Дисплей с электронным эмиттером с поверхностной проводимостью - Surface-conduction electron-emitter display

36-дюймовый прототип Canon SED, показанный на выставке CES 2006.
Другой вид того же дисплея, показывающий, какой в ​​то время был тонкий корпус.

А индикатор электронного эмиттера с поверхностной проводимостью (САС) это технология отображения за плоские дисплеи разработан рядом компаний. SED используют наноскопические масштабы электрон излучатели для возбуждения цветных люминофор и создать образ. В общем смысле SED состоит из матрицы крошечных электронно-лучевые трубки, каждая «трубка» формирует на экране один субпиксель, сгруппированный по три, чтобы сформировать красно-зелено-синий (RGB) пиксели. СЭД сочетают в себе преимущества ЭЛТ, а именно их высокую коэффициенты контрастности, широкий углы обзора и очень быстро время ответа, с преимуществами упаковки ЖК-дисплеев и других плоских дисплеев. Они также потребляют гораздо меньше энергии, чем LCD телевизор такого же размера.

После значительных усилий и времени в начале и середине 2000-х усилия SED начали сворачиваться в 2009 году, когда доминирующей технологией стали ЖК-дисплеи. В августе 2010 г. Canon объявили, что свертывают совместные усилия по коммерческой разработке самосвалов, сигнализируя об окончании этих усилий.[1] SED тесно связаны с другой развивающейся технологией отображения, автоэмиссионный дисплей, или FED, отличающиеся в первую очередь деталями электронных эмиттеров. Sony, основной спонсор FED, также отказался от своих усилий по развитию.[2]

Описание

Обычная электронно-лучевая трубка (ЭЛТ) питается от электронная пушка, по сути, бессрочная вакуумная труба. На одном конце пушки электроны создаются путем «кипячения» их из металлической нити накала, что требует относительно больших токов и потребляет большую часть мощности ЭЛТ. Затем электроны ускоряются и фокусируются в быстро движущийся луч, движущийся вперед к экрану. Электромагниты окружающие пистолетный конец трубки, используются для управления лучом по мере его продвижения вперед, позволяя сканировать луч по экрану для создания 2D-изображения. Когда быстро движущиеся электроны сталкиваются с люминофором на обратной стороне экрана, возникает свет. Цветные изображения создаются путем раскрашивания экрана пятнами или полосами трех цветных люминофоров, по одному для красного, зеленого и синего (RGB). Если смотреть на расстоянии, пятна, известные как «субпиксели», сливаются в глазу, образуя единый элемент изображения, известный как пиксель.

SED заменяет одиночный пистолет обычного ЭЛТ сеткой наноскопических излучателей, по одному на каждый субпиксель дисплея. Эмиттерное устройство состоит из тонкой щели, через которую прыгают электроны при питании от высоких градиентов напряжения. Из-за наноскопических размеров щелей необходимое поле может соответствовать потенциалу порядка десятков вольт. Некоторые электроны, порядка 3%, 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 требуются киловольтные потенциалы, но это постоянное поле, не требующее переключения, поэтому электроника, создающая его, довольно проста.

Каждый эмиттер выровнен за цветной люминофорной точкой, и ускоренные электроны ударяют по точке и заставляют ее излучать свет так же, как и на обычном ЭЛТ. Поскольку каждая точка на экране освещается одним излучателем, нет необходимости направлять или направлять луч, как в ЭЛТ. В квантовое туннелирование Эффект, который испускает электроны через щели, очень нелинейен, и процесс эмиссии имеет тенденцию быть полностью включенным или выключенным для любого заданного напряжения. Это позволяет выбрать конкретные излучатели, запитав одну горизонтальную строку на экране, а затем запитав все необходимые вертикальные столбцы одновременно, тем самым запитав выбранные излучатели. Половинная мощность, полученная остальными эмиттерами в ряду, слишком мала, чтобы вызывать эмиссию, даже в сочетании с утечкой напряжения из активных эмиттеров рядом с ними. Это позволяет дисплеям SED работать без активная матрица из тонкопленочные транзисторы то, что требуется ЖК-дисплеям и аналогичным дисплеям для точного выбора каждого субпикселя, что дополнительно снижает сложность массива эмиттеров. Однако это также означает, что изменения напряжения нельзя использовать для управления яркостью получаемых пикселей. Вместо этого эмиттеры быстро включаются и выключаются с помощью широтно-импульсная модуляция, так что можно управлять общей яркостью пятна в любой момент времени.[3]

