INTRODUÇÃO – O display de emissão de campo tem tudo a ver com os recursos nítidos de um display a um custo muito baixo.
O display de emissão de campo (FED) é um tipo de display de tela plana que é mais fino, mais brilhante, com baixo consumo de energia e mais barato do que o display de cristal líquido (LCD). O FED, também denominado Nano Emissive Display (NED), consiste em milhões de elétrons acelerados carregados por muito menos voltagem, em comparação com a alta voltagem para LCDs HD de tela grande. Esses emissores de elétrons são controlados por cátodos frios para gerar luz colorida e são emitidos em direção à placa de fósforo e esse fenômeno cria imagens em movimento. O FED possui um amplo ângulo de visão e oferece as cores mais brilhantes entre os monitores de plasma e outros monitores mais recentes.
Figura 1: Uma imagem mostrando comparação de qualidade Entre LCD 60p e FED 60p
No lugar do CRTS, nanotubos de carbono (CNT) também podem ser usados para direcionar feixes de elétrons em telas revestidas de fósforo, o que aumentará ainda mais a resolução. O FED é muito fino, menos de uma polegada, então podemos pendurá-los facilmente nas paredes como um retrato e é capaz de oferecer contraste de 20.000 para um e pode piscar 240 imagens por segundo, o dobro das HDTVs mais rápidas do mercado. O FED possui outro tipo de display emissor de elétrons por condução de superfície (SED), que é baseado na tecnologia de condução de elétrons de superfície. O FED pode ser usado para televisão, desktop, laptop, etc. e tem aplicações em imagens médicas, defesa e muitos outros campos.
PROCESSO DE EMISSÃO DE CAMPO – A emissão ocorre de um meio para outro e este meio pode ser sólido, líquido, ar, vácuo ou qualquer dielétrico. A emissão de campo é, também chamada de tunelamento mecânico-quântico direcional de “emissão fria”, que ocorre devido ao campo eletrostático. A emissão térmica, que é a base dos CRTs, requer alta temperatura de operação, consome muita energia e não é eficiente em termos energéticos, pois perde devido à perturbação da energia cinética. Pelo contrário, a emissão de campo extrai elétrons através de um grande campo elétrico sem necessidade de alta temperatura. Esta fonte de elétrons resultante tem emitância reduzida e nenhum problema de calor, é por isso que os emissores de campo são uma fonte de elétrons de “cátodo frio”.
Fontes de elétrons baseadas em emissão de campo têm muitas aplicações, pois fornecem manchas menores, mas o aspecto mais indesejável e inapreciável para os engenheiros é que elas introduzem descarga elétrica e quebra de vácuo.
Os canhões de emissão de campo fornecem densidades de corrente mais altas do que os canhões termiônicos.
Figura 2: Diagrama mostrando a metrologia de emissores de campo eletrônico de alta densidade de corrente
Aplicativo
APLICAÇÃO DE EMISSÃO DE CAMPO –
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Exibição de emissão de campo (FED)
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Propulsor de propulsão elétrica de emissão de campo (propulsor FEEP)
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Microscopia eletrônica de varredura por emissão de campo (FESEM)
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Pistola ou fontes de emissão de campo (EMG) – Os elétrons são emitidos por tunelamento através da barreira de potencial na ponta da superfície devido à formação de um gradiente de campo potencial muito alto.
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Emissores atomicamente nítidos
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Geração de raios X e microondas
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Neutralização de veículos espaciais
EXIBIÇÃO DE EMISSÃO DE CAMPO – A tecnologia de tela plana possui duas tecnologias líderes, mas não naturais: o Field Emission Display (FED) e o Thin Film Transistor Light Emitir Polímero (TFT LEP). Ambas as tecnologias são emissivas e bastante transmissivas, assim como o LCD TFT, portanto, ambas oferecem ângulos de visão muito amplos e altas taxas de contraste em ambientes bem iluminados.
