SED — тонкий кинескоп
Унаиболее популярных типов плоских панельных дисплеев — ЖК и плазменных, несмотря на их все более широкое распространение, имеется по сравнению с традиционными кинескопами (ЭЛТ) целый ряд принципиальных недостатков. Среди них, например, малый угол обзора и относительно низкое быстродействие у ЖК-панелей и высокое потребление у плазменных панелей. Идея использовать в ЭЛТ вместо трех катодов (по одному для каждого цвета) индивидуальный катод для каждого элемента пикселя была высказана давно. При этом такую панель можно сделать достаточно тонкой, и исчезает необходимость в развертке, самой энергопотребляющей части кинескопа. Реализовать идею с использованием эффекта полевой эмиссии (отсюда и первое название таких панелей — FED-дисплеи) пытались многие фирмы. В них, так же как и в ЭЛТ, для получения изображения используется эффект в излучении света люминофором при его бомбардировке электронами. Конструкция благодаря используемому принципу позволяет теоретически уменьшить толщину панели до 10 мм. Второе преимущество такого дисплея по сравнению с ЭЛТ уже упоминалось — отсутствие системы развертки. По сравнению с ЖК-панелями FED-дисплеи не требуют лампы подсветки, имеют широкий угол обзора, малое время отклика (высокое быстродействие) и отличную цветопередачу. Однако технологические трудности заставили практически всех прекратить исследования, так и не доведя их до стадии массового производства. Основной проблемой стали конические штыревые эмиттеры электронов (Spindt tip), производство которых оказалось нереальным и очень дорогим применительно к дисплеям большой площади. А именно для этого сегмента FED-дисплеи и предназначались.
Рис. 1. Cравнение конструкции ЭЛТ и SED
Рис. 2. Упрощенная структура ячейки SED-дисплея
Компания Canon с 1986 года вела собственные разработки подобного дисплея, в котором для получения потока электронов использовался эффект эмиссии на основе поверхностной проводимости. Английское сокращение и дало название новому дисплею — SED (Surface-conduction Emission Display). С 1999 года к разработкам по созданию действующих образцов, пригодных для промышленного производства, подключилась компания Toshiba.
Источником электронов в SED-панели Canon служат плоские микроскопические точки окиси палладия, нанесенные на электродную матрицу на задней стеклянной стенке. Упрощенная структура одной ячейки пикселя показана на рисунке 2. Дисплей образуют две стеклянные панели, из пространства между которыми откачан воздух. На переднее стекло нанесены точки люминофора трех основных цветов (как в традиционном кинескопе) с разделителями, а на заднюю — структура проводников катода с точками окиси палладия, каждая из которых разделена на половинки нанометровой щелью (на рисунке не показано). В SED-панели для испускания электронов не требуется нагрев, как это необходимо для катода кинескопа. Напряжение прилагается к половинками индивидуального эмиттера электронов каждой ячейки, и благодаря туннельному эффекту происходит эмиссия электронов. Напряжение ускорения, обеспечивающее попадание электронов на люминофор, прикладывается между проводниками катода и металлизированной подложкой слоя люминофора.
Специалисты Canon сосредоточили свои усилия на оптимизации конструкции микроскопической щели. Структура электродов катода наносится на заднее стекло методом трафаретной печати, а затем на нее уже методом струйной печати наносятся микроскопические точки пленки, которые и образуют излучатели электронов. Еще одно технологическое преимущество перехода на тонкопленочную технологию связано с тем, что при производстве дисплеев не требуется вакуумирование или работа в среде инертных газов.
Поскольку SED-дисплей является самосветящимся устройством, его энергопотребление очень невелико. Преобразование электрической энергии в свет происходит в нем с эффективностью 5 люменов на ватт. При таком КПД SED-дисплей с большой диагональю потребляет не более половины энергии, необходимой кинескопному телевизору с экраном такого же размера, и только треть от того, что требуется плазменной панели. Так, SED-телевизор с экраном 42" потребляет меньше электроэнергии, чем кинескопный телевизор с экраном 32".
И вот к 2004 году Canon и Toshiba совместными усилиями вышли на финишную прямую. В конце 2003 года Toshiba прекратила производство традиционных кинескопов на своем заводе в Японии и реконструировала его под новые дисплеи. А в октябре 2004 года Canon и Toshiba создали совместное предприятие SED Inc. по произовдству SED-дисплеев. Собственность поделена практически поровну: у Canon 50,002% акций новой компании, а у Toshiba — 49,998%.
Первые образцы плоских телевизоров формата 16:9 с диагональю 42" на SED-дисплеях под маркой Toshiba были показаны в октябре прошлого года на CEATEC-2004 и Японии. Мировая премьера SED-телевизоров припасена для январской выставки бытовой электроники CES в Лас-Вегасе. Cерийное производство SED-дисплеев планируется начать уже в начале 2005 года. Пока это будут панели с диагональю 42", но с увеличением объема выпуска до 50000 штук в месяц планируется освоить и большие размеры. Выпуск панелей размером менее 42" по диагонали специалисты считают экономически невыгодным.
К телевизору нового поколения предъявляются повышенные требования. Это определяется грядущим внедрением телевидения высокой четкости и нового поколения HD-DVD, а также широким распространением цифровых фотокамер и камкордеров с мегапиксельными матрицами. Анонсируя новый дисплей, разработчики особо подчеркнули его идеальное соответствие новым источникам с изображением высокого качества и разрешения. SED-дисплеи превосходят своих конкурентов по большинству технических параметров (например, для SED-дисплея заявлена контрастность 8000:1) и дешевле в производстве. Прогнозируется, что после выхода производства на полный объем цена SED-телевизора с диагональю 42" не будет превышать $1000. Тут будет уместным заметить, что после объявления о создании SED Inc. резко пошли вниз цены на ЖК-панели больших диагоналей: уже объявлена цена $750 на 32-дюймовую и $500 — на панель с диагональю 30".
Окажутся ли SED-дисплеи истинными победителями на рынке больших плоскопанельных телевизоров, покажет будущее. Теоретически у них через пару лет может появиться конкурент в лице еще более тонких и даже гибких панелей с органическими светодиодами — OLED, но пока разработчики из-за их очень низкого напряжения питания (от 7 до 10 вольт) позиционируют их в сегменте дисплеев для мобильных и переносных устройств, в том числе и военного назначения, а также и стационарных, но с экраном до 40".
Словарь
Количество технологических решений в столь динамично развивающейся области как дисплеи непрерывно увеличивается.
CRT (Catode Ray Tube) — электронно-лучевая трубка, ЭЛТ; кинескоп.
OLED (Organic Light Emitting Display) — дисплей на органических светодиодах.
FED (Field Emission Display) — плоский дисплей на основе эффекта полевой эмиссии электронов и люминофором.
SED (Surface-conduction Emission Display) — плоский дисплей c люминофором на основе эффекта эмиссии электронов с поверхностной проводимостью.