Телик на квантовых точках обзор. Что такое QLED

4 декабря 2016 в 22:35

Квантовые точки и зачем их ставят

• Квантовые технологии ,
• Мониторы и ТВ

Доброе время суток, Хабражители! Я думаю многие заметили, что все чаще и чаще стала появляться реклама о дисплеях основанных на технологии квантовых точек, так называемые QD – LED (QLED) дисплеи и несмотря на то, что на данный момент это всего лишь маркетинг. Аналогично LED TV и Retina это технология создания дисплеев LCD, использующая в качестве подсветки светодиоды на основе квантовых точек.

Ваш покорный слуга решил все же разобраться что такое квантовые точки и с чем их едят.

Вместо введения

Квантовая точка - фрагмент проводника или полупроводника, носители заряда (электроны или дырки) которого ограничены в пространстве по всем трём измерениям. Размер квантовой точки должен быть настолько мал, чтобы квантовые эффекты были существенными. Это достигается, если кинетическая энергия электрона заметно больше всех других энергетических масштабов: в первую очередь больше температуры, выраженной в энергетических единицах. Квантовые точки были впервые синтезированы в начале 1980-х годов Алексеем Екимовым в стеклянной матрице и Луи Е. Брусом в коллоидных растворах. Термин «квантовая точка» был предложен Марком Ридом.

Энергетический спектр квантовой точки дискретен, а расстояние между стационарными уровнями энергии носителя заряда зависит от размера самой квантовой точки как - ħ/(2md^2), где:

1. ħ - приведённая постоянная Планка;
2. d - характерный размер точки;
3. m - эффективная масса электрона на точке

Если же говорить простым языком то квантовая точка - это полупроводник, электрические характеристики которого зависят от его размера и формы.

Например, при переходе электрона на энергетический уровень ниже, испускается фотон; так как можно регулировать размер квантовой точки, то можно и изменять энергию испускаемого фотона, а значит, изменять цвет испускаемого квантовой точкой света.

Типы квантовых точек

Различают два типа:

• эпитаксиальные квантовые точки;
• коллоидные квантовые точки.

По сути они названы так по методам их получения. Подробно говорить о них не буду в силу большого количества химических терминов (гугл в помощь) . Добавлю только, что при помощи коллоидного синтеза можно получать нанокристаллы, покрытые слоем адсорбированных поверхностно-активных молекул. Таким образом, они растворимы в органических растворителях, после модификации - также в полярных растворителях.

Конструкция квантовых точек

Обычно квантовой точкой является кристалл полупроводника, в котором реализуются квантовые эффекты. Электрон в таком кристалле чувствует себя как в трех мерной потенциальной яме и имеет много стационарных уровней энергии. Соответственно при переходе с одного уровня на другой квантовой точкой может излучать фотон. При всем при этом переходами легко управлять меняя размеры кристалла. Возможно также перекинуть электрон на высокий энергетический уровень и получать излучение от перехода между более низколежащими уровнями и как следствия получаем люминесценцию. Собственно, именно наблюдение данного явления и послужило первым наблюдением квантовых точек.

Теперь о дисплеях

История полноценных дисплеев началась в феврале 2011 года, когда Samsung Electronics представили разработки полноцветного дисплея на основе квантовых точек QLED. Это был 4-х дюймовый дисплей управляемый активной матрицей, т.е. каждый цветной пиксель с квантовой точкой может включаться и выключаться тонкоплёночным транзистором.

Для создания прототипа на кремневую плату наносят слой раствора квантовых точек и напыляется растворитель. После чего в слой квантовых точек запрессовывается резиновый штамп с гребенчатой поверхностью, отделяется и штампуется на стекло или гибкий пластик. Так осуществляется нанесение полосок квантовых точек на подложку. В цветных дисплеях каждый пиксель содержит красный, зелёный или синий субпиксель. Соответственно эти цвета используются с разной интенсивностью для получения как можно большего количества оттенков.

Следующим шагом в развитии стала публикация статьи ученными из Индийского Института Науки в Бангалоре. Где было описаны квантовые точки которые люминесцируют не только оранжевым цветом, но и в диапазоне от темно-зеленого до красного.

Чем ЖК хуже?

Основное отличие QLED-дисплея от ЖК состоит в том, что вторые способны охватить только 20-30% цветового диапазона. Так же в телевизорах QLED отпадает необходимость в использовании слоя с светофильтрами, так как кристаллы при подаче на них напряжения излучают свет всегда с четко определенной длиной волны и как результат с одинаковым цветовым значением.

Так же были новости о продаже компьютерного дисплея на квантовых точках в Китае. К сожалению, воочию проверить, в отличии от телевизора мне еще не довелось.

P.S. Стоит отметь что область применения квантовых точек не ограничивается только LED - мониторами, помимо всего прочего они могут применяться, в полевых транзисторах, фотоэлементах, лазерных диодах, так же проходят исследование возможности применение их в медицине и квантовых вычислениях.

P.P.S. Если же говорить о моем личном мнении, то я считаю, что ближайший десяток лет популярностью пользоваться они не будут, не из-за того, что мало известны, а потому, как цены на данные дисплеи заоблачные, но все же хочется надеяться, что квантовые точки найдут свое применение и в медицине, и буду использоваться не только для увеличения прибыли, но и в благих целях.

Теги:

• QLED
• LED
• Quantum display

Добавить метки

LED, LCD, OLED, 4K, UHD... казалось бы, последнее, что сейчас нужно телевизионной индустрии, так это очередная техническая аббревиатура. Но прогресс не остановить, встречайте еще пару букв - QD (или Quantum Dot). Сразу отмечу, что термин «квантовые точки» в физике имеет более широкое значение, чем требуется для телевизоров. Но в свете нынешней моды на все нанофизическое маркетологи крупных корпораций с радостью начали применять это непростое научное понятие. Поэтому я решил разобраться, что же это за квантовые точки такие и почему все захотят купить QD-телевизор.

Сначала немного науки в упрощенном виде. «Квантовая точка» - полупроводник, электрические свойства которого зависят от его размера и формы (wiki). Он должен быть настолько мал, чтобы квантово-размерные эффекты были выраженными. А эффекты эти регулируются размером этой самой точки, т.е. от «габаритов», если это слово применимо к столь малым объектам, зависит энергия испускаемого, например, фотона - фактически цвет.

Quantum-Dot-телевизор LG, который впервые покажут на CES 2015

Еще более потребительским языком - это крошечные частицы, которые начнут светиться в определенном спектре, если их подсветить. Если их нанести и «растереть» на тонкой пленке, затем подсветить ее, пленка начнет ярко люминесцировать. Суть технологии в том, что размер этих точек легко контролировать, а значит добиться точного цвета.

Цветовой охват QD-телевизоров, согласно данным компании QD Vision, выше в 1,3 раза, чем у обычного ТВ, и полностью покрывает NTSC

На самом деле, не так уж и важно, какое имя выбрали большие корпорации, главное, что это должно дать потребителю. И тут обещание довольно простое - улучшенная цветопередача. Чтобы лучше понять, как «квантовые точки» ее обеспечат, нужно вспомнить устройство ЖК-дисплея.

Свет под кристаллом

LCD-телевизор (ЖК) состоит из трех основных частей: белая подсветка, цветовые фильтры (разделяющие свечение на красный, синий и зеленый цвета) и жидкокристаллическая матрица. Последняя выглядит как сетка из крошечных окон - пикселей, которые, в свою очередь, состоят из трех субпикселей (ячеек). Жидкие кристаллы, подобно жалюзи, могут перекрыть световой поток или наоборот открыться полностью, также есть промежуточные состояния.

Компания PlasmaChem GmbH производит «квантовые точки» килограммами и пакует их во флаконы

Когда белый свет, излучаемый светодиодами (LED, сегодня уже сложно найти телевизор с люминесцентными лампами, как это было всего лишь несколько лет назад), проходит, например, через пиксель, у которого закрыты зеленая и красная ячейки, то мы видим синий цвет. Степень «участия» каждого RGB-пикселя меняется, и таким образом получается цветная картинка.

Размер квантовых точек и спектр, в котором они излучают свет, по данным Nanosys

Как вы понимаете, для обеспечения цветового качества изображения требуются как минимум две вещи: точные цвета светофильтров и правильная белая подсветка, желательно с широким спектром. Как раз с последним у светодиодов есть проблема.

Во-первых, они фактически не белые, вдобавок, у них очень узкий цветовой спектр. То есть спектр шириной белого цвета достигается дополнительными покрытиями - есть несколько технологий, чаще других используются так называемые люминофорные диоды с добавкой желтого. Но и этот «квазибелый» цвет все же недотягивает до идеала. Если пропустить его через призму (как на уроке физики в школе), он не разложится на все цвета радуги одинаковой интенсивности, как это происходит с солнечным светом. Красный, например, будет казаться гораздо тусклее зеленого и синего.

Так выглядит спектр традиционной LED-подсветки. Как видите, синий тон гораздо интенсивней, да и зеленый с красным неравномерно покрывают фильтры жидких кристаллов (линии на графике)

Инженеры, понятное дело, пытаются исправить ситуацию и придумывают обходные решения. Например, можно понизить уровень зеленого и синего в настройках телевизора, однако это повлияет на суммарную яркость - картинка станет бледнее. Так что все производители искали источник белого света, при распадении которого получится равномерный спектр с цветами одинаковой насыщенности. Тут как раз на помощь и приходят квантовые точки.

Квантовые точки

Напомню, что если мы говорим о телевизорах, то «квантовые точки» - это микроскопические кристаллы, которые люминесцируют, когда на них попадает свет. «Гореть» они могут множеством различных цветов, все зависит от размера точки. А учитывая, что сейчас ученые научились практически идеально контролировать их размеры путем изменения количества атомов из которых они состоят, можно получать свечение именно того цвета, которого нужно. Также квантовые точки очень стабильны - они не меняются, а это значит, что точка созданная для люминесценции с определенным оттенком красного будет практически вечно сохранять этот оттенок.

Так выглядит спектр LED-подсветки с использованием QD-пленки (согласно данным компании QD Vision)

Инженеры придумали использовать технологию следующим образом: на тонкую пленку наносится «квантовоточечное» покрытие, созданное для свечения с определенным оттенком красного и зеленого. А светодиод - обычный синий. И тут кто-то сразу догадается: «все понятно - есть источник синего, а точки дадут зеленый и красный, значим мы получим ту самую модель RGB!». Но нет, технология работает иначе.

Нужно помнить, что «квантовые точки» находятся на одном большом листе и они не разбиты на субпиксели, а просто перемешаны между собой. Когда синий диод светит на пленку, точки излучают красный и зеленый, как уже говорилось выше, и только когда все эти три цвета смешиваются - тут-то и получается идеальный источник белого света. И напомню, что качественный белый свет позади матрицы фактически равен натуральной цветопередаче для глаз зрителя по другую сторону. Как минимум, потому что не приходится делать коррекцию с потерей или искажением спектра.

Это все еще LCD-телевизор

Широкая цветовая гамма особенно пригодится для новых 4К-телевизоров и цветовой субдискретизации типа 4:4:4, которая нас ждет в будущих стандартах. Это все прекрасно, но помните, что квантовые точки не устраняют других проблем ЖК-телевизоров. Например, практически невозможно получить идеальный черный, потому как жидкие кристаллы (те самые как бы «жалюзи», о чем я писал выше) не способны полностью блокировать свет. Они могут лишь «прикрываться», но не закрываться полностью.

Квантовые точки призваны улучшить цветопередачу, а это значительно улучшит впечатление от картинки. Но это не OLED-технология или плазма, где пиксели способны полностью прекращать подачу света. Тем не менее плазменные телевизоры ушли на пенсию, а OLED по-прежнему слишком дороги для большинства потребителей, поэтому все же приятно знать, что в скором времени производители предложат нам новый вид LED-телевизоров, который будет показывать лучше.

Сколько стоит «квантовый телевизор»?

Первые QD-телевизоры Sony, Samsung и LG обещают показать на выставке CES 2015 в январе. Однако впереди всех китайская TLC Multimedia, они уже выпустили 4K QD-телевизор и говорят, что он вот-вот появится в магазинах в Китае.

55-дюймовый QD-телевизор от TCL, показанный на выставке IFA 2014

На данный момент назвать точную стоимость телевизоров с новой технологией невозможно, ждем официальных заявлений. Писали , что стоить QD будут втрое дешевле аналогичных по функционалу OLED. К тому же технология, как говорят ученые, совсем недорогая. Исходя из этого, можно надеяться, что Quantum Dot-модели будут широко доступны и попросту заменят обычные. Однако я думаю, что сперва цены все равно завысят. Как это обычно бывает со всеми новыми технологиями.

В 2017 году компания Samsung выпустила на рынок линейку своих новых телевизоров, экраны которых сделаны по технологии QLED. Аббревиатуру можно разобрать как Quantum dot () + LED (светодиод) = QLED, хотя, по логике, должно быть все-таки QDLED, но QLED звучит гораздо приятнее, поэтому южнокорейские маркетологи решили оставить именно этот вариант названия для экранов на квантовых точках.

Многие могут подумать, что QLED — это новая разработка, но на самом деле это уже третье поколение телевизоров Samsung с использованием квантовых точек, ведь экраны сделанные по данной технологии встречались нам в линейках SUHD TV 2015 и 2016 годов. Хотя, конечно, в моделях, поступивших в продажу в 2017 году, есть много изменений.

Так, например, фильтр «Глаз мотылька» в QLED-телевизорах Samsung теперь заменен на сверхтонкую пленку, которая не только уменьшает отражение на панели, но и помогает создавать более темные оттенки черного, а также способствует сохранению цветов при более острых углах обзора. Там, где KS8000 (например) медленно теряет насыщенность при просмотре с более экстремальных углов, Samsung Q9 работает намного лучше.

Samsung наконец-то добились своего и представили достойную альтернативу дисплеям OLED. Я уже говорил в , что Samsung в свое время отказались от инвестиций в разработку и совершенствование OLED-экранов, «оставив» это дело на совести конкурентов из LG и пойдя другим путем, путем развития дисплеев LED. В итоге, по прошествии нескольких лет, эти разработки вылились не во что иное, как в экраны на квантовых точках, которые, по сути, являются теми самыми дисплеями LED. И да, повторюсь, QLED позиционируется как основной конкурент органических дисплеев OLED.

Итак, резюмируя последние четыре абзаца, можно сказать следующее: QLED — это усовершенствованная технология светодиодных экранов на квантовых точках, модели которых были представлены в линейке SUHD последних лет. Таким образом, Samsung отделил флагманы в виде QLED, от моделей второго уровня, которыми теперь являются SUHD. Да и новое название, если честно, звучит гораздо лучше и звонче прежнего, под стать главному конкуренту — LG OLED.

Как это работает

Технология квантовых точек представляет из себя размещение слоя или пленки квантовых точек перед обычной светодиодной подсветкой. Слой состоит из крошечных частиц, каждая из которых пропуская через себя свет от LED-подсветки на выходе создает свой собственный свет в определенной цвете, в зависимости от размера (от 2 до 10 нанометров) той самой точки.

В основном, размер частицы диктует длину волны света, которую она испускает, отсюда и большая цветовая палитра. По словам представителей Samsung, квантовые точки обеспечивают более миллиарда цветов.

В третьем поколении телевизоров на квантовых точках, которое и получило название QLED, частицы были усовершенствованы, и теперь имеют новое ядро и оболочку из металлического сплава. Этот апгрейд позволил повысить как общую точность цветопередачи, так и точность цветопередачи при более высокой пиковой яркости.

Именно способность создавать большой цветовой объем при высокой яркости дает претензию на то, чтобы обойти на рынке экраны OLED, которые плохо сохраняют цвета при пиковой яркости, да и пиковая яркость в OLED, будем откровенны, гораздо ниже, чем в QLED.

Комментарии:

Максим 2017-06-15 20:32:53 [Ответить] [Отменить ответ]

В последнее время компании LG, Sony и Samsung выпускают телевизоры на квантовых точках и полностью отвлекают внимание и ресурсы от разработки -телевизоров.

На выставке CES 2016 компания Samsung показала новые флагманские телевизоры SUHD, в каждом из которых применена технология квантовых точек.

Квантовые точки – технология, которая стимулирует создание телевизоров с высоким динамическим диапазоном () и создание нового стандарта .

Что такое квантовые точки спросите вы? А вот и ответ:

– это невероятно маленькие частицы. Они варьируются от 2 до 10 нанометров в диаметре, что эквивалентно 50 атомам. Вы не можете измерить эти вещи, используя свою школьную линейку. Именно этот небольшой размер придает квантовым точкам уникальные свойства для улучшения этой технологии.

Цветной свет, излучаемый квантовой точкой, непосредственно связан с его размером. Более мелкие точки кажутся синими, более крупные – красными. В жидкокристаллических экранах они применяются как способ устранения необходимости в белых светодиодных подсветках и цветовых фильтрах.

Как объясняет президент DisplayMate «вместо использования существующих белых светодиодов (которые имеют желтый люминофор), которые дают широкий спектр света, но не показывают насыщенные цвета, квантовые точки непосредственно преобразуют свет от светодиодов в насыщенные узкополосные первичные цвета для ЖК-дисплеев ».

Преимущества квантовых точек

Для ЖК-экранов преимущества огромны. Более высокая яркость – одна из причин, по которой производители телевизоров любят квантовые точки, – это то, что они позволяют им выпускать телевизоры с гораздо более высокой яркостью. Это открывает интересные возможности, такие как поддержка для телевизоров высокого динамического диапазона .

Dolby Vision – это стандарт фильмов, который хранит больше информации о цвете и контрасте. В результате получаются изображения более «динамичными» и реалистичными.

Нужно ли Dolby Vision?

• Лучшая цветопередача – еще одно большое преимущество квантовых точек – улучшение цветовой точности. Свет, создаваемый квантовыми точками, настолько тесно связан с их размером, что их можно настроить очень точно, чтобы излучать точный свет.
• Более высокая насыщенность цвета. Одним из преимуществ, которые некоторые называют недостатком является то, что на OLED-экранах и на наблюдается насыщенность цвета. Цвета на экранах OLED просто «трещат» больше из-за огромной цветовой гаммы OLED-экранов. Квантовые точки могут увеличить цветовую гамму на ЖК-экранах на 40-50%.

Компания Samsung назвала примерные даты расширения ассортимента доступных в России моделей SUHD-телевизоров 2016 года, а также рекомендованные цены на них: от 110 тысяч до полутора миллионов рублей. Все устройства собираются в России — на заводе Samsung в Калужской области.

В настоящее время в России уже можно купить отдельные модели телевизоров корейского производителя с дисплеями, использующими для улучшения изображения технологию квантовых точек, однако некоторые линейки пока либо вовсе не представлены на российском рынке, либо представлены не всеми диагоналями.

Квантовые точки — что это?

Что такое квантовые точки? Это полупроводниковые нанокристаллы размером в несколько десятков атомов, которые светятся, когда подвергаются воздействию тока или света. Они излучают различные цвета в зависимости от размера и материала, из которого они изготовлены. Использование квантовых точек в LCD-дисплеях позволяет улучшить цветопередачу и контраст изображения, приблизив его к OLED-экранам и отказавшись при этом от дополнительных белых светодиодов подсветки (в схеме RGBW) и цветофильтров. По сути квантовые точки “конвертируют” голубое свечение светодиодов в другие первичные цвета, таким образом формируя изображение.

Именно эти светящиеся определенным цветом микроскопические кристаллы делают возможным отображение на телевизорах HDR-контента — изображений и видео с широким динамическим диапазоном, в которых детали можно рассмотреть как на очень темных, так и на очень светлых участках. В дисплеях телевизоров Samsung 2016-го модельного года используется экологичная бескадмиевая технология производства квантовых точек. Судя по всему, корейцы решили предпочесть квантовые точки OLED-технологии, которая делает телевизоры недоступно дорогими и имеет ряд минусов - ограничение по максимальной яркости и проблемы с постепенным выгоранием светоизлучающих элементов.

Новые телевизоры Samsung 2016 года

Самая доступная модель SUHD-телевизора Samsung с поддержкой 4K и HDR1000 (обеспечивается как раз квантовыми точками) входит в линейку KS7000 и имеет диагональ 49 дюймов. Ее рекомендованная розничная цена — 109 990 рублей, а продажи начнутся в июле. В этой линейке также будут представлены телевизоры с диагоналями 55 и 60 дюймов.

Линейка KS7500 предлагает примерно те же функции и качество изображения, что и KS7000, но экраны входящих в нее телевизоров изогнуты. 49- и 55- дюймовые модели KS7500 уже продаются в России (49-дюймовая стоит 119 990 р.), а старшая 60-дюймовая дебютирует в рознице в июле.

Месяцем позже, в августе, Samsung планирует начать продажи топовой 75-дюймовой модели из уже представленной в магазинах серии плоских телевизоров KS8000, тогда же в магазинах появится и 78-дюймовый изогнутый телевизор серии KS9000. Наконец, на конец лета запланирован выход на российский рынок топовой модели 88KS9800 с ценником 1 499 990 рублей.

Все телевизоры Samsung 2016 модельного года получили элегантный (не только спереди, но и сзади) дизайн, антибликовое покрытие Ultra Black и новое ПО, делающее максимально удобной работу со смарт-приложениями, включая стриминговые сервисы. Кроме того, устройства комплектуются специальным пультом Samsung One Remote, позволяющим управлять не только телевизором, но и подключенными к нему другими устройствами.