора зависит от размера зерен полупроводника, состава связующего диэлектрика, амплитуды и частоты возбуждающего напряжения и ряда других факторов. К. п. д. этих приборов может достигать нескольких процентов, а у известных промышленных образцов его значении не превышает 1%. Наиболее эффективные индикаторы зеленого свечения обеспечивают яркость всего 25 ... 30 кд/м². Яркость растет с повышением частоты и амплитуды напряжения:

типично Uэфф=220 В, F =400 ... 800 Гц.

Порошковые ЭЛИ дешевы и особенно удобны для обеспечения крупноформатных многоцветных систем отображения информации группового и коллективного пользования, размещаемых в помещении.

За длительный период развития ЭЛИ не преодолены их основные принципиальные недостатки--низкая яркость, малый срок службы (принципиально связанный с механизмом свечения), сложность управления, -- что свидетельствует о весьма ограниченной перспективности этих приборов

Тонкопеночные ЭЛИ, изготавливаемые методом вакуумного испарения люминофора и металлических контактов, сохраняя многие достоинства порошковых, выгодно отличаются от них более низкими питающими напряжениями, возможностью работы на постоянном токе, большей крутизной вольт-яркостной характеристики и высокой разрешающей способностью.

Особенно следует выделить технологическую совместимость пленочных ЭЛИ с другими изделиями микроэлектроники. Основой конструкции является «сэндвич»-структура: стеклянная подложка -- непрозрачный электрод -- люминофор--прозрачный электрод. Так же как и в порошковых ЭЛИ, используется в основном сульфид цинка, активированный различными примесями, но малый срок службы (обычно менее 10² ... 10³ ч) уже длительное время не позволяет этим приборам (за исключением отдельных специальных случаев) выйти за стены лаборатории.

Порошковая электролюминесценция послужила основой для первых попыток создания безвакуумного телевизионното экрана, однако низкая яркость свечения и сложность схем управления не привели к успеху. Новые надежды вселяют тонкопленочные люминофоры, значительно более яркие и допускающие возбуждение от низковольтных источников постоянного тока.

В одном из предложенных устройств - нейроскопе (рис3.15,а) импульс тока, поступающий от тиристорной структуры, вызывает падение напряжения на на нагрузочном транзисторе, которое прикладывается к затвору ключевого транзистора Т2. На время, в течении которого это напряжение превышает пороговое напряжение транзистора Т2, затвор управляющего транзистора Т3 коммутируется на шину видеосигнала ШВ. Если скорость изменения видеосигнала за период коммутации существенно не изменяется, можно считать, что напряжение на затворе Т2 к концу коммутации является выборкой напряжения видеосигнала в момент коммутации.. После исчезновения проводящего канала в транзисторе Т2 (прекращении коммутации) емкость выходной цепи Т2 --входной цепи ТЗ оказывается заряженной до напряжения видеосигнала. Ввиду малых утечек в истоковом р--n-переходе Т2 разряд этой емкости характеризуется постоянной времени порядка десятков--сотен миллисекунд. Пока напряжение на затворе ТЗ превышает пороговое, транзистор открыт и управляет ячейкой излучателя И1.

В монолитной конструкции нейроскопа (рис. 3.15,6) выделяются три слоя. Нижний представляет собой нейристорную линию на основе n--р--п--р--n-структур, осуществляющую сканирование. МОП-ИС среднего слоя выполняет функции коммутатора и накопительного элемента. Верхний ZnS-слой представляет собой излучающий растр. Принципиально все три слоя технологически совместимы, однако практически реализация подобного устройства весьма затруднительна (укажем для примера, что требуется шесть слоев металлизации).

1.4 Дополнение 2005. Плазменные дисплеи

На рынке больших экранов до сих пор преобладают так называемые плазменные дисплеи - PDP. Первые исследования и разработки в этой области относятся к началу 60-х годов. Стоит напомнить, что монохромные PDP-экраны использовались даже в некоторых переносных компьютерах. Работа плазменных мониторов очень похожа на работу неоновых ламп, сделанных в виде трубки, заполненной инертным газом низкого давления. Внутрь трубки помещена пара электродов, между которыми зажигается электрический разряд, и возникает свечение. Аналогично, плазменные экраны создаются путем заполнения пространства между двумя стеклянными поверхностями инертным газом, например, аргоном или неоном. Затем на стеклянную поверхность помещают маленькие прозрачные электроды, на которые подается высокочастотное напряжение. Под действием этого напряжения в прилегающей к электроду газовой области возникает электрический разряд. Плазма газового разряда излучает свет в ультрафиолетовом диапазоне, который вызывает свечение частиц люминофора в диапазоне, видимом для человека. Фактически каждый пиксел на экране работает, как обычная флуоресцентная лампа.

Высокая яркость и контрастность наряду с отсутствием дрожания составляют большое преимущество таких мониторов. Кроме того, угол (по отношению к нормали), под которым можно увидеть нормальное изображение на плазменных панелях, существенно больше, чем у обычных ЖК-мониторов. Главные же недостатки PDP-устройств - довольно высокая потребляемая мощность, возрастающая при увеличении диагонали монитора, и низкая разрешающая способность, обусловленная большими размерами элемента изображения.

Цветные PDP-дисплеи сегодня выпускают практически все крупные японские и южнокорейские компании, работающие в этой сфере, - LG, Mitsubishi, NEC, Panasonic, Pioneer, Samsung. Лидером в этом секторе рынка заслуженно считается корпорация Fujitsu (http://www.fujitsu.com/), которая еще в 1999 г. организовала с Hitachi совместное предприятие для производства плазменных дисплеев. Для повышения качества изображения и уменьшения цены корпорация, в частности, разработала специальную технологию Alternate Lighting of Surfaces (ALiS).

Японская ассоциация по электронике и информационным технологиям - JEITA оценивает в этом году рынок PDP-устройств на уровне 4,3 млн шт. Однако все производители сегодня активно ищут замену данной технологии и, по имеющейся информации, даже Fujitsu планирует отказаться от PDP в пользу более перспективных решений.

1.5 Дополнение 2005 Автоэмиссионные FED- и SED-дисплеи

Большое внимание сегодня уделяется созданию дисплеев на базе автоэлектронной эмиссии (Field Emisson Display, FED). В отличие от ЖК-экранов, которые работают с отраженным светом, FED-панели сами генерируют свет, что роднит их с экранами на базе ЭЛТ и PDP-панелями, поскольку все они относятся к группе эмиссионных дисплеев. Однако в отличие от ЭЛТ, у которой всего три электронных пушки, в FED-устройствах для каждого пиксела предназначен свой электрод, благодаря чему толщина панели не превышает нескольких миллиметров. При этом каждый пиксел управляется напрямую, как и в ЖК-дисплеях с активной матрицей. Свою родословную FED-устройства ведут от разработок середины 1990-х гг., когда инженеры пытались создать по-настоящему плоский кинескоп.

Один из вариантов FED - так называемая технология SED (Surfaceconduction Electronemitter Display). Эту технологию трудно назвать новинкой, поскольку корпорация Canon (http://www.canon.com/) начала работать над ней еще в 1986 г. Однако по ряду причин долгое время работы над SED не форсировались. В 1999 г. к проекту присоединилась корпорация Toshiba (http://www.toshiba.co.jp/), добавив к ноу-хау Canon свой опыт в сфере производства ЭЛТ, в частности, технологию вакуумного напыления. Кроме того, Canon приобрела у компании Candescent Technologies (http://www.candescent.com/), которая прошлым летом прекратила свое существование, все права на ее интеллектуальную собственность. Как известно, вышеупомянутая компания ускоренными темпами вела подготовку производства FED-устройств по собственной технологии - ThinCRT ("тонкая ЭЛТ"). По мнению ряда экспертов, решения, полученные Canon от Candescent Technologies, позволили значительно усовершенствовать ее собственную SED-технологию. Во многом благодаря этому альянс Canon и Toshiba смог представить на объединенной выставке перспективных технологий CEATEC 2004 (Combined Exhibition of Advanced Technologies), которая прошла в Японии в октябре прошлого года, первый прототип SED-дисплея. Диагональ экрана у этого устройства составляла 36 дюймов, а контрастность изображения - 8600:1. Одним из основных преимуществ данного устройства была не столько его толщина - 7 мм (толщина современного плазменного дисплея составляет несколько сантиметров), сколько сниженное энергопотребление: SED-дисплей потреблял всего 160 Вт, тогда как ЖК-дисплей с такой же диагональю экрана - 200 Вт, а PDP - 350 Вт. Как сообщалось, экспонат пользовался успехом, во всяком случае, к нему выстраивались длинные очереди.

Таким образом, изменения, внесенные в технологию, позволили разработчикам утверждать, что они научились делать SED-дисплеи дешевле, чем плазменные панели такого же размера. При этом новые экраны не менее плоские, чем ЖК, но свободны от всех их недостатков. Они обеспечивают столь же контрастное и насыщенное изображение, как хороший ЭЛТ-кинескоп, а энергии потребляют в полтора раза меньше.

В прошлом году Canon и Toshiba объявили о заключении соглашения о совместном производстве усовершенствованных плоскопанельных SED-дисплеев. Стоимость проекта составляет 1,82 млрд долл. Для его реализации было создано совместное предприятие SED Inc. Обе корпорации заявили, что начнут производство SED-дисплеев, в основном больших размеров (от 50 дюймов), в августе 2005 г. По их прогнозам, предприятие должно окупиться к 2010 г. Планируется произвести в этом году около 3 тыс. SED-дисплеев в месяц, в 2008 г. - 1,8 млн шт., а в 2010 г. - 3 млн шт. Более того, корпорация Toshiba планирует в текущем году полностью прекратить производство и продажу PDP-панелей (сначала операции будут свернуты в Японии, затем и в других регионах). Вместо "плазмы" корпорация сфокусируется на производстве SED-устройств. Ожидается, что в ближайшие несколько лет объемы продаж устройств отображения с экранами, диагональ которых превышает 40 дюймов, утроятся. По прогнозам исследовательской компании iSuppli (http://www.isuppli.com/), с 7,2 млн шт. в прошлом году они возрастут к 2008 г. до 22 млн шт.

Принцип работы FED-дисплея

FED-дисплей представляет собой стеклянную пластину, на которой расположены электронные эмиттеры (катоды) - излучающие электроны элементы, аналогичные электронной пушке обычного вакуумного кинескопа. Параллельно ей расположена другая стеклянная пластина, на которую нанесено флуоресцирующее вещество. Между двумя пластинами создается высокое разрежение (вакуум). Эмиссия электронов из эмиттера за счет туннельного эффекта обеспечивается подачей потенциала на тонкую пленку, в которой прорезаны сверхтонкие (толщиной всего в несколько нанометров) щели. Часть "выбитых" электронов усиливается разностью потенциалов в зазоре между двумя пластинами и попадает на покрытую флуоресцирующим веществом пластину, вызывая его свечение. Каждый из катодов под воздействием разности потенциалов испускает электроны в строго определенную зону люминофора, равнозначную пикселу или субпикселу. В SED в качестве катода обычно используется пленка оксида палладия (считается, что это не только дешевый, но и стабильный материал), а анодом служит подложка на основе алюминия со слоем люминофора.

