Ytledande elektron-emitter display- Surface-conduction electron-emitter display

Canons 36 "prototyp SED, visad vid CES 2006.

En annan vy av samma display, som visade vad som var ett tunt fodral just då.

En ytledande elektron-emitterdisplay ( SED ) är en displayteknik för platta skärmar som utvecklats av ett antal företag. SEDS använder nanoskop skala elektron emittrar att aktivera färgade fosforer och producera en bild. I allmänhet består en SED av en matris av små katodstrålerör , där varje "rör" bildar en enda delpixel på skärmen, grupperade i tre för att bilda rödgrönblå (RGB) pixlar . SED kombinerar fördelarna med CRT, nämligen deras höga kontrastförhållanden , vida betraktningsvinklar och mycket snabba svarstider , med förpackningsfördelarna med LCD och andra platta skärmar. De använder också mycket mindre ström än en LCD -TV av samma storlek.

Efter betydande tid och ansträngning i början och mitten av 2000-talet började SED-insatserna avvecklas under 2009 eftersom LCD blev den dominerande tekniken. I augusti 2010 meddelade Canon att de stängde av sina gemensamma ansträngningar för att utveckla SED: er kommersiellt, vilket signalerar slutet på utvecklingsarbetet. SED: er är nära besläktade med en annan utvecklande displayteknik, fältemissionsdisplayen eller FED, som huvudsakligen skiljer sig i detaljerna i elektronemitrarna. Sony , FED: s främsta stöd, har på samma sätt backat från sina utvecklingsinsatser.

Beskrivning

Ett konventionellt katodstrålerör (CRT) drivs av ett elektronpistol , i huvudsak ett öppet vakuumrör . I ena änden av pistolen produceras elektroner genom att "koka" dem av en metalltråd, vilket kräver relativt höga strömmar och förbrukar en stor del av CRT: s effekt. Elektronerna accelereras och fokuseras sedan in i en strålande stråle som strömmar framåt mot skärmen. Elektromagneter som omger rörets pistolände används för att styra strålen när den rör sig framåt, så att strålen kan skannas över skärmen för att producera en 2D -display. När de snabbt rörliga elektronerna träffar fosfor på baksidan av skärmen produceras ljus. Färgbilder produceras genom att måla skärmen med fläckar eller ränder av tre färgade fosforer, en vardera för rött, grönt och blått (RGB). Sett på avstånd smälter fläckarna, så kallade "sub-pixlar", ihop i ögat för att producera ett enda bildelement som kallas en pixel .

SED ersätter den enda pistolen i en konventionell CRT med ett rutnät med nanoskopiska sändare, en för varje delpixel på displayen. Emitterapparaten består av en tunn slits över vilken elektroner hoppar när de drivs med högspänningsgradienter. På grund av slitsarnas nanoskopiska storlek kan det erforderliga fältet motsvara en potential i storleksordningen tiotals volt. Några av elektronerna, i storleksordningen 3%, träffar spaltmaterial på bortre sidan och sprids ut från emitterytan. Ett andra fält, applicerat externt, accelererar dessa spridda elektroner mot skärmen. Produktion av detta fält kräver kilovoltpotentialer, men är ett konstant fält som inte kräver någon omkoppling, så elektroniken som producerar det är ganska enkel.

Varje sändare är inriktad bakom en färgad fosforpunkt, och de accelererade elektronerna träffar pricken och får den att avge ljus på ett sätt som är identiskt med en konventionell CRT. Eftersom varje prick på skärmen tänds av en enda sändare, behöver du inte styra eller rikta strålen som i en CRT. Den tunneleffekt effekt som emitterar elektroner tvärs slitsarna är i hög grad icke-linjär, och processen utsläpp tenderar att vara helt på eller av för varje given spänning. Detta gör det möjligt att välja särskilda sändare genom att driva en enda horisontell rad på skärmen och sedan driva alla nödvändiga vertikala kolumner samtidigt, och därigenom driva de valda sändarna. Den halva effekten som tas emot av resten av sändare på raden är för liten för att orsaka utsläpp, även i kombination med spänning som läcker från aktiva sändare bredvid dem. Detta gör att SED-skärmar kan fungera utan en aktiv matris av tunnfilmstransistorer som LCD-skärmar och liknande skärmar kräver för att exakt välja varje delpixel, och minskar komplexiteten hos sändararrayen ytterligare. Detta innebär dock också att förändringar i spänning inte kan användas för att styra ljusstyrkan hos de resulterande pixlarna. Sändarna slås istället snabbt på och av med hjälp av pulsbreddsmodulering , så att den totala ljusstyrkan för en punkt vid en viss tid kan kontrolleras.

SED -skärmar består av två glasskivor åtskilda av några millimeter, det bakre lagret stöder sändarna och det främre fosforerna. Fronten är lätt förberedd med metoder som liknar befintliga CRT -system; fosforna målas på skärmen med olika silkscreen eller liknande teknik, och täcks sedan med ett tunt lager aluminium för att göra skärmen synligt ogenomskinlig och ge en elektrisk returväg för elektronerna när de träffar skärmen. I SED fungerar detta skikt också som den främre elektroden som accelererar elektronerna mot skärmen, som hålls vid en konstant hög spänning i förhållande till kopplingsnätet. Som det är med moderna CRT: er appliceras en mörk mask på glaset innan fosforet målas på, för att ge skärmen en mörk kolgrå färg och förbättra kontrastförhållandet.

Att skapa det bakre lagret med sändare är en process i flera steg. Först skrivs en matris av silvertrådar ut på skärmen för att bilda raderna eller kolumnerna, en isolator läggs till och sedan deponeras kolumnerna eller raderna ovanpå det. Elektroder läggs till i denna grupp, vanligtvis med hjälp av platina , vilket lämnar ett gap på cirka 60 mikrometer mellan kolumnerna. Därefter deponeras fyrkantiga kuddar av palladiumoxid (PdO) endast 20 nm tjocka i mellanrummen mellan elektroderna och ansluts till dem för att leverera ström. En liten slits skärs in i dynan i mitten genom att upprepade gånger pulsera höga strömmar genom dem. Den resulterande erosionen orsakar ett gap. Spalten i dynan bildar sändaren. Bredden på gapet måste kontrolleras noggrant för att fungera korrekt, och detta visade sig vara svårt att kontrollera i praktiken.

Moderna SED: er lägger till ytterligare ett steg som avsevärt underlättar produktionen. Kuddarna deponeras med ett mycket större gap mellan dem, så mycket som 50 nm, vilket gör att de kan läggas till direkt med teknik anpassad från bläckstråleskrivare . Hela skärmen placeras sedan i en organisk gas och pulser av elektricitet skickas genom dynorna. Kol i gasen dras mot kanterna på slitsen i PdO -rutorna och bildar tunna filmer som sträcker sig vertikalt från luckornas toppar och växer mot varandra i en liten vinkel. Denna process är självbegränsande; om gapet blir för litet urholkar pulserna kolet, så gapbredden kan kontrolleras för att producera en ganska konstant 5 nm spalt mellan dem.

Eftersom skärmen måste hållas i vakuum för att fungera, finns det en stor inre kraft på glasytorna på grund av det omgivande atmosfärstrycket. Eftersom sändarna är upplagda i vertikala kolumner finns det ett utrymme mellan varje kolumn där det inte finns något fosfor, normalt ovanför kolumnens kraftledningar. SED använder detta utrymme för att placera tunna ark eller stavar ovanpå ledarna som håller isär de två glasytorna. En serie av dessa används för att förstärka skärmen över hela ytan, vilket kraftigt minskar den nödvändiga styrkan hos själva glaset. En CRT har ingen plats för liknande förstärkningar, så glaset på framskärmen måste vara tillräckligt tjockt för att klara allt tryck. SED är därför mycket tunnare och lättare än CRT.

SED: er kan ha ett kontrastförhållande på 100 000: 1.