A ideia por trás do FED é oferecer a cada pixel um emissor de elétrons separado, em comparação com apenas um único no CRT, resultando em uma imagem de ultra-alta definição com clareza incomparável e sem desfoque. Os nanotubos de carbono também podem ser usados como fonte emissora de elétrons e a ponta afiada do emissor permite que os elétrons sejam retirados dos nanotubos em voltagens surpreendentemente baixas. O FED emprega conjuntos de pequenos cones pontiagudos de silício ou molibdênio que são depositados em um substrato dentro de um orifício gravado. O resultado é uma estrutura triodo com diâmetro entre alguns e menos de um mícron, dos quais existem milhares por pixel individual. A estrutura tradicional do FED utilizava muitas micro pontas, que eram azuis, vermelhas ou verdes e juntas formavam um pixel. Como os FEDs exibem cores sequencialmente, as vantagens do FED incluem o fato de que eles só produzem luz quando os pixels estão “ligados” e, como resultado, o consumo de energia depende do conteúdo da tela. Os elétrons deixam as pontas afiadas com tensões de extração relativamente baixas na porta. A emissão de campo de um plano catódico plano reduz a necessidade de características litográficas finas e relaxa as tolerâncias exigidas da estrutura do triodo.
Figura 3: Diagrama explicando o princípio da exibição de emissões de campo no FED
A fotolitografia é usada para fazer uma série de fileiras de portas de comutação perpendiculares às linhas catódicas, formando uma grade endereçável e um pequeno pedaço de emissores é depositado no ponto de interseção dessas fileiras e colunas. Uma grade de metal é colocada no topo das portas de comutação.
A melhor comparação entre CRT e FED pode ser feita na intensidade do campo, considerando que um CRT grande usa 35-45 kV através de um intervalo anodo-cátodo de 60 centímetros, enquanto um FED usa centenas de Volts até 10 kV através de um intervalo de milímetros.
A 'PixTech' é uma empresa de displays que fabrica FEDs e suas primeiras áreas-alvo foram aviônica, dispositivos médicos e veículos motorizados. Esses mercados estavam interessados em telas menores, na faixa diagonal de 4 a 8,5 polegadas, e telas muito brilhantes que pudessem ser lidas em ângulos mais amplos do que os disponíveis com LCDs. Também em janeiro de 1997, a PixTech recebeu o prêmio “Display do Ano” da revista Information Display. A tecnologia ainda não viu nenhum mercado de massa. Alguns parceiros da 'PixTech' são Raytheon, Texas Instruments, Futaba e Motorola e mostram seus interesses em FEDs.
CÁTODO NANO TUBO ALIMENTADO – O FED pode usar tecnologia recente de nanotubos de carbono como fonte de emissão que são feitos de cilindros ocos feitos inteiramente de carbono elementar, um nanotubo é mil vezes menor que um fio de cabelo humano. Eles também podem ser considerados como uma folha de grafite (uma rede hexagonal de carbono) enrolada em um cilindro. As pontas metálicas dos FEDs são substituídas por emissores baseados em CNT. O campo elétrico é gerado por um eletrodo de porta contido em cada sub pixel e o ânodo é colocado entre o vidro da tela e a camada de fósforo, os elétrons emitidos são varridos através do vácuo em direção aos seus respectivos fósforos, ou seja, vermelho, verde ou azul (RGB), onde a luz é emitido quando os fósforos são atingidos.
CNT FED normalmente tem uma faixa de operação de 50 a 100 volts, mas a corrente de acionamento é muito menor.
O grupo Samsung SDI demonstrou um CNT-FED de 38 polegadas no 16º Conferência Internacional de Microeletrônica a Vácuo. O crescimento do CNT diretamente no substrato catódico está em processo de empresas como Motorola e LETI, enquanto a Samsung e a ANI estão trabalhando para permitir a impressão do CNT porque a abordagem de impressão é mais favorável para a fabricação de grandes áreas, oferecendo emissão uniforme em alto volume, em oposição a abordagem CVD (deposição de vapor catódico) de alta temperatura necessária para o crescimento direto de CNT.
