Дисплей на квантовых точках. Квантовые точки (Quantum dot LED) — новая технология производства дисплеев

2.
3. SUHD-телевизоры Samsung 2016: технология Quantum Dot
4.

Квантовые точки - это полупроводниковые кристаллы размером от 5 до 10 нанометров (чуть больше размеров молекулы ДНК). В зависимости от размера и материала, из которого изготовлены нанокристаллы, под воздействием электрического тока или света они излучают различные цвета. А 10-битная матрица новых телевизоров Samsung позволяет отображать до 1 млрд цветовых оттенков, что делает цветопередачу невероятно точной и насыщенной.

Чем технология Quantum Dot отличается от других?

Какие же преимущества обеспечивает технология Quantum Dot? Первые ЖК-телевизоры уступали современным как в яркости, так и в цветопередаче. ЖК-телевизоры с LED-подсветкой последних поколений сделали существенный шаг вперед в плане увеличения яркости, но не обеспечивали идеальную цветопередачу.

Технология OLED – это компромиссное решение, реализующее качественную цветопередачу, но при небольшой яркости. Использование же квантовых точек позволяет достичь максимального результата как в отношении цветопередачи, так и в отношении яркости, без каких-либо компромиссов. Дисплеи на квантовых точках воспроизводят наиболее яркую и одновременно реалистичную картинку.

В телевизорах Samsung SUHD источником света являются квантовые точки. Они излучают свет, который передает естественные цвета и создает реалистичное изображение.

Технология квантовых точек была разработана чтобы преодолеть недостатки OLED. Так, в экранах Quantum Dot используются материалы неорганического происхождения, которые имеют существенно больший срок работы. А для телевизоров, которые эксплуатируются по 7-10 лет, это немаловажно. Кроме того, у телевизоров на базе технологии Quantum Dot полностью отсутствует проблема выгорания, которая имеет место быть при использовании OLED.

Реализована технология квантовых точек в следующих линейках телевизоров SUHD TV Samsung, доступных на российском рынке: топовые KS9000 (изогнутые) и KS8000 (плоские) с диагоналями от 49 до 78 дюймов, а также серии KS7500 (изогнутые) с диагоналями от 49 до 65 дюймов и KS7000 (плоские) с диагоналями от 49 до 60 дюймов.

Нано-технология покрытия экрана Samsung Ultra Black позволяет поглощать блики света, отражаемого экраном, даже в ярко освещенной комнате.

Что еще используется для улучшения изображения?

Помимо квантовых точек, в SUHD-телевизорах Samsung используется еще несколько важных технологий для улучшения качества изображения. Например, технология Ultra Black, которая реализована в новых телевизионных панелях, по структуре похожих на строение глаза мотылька.

Такая конструктивная особенность позволяет минимизировать блики на экране, снизив отражение внешнего света до 99,7%, и повысить контраст на 35%. В итоге зритель может насладиться отличной глубиной черного цвета при просмотре телевизора в дневное время суток даже в хорошо освещенной комнате.

Технология HDR 1000 (справа) обеспечивает исключительно точную цветопередачу в широком диапазоне оттенков и высокий уровень детализации.

Еще одна технология, воплощенная в SUHD-телевизорах Samsung 2016 года - HDR 1000. Она позволяет воссоздавать реалистичный динамический диапазон яркости, сохраняя насыщенные цвета как в темных, так и в светлых участках изображения. В итоге если кадр содержит как очень темные, так и очень светлые области, они будут выглядеть гораздо более естественно, чем на экране телевизора без поддержки HDR. Пиковый показатель яркости новых телевизоров Samsung составляет 1000 нит, что и отражено в названии технологии. Но чтобы насладиться HDR-эффектом, потребуется соотвествующий контент.

Панели RGB против RGBW: какую выбрать?

Телевизоры с разрешением 4К появились сравнительно недавно. При этом на рынке уже имеются устройства с разными типами матриц. Например, есть модели, содержащие только RGB-пиксели (используются в телевизорах Samsung), а есть панели, в которые добавлен пиксель белого цвета - RGBW. Пользователь, который не разбирается в технологических тонкостях, вряд ли почувствует здесь подвох.

А он есть и заключается в следующем: если в телевизоре с RGB-матрицей каждый пиксель состоит из трех субпикселей красного, синего или зеленого цветов, то в RGBW-матрице таких пикселей на 75% меньше. В остальных один из основных цветов, использующихся в дисплеях для формирования полной палитры оттенков, заменен белым. В результате в таких телевизорах только часть пикселей способна отображать все оттенки.

В рамках разработанной организацией ICDM методики измерения качества дисплеев (IDMS) примечателен показатель Contrast Modulation (CM) или «Модуляция контрастности», который позволяет говорить о том, насколько полно дисплей способен отображать картинку.

Данный показатель для RGBW-телевизоров в полтора раза ниже, чем для RGB: в первом случае он составляет 60%, во втором - 95%. В некоторых странах информация о модуляции контрастности уже указывается, наряду с информацией о разрешении.

Без специальных измерительных приборов заметить отличия в качестве изображения тоже можно: например, когда на экране появляются четкие границы цветовых переходов, на телевизорах с RGB-панелью они отображаются корректно, а на RGBW края переходов представляют немного лестничную структуру.

Кроме того, при отображении на RGBW-матрице RGB-сигнала происходит потеря части цветовой информации, в результате чего фильм предстанет перед вами в несколько ином виде, нежели задумывалось режиссером.

Фото: Компании-производители; PlasmaChem GmbH; Samsung Electronics

На международных выставках демонстрируется много новых дисплейных технологий, однако далеко не все они жизнеспособны и обладают соответствующими возможностями для успешного коммерческого внедрения. Одно из приятных исключений — технология квантовых точек, которая уже применяется в подсветке ЖК-дисплеев. Стоит рассказать об этой технической инновации более подробно.

Квантовые точки

Квантовые точки – это наночастицы полупроводниковых материалов. Их параметры определяются размерами: с уменьшением размеров кристалла растет расстояние между энергетическими уровнями. Когда электрон переходит на более низкий уровень, происходит испускание фотона. Изменяя размеры точки, можно регулировать энергию фотона и, как следствие, цвет света.

Это не новое открытие, на самом деле квантовые точки были созданы еще более тридцати лет назад. Но до последнего времени они применялись только в специальных научных приборах в лабораториях. Строго говоря, квантовые точки – это микроскопические элементы, способные излучать свет в узком диапазоне волн. Причем в зависимости от их размеров свет может быть зеленый, красный или синий.

Изменяя их размер, можно тонко регулировать длину волны испускаемого света. Эта технология, применяемая в современных моделях телевизоров, берет свое начало в 2004 году, когда была организована компания QD Vision. Изначально сотрудники этой исследовательской лаборатории старались применить квантовые точки для замены органических красителей при маркировке различных биологических систем, однако затем технологию решили опробовать в телевизорах.

К этой идее вскоре подключились известные компании. В частности, в 2010 году исследователи работали совместно с компанией LG над проектом QLED. Впрочем, самая концепция технологии применительно к ЖК-телевизорам постоянно подвергалась изменениям, ее рабочее название также несколько раз менялось. Спустя год уже в сотрудничестве с Samsung был создан прототип цветного экрана на квантовых точках. Однако он не пошел в серию. Последняя реализация этой концепции стала частью технологии Color IQ от Sony, которая представила экран с подсветкой Triluminos.

Как известно, все ЖК-телевизоры создают картинку путем смешения базовых цветов – красного, зеленого и синего (модель RGB). Иногда добавляется желтый, что, впрочем, существенно не влияет на саму систему создания картинки на ЖК-экране. Смешение цветов RGB в ЖК-телевизорах осуществляется посредством цветных фильтров, а в плазменных панелях – благодаря люминофору.

В классических ЖК-моделях в роли подсветки применяются «белые» светодиоды. Цвет в белом спектре, проходя через цветные фильтры, дает определенный оттенок. В более продвинутых моделях применяются люминофорные светодиоды, которые испускают свет в синей области. Затем этот свет, смешиваясь с желтым, превращается в визуально белый. Для создания же на экране из подобного белого цвета, соответственно, красного, синего и зеленого применяются светофильтры. Это достаточно эффективно, но все же впустую расходуется много энергии. Кроме того, тут инженерам приходится искать определенный баланс между качеством цветопередачи и яркостью подсветки.

Преимущества телевизоров на квантовых точках

Два года назад компания Sony впервые представила серийно выпускаемые модели телевизионных устройств с подсветкой Triluminos, в которой как раз и реализованы квантовые точки. Это, в частности, KD-65X9000A. В подсветке применяются синие диоды, но здесь нет желтого люминофора. В результате, синий свет, не смешиваясь, напрямую проходит через специальный элемент IQ, который содержит красную и зеленую квантовые точки. Основными достоинствами технологии производитель называет более глубокую цветопередачу и минимизация потерь в яркости.

Предполагается, что в сравнении с LED-подсветкой квантовые точки обеспечат увеличение цветовой гаммы практически на 50 процентов. Цветовой охват в новых TV Sony с подсветкой Triluminos близок к 100% NTSC, модели же с обычной подсветкой имеют около 70% NTSC. Таким образом, можно констатировать, что телевизоры с подсветкой на квантовых точках действительно могут улучшить качество изображения, сделав цветопередачу более реалистичной.

Но вот насколько более реалистичной? Ведь известно, что в тех же телевизорах Sony картинка создается при помощи привычных фильтров, осуществляющих смешение цветов? Ответить на этот вопрос довольно сложно, тут многое зависит от субъективного восприятия качества изображения. Во всяком случае, счастливые обладатели первых телевизоров Sony с новой подсветкой отмечают, что изображение на экране выглядит как картина, написанная более чистыми цветными красками.

То, что и другие ведущие компании мгновенно подключились к внедрению этого технологического новшества, подтверждает тот факт, что квантовые точки не являются исключительно маркетинговым ходом. На CES 2015 компания Samsung представила телевизоры SUHD TV, в которых также была реализована подобная технология. Отмечается, что новые телевизоры обеспечивают более высокое качество изображения при цене ниже, чем у OLED-моделей. Компания LG также представила на выставке ULTRA HD телевизоры с технологией квантовых точек (Quantum Dot).

Сравнение с OLED не случайно. Ведь многие компании сначала обратились к OLED-технологии, как к способу повысить качество изображения современных телевизоров, но столкнулись с проблемой их производства при запуске в серию. Особенно это касается OLED-телевизоров с большой диагональю экрана и сверхвысоким разрешением.

В лице квантовых точек был найден своеобразный запасной вариант — цветовая гамма на таких телевизорах практически так же хороша, как и на OLED-дисплеях, а проблем с промышленным освоением технологии практически нет. Это позволяет компаниям выпускать телевизоры, которые по качеству картинки будут соперничать с OLED-технологией, оставаясь по цене доступными широкому кругу потребителей.

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]

Мировые производители хотят сделать свою продукцию максимально привлекательной для пользователей, поэтому постоянно занимаются внедрением новых технологий. Телевизоров это тоже коснулось – ультрасовременные модели создают такую реалистичную картинку, что возникает ощущение, словно действие происходит не на экране, а рядом с вами. Миллиарды чистых цветов, насыщенные краски, супертонкий дисплей – это о телевизорах последнего поколения.

Что такое квантовые точки

Аббревиатура QLED (Quantum dot LED) – это обозначение технологии, с помощью которой созданы телевизоры на квантовых точках. Последние представляют собой нанокристаллы полупроводников. Их диаметр достигает 2-6 нанометров. Для сравнения: толщина человеческого волоса равняется 60-80 тыс. нанометров. Особенность квантовых точек – они светятся разным цветом в зависимости от размера. Как и атом, нанокристалл может производить свет с определенной длиной волны.

Большие квантовые точки излучают длинные волны красного цвета. Самые маленькие частицы выдают короткие синие волны. Эта способность нанокристаллов привлекла внимание ученых. Свечение происходит за счет явления люминесценции, т.е. частицы необходимо возбудить дополнительным светом или электрическим током. Эксперименты с квантовыми точками начались около 30 лет назад, но завершенный результат в виде реализованной SUHD технологии представила компания Самсунг в 2015 году.

Дисплей на квантовых точках

Матрица телевизоров QLED состоит из нескольких слоев: подложки, LED-подсветки, квантовых частиц, жидких кристаллов. Слой светофильтров, который используется в обычных LED-матрицах, исключается за ненадобностью, ведь нанокристаллы сами продуцируют нужный цвет. Квантовые частицы поглощают свет синих диодов и переизлучают его с четко определенной длиной волны. Это свойство позволяет получать более чистые базовые цвета: синий, зеленый, красный.

Преимущества и недостатки квантовых телевизоров

Технология квантовых точек не стала колоссальным прорывом в мире науки, она является отличной доработкой технологии LED. Корейской компании Самсунг удалось создать высококачественный продукт. Устройства имеют такие преимущества:

• Увеличенная цветовая гамма. В арсенале телевизоров QLED больше миллиарда цветов, а в обычных LED-дисплеях – немногим больше 16 миллионов.
• Квантовые частицы способны воспроизводить 100% объема цвета. Это подтвердили специалисты немецкого научно-технического объединения Verband Deutscher Elektrotechniker. При формировании изображения в структуру цвета вносится минимальное искажение.
• Пиковая яркость достигает 1500-2000 нит. Показатель открывает возможность использования технологий HDR 10 и Dolby Vision. Такой показатель отчасти достигается путем снижения отражательной способности экрана. Дисплей имеет лучшую цветопередачу, равномерно рассеивает свет.
• Цвета не искажаются при взгляде на экран под любым углом обзора.
• У квантовых телевизоров Samsung великолепный дизайн. Устройство стало тоньше и легче, имеет очень узкие рамки.
• Модели QLED потребляют 140-195 Вт/час. Это немного, энергопотребление плазменного телевизора – 300-500 Вт/час, а ЖК-экрана с большой диагональю – 200-250 Вт/час.

Недостатки у хваленых квантовых телевизоров тоже имеются. Их немного, но для любителей идеального изображения они являются существенными:

• Не самая лучшая контрастность. В модели используются VA-панели, но нет локальных функций затемнения. Из-за этого возможность управления уровнем черного меньше, чем у телевизоров LED LCD и OLED.
• Необходимость LED-подсветки. Технология Quantum dot еще совершенствуется, и пока что существующим квантовым моделям необходимы светодиодные лампы.
• Высокая стоимость. Цена телевизоров QLED стартует от 120 000 рублей, а модели 2019 года стоят около 330 000 р.

Производство

Технология QLED начала активно разрабатываться в 2004 году. Ученые основали исследовательскую лабораторию QD Vision, вскоре к их штату подключись компании LG Electronics и Samsung. В 2011 году специалисты фирмы Самсунг создали прототип цветного экрана на квантовых частицах, но в серийное производство он не пошел. В 2013 году компания SONY представила флагманский квантовый телевизор KD-65X9000A. В основе модели лежит подсветка Triluminos: в ней применяются синие диоды, а желтые люминофоры отсутствуют.

На выставке CES 2015 было представлено немало разработок. Это модель SUHDTV от Samsung, Ultra HD от LG, QD Vision от китайской компании TCL, ULTRA LED от Hinsense. Самые популярные квантовые телевизоры у компании Самсунг, в 2019 году она представила несколько усовершенствованных новинок в линейке SUHD. Самая доступная модель:

• Название: Samsung 49″ Q7F 4K Smart QLED TV (QE49Q7FAMUXRU).
• Цена: 119 900 р.
• Характеристики: плоский экран с разрешением 3840х2160, показатель качества изображения 3100. Технологии HDR 1500, Ultra Black (устранение бликов от источников внешнего освещения), мощный процессор Q Engine. Управление универсальным пультом One Remote, функции Smart View, Auto Detection, поддержка Dolby Digital Plus. Потребляемая мощность 160 Вт, пиковое значение яркости 73%.
• Плюсы: красивый безрамочный дизайн, естественное изображение, насыщенные цвета, четкая картинка, качественный звук, простое управление.
• Минусы: неудобный блок подключения, нет функции улучшения контрастности изображения.

Если есть возможность купить телевизор на квантовых точках подороже, обратите внимание на линейку Samsung Q9F. Представленную ниже модель признали лучшей среди телевизоров с функцией HDR, она заняла первое место в трех номинациях: REFERENZ, INNOVATION, HIGHLIGHT 2019. Основные функции такие же, как и у предыдущего устройства, но усовершенствованные:

• Название: Samsung 88" Q9F 4K Smart QLED TV (QE88Q9FAMUXRU).
• Цена: 1 499 990 р.
• Характеристики: технология HDR 2000, широчайшие углы обзора, материал корпуса – металл, показатель качества изображения 3400, есть функция улучшения контрастности, повышения четкости передачи динамических сцен. Потребляемая мощность 395 Вт, пиковое значение яркости 88%.
• Плюсы: тонкий, органично вписывается в любой интерьер, имеет максимальный цветовой диапазон, великолепную контрастность, отличается быстродействием.
• Минусы: дорого.

Чем отличаются QLED и OLED

Это два принципиально разных понятия. OLED (organic light-emitting diode) – технология создания телевизоров на органических светодиодах. Между двумя проводниками помещается органическая пленка на углеродной основе. Проводники излучают электрический ток, который улавливают светодиоды, и начинают светиться. Каждый пиксель испускает волну определенного цвета, и стоящие рядом пиксели никак не влияют друг на друга. Телевизоры OLED серийно производят компании LG, Sony, Panasonic. Сравнительные характеристики технологий.

В последнее время наряду с набирает популярность технология , о которой не так давно мы рассказывали на страницах Mediasat. В этот раз мы хотим познакомить читателей с технологией квантовых точек.

Как пишут журналисты The Conversation UK, корейская компания-производитель электроники LG задала тон всем прочим, объявив еще на январской выставке CES-2015 о грядущем выпуске на рынок телевизоров ультравысокой чёткости (Ultra HD) с дисплеями, при производстве которых использована технология квантовых точек – улучшенный метод производства цветных дисплеев.

Что же такое на самом деле «квантовая точка»?

Принцип действия технологии, ставшей новым значительным шагом в производстве дисплеев после , заключается в пропускании лучей синего света через нано-кристаллы размером от двух до десяти нанометров (нм), которые поглощают свет с одной длиной волны и излучают при этом свет другой, определённой длины волны. Каждая точка, в зависимости от своего размера, излучает свет определённого цвета. Перед блоком подсветки экрана помещается плёнка, состоящая из квантовых точек, имеющих размеры, необходимые для излучения красного и зелёного света. Достижение эффекта свечения при помощи квантовых точек сужает длину волн получаемого таким образом красного и зелёного цвета, что значит уменьшение количества света, задерживаемого LCD-фильтром. А это значит, что мы получаем более чёткую цветопередачу и более яркие цвета.

Кадмиевые квантовые точки дают особенно чистую передачу зелёного цвета. NASA

Своим объявлением компания LG опередила других производителей, желающих завоевать лидерские позиции путём улучшения показателей контрастности, насыщенности и расширения цветовой гаммы (диапазона цветов, которые может воспроизводить дисплей) – то есть, всего того, что может дать использование квантовых точек. Всё это делает подобные дисплеи такими, которые идеально подходят для просмотра контента высокой и ультравысокой чёткости, а также для всех тех, кто работает в области графического дизайна, производства фото и видео.

Переход к новому уровню качества телевещания

Переход к Ultra HD телевидению означает не только увеличение числа пикселей и производство экранов более высокого разрешения. Производители и вещатели желают обеспечить создание среды, в которой видео- и фотоизображения, доставляемые зрителю, должны иметь максимально высокий динамический диапазон при сохранении экономической рентабельности для производителя.

И это не что-то из серии «далёкого будущего». На самом деле, новые стандарты – то есть, то, что необходимо для внедрения в жизнь любой новой технологии – уже чётко определены. Стандарт ITU-rec 2020 для телевидения ультравысокой чёткости предусматривает трансляцию телепрограмм на скорости до 120 кадров в секунду, с более высоким битрейтом, а также с расширенной цветовой гаммой и улученной контрастностью.

В настоящее время контент, известный как «программы в стандарте высокой чёткости», транслируется в разрешении 1920 x 1080 пикселей, с определённой частотой кадров, диапазоном цветов и контрастностью, позволяющей воспроизводить его без проблем на любых совместимых дисплеях. Однако как вещательная, так и киноиндустрия уже способны производить материал, который по своему качеству выходит за рамки утвержденного стандарта. Проблема теперь заключается в отсутствии на рынке должного количества устройств, которые могли бы отображать видеоматериал в столь высоком качестве – а стало быть, нет особого смысла производить большое количество контента, который особо не на чем смотреть.

Таким образом, использование квантовых точек расширяет возможности дисплеев ультравысокой чёткости, позволяя в будущем передавать зрителям контент с расширенным динамическим диапазоном. Есть и дополнительное преимущество: квантовые точки намного дешевле всех прочих конкурирующих технологий, используемых для производства дисплеев высокого качества – таких как, например OLED, органические светодиоды. На прошлых выставках CES технология была громко представлена, как следующая величайшая технология будущего, однако, похоже, её звезда начала закатываться, не успев толком взойти на небосвод.

В настоящее время квантовые точки используются лишь в сочетании с другими технологиями подсветки, однако вполне возможна разработка методов, позволяющих использовать их в качестве отдельной технологии. В любом случае, с 2015 года и в ближайшем будущем лучшее в мире качество воспроизведения видео- и фотоконтента в режиме высоких разрешений будут связывать с использованием квантовых точек.