Дисплей с поверхностной проводимостью электронов ( SED ) — это технология отображения для плоских дисплеев , разработанная рядом компаний. SED использует наноскопические электронные эмиттеры для возбуждения цветных люминофоров и создания изображения. В общем смысле SED состоит из матрицы крошечных электронно-лучевых трубок , каждая «трубка» образует один субпиксель на экране, сгруппированный по три для формирования красно-зелено-синих (RGB) пикселей . SED сочетают в себе преимущества ЭЛТ, а именно их высокие коэффициенты 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, в 2009 году усилия по SED начали сворачиваться, поскольку доминирующей технологией стала ЖК-технология. В августе 2010 года Canon объявила о прекращении совместных усилий по коммерческой разработке SED, что стало сигналом к завершению усилий по разработке. [1] SED были тесно связаны с другой развивающейся технологией отображения, дисплеем с полевой эмиссией , или FED, отличаясь в основном деталями электронных эмиттеров. Sony , главный спонсор FED, также отказалась от своих усилий по разработке. [2]
Обычная электронно-лучевая трубка (ЭЛТ) питается от электронной пушки , по сути вакуумной трубки с открытым концом . На одном конце пушки электроны производятся путем «выкипания» их из металлической нити, 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 пушки трубки, используются для управления лучом по мере его движения вперед, позволяя лучу сканироваться по экрану для создания 2D-дисплея. Когда быстро движущиеся электроны ударяются о люминофор на задней стороне экрана, возникает свет. Цветные изображения создаются путем закрашивания экрана пятнами или полосами трех цветных люминофоров, каждый для красного, зеленого и синего (RGB). При просмотре с расстояния пятна, известные как « субпиксели », смешиваются в глазу, образуя единый элемент изображения, известный как пиксель .
SED заменяет одиночную пушку обычного ЭЛТ на сетку наноскопических излучателей, по одному на каждый субпиксель дисплея. Аппарат излучателя состоит из тонкой щели, через которую электроны прыгают при подаче питания с помощью градиентов высокого напряжения. Из-за наноскопического размера щелей требуемое поле может соответствовать потенциалу порядка десятков вольт. Порядка 3% несколько электронов сталкиваются с материалом щели на дальней стороне и рассеиваются с поверхности излучателя. Второе поле, приложенное извне, ускоряет эти рассеянные электроны по направлению к экрану. Создание этого поля требует киловольтных потенциалов, но это постоянное поле, не требующее переключения, поэтому электроника, которая его создает, довольно проста.
Каждый излучатель выровнен за цветной фосфорной точкой. Ускоренные электроны ударяют в точку и заставляют ее испускать свет так же, как и в обычной ЭЛТ. Поскольку каждая точка на экране освещается одним излучателем, нет необходимости управлять или направлять луч, как в ЭЛТ. Эффект квантового туннелирования , который испускает электроны через щели, является крайне нелинейным, и процесс испускания имеет тенденцию быть полностью включенным или выключенным для любого заданного напряжения. Это позволяет выбирать определенные излучатели, питая одну горизонтальную строку на экране, а затем одновременно питая все необходимые вертикальные столбцы, тем самым питая выбранные излучатели. Половинная мощность, получаемая остальными излучателями в строке, слишком мала, чтобы вызвать испускание, даже в сочетании с утечкой напряжения от активных излучателей рядом с ними. Это позволяет дисплеям SED работать без активной матрицы тонкопленочных транзисторов , которые требуются ЖК-дисплеям и аналогичным дисплеям для точного выбора каждого субпикселя, и еще больше снижает сложность массива излучателей. Однако это также означает, что изменения напряжения не могут использоваться для управления яркостью полученных пикселей. Вместо этого излучатели быстро включаются и выключаются с помощью широтно-импульсной модуляции , так что общая яркость пятна в любой момент времени может контролироваться. [3]
Экраны SED состоят из двух стеклянных листов, разделенных несколькими миллиметрами, причем задний слой поддерживает излучатели, а передний — люминофоры. Передняя часть легко изготавливается с использованием методов, аналогичных существующим системам ЭЛТ; люминофоры наносятся на экран с помощью различных шелкографий или аналогичных технологий, а затем покрываются тонким слоем алюминия, чтобы сделать экран визуально непрозрачным и обеспечить электрический обратный путь для электронов, как только они попадают на экран. В SED этот слой также служит передним электродом, который ускоряет электроны по направлению к экрану, удерживая при постоянном высоком напряжении относительно коммутационной сетки. Как и в случае с современными ЭЛТ, темная маска наносится на стекло перед нанесением люминофора, чтобы придать экрану темный угольно-серый цвет и улучшить коэффициент контрастности.
Создание заднего слоя с излучателями — многоэтапный процесс. Сначала на экране печатается матрица из серебряных проводов для формирования рядов или столбцов, добавляется изолятор , а затем столбцы или ряды осаждаются поверх этого. В этот массив добавляются электроды, обычно с использованием платины , оставляя зазор около 60 микрометров между столбцами. Затем в зазоры между электродами осаждаются квадратные площадки из оксида палладия (PdO) толщиной всего 20 нанометров, соединяя их для подачи питания. В середине площадки прорезается небольшая щель путем многократной подачи через них сильных импульсов тока. В результате эрозии образуется зазор. Зазор в площадке образует излучатель. Ширина зазора должна строго контролироваться для правильной работы, что оказалось сложным для контроля на практике.
Современные SED добавляют еще один шаг, который значительно облегчает производство. Площадки наносятся с гораздо большим зазором между ними, вплоть до 50 нм, что позволяет добавлять их напрямую с использованием технологии, адаптированной из струйных принтеров . Затем весь экран помещается в органический газ, и через площадки посылаются импульсы электричества. Углерод в газе вытягивается на края щели в квадратах PdO, образуя тонкие пленки, которые простираются вертикально от вершин щелей 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 получить довольно постоянную щель в 5 нм между ними.
Поскольку экран должен находиться в вакууме для работы, на стеклянные поверхности действует большая внутренняя сила из-за окружающего атмосферного давления. Поскольку излучатели расположены в вертикальных колоннах, между каждой колонной есть пространство, где нет фосфора, обычно над силовыми линиями колонны. SED используют это пространство для размещения тонких листов или стержней поверх проводников, которые удерживают две стеклянные поверхности отдельно. Серия из них используется для укрепления экрана по всей его поверхности, что значительно снижает необходимую прочность самого стекла. [3] В ЭЛТ нет места для подобных усилений, поэтому стекло на переднем экране должно быть достаточно толстым, чтобы выдерживать все давление. Таким образом, SED намного тоньше и легче, чем ЭЛТ.
Коэффициент контрастности SED может достигать 100 000:1. [4]
Canon начала исследования SED в 1986 году. [5] В их ранних исследованиях использовались электроды PdO без углеродных пленок сверху, но управление шириной щели оказалось сложным. В то время существовало несколько технологий плоских экранов на ранней стадии разработки, и единственной, близкой к коммерциализации, была плазменная панель дисплея (PDP), у которой было множество недостатков, среди которых стоимость производства и энергопотребление. ЖК-дисплеи не подходили для больших размеров экранов из-за низкого выхода и сложного производства.
В 2004 году Canon подписала соглашение с Toshiba о создании совместного предприятия для продолжения разработки технологии SED, образовав «SED Ltd». Toshiba представила новую технологию для моделирования проводников, лежащих в основе излучателей, используя технологии, адаптированные из струйных принтеров. В то время обе компании утверждали, что производство должно было начаться в 2005 году. И Canon, и Toshiba начали демонстрировать прототипы устройств на торговых выставках в 2006 году, включая 55-дюймовые и 36-дюймовые устройства от Canon и 42-дюймовое устройство от Toshiba. Их широко хвалили в прессе за качество изображения, говоря, что это «что-то, что нужно увидеть, чтобы поверить[d]». [6]
Однако к этому моменту дата выпуска SED от Canon уже несколько раз переносилась. Сначала было заявлено, что производство начнется в 1999 году. После заключения совместного соглашения ее перенесли на 2005 год, а затем снова на 2007 год после первых демонстраций на выставке CES и других выставках.