В отличие от ЭЛТ, где применяется от одного до трех "горячих" катодов, подобные дисплеи обладают сверхмалой толщиной, сравнимой с ЖК- и PDP-панелями, а также идеально плоской поверхностью экрана. Кроме того, используемый механизм формирования изображения исключил присущие ЭЛТ ограничения по площади экрана: теоретически возможны FED-дисплеи любого размера. Вместе с тем FED сохраняет положительные черты ЭЛТ, такие, как угол обзора 180°, небольшое время отклика (в пределах 2-3 мс) и естественная цветопередача, - показатели, к которым стремятся разработчики ЖК-дисплеев. В свою очередь, FED выгодно отличается от PDP существенно меньшим энергопотреблением и более высокой разрешающей способностью. При этом, по оценкам, стоимость производства FED в промышленных масштабах гораздо меньше, чем всех остальных популярных сегодня дисплеев. Еще один плюс SED-панели состоит в экономичности. По имеющейся информации, энергопотребление таких панелей почти наполовину меньше, чем у сравнимых с ними по размеру плазменных экранов. Но не обходится, конечно, и без минусов: технология массового производства таких панелей на первых порах не может быть дешевой.

Таким образом, конструкция FED-дисплея обеспечивает не только высокую яркость изображения и его качественную цветопередачу, ни в чем не уступающие вакуумным кинескопам, но и широкий угол обзора экрана, простоту и технологичность производства (отсутствует система развертки), а также возможность создания абсолютно плоских и тонких экранов.

Использование углеродных нанотрубок

Еще одна многообещающая технология создания плоских экранов - CNT-FED, которая использует углеродные нанотрубки CNT (Carbon NanoTubes). Еще с конца 90-х гг. в качестве катодов в FED-панелях начали использовать пучки углеродных нанотрубок, выращиваемых на подложке. Первым делом на стеклянную подложку наносится графитовый порошок с зернами размером 3-5 нм, а затем панель обрабатывается при определенных температуре и давлении. В течение нескольких минут зерна образуют волокна до 10-30 нм в сечении и до 100 нм в высоту, способные испускать электроны в вакуум под воздействием разности напряжений на катоде и аноде. Отрицательно заряженный катод образует решетку и излучает электроны через нанотрубки, которые как бы фокусируют их энергию (рис. 5).

Новая технология будет применяться при производстве плоскопанельных дисплеев и, по мнению ее разработчиков, позволит значительно улучшить их характеристики. Дело в том, что углеродные нанотрубки имеют ряд исключительных свойств: электропроводность, соизмеримая с электропроводностью меди или кремния; лучшая среди всех известных материалов теплопроводность; прочность, превосходящая сталь почти в 100 раз. К тому же для производства плоских экранов технология CNT-FED обладает всеми преимуществами органических дисплеев OLED: не требует задней подсветки, имеет малое время отклика, широкий угол обзора и высококачественную цветопередачу. Однако время жизни дисплеев на базе CNT-FED значительно больше.

Результаты лабораторных исследований панелей FED с нанотрубками оказались вполне стабильными (срок их службы достигает 20 тыс. ч) и настолько выгодными в производстве, что стоимость дисплеев с 30-дюйм экраном обещает быть на 30% ниже самого дешевого ЖК-монитора с такой же диагональю. Собственные программы разработки панелей на базе CNT-FED ведут сейчас многие организации. Стоит отметить, что технология очистки углеродных нанотрубок (отделение хороших трубок от плохих) и способ введения нанотрубок в другие продукты еще требуют совершенствования.

Под стать японским фирмам интенсивные разработки в области новой технологии ведут и американские компании, например, Motorola, которая за 15 лет исследований в области углеродных нанотрубок (CNT) и плоских дисплеев с полевой эмиссией (FED) получила 160 патентов. В мае 2005 компания сообщила о создании прототипа дисплея на базе CNT, который «окрестила» как NED (Nano Emissive Flat Screen Display). Прототип представляет собой 5-дюймовый фрагмент 42-дюймового дисплея с разрешением 1280х720 и соотношением сторон 16:9, который компания собирается производить серийно. Толщина панели 3,3 мм. Другая американская компания Candescent Technologies также активно занималась исследованиями и разработками FED-панелей, однако не рассчитала свои силы и обанкротилась, в августе 2004 года ее активы скупила компания Canon.

