Мониторы с подсветкой на квантовых точках. Что такое квантовые точки и зачем они нужны в вашем телевизоре? Что такое квантовые точки

4 декабря 2016 в 22:35

Квантовые точки и зачем их ставят

• Квантовые технологии ,
• Мониторы и ТВ

Доброе время суток, Хабражители! Я думаю многие заметили, что все чаще и чаще стала появляться реклама о дисплеях основанных на технологии квантовых точек, так называемые QD – LED (QLED) дисплеи и несмотря на то, что на данный момент это всего лишь маркетинг. Аналогично LED TV и Retina это технология создания дисплеев LCD, использующая в качестве подсветки светодиоды на основе квантовых точек.

Ваш покорный слуга решил все же разобраться что такое квантовые точки и с чем их едят.

Вместо введения

Квантовая точка - фрагмент проводника или полупроводника, носители заряда (электроны или дырки) которого ограничены в пространстве по всем трём измерениям. Размер квантовой точки должен быть настолько мал, чтобы квантовые эффекты были существенными. Это достигается, если кинетическая энергия электрона заметно больше всех других энергетических масштабов: в первую очередь больше температуры, выраженной в энергетических единицах. Квантовые точки были впервые синтезированы в начале 1980-х годов Алексеем Екимовым в стеклянной матрице и Луи Е. Брусом в коллоидных растворах. Термин «квантовая точка» был предложен Марком Ридом.

Энергетический спектр квантовой точки дискретен, а расстояние между стационарными уровнями энергии носителя заряда зависит от размера самой квантовой точки как - ħ/(2md^2), где:

1. ħ - приведённая постоянная Планка;
2. d - характерный размер точки;
3. m - эффективная масса электрона на точке

Если же говорить простым языком то квантовая точка - это полупроводник, электрические характеристики которого зависят от его размера и формы.

Например, при переходе электрона на энергетический уровень ниже, испускается фотон; так как можно регулировать размер квантовой точки, то можно и изменять энергию испускаемого фотона, а значит, изменять цвет испускаемого квантовой точкой света.

Типы квантовых точек

Различают два типа:

• эпитаксиальные квантовые точки;
• коллоидные квантовые точки.

По сути они названы так по методам их получения. Подробно говорить о них не буду в силу большого количества химических терминов (гугл в помощь) . Добавлю только, что при помощи коллоидного синтеза можно получать нанокристаллы, покрытые слоем адсорбированных поверхностно-активных молекул. Таким образом, они растворимы в органических растворителях, после модификации - также в полярных растворителях.

Конструкция квантовых точек

Обычно квантовой точкой является кристалл полупроводника, в котором реализуются квантовые эффекты. Электрон в таком кристалле чувствует себя как в трех мерной потенциальной яме и имеет много стационарных уровней энергии. Соответственно при переходе с одного уровня на другой квантовой точкой может излучать фотон. При всем при этом переходами легко управлять меняя размеры кристалла. Возможно также перекинуть электрон на высокий энергетический уровень и получать излучение от перехода между более низколежащими уровнями и как следствия получаем люминесценцию. Собственно, именно наблюдение данного явления и послужило первым наблюдением квантовых точек.

Теперь о дисплеях

История полноценных дисплеев началась в феврале 2011 года, когда Samsung Electronics представили разработки полноцветного дисплея на основе квантовых точек QLED. Это был 4-х дюймовый дисплей управляемый активной матрицей, т.е. каждый цветной пиксель с квантовой точкой может включаться и выключаться тонкоплёночным транзистором.

Для создания прототипа на кремневую плату наносят слой раствора квантовых точек и напыляется растворитель. После чего в слой квантовых точек запрессовывается резиновый штамп с гребенчатой поверхностью, отделяется и штампуется на стекло или гибкий пластик. Так осуществляется нанесение полосок квантовых точек на подложку. В цветных дисплеях каждый пиксель содержит красный, зелёный или синий субпиксель. Соответственно эти цвета используются с разной интенсивностью для получения как можно большего количества оттенков.

Следующим шагом в развитии стала публикация статьи ученными из Индийского Института Науки в Бангалоре. Где было описаны квантовые точки которые люминесцируют не только оранжевым цветом, но и в диапазоне от темно-зеленого до красного.

Чем ЖК хуже?

Основное отличие QLED-дисплея от ЖК состоит в том, что вторые способны охватить только 20-30% цветового диапазона. Так же в телевизорах QLED отпадает необходимость в использовании слоя с светофильтрами, так как кристаллы при подаче на них напряжения излучают свет всегда с четко определенной длиной волны и как результат с одинаковым цветовым значением.

Так же были новости о продаже компьютерного дисплея на квантовых точках в Китае. К сожалению, воочию проверить, в отличии от телевизора мне еще не довелось.

P.S. Стоит отметь что область применения квантовых точек не ограничивается только LED - мониторами, помимо всего прочего они могут применяться, в полевых транзисторах, фотоэлементах, лазерных диодах, так же проходят исследование возможности применение их в медицине и квантовых вычислениях.

P.P.S. Если же говорить о моем личном мнении, то я считаю, что ближайший десяток лет популярностью пользоваться они не будут, не из-за того, что мало известны, а потому, как цены на данные дисплеи заоблачные, но все же хочется надеяться, что квантовые точки найдут свое применение и в медицине, и буду использоваться не только для увеличения прибыли, но и в благих целях.

Теги:

• QLED
• LED
• Quantum display

Добавить метки

Этим материалом мы только открываем серию статей о топовой линейке телевизоров Samsung образца 2016 года - и в каждом из них мы будем чуть подробнее раскрывать суть присущих им ключевых технологий и признаков: квантовых точек, HDR 1000, Smart TV, изогнутого дисплея вместе с фирменным дизайном 360°. Сегодня речь идет об актуальной топовой модели в семействе - KS9000.

KS9000, впрочем, вобрала в себя весь комплекс последних достижений Samsung в области создания ЖК-телевизоров, это своеобразная вершина, эталон данной технологии. В первую очередь эффект достигается за счет новейшей технологии светодиодной подсветки с использованием квантовых точек. Поговорим о ней подробнее.

⇡ Видеообзор линейки Samsung SUHD 2016 года

⇡ Квантовые точки

Технология использования нанокристаллов полупроводников давно привлекает инженеров, занимающихся изображением. Точнее, привлекает физическая зависимость длины излучаемой световой волны (а соответственно, и цвета) от размеров кристалла. Это очень удобно, достаточно просто вырастить нужные кристаллы, и - вуаля! - у нас с вами источник чистого цветового излучения без светофильтров.

И выращивать кристаллы размером в считаные нанометры научились! В 2011 году Samsung впервые представила опытный образец телевизора, показывающего изображение исключительно за счет самостоятельно люминесцирующих квантовых точек. Он, правда, так и остался концептом, намеком на будущие великие свершения. И пока мы видим переходный этап.

В Samsung SUHD TV 2016-го модельного года используется классическая жидкокристаллическая технология с применением матриц VA-типа - а квантовым точкам отводится лишь роль прослойки между жидкими кристаллами и светодиодной подсветкой. Последняя и заставляет кристаллы размером от 3 до 7 нанометров люминесцировать - и да, они делают это разными цветами.

Еще один эффект от использования Quantum Dot вместо светофильтров - отсутствие потери на них яркости. Дополнительно к этому работает специальный слой между диодами и «квантовым» рассеивателем, генерирующий дополнительный свет. В итоге Samsung для своих телевизоров KS-серии заявляет честные 1000 нит - и этому числу можно верить. Телевизоры с квантовыми точками одновременно показывают больше оттенков, точнее следуют авторской идее цветопередачи и при этом оказываются более яркими - причем в последнем случае особенно заметен отрыв от OLED-моделей, у которых с яркостью как раз врожденные проблемы.

Перейдем непосредственно к рассказу о самом Samsung KS9000.

⇡ Дизайн и интерфейсы

Телевизоры - такие же гаджеты, как, например, и смартфоны. И тенденции в их оформлении ровно те же: меньше рамки, тоньше грани, больше металла в оформлении. Стиль линейки 2016 года получил имя «Дизайн 360°» - не потому, что сзади у телевизора такой же экран, как и спереди (хотя есть и такие опыты), а из-за визуального «перетекания» поверхностей одна в другую, словно без стыков. Расписывать концепцию подробно не будем, просто признаемся, что Samsung KS9000 красив: переднюю панель целиком занимает экран, задняя - элегантно отшлифована, а толщина составляет считаные миллиметры.

Он стал значительно меньше, чем раньше, но включает в себя полный набор необходимых интерфейсов: 4 × HDMI, 2 × USB, оптический аудиоразъем, антенные разъемы. На самом телевизоре, помимо собственно порта One Connect, мы видим еще один USB, Ethernet и слот расширения Common Interface.

Другая особенность - отсутствие видимых кнопок. Они спрятаны на нижней грани, прямо под светящейся плашкой с именем компании-производителя.

Отметим также элегантную металлическую ножку: если обычно эта деталь не вызывает никаких эмоций - все равно плоскопанельные телевизоры созданы для того, чтобы их вешать на стену, то для изогнутой модели размещение на тумбе смотрится более актуальным.

Отдельная прелесть - как инженеры смогли разместить вывод динамиков в зазоре между штангой для ножки/настенного крепежа и корпусом. Очень изящное решение.

Про габариты писать бессмысленно - они зависят в первую очередь от диагонали. Модель KS9000 поставляется в четырех вариантах: 49, 55, 65 и 78 дюймов.

⇡ Smart TV и пульт управления

Телевизоры научились выходить в Интернет и предоставлять прямой доступ к различным игровым и Video-On-Demand сервисам уже более чем семь лет назад - все это время система только оттачивалась, окончательно превращая устройство из простого способа воспроизведения картинки в центр домашних развлечений.

Для управления используется необычный по форме, но вполне традиционный по содержанию пульт ДУ - с минимумом клавиш, но способный управлять сразу множеством устройств.

Последнее обеспечивается за счет концепции Smart Hub - телевизор распознает, что именно подключено к его портам, и позволяет командовать ресивером, Blu-ray-плеером и так далее, не меняя пульт. Это очень удобно.

Подробнее про Smart TV от Samsung образца 2016 года мы расскажем в одной из следующих статей, здесь же сконцентрируемся на ключевых моментах.

В основе всего лежит четырехъядерный процессор, который обеспечивает не только быстродействие оболочки и многозадачность, но и предельно качественную обработку сигнала, поступающего с внешних источников. С учетом необходимости работать со сложнейшим HDR-сигналом и способности к HDR-апскейлингу (об этом позже) - дел для него хватит с лихвой.

Помимо прочего, в KS9000 встроен полноценный медиаплеер, способный воспроизводить файлы в контейнерах MKV, MP4 и M2TS, причем с полноценной поддержкой HDR-видео - остается только найти это самое видео в каком-либо доступе. Огромный задел на будущее.

При первом же включении Samsung KS9000 просит разрешения подсоединиться к любой доступной Wi-Fi-сети - естественно, тут есть беспроводной модуль. Далее мы получаем доступ к серьезному числу установленных приложений, количество которых будет только увеличиваться с обновлением системы. В основе фирменного Smart TV лежит собственная операционная система Tizen, которую раньше планировалось активно внедрять в смартфонах Samsung - теперь же она в первую очередь обслуживает телевизоры. Уже упомянутая многозадачность, скорость и малый риск схватить вирус при веб-серфинге (в силу малой распространенности ОС под нее их практически не пишут) - ее достоинства. Но на всякий случай Samsung использует еще и антивирусное ПО - проблем с вредоносными программами быть не должно от слова «совсем».

Интерфейс как Smart TV, так и меню настроек предельно лаконичен и прост. Из фирменных фишек выделим возможность предпросмотра популярных/рекомендованных видео из других приложений на любом экране. Набор сервисов обширен: Netflix, ivi, OKKO, Megogo и многие другие.

Есть и возможность поиграть без подключения внешнего устройства - причем двумя способами. Или в простенькие аркады в стандартном приложении «Игры», или в игры уровня PS4 и Xbox за счет потоковой доставки контента в сервисе GameFly. Для пользования им необходимо завести учетную запись Samsung.

⇡ Картинка

Samsung уже довольно давно не раскрывает паспортные характеристики своих телевизоров, отказываясь говорить о контрасте или минимальной светимости черного поля. Это, впрочем, не означает, что от нас скрывают страшную правду, - просто в свое время бесконечная гонка цифр привела к довольно нелепым результатам, когда компании мерились показателями контрастности, измеряемыми миллионами к одному. Подтвердить или опровергнуть эти числа, касающиеся так называемой динамической контрастности, было невозможно, а реальный, статический контраст составлял несколько тысяч к одному. Причем это очень хороший результат.

С появлением стандарта HDR (мы расскажем о нем подробнее в одной из следующих статей) обрело смысл и повышенное разрешение - когда к простому увеличению числа отображаемых точек добавился значительный прирост детализации в тенях и на светлых участках изображения (то есть расширенный динамический диапазон), картинка стала выглядеть по-настоящему впечатляюще.

Нативное разрешение панели KS9000 - естественно, 3840 × 2160. За счет использования 1152 блоков подсветки мы получаем высокий уровень динамической контрастности с минимальными для ЖК засветами. Контрастность в зависимости от пользовательского режима держится в районе 4000:1 - 5000:1. Причем не в ущерб яркости, которая даже в кино- и игровом режиме, настроенных в первую очередь на достижение максимальной глубины черного, достигает 500 кд/м 2 . Вдобавок к этому панель оснащена противобликовым слоем Ultra Black. По утверждению производителя, она поглощает 99,7 % внешнего света. Поверить в это нелегко, но факт есть факт - бликов практически нет, смотреть телевизор комфортно при дневном освещении даже с не выкрученной до предела подсветкой.

Еще два важнейших козыря KS9000 - высочайшая гладкость отображения движения и время отклика. Это только визуальные, субъективные впечатления, но никаких артефактов, смаза и шлейфов не заметно. Проблем в игровом режиме тоже не будет - собственно, ЖК-панели всегда отличались приличным временем отклика, и эта VA - не исключение.

Ну и конечно же, как подобает топовому телевизору 2016 года, - тут изогнутая панель, что кому-то нравится, кому-то нет, - но реализация ее весьма хороша. За счет технологии Auto Depth Enhancer прорабатывается глубина каждого плана в отдельности, оптические искажения сводятся к минимуму.

⇡ Заключение

Samsung KS 9000 - это если и не логический предел технологии ЖК, то как минимум очевидная вершина на данный момент. На фоне 10-битной панели, использования уникального фильтра на квантовых точках и технологии HDR 1000, обеспечивающей недоступный ранее расширенный динамический диапазон, остальные технологические преимущества, такие как нативное 4К, высокий уровень контрастности, почти идеальная отработка движения и прекрасно реализованное Smart TV 2016 года, даже отходят на второй план. Превосходный телевизор во всех отношениях.

Выражаем благодарность фирменному магазину Samsung в ГУМе за предоставленную возможность для съемки

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.