В октябре 2006 года президент Toshiba объявил о планах компании начать полномасштабное производство 55-дюймовых SED-телевизоров в июле 2007 года на недавно построенном заводе по массовому производству SED в Химедзи . [7]
В декабре 2006 года президент и главный исполнительный директор Toshiba Ацутоши Нисида заявил, что Toshiba находится на пути к массовому производству телевизоров SED в сотрудничестве с Canon к 2008 году. Он сказал, что компания планирует начать мелкосерийное производство осенью 2007 года, [8] но они не ожидают, что дисплеи SED станут товаром массового спроса, и не будут выпускать технологию на потребительский рынок из-за ее ожидаемой высокой цены, оставляя ее исключительно для профессиональных вещательных приложений. [9]
Также в декабре 2006 года выяснилось, что одной из причин задержки был иск, поданный против Canon компанией Applied Nanotech. 25 мая 2007 года Canon объявила, что затянувшийся судебный процесс отложит запуск телевизоров SED, а новая дата запуска будет объявлена в будущем. [10]
Applied Nanotech, дочерняя компания Nano-Proprietary, владеет рядом патентов, связанных с производством FED и SED. Они продали Canon бессрочную лицензию на технологию покрытия, используемую в их новой структуре эмиттера на основе углерода. Applied Nanotech заявила, что соглашение Canon с Toshiba равносильно незаконной передаче технологий, и необходимо будет заключить отдельное соглашение. Впервые они обратились к этой проблеме в апреле 2005 года. [11]
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 предприятии. [12] Они также начали перерабатывать существующую патентную заявку RE40,062, чтобы удалить все технологии Applied Nanotech из своей системы. Измененный патент был выдан 12 февраля 2008 года. [13]
22 февраля 2007 года Окружной суд США по Западному округу Техаса , округ, широко известный тем, что соглашается с владельцами патентов в делах об интеллектуальной собственности , постановил в упрощенном порядке, что Canon нарушила свое соглашение, создав совместное телевизионное предприятие с Toshiba. [14] Однако 2 мая 2007 года присяжные постановили, что никаких дополнительных убытков, помимо платы в размере 5,5 млн долларов за первоначальный лицензионный договор, не полагается. [15] [16]
25 июля 2008 года Апелляционный суд США 5-го округа отменил решение суда низшей инстанции и постановил, что «безотзывная и бессрочная» неисключительная лицензия Canon по-прежнему имеет юридическую силу и распространяется на реструктурированную дочернюю компанию Canon SED. [17] 2 декабря 2008 года Applied Nanotech отозвала иск, заявив, что продолжение судебного разбирательства «вероятно будет бесполезным». [11]
Несмотря на юридический успех, Canon в то же время объявила, что Великая рецессия делает запуск этих наборов далеко не определенным, и даже заявила, что не будет запускать продукт в это время, «потому что люди будут смеяться над ними». [11]
Canon также вела непрерывный процесс разработки OLED, который начался в разгар судебного процесса. В 2007 году они объявили о совместной сделке по созданию "Hitachi Displays Ltd.", при этом Matsushita и Canon получили по 24,9% акций существующего дочернего предприятия Hitachi . Позднее Canon объявила о покупке Tokki Corp, производителя оборудования для производства OLED. [18]
В апреле 2009 года во время NAB 2009 Питер Путман заявил: «Меня не раз спрашивали о шансах на возвращение SED от Canon, на что я бы не стал делать ставки после провала лицензирования Nano Technologies. Однако источник в Canon сказал мне на выставке, что SED все еще очень жива как технология профессиональных мониторов. Действительно, инженер Canon SED из Японии тихо обходил Las Vegas Convention Center, чтобы оценить конкурентов». [19]
Canon официально объявила 25 мая 2010 года о завершении разработки SED-телевизоров для домашнего потребительского рынка, [20] но указала, что продолжит разработку для коммерческих приложений, таких как медицинское оборудование. 18 августа 2010 года Canon решила ликвидировать SED Inc., [21] консолидированную дочернюю компанию Canon Inc., разрабатывающую технологию SED, сославшись на трудности с обеспечением соответствующей рентабельности и фактически положив конец надеждам когда-нибудь увидеть SED-телевизоры дома, в комнате или гостиной.
