Безымянный.png

Сейчас большая часть телевизоров используют ЖК-дисплеи, которые стремительно устаревают и уступают место ярким, тонким и изогнутым ТВ с OLED-матрицами. Но будущее не только за ними.

Почему? Потому что существуют матрицы на квантовых точках (quantum dots, QD). Если вы недавно покупали телевизор или же собираетесь это сделать, то вы, вероятно, сталкивались с QLED TV. И в этой статье мы разберем, что такое квантовые точки, и как работают новые типы матриц на их основе. И даже если вы нацелены на покупку OLED-телевизора — возможно, вы передумаете, ведь новая технология даст то, что нам обещали последние 20 лет: например, складные или сворачиваемые в трубочку телевизоры, которые почти не будут занимать места.

Мы, разумеется, начнем с самого начала — что такое квантовые точки и как они устроены.

Устройство квантовых точек

При диаметре всего в несколько нанометров квантовой точкой является крошечным полупроводником, обычно из селенида цинка, селенида кадмия или фосфида индия. Она может делать много полезных вещей, но здесь нас в основном интересует ее способность преобразовывать коротковолновый свет — обычно синий (от 450 до 495 нм) — в практически любой цвет в видимом спектре.



Когда квантовая точка поглощает фотон, она генерирует электронно-дырочную пару, которая рекомбинирует, чтобы испустить новый фотон. Конечно, это кажется сложным, но важно тут только одно: цвет испускаемого фотона зависит от размера квантовой точки: большие точки излучают свет с большей длиной волны, близкий к красному концу видимого спектра (от 620 до 750 нм); меньшие точки излучают свет с более короткой длиной волны, ближе к фиолетовому концу спектра (от 380 до 450 нм). 

Такая «перестраиваемость» уникальна для квантовых точек. В других светоизлучающих материалах длина волны испускаемого фотона является фиксированным свойством материала и не зависит от его размеров. Чтобы создать квантовую точку определенного размера, которая определяет длину волны, производители регулируют температуру и время химических реакций, используемых при их производстве.

Вот так работают квантовые точки. Какое отношение это имеет к изображению на экране вашего телевизора? Каждый пиксель, который вы видите на экране, излучает красный, зеленый или синий свет, или некоторую комбинацию всех трех, в общей сложности более миллиарда уникальных оттенков. Насколько точно эти оттенки соответствуют цветам, записанным камерами на улице или в студии, зависит от того, насколько точно телевизор воспроизводит заданные длины волн, то есть насколько узок спектр для каждого цвета.

Типы QD-матриц

Многие современные телевизоры используют квантовые точки для улучшения цветов, создаваемых жидкокристаллическими дисплеями со светодиодной подсветкой (LED). Тем временем исследователи разрабатывают способы использования этих точек для создания телевизионных изображений еще лучшего качества. Телевизоры с органическими светодиодами (OLED), конкурирующей технологией, долгое время считавшейся следующей революцией в телевидении, до сих пор остаются очень дорогими, и им нужна более дешевая замена.

Photo-Enhanced QD TV

Также используется название QDEF (Quantum Dot Enhancement Film — улучшающая пленка из квантовых точек).



В этом варианте ЖК-технологии квантовые точки, вставленные между светодиодной панелью и цветовыми фильтрами, используют подсветку телевизора для образования цветового спектра.

Преимущества:
  • Глубокий цвет при высокой пиковой яркости 
  • Низкая стоимость
  • Без выгорания
  • Изготавливается с использованием существующих технологий производства ЖК-матриц
  • Доступно уже сейчас
OLED TV



Эта ультратонкая технология производства дисплеев не использует квантовые точки и основана на органических светодиодах, которые излучают свет при прохождении через них электрического тока.

Преимущества: 
  • Глубокий уровень черного
  • Отличные углы обзора
  • Быстрое обновление матрицы
  • Возможность изготовления на гибких подложках 
  • Доступно уже сейчас
Фотоэмиссионные QD TV



Квантовые точки заменяют собой цветовые фильтры и сами становятся красными и зелеными субпикселями; синяя подсветка возбуждает квантовые точки и создает синие субпиксели.