Jämförelse

Den huvudsakliga storskärms-tv-tekniken som användes under 2000-talet är tv-apparater med flytande kristall . SED är riktade mot samma marknadssegment.

LCD-skärmar producerar inte direkt ljus och måste vara bakgrundsbelysta med kalla katodfluorescerande lampor (CCFL) eller kraftfulla lysdioder . Ljuset leds först genom en polarisator, som skär ut hälften av ljuset. Den passerar sedan genom LCD-lagret, vilket selektivt minskar utmatningen för varje delpixel. Framför LCD-fönsterluckorna finns små färgade filter, ett för varje RGB-delpixel. Eftersom de färgade filtren skär bort allt utom ett smalt band av det vita ljuset, är mängden ljus som når betraktaren alltid mindre än 1/3 av det som lämnade polarisatorn. Eftersom färgomfånget produceras genom att selektivt minska utmatningen för vissa färger, kommer i praktiken mycket mindre ljus att ta sig till vyn, cirka 8 till 10% i genomsnitt. Trots att de använder mycket effektiva ljuskällor använder en LCD -skärm mer ström än en CRT av samma storlek.

LCD -fönsterluckor består av en inkapslad vätska som ändrar dess polarisering som svar på ett applicerat elektriskt fält. Svaret är ganska linjärt, så även en liten mängd läckt effekt som når de omgivande fönstren gör att bilden blir suddig. För att motverka denna effekt och förbättra omkopplingshastigheten använder LCD-skärmar en aktiv matrisadressering av transparenta tunnfilmstransistorer för att direkt växla varje slutare. Detta ökar komplexiteten på LCD -skärmen och gör dem svårare att tillverka. Jalusierna är inte perfekta och tillåter ljus att läcka igenom, vilket minskar både relativ ljusstyrka och färgomfång. Dessutom begränsar användningen av en polarisator, för att skapa slutaren, betraktningsvinklarna där en visuellt oskiljbar kontrastförhållandeupplevelse kan uppstå. Viktigast av allt, växlingsprocessen tar lite tid, i storleksordningen millisekunder, vilket leder till att bilder i snabba rörelser suddas ut. Massiva investeringar i LCD-tillverkningsprocessen har tagit upp de flesta av dessa frågor, men ingen enda LCD-baserad lösning har visat sig kunna övervinna alla de ovan nämnda problemen.

SED producerar ljus direkt på framsidan. Scener lyser endast på de pixlar som kräver det, och bara i den ljusstyrka de kräver. Trots att ljusgenereringsprocessen är mindre effektiv än CCFL -lampor eller lysdioder är den totala energieffektiviteten för en SED cirka tio gånger bättre än en LCD -skärm av samma storlek. SED: er är också mycket mindre komplexa totalt sett - de saknar det aktiva matrisskiktet, bakgrundsbelysningssektionen, färgfilter och förarelektroniken som justerar för olika nackdelar i LCD -fönsterprocessen. Trots att de har två glasskikt istället för ett i en typisk LCD, gör denna minskning av den totala komplexiteten SED -enheter lika i vikt och storlek som LCD -skärmar.

Canons 55 "prototyp SED erbjöd ljusa bilder på 450 cd/m ² , 50 000: 1 kontrastförhållanden och en svarstid på mindre än 1 ms. Canon har uppgett att produktionsversioner skulle förbättra svarstiden till 0,2 ms och 100 000: 1 kontrast SED: er kan ses från extremt vida vinklar utan att det påverkar bildkvaliteten. I jämförelse hävdar en modern LCD-TV som Sony KDL-52W4100 att erbjuda 30 000: 1 kontrastförhållanden, men detta använder den "dynamiska kontrasten" mätning, och "skärmkontrastförhållandet" är ett mer realistiskt 3 000: 1. Kontrastförhållanden för LCD-TV-apparater är kraftigt uppblåsta på detta sätt. Samma uppsättning hävdar att de erbjuder betraktningsvinklar på 178 grader, men de användbara betraktningsvinklarna är mycket smalare, och bortom det, ändras både färgomfång och kontrastförhållande. Sony citerar inte deras svarstider, men 4 ms är vanligt för större uppsättningar, även om detta också är en dynamisk mätning som bara fungerar för vissa övergångar.

