Автоэмиссионный дисплей
Автоэмиссионный дисплей ( FED ) — это технология плоскопанельного дисплея большой площади , в которой используются источники полевой электронной эмиссии для обеспечения электронов, которые ударяются о цветной люминофор для создания цветного изображения. В общем смысле, FED состоит из матрицы электронно-лучевых трубок , каждая из которых создает один субпиксель, сгруппированный по три, чтобы сформировать красно-зелено-синие (RGB) пиксели . FED сочетают в себе преимущества ЭЛТ, а именно их высокий уровень контрастности и очень быстрое время отклика, с преимуществами упаковки ЖК-дисплеев и других плоских технологий. Они также позволяют потреблять меньше энергии, примерно вдвое меньше, чем у ЖК-системы. ФЭД также можно сделать прозрачными. [1]
Sony была основным сторонником конструкции FED и в 2000-х годах вложила значительные усилия в исследования и разработки системы, планируя массовое производство в 2009 году. [2] Усилия Sony в области FED начали сходить на нет в 2009 году, когда ЖК-дисплеи стали доминирующей технологией плоских панелей. [3] В январе 2010 года AU Optronics объявила, что приобрела основные активы FED у Sony и намерена продолжить развитие этой технологии. [4] По состоянию на 2023 год [update], крупномасштабное коммерческое производство ФЭД не проводилось.
FED тесно связаны с другой развивающейся технологией отображения — дисплеем с электронным эмиттером поверхностной проводимости (SED), отличающимся в первую очередь деталями системы электронной эмиссии.
Операция
[ редактировать ]Дисплей FED работает как обычная электронно-лучевая трубка (ЭЛТ) с электронной пушкой , которая использует высокое напряжение (10 кВ) для ускорения электронов, которые, в свою очередь, возбуждают люминофоры, но вместо одной электронной пушки дисплей FED содержит сетку из индивидуальные наноскопические электронные пушки. Он состоит из двух листов стекла, расположенных через равные промежутки друг к другу, один из которых содержит излучатели, разделители и сетку, а другой содержит люминофоры.
Экран ФЭД создается путем наложения ряда металлических полос на стеклянную пластину, образующих серию катодных линий. Фотолитография используется для расположения ряда рядов переключающих затворов под прямым углом к катодным линиям, образующих адресуемую сетку. На пересечении каждой строки и столбца небольшой участок до 4500 излучателей. [5] Наносится, как правило, с использованием методов, разработанных для струйных принтеров . Металлическая сетка укладывается поверх распределительных ворот, завершая конструкцию пушки. [6]
Между эмиттерами и подвешенной над ними металлической сеткой создается поле с высоким градиентом напряжения, вытягивающее электроны с кончиков эмиттеров. Это очень нелинейный процесс, и небольшие изменения напряжения быстро приведут к насыщению количества испускаемых электронов. Сетку можно адресовать индивидуально, но только эмиттеры, расположенные в точках пересечения питаемого катода и линий затвора, будут иметь достаточную мощность для создания видимого пятна, и любые утечки мощности на окружающие элементы не будут видны. [6] Нелинейность процесса позволяет избежать использования схем адресации активной матрицы — загоревшись, пиксель естественным образом светится. Нелинейность также означает, что яркость субпикселя модулируется по ширине импульса для контроля количества образующихся электронов. [6] как в плазменных дисплеях .
Напряжение сетки направляет электроны в открытое пространство между эмиттерами сзади и экраном в передней части дисплея, где второе ускоряющее напряжение дополнительно ускоряет их по направлению к экрану, давая им достаточно энергии для освещения люминофоров. Поскольку электроны от любого отдельного эмиттера направляются к одному субпикселю, сканирующие электромагниты не нужны. [6]
В УНТ-ФЭД в качестве эмиттеров используются углеродные нанотрубки, легированные азотом и/или бором. Компания Samsung ранее работала над разработкой такого рода дисплеев, однако компания Samsung никогда не выпускала продуктов, использующих эту технологию. CNT-FED размещает эмиттеры из углеродных нанотрубок в центре нижней части полостей, называемых затворными отверстиями, которые сделаны с использованием электроизоляционного материала. Поверх этого материала наносится золотая пленка, не блокирующая отверстия затвора, чтобы позволить электронам из углеродных нанотрубок проходить сквозь них. Золотая пленка действует как ворота или сетка, ускоряющая электроны. В качестве катода также используется золото, а поверх него строятся углеродные нанотрубки. Катод создается с помощью фотолитографии для создания адресуемой сетки. Прокладки размещаются через равные промежутки, что обеспечивает расстояние между обеими стеклянными панелями 300 микрон. Пространство, созданное пространствами, содержит вакуум. Анод может быть изготовлен из алюминия или оксида индия-олова (ITO) и может быть расположен ниже или сверху люминофора. [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14]
Недостатки
[ редактировать ]Как и любые другие дисплеи с индивидуально адресуемыми субпикселями, дисплеи FED потенциально могут страдать от производственных проблем, которые приводят к появлению битых пикселей . Однако излучатели настолько малы, что многие «пушки» могут питать субпиксели. [13] экран можно проверить на наличие мертвых излучателей, а яркость пикселей скорректировать, увеличив ширину импульса, чтобы компенсировать потери из-за увеличения излучений от других излучателей, питающих тот же пиксель.