Южнокорейский электронный гигант Samsung также «держит нос по ветру» и недавно продемонстрировал свой прототип дисплея на базе нанотрубок, но уже телевизионного размера. В своих разработках корпорация сотрудничает с американской компанией Carbon Nanotechnologies, Inc. (CNI), которая поставляет ей углеродные нанотрубки. Samsung собирается в конце 2006 года начать выпуск телевизоров на основе новой технологии.

индикатор электролюминесцентный нанотрубка углеродный

1.6 Дополнение 2005 Электролюминесцентные экраны

Менее интенсивно развивается производство плоских дисплеев, основанных на электролюминесцентной (ElectroLuminescent, EL) технологии. О том, что некоторые материалы (например, сульфид цинка) при прохождении тока обладают способностью излучать видимый свет, известно еще с 1937 г. Однако практическое применение для плоских дисплеев этот эффект нашел спустя почти 50 лет, когда появились тонкопленочные EL-материалы. По мнению некоторых специалистов, EL-дисплеи имеют ряд преимуществ перед ЖК- и даже FED-устройствами. Это касается как разрешающей способности, так и контрастности, угла обзора и даже энергопотребления.

Так, корпорации Casio Computer удалось значительно увеличить уровень яркости EL-дисплеев на основе аморфного кремния. Данное достижение позволит электролюминесцентным мониторам конкурировать в этом отношении с плазменными панелями. Улучшение яркости стало возможным в результате изменения структуры панели - между подложкой и светоизлучающим слоем введен еще один, дополнительный полимерный слой. Он позволяет предотвратить утечку тех электронов, которые в стандартных панелях не попадали на светоизлучающий слой, и таким образом повышает эффективность испускания света на 30%. В результате яркость увеличивается до 450 кд/м2 - втрое больше, чем у существующих панелей, использующих электролюминесцентную технологию. Экспериментальная модель панели повышенной яркости имела размер диагонали всего 2 дюйма, но Casio планирует к 2006-2007 финансовому году развернуть коммерческий выпуск модификаций таких дисплеев с диагональю от 30 до 40 дюймов.

Другую интересную технологию предлагает компания iFire Technology, уже привлекшая на свою сторону таких производителей, как Sanyo Electric и Dai Nippon Printing. Толстопленочные диэлектрические электролюминесцентные панели TDEL (Thick-film Dielectric ElectroLuminescent) дебютировали в мае прошлого года и сразу продемонстрировали неплохие характеристики. При диагонали в 34 дюйма и величине угла обзора 170° максимальная яркость изображения составила примерно 500 кд/м2, причем коэффициент контрастности был равен 500:1. Для сравнения скажем, что аналогичные параметры для обычных ЭЛТ-устройств составляют соответственно 150 и 300:1. По словам разработчиков, данная технология позволит создавать большие панели при ценах на 30-50% ниже по сравнению с другими технологиями. И не только большие - экономическая оправданность сохраняется при диагоналях как 5, так и 50 дюймов.

Напомним, что принцип действия электролюминесцентных панелей заключается в приложении электрического поля к многослойной структуре из двух электродов (полупрозрачного и алюминиевого) и слою диэлектрика, на который нанесен слой люминесцентного вещества (люминофора). Последний излучает свет под воздействием электромагнитного поля. Обычно слой люминофора состоит из какого-либо полупроводника, играющего роль генератора "разогретых" электронов, и излучающих центров с поглотителями, в роли которых выступают, например, атомы марганца, теллура или меди. Напряжение, необходимое для возбуждения люминесценции, столь велико, что пробивание тонкого слоя люминофора неизбежно. Поэтому обычно конструкция включает в себя два слоя диэлектрика, изолирующих люминофор от прямого контакта с электродами. Прибегнув к нанесению толстого слоя диэлектрика, сотрудникам iFire удалось увеличить надежность конструкции, что позволило масштабировать EL-технологию на дисплеи большого формата и повысить их яркость.

Размещено на Allbest.ru