Продолжаем говорить про новую технологию производства дисплеев — квантовые точки. Для лучшего понимания рекомендую ознакомиться с первой частью материала.
Вставка квантовых точек между светодиодами и фильтрами может улучшить изображение, максимизируя количество света, имеющего точные красные, зеленые и синие длины волн, и минимизируя энергию, используемую для генерации света между этими длинами волн (см. картинку в первой части статьи со сравнением двух типов QD-дисплеев). Типичный подход включает использование светодиодов, излучающих синий свет с длиной волны 450 нм, в сочетании с квантовыми точками, нанесенными на пленку, закрепленную перед этими светодиодами. Точки на этой пленке представляют собой смесь двух типов: диаметром от 1.5 до 2.5 нм, излучающих зеленый свет с длиной волны 527 нм, и точек от 3.0 до 5.0 нм, излучающих красный свет с длиной волны 638 нм.
Таким образом, в этом дисплее вместо использования синего светодиода для возбуждения люминофора, который производит желтый свет, производители используют его для возбуждения красных и зеленых квантовых точек с острыми, узкими спектрами, а также для непосредственного получения необходимого синего света. Эта схема более точно соответствует спецификациям для цветопередачи телевизора, чем сине-желтый подход, и в качестве бонуса, меньше света теряется при прохождении через красные и зеленые фильтры.
Этот подход создает «фотоулучшенный» (photo-enhanced) дисплей с квантовыми точками, что дает последним вспомогательную роль в мире телевизионных дисплеев, но это только промежуточный шаг. Проблема в том, что даже при использовании пленок с квантовыми точками у ЖК-телевизоров все еще есть некоторые недостатки:
- Небольшие углы обзора. Существуют новые жидкокристаллические технологии, которые преодолевают большую часть этой проблемы, но они дороги.
- Энергозатраты. На каждом субпикселе ЖК-телевизор должен блокировать около двух третей генерируемого света, чтобы, например, отделить красный цвет от синего и синий от зеленого.
- Трудности с показом настоящего глубокого черного цвета в условиях низкой освещенности. Поскольку жидкие кристаллы не являются идеальными блокаторами света, небольшое количество белого света просачивается к зрителю. Это может сделать черные изображения ближе к темно-серым (технически говоря, эти изображения имеют «ограниченный динамический диапазон»).
- Относительно медленная скорость обновления картинки. Эта проблема связана с самой природой жидких кристаллов. Эти кристаллы фактически скручены электрическим полем, которое поляризует свет, проходящий через них. Поляризация используется, чтобы блокировать или пропускать свет в каждом субпикселе. Но это скручивание требует времени, и эта задержка может создать проблемы для быстро движущегося контента, такого как спорт, боевики или игры. В результате ЖК-дисплеи могут поддерживать частоту обновления до порядка 240 Гц, в лучшем случае. Некоторые производители уже экспериментируют с такими высокими частотами обновления, но традиционно частота для подавляющего большинства телевизоров составляет 60 Гц.
- Нет возможности сложить или свернуть телевизор. По крайней мере с современным развитием технологий. Это ограничивает форм-фактор современных ТВ.
Эти ограничения заставили многих пользователей прийти к выводу, что в обозримом будущем ЖК-дисплеи будут заменены технологией эмиссионных дисплеев, а именно органическими светодиодами (OLED). В OLED-матрицах субпиксели излучают красный, зеленый и синий свет, а не создают их с помощью цветных фильтров перед белой подсветкой. Эмиссионные технологии имеют естественные преимущества, такие как глубокий уровень черного, широкие углы обзора и, в некоторых случаях, более быстрое время обновления картинки. Качество изображения может быть весьма впечатляющим, но у OLED есть некоторые проблемы, в основном связанные с высокой ценой, энергопотреблением и долговечностью.
OLED-технология включает в себя вставку тонкой пленки органического вещества между двумя проводниками, и при подаче тока пленка излучает свет. Различные смартфоны от Samsung, Google, Apple и множества других компаний используют светоизлучающие дисплеи, которые называются RGB (красный, зеленый, синий) OLED. К сожалению, оказывается, нет надежного способа изготовить большие RGB OLED-матрицы, необходимые для телевизоров. Поэтому производители телевизоров используют другой вариант — White (белый) OLED или WOLED. На сегодня только LG Display производит WOLED-матрицы достаточного размера для собственного использования и поставляет их другим производителям телевизоров. Sony, Panasonic и Samsung вышли из бизнеса по производству своих собственных телевизионных OLED-дисплеев.
В дисплеях WOLED используется синий и оранжево-желтый излучатели на органических светодиодах для создания белого света. Затем этот свет проходит через слои красного, зеленого и синего фильтров для создания цветных субпикселей; четвертый открытый субпиксель пропускает нефильтрованный белый свет, чтобы при необходимости осветлить все изображение. Эти дисплеи имеют несколько значительных преимуществ: они могут создавать глубокие уровни черного, иметь невероятно высокую скорость переключения (в 10 раз больше, чем у ЖК-дисплеев), а также быть тонкими и гибкими. В будущем можно будет использовать OLED-панели где угодно: они могут растягиваться, изгибаться, складываться, скатываться в рулон, наклеиваться как обои или быть прозрачными.
Однако не следует думать, что эта технологи идеальна — у нее хватает минусов. Например, WOLED не очень энергоэффективна — только около 10 процентов электрического тока, который излучает синий светодиод, преобразуется в фотоны, которые выходят из дисплея. Показатель для оранжево-желтых излучателей составляет немногим больше 20 процентов, что близко к теоретической максимальной эффективности. И, что еще более важно, добавление цветных фильтров еще больше снижает эффективность: общая потеря света на фильтре может достигать 75 процентов. Потребители могут не заметить высокого энергопотребления своих телевизоров, но потеря света к тому же делает изображение менее впечатляющим.
WOLED дисплеи также имеют не лучшую цветопередачу: свет широкого спектра, который они излучают, снижает чистоту красного, зеленого и синего субпикселей, а белый субпиксель, усиливающий яркие изображения, имеет тенденцию размывать цвета.
Телевизоры на основе WOLED, особенно их голубые светодиоды, в настоящее время имеют проблемы с долговечностью. Она проявляется в артефакте изображения, который называют «выгоранием»: из-за того, что голубые светодиоды светят слабее красных или зеленых, на них приходится подавать больший ток для получения той же яркости. Из-за этого они деградируют быстрее (в среднем, за год-полтора), и картинка начинает больше уходить в красный или зеленый спектр (или их смесь: например, белый цвет будет желтоватым). Ухудшает ситуацию то, что «выгорание» случается неравномерно, из-за чего эта проблема еще больше бросается в глаза.
Наконец, OLED-дисплеи все еще очень дороги в производстве. Типичный OLED-дисплей состоит из 25 сверхтонких слоев, требующих нескольких этапов производства, которые должны выполняться в вакууме. Именно поэтому типичный 65-дюймовый OLED-телевизор с разрешением 4K сегодня продается по цене около 3000 долларов США по сравнению с 1000 долларов за ЖК-телевизор аналогичного качества.
В завершающей части статьи мы рассмотрим другие технологии создания матриц с использованием квантовых точек и сравним их с OLED.