- Эффективность полевых эмиттеров основана на чрезвычайно малых радиусах острий, но этот небольшой размер делает катоды чувствительными к повреждению ионным ударом. Ионы образуются под воздействием высокого напряжения при взаимодействии с молекулами остаточного газа внутри устройства.
- Для работы дисплея FED требуется вакуум, поэтому трубка дисплея должна быть герметичной и механически прочной. Однако, поскольку расстояние между излучателями и люминофорами довольно мало, обычно несколько миллиметров, экран можно механически усилить, поместив прокладки или стойки между передней и задней стороной трубки. [6]
- ФЭД требуют высокого уровня вакуума, которого трудно достичь: вакуум, подходящий для обычных ЭЛТ и электронных ламп, недостаточен для длительной работы ФЭД. Интенсивная бомбардировка слоя люминофора электронами также приводит к выделению газа во время использования. [15]
Конкурирующие технологии
[ редактировать ]Электронно-лучевая трубка
[ редактировать ]ФЭД устраняют большую часть электрической сложности электронно-лучевых трубок , включая нагретые нити в электронной пушке, используемые для генерации электронов, и электромагниты в отклоняющих ярмах, используемых для управления лучом, и, таким образом, гораздо более энергоэффективны, чем ЭЛТ аналогичного размера. . Однако ФЭДы технически хуже ЭЛТ, так как не способны к мультисканированию . [ нужна ссылка ]
ЖК-дисплей
[ редактировать ]Плоские ЖК-дисплеи используют яркий источник света и фильтруют половину света с помощью поляризатора, а затем фильтруют большую часть света, создавая источники красного, зеленого и синего (RGB) для субпикселей. Это означает, что в лучшем случае только 1/6 (на практике или меньше) света, генерируемого задней частью панели, достигает экрана. В большинстве случаев сама жидкокристаллическая матрица затем отфильтровывает дополнительный свет, чтобы изменить яркость субпикселей и создать цветовую гамму. Таким образом, несмотря на использование чрезвычайно эффективных источников света, таких как с холодным катодом люминесцентные лампы или мощные белые светодиоды , общая эффективность ЖК-дисплея не очень высока. Хотя процесс освещения, используемый в FED, менее эффективен, энергию требуют только освещенные субпиксели, а это означает, что FED более эффективны, чем ЖК-дисплеи. Sony Было показано, что 36-дюймовые прототипы FED потребляют всего 14 Вт при отображении ярко освещенных сцен, тогда как обычный ЖК-экран аналогичного размера обычно потребляет более 100 Вт.
Отсутствие необходимости в системе подсветки и активной матрице тонкопленочных транзисторов также значительно снижает сложность комплекта в целом, а также уменьшает его толщину спереди назад. Хотя FED имеет два листа стекла вместо одного в ЖК-дисплее, общий вес, вероятно, будет меньше, чем у ЖК-дисплея аналогичного размера. [16] Также утверждается, что FED дешевле в производстве, поскольку в них задействовано меньше компонентов и процессов. Однако их нелегко изготовить как надежное коммерческое устройство, и возникли значительные производственные трудности. Это привело к конкуренции с двумя другими передовыми технологиями, стремящимися заменить ЖК-дисплеи в телевидении: OLED с активной матрицей и дисплеем с электронной эмиттерой поверхностной проводимости (SED).
ТЫ
[ редактировать ]Органические светодиоды ( OLED ) излучают свет напрямую. Таким образом, OLED не требуют отдельного источника света и очень эффективны с точки зрения светоотдачи. Они предлагают такой же высокий уровень контрастности и быстрое время отклика, что и FED. OLED являются серьезным конкурентом FED, но страдают от тех же проблем, что привели к их массовому производству.
НО
[ редактировать ]SED очень похожи на FED. Основное различие между этими двумя технологиями заключается в том, что SED использует один эмиттер для каждой колонки вместо отдельных точек FED. В то время как FED использует электроны, испускаемые непосредственно к передней части экрана, SED использует электроны, которые испускаются вблизи небольшого «зазора» в поверхностно-проводящей дорожке, проложенной параллельно плоскости панели, и извлекаются вбок, чтобы их первоначальное направление движения. В SED используется матрица эмиттеров на основе оксида палладия, нанесенная методом струйной печати или трафаретной печати . [17] SED считается вариантом FED, который можно производить массово, однако по состоянию на конец 2009 года в отрасли не было коммерческих продуктов для дисплеев SED.
История
[ редактировать ]Первые концентрированные усилия по разработке систем FED были предприняты в 1991 году корпорацией Silicon Video Corporation, позже Candescent Technologies. В их дисплеях «ThinCRT» использовались металлические эмиттеры, первоначально состоящие из крошечных молибденовых конусов, известных как наконечники Шпиндта . Они пострадали от эрозии из-за высоких ускоряющих напряжений. Попытки снизить ускоряющее напряжение и найти подходящие люминофоры, которые работали бы при более низких уровнях мощности, а также решить проблему эрозии за счет более качественных материалов, не увенчались успехом.
Несмотря на проблемы, Candescent продолжила разработку, открыв в 1998 году новое производственное предприятие в Кремниевой долине в партнерстве с Sony . Однако технология не была готова, и в начале 1999 года компания приостановила закупки оборудования, сославшись на «проблемы загрязнения». [18] Завод так и не был завершен, и, потратив 600 миллионов долларов на разработку, в июне 2004 года они подали заявку на защиту согласно главе 11 и в августе того же года продали все свои активы компании Canon . [19]
Еще одну попытку решить проблемы эрозии предприняла компания Advance Nanotech, дочерняя компания SI Diamond Technology из Остина, штат Техас . Компания Advance Nanotech разработала легированную алмазную пыль, острые углы которой оказались идеальным эмиттером. Однако разработка так и не увенчалась успехом, и в 2003 году от нее отказались. Затем компания Advance Nanotech приложила свои усилия к созданию аналогичного дисплея с самошифрованием, лицензируя свою технологию компании Canon. Когда Canon привлекла Toshiba для помощи в разработке дисплея, Advance Nanotech подала в суд, но в конечном итоге проиграла в своих попытках перезаключить контракты на основании своего утверждения о том, что Canon передала технологию Toshiba.
Исследования ФЭД после 2000 года были сосредоточены на углеродных нанотрубках (УНТ) в качестве эмиттеров. Наноэмиссионный дисплей (NED) — так компания Motorola обозначала свою технологию FED на основе углеродных нанотрубок. Прототип модели был продемонстрирован в мае 2005 года, но Motorola теперь остановила все разработки, связанные с FED.
Корпорация Futaba проводила программу разработки типа Spindt с 1990 года. В течение ряда лет они производили прототипы меньших по размеру систем FED и демонстрировали их на различных выставках, но, как и в случае с Candescent, никакого производства с большим экраном так и не последовало. Позже разработка продолжилась над версией на основе нанотрубок.
Sony, отказавшись от сотрудничества с Candescent, лицензировала технологию УНТ у Carbon Nanotechnologies Inc., [20] из Хьюстона, штат Техас , которые были агентом по публичному лицензированию ряда технологий, разработанных в Лаборатории углеродных нанотехнологий Университета Райса . В 2007 году они продемонстрировали дисплей FED на выставке в Японии и заявили, что представят серийные модели в 2009 году. [21] Позже они передали свои усилия FED компании Field Emission Technologies Inc., которая продолжала стремиться к выпуску в 2009 году. [22]
Их планы начать производство на бывшем заводе Pioneer в Кагосиме были отложены из-за финансовых проблем в конце 2008 года. [23] 26 марта 2009 г. Field Emission Technologies Inc. (FET) объявила о своем закрытии из-за невозможности привлечь капитал. [24]
В январе 2010 года тайваньская корпорация AU Optronics Corporation (AUO) объявила, что она приобрела активы у Sony FET и FET Japan, включая «патенты, ноу-хау, изобретения и соответствующее оборудование, связанное с технологиями и материалами FED». [4] В ноябре 2010 года Nikkei сообщил, что AUO планирует начать массовое производство панелей FED в четвертом квартале 2011 года, однако AUO отметила, что технология все еще находится на стадии исследований и планов по началу массового производства нет. [25]
См. также
[ редактировать ]- Сравнение технологии отображения
- Массив полевых эмиттеров
- Полевая электронная эмиссия
- Дисплей с электронным эмиттером поверхностной проводимости (SED)
Ссылки
[ редактировать ]- ^ «ЦНТ ФЭД» . www.teconano.com.tw . Архивировано из оригинала 01 декабря 2019 г. Проверено 4 января 2020 г.