Экраны SED состоят из двух стеклянных листов, разделенных несколькими миллиметрами, причем задний слой поддерживает эмиттеры, а передний - люминофор. Фронт легко подготавливается с использованием методов, аналогичных существующим системам CRT; люминофор наносится на экран с помощью различных шелкография или аналогичных технологий, а затем покрывают 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, который ускоряет электроны по направлению к экрану, на котором поддерживается постоянное высокое напряжение относительно переключающей сетки. Как и в случае с современными ЭЛТ, темная маска наносится на стекло перед нанесением люминофора, чтобы придать экрану темно-угольно-серый цвет и улучшить коэффициент контрастности.

Создание заднего слоя с эмиттерами - многоступенчатый процесс. Сначала на экране печатается матрица из серебряных проволок, формирующая строки или столбцы, изолятор добавляется, а затем поверх него помещаются столбцы или строки. Электроды добавляются в этот массив, обычно с использованием платина, оставляя зазор около 60 мкм между колонками. Затем квадратные площадки из оксида палладия (PdO) толщиной всего 20 нм помещаются в зазоры между электродами, соединяясь с ними для подачи питания. Небольшая щель прорезается в колодке посередине путем многократного протекания через них сильных токов. В результате эрозии образуется щель. Зазор в контактной площадке образует эмиттер. Чтобы обеспечить правильную работу, необходимо строго контролировать ширину зазора, и на практике это оказалось трудно контролировать.

Современные SED добавляют еще одну ступень, которая значительно упрощает производство. Подушечки осаждаются с гораздо большим зазором между ними, до 50 нм, что позволяет добавлять их напрямую, используя технологию, адаптированную из струйные принтеры. Затем весь экран помещается в органический газ, и через электроды передаются электрические импульсы. Углерод в газе притягивается к краям прорези в квадратах PdO, образуя тонкие пленки, которые выступают вертикально от вершин зазоров и растут по направлению друг к другу под небольшим углом. Этот процесс самоограничен; если зазор становится слишком маленьким, импульсы разрушают углерод, поэтому ширину зазора можно регулировать, чтобы между ними оставалась довольно постоянная щель в 5 нм.

Так как экран должен находиться в вакууме, чтобы работать, на стеклянные поверхности действует большая внутренняя сила из-за окружающего атмосферного давления. Поскольку эмиттеры расположены в вертикальных столбцах, между каждым столбцом есть пространство, где нет люминофора, обычно над линиями питания столбца. SED используют это пространство для размещения тонких листов или стержней поверх проводников, которые разделяют две стеклянные поверхности. Серия из них используется для усиления экрана по всей его поверхности, что значительно снижает необходимую прочность самого стекла.[3] В ЭЛТ нет места для подобного усиления, поэтому стекло на переднем экране должно быть достаточно толстым, чтобы выдерживать все давление. Таким образом, SED намного тоньше и легче, чем CRT.

Контрастность SED может составлять 100 000: 1.[4]

Сравнение

Дальнейшая информация: ЖК-телевизор

Основная технология широкоэкранного телевидения, развернутая в 2000-х годах, - это жидкокристаллические телевизоры. SED ориентированы на тот же сегмент рынка.

