表面伝導型電子放出ディスプレイ

表面伝導型電子放出ディスプレイ( SED ) は、多くの企業によって開発されたフラット パネル ディスプレイ用のディスプレイ技術です。SED はナノスケールの電子放出器を使用して、色付き蛍光体を励起し、画像を生成します。一般的に、SED は小さなブラウン管のマトリックスで構成され、各「チューブ」は画面上で 1 つのサブピクセルを形成し、3 つにグループ化されて赤、緑、青 (RGB)ピクセルを形成します。SED は、CRT の利点、つまり高コントラスト比、広い視野角、非常に高速な応答時間と、LCD やその他のフラット パネル ディスプレイのパッケージの利点を兼ね備えています。

2000年代前半から中盤にかけてかなりの時間と労力が費やされた後、LCDが主流の技術となった2009年、SEDの開発は徐々に縮小し始めた。2010年8月、キヤノンはSEDの商業開発に向けた共同事業を中止すると発表し、開発努力の終了を告げた。^[1] SEDは、開発中の別のディスプレイ技術である電界放出ディスプレイ（FED）と密接に関連しており、主に電子エミッターの詳細が異なっていた。FEDの主な支援者であるソニーも同様に開発努力から撤退した。^[2]

従来のブラウン管 (CRT) は、基本的に端が開いた真空管である電子銃によって駆動されます。電子銃の一方の端では、金属フィラメントから電子を「沸騰」させることによって電子が生成されますが、これには比較的高い電流が必要で、CRT の電力の大部分を消費します。次に、電子は加速されて高速ビームに集束され、画面に向かって前方に流れていきます。管の銃端を取り囲む電磁石を使用して、ビームが前方に移動する方向を制御し、ビームを画面上でスキャンして 2D ディスプレイを生成できるようにします。高速で移動する電子が画面の背面にある蛍光体に当たると、光が生成されます。カラー画像は、赤、緑、青 (RGB) の 3 色の蛍光体のスポットまたはストライプで画面をペイントすることによって生成されます。遠くから見ると、「サブピクセル」と呼ばれるスポットが目で混ざり合い、ピクセルと呼ばれる 1 つの画像要素が生成されます。

SED は、従来の CRT の単一のガンを、ディスプレイの各サブピクセルに 1 つずつ配置されたナノスケールのエミッターのグリッドに置き換えます。エミッター装置は、高電圧勾配で電力が供給されると電子が飛び越える薄いスリットで構成されます。スリットがナノスケールのサイズであるため、必要なフィールドは数十ボルトの電位に相当します。3% 程度で、一部の電子が反対側のスリット材料に衝突し、エミッター表面から散乱します。外部から適用される 2 番目のフィールドは、散乱したこれらの電子を画面に向かって加速します。このフィールドの生成にはキロボルトの電位が必要ですが、スイッチングを必要としない一定のフィールドであるため、それを生成する電子機器は非常にシンプルです。

各エミッターは、色付き蛍光体ドットの後ろに配置されています。加速された電子がドットに衝突し、従来の CRT と同じ方法でドットが光を発します。画面上の各ドットは単一のエミッターによって点灯されるため、CRT のようにビームを方向付けたり、方向付けたりする必要はありません。スリットを横切って電子を放出する量子トンネル効果は、非常に非線形であり、放出プロセスは、与えられた電圧に対して完全にオンまたはオフになる傾向があります。これにより、画面上の 1 つの水平行に電力を供給し、次に必要なすべての垂直列に同時に電力を供給して、選択したエミッターに電力を供給することで、特定のエミッターを選択できます。行の残りのエミッターが受け取る電力の半分は、隣のアクティブ エミッターから漏れる電圧と組み合わせた場合でも、放出を引き起こすには小さすぎます。これにより、LCD や同様のディスプレイですべてのサブピクセルを正確に選択するために必要な薄膜トランジスタのアクティブ マトリックスなしで SED ディスプレイが動作し、エミッター アレイの複雑さがさらに軽減されます。しかし、これは電圧の変化によってピクセルの明るさを制御することができないことも意味します。代わりに、パルス幅変調を使用してエミッターを急速にオン/オフすることで、任意の時点でのスポット全体の明るさを制御できます。^[3]