Преимущества: 
  • Широкие углы обзора
  • Потенциальный трехкратный скачок эффективности и яркости по сравнению с ЖК-дисплеями
  • Изготавливается с использованием существующих технологий производства ЖК-матриц
Для лучшего понимания принципов работы двух QD-технологий выше предлагаю ознакомиться с картинкой ниже:

Электроэмиссионные QD TV



В данном случае квантовые точки излучают свет сами при подаче электрического тока, поэтому подсветка не используется. 

Преимущества: 
  • Идеальные углы обзора 
  • Идеальный уровень черного 
  • Потенциальное недорогое производство 
  • Высокая скорость обновления картинки
  • Гибкие подложки 
  • Цветовые фильтры не требуются 
  • Длительный срок службы
Micro-LED TV с квантовыми точками



Эта разновидность технологии Micro-LED включает в себя массив микроскопических монохромных светодиодов, обеспечивающих преобразование света для красных и зеленых субпикселей, роль которых играют квантовые точки.

Преимущества: 
  • Идеальные углы обзора 
  • Цветовые фильтры не требуются 
  • Идеальный черный цвет 
  • Максимальная яркость 
  • Высокая скорость обновления 
  • Возможна гибкая подложка
Принципы работы LED-подсветки

Современные жидкокристаллические телевизоры, которые вы, вероятно, используете у себя дома, производят цвета с использованием источника света — подсветки, которая выглядит голубовато-белой. В настоящее время эта подсветка обычно основана на массиве светодиодов белого света. (Старые модели ЖК-дисплеев использовали люминесцентные лампы, а не светодиоды.) В каждом пикселе присутствуют красный, зеленый и синий субпиксели. Каждый из них представляет собой крошечный участок со световым фильтром и жидкокристаллическим затвором, который контролирует, сколько света проходит через этот фильтр. Изменяя относительные пропорции света, излучаемого каждым из субпикселей, пиксель может создавать большинство цветов, которые существуют в нашем мире. И ключевой момент здесь таков: чем чище свет в каждом субпикселе (меньше паразитных примесей других оттенков), тем уже спектр и тем точнее цвета можно получать в этом пикселе.

Производители ЖК-телевизоров имеют два способа убедиться, что спектр цветов, поступающий от каждого субпикселя, узок. Первый способ — использовать в каждом субпикселе очень строгие световые фильтры, которые пропускают только узкий спектр в каждом из основных цветов (красный, зеленый и синий). Альтернативный способ — повозиться с подсветкой. Напомним, что белый цвет может быть получен простой смесью красного, зеленого и синего цветов. Таким образом, еще одним вариантом повышения качества изображения является создание подсветки, белый свет которой представляет собой комбинацию этих трех цветов, каждый из которых имеет спектральное распределение с резким и узким пиком.

На сегодняшний день лучшим вариантом является второй способ, так как сужение светового фильтра приглушает изображение, что не очень хорошо для телевизионных дисплеев. Таким образом, инженеры, разрабатывающие дисплеи, сосредоточились на улучшении подсветки.


Так выглядят светодиодная подсветка экрана в iPod Touch.

Подсветка в бюджетных телевизорах сегодня работает во многом так же, как и светодиодные лампы дневного света, которые становятся все более распространенными в наших домах. Эти белые светодиоды эффективно генерируют цвета из достаточной области видимого спектра, чтобы мы могли легко воспринимать их цвет как белый.

В типичной белой светодиодной подсветке светодиод из нитрида галлия генерирует синий свет. Этот свет затем возбуждает иттрий-алюминиевый люминофор, который генерирует желтый свет. Желтый и синий вместе создают свет, который выглядит белым, но богат желтыми и синими длинами волн и имеет мало волн в зеленом и красном диапазонах видимого диапазона.

Когда субпиксели ЖК-дисплея в верхней части подсветки фильтруют этот свет на красный, зеленый и синий компоненты, просто не хватает энергии на требуемых длинах волн красного и зеленого цветов, чтобы получить яркое изображение с использованием только света LED-подсветки. Цветовые фильтры компенсируют этот недостаток энергии, пропуская более широкий диапазон цветов. Таким образом, зеленый субпиксель содержит примесь синего и желтого цветов, в то время как красный включает оранжевый. В итоге с такими неточными цветами просто невозможно досконально передать всю красоту видимого мира.

И тут на помощь приходят квантовые точки, но об этом поговорим уже в следующей части статьи.