- ^ «Sony серьезно относится к еще одному дисплею нового поколения: FED, похожему на ЭЛТ, но очень тонкому» . Гизмодо . 5 июля 2008 г.
- ↑ Серкан Тото, «ФРС: Sony объявляет об уходе, фактически хороня технологию в целом». Архивировано 19 июня 2009 г. в Wayback Machine , CrunchGear , 31 марта 2009 г.
- ^ Jump up to: а б ЦИФРЫ. «AUO приобретает технологию и оборудование FED у дочерней компании Sony» . www.digittimes.com .
- ^ «Применение углеродных нанотрубок в питаемых дисплеях» . 9 февраля 2014 г.
- ^ Jump up to: а б с д и Ричард Финк, «Более пристальный взгляд на технологии SED и FED». Архивировано 16 июня 2011 г. в Wayback Machine , EE Tines-Asia , 16–31 августа 2007 г., стр. 1–4.
- ^ Комплексная схема CNT-FED, b CNT-BLU, c buckypaper BLU – через ResearchGate .
- ^ Назад, Дармаванбучари в Стимстеме • 2 года (6 февраля 2018 г.). «Разработка автоэмиссионного дисплея (FED) на основе идеи громоотвода» . Стимит .
{{cite web}}: CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка ) - ^ «Создание телевизоров с нанотрубками» . Нановерк .
- ^ «Рисунок 1.1. Монитор CNT-автоэмиссионного дисплея (FED) [4]» .
- ^ «Основные принципы расчета полевой эмиссии углеродных нанотрубок, легированных азотом/бором Хё-Шин Ан §, Сынву Хан †, Кван-Рёль Ли, До Ён Ким. - скачать презентацию» . Slideplayer.com .
- ^ «ФЭД» - через Бесплатный словарь.
- ^ Jump up to: а б «Дисплей автоэмиссии» . Инженерный гараж . 5 июля 2019 г.
- ^ «Изображение: Как работают автоэмиссионные дисплеи» . CNET .
- ↑ Принцип светоизлучения системы FED от SHARP. Архивировано 16 июня 2006 г. в Wayback Machine.
- ^ «ФЭД» . Meko, Ltd., 22 ноября 2006 г. Архивировано из оригинала 20 августа 2006 г. Проверено 27 ноября 2006 г. >
- ^ «СЭД» . Meko, Ltd., 22 ноября 2006 г. Архивировано из оригинала 20 августа 2006 г. Проверено 27 ноября 2006 г.
- ↑ Джерри Асьерто, «Завод по производству задержек накаливания, заменяет генерального директора» , Electronic News , 1 марта 1999 г.
- ^ «Candescent Technologies подает главу 11 и объявляет о продаже своих активов» , Business Wire , 23 июня 2004 г.
- ^ «Дочерняя компания Arrowhead, Unidym, объединится с углеродными нанотехнологиями». Архивировано 14 июля 2011 г. в Wayback Machine , nanotechwire , 23 марта 2007 г.
- ^ «Sony дебютирует в FED в 2009 году и настаивает на том, чтобы сбить с толку потребителей еще одной технологией отображения» , Gizmodo , 9 апреля 2007 г.
- ↑ Самнер Лемон, «Дочерняя компания Sony планирует выпуск высококачественных мониторов FED на 2009 год». Архивировано 11 июня 2011 г. в Wayback Machine , Служба новостей IDG, 4 октября 2007 г.
- ↑ Кристофер Макманус, «Sony откладывает приобретение завода FED» , Sony Insider , 5 ноября 2008 г.
- ^ «Sony Field Emission Technologies закрывает свои двери» . Engadget. Архивировано из оригинала 27 мая 2009 г. Проверено 27 марта 2009 г.
- ^ ЦИФРЫ. "AUO начнет массовое производство FED в 4К11", - говорится в сообщении . www.digittimes.com .
Внешние ссылки
[ редактировать ]
- AU Optronics — технология отображения FED
- Обзоры и новости FED TV , заархивированные 31 марта 2022 г. на Wayback Machine.
- Углеродные телевизоры вытеснят жидкокристаллические и плазменные? , статья на сайте CNET News.com
- Статья Nanotechweb о прототипе Motorola
- Candescent и Sony будут совместно разрабатывать технологию FED
- Полевые эмиссионные технологии