ЖК-дисплеи не излучают свет напрямую, и для их подсветки необходимо использовать холодный катод флюоресцентные лампы (CCFL) или высокомощные Светодиоды. Сначала свет проходит через поляризатор, который отсекает половину света. Затем он проходит через слой ЖК-дисплея, который выборочно уменьшает вывод для каждого подпикселя. Перед жалюзи ЖК-дисплея расположены небольшие цветные фильтры, по одному на каждый подпиксель RGB. Поскольку цветные фильтры отсекают все, кроме узкой полосы белого света, количество света, которое достигает зрителя, всегда меньше 1/3 того, что покинуло поляризатор. Поскольку цветовая гамма создается путем выборочного уменьшения вывода для определенных цветов, на практике гораздо меньше света попадает в поле зрения, в среднем от 8 до 10%.[5] Несмотря на использование высокоэффективных источников света, ЖК-экран потребляет больше энергии, чем ЭЛТ того же размера.[6]

Жидкокристаллические жалюзи состоят из инкапсулированной жидкости, которая изменяет свою поляризацию в ответ на приложенное электрическое поле. Отклик довольно линейный, поэтому даже небольшая утечка энергии, достигающая окружающих створок, приводит к размытию изображения. Чтобы противодействовать этому эффекту и повысить скорость переключения, ЖК-дисплеи используют Адресация активной матрицы прозрачных тонкопленочных транзисторов для прямого переключения каждого затвора. Это усложняет ЖК-экран и затрудняет их изготовление. Жалюзи не идеальны и пропускают свет, что снижает как относительную яркость, так и цветовую гамму. Кроме того, использование поляризатора для создания затвора ограничивает углы обзора, при которых можно получить визуально неотличимую контрастность. Что наиболее важно, процесс переключения занимает некоторое время, порядка миллисекунд, что приводит к размытию быстро движущихся сцен. Огромные инвестиции в процесс производства ЖК-дисплеев позволили решить большинство этих проблем, но ни одно решение на основе ЖК-дисплея не смогло решить все вышеупомянутые проблемы.

SED излучает свет прямо на его переднюю поверхность. Сцены освещаются только теми пикселями, которым это необходимо, и только той яркостью, которая им необходима. Несмотря на то, что процесс генерации света менее эффективен, чем CCFL или светодиоды, общая энергоэффективность SED примерно в десять раз лучше, чем LCD того же размера. SED также намного менее сложны в общем плане - в них отсутствует слой активной матрицы, секция задней подсветки, цветные фильтры и электроника драйвера, которая корректирует различные недостатки в процессе закрывания ЖК-экрана. Несмотря на то, что в типичном ЖК-дисплее используется два стеклянных слоя вместо одного, такое снижение общей сложности делает SED похожими по весу и размеру с ЖК-дисплеями.

Предлагается 55-дюймовый прототип Canon SED яркие образы из 450 кд / м2, Контрастность 50 000: 1 и время отклика менее 1 мс.[7] Canon заявила, что серийные версии улучшат время отклика до 0,2 мс и коэффициент контрастности 100 000: 1.[8] SED можно просматривать под очень широким углом без какого-либо влияния на качество изображения. Для сравнения, современные ЖК-телевизоры, такие как Sony KDL-52W4100, заявляют, что предлагают коэффициент контрастности 30 000: 1, но при этом используется измерение «динамической контрастности», а «коэффициент контрастности экрана» составляет более 3000: 1.[9] Таким образом, сильно завышается контрастность ЖК-телевизоров.[10] Тот же набор утверждает, что предлагает углы обзора 178 градусов, но полезные углы обзора намного уже, а кроме того, изменяется как цветовая гамма, так и коэффициент контрастности. Sony не указывает время отклика, но 4 мс обычно для больших наборов, хотя это также динамическое измерение, которое работает только для определенных переходов.

SED очень тесно связаны с автоэмиссионным дисплеем (FED), отличаясь только деталями эмиттера. ФЭД используют небольшие пятна, содержащие сотни углеродные нанотрубки острые концы которых испускают электроны, когда помещаются в сильное электрическое поле. FED страдают от эрозии эмиттеров и требуют чрезвычайно высокого вакуума для работы. По этой причине отраслевые обозреватели обычно заявляют, что SED - это более практичная конструкция. У ФРС есть одно преимущество, которого нет у СЭД; Поскольку каждый субпиксель имеет сотни эмиттеров, «мертвые» эмиттеры можно исправить, приложив немного больше мощности к рабочим. Теоретически это может повысить урожайность, потому что вероятность того, что пиксель будет полностью мертвым, очень мала, а вероятность того, что на экране будет много мертвых пикселей, значительно снижена.[3] Sony продемонстрировала 26-дюймовый чертеж FED мощностью всего 12 Вт, показывающий яркую сцену,[11] Самосвалы должны иметь еще меньшую мощность.[3] На протяжении всего периода внедрения плоских экранов несколько других технологий соперничали с ЖК-дисплеями и плазменными панелями за признание рынка. Среди них были СЕПГ, ФРС и органический светодиод система, использующая печатаемые светодиоды. Все они обладают такими преимуществами, как низкое энергопотребление, отличный коэффициент контрастности и цветовой охват, быстрое время отклика и широкие углы обзора. Все они также разделяли проблему расширения производства для производства больших экранов. Примеры систем ограниченного размера, обычно 13 дюймов, были показаны в течение нескольких лет и доступны для ограниченных продаж, но ни одной из этих альтернатив не началось массовое производство.

История

Canon начал исследования SED в 1986 году.[12] В их ранних исследованиях использовались электроды из PdO без углеродных пленок наверху, но контролировать ширину щели оказалось сложно. В то время на ранней стадии разработки находился ряд технологий для плоских экранов, и единственной близкой к коммерциализации была технология плазменная панель (PDP), у которой было множество недостатков, среди которых стоимость производства и потребление энергии. ЖК-дисплеи не подходили для экранов больших размеров из-за низкой производительности и сложности производства.

В 2004 году Canon подписала соглашение с Toshiba создать совместное предприятие для продолжения развития технологии СЭД с образованием ООО «СЭД». Toshiba представила новую технологию для нанесения рисунка на проводники, лежащие в основе эмиттеров, с использованием технологий, адаптированных для струйных принтеров. В то время обе компании заявляли, что производство намечено на 2005 год. И Canon, и Toshiba начали показывать прототипы устройств на торговые выставки в течение 2006 года, в том числе 55-дюймовые и 36-дюймовые устройства от Canon и 42-дюймовые устройства от Toshiba. Они широко хвалились в прессе за их качество изображения, говоря, что это «что-то, что нужно увидеть, чтобы поверить [d]».[13]

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

В октябре 2006 года президент Toshiba объявил о планах компании начать полное производство 55-дюймовых SED-телевизоров в июле 2007 года на недавно построенном заводе по массовому производству SED в г. Химедзи.[14]

В декабре 2006 года президент и главный исполнительный директор Toshiba Ацутоши Нисида заявил, что Toshiba в сотрудничестве с Canon планирует начать массовое производство телевизоров с самошифрованными электронными дисками к 2008 году. Он сказал, что компания планирует начать производство небольших партий осенью 2007 года.[15] но они не ожидают, что дисплеи SED станут товаром, и не выпустят технологию на потребительский рынок из-за ожидаемой высокой цены, оставив ее исключительно для профессиональных приложений вещания.[16]

Кроме того, в декабре 2006 года выяснилось, что одной из причин задержки был судебный процесс, поданный против Canon. Прикладные нанотехнологии. 25 мая 2007 года Canon объявила, что затянувшийся судебный процесс отложит запуск телевизоров SED, а новая дата запуска будет объявлена ​​в какой-то момент в будущем.[17]

Applied Nanotech, дочерняя компания Нано-проприетарный, имеет ряд патентов, связанных с производством FED и SED. Они продали Canon бессрочную лицензию на технологию покрытия, используемую в их новой структуре излучателя на основе углерода. Applied Nanotech заявила, что соглашение Canon с Toshiba равнозначно незаконной передаче технологии, и необходимо будет достичь отдельного соглашения. Впервые они подошли к проблеме в апреле 2005 года.[18]

Canon ответила на иск несколькими действиями. 12 января 2007 года они объявили, что выкупят все акции Toshiba в SED Inc., чтобы исключить участие Toshiba в этом предприятии.[19] Они также начали переработку существующей заявки на патент RE40 062, чтобы удалить из своей системы любые технологии Applied Nanotech. Измененный патент был выдан 12 февраля 2008 г.[20]

22 февраля 2007 г. Окружной суд США Западного округа Техаса, район, широко известный своими соглашениями с патентообладателями в интеллектуальная собственность в упрощенном судебном порядке постановил, что Canon нарушила свое соглашение, создав совместное телевизионное предприятие с Toshiba.[21] Однако 2 мая 2007 г. присяжные постановили, что никаких дополнительных убытков, помимо комиссии в размере 5,5 млн долларов США за первоначальный лицензионный контракт, не присуждалось.[22][23]

25 июля 2008 г. Апелляционный суд США 5-го округа отменил решение суда низшей инстанции и при условии, что "безотзывная и бессрочная" неисключительная лицензия Canon по-прежнему имеет исковую силу и распространяется на реорганизованную дочернюю компанию Canon SED.[24] 2 декабря 2008 года Applied Nanotech отклонила иск, заявив, что продолжение судебного процесса «вероятно, будет бесполезным».[18]

Несмотря на свой юридический успех, Canon объявила в то же время, что финансовый кризис 2008 года далеко не уверенно выпускал наборы, заходя так далеко, что заявлял, что они не будут запускать продукт в то время, «потому что люди будут смеяться над ними».[18]

У Canon также был постоянный процесс разработки OLED, который начался в разгар судебного процесса. В 2007 году они объявили о совместной сделке по созданию Hitachi Displays Ltd. с Мацусита и Canon, каждая из которых владеет 24,9% акций Hitachi существующая дочерняя компания. Позже Canon объявила о покупке Tokki Corp, производителя оборудования для изготовления OLED-дисплеев.[25]

В апреле 2009 года во время NAB 2009 Питер Путман сказал: «Меня не раз спрашивали о шансах возвращения Canon SED, на что я бы не стал ставить деньги после краха с лицензированием Nano Technologies. Источник в Canon сказал мне на выставке, что SED все еще живы как профессиональная технология для мониторов. Действительно, инженер Canon SED из Японии незаметно обходил конференц-центр Лас-Вегаса, чтобы оценить конкуренцию ».[26]

Canon официально объявила 25 мая 2010 г. о завершении разработки телевизоров SED для домашнего рынка.[27] но указал, что они будут продолжать разработку коммерческих приложений, таких как медицинское оборудование. 18 августа 2010 года Canon приняла решение о ликвидации SED Inc.,[28] объединенная дочерняя компания Canon Inc., разрабатывающая технологию SED, ссылаясь на трудности с обеспечением надлежащей прибыльности и эффективно разрушая надежды на то, что однажды телевизоры с SED-экраном увидят дома, в комнате или в гостиной.

