نمایشگر تابش‌دهنده الکترون رسانایی سطحی
شرح

یک لوله پرتو کاتدی معمولی (CRT) توسط یک تفنگ الکترونی، به‌طور کلی یک لوله خلاء با انتهای باز، تغذیه می‌شود. در یک انتهای تفنگ، الکترون‌ها با جوشاندن آن‌ها از یک رشته فلزی تولید می‌شوند که به جریان‌های نسبتاً بالایی نیاز دارند و بخش زیادی از توان CRT را مصرف می‌کنند. سپس الکترون‌ها شتاب می‌گیرند و در یک پرتو متحرک سریع متمرکز می‌شوند و به سمت جلو به سمت صفحه جریان می‌یابند. الکترومغناطیس‌هایی که انتهای تفنگ لوله را احاطه کرده‌اند برای هدایت پرتو در حین حرکت به سمت جلو استفاده می‌شوند و به پرتو اجازه می‌دهند تا در سراسر صفحه اسکن شود تا یک نمایشگر دو بعدی تولید شود. هنگامی که الکترون‌های با حرکت سریع با فسفر به پشت صفحه برخورد می‌کنند، نور تولید می‌شود. تصاویر رنگی با رنگ آمیزی روی صفحه نمایش با لکه‌ها یا راه راه‌هایی از سه فسفر رنگی، یکی برای قرمز، سبز و آبی (RGB) تولید می‌شود. هنگامی که از فاصله دور مشاهده می‌شود، نقاطی که به عنوان «پیکسل‌های فرعی» شناخته می‌شوند، در چشم با هم ترکیب می‌شوند و یک عنصر تصویری به نام پیکسل را تولید می‌کنند.
SED تک تفنگ یک CRT معمولی را با شبکه ای از منتشرکننده‌های نانوسکوپی، یکی برای هر زیرپیکسل نمایشگر، جایگزین می‌کند. دستگاه امیتر از یک شکاف نازک تشکیل شده‌است که الکترون‌ها در هنگام تغذیه با گرادیان‌های ولتاژ بالا از آن می‌پرند. با توجه به اندازه نانوسکوپی شکاف‌ها، میدان مورد نیاز می‌تواند با پتانسیلی در حد ده‌ها ولت مطابقت داشته باشد. تعداد کمی (حدود ۳ درصد) از الکترون‌ها، با مواد شکافی در سمت دور برخورد می‌کنند و به بیرون از سطح امیتر پراکنده می‌شوند. میدان دوم که به صورت خارجی اعمال می‌شود، این الکترون‌های پراکنده را به سمت صفحه شتاب می‌دهد. تولید این میدان به پتانسیل کیلوولت نیاز دارد، اما یک میدان ثابت است که نیازی به سوئیچینگ ندارد، بنابراین وسایل الکترونیکی که آن را تولید می‌کنند بسیار ساده هستند.
هر ساطع کننده در پشت یک نقطه فسفر رنگی قرار می‌گیرد و الکترون‌های شتاب دار به نقطه برخورد می‌کنند و باعث تابش نوری مشابه یک CRT معمولی می‌شوند. چون هر نقطه روی صفحه توسط یک فرستنده روشن می‌شود، درنتیجه نیازی به هدایت یا هدایت پرتو مانند یک CRT وجود ندارد. اثر تونل‌زنی کوانتومی که الکترون‌ها را در سراسر شکاف‌ها ساطع می‌کند، بسیار غیرخطی است و فرایند انتشار تمایل به روشن یا خاموش شدن به‌طور کامل را دارد. این امکان انتخاب امیترهای خاص را با روشن کردن یک ردیف افقی روی صفحه نمایش و سپس برق رسانی به تمام ستون‌های عمودی مورد نیاز به‌طور همزمان فراهم می‌کند و در نتیجه امیترهای انتخاب شده را تغذیه می‌کند. نیمی از توان دریافتی توسط بقیه قطره چکان‌های روی ردیف بسیار کم است، حتی زمانی که با نشت ولتاژ از قطره چکان‌های فعال کنار آنها ترکیب شود. این اجازه می‌دهد تا نمایشگرهای SED بدون ماتریس فعال از ترانزیستورهای لایه نازک که LCD و نمایشگرهای مشابه برای انتخاب دقیق هر پیکسل فرعی به آن نیاز دارند، کار کنند و پیچیدگی آرایه امیتر را بیشتر کاهش می‌دهد. با این حال، این به معنای ایناست که نمی‌توان از تغییرات ولتاژ برای کنترل روشنایی پیکسل‌های حاصل استفاده کرد. در عوض، ساطع کننده‌ها به سرعت با استفاده از مدولاسیون عرض پالس به سرعت روشن و خاموش می‌شوند، به طوری که روشنایی کل یک نقطه را در هر زمان مشخص می‌توان کنترل کرد.
