Экран qled что это такое

Qled — дорого, технологично, но не без проблем

С момента изобретения телевидения прошло без малого столетие. С тех пор технологии шагнули далеко вперёд и средства передачи движущегося изображения претерпели кардинальных изменений. Зрители получили возможность в полной мере наслаждаться реалистичной картинкой, полноразмерной, яркой, цветной и контрастной. Во многом это заслуга компании Samsung, инженеры которой изобрели и запатентовали технологию QLED. Из этой статьи вы узнаете, что она собой представляет, как реализуется и какие имеет особенности.

Квантовые точки известны науке более четверти века. Они представляют собой кристаллы из полупроводникового материала размером меньше 1/10000 человеческого волоса. Они фотоактивны, то есть под воздействием светового излучения или электрической энергии начинают излучать собственный свет красного, синего и зелёного цвета. Какой именно цвет будет переизлучать точка, зависит от её размера. Например, квантовая точка с ядром диметром 2 нанометра будет излучать синий цвет, а 6 нм — красный.

Учёные всего мира работали над тем, чтобы поставить это явление на службу человечества, но впервые создать экран ТВ, работающий на квантовых точках, удалось только сотрудникам научно-исследовательского центра Samsung. Технология была запатентована и получила название QLED. Это английская аббревиатура словосочетания quantum dot, в переводе означает «квантовая точка».

Немного QLED истории

В начале девяностых годов прошлого века началась научная работа по исследованию квантовых точек в качестве источника света, а у же в двухтысячных их начали рассматривать как основу для создания дисплеев нового поколения. Специально для этих целей была создана ленксингтонская лаборатория QD Vision. В ней совместно работали независимые учёные, представители LG и Samsung. Последние зимой 2011 представили пилотный образец QLED-дисплея. Это был четырёхдюймовый экран, созданный в двух вариациях: на стекле и полимере. Обе управлялись активной матрицей.

Изначально для изготовления квантовых точек в промышленных масштабах применялся кадмий. Материал весьма дорог, токсичен и ограничен по весу однородного элемента, поэтому специалисты Samsung Electronics начали искать ему замену. Ей стал индий, который с 2015 года закупается у Dow Chemical (партнёр и эксклюзивный поставщик Samsung, LG и ряда других компаний).

Технология QLED что это

QLED — технология производства жидкокристаллических экранов со светодиодной подсветкой Quantum dot в промышленных масштабах. Права на неё принадлежат компании Samsung, но использовать название в коммерческих целях могут все участники QLED-Alliance, который был создан весной 2017 года. Заключается в применении полосок из светящихся кристаллов в качестве основы. Путём литографического нанесения полоски закрепляются на матрице тонкоплёночных транзисторов. Их использование позволяет создать каждый пиксель матрицы с тремя субпикселями: синим, зелёным и красным.

Комбинируясь с разной интенсивностью, они рождают миллионы оттенков, что позволяет добиться потрясающего качества изображения. Технология позволяет создавать субпиксели размером 10*50 мкм, что делает возможным применение QLED-матриц не только в телевизионных экранах и компьютерных мониторах, но и в ледтопах, смартфонах.

Устройство QLED матриц

В мониторах, созданных на quantum dot, синие светодиоды — ключевые. Используются в качестве основной подсветки. Они генерируют световой поток, который проходит через прозрачный слой особого вещества с квантовыми точками внутри. Так в спектр добавляются зелёный и красный цвета максимально возможной чистоты. QLED-матрица Samsung состоит из следующих элементов:

Поляризатор и стеклянная подложка в конструкции дублируются. Между диодами, расположенными по всей площади экрана, и матрицей стоит лист с люминофором. Он создаёт полноцветное свечение за экраном и обеспечивает максимально возможный охват цветовой палитры.

Принцип действия

Изначально разработчики хотели взять OLED-матрицу и модернизировать её. Они планировали использовать квантовые точки в качестве эмиссионного слоя. Но главной целью учёных было создание полноценного телевизора, работающего на Quantum dot, поэтому они отказались от первоначальной идеи, выбрав фотолюминисцентную технологию. Сейчас электроэмиссионные дисплеи существуют только в виде тестовых образцов. В промышленных масштабах выпускаются жидкокристаллические экраны с фотолюминисцентными квантовыми точками в качестве подсветки.

Они управляются активной TFT-мартицей, состоящей из тонкоплёночных транзисторов (толщиной от 1/10 до 1/100 микрона). Применение quantum dot для производства цветных дисплеев позволило снизить себестоимость матриц, обеспечить максимально близкую к естественной цветопередачу жидкокристаллических экранов, в пять раз уменьшить энергопотребление по сравнению с LCD-вариациями и существенно увеличить рабочий ресурс устройств.

Цветопередача

QLED-матрица создаёт обширную цветовую гамму с более чем девяностопроцентным охватом цветового пространства DCI-P3. Это позволяет отображать максимально яркие и насыщенные цвета, отличающиеся особой реалистичностью. Все преимущества можно в полной мере оценить при просмотре HDR-контента. В отношении яркости и насыщенности цветопередачи QLED-матрицы значительно опережают OLED- и LED-аналоги. Реалистичность изображения, хорошее восприятие яркости — ключевые особенности. Антибликовые интерферентные покрытия (применяются для всех топовых моделей Samsung) позволяют наслаждаться просмотром при освещении любой интенсивности.

Уровень чёрного, яркость и контрастность

Это ключевые параметры для современного телевизора. В QLED-моделях преимущественно используются VA-панели, способные обеспечить значительно более высокие уровни чёрного, чем те же IPS-вариации.

Типовые значения контрастности QLED-панели достигают показателей 4000:1 и выше, уровень чёрного находится в пределах от 0.016 до 0.020 нит при средней яркости в 1400- 2000 нит и её пиковых значениях достигающих 4000 нит. К этому следует добавить местное затемнение, позволяющее достигать уровней чёрного глубины, близкой к максимальной. Параметры контрастности и глубины чёрного ТВ с IPS-матрицей в среднем вчетверо уступают показателям QLED-моделей.

Размытие движения

Этот эффект появляется по причине замедленного действия пикселей, которые запаