211service.com
Nanotech na displeji
V Samsung Advanced Institute of Technology, jižně od Soulu v Jižní Koreji, to, co vypadá z dálky jako obyčejná 38palcová televize, přehrává nekonečnou smyčku reklam na filmy s Jamesem Bondem. Stejně jako displeje stále častější v amerických domácnostech je to velký plochý obdélník barev a pohybu v high-tech plastovém rámu. Ale na rozdíl od obrázků na běžné televizi jsou ty na tomto laboratorním modelu generovány vrstvou uhlíkových nanotrubiček vystřelujících elektrony na fosforovou obrazovku jako mnoho malých dělových koulí. Po celém světě jsou televizní obrazovky symbolem nemotorné domácnosti. Ale tento je v předvoji zítřejší nanotechnologické revoluce: mohl by to být první komerční produkt, který přináší nanoelektroniku do domácností střední třídy.
Výzkumníci z celého světa se předhánějí ve zdokonalování tohoto nového typu displeje, který by měl být jasnější, ostřejší a méně energeticky náročný než současné ploché televizory. V tuto chvíli se však zdá, že vedení má institut Samsung. Oni jsou ti, kdo mají porazit, říká Yahachi Saito, vedoucí výzkumník konkurenční skupiny na univerzitě v Nagoya v Japonsku. Pohybovali se velmi rychle.
Tento příběh byl součástí našeho vydání z listopadu 2004
- Viz zbytek čísla
- předplatit
Samsung a obecně jihokorejské technologické firmy jsou jen zřídka považovány za přední vývojáře žhavých nových technologií. Jde však o stereotyp, který je společnost odhodlána změnit. Stále jsme správně identifikováni s nízkonákladovou výrobou, říká Young Joon Gil, technologický ředitel institutu Samsung. Ale jak se objevují konkurenti z Číny a dalších východoasijských zemí, říká, Samsung musí postupně přejít na vysoce ziskové a vysoce rizikové inovace, aby přežil.
Nanotechnologie je nejdůležitější z rizikových disciplín, které společnost doufá, že bude těžit pro nové produkty, a nanotrubkové televizní obrazovky jsou jejím prvním ovocem. Podle Younga, známé jako displeje s emisemi v terénu, by měly být v obchodech do konce roku 2006, pohodlně před konkurencí.
Splnit tuto předpověď nebude snadné. Pouhé přemístění displejů provozních emisí z laboratoře do maloobchodu bude vyžadovat vyřešení řady náročných technických problémů. Současné ploché displeje založené na technologii tekutých krystalů a plazmové technologii se navíc neustále zlepšují a zlevňují, což znamená, že výzkumníci v oblasti nanotechnologií budou muset pracovat tvrději, aby udrželi krok. Dokonce i úspěch by vytvořil vlastní řadu problémů, protože Samsung – jeden z předních světových výrobců displejů s tekutými krystaly a plazmy a také běžných televizorů s katodovými trubicemi – bude soutěžit sám se sebou.
Nanotech displeje jsou tedy jak předzvěstí nadcházející technologické revoluce, tak příkladem toho, jak se velká elektronická společnost – s lukrativními zavedenými trhy, které je třeba chránit – snaží tuto revoluci řídit a potlačit. Věříme, že tento obor musíme zvládnout, abychom mohli růst, říká Young. Ale zároveň to nemůžeme nechat zničit naši společnost. Musíme velmi pečlivě sledovat.
Střelba pro budoucnost
Polní emisní displeje jsou starou myšlenkou, která se náhle stala atraktivnější v roce 1991, kdy Sumio Iijima, specialista na elektronový mikroskop z NEC Research v Tsukuba, Japonsko, objevil, že molekuly uhlíku se mohou spojovat do dlouhých tenkých válců později nazývaných nanotrubice. (Nano, stejně jako nano v nanotechnologii, pochází z nanometru, miliardtiny metru.) Trubky byly jako malé pláty uhlíkových molekul, které byly srolovány do válců o šířce jedné desetitisíciny lidského vlasu. Vědci rychle zjistili, že tyto neobvyklé struktury mají řadu zajímavých vlastností, včetně velké pevnosti a vysoké elektrické a tepelné vodivosti.
Ale to, co přitahovalo Saita, výzkumníka z Nagoje, na uhlíkových nanotrubičkách, byla možnost, že by mohly fungovat jako elektronová děla. Podle teoretických fyziků by malé trubičky umístěné ve správně vyrovnaném elektrickém poli měly vystřelovat elektrony jako hadičky vydávající proudy vody. Mnoho materiálů emituje elektrony, když je aplikováno dostatečné napětí; rozdíl je podle fyziků v tom, že nanotrubice by ve skutečnosti měly urychlovat částice po jejich délce, což by jim umožnilo emitovat elektrony o dostatečné energii k aktivaci fosforů ve velmi nízkonapěťových polích. Saito, nyní profesor kvantového inženýrství, tento efekt poprvé veřejně demonstroval v roce 1998. Ve spolupráci s Noritake, velkou nagojskou keramickou a elektronickou firmou, sestavil malé pole nanotrubiček, které střílely elektrony do fosforové obrazovky a vytvářely jasné světlo.
Saitovy experimenty měly zřejmý komerční cíl: světový trh s televizními přijímači v hodnotě 61 miliard dolarů ročně. Katodové trubice uvnitř tradičních televizorů se od doby, kdy byly ve dvacátých letech 20. století vynalezeny, změnily jen málo – v ostrém kontrastu s téměř všemi ostatními zařízeními spotřební elektroniky. Střílí elektrony z konců drátů na fosforové obrazovky a vytvářejí vzory zářících bodů, které lidské oko interpretuje jako pohyblivé obrazy. Katodové trubice jsou ze své podstaty objemné, protože elektronové dělo musí sedět dostatečně daleko, aby zasáhlo celou obrazovku. Výsledkem je, že obrazová trubice v typickém plátně domácího kina je masivní objekt, který téměř zaplňuje místnost; výrobci se domnívají, že tato zařízení by byla populárnější, kdyby byla lépe ovladatelná.
Při výrobě tenčích a lehčích televizorů s velkou obrazovkou se výrobci obrátili na plazmové displeje a displeje s tekutými krystaly, které však mají své nevýhody, počínaje vysokou cenou (viz Test obrazovky, str. 65). Plazmové obrazovky jsou například náchylné k vypálení, kdy se nehybné obrazy, pokud jsou zobrazovány příliš dlouho, trvale vpálí do skla. Spotřebovávají také až 700 wattů energie, což je dost na to, aby se někteří kritici obávali dopadů na životní prostředí, pokud by byly displeje široce přijaty. V LCD se mezitím pixely přepínají relativně pomalu z jedné barvy na druhou, což způsobuje, že se rychle se pohybující obrazy rozmazávají nebo zanechávají duchy, protože buňky nedrží krok s akcí.
Displeje polních emisí teoreticky mnohé z těchto problémů vyřeší. Nejsou náchylné k vypálení a spotřebují mnohem méně energie. Zároveň se pixely na displeji s polem emise mohou zapínat a vypínat rychleji než pixely na displeji s tekutými krystaly, což znamená, že rychle se pohybující obrazy se nerozmazávají. A tyto obrazy lze sledovat z libovolného úhlu, zatímco displeje s tekutými krystaly vyžadují, aby diváci byli přímo před obrazovkou.
Ale dostat uhlíkové nanotrubice, aby střílely elektrony na obrazovku ve skutečném spotřebitelském televizoru, bude vyžadovat řadu inovací v několika oblastech – takový druh úsilí, který často nejlépe koordinují velmi velké společnosti. V době, kdy Saito vyrobil svůj první displej s emisemi v terénu, skutečně zjistil, že čelí konkurenci z nepravděpodobného místa: Jižní Koreje.
S C R A A N T A S T | ||||
Obrazovky s katodovými paprsky dominují technologii televizních obrazovek již téměř 70 let, ale dnes jsou uzavřeny ve čtyřech závodech o budoucnost domácí zábavy. | ||||
katodové trubice | DISPLEJE Z TEKUTÝCH KRYSTALŮ | PLAZMOVÉ DISPLEJE | DISPLEJE POLE EMISÍ | |
JAK FUNGUJÍ | Elektronový paprsek řízený magnetickými poli dopadá na luminofory na skleněné obrazovce | Polarizované světlo svítí skrz brány z tekutých krystalů, které řídí barvu a intenzitu pixelů | Elektrický impuls spustí výbuch ionizovaného plynu v každém pixelu, jako by to byl malý neonový nápis | Uhlíkové nanotrubice nalepené na substrát vystřelují elektrony na fosfory na skleněné obrazovce |
SILNÉ BODY | Spolehlivý | Tenký | Tenký | Tenký |
SLABÉ BODY | Elektronová pistole musí sedět daleko za clonou, takže trubky jsou objemné a těžké | Prohlížeč musí být umístěn přímo před obrazovkou | Vysoká spotřeba energie | Nevyřešené technické problémy, jako je udržování vakua mezi substrátem a sklem |
Beyond the Sweatshop
Jižně od Soulu ustupuje městská drť hlavního města svěžím, zvlněným, nízkým kopcům posetým kancelářskými parky, které by na předměstí San Francisca nebo Bostonu nebyly na místě. V plánované komunitě Kiheung se v jednom obzvláště velkém komplexu – souboru čtyř nízkých, paralelních struktur proražených centrálním koridorem – nachází Samsung Advanced Institute of Technology, pravděpodobně přední korejské soukromé výzkumné centrum.
Institut je z velké části vizí předsedy Samsungu Lee Kun Hee, který jej založil brzy poté, co se v roce 1987 postavil do čela společnosti. Samsung je jednou z jihokorejských chaebolů, obřích rodinně kontrolovaných holdingových společností, které stále dominují národní ekonomice. V době Leeho přistoupení to bylo, stejně jako většina korejských elektronických společností, příklad toho, co je někdy přezíravě označováno jako elektronika v manufaktuře – využívající nízkých mezd v zemi k podbízení výrobců v bohatších oblastech. Většinu svých produktů prodávala jako komodity známějším korporacím, mnohé z nich v nedalekém Japonsku, které je strčily do krabic a plácly na ně vlastními jmény.
Lee, třetí syn zakladatele Samsungu, tvrdil, že rostoucí úspěch společnosti – a Koreje – nevyhnutelně přitáhne konkurenci ze zemí s ještě nižšími mzdami, zejména Číny. Samsung řekl, že bude muset vstoupit do nových podniků, aby přežil; Změňte všechno kromě své ženy a dětí! byl jeho svolávací výkřik. V praxi to znamenalo soustředit se na produkty vyšší třídy s vyšším ziskem. Samsung by se musel stát značkou, symbolem kvality jako Sony nebo Honda.
Za tímto účelem, tvrdil Lee, Samsung bude muset inovovat, což zase znamenalo drastické zvýšení jeho úsilí v oblasti výzkumu a vývoje. Logickým výsledkem byl Samsung Advanced Institute of Technology. Laboratoř, která se od svého založení pomalu, ale neustále rozšiřovala, nyní zaměstnává 950 zaměstnanců, z nichž přibližně čtvrtina pracuje na hlavní činnosti společnosti Samsung v oblasti polovodičů (společnost je největším světovým výrobcem paměťových čipů s náhodným přístupem). Podle zástupce společnosti Lee Hyunji spolupracují výzkumníci institutu s asi 120 univerzitami a výzkumnými centry v 15 zemích.
Samsung nyní prodává špičkové produkty, od supertenkých DVD přehrávačů po čipy pro videohry. Stal se třetím největším výrobcem mobilních telefonů na světě s velmi oblíbenou prémiovou řadou telefonů s ostrými barevnými obrazovkami. V seznamu nejobdivovanějších elektronických společností roku 2003 časopis Fortune zařadil Samsung na čtvrté místo na světě. Samsung utratil v roce 2003 2,9 miliardy dolarů na výzkum a vývoj; hrubé tržby skupiny Samsung jako celku v tomto roce vzrostly oproti roku 2002 téměř o 11 procent na zhruba 55 miliard dolarů.
Plnění vakua
Displeje s provozními emisemi jsou příkladem dalšího kroku, o který se společnost Samsung snaží při transformaci společnosti z high-tech konkurenta na lídra v oboru. Technologie displeje je na začátku nesmírně složitá, říká Kim Jong Min, viceprezident a ředitel materiálové laboratoře institutu. A používání nanotrubic k tomu nesmírně přispívá, a to jak kvůli nevyhnutelným problémům, které vždy pocházejí z průzkumu neznámé oblasti, tak kvůli skutečnosti, že zde neexistuje žádný model, který by se dal následovat. Podle Kima jsou displeje založené na nanotrubičkách tak složité, že je žádná firma nedokáže sama vyvinout. V důsledku toho výzkumníci na celém světě rozdělují technologii na její součásti a neformálně přidělují různé skupiny, aby pracovaly na každé z nich. Samsung například neplánuje vyrábět vlastní nanotrubice, s výjimkou výzkumných účelů. Místo toho je koupí v práškové formě od Carbon Nanotechnologies, firmy se sídlem v Houstonu se značným arzenálem patentů v této oblasti. Gram prášku z uhlíkových nanotrubiček, který stačí na výrobu půl tuctu 40palcových displejů, stál loni 100 dolarů, říká Kim, ale za dva roky se bude prodávat za méně než 10 dolarů. To je soutěž, do které se nezapojíme.
Podobně se Samsung nehodlá soustředit na lepidlo, které připevňuje malé trubičky k jejich skleněné základně, což je samo o sobě lepkavá technologická výzva. Společnost spolupracuje se společností DuPont na vývoji lepidla, které je dostatečně tenké, aby se dalo rozetřít, dostatečně pevné, aby udrželo ultratenké trubičky za jejich konce, dostatečně pružné, aby si udrželo přilnavost navzdory nevyhnutelné expanzi a smršťování vlivem tepla, a dostatečně snadné k odstranění těchto výrobců. mohou vyčistit zbloudilé lepidlo z vršků nanotrubiček, takže mohou vystřikovat elektrony.
Společnost se také nesnaží získat výhodu vývojem fyzických součástí samotného displeje – distanční vložky, které drží od sebe horní a spodní list obrazovky, vysokovakuové balení, obvody ovladače a další standardní součásti vyzařující pole. materiálů. Místo toho se připojila ke konsorciu více než půl tuctu evropských společností a univerzit vytvořených speciálně pro řešení těchto problémů a začlenila první výsledky skupiny do 38palcového displeje, který nyní ukazuje modré oči Pierce Brosnana.
Delegování těchto aspektů designu displeje s polem vyzařování stále ponechává Samsungu spoustu práce, počínaje samotným sklem. Nanotrubice musí vystřelit své elektrony přes vakuum; jinak by byly absorbovány nebo vychylovány molekulami vzduchu. Přesto je výroba něčeho, co se rovná velmi široké, plošné vakuové komoře, obtížná, protože na velké ploše bude mít tlak vzduchu tendenci drtit k sobě dvě strany síta. Jasnou odpovědí je umístit podpěrný sloup doprostřed obrazovky. Ale pak, vysvětluje Saito, vidíte podporu uprostřed obrázku.
Stejně problematické je z jeho pohledu tepelné roztahování a smršťování displeje. Když nanotrubice emitují elektrony, displej se zahřívá a všechny jeho materiály se roztahují; když je elektronový paprsek vypnutý, zmenšují se. Problém je, jak se přizpůsobit expanzi, říká Saito. Jeho tým musel najít materiály, jejichž koeficient tepelné roztažnosti byl stejný jako u skla, aby se celý displej roztahoval a smršťoval ve shodě.
Jak přesně Samsung dal všechny tyto kousky dohromady, je naše tajemství, říká Kim. To je to, co děláme: jsme společnost, která vyrábí zařízení. Ale klíč k rozhodnutí Samsungu zaměřit se na displeje s polní emisí, připouští, je šťastný fakt, že dokážou tolerovat nepřesnosti. Se současnou technologií je zarovnání nanotrubic přes zadní stranu displeje nepřesný proces. Trubky směřují do změti různých směrů a většina z nich je příliš zlomená nebo ohnutá na to, aby úspěšně emitovala elektrony. Naštěstí jsou nanotrubice malé: asi 10 000 pokrývá každý pixel na displeji. V důsledku toho Kim říká: Očekáváme, že pouze 30 až 50 procent z nich bude fungovat, ale potřebujeme pouze 30 až 50 procent, abychom rozsvítili pixel a oklamali lidské oko.
Samsung je s výsledkem natolik spokojený, že umožňuje novináři z Technology Review stát se prvním nekorejským reportérem, který navštíví Advanced Institute of Technology. Při procházce bludištěm malých laboratoří s fluorescenčním osvětlením, z nichž každá má řadu výzkumníků v bílé barvě a zářící počítačové obrazovky, Kim říká, že displej spotřebuje asi 100 wattů, což je asi třetina energie potřebné pro průměrnou plazmovou obrazovku srovnatelné velikosti. velikost. To je jen prozatím, dodává. Sklo obrazovky má tloušťku pouhé dva milimetry a je dostatečně tenké, aby byl displej tenčí než cokoliv, co je nyní na trhu.
Po příchodu na výstavu ji Kim představí s mírnou úzkostí hrdého rodiče, který doufá, že cizí lidé ocení zvláštní vlastnosti jeho potomka. Obraz je stejně ostrý jako obraz produkovaný tradičními obrazovými trubicemi s vysokým rozlišením s podobnou velikostí displeje, ačkoli obrazovka má několik malých prázdných míst. (Prototypové potíže, vysvětluje Kim.) Na otázku, zda je technologie téměř připravena k uvedení na trh, se vědci v místnosti na sebe nejistě podívali. Nakonec říká Kim, Samsung právě začal pracovat na skutečné výzvě v uvedení nanotechnologií do světa: učinit produkt dostupným. Ekonomické problémy jsou podle něj mnohem, mnohem těžší než ty technologické.
