Monitores retroiluminados de puntos cuánticos. ¿Qué son los puntos cuánticos y por qué los necesitas en tu televisor? ¿Qué son los puntos cuánticos?

4 de diciembre de 2016 a las 22:35

Puntos cuánticos y por qué están instalados

• tecnologías cuánticas,
• monitores y televisiones

¡Buenos días, Habrazhiteliki! Creo que mucha gente ha notado que los anuncios sobre pantallas basadas en tecnología de puntos cuánticos, las llamadas pantallas QD – LED (QLED), han comenzado a aparecer cada vez con más frecuencia, y a pesar de que este momento es sólo marketing. Similar a LED TV y Retina, esta es una tecnología para crear Pantallas LCD, utilizando LED basados ​​en puntos cuánticos como luz de fondo.

Su humilde servidor decidió descubrir qué son los puntos cuánticos y para qué se utilizan.

en lugar de introducir

Punto cuántico- un fragmento de un conductor o semiconductor, cuyos portadores de carga (electrones o huecos) están limitados en el espacio en las tres dimensiones. El tamaño de un punto cuántico debe ser lo suficientemente pequeño para que los efectos cuánticos sean significativos. Esto se logra si la energía cinética del electrón es notablemente mayor que todas las demás escalas de energía: en primer lugar más temperatura, expresado en unidades de energía. Los puntos cuánticos fueron sintetizados por primera vez a principios de la década de 1980 por Alexei Ekimov en una matriz de vidrio y por Louis E. Brous en soluciones coloidales. El término "punto cuántico" fue acuñado por Mark Reed.

El espectro de energía de un punto cuántico es discreto y la distancia entre los niveles de energía estacionarios del portador de carga depende del tamaño del propio punto cuántico como - ħ/(2md^2), donde:

1. ħ - constante de Planck reducida;
2. d- tamaño característico puntos;
3. m es la masa efectiva de un electrón en un punto

si hablamos en lenguaje sencillo entonces un punto cuántico es un semiconductor, Características electricas que depende de su tamaño y forma.

Por ejemplo, cuando un electrón pasa a un nivel de energía inferior, se emite un fotón; Dado que se puede ajustar el tamaño de un punto cuántico, también se puede cambiar la energía del fotón emitido y, por tanto, cambiar el color de la luz emitida por el punto cuántico.

Tipos de puntos cuánticos

Hay dos tipos:

• puntos cuánticos epitaxiales;
• Puntos cuánticos coloidales.

De hecho, reciben su nombre por los métodos utilizados para obtenerlos. No hablaré de ellos en detalle debido a la gran cantidad de términos químicos (Google me ayudará). Solo agregaré que mediante síntesis coloidal es posible obtener nanocristales recubiertos con una capa de moléculas de tensioactivo adsorbidas. Por tanto, son solubles en disolventes orgánicos y, tras modificación, también en disolventes polares.

Diseño de puntos cuánticos

Normalmente, un punto cuántico es un cristal semiconductor en el que se realizan efectos cuánticos. Un electrón en un cristal de este tipo se siente como si estuviera en un pozo de potencial tridimensional y tiene muchos niveles de energía estacionarios. En consecuencia, al pasar de un nivel a otro, un punto cuántico puede emitir un fotón. Con todo ello, las transiciones son fáciles de controlar cambiando las dimensiones del cristal. También es posible transferir un electrón a un nivel de energía alto y recibir radiación de la transición entre niveles inferiores y, como resultado, obtenemos luminiscencia. En realidad, fue la observación de este fenómeno la que sirvió como primera observación de los puntos cuánticos.

Ahora sobre las pantallas

La historia de las pantallas completas comenzó en febrero de 2011, cuando Samsung Electronics presentó el desarrollo de una pantalla a todo color basada en puntos cuánticos QLED. Era una pantalla de 4 pulgadas controlada matriz activa, es decir. Cada píxel de punto cuántico de color se puede activar y desactivar mediante un transistor de película delgada.

Para crear un prototipo, se aplica una capa de solución de puntos cuánticos a una placa de circuito de silicio y se rocía un disolvente. Luego se presiona un sello de goma con una superficie de peine en la capa de puntos cuánticos, se separa y se estampa sobre vidrio o plástico flexible. Así es como se aplican franjas de puntos cuánticos a un sustrato. En las pantallas a color, cada píxel contiene un subpíxel rojo, verde o azul. Por ello, estos colores se utilizan con diferentes intensidades para obtener el máximo más sombras.

El siguiente paso en el desarrollo fue la publicación de un artículo de científicos del Instituto Indio de Ciencias de Bangalore. ¿Dónde se describieron los puntos cuánticos que no sólo brillan? naranja, pero también en la gama que va del verde oscuro al rojo.

¿Por qué la pantalla LCD es peor?

La principal diferencia entre una pantalla QLED y una LCD es que esta última puede cubrir sólo el 20-30% gama de colores. También en Televisores QLED No es necesario utilizar una capa con filtros de luz, ya que los cristales, cuando se les aplica voltaje, siempre emiten luz con una longitud de onda claramente definida y, como resultado, con el mismo valor de color.

También hubo noticias sobre la venta de una pantalla de computadora en puntos cuánticos en China. Desafortunadamente, no he tenido la oportunidad de comprobarlo con mis propios ojos, a diferencia de lo que ocurre en la televisión.

PD Vale la pena señalar que el ámbito de aplicación de los puntos cuánticos no se limita únicamente a los monitores LED, sino que también se pueden utilizar en; transistores de efecto de campo, fotocélulas, diodos láser, también están estudiando la posibilidad de utilizarlos en medicina y computación cuántica.

PPS Si hablamos de mi opinión personal, entonces creo que no serán populares durante los próximos diez años, no porque sean poco conocidos, sino porque los precios de estas pantallas están por las nubes, pero todavía quiero esperar que la tecnología cuántica Los puntos encontrarán su aplicación en la medicina y se utilizarán no sólo para aumentar las ganancias, sino también para buenos propósitos.

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Con este material, solo abrimos una serie de artículos sobre la línea superior de televisores Samsung de 2016, y en cada uno de ellos revelaremos con un poco más de detalle la esencia de su inherente tecnologías clave y características: puntos cuánticos, HDR 1000, Smart TV, pantalla curva junto con el característico diseño de 360°. Hoy estamos hablando acerca de sobre el modelo superior actual de la familia: el KS9000.

El KS9000, sin embargo, ha absorbido todo el complejo de los últimos logros de Samsung en el campo de la creación de televisores LCD; es una especie de pináculo, un estándar de esta tecnología; En primer lugar, el efecto se logra mediante la última tecnología de retroiluminación LED que utiliza puntos cuánticos. Hablemos de ello con más detalle.

⇡ Revisión en video de la línea Samsung SUHD 2016

⇡ Puntos cuánticos

La tecnología de nanocristales semiconductores ha atraído durante mucho tiempo a los ingenieros de imágenes. Más precisamente, atrae la dependencia física de la longitud de onda de la luz emitida (y, en consecuencia, del color) del tamaño del cristal. Esto es muy conveniente, solo necesitas hacer crecer los cristales necesarios y ¡listo! - tenemos una fuente de radiación de color puro sin filtros.

¡Y aprendimos cómo hacer crecer cristales de sólo unos pocos nanómetros de tamaño! En 2011 año Samsung presentado por primera vez prototipo un televisor que muestra imágenes únicamente gracias a puntos cuánticos autoluminiscentes. Es cierto que siguió siendo un concepto, un indicio de grandes logros futuros. Y por ahora vemos una etapa de transición.

El televisor Samsung SUHD del año modelo 2016 utiliza la tecnología clásica de cristal líquido que utiliza matrices de tipo VA, y a los puntos cuánticos solo se les asigna el papel de una capa entre cristales líquidos Y luz de fondo LED. Este último hace que los cristales que varían en tamaño de 3 a 7 nanómetros sean luminiscentes, y sí, lo hacen en diferentes colores.

Otro efecto del uso. Punto cuántico en lugar de filtros de luz, sin pérdida de brillo. Además, entre los diodos y el difusor "cuántico" interviene una capa especial que genera luz adicional. Como resultado, Samsung reclama 1000 nits honestos para sus televisores de la serie KS, y puede confiar en este número. Los televisores con puntos cuánticos muestran simultáneamente más tonos, siguen con mayor precisión la idea del autor sobre la reproducción cromática y, al mismo tiempo, resultan más brillantes, y en el último caso, la separación de los modelos OLED, que tienen problemas inherentes con el brillo. , es especialmente notable.

Pasemos a la historia del propio Samsung KS9000.

⇡ Diseño e interfaces

Los televisores son los mismos dispositivos que, por ejemplo, los teléfonos inteligentes. Y las tendencias en su diseño son exactamente las mismas: monturas más pequeñas, más delgado que el borde, más metal en el diseño. El estilo de la línea 2016 se llamó “Diseño 360°”, no porque la parte posterior del televisor tenga la misma pantalla que la parte frontal (aunque existen experimentos de este tipo), sino por el “flujo” visual de las superficies unas dentro de otras. como si no tuviera articulaciones. No describiremos el concepto en detalle, simplemente admitiremos que el Samsung KS9000 es hermoso: el panel frontal está completamente ocupado por la pantalla, la parte trasera está elegantemente pulida y el grosor es de unos pocos milímetros.

Se ha vuelto significativamente más pequeño que antes, pero incluye juego completo interfaces requeridas: 4 × HDMI, 2 × USB, jack de audio óptico, conectores de antena. En el propio televisor, además del propio puerto One Connect, vemos otro USB, Ethernet y una ranura de expansión Common Interface.

Otra característica es la falta de botones visibles. Están ocultos en el borde inferior, justo debajo de la placa luminosa con el nombre del fabricante.

Observemos también la elegante pata de metal: si normalmente este detalle no evoca ninguna emoción (de todos modos, los televisores de pantalla plana están diseñados para colgarse en la pared), entonces, para un modelo curvo, la colocación en un gabinete parece más relevante.

Un encanto especial es cómo los ingenieros pudieron colocar la salida del altavoz en el espacio entre la pata/varilla de montaje en pared y el cuerpo. Una solución muy elegante.

No tiene sentido escribir sobre las dimensiones: dependen principalmente de la diagonal. El KS9000 viene en cuatro tamaños: 49, 55, 65 y 78 pulgadas.

⇡ EleganteTelevisor y mando a distancia

Los televisores aprendieron a conectarse a Internet y brindar acceso directo a diversos juegos y servicios de video bajo demanda hace más de siete años; durante todo este tiempo, el sistema solo se estaba perfeccionando y finalmente apagó el dispositivo. manera simple Reproduzca imágenes en su centro de entretenimiento doméstico.

Para el control, se utiliza un control remoto de forma inusual, pero de contenido bastante tradicional, con un mínimo de teclas, pero capaz de controlar muchos dispositivos a la vez.

Esto último se logra mediante el concepto Smart Hub: el televisor reconoce exactamente qué está conectado a sus puertos y le permite controlar el receptor, el reproductor de Blu-ray, etc., sin cambiar el control remoto. Es muy cómodo.

Le contaremos más sobre Smart TV de Samsung a partir de 2016 en uno de los siguientes artículos, pero aquí nos centraremos en los puntos clave.

En el centro de todo se encuentra procesador de cuatro núcleos, que proporciona no sólo rendimiento de shell y multitarea, sino también extremadamente procesamiento de alta calidad señal proveniente de fuentes externas. Teniendo en cuenta la necesidad de trabajar con la señal HDR más compleja y la capacidad de escalar HDR (más sobre esto más adelante), hay trabajo más que suficiente para ello.

Entre otras cosas, el KS9000 tiene un reproductor multimedia completo incorporado que puede reproducir archivos en Contenedores MKV, MP4 y M2TS, y con apoyo total Vídeo HDR: todo lo que queda es encontrar este vídeo de alguna manera. Una enorme reserva para el futuro.

En la primera Encendiendo Samsung KS9000 solicita permiso para conectarse a cualquier red wifi disponible- naturalmente, hay módulo inalámbrico. A continuación tenemos acceso a un número serio. aplicaciones instaladas, cuyo número sólo aumentará con las actualizaciones del sistema. El Smart TV de marca se basa en su propio sistema operativo sistema tizen, que anteriormente se planeó implementar activamente en teléfonos inteligentes Samsung- ahora presta servicio principalmente a televisores. La ya mencionada multitarea, la velocidad y el bajo riesgo de contraer un virus mientras navega por la web (debido a la baja prevalencia del sistema operativo, prácticamente no están escritos para ello) son sus ventajas. Pero por si acaso, Samsung también utiliza software antivirus: problemas con malware no debería haber de la palabra "en absoluto".

La interfaz tanto de Smart TV como del menú de configuración es sumamente concisa y sencilla. De chips de marca Resaltemos la capacidad de obtener una vista previa de videos populares/recomendados de otras aplicaciones en cualquier pantalla. La gama de servicios es amplia: Netflix, ivi, OKKO, Megogo y muchos otros.

También es posible jugar sin conexión dispositivo externo- y de dos maneras. O a simples arcades en aplicación estándar“Juegos”, o juegos del nivel PS4 y Xbox mediante entrega de contenido en streaming en el servicio GameFly. Para usarlo necesitas tener cuenta Samsung.

⇡ Imagen

Samsung no ha revelado desde hace bastante tiempo características del pasaporte sus televisores, negándose a hablar de contraste o luminosidad mínima del campo negro. Esto, sin embargo, no significa que se estén escondiendo de nosotros. la terrible verdad, - es solo que en un momento la interminable carrera de números condujo a resultados bastante ridículos, cuando las empresas se midieron mediante relaciones de contraste medidas en millones a uno. Confirmar o desmentir estos números respecto del llamado contraste dinamico, era imposible, y el contraste real y estático era de varios miles a uno. Y este es un muy buen resultado.

Con la llegada del estándar HDR (hablaremos de ello con más detalle en uno de los siguientes artículos), tuvo sentido y mayor resolución- cuando aumento simple la cantidad de puntos mostrados agregó un aumento significativo en los detalles en las sombras y luces de la imagen (es decir, rango dinámico ampliado), la imagen comenzó a verse realmente impresionante.

La resolución nativa del panel KS9000 es naturalmente 3840 × 2160. Al utilizar 1152 unidades de retroiluminación obtenemos nivel alto Contraste dinámico con brillo mínimo para una pantalla LCD. El contraste, dependiendo del modo de usuario, es de aproximadamente 4000:1 - 5000:1. Y no a expensas de la luminosidad, que también en el cine y modo de juego, configurado principalmente para lograr la máxima profundidad de negro, alcanza los 500 cd/m2. Además de esto, el panel está equipado con una capa antirreflejos Ultra Black. Según el fabricante, absorbe el 99,7% de la luz exterior. No es fácil de creer, pero el hecho es un hecho: prácticamente no hay deslumbramiento, es cómodo mirar televisión. luz incluso con la luz de fondo no encendida al límite.

Otras dos bazas importantes del KS9000 son la máxima suavidad de visualización del movimiento y el tiempo de respuesta. Estas son sólo impresiones visuales y subjetivas, pero no se notan artefactos, desenfoques ni rastros. Tampoco habrá problemas en el modo de juego; de hecho, los paneles LCD siempre han tenido tiempos de respuesta decentes y este VA no es una excepción.

Y por supuesto, como corresponde a un televisor de gama alta de 2016, hay un panel curvo, que a algunos les gusta y a otros no, pero su implementación es muy buena. Gracias a la tecnología Auto Depth Enhancer, la profundidad de cada plano se calcula por separado y las distorsiones ópticas se reducen al mínimo.

⇡ Conclusión

Samsung KS 9000 es, si no el límite lógico de la tecnología LCD, al menos el pico obvio en este momento. En el contexto de un panel de 10 bits, el uso de un filtro de puntos cuánticos único y Tecnologías HDR 1000, que proporciona un alto rango dinámico que antes no estaba disponible, otras ventajas tecnológicas, como 4K nativo, altos niveles de contraste, procesamiento de movimiento casi perfecto y el Smart TV bellamente implementado de 2016, incluso pasan a un segundo plano. Un televisor excelente en todos los sentidos.

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EN Últimamente Al mismo tiempo, está ganando popularidad la tecnología de la que hablamos recientemente en las páginas de Mediasat. Esta vez queremos presentarles a los lectores la tecnología de puntos cuánticos.

Como escriben los periodistas de The Conversation UK, el fabricante coreano de productos electrónicos LG marcó la pauta para todos los demás al anunciar en la exposición CES 2015 de enero el próximo lanzamiento de televisores ultra al mercado. alta definición(Ultra HD) con pantallas que utilizan tecnología de puntos cuánticos, un método mejorado para producir pantallas en color.

¿Qué es exactamente un “punto cuántico”?

El principio de funcionamiento de la tecnología, que posteriormente se convirtió en un nuevo paso significativo en la producción de pantallas, es la transmisión de rayos. luz azul a través de nanocristales que varían en tamaño de dos a diez nanómetros (nm), que absorben luz de una longitud de onda y emiten luz de otra longitud de onda específica. Cada punto, dependiendo de su tamaño, emite luz un cierto color. Delante de la unidad de retroiluminación de la pantalla se coloca una película formada por puntos cuánticos que tienen las dimensiones necesarias para emitir luz roja y verde. Lograr un efecto de brillo utilizando puntos cuánticos reduce la longitud de onda del rojo y Color verde, lo que significa reducir la cantidad de luz bloqueada por el filtro LCD. Esto significa que obtenemos una reproducción del color más clara y colores más vibrantes.

Los puntos cuánticos de cadmio producen un color verde particularmente puro. NASA

Con su anuncio, LG se adelanta a otros fabricantes que quieren ganar una posición de liderazgo mejorando el contraste, la saturación y ampliando la gama de colores (la gama de colores que una pantalla puede reproducir), es decir, todo lo que puede hacer el uso de puntos cuánticos. proporcionar. Todo esto hace que estas pantallas sean ideales para visualizar contenidos en alta definición y ultra alta definición, así como para todos aquellos que trabajan en el campo. diseño gráfico, producción de fotografías y videos.

Transición a un nuevo nivel de calidad de TV

La transición a la televisión Ultra HD no significa sólo aumentar el número de píxeles y producir pantallas de mayor resolución. Los fabricantes y emisoras quieren proporcionar un entorno en el que el vídeo y las imágenes fijas entregadas al espectador tengan el rango dinámico más alto posible manteniendo al mismo tiempo rentabilidad económica para el fabricante.

Y esto no es algo de la serie “futuro lejano”. De hecho, lo que se necesita son nuevos estándares para implementar cualquier nueva tecnología– ya están claramente definidos. El estándar ITU-rec 2020 para televisión de ultra alta definición permite transmitir programas de televisión a velocidades de hasta 120 fotogramas por segundo, con una velocidad de bits más alta, así como con velocidad ampliada. esquema de colores y contraste mejorado.

Actualmente, el contenido conocido como “programación de alta definición” se transmite con una resolución de 1920 x 1080 píxeles, con una velocidad de fotogramas, una gama de colores y un contraste específicos que permiten reproducirlo sin problemas en cualquier pantalla compatible. Sin embargo, tanto la industria audiovisual como la cinematográfica ya son capaces de producir material cuya calidad supera el estándar aprobado. El problema ahora es la falta de un número suficiente de dispositivos en el mercado que puedan reproducir material de vídeo con una calidad tan alta y, por lo tanto, no tiene mucho sentido producir un gran número de Contenido que no es mucho que ver.

Por lo tanto, el uso de puntos cuánticos amplía las capacidades de las pantallas de ultra alta definición, permitiendo en el futuro transmitir contenido a los espectadores con mayor gama dinámica. También hay beneficio adicional: Los puntos cuánticos son mucho más baratos que todas las demás tecnologías de visualización de la competencia Alta calidad– como OLED, diodos emisores de luz orgánicos. En el pasado CES, la tecnología fue promocionada en voz alta como la próxima gran tecnología del futuro, pero parece que su estrella ha comenzado a ponerse antes de que se haya elevado por completo en el cielo.

Actualmente, los puntos cuánticos sólo se utilizan en combinación con otras tecnologías de iluminación, pero es posible desarrollar métodos que permitan utilizarlos como una tecnología independiente. En cualquier caso, desde 2015 y en un futuro próximo, la reproducción de contenidos de vídeo y fotografía con mejor calidad del mundo en altas resoluciones se asociarán mediante puntos cuánticos.