SED スクリーンは、数ミリ離れた 2 枚のガラス板で構成され、後部層はエミッターを、前部層は蛍光体をサポートします。前部は、既存の CRT システムと同様の方法で簡単に準備できます。蛍光体は、さまざまなシルクスクリーンまたは類似の技術を使用してスクリーンに塗布され、次に薄いアルミニウム層で覆われて、スクリーンが目に見えて不透明になり、スクリーンに当たった電子の電気的な戻り経路が提供されます。SED では、この層は、スイッチング グリッドに対して一定の高電圧に保たれ、スクリーンに向かって電子を加速する前部電極としても機能します。最新の CRT の場合と同様に、蛍光体を塗布する前にガラスにダーク マスクが適用され、スクリーンがダーク チャコール グレーになり、コントラスト比が向上します。

エミッターを備えた背面層の作成は、複数のステップから成るプロセスです。まず、銀線のマトリックスをスクリーン上に印刷して行または列を形成し、絶縁体を追加してから、その上に列または行を堆積します。このアレイに電極を追加しますが、通常はプラチナを使用し、列間に約 60 マイクロメートルの隙間を残します。次に、厚さわずか 20 ナノメートルの酸化パラジウム(PdO) の正方形のパッドを電極間の隙間に堆積し、電極を接続して電力を供給します。パッドの中央に高電流を繰り返しパルスで流すことで、小さなスリットが切り込まれます。その結果生じる浸食によって隙間が形成されます。パッドの隙間がエミッターを形成します。隙間の幅は、正しく機能するために厳密に制御する必要があり、実際には制御が困難であることが判明しました。

最新の SED では、製造を大幅に容易にする別のステップが追加されています。パッドは、最大 50 nm の大きな隙間をあけて堆積されるため、インクジェット プリンターの技術を応用した技術を使用して直接追加できます。次に、スクリーン全体を有機ガス内に配置し、電気パルスをパッドに送ります。ガス内の炭素が PdO の正方形のスリットの端に引き寄せられ、隙間の上部から垂直に伸びて、わずかな角度で互いに向かって成長する薄いフィルムを形成します。このプロセスは自己制限的です。隙間が小さくなりすぎると、パルスが炭素を侵食するため、隙間の幅を制御して、その間にほぼ一定の 5 nm のスリットを生成できます。

スクリーンは真空状態で動作する必要があるため、周囲の大気圧によってガラス表面には大きな内向きの力が加わります。エミッターは垂直の列に配置されているため、各列の間には蛍光体のない空間があり、通常は列の電源ラインの上にあります。SED はこの空間を利用して導体の上に薄いシートまたはロッドを配置し、2 つのガラス表面を離します。これらを連続して使用してスクリーンの表面全体を補強するため、ガラス自体に必要な強度が大幅に軽減されます。^[3] CRT には同様の補強を行う余地がないため、前面スクリーンのガラスはすべての圧力を支えるのに十分な厚さでなければなりません。そのため、SED は CRT よりもはるかに薄くて軽量です。

SEDは100,000:1のコントラスト比を持つことができる。^[4]

キヤノンは1986年にSEDの研究を開始しました。^[5]初期の研究では、上部にカーボンフィルムのないPdO電極を使用しましたが、スリット幅の制御が困難であることが判明しました。当時、開発の初期段階にあるフラットスクリーン技術がいくつかありましたが、商業化に近かったのはプラズマディスプレイパネル（PDP）だけでした。PDPには、製造コストやエネルギー消費など、多くの欠点がありました。LCDは、歩留まりが低く製造が複雑なため、より大きな画面サイズには適していませんでした。

2004年、キヤノンは東芝とSED技術の開発を継続するための合弁会社を設立する契約を締結し、「SED Ltd」を設立した。東芝は、インクジェットプリンターの技術を応用して、エミッターの下の導体をパターン化する新技術を導入した。当時、両社は2005年に生産を開始する予定であると主張していた。キヤノンと東芝は2006年に展示会でプロトタイプユニットを展示し始めたが、キヤノンの55インチと36インチユニット、東芝の42インチユニットが含まれていた。その画質はマスコミから「実際に見なければ信じられない」と高く評価された。^[4]

しかし、この時点でキヤノンのSEDの発表日はすでに数回延期されていました。最初は1999年に生産開始されると発表されていましたが、共同契約後に2005年に延期され、その後CESやその他のショーでの最初のデモ後に2007年に延期されました。

