Дисплей с электронным эмиттером поверхностной проводимости

Прототип SED с диагональю 36 дюймов от Canon, показанный на выставке CES 2006.

Еще один вид того же дисплея, показывающий, что в то время корпус был тонким.

Дисплей с электронным эмиттером поверхностной проводимости ( SED ) — это технология отображения разработанная плоских дисплеев, рядом компаний. наноскопического размера В SED используются эмиттеры электронов для подачи энергии на цветные люминофоры и создания изображения. В общем смысле SED состоит из матрицы крошечных электронно-лучевых трубок , каждая «трубка» образует один субпиксель на экране, сгруппированных по три, чтобы сформировать красно-зелено-синие (RGB) пиксели . SED сочетают в себе преимущества ЭЛТ, а именно их высокий коэффициент контрастности , широкие углы обзора и очень быстрое время отклика , с преимуществами упаковки ЖК-дисплеев и других плоских дисплеев.

После значительного времени и усилий в начале и середине 2000-х годов усилия SED начали сходить на нет в 2009 году, когда доминирующей технологией стал ЖК-дисплей. В августе 2010 года компания Canon объявила, что прекращает совместные усилия по коммерческой разработке SED, что сигнализирует об окончании усилий по разработке. SED были тесно связаны с другой развивающейся технологией отображения, автоэмиссионным дисплеем или FED, отличаясь в первую очередь деталями эмиттеров электронов. Sony , главный спонсор ФРС, также отказалась от своих усилий по развитию.

Описание

Обычная электронно-лучевая трубка (ЭЛТ) приводится в действие электронной пушкой с открытым концом , по сути, вакуумной трубкой . На одном конце пушки электроны производятся путем «выпаривания» их из металлической нити накала, что требует относительно высоких токов и потребляет большую часть мощности ЭЛТ. Затем электроны ускоряются и фокусируются в быстро движущийся луч, текущий вперед к экрану. Электромагниты , окружающие конец трубки с пистолетом, используются для управления лучом при его движении вперед, позволяя сканировать луч по экрану для создания 2D-изображения. Когда быстро движущиеся электроны ударяются о люминофор на задней стороне экрана, возникает свет. Цветные изображения создаются путем нанесения на экран пятен или полос трех цветных люминофоров, красного, зеленого и синего цвета (RGB). При просмотре на расстоянии пятна, известные как « субпиксели », сливаются в глазу, образуя единый элемент изображения, известный как пиксель .

SED заменяет единственную пушку обычной ЭЛТ сеткой наноскопических излучателей, по одному на каждый субпиксель дисплея. Эмиттерный аппарат представляет собой тонкую щель, через которую перепрыгивают электроны при подаче высоковольтных градиентов. Благодаря наноразмерам щелей необходимое поле может соответствовать потенциалу порядка десятков вольт. Около 3% несколько электронов сталкиваются с материалом щели на дальней стороне и рассеиваются за пределы поверхности эмиттера. Второе поле, приложенное извне, ускоряет эти рассеянные электроны по направлению к экрану. Для создания этого поля требуется киловольтный потенциал, но это постоянное поле, не требующее переключения, поэтому создающая его электроника довольно проста.

Каждый эмиттер расположен за цветной люминофорной точкой. Ускоренные электроны ударяются о точку и заставляют ее излучать свет так же, как и обычная ЭЛТ. Поскольку каждая точка на экране освещается одним излучателем, нет необходимости направлять или направлять луч, как в ЭЛТ. Эффект квантового туннелирования , при котором электроны эмитируются через щели, очень нелинейен, и процесс эмиссии имеет тенденцию полностью включаться или выключаться при любом заданном напряжении. Это позволяет выбирать конкретные излучатели, подавая питание на одну горизонтальную строку на экране, а затем одновременно подавая питание на все необходимые вертикальные столбцы, тем самым обеспечивая питание выбранных излучателей. Половинная мощность, получаемая остальными эмиттерами в ряду, слишком мала, чтобы вызвать излучение, даже в сочетании с утечкой напряжения из активных эмиттеров рядом с ними. Это позволяет дисплеям SED работать без активной матрицы тонкопленочных транзисторов , которая требуется ЖК-дисплеям и аналогичным дисплеям для точного выбора каждого субпикселя, и еще больше снижает сложность матрицы эмиттеров. Однако это также означает, что изменения напряжения нельзя использовать для управления яркостью получаемых пикселей. Вместо этого излучатели быстро включаются и выключаются с помощью широтно-импульсная модуляция , благодаря чему можно контролировать общую яркость пятна в любой момент времени.

Экраны SED состоят из двух стеклянных листов, разделенных несколькими миллиметрами: задний слой поддерживает излучатели, а передний — люминофоры. Фронт легко подготавливается с использованием методов, аналогичных существующим системам ЭЛТ; люминофоры наносятся на экран с использованием различных трафаретных или аналогичных технологий, а затем покрываются тонким слоем алюминия, чтобы сделать экран визуально непрозрачным и обеспечить электрический обратный путь для электронов, когда они попадают на экран. В SED этот слой также служит передним электродом, ускоряющим электроны по направлению к экрану, удерживаемому под постоянным высоким напряжением относительно переключающей сетки. Как и в случае с современными ЭЛТ, перед нанесением люминофора на стекло наносится темная маска, чтобы придать экрану темно-угольно-серый цвет и улучшить коэффициент контрастности.

Создание заднего слоя с излучателями — многоэтапный процесс. Сначала на экране печатается матрица из серебряных проводов, образующая ряды или столбцы, добавляется изолятор , а затем поверх него накладываются столбцы или ряды. В этот массив добавляются электроды, обычно из платины , оставляя между столбцами зазор около 60 микрометров. Далее квадратные площадки из оксида палладия в зазоры между электродами наносятся (PdO) толщиной всего 20 нанометров, подключающие их к источнику питания. В середине площадки вырезается небольшая щель, через которую неоднократно пропускают сильные токи. В результате эрозии образуется разрыв. Зазор в контактной площадке образует эмиттер. Для правильной работы необходимо строго контролировать ширину зазора, что на практике оказалось сложно контролировать.

Современные SED добавляют еще один шаг, который значительно упрощает производство. Контактные площадки наносятся с гораздо большим зазором между ними, целых 50 нм, что позволяет добавлять их напрямую с использованием технологии, адаптированной к струйным принтерам . Затем весь экран помещается в органический газ, и через площадки пропускаются электрические импульсы. Углерод в газе притягивается к краям щели в квадратах PdO, образуя тонкие пленки, которые простираются вертикально от вершин зазоров и растут друг к другу под небольшим углом. Этот процесс является самоограничивающимся; если зазор становится слишком маленьким, импульсы разрушают углерод, поэтому ширину зазора можно контролировать, чтобы между ними была довольно постоянная щель шириной 5 нм.

Поскольку для работы экрана необходимо удерживать его в вакууме, на стеклянные поверхности действует большая внутренняя сила из-за окружающего атмосферного давления. Поскольку излучатели расположены вертикальными колоннами, между каждой колонной имеется пространство, в котором нет люминофора, обычно над линиями электропередачи колонны. SED используют это пространство для размещения тонких листов или стержней поверх проводников, которые разделяют две стеклянные поверхности. Ряд таких линз используется для усиления экрана по всей его поверхности, что значительно снижает необходимую прочность самого стекла. В ЭЛТ нет места для подобных усилений, поэтому стекло переднего экрана должно быть достаточно толстым, чтобы выдержать все давление. Таким образом, SED намного тоньше и легче, чем ЭЛТ.

SED могут иметь коэффициент контрастности 100 000:1.

История

Компания Canon начала исследования SED в 1986 году. В их ранних исследованиях использовались электроды из PdO без углеродной пленки сверху, но контролировать ширину щели оказалось сложно. В то время ряд технологий плоских экранов находился на ранней стадии разработки, и единственной, близкой к коммерциализации, была плазменная панель дисплея (PDP), которая имела множество недостатков, в том числе стоимость производства и энергопотребление. ЖК-дисплеи не подходили для экранов большего размера из-за низкой производительности и сложности производства.

В 2004 году Canon подписала соглашение с Toshiba о создании совместного предприятия для продолжения разработки технологии SED, образовав компанию SED Ltd. Toshiba представила новую технологию для формирования рисунка проводников, лежащих в основе эмиттеров, с использованием технологий, адаптированных из струйных принтеров. В то время обе компании утверждали, что производство планируется начать в 2005 году. И Canon, и Toshiba начали демонстрировать прототипы устройств на торговых выставках в 2006 году, в том числе устройства с диагональю 55 и 36 дюймов от Canon и устройство с экраном 42 дюйма от Toshiba. Они широко пресса хвалила их качество изображения, говоря, что это «что-то, что нужно увидеть, чтобы поверить [d]».

Однако к этому моменту дата выпуска Canon SED уже несколько раз переносилась. Впервые было заявлено, что он будет запущен в производство в 1999 году. Это было перенесено на 2005 год после совместного соглашения, а затем снова на 2007 год после первых демонстраций на CES и других выставках.

В октябре 2006 года президент Toshiba объявил, что компания планирует начать полное производство 55-дюймовых телевизоров SED в июле 2007 года на недавно построенном предприятии серийного производства SED в Химедзи .

В декабре 2006 года президент и главный исполнительный директор Toshiba Ацутоши Нисида заявил, что Toshiba планирует начать массовое производство телевизоров SED в сотрудничестве с Canon к 2008 году. Он сказал, что компания планирует начать мелкосерийное производство осенью 2007 года. но они не ожидают, что дисплеи SED станут товаром, и не будут выпускать эту технологию на потребительский рынок из-за ее ожидаемой высокой цены, оставив ее исключительно для профессиональных приложений вещания.

Также в декабре 2006 года выяснилось, что одной из причин задержки стал иск, поданный против Canon компанией Applied Nanotech . 25 мая 2007 года Canon объявила, что длительный судебный процесс отложит выпуск телевизоров SED, а новая дата запуска будет объявлена ​​когда-нибудь в будущем.

Applied Nanotech, дочерняя компания Nano-Proprietary , владеет рядом патентов, связанных с производством FED и SED. Они продали компании Canon бессрочную лицензию на технологию покрытия, используемую в их новой конструкции излучателя на основе углерода. Компания Applied Nanotech заявила, что соглашение Canon с Toshiba представляет собой незаконную передачу технологии и что необходимо будет заключить отдельное соглашение. Впервые они подошли к этой проблеме в апреле 2005 года.

Canon ответила на иск несколькими действиями. 12 января 2007 года они объявили, что купят все акции Toshiba в SED Inc., чтобы исключить участие Toshiba в этом предприятии. Они также начали перерабатывать существующую заявку на патент RE40,062, чтобы удалить из своей системы любую технологию Applied Nanotech. Модифицированный патент был выдан 12 февраля 2008 г.

22 февраля 2007 года Окружной суд США Западного округа Техаса , округа, широко известного своим согласием с владельцами патентов в делах об интеллектуальной собственности , постановил в упрощенном порядке, что компания Canon нарушила свое соглашение, создав совместное телевизионное предприятие с Toshiba. Однако 2 мая 2007 года присяжные постановили, что никаких дополнительных убытков, помимо суммы в 5,5 миллионов долларов за первоначальный лицензионный контракт, не причитается.

25 июля 2008 года Апелляционный суд 5-го округа США отменил решение суда низшей инстанции и установил, что «безотзывная и бессрочная» неисключительная лицензия Canon по-прежнему подлежит исполнению и распространяется на реструктурированную дочернюю компанию Canon SED. 2 декабря 2008 года Applied Nanotech отказалась от иска, заявив, что продолжение иска «вероятно, будет тщетной попыткой».

Несмотря на свой юридический успех, компания Canon в то же время объявила, что финансовый кризис 2008 года сделал выпуск наборов далеко не гарантированным, дойдя до того, что заявила, что не будет запускать продукт в то время, «потому что люди будут смеяться». у них».

У Canon также был постоянный процесс разработки OLED, который начался в разгар судебного процесса. В 2007 году они объявили о совместной сделке по созданию компании Hitachi Displays Ltd., в которой Matsushita и Canon получат по 24,9% акций существующей дочерней компании Hitachi . Позже Canon объявила о покупке Tokki Corp, производителя оборудования для производства OLED.

В апреле 2009 года во время NAB 2009 Питер Путман сказал: «Меня не раз спрашивали о шансах на возвращение Canon SED, на что я бы не стал делать ставку после провала с лицензированием Nano Technologies. Источник в Canon сообщил мне на выставке, что SED все еще жива как профессиональная технология мониторов. Действительно, инженер Canon SED из Японии незаметно обходил конференц-центр Лас-Вегаса, чтобы оценить масштабы. вне конкуренции».

25 мая 2010 года компания Canon официально объявила об окончании разработки телевизоров SED для домашнего потребительского рынка. но указали, что продолжат разработку коммерческих приложений, таких как медицинское оборудование. 18 августа 2010 года компания Canon решила ликвидировать SED Inc. консолидированная дочерняя компания Canon Inc., разрабатывающая технологию SED, ссылаясь на трудности с обеспечением соответствующей прибыльности и фактически разрушая надежды однажды увидеть телевизоры SED дома, в комнате или в гостиной.

См. также

• Сравнение технологии отображения
• Дисплей автоэлектронной эмиссии
• Органический светодиод
• Дисплей с квантовыми точками

Примечания

Библиография

• Ричард Финк, «Более пристальный взгляд на технологии SED и FED» , EE Times-Asia , 16–31 августа 2007 г., стр. 1–4.
• Питер Путман, «Стоя в тени» , HDTVexpert , 8 марта 2006 г.
• Али Аль-Мансури, «Изучение эволюции экранов SMD» , SMDTechInsights , 30 августа 2024 г.

Патенты

• Патент США RE40,062 , «Устройство отображения с устройством электронной эмиссии с областью электронной эмиссии», Сейширо Йошиока и др. /Canon Kabushiki Kaisha, подано 2 июня 2000 г., переиздано 12 февраля 2008 г.

Дальнейшее чтение

• «Финансирование технологии органических светодиодов, патентные споры и многое другое» , Nature Photonics , Том 1, номер 5 (2007), стр. 278

Внешние ссылки

• Техническое сравнение SED и FED