Дисплей с полевой эмиссией ( FED ) — это технология плоских дисплеев , которая использует источники полевой электронной эмиссии большой площади для обеспечения электронов, которые ударяют по цветному фосфору для создания цветного изображения. В общем смысле FED состоит из матрицы электронно- лучевых трубок , каждая трубка производит один субпиксель, сгруппированный по три для формирования красно-зелено-синих (RGB) пикселей . FED сочетают в себе преимущества ЭЛТ, а именно их высокие уровни контрастности и очень быстрое время отклика, с преимуществами упаковки ЖК-дисплеев и других технологий плоских панелей. Они также предлагают возможность потреблять меньше энергии, примерно вдвое меньше, чем у ЖК-системы. FED также можно сделать прозрачными. [1]
Sony была основным сторонником конструкции FED и вложила значительные усилия в исследования и разработки в эту систему в 2000-х годах, запланировав массовое производство в 2009 году. [2] Усилия Sony в области FED начали сворачиваться в 2009 году, поскольку LCD стали доминирующей технологией плоских панелей. [3] В январе 2010 года AU Optronics объявила, что приобрела основные активы FED у Sony и намерена продолжить разработку этой технологии. [4] По состоянию на 2024 год [обновлять]крупномасштабное коммерческое производство FED не осуществлялось.
Дисплеи FED тесно связаны с другой развивающейся технологией отображения информации — электронно-эмиттерным дисплеем с поверхностной проводимостью (SED), отличаясь в первую очередь деталями системы электронной эмиссии.
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 отдельных наноскопических электронных пушек. Он состоит из 2 листов стекла, расположенных на равном расстоянии друг от друга, один из которых содержит эмиттеры, прокладки и сетку, а другой содержит люминофоры.
Экран FED создается путем наложения ряда металлических полос на стеклянную пластину для формирования ряда катодных линий. Фотолитография используется для наложения ряда рядов переключающих затворов под прямым углом к катодным линиям, образуя адресуемую сетку. На пересечении каждого ряда и столбца наносится небольшой участок из до 4500 излучателей [5] , обычно с использованием методов, разработанных для струйных принтеров . Металлическая сетка накладывается поверх переключающих затворов для завершения структуры пушки. [6]
Между эмиттерами и металлической сеткой, подвешенной над ними, создается поле градиента высокого напряжения, вытягивающее электроны из кончиков эмиттеров. Это крайне нелинейный процесс, и небольшие изменения напряжения быстро приведут к насыщению числа испускаемых электронов. Сетка может быть адресована индивидуально, но только эмиттеры, расположенные в точках пересечения запитанного катода, линий затвора будут иметь достаточно мощности, чтобы создать видимое пятно, и любые утечки мощности в окружающие элементы не будут видны. [6] Нелинейность процесса позволяет избегать активных схем адресации матрицы — как только пиксель загорается, он будет естественным образом светиться. Нелинейность также означает, что яркость субпикселя модулируется по ширине импульса для управления числом производимых электронов, [6] как в плазменных дисплеях .
Напряжение сетки направляет электроны в открытое пространство между эмиттерами сзади и экраном спереди дисплея, где второе ускоряющее напряжение дополнительно ускоряет их по направлению к экрану, давая им достаточно энергии для подсветки люминофоров. Поскольку электроны из любого одного эмиттера выстреливаются в направлении одного субпикселя, сканирующие электромагниты не нужны. [6]
CNT-FED используют углеродные нанотрубки, легированные азотом и/или бором, в качестве излучателей. Samsung ранее работала над разработкой такого типа дисплея, однако Samsung никогда не выпускала никаких продуктов с использованием этой технологии. CNT-FED размещает излучатели углеродных нанотрубок в нижнем центре полостей, называемых затворными отверстиями, которые сделаны с использованием электроизолирующего материала. Золотая пленка осаждается поверх этого материала, не блокируя затворные отверстия, чтобы позволить электронам из углеродных нанотрубок проходить через них. Золотая пленка действует как затвор или сетка, которая ускоряет электроны. Золото также используется в качестве катода, а углеродные нанотрубки построены поверх него. Катод выкладывается с помощью фотолитографии для создания адресуемой сетки. Распорки размещаются на равных интервалах, что удерживает обе стеклянные панели на расстоянии 300 микрон друг от друга. Пространство, созданное пробелами, содержит вакуум. Анод может быть изготовлен из алюминия или оксида индия и олова (ITO), и он может быть размещен под или над люминофорами. [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14]
Как и любые другие дисплеи с индивидуально адресуемыми субпикселями, дисплеи FED могут потенциально страдать от производственных проблем, которые приведут к появлению мертвых пикселей . Однако излучатели настолько малы, что множество «пушек» могут питать субпиксель, [13] экран можно проверить на наличие мертвых излучателей и скорректировать яркость пикселей, увеличив ширину импульса, чтобы компенсировать потери из-за увеличения излучений от других излучателей, питающих тот же пиксель.
FED 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, являются гораздо более энергоэффективными, чем ЭЛТ аналогичного размера. Однако FED технически хуже, чем ЭЛТ, поскольку они не способны к мультисканированию . [ необходима цитата ]
Плоские ЖК-дисплеи используют яркий источник света и отфильтровывают половину света с помощью поляризатора, а затем фильтруют большую часть света для получения красного, зеленого и синего (RGB) источников для субпикселей. Это означает, что в лучшем случае только 1/6 (или меньше на практике) света, генерируемого на задней стороне 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 флуоресцентные лампы с холодным катодом или мощные белые светодиоды , общая эффективность ЖК-дисплея не очень высока. Хотя процесс освещения, используемый в FED, менее эффективен, только освещенные субпиксели требуют питания, что означает, что FED более эффективны, чем ЖК-дисплеи. Было показано, что 36-дюймовые прототипы FED от Sony потребляют всего 14 Вт при отображении ярко освещенных сцен, тогда как обычный ЖК-экран аналогичного размера обычно потребляет более 100 Вт.