Os materiais emissores de campo imprimíveis (PEE) são produzidos como tinta e podem ser depositados usando, por exemplo, tecnologia de serigrafia, tornando-os instantaneamente atraentes para uso em substratos de área ampla. A estrutura da banda E da matriz conjunta e da partícula significa que cada partícula no composto atua como um local emissor de campo individual. Ao contrário das micropontas, os materiais de cátodo frio PFE são extremamente robustos e relativamente insensíveis ao baixo vácuo. O PEE permitirá ainda a operação com grandes estruturas triodo e o tamanho do recurso também é compatível com a tecnologia de serigrafia.
Figura 4: Diagrama mostrando a estrutura do CNT-FED
Vantagens
Algumas vantagens dos FEDs CNT são:
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Alto contraste e luminância
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Alta estabilidade química
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Ótima condutividade térmica
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Alta resistência mecânica (módulo de flexão 1 TPa)
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Resposta rápida
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Amplo ângulo de visão
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Requisito de baixas tensões
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Menor consumo de energia
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Dimensões flexíveis
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Ampla faixa de temperatura operacional
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Extremamente fino
Alguns factores como a sua relação de aspecto (100-10000), a sensibilidade aos gases adsorvidos estão a tornar-lhes uma realização desfavorável, mas algumas empresas como a Motorola e a Samsung estão a tentar ultrapassar estas desvantagens.
DISPLAY DE EMISSOR DE ELÉTRONS DE CONDUÇÃO DE SUPERFÍCIE – SED são como CRT em algumas áreas, mas como o CRT usa um único canhão de elétrons grande que deve ser afastado da tela de vidro, a profundidade é proporcional à largura. As telas do SED são iluminadas com milhões de elétrons emissores (baseados em óxido de paládio depositado por um processo de jato de tinta ou serigrafia), permitindo que as imagens sejam projetadas em telas amplas com apenas alguns centímetros de profundidade. O SED requer baixa tensão e alta corrente de acionamento, o que necessita de linhas de interconexão mais robustas.
O mercado-alvo tanto do FED quanto do SED é a HDTV de grande área. A Canon criou uma joint venture com a Toshiba para desenvolver SEDs, mas mais tarde demonstraram interesse em OLED.
Diferença básica entre FED e SED:
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O SED usa um único emissor para cada coluna em vez dos pontos individuais do FED.
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O FED emite elétrons diretamente na tela, enquanto o SED emite elétrons que surgem da vizinhança de uma pequena lacuna na pista condutora de superfície colocada paralelamente ao plano da tela plana e se move lateralmente com o movimento original.
Figura 5: Imagem explicando o princípio básico do display de emissor de elétrons de condução de superfície no FED
Diferenças
DIFERENÇA ENTRE CRT E ALIMENTADO –
Figura 6: Imagem comparando tubo de raios catódicos com display de emissão de campo
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CRT |
ALIMENTADO |
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Menos eficiência energética, menos resolução, menos brilho |
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DIFERENÇA ENTRE LCD E ALIMENTADO –
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LCD |
ALIMENTADO |
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VANTAGENS –
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Alto brilho e alta eficiência de luminescência
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Ângulo de visão óptica
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Coloração completa mais fácil
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Longa vida útil
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Não linear muito forte
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Leveza
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Características resistentes ao calor e ao frio
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Baixo preço de fabricação
DESVANTAGENS –
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Os tubos de vácuo requerem manutenção adequada.
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Os FEDs atuais geralmente sofrem com variações no brilho da tela e dentro de cada pixel.
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O problema mortal é a durabilidade das micropontas que são incapazes de sobreviver em condições severas de formação de arco, ou seja, descarga elétrica devido a pequenas lacunas em todos os protótipos do FED.
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Flutuações na corrente de emissão.
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Limitado em tamanho.
- Eletrodos confiáveis são difíceis de produzir.
CONCLUSÃO – O FED oferece recursos extremamente eficientes, mas há alguns anos os painéis LCD estão caindo de preço e aumentando em qualidade, criando alguns problemas para seu mercado de massa. Assim, a tecnologia ainda está em fase de pesquisa e não há planos para iniciar a produção em massa neste momento. Mas com base nestes três parâmetros: qualidade, custo e prazo, o FED será o futuro da tecnologia de TV, e poderá permanecer assim para sempre.