SED är mycket nära besläktade med fältemissionsdisplayen (FED), som endast skiljer sig i sändarens detaljer. FED använder små fläckar som innehåller hundratals kolnanorör vars skarpa spetsar avger elektroner när de placeras i ett starkt elektriskt fält. FED lider av erosion av utsläpparna och kräver extremt högt vakuum för att fungera. Av denna anledning uppger branschobservatörer i allmänhet att SED är en mer praktisk design. FED har en fördel SED inte erbjuder; eftersom varje delpixel har hundratals sändare kan "döda" sändare korrigeras genom att tillföra lite mer effekt till de fungerande. I teorin kan detta öka avkastningen eftersom chansen att en pixel är helt död är mycket låg och chansen att en skärm har många döda pixlar minskar kraftigt. Sony har visat en 26 "FED-dragning endast 12 W som visar en ljus scen, SED: er bör vara ännu lägre. Under plattskärmsintroduktionen hade flera andra tekniker tävlat med LCD-skärmar och PDP: er om marknadsacceptans. Bland dessa fanns SED, FED, och det organiska ljusemitterande diodsystemet som använder utskrivbara lysdioder. Alla dessa delade fördelarna med låg strömförbrukning, utmärkt kontrastförhållande och färgomfång, snabba svarstider och stora synvinklar. Alla delade också problemet med skala upp tillverkningen för att producera stora skärmar. Exempel på system med begränsad storlek, vanligtvis 13 ", har visats i flera år och är tillgängliga för begränsad försäljning, men storskalig produktion har inte startat på något av dessa alternativ.

Historia

Canon började SED -forskning 1986. Deras tidiga forskning använde PdO -elektroder utan kolfilmer ovanpå, men det var svårt att kontrollera slitsbredden. På den tiden fanns det ett antal plattskärmstekniker i tidig utveckling, och den enda nära kommersialisering var plasmaskärmspanelen (PDP), som hade många nackdelar-tillverkningskostnader och energianvändning bland dem. LCD -skärmar var inte lämpliga för större skärmstorlekar på grund av låga avkastningar och komplex tillverkning.

År 2004 tecknade Canon ett avtal med Toshiba om att skapa ett joint venture för att fortsätta utvecklingen av SED -teknik och bilda "SED Ltd." Toshiba introducerade ny teknik för att mönstra ledarna som ligger bakom utsläpparna med hjälp av teknik anpassad från bläckstråleskrivare. Då hävdade båda företagen att produktionen var planerad att börja 2005. Både Canon och Toshiba började visa prototypenheter på mässor under 2006, inklusive 55 "och 36" enheter från Canon och en 42 "enhet från Toshiba. hyllade i pressen för deras bildkvalitet och sa att det var "något som måste ses för att tro [d]."

Men vid denna tidpunkt hade Canons SED -introduktionsdatum redan glidit flera gånger. Det hävdades först att det skulle gå i produktion 1999. Detta skjuts tillbaka till 2005 efter det gemensamma avtalet, och sedan igen till 2007 efter de första demonstrationerna på CES och andra utställningar.

I oktober 2006 tillkännagav Toshibas president att företaget planerar att påbörja full produktion av 55-tums SED-TV i juli 2007 vid den nybyggda SED-volymproduktionsanläggningen i Himeji .

I december 2006 sa Toshibas verkställande direktör och verkställande direktör Atsutoshi Nishida att Toshiba var på väg att massproducera SED-TV-apparater i samarbete med Canon 2008. Han sa att företaget planerade att starta produktion med liten produktion hösten 2007, men de gör det förvänta dig inte att SED -skärmar kommer att bli en vara och kommer inte att släppa ut tekniken till konsumentmarknaden på grund av det förväntade höga priset, och förbehåller den enbart för professionella sändningsapplikationer.

I december 2006 avslöjades det också att en orsak till förseningen var en stämning mot Canon av Applied Nanotech . Den 25 maj 2007 meddelade Canon att den långvariga tvisterna skulle skjuta upp lanseringen av SED -tv -apparater, och ett nytt lanseringsdatum skulle meddelas någon gång i framtiden.

Applied Nanotech, ett dotterbolag till Nano-Proprietary , innehar ett antal patent relaterade till FED- och SED-tillverkning. De hade sålt Canon en evig licens för en beläggningsteknik som används i deras nyare kolbaserade emitterstruktur. Tillämpade Nanotech hävdade att Canons avtal med Toshiba utgjorde en olaglig tekniköverföring och ett separat avtal måste träffas. De närmade sig problemet först i april 2005.

Canon svarade på stämningen med flera åtgärder. Den 12 januari 2007 meddelade de att de skulle köpa alla Toshibas aktier i SED Inc. för att eliminera Toshibas engagemang i satsningen. De började också omarbeta sin befintliga RE40,062 patentansökan för att ta bort någon av Applied Nanotechs teknologier från deras system. Det modifierade patentet utfärdades den 12 februari 2008.

Den 22 februari 2007 avgjorde USA: s tingsrätt för Western District of Texas , ett distrikt som är allmänt känt för att komma överens med patentinnehavare i mål om immateriella rättigheter , i en summarisk dom att Canon hade brutit mot sitt avtal genom att bilda ett gemensamt tv -företag med Toshiba. Den 2 maj 2007 beslutade dock en jury att inga ytterligare skador utöver avgiften på 5,5 miljoner dollar för det ursprungliga licensavtalet skulle betalas.

Den 25 juli 2008 ändrade den amerikanska hovrätten för 5th Circuit underrättens beslut och förutsatte att Canons "oåterkalleliga och eviga" icke-exklusiva licens fortfarande var verkställbar och täcker Canons omstrukturerade dotterbolag SED. Den 2 december 2008 avbröt Applied Nanotech stämningen och uppgav att det förmodligen skulle vara en meningslös insats att fortsätta stämningen.

Trots deras juridiska framgångar meddelade Canon samtidigt att finanskrisen 2008 skulle göra uppsättningar långt ifrån säkra och gå så långt som att säga att de inte skulle lansera produkten vid den tiden "för att folk skulle skratta på dem".

Canon hade också en pågående OLED -utvecklingsprocess som startade mitt i rättegången. År 2007 tillkännagav de ett gemensamt avtal för att bilda "Hitachi Displays Ltd.", där Matsushita och Canon var och en tar 24,9% av Hitachis befintliga dotterbolag. Canon meddelade senare att de köpte Tokki Corp, tillverkare av OLED -tillverkningsutrustning.

I april 2009 under NAB 2009 citerades Peter Putman för att säga "Jag blev tillfrågad vid fler än ett tillfälle om chanserna för Canons SED att göra comeback, något jag inte skulle ha satsat pengar på efter Nano Technologies licensdebatt. Men en källa inom Canon berättade för mig på utställningen att SED fortfarande lever mycket som en pro monitor -teknik. Ja, en Canon SED -ingenjör från Japan gjorde tyst rundorna i Las Vegas Convention Center för att omfatta tävlingen. "

Canon tillkännagav officiellt den 25 maj 2010 slutet av utvecklingen av SED -TV -apparater för hemmamarknaden, men indikerade att de kommer att fortsätta utvecklingen för kommersiella applikationer som medicinsk utrustning. Den 18 augusti 2010 beslutade Canon att likvidera SED Inc., ett konsoliderat dotterbolag till Canon Inc. som utvecklar SED -teknik, med hänvisning till svårigheter att säkerställa lämplig lönsamhet och effektivt avsluta förhoppningarna om att en dag se SED -TV i hemmet eller rummet eller vardagsrummet .

Se även

• Jämförelse av displayteknik
• Fältemissionsdisplay
• Organisk ljusemitterande diod
• Quantum dot display

Anteckningar

Bibliografi

Patent

Vidare läsning

externa länkar

• Teknisk jämförelse mellan SED och FED