صفحه نمایش SED از دو ورقه شیشه ای تشکیل شده‌است. این دو ورق شیشه ای با فاصله چند میلی‌متری از هم جدا شده‌اند، لایه پشتی از قطره چکان‌ها و قسمت جلویی فسفر را پشتیبانی می‌کند. جلو به راحتی با استفاده از روش‌های مشابه سیستم‌های CRT موجود آماده می‌شود. فسفرها با استفاده از انواع سیلک‌اسکرین یا فناوریهای مشابه روی صفحه رنگ می‌شوند و سپس توسط یک لایه نازک آلومینیومی پوشانده می‌شوند تا صفحه نمایش به‌طور مشهودی مات شود و یک مسیر برگشت الکتریکی برای الکترون‌ها بعد از برخورد با صفحه نمایش فراهم شود. در SED، این لایه همچنین به عنوان الکترود جلویی عمل می‌کند که الکترون‌ها را به سمت صفحه شتاب می‌دهد، که در یک ولتاژ بالا ثابت نسبت به شبکه سوئیچینگ نگه داشته می‌شود. همان‌طور که در مورد CRTهای مدرن وجود دارد، قبل از رنگ آمیزی فسفر روی شیشه، یک ماسک تیره روی شیشه اعمال می‌شود تا رنگ خاکستری زغالی تیره به صفحه نمایش داده شود و نسبت کنتراست بهبود یابد.
ایجاد لایه پشتی با امیترها یک فرایند چند مرحله ای است. ابتدا یک ماتریس از سیم‌های نقره ای روی صفحه چاپ می‌شود تا ردیف‌ها یا ستون‌ها را تشکیل دهد، یک عایق اضافه می‌شود و سپس ستون‌ها یا ردیف‌ها در بالای آن قرار می‌گیرند. الکترودها به این آرایه اضافه می‌شوند که معمولاً از پلاتین استفاده می‌کنند و فاصله ای حدود ۶۰ میکرومتر بین ستون‌ها باقی می‌گذارند. سپس، پدهای مربعی از اکسید پالادیوم (PdO)با ضخامت تنها ۲۰ نانومتر در شکاف بین الکترودها قرار می‌گیرند و برای تأمین برق به آنها متصل می‌شوند. یک شکاف کوچک در وسط پد با ضربان دادن مکرر جریان‌های بالا از طریق آنها بریده می‌شود. فرسایش حاصل باعث ایجاد شکاف می‌شود. شکاف در پد، امیتر را تشکیل می‌دهد. عرض شکاف باید به شدت کنترل شود تا به درستی کار کند، و کنترل این در عمل دشوار است.
SEDهای مدرن مرحله دیگری را اضافه می‌کنند که تولید را بسیار آسان می‌کند. پدها با شکاف بسیار بزرگ‌تری بین آنها قرار می‌گیرند، به اندازه ۵۰ نانومتر، که به آنها اجازه می‌دهد مستقیماً با استفاده از فناوری اقتباس شده از چاپگرهای جوهرافشان اضافه شوند. سپس کل صفحه در یک گاز آلی قرار می‌گیرد و پالس‌های الکتریسیته از طریق پدها ارسال می‌شود. کربن موجود در گاز به لبه‌های شکاف در مربع‌های PdO کشیده می‌شود و لایه‌های نازکی را تشکیل می‌دهد که به صورت عمودی از بالای شکاف‌ها امتداد می‌یابند و با زاویه کمی به سمت یکدیگر رشد می‌کنند. این فرایند خود محدود کننده است. اگر شکاف خیلی کوچک شود، پالس‌ها کربن را فرسایش می‌دهند، بنابراین می‌توان عرض شکاف را کنترل کرد تا یک شکاف به نسبت ثابت ۵ نانومتری بین آن‌ها ایجاد شود.
از آنجایی که بخاطر فشار اتمسفر اطراف، صفحه نمایش برای کار کردن باید در خلاء نگه داشته شود، نیروی داخلی زیادی روی سطوح شیشه ای وارد می‌شود. از طرفی قطره چکان‌ها که در ستون‌های عمودی قرار می‌گیرند، فضایی بین هر ستون هست که در آن فسفر وجود ندارد، معمولاً بالای خطوط برق ستون. SEDها از این فضا برای قرار دادن ورقه‌ها یا میله‌های نازک در بالای هادی‌ها استفاده می‌کنند که دو سطح شیشه را از هم دور نگه می‌دارد. یک سری از اینها که برای تقویت صفحه نمایش در تمام سطح آن استفاده می‌شود منجر به کاهش استحکام مورد نیاز خود شیشه می‌شود. CRT جایی برای تقویت‌کننده‌های مشابه ندارد، بنابراین شیشهٔ صفحه جلویی باید به اندازه‌ای ضخیم باشد که تمام فشار را تحمل کند. درنتیجه SEDها بسیار نازک‌تر و سبک‌تر از CRTها هستند.
SEDها می‌توانند نسبت کنتراست ۱۰۰۰۰۰:۱ داشته باشند.