2006年10月、東芝の社長は、姫路市に最近建設されたSED量産工場で、2007年7月に55インチSEDテレビの本格生産を開始する計画を発表した。^[6]

2006年12月、東芝の代表取締役社長である西田厚聰氏は、キヤノンと共同で2008年までにSEDテレビを量産する予定であると述べた。同氏は、同社は2007年秋に少量生産を開始する予定であると述べたが、^[7] SEDディスプレイがコモディティになるとは予想しておらず、予想される高価格のため、この技術を消費者市場にリリースせず、プロの放送用途のみに留めておくと述べた。^[8]

また、2006年12月には、遅延の理由の1つがアプライドナノテックがキヤノンに対して起こした訴訟であることが明らかになりました。2007年5月25日、キヤノンは訴訟の長期化によりSEDテレビの発売が延期され、新たな発売日は将来発表される予定であると発表した。^[9]

ナノプロプライエタリーの子会社であるアプライドナノテックは、FED および SED 製造に関連する多数の特許を保有している。同社は、新しい炭素ベースのエミッター構造に使用されているコーティング技術の永久ライセンスをキヤノンに販売していた。アプライドナノテックは、キヤノンと東芝の契約は違法な技術移転に相当し、別途契約を結ぶ必要があると主張した。同社は 2005 年 4 月に初めてこの問題に取り組み始めた。^[10]

キヤノンは訴訟に対し、いくつかの措置を講じた。2007年1月12日、同社は東芝のSED Inc.の株式をすべて買い取り、東芝の同事業への関与を排除すると発表した。^[11]また、既存のRE40,062特許出願の修正を開始し、アプライドナノテックの技術を自社のシステムから排除した。修正された特許は2008年2月12日に発行された。^[12]

2007年2月22日、知的財産訴訟で特許権者の主張を認めることで広く知られるテキサス州西部地区連邦地方裁判所は、キヤノンが東芝とテレビの合弁会社を設立したことで合意に違反したとの略式判決を下した。^[13]しかし、2007年5月2日、陪審は当初のライセンス契約の550万ドルを超える損害賠償は不要との判決を下した。^{[14] [15]}

2008年7月25日、米国第5巡回控訴裁判所は下級裁判所の判決を覆し、キヤノンの「取消不能かつ永久的な」非独占的ライセンスは依然として有効であり、キヤノンの再編された子会社SEDにも適用されるとの判決を下した。^[16] 2008年12月2日、アプライドナノテックは訴訟を取り下げ、訴訟を続けることは「おそらく無駄な努力になるだろう」と述べた。^[10]

法的勝利にもかかわらず、キヤノンは同時に、大不況によりこのセットの導入が確実ではないことを発表し、「人々が笑うだろうから」その時点では製品を発売しないとまで言った。^[10]

キヤノンも訴訟の最中に開始したOLED開発プロセスを継続していた。2007年に両社は「日立ディスプレイズ株式会社」を設立する共同契約を発表し、松下とキヤノンはそれぞれ日立の既存子会社の24.9%の株式を取得。その後キヤノンはOLED製造装置メーカーのトッキ株式会社を買収すると発表した。^[17]

2009年4月のNAB 2009で、ピーター・プットマンは次のように語ったと伝えられている。「ナノテクノロジーのライセンス問題の後では、キヤノンのSEDが復活する可能性について何度も尋ねられたが、私は賭けてもいいとは思わなかった。しかし、ショーでキヤノン内部の情報筋は、SEDはプロ用モニター技術としてまだ健在だと私に話した。実際、日本のキヤノンSEDエンジニアがラスベガスコンベンションセンターをひっそりと巡回し、競合を調査していた。」^[18]

キヤノンは2010年5月25日に家庭用SEDテレビの開発終了を公式に発表したが^{[19] 、}医療機器などの商用アプリケーション向けの開発は継続すると示唆した。2010年8月18日、キヤノンは、適切な収益性を確保することが困難であり、SEDテレビが家庭やリビングルームに登場する日が来るという希望が事実上終わったことを理由に、SED技術を開発しているキヤノン株式会社の連結子会社であるSED株式会社[20]を清算することを決定した。

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