Телевизор lg на квантовых точках. Дисплей на квантовых точках. Технология OLED — Органические светодиоды

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 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.

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 компании LG, Sony и Samsung выпускают телевизоры на квантовых точках и полностью отвлекают внимание и ресурсы от разработки -телевизоров.

На выставке CES 2016 компания Samsung показала новые флагманские телевизоры SUHD, в каждом из которых применена технология квантовых точек.

Квантовые точки – технология, которая стимулирует создание телевизоров с высоким динамическим диапазоном () и создание нового стандарта .

Что такое квантовые точки спросите вы? А вот и ответ:

– это невероятно маленькие частицы. Они варьируются от 2 до 10 нанометров в диаметре, что эквивалентно 50 атомам. Вы не можете измерить эти вещи, используя свою школьную линейку. Именно этот небольшой размер придает квантовым точкам уникальные свойства для улучшения этой технологии.

Цветной свет, излучаемый квантовой точкой, непосредственно связан с его размером. Более мелкие точки кажутся синими, более крупные – красными. В жидкокристаллических экранах они применяются как способ устранения необходимости в белых светодиодных подсветках и цветовых фильтрах.

Как объясняет президент DisplayMate «вместо использования существующих белых светодиодов (которые имеют желтый люминофор), которые дают широкий спектр света, но не показывают насыщенные цвета, квантовые точки непосредственно преобразуют свет от светодиодов в насыщенные узкополосные первичные цвета для ЖК-дисплеев ».

Преимущества квантовых точек

Для ЖК-экранов преимущества огромны. Более высокая яркость – одна из причин, по которой производители телевизоров любят квантовые точки, – это то, что они позволяют им выпускать телевизоры с гораздо более высокой яркостью. Это открывает интересные возможности, такие как поддержка для телевизоров высокого динамического диапазона .

Dolby Vision – это стандарт фильмов, который хранит больше информации о цвете и контрасте. В результате получаются изображения более «динамичными» и реалистичными.

Нужно ли Dolby Vision?

• Лучшая цветопередача – еще одно большое преимущество квантовых точек – улучшение цветовой точности. Свет, создаваемый квантовыми точками, настолько тесно связан с их размером, что их можно настроить очень точно, чтобы излучать точный свет.
• Более высокая насыщенность цвета. Одним из преимуществ, которые некоторые называют недостатком является то, что на OLED-экранах и на наблюдается насыщенность цвета. Цвета на экранах OLED просто «трещат» больше из-за огромной цветовой гаммы OLED-экранов. Квантовые точки могут увеличить цветовую гамму на ЖК-экранах на 40-50%.

Квантовые точки - это крошечные кристаллы, излучающие свет с точно регулируемым цветовым значением. Технология Quantum dot LED существенно повышает качество изображения, не влияя при этом на конечную стоимость устройств, в теории:).

Обычные жидкокристаллические телевизоры могут охватывать лишь 20–30% цветового диапазона, который способен воспринимать человеческий глаз. Изображение на обладает большой реалистичностью, но данная технология не ориентирована на массовое производство больших диагоналей дисплеев. Кто следит за рынком телевизоров, помнит, что еще в начале 2013 года Sony представила первый телевизор на основе квантовых точек (Quantum dot LED, QLED) . Крупные производители телевизоров выпустят модели телевизоров на квантовых точках в этом году, Samsung их уже представил в России под названием SUHD, но об этом в конце статьи. Давайте узнаем, чем отличаются дисплеи, произведенные по QLED технологии, от уже привычных ЖК-телевизоров.

В ЖК-телевизорах отсутствуют чистые цвета

Ведь жидкокристаллические дисплеи состоят из 5 слоев: источником является белый свет, излучаемый светодиодами, который проходит через несколько поляризационных фильтров. Фильтры, расположенные спереди и сзади, в совокупности с жидкими кристаллами управляют проходящим световым потоком, понижая или повышая его яркость. Это происходит благодаря транзисторам пикселей, влияющие на количество света, проходимое через светофильтры (красный , зеленый , синий ). Сформированный цвет этих трех субпикселей, на которые наложены фильтры, дает определенное цветовое значение пикселя. Смешение цветов происходит довольно «гладко», но получить таким образом чистый красный, зеленый или синий попросту невозможно. Камнем преткновения выступают фильтры, которые пропускают не одну волну определенной длины, а целый ряд различных по длине волн. К примеру, через красный светофильтр проходит также оранжевый свет.