Смотрите также

Примечания

  1. ^ Мартин Уильямс, «Canon знаменует конец пути к мечтам SED TV», Служба новостей IDG, 19 августа 2010 г.
  2. ^ Серкан Тото, «FED: Sony называет это закрытием, по сути похоронив технологию в целом», CrunchGear, 31 мар 2009
  3. ^ а б c d Ближе
  4. ^ "Плоскоэкранный дисплей нового поколения SED". SlashGear. 20 октября 2006 г.
  5. ^ 3М, «Викуити: специализированная витрина»
  6. ^ Хосе Фермосо, «Калифорния предлагает запретить использование энергозатратных телевизоров высокой четкости с 2011 года», Проводной, 29 марта 2009 г.
  7. ^ Ричард Лоулер, 1080p "55-дюймовые телевизоры SED HDTV появятся в продаже в 2008 году", engadget, 3 октября 2006 г.
  8. ^ Такуя Отани, «Коэффициент контрастности панели SED увеличен до 100 000: 1», Nikkei Electronics, 21 апреля 2005 г.
  9. ^ Sony, "KDL-52W4100, 52 BRAVIA HD-телевизор с плоским экраном серии W"
  10. ^ Джордж Оу, «Как производители ЖК-дисплеев завышают показатели контрастности», ZDnet, 23 декабря 2007 г.
  11. ^ «Sony представит FED в 2009 году, настаивая на введении потребителей в заблуждение с помощью еще одной технологии отображения», Gizmondo, 9 апреля 2007 г.
  12. ^ Стоя
  13. ^ Винсент Нгуен, Плоскоэкранный дисплей нового поколения SED, SlashGear, 19 октября 2006 г.
  14. ^ «Toshiba планирует массовый выпуск SED TV в начале 2008 года». MarketWatch, Inc. 20 июня 2006 г.. Получено 2006-09-29.
  15. ^ Ким, Юн-Хи (22 декабря 2006 г.). «Toshiba, Canon работают над дисплеями». Dow Jones & Company, Inc. Получено 2006-12-22.
  16. ^ SED не станет товаром - сказал президент Toshiba Нисида на собрании прессы в конце года 25 декабря 2006 г. Масао Оониси, Nikkei Microdevices
  17. ^ «Уведомление о выпуске телевизоров SED». В архиве 2007-12-14 на Wayback Machine, Canon Inc., 25 мая 2007 г.
  18. ^ а б c Робин Хардинг, «Canon ясно запускает телевизор нового типа», Financial Times, 2 декабря 2008 г.
  19. ^ «SED Inc. станет 100% дочерней компанией Canon Inc.» В архиве 2007-01-14 на Wayback Machine, Canon Inc., 12 января 2007 г.
  20. ^ RE40,062
  21. ^ "Судейство против Canon в деле о телевизоре с нанотрубками". CNET. 2007-02-22. Архивировано из оригинал на 2007-02-25. Получено 2013-08-22.
  22. ^ "Nano-Proprietary, Inc. объявляет вердикт в судебном процессе Canon". 2007-05-03. Получено 2007-05-06.[мертвая ссылка ]
  23. ^ «Уведомление относительно судебных споров с нанопроприетарными технологиями с участием SED». 2007-05-07. Архивировано из оригинал на 2007-05-09. Получено 2007-05-07.
  24. ^ «Определение Апелляционного суда № 07-50640» (PDF).
  25. ^ «Canon приобретет контрольный пакет акций Tokki за 69 млн долларов», Рейтер, 13 ноября 2007 г.
  26. ^ «NAB 2009: время их недовольства». 2009-04-27. Архивировано из оригинал на 2009-05-02. Получено 2009-04-27.
  27. ^ «Canon приостановит разработку домашних телевизоров с самошифрованием», Рейтер, 25 мая 2010 г.
  28. ^ «Уведомление о ликвидации дочернего общества» В архиве 2012-05-10 в Wayback Machine, Canon Inc., 18 августа 2010 г.

Библиография

Патенты

  • Патент США RE40,062, "Устройство отображения с электронно-излучающим устройством с электронно-эмиссионной областью", Сейширо Йошиока и другие./ Canon Kabushiki Kaisha, подана 2 июня 2000 г., переиздана 12 февраля 2008 г.

дальнейшее чтение

внешняя ссылка