Šťastných 7 dolarů
Samsung není sám. Dvě hodiny cesty v Japonsku vedl Saitův úspěch – a obavy ze zastínění Koreou – vládní Organizaci pro rozvoj nových energetických a průmyslových technologií k vytvoření národního projektu v hodnotě 37 milionů dolarů na 2,5 roku na vývoj displejů s emisemi v terénu. Projekt byl zahájen v roce 2003 a má čtyři hlavní účastníky: Hitachi; sklo asahi; spolupráce mezi Nagojskou univerzitou a Noritake v režii Saita; a společné úsilí Mitsubishi, Kyoto University, Osaka University a Osaka Prefecture University. Korejci jsou stále před námi, říká Saito. Ale usilovně pracujeme na tom, abychom to dohnali.
Stejně tak tucet dalších společností v Japonsku, Evropě a Spojených státech. Obecně se má za to, že vůdci jsou Noritake, Mitsubishi, Motorola a Laboratoř elektroniky a informačních technologií Francouzského komisariátu pro atomovou energii v Grenoblu. Motorola předvedla malý prototyp v roce 2002; v loňském roce francouzská laboratoř předvedla několik, stejně jako malý, tajný startup ze Silicon Valley, cDream.
Nanotechnologie je často popisována jako technologie s potenciálem převrátit zavedený řád. Podle teorie často nabízené obchodními konzultanty je nepravděpodobné, že by největší zavedené společnosti v odvětví takové technologie vyvíjely, a to ze dvou důvodů: za prvé jsou v počátečních fázích méně ziskové a za druhé mají potenciál podkopat stávající produkty. Nakonec malý startup vyvine technologii a využije její ostrý technologický náskok k tomu, aby překonal konkurenci a nakonec otřásl provozem.
Zda displeje polních emisí vyhovují tomuto modelu, se teprve uvidí. Nanotrubice mají na papíře zřejmé technologické výhody, ale na trhu zdaleka nejsou ohromující. Právě teď se 42palcové plazmové displeje obvykle prodávají za 2 500 až 3 500 USD; velké displeje s tekutými krystaly se pohybují od přibližně 5 500 do 7 000 USD. Náklady na obě technologie ale prudce klesají. Výrobní náklady na úhlopříčku plazmových displejů budou v letech 2005 a 2006 asi 9 USD, říká Kim. Ale protože máme počáteční náklady, musíme je překonat o značný náskok – řekněme 7 dolarů za palec úhlopříčky.
Naštěstí pro Samsung jsou výrobní metody pro displeje s provozní emisí dostatečně podobné těm pro plazmové displeje, takže může k výrobě zařízení použít jeden ze svých současných výrobních závodů, čímž se vyhne režijním nákladům na nákladnou novou továrnu. Pokud budou plazmové displeje stále levnější, říká Kim, ztratíme svou příležitost a displeje s polní emisí je nenahradí. A i když Samsung dosáhne magických 7 dolarů, říká, že aby zůstal konkurenceschopný, bude ji muset překonat, možná na 5 dolarů za palec. Nanotechnologie může být rušivou technologií pro displeje, říká Kim. Ale konvenční metody to mohou narušit.
Opravdu mohou. V červenci Samsung SDI, dceřiná společnost společnosti zabývající se displejem, oznámila, že příští rok představí standardní CRT pro 32palcovou televizní obrazovku, která je hluboká pouhých 14 palců, což je polovina hloubky stávajících obrazovek. Televizory s novou trubicí Vixlim, jak společnost slíbila, se zmenší ze dvou stop hloubky na 15 palců; budou mít také kvalitnější obraz než plazmové displeje nebo displeje s tekutými krystaly a budou až o třetinu levnější. Samsung SDI předpovídá, že do konce roku 2005 budou nové elektronky ve všech velkých standardních televizorech, které vyrábí. Standardní obrazovky podle zástupce společnosti Lee vstoupí do nového období boomu.
Při otázce na nový Samsung CRT Kim předstírá zasténání. Jsou to velmi dobří výzkumníci, říká. Uznává, že pokud displeje s polní emisí stojí třikrát tolik než CRT a jsou jen o něco tenčí, nikdo si je nekoupí. Přesto věří, že pokrytím svých sázek vyjde vítězně společnost jako celek. Stejně tak spotřebitel, který se bude těšit z neustále klesajících cen. Podle Kimova názoru nakonec převládnou displeje s emisemi v terénu, které se stanou přední hranou blížící se vlny nanotechnologických produktů. Ale závod bude mnohem blíže, než se zdá z následných obchodních historií.