Ulrich v. Löhneysen, Journalist
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Hintergrund: FED-Bildschirme als Alternative zu Röhre und Plasma Bild-Röhrchen: Fernseher zum Leinwand-Preis? Gerade ist die Branche damit beschäftigt, die Umstellung auf flache Fernseher wirklich zu verstehen und zu bewältigen. Da tauchen die nächsten neue Technologien auf: OLED, also organische Leuchtdioden, und FED, also Field Emission Displays, sollen in den nächsten Monaten TV-tauglich und in Serie produziert werden. Hier soll es erst einmal um FEDs gehen, Bildschirme, deren Aufbau einer Bildröhre pro Bildpunkt entspricht. Besonders erstaunlich: Ein 60-Zoll-Schirm (also über 1,5 Meter Diagonale) sollte nicht mehr als heute eine gute Leinwand kosten, nämlich rund 1.000 Dollar. Das verspricht zumindest Motorola. (2. 8. 2003)  Das Prinzip: Elektronen und Phosphor Der Durchbruch: Nanoröhren Andere Ansätze: SED, BSD, PFE und so weiter Heißes Thema: industrielle Prozesse Und zuletzt: die Preisfrage Links und Verweise
Technologien durchlaufen oft wundersame Karrieren. Erst werden sie als verrückt abgetan, später hochgejubelt, um dann bald darauf wieder fallen gelassen zu werden. Irgendwann sind sie wieder da, funktionieren und alle Welt fragt sich, warum man nicht früher drauf gekommen ist. Field Emission Displays stecken in so einem Karriereverlauf, kurz vor der Wiederentdeckung. nach obenDas Prinzip: Elektronen und Phosphor Das Licht an der Oberfläche eines Field Emission Displays stammt von Phosphor-Mischungen, die in den drei TV-Grundfarben Rot, Grün und Blau leuchten. Den Phosphor kann man mit Elektronenstrahlen anregen, was jede Bildröhre anschaulich darstellt. Anders als bei der klassichen Kathodenstrahlröhre gibt es aber keinen zentralen Elektronenstrahl, der durch ein magnetisches Feld hin und her abgelenkt wird; vielmehr sitzen die Strahlenquellen direkt hinter dem Phosphor und werden nur dann aktiviert, wenn dort etwas aufleuchten soll. Das ist das einfache Prinzip, doch die Wege dahin sind kompliziert. Doch es lohnt sich, sie zu gehen, denn die Ergebnisse versprechen viel. Die Vorzüge wären: – Durch Verwendung bisher üblicher Phosphor-Materialien kann die Farbdarstellung der von Röhren exaakt entsprechen, also den Farben, auf die alle TV- und Videokameras weltweit geeicht sind. – Der Betrachtungswinkel ist nicht eingeschränkt, weil an der Oberfläche selbst das Licht entsteht und nicht wie bei LCD durch ein Gitter geschickt werden muss. – Grauabstufungen und Reaktionszeiten sind kein Problem, weil sich die Elektronenstrahlung fein dosieren lässt. – Der Stromverbrauch lässt sich minimieren, weil nur dort Spannung angelegt wird, wo auch Licht nötig ist. – Die Bildschirme vertragen Hitze und Kälte genauso wie Stöße oder Erschütterungen, wie Strahlung oder chemische Einflüsse, was man von LCDs und OLEDs nicht sagen kann. So einfach das Prinzip, so überzeugend die theoretischen Vorteilen – bisher hat noch keine Firma ein Verfahren gefunden, das dauerhaft funktionierende, preisgünstig zu fertigende FED-Bildschirme möglich macht. Ein ersten ersten Bildschirm aus Mini-Bildröhren zeigte schon 1989 Panasonic auf der Funkausstellung. Anfang der 90er Jahre dann galten diese Displays als potenzieller Nachfolger der Bildröhre. Damals engagierten sich zahlreiche Firmen in dieser Entwicklung, es gab zahlreiche Prototypen zu bestaunen. Darunter