Избегание необходимости в системе подсветки и активной матрице тонкопленочных транзисторов также значительно снижает сложность набора в целом, а также уменьшает его толщину от передней до задней части. Хотя FED имеет два листа стекла вместо одного в LCD, общий вес, вероятно, будет меньше, чем у LCD аналогичного размера. [16] FED также считаются более дешевыми в производстве, поскольку они имеют меньше общих компонентов и процессов. Однако их нелегко производить как надежные коммерческие устройства, и были обнаружены значительные производственные трудности. Это привело к гонке с двумя другими передовыми технологиями, нацеленными на замену LCD в использовании телевидения, активно -матричным OLED и дисплеем с электронно-эмиттерной поверхностной проводимостью (SED).
Органические светодиоды ( OLED ) напрямую излучают свет. Поэтому OLED не требуют отдельного источника света и обладают высокой эффективностью с точки зрения светового потока. Они предлагают те же высокие уровни контрастности и быстрое время отклика, что и FED. OLED являются серьезным конкурентом FED, но страдают от тех же проблем, что и при массовом производстве.
SED очень похожи на FED, основное различие между двумя технологиями заключается в том, что SED использует один эмиттер для каждого столбца вместо отдельных пятен FED. В то время как FED использует электроны, испускаемые непосредственно к передней части экрана, SED использует электроны, испускаемые из окрестности небольшого «зазора» в поверхностно-проводящей дорожке, проложенной параллельно плоскости панели, и извлекаемые вбок от их первоначального направления движения. SED использует матрицу эмиттера на основе оксида палладия , нанесенную с помощью струйной печати или шелкографии . [17] SED считался вариантом FED, который можно производить массово, однако по состоянию на конец 2009 года ни одна коммерческая продукция с дисплеями SED не была доступна в отрасли.
Первые концентрированные усилия по разработке систем FED начались в 1991 году корпорацией Silicon Video Corporation, позже Candescent Technologies. Их дисплеи "ThinCRT" использовали металлические эмиттеры, изначально созданные из крошечных молибденовых конусов, известных как Spindt tips . Они страдали от эрозии из-за высоких ускоряющих напряжений. Попытки снизить ускоряющие напряжения и найти подходящие люминофоры, которые работали бы при более низких уровнях мощности, а также решить проблему эрозии с помощью лучших материалов, оказались безуспешными.
Candescent продолжала разработку, несмотря на проблемы, заложив фундамент нового производственного объекта в Кремниевой долине в 1998 году в партнерстве с Sony . Однако технология не была готова, и компания приостановила закупки оборудования в начале 1999 года, сославшись на «проблемы загрязнения». [18] Завод так и не был достроен, и, потратив 600 миллионов долларов на разработку, они подали заявление на защиту по Главе 11 в июне 2004 года и продали все свои активы Canon в августе того же года. [19]
Еще одна попытка решить проблемы эрозии была предпринята Advance Nanotech, дочерней компанией SI Diamond Technology из Остина, штат Техас . Advance Nanotech разработала легированную алмазную пыль, острые углы которой, по-видимому, были идеальным излучателем. Однако разработка так и не удалась, и была прекращена в 2003 году. Затем Advance Nanotech применила свои усилия к аналогичному дисплею SED, лицензировав свою технологию Canon. Когда Canon привлекла Toshiba для помощи в разработке дисплея, Advance Nanotech подала в суд, но в конечном итоге проиграла в своих попытках пересмотреть контракты на основании своего заявления о том, что Canon передала технологию Toshiba.
Исследования FED после 2000 года были сосредоточены на углеродных нанотрубках (CNT) в качестве излучателей. Наноэмиссионный дисплей (NED) — это термин Motorola для их технологии FED на основе углеродных нанотрубок. Прототип модели был продемонстрирован в мае 2005 года, но Motorola теперь остановила все разработки, связанные с FED.
Корпорация Futaba вела программу разработки типа Spindt с 1990 года. Они производили прототипы меньших систем FED в течение ряда лет и демонстрировали их на различных выставках, но, как и в случае с Candescent, производство большого экрана не было начато. Позднее разработка продолжилась на основе версии на основе нанотрубок.
Sony, отказавшись от своих усилий с Candescent, лицензировала технологию CNT у Carbon Nanotechnologies Inc., [20] из Хьюстона, штат Техас , которая была государственным лицензионным агентом для ряда технологий, разработанных в Лаборатории углеродных нанотехнологий Университета Райса . В 2007 году они продемонстрировали дисплей FED на торговой 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 года Field Emission Technologies Inc. (FET) объявила о закрытии из-за невозможности привлечь капитал. [24]
В январе 2010 года тайваньская AU Optronics Corporation (AUO) объявила, что приобрела активы у Sony FET и FET Japan, включая «патенты, ноу-хау, изобретения и соответствующее оборудование, связанное с технологией и материалами FED». [4] В ноябре 2010 года Nikkei сообщила, что AUO планирует начать массовое производство панелей FED в четвертом квартале 2011 года, однако AUO прокомментировала, что технология все еще находится на стадии исследований и планов по началу массового производства нет. [25]
{{cite web}}: CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка )