Введение

Дисплей с полевым излучением (FED) – это технология плоских дисплеев, использующая источники полевой эмиссии электронов большой площади для обеспечения электронов, которые возбуждают цветной люминофор, создавая цветное изображение. В общем случае, FED состоит из матрицы, подобной матрице электронно-лучевых трубок, где каждая трубка формирует один субпиксель, объединенный в группы по три для создания красного, зеленого и синего (RGB) пикселей. FED сочетают в себе преимущества ЭЛТ, такие как высокий уровень контрастности и очень быстрое время отклика, с компактностью LCD и других технологий плоских панелей. Они также потенциально могут потреблять меньше энергии – примерно вдвое меньше, чем LCD-системы. FED также могут быть изготовлены прозрачными. Компания Sony была основным разработчиком технологии FED и вложила значительные средства в исследования и разработки в 2000-х годах, планируя начать массовое производство в 2009 году. Однако разработки Sony в области FED начали сокращаться в 2009 году, поскольку LCD стала доминирующей технологией плоских панелей. В январе 2010 года компания AU Optronics объявила о приобретении ключевых активов FED у Sony и намерении продолжить разработку этой технологии. Обычно используется осаждение материалов, основанное на технологиях струйной печати. Металлическая сетка наносится поверх управляющих электродов для завершения конструкции электронного "пушки". Нелинейность процесса позволяет избежать схем активной матричной адресации – после включения пиксель будет светиться естественным образом. Нелинейность также означает, что яркость субпикселя регулируется посредством широтно-импульсной модуляции для управления количеством генерируемых электронов.

Недостатки

Как и любые другие дисплеи с индивидуально адресуемыми субпикселями, FED-дисплеи потенциально могут страдать от производственных дефектов, приводящих к появлению неработающих пикселей. Однако излучатели настолько малы, что один субпиксель может питаться от множества "эмиттеров".

Катодная трубка

FED устраняют значительную часть электрической сложности электронно-лучевых трубок, включая нагревательные нити в электронной пушке, используемой для генерации электронов, и электромагниты в отклоняющих системах, применяемых для управления лучом, и поэтому значительно более энергоэффективны, чем ЭЛТ аналогичного размера. Однако, FED технически уступают ЭЛТ, поскольку не поддерживают многокадровое сканирование.

ЖК-дисплей

Плоские ЖК-дисплеи используют яркий источник света и отфильтровывают половину света с помощью поляризатора, а затем большую часть света, чтобы создать красные, зеленые и синие (RGB) источники 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 матрица жидких кристаллов дополнительно фильтрует свет, чтобы изменять яркость субпикселей и создавать цветовую гамму. Несмотря на использование чрезвычайно эффективных источников света, таких как флуоресцентные лампы с холодным катодом или мощные белые светодиоды, общая эффективность ЖК-дисплея невысока. Хотя процесс освещения, используемый в FED, менее эффективен, энергопотребление есть только у освещенных субпикселей, что делает FED более эффективными, чем ЖК-дисплеи. Показано, что прототипы Sony FED с диагональю 36" потребляют всего 14 Вт при отображении ярко освещенных сцен, в то время как обычный ЖК-экран аналогичного размера обычно потребляет более 100 Вт. Отказ от системы подсветки и тонкопленочной транзисторной активной матрицы также значительно упрощает конструкцию устройства в целом и уменьшает его толщину. Хотя FED имеет два листа стекла вместо одного в ЖК-дисплее, общий вес, вероятно, будет меньше, чем у ЖК-дисплея аналогичного размера. Также утверждается, что производство FED дешевле, поскольку оно требует меньше компонентов и производственных процессов. Однако их сложно производить как надежное коммерческое устройство, и возникли значительные трудности в производстве. Это привело к конкуренции с двумя другими перспективными технологиями, стремящимися заменить ЖК-дисплеи в телевизорах: активной матрицей OLED и дисплеем с поверхностной электронопроводящей эмиссией (SED).

OLED

Органические светодиоды (OLED) излучают свет напрямую. Поэтому OLED не требуют отдельного источника подсветки и отличаются высокой эффективностью светоотдачи. Они обеспечивают такую же высокую контрастность и быстрое время отклика, как и FED. OLED являются серьезным конкурентом FED, но испытывают схожие трудности при переходе к массовому производству.

СЭД

SED очень похожи на FED, основное различие между этими двумя технологиями заключается в том, что SED использует один излучатель на колонку, а FED – отдельные точки. В то время как FED использует электроны, излучаемые непосредственно к передней части экрана, SED использует электроны, излучаемые вблизи небольшого "зазора" в проводящей дорожке, расположенной параллельно плоскости панели, и отклоняемые в сторону от первоначального направления движения. SED использует массив излучателей на основе оксида палладия, нанесенного струйной печатью или методом шелкографии. SED рассматривался как вариант FED, пригодный для массового производства, однако по состоянию на конец 2009 года ни одна компания не выпустила коммерческие SED-дисплеи.

История

Первые концентрированные усилия по разработке систем FED начались в 1991 году компанией Silicon Video Corporation, позже Candescent Technologies. Их дисплеи "ThinCRT" использовали металлические излучатели, изначально созданные из крошечных конусов из молибдена, известных как кончики Spindt. Они страдали от эрозии из-за высоких напряжений ускорения. Попытки снизить напряжения ускорения и найти подходящие люминофоры, которые работали бы при более низких уровнях мощности, а также решить проблему эрозии с помощью более качественных материалов, не увенчались успехом. Candescent продолжала разработки, несмотря на проблемы, и в 1998 году заложила фундамент нового производственного предприятия в Силиконовой долине в партнерстве с Sony. Однако технология была не готова, и компания приостановила закупки оборудования в начале 1999 года, ссылаясь на "проблемы с загрязнением". Завод так и не был достроен, и после того, как было потрачено 600 миллионов долларов на разработку, компания подала заявление о защите от банкротства по главе 11 в июне 2004 года и продала все свои активы Canon в августе того же года. Другую попытку решить проблему эрозии предприняла компания Advance Nanotech, дочерняя компания SI Diamond Technology из Остина, штат Техас. Advance Nanotech разработала алмазную пыль с добавками, чьи острые углы казались идеальными излучателями. Однако проект не был реализован и был прекращен в 2003 году. Затем Advance Nanotech направила свои усилия на разработку аналогичного дисплея 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 попытках пересмотреть контракты, основываясь на утверждении о том, что Canon передала технологию Toshiba. После 2000 года исследования FED были сосредоточены на использовании углеродных нанотрубок (CNT) в качестве излучателей. Nano emissive display (NED) – так Motorola называла свою технологию FED на основе углеродных нанотрубок. Прототип был продемонстрирован в мае 2005 года, но Motorola в настоящее время прекратила все разработки, связанные с FED. Корпорация Futaba вела программу разработки типа Spindt с 1990 года. В течение нескольких лет они производили прототипы небольших систем FED и демонстрировали их на различных выставках, но, как и в случае с Candescent, о производстве больших экранов не было объявлено. Позже разработки продолжились на основе нанотрубок. Sony, отказавшись от сотрудничества с Candescent, лицензировала технологию CNT у Carbon Nanotechnologies Inc. из Хьюстона, штат Техас, которая была публичным лицензионным агентом для ряда технологий, разработанных в Лаборатории углеродных нанотехнологий Университета Райса. В 2007 году они продемонстрировали FED-дисплей на выставке в Японии и заявили, что в 2009 году представят производственные модели. Позже они выделили свои разработки FED в отдельную компанию Field Emission Technologies Inc., которая продолжала стремиться к выпуску в 2009 году. Их планы по запуску производства на бывшей фабрике Pioneer в Кагосиме были отложены из-за финансовых трудностей в конце 2008 года. 26 марта 2009 года Field Emission Technologies Inc. (FET) объявила о закрытии из-за невозможности привлечь капитал. В январе 2010 года тайваньская AU Optronics Corporation (AUO) объявила о приобретении активов у Sony FET и FET Japan, включая "патенты, ноу-хау, изобретения и соответствующее оборудование, связанное с технологией и материалами FED". В ноябре 2010 года Nikkei сообщила, что AUO планирует начать массовое производство панелей FED в четвертом квартале 2011 года, однако AUO заявила, что технология все еще находится на стадии исследований и планов по началу массового производства нет.