Светодиод излучает свет при подаче на него напряжения. Благодаря этому электроны (e) переходят из материала N-типа в материал P-типа. Материал N-типа содержит атомы с избыточным количеством электронов. В материале P-типа присутствуют атомы, которым не хватает электронов. При попадании в последний избыточных электронов они отдают энергию в виде света. В обычном полупроводниковом кристалле это, как правило, белый свет, образуемый множеством волн различной длины. Причина этого заключается в том, что электроны могут находиться на различных энергетических уровнях. В результате полученные фотоны (P) имеют различную энергию, что выражается в различной длине волн излучения.

Стабилизация света квантовыми точками

В телевизорах QLED в качестве источника света выступают квантовые точки - это кристаллы размером лишь несколько нанометров. При этом необходимость в слое со светофильтрами отпадает, поскольку при подаче на них напряжения кристаллы излучают свет всегда с четко определенной длиной волны, а значит, и цветовым значением. Данный эффект достигается мизерными размерами квантовой точки, в которой электрон, как и в атоме, способен передвигаться лишь в ограниченном пространстве. Как и в атоме, электрон квантовой точки может занимать только строго определенные энергетические уровни. Благодаря тому что эти энергетические уровни зависят в том числе и от материала, появляется возможность целенаправленной настройки оптических свойств квантовых точек. К примеру, для получения красного цвета используют кристаллы из сплава кадмия, цинка и селена (CdZnSe), размеры которых составляют около 10–12 нм. Сплав кадмия и селена подходит для желтого, зеленого и синего цветов, последний можно также получить при использовании нанокристаллов из соединения цинка и серы размером 2–3 нм.

Массовое производство синих кристаллов очень сложное и затратное, поэтому представленный в 2013 году компанией Sony телевизор не является «породистым» QLED-телевизором на основе квантовых точек . В задней части производимых их дисплеев располагается слой синих светодиодов, свет которых проходит через слой красных и зеленых нанокристаллов. В результате они, по сути, заменяют распространенные в настоящее время светофильтры. Благодаря этому цветовой охват в сравнении с обычными ЖК-телевизорами увеличивается на 50%, однако не дотягивает до уровня «чистого» QLED-экрана. Последние помимо более широкого цветового охвата обладают еще одним преимуществом: они позволяют экономить энергию, так как необходимость в слое со светофильтрами отпадает. Благодаря этому передняя часть экрана в QLED-телевизорах еще и получает больше света, чем в обычных телевизорах, которые пропускают лишь около 5% светового потока.

QLED телевизор с дисплеем на основе технологии квантовых точек от Samsung

Компания Samsung Electronics представила в России премиальные телевизоры, изготовленные по технологии квантовых точек. Новинки с разрешением 3840 × 2160 пикселей оказались не из дешёвых, а флагманская модель вовсе оценена в 2 млн рублей.

Нововведения. Изогнутые телевизоры Samsung SUHD на квантовых точках отличаются от распространённых ЖК-моделей более высокими характеристиками цветопередачи, контрастности и энергопотребления. Интегрированный процессор обработки изображения SUHD Remastering Engine позволяет масштабировать видеоконтент низкого разрешения в 4K. Помимо этого, новые телевизоры получили функции интеллектуальной подсветки Peak Illuminator и Precision Black, технологии Nano Crystal Color (улучшает насыщенность и естественность цветов), UHD Dimming (обеспечивает оптимальный контраст) и Auto Depth Enhancer (автоматическая настройка контрастности для определённых областей картинки). В программной основе телевизоров лежит операционная система Tizen с обновлённой платформой Samsung Smart TV.

Цены. Семейство Samsung SUHD TV представлено в трёх сериях (JS9500, JS9000 и JS8500), где стоимость начинается со 130 тыс. рублей. Во столько российским покупателям обойдётся 48-дюймовая модель UE48JS8500TXRU. Максимальная цена на телевизор с квантовыми точками достигает 2 млн рублей - за модель UE88JS9500TXRU с 88-дюймовым изогнутым дисплеем.

Телевизоры нового поколения по технологии QLED готовят южнокорейские Samsung Electronics и LG Electronics, китайские TCL и Hisense, а также японская Sony. Последняя уже выпустила LCD-телевизоры, изготовленные по технологии квантовых точек, о чем я упоминал в описании технологии Quantum dot LED.