waren unter anderem Motorola, Candescent (mit Sony-Beteiligung), PixTech (mit Unipac-Unterstützung) und Micron, doch noch vor dem Jahr 2000 hatten die meisten wieder aufgegeben. Zu spektakulär seither die Erfolge in der LCD-Entwicklung, und der neue Hoffnungsträger heißt OLED, organische Leuchtdiode. Die Probleme der ersten FED-Generation lagen in der Kombination der Anforderungen: Die Elektronen-Emitter waren nur wenige Mikrometer groß und benötigten zudem eine Beschleunigungsspannung, die sie sozusagen aus dem Material hinaussaugt und zum Phosphor hinschleudert. Dazu waren gleichzeitig Reinstraumbedingungen und extremes Vakuum notwendig. Man experimentierte mit zahlreichen Materialmischungen, unterschiedlichen Beschleunigungsspannungen und Konstruktionen, doch der Durchbruch blieb aus. Zurzeit gibt es eine Serienproduktion nur bei Futaba in Japan, wo man mit Lizenzen von PixTech arbeitet. Es handelt sich um einfarbige Bildschirme für militärische und andere Spezialanwendungen. Ein Achtzoll-Farbdisplay ist in der Entwicklung.
nach obenDer Durchbruch: Nanoröhren Das perfekte Material fand man erst durch die Fortschritte der Nano-Technologie. Ein Nanometer ist bekanntlich ein Milliardstel Meter, ein Tausendster Mikrometer oder zehn hoch minus neun Meter. Es war ein japanischer Forscher, Iijima Sumio von NEC, der entdeckte, wie man mit Nano-Materialien umgehen kann; wer das beherrscht, kann praktisch auf molekularer Ebene konstruieren. Die so genannten Carbon Nanotubes (Kohlenstoff-Nanoröhren, CNT) können zum Beispiel so aufgebaut werden, dass sie beim Anlegen eines elektrischen Feldes Elektronen herausschleudern – die ideale Quelle, um damit Phosphor zu beschießen. Daneben können CNT aber auch zaubern: Man kann sie als künstliche Leber einsetzen, schmutzabweisende Lacke damit erzeugen, Solar- und Klimaanlagen daraus bauen, als Sensoren für die Lungenkrankheit Sars oder Brennstoffzeilen betreiben; die Festigkeit von Carbon Nanotubes liegt jenseits aller bisher bekannten Materialien, die Hitzebeständigkeit weit über einem Diamanten, die elektrische Leitfähigkeit irgendwo kurz vor dem Supraleiter. Aus industrieller Sicht besonders erfreulich ist, dass sich die Carbon-Röhren ihr Vakuum selbst bauen; es muss also nicht mit großen Aufwand in entsprechenden Anlagen hergestellt werden. Das macht die Produktion wesentlich günstiger. Schwierig ist es nur, damit Geräte zu bauen, denn für die Arbeit mit Nanoröhren braucht es Temperaturen, die jeden Träger, egal ob Glas, Metall oder etwas anderes, sofort schmelzen, wenn nicht verdampfen ließen. Drei Firmen sind es nun, die behaupten, Field Emission Displays auf Basis der Nanotechnologie bauen und in Serie produzieren zu können: Samsung in Korea, Ise in Japan und Motorola in USA. – Samsung demonstrierte schon 1999 einen ersten Prototypen und nun hört man, dass schon Ende 2003 mit der Produktion begonnen werden soll, vermutlich in Neun-Zoll-Größe; Anwendungsbereich wird industrielle und mobile Elektronik sein, wo die Robustheit der Panels entscheidet. – Motorola war von Anfang dabei und hat nun bekannt gegeben, dass in seinen Labors ein entscheidender Durchbruch gelungen sei; die Amerikaner waren zwar schon in den 40er Jahren bei Bildröhren dabei, haben aber deren Fertigung 1974 aufgegeben. Auch jetzt will man nicht selbst einsteigen, sondern die Technik an Interessenten lizensieren.
Man darf annehmen, dass es noch zahlreiche andere Hersteller gibt, die sich an diesem Thema versuchen, aber mit ihren Ergebnissen noch nicht in die Öffentlichkeit gegangen sind. In vielen Industrieländern, auch in Taiwan oder Deutschland, gibt es staatliche Förderung und konzertierte Forschung in der Nanotechnologie. Denn sie gilt als eine der Schlüsseltechniken der nächsten Jahre und Jahrzehnte. nach obenAndere Ansätze: SED, BSD, PFE und so weiter
Panasonic hatte ebenfalls an FEDs weitergearbeitet, auch wenn in der Öffentlichkeit seit 1989 nichts mehr zu sehen war und die Firma ganz auf Plasma eingeschwenkt ist. Ein Siebenmann-Team hat etwas Ähnliches wie Canon ausgetüftelt, was sich BSD nennt, Ballistic electron Surfaced-conducted Display. Hier emittieren poröse Stellen in Polisilizium die Strahlung. Hitachi tüftelt an einem Verfahren namens MIM, Metal Insulator Metal, über das sehr wenig in Erfahrung zu bringen ist. Gelegentlich wird sogar das iFire-Verfahren, entwickelt von der gleichnamigen kanadischen Firma und lizensiert von TDK und Sanyo, zur FED-Familie gezählt, weil es Phosphor-Komponenten enthält. Keine dieser Firmen hat aber bisher konkrete Produktionsplänge bekannt gemacht; es ist wahrscheinlich, dass Samsung hier der Erste ist.  Vergleich: Verschiedene Typen von FEDs, darunter die frühen Versionen mit Spitzen-Emittern (ganz links), dann der Carbon-Nanotube-Typus, daneben MIM von Hitachi und BSD von Panasonic. (Quelle LG.Philips Display. Für eine Vergrößerung bitte auf die Grafik klicken.) nach obenHeißes Thema: industrielle Prozesse Technisch ist es nicht verwunderlich, dass die großen Hersteller von Bildröhren das FED-Prinzip mögen, viel mehr als das ihnen fremde LCD-Business. So hat bei Samsung auch der Bereich SDI, der konzernintern für Röhren und Plasma zuständig ist, die FED-Entwicklung vorangetrieben. LG.Philips Display, die vereinten koreanisch-holländischen Röhrenwerke, wollen ebenfalls etwa ab 2006 mit FEDs starten. Vorher soll aber eine Zwischenstufe eingefügt werden, die so genannte Flat Slim Tube: Wie bei der ersten FED-Generation saugt hier ein Gitterraster vor der Phosphorfläche, also eine Art aktiver Schattenmaske, die Elektronen an; dahinter befindet sich aber ein nur wenige Zentimeter dicken Vakuum, in das von einer zentralen Kanone die geladenen Teilchen hineingesprüht werden. Eine solche Flachschlank-Röhre wäre nicht einmal zehn Zentimeter tief – wenn sie überhaupt kommt, was fraglich ist, wenn es mit FEDs schneller vorangeht. Sowohl Motorola als auch PFE haben ihre Produktionstechnologie so ausgelegt, dass vorhandene Plasma-Anlagen darauf umgerüstet werden können. Gemeinsam ist Plasma- und FED-Produktion, dass man hohe Temperaturen braucht, teilweise von 500 Grad. Etwa zwei Jahre würde die Umstellung dauern, hieß es bei der Präsentation der Technik. Preiswerter als bei Plasma sollte auf jeden Fall die Ansteuerung sein. Denn bei Plasmaschirmen muss man Helligkeit über Pulsweitenmodulation darstellen, also die Häufigkeit der Entladung, was schnelle und teure Hochspannungsbauteile erfordert. FED dagegen ist zu simplen, analog gesteuerten Graustufen fähig.
nach obenUnd zuletzt: die Preisfrage Eine neue Technologie hat gegen LCD und Plasma vor allem dann eine Chance, wenn man mit ihr preisgünstigere Produkte herstellen kann. Da tut sich FED natürlich schwer, denn wenn dafür komplett neue Produktionsanlagen benötigt werden. Insofern ist die Anpassung der FED-Technik an die Fertigung auf Plasma-Fertigungslinien ein geschickter Schachzug. Eigentlich sollte FED die Vorzüge von LCD und Plasma vereinen können, nämlich niedrige Prozesskosten (wie bei Plasma) und niedrige Materialkosten (wie bei LCD). Das hängt natürlich davon ab, ob es mit den nun entwickelten Technologien gelingt, die Qualität der anderen Bildschirmarten zu erreichen oder zu übertreffen. Wenn das klappt, könnte eine Rechnung aufgehen, die von den PFE-Strategen angestellt wurde: Im Jahr 2010 sähen die Relationen so aus, dass pro Quadrat-Inch (rund 6,5 cm2) bei – LCD rund 1,5 Dollar – Plasma rund 1,0 Dollar – OLED rund 1,0 Dollar – PFE-FED 0,5 bis 0,6 Dollar fällig würden. Ein 42-Zoll-Schirm in PFE-Technik käme auf einen Verkaufspreis von rund 1.400 Dollar, während die anderen Technologien nicht weniger als 2.000 Dollar schaffen können. Nach dieser Berechnung wären andere FEDs, also Nanotube- oder andere Typen, aber sogar teurer als Plasma-Schirme. Motorola dagegen sieht Nanotube-FEDs eindeutig günstiger. Ein 60-Zoll-Schirm ließe sich für rund 1.000 Dollar verkaufen, wollen die Amerikaner errechnet haben – ein Bildschirm zum Preis einer guten Leinwand. Ob das aufgehen kann, muss ein wenig bezweifelt werden. Denn zum einen beziehen solche Rechnungen nie die Fortschritte der Konkurrenz mit ein, sondern immer nur die eigenen. Zum anderen tendieren die Firmen dazu, die eigenen Probleme als vernachlässigbar einzustufen – und das je mehr, je stärker sie von externen Geldgebern (sprich dem Aktienmarkt) abhängig sind. Kein Wunder, dass die optimistischste Rechnung von Motorola kommt, das in diversen anderen Geschäftsfeldern zu kämpfen hat. Realistischer ist es, das Potenzial der FED-Technik zu sehen, aber sich noch nicht festzulegen. Prinzip-bedingt hat die Technik Vorteile, zum Beispiel im Outdoor-Einsatz, was Sichtbarkeit und Temperatur-Stabilität angeht. Sich darauf zu konzentrieren, wie es Samsung offensichtlich vorhat, ist sinnvoll. nach obenLinks und Verweise Meldungen auf diesen Seiten: Sonys gefährliche Bildschirm-Strategie: OLED und FED statt LCD und Plasma Inorganische LED-Displays von i-Fire (März 2000) Sony gibt Plasmatron auf – kommt statt dessen FED (Februar 2000) Canon wollte schon im Jahr 2000 SED-Schirme bauen (August 1999) Externe Links: Printable Field Emitters, die Entwickler der Druck-FEDs Ise Electronics, Nano-FED von der Tochterfirma von Noritake Futaba, der einzige aktuelle FED-Hersteller, Erläuterungen zur Technologie i-Fire, die anorganischen Elektrolumineszenz-Displays Koshida-Laboratories, Japan, Veröffentlichungen zu BSD  Und wird FED gegen andere Technologien gewinnen? Bin ich Hellseher? (3. 8. 2003) nach obenzurück zur Startseite (Neues) |
