Продолжаем говорить про новую технологию производства дисплеев — квантовые точки. Для лучшего понимания материала рекомендую ознакомиться с первой и второй частями.
Ближайшее будущее дисплеев с квантовыми точками
Разумеется, развитие технологии не остановится на текущих фотоулучшенных матрицах с квантовыми точками (КТ), и новые QLED-дисплеи будут фотоэмиссионными. В этой схеме квантовые точки вместо того, чтобы прятаться за массивом цветовых фильтров, заменяют его и сами становятся субпикселями. При таком подходе синие светодиоды снова составляют подсветку. Они — просто прозрачные точки среди остальных субпикселей, свет проходит через них почти без изменений. Зеленый и красный субпиксели, каждый из которых состоит из квантовых точек, поглощают энергию синего света и затем излучают точные длины волн зеленого и красного света соответственно. Такой свет не требует никакой фильтрации.
Самые эффективные КТ сегодня излучают свет с эффективностью более 99 процентов. В сочетании с повышением эффективности, связанной с удалением светофильтров, эти точки могут создавать изображение вдвое ярче, чем современные ЖК-дисплеи. Этот тип дисплеев также имеет широкие углы обзора, потому что квантовые точки расположены на передней части экрана и излучают свет во всех направлениях.
Принцип работы фотоэмиссионных матриц.
Фотоэмиссионные QLED-телевизоры еще не представлены на рынке. Ожидается, что массовое производство начнется позже в этом году. Есть несколько причин, по которым этой технологии понадобилось несколько лет, чтобы подготовиться к коммерциализации. Главной проблемой была стабильность. Первоначально, квантовые точки были не очень стабильны в воздухе, поэтому в ранних прототипах фотоулучшенных дисплеев с квантовыми точками последние были заключены в стеклянные трубки. В современных фотоулучшенных дисплеях поверх квантовых точек используется защитное пластиковое покрытие, но панель остается незапечатанной по краям.
Ранним дисплеям с КТ пришлось преодолеть еще одну проблему — они содержали элемент кадмий, представляющий опасность для окружающей среды. Привести квантовые точки не из кадмиевых материалов к качеству цвета кадмиевых было непросто. Используемые сегодня некадмиевые и низкокадмиевые материалы по-прежнему не дают той чистоты цвета, но они достаточно хороши для большинства дисплеев.
Для фотоэмиссионных дисплеев большая часть проблем были успешно решены. Потребовалось некоторое время, чтобы найти способ надежного преобразования точек в субпиксели с высоким разрешением. Исследователи решили сфокусироваться на фотолитографии, потому что именно так сегодня создаются цветные ЖК-фильтры, и поэтому такой подход будет минимально затратным для производителей дисплеев. Это означало, однако, что квантовые точки должны обрабатываться на воздухе, а не в вакууме, а также должны быть достаточно прочными, чтобы оставаться стабильными при различных термических и химических стадиях изготовления ЖК-дисплея. Решение этих проблем потребовало порядка 10 лет.
Фотоэмиссионные дисплеи также создали несколько проблем для производителей дисплеев. Одна из важнейших — предотвращение возмущения точек окружающим светом в комнате (так как квантовым точкам без разницы, откуда получать синий свет). Производители телевизионных панелей придумали собственные решения этой проблемы, которые базируются на использовании специальных светофильтров на внешней поверхности дисплея.
Магия — свет синих светодиодов заставляет светиться квантовые точки в банках зеленым и красным цветом.
Фотоэмиссионная технология квантовых точек сделает возможным использование гибких телевизоров, однако пока что производители телевизоров сосредоточились на адаптации традиционных технологий производства ЖК-дисплеев к квантовым точкам. Но исследователи в восторге от возможности печати КТ на пластике или других гибких материалах. Поскольку последние настолько малы и изначально производятся в виде раствора, они очень похожи на печатные краски. Поэтому исследователи экспериментируют с различными методами печати, включая струйную и трансферную печать. Ожидается, что некоторые типы печатных дисплеев начнут появляться на рынке в конце 2019 или 2020 года. Такие матрицы по существу готовы к выпуску, но производители дисплеев не совсем готовы развернуть новые производственные процессы.
Micro-LED дисплеи с квантовыми точками
Что будет после фотоэмиссионных телевизоров с КТ? Вполне возможно, что будет использоваться совершенно другой подход, который сочетает в себе квантовые точки и технологию Micro-LED. Micro-LED дисплеи очень похожи на огромные экраны на футбольных стадионах, где каждый субпиксель представляет собой красный, зеленый или синий светодиод. Теперь представьте, что весь дисплей уменьшился до размеров телевизора. Это похоже на работу OLED-дисплея, но поскольку в Micro-LED используются неорганические материалы, они более надежны. Они также могут создавать более яркие изображения и быстрее реагировать.
Apple и Oculus приобрели компании, производящие Micro-LED, и работают над тем, чтобы вывести эту технологию на массовый рынок, но высокая стоимость все еще остается проблемой. Оказывается, действительно трудно получить разумную производительность и стоимость при попытке совместить миллионы сверхтонких светодиодных пикселей с почти идеальной точностью.
Micro-LED с квантовыми точками.
Фотоэмиссионные матрицы с КТ могут помочь решить эту проблему. Сделать одноцветный Micro-LED дисплей намного проще, чем трехцветный. Производители дисплеев могут начать с Micro-LED матрицы только синего цвета, а затем нанести сверху красные и зеленые квантовые точки. Этот тип Micro-LED, вероятно, появится на рынке через несколько лет.
Фотоэмиссионные QLED-телевизоры станут лишь одним шагом в эволюции телевизоров с квантовыми точками. Далее будут электроэмиссионные QLED-телевизоры.
Электроэмиссионные дисплеи с квантовыми точками
В этой технологии электроны стимулируют квантовые точки испускать фотоны (в предыдущих типах QLED-матриц вместо электронов были фотоны, то есть происходило переизлучение с другой длиной волны, что и давало другой цвет). Как и фотоэмиссионным матрицам с КТ, электроэмиссионным не нужны цветовые фильтры. Но, в отличие от фотоэмиссионных дисплеев, этим также не нужна и подсветка. Поскольку каждый субпиксель является адресуемым — он «включается» электронами — дисплей не тратит энергии, генерируя фотоны в подсветке, многие из которых неизбежно теряются.
Электроэмиссионные дисплеи с квантовыми точками могут серьезно изменить индустрию дисплеев в течение следующего десятилетия, потенциально обеспечивая тонкость и гибкость OLED-дисплеев, но с преимуществами квантовых точек по стоимости, цвету, яркости и надежности. Они будут высокоэффективными и иметь широкие углы обзора с чистыми цветами. У них также будут прекрасные уровни черного: когда цвет не нужен, точка, которая его производит, будет полностью отключена, без возможной утечки света. Для их производства можно использовать метод печати, который достаточно дешев. И поскольку они сделаны из неорганических материалов, а не органических, они будут иметь более долгий срок службы без ухудшения характеристик.
Не ожидайте появления электроэмиссионных телевизоров с квантовыми точками в магазинах в ближайшие пару лет — они все еще находятся на ранних стадиях разработки. Однако они быстро продвигаются вперед: так, китайский производитель BOE Technology Group Co. впервые публично продемонстрировал эту технологию в 2017 году. Первые коммерческие дисплеи, использующие эту технологию, должны появиться в производстве в ближайшие пять лет.
Телевизионные стандарты изображений
Все это технологическое брожение вызвано, в частности, недавним изменением стандартов изображений. В прошлом телевизионные стандарты серьезно ограничивали то, насколько близки были изображения, которые вы видели на экране, с теми, которые вы могли видеть в реальной жизни. Тот же стандарт HDTV, разработанный в 1980-х годах, не пытался учесть все возможные видимые нами цвета. Скорее, его создатели подумали, какие цвета можно получить, учитывая наилучшие доступные люминофорные материалы, которые можно использовать в электронно-лучевой трубке (ЭЛТ, «пузатые» телевизоры).
Сегодняшние разработчики видеостандартов подходят к этой проблеме, задавая гораздо более важный вопрос: каково восприятие цветов у зрительной системы человека?
Сравнение текущих стандартов, таких как BT.709 (HDTV) и SRGB, с новым BT.2020.
Этот подход привел к BT.2020 — стандарту, разработанному Международным союзом электросвязи (МСЭ) в 2012 году, и утвержденному в 2015 году. Цветовая палитра BT.2020 охватывает 75.8% цветов стандарта CIE 1931, куда входят вообще все возможные видимые нами цвета. Производители дисков Blu-ray уже приняли стандарт BT.2020, и NHK (Japan Broadcasting Corp.) объявила о намерении транслировать летние Олимпийские игры 2020 года в этом формате.
Телевизоры, построенные по стандарту HDTV, могут воспроизводить только 58% диапазона цветов BT.2020. Ultra HD ЖК-телевизоры (без квантовых точек) работают лучше, большинство из них покрывают около 70% цветов этого диапазона, в то время как OLED-телевизоры обеспечивают покрытие до 74 процентов. Фотоулучшенные дисплеи с квантовыми точками, присутствующие на рынке, могут обрабатывать от 85 до 90 процентов цветовой палитры BT.2020. Разрабатываемые фотоэмиссионные дисплеи с КТ находятся на уровне 93.3%, а электроэмиссионные — около 90%.
Но, увы, это все еще будущее — однако, если разработки будут идти также быстро, то уже в следующем десятилетии в наших домах могут появиться такие, казалось бы, футуристические вещи как телевизоры вместо обоев, отображающие фотореалистичную и яркую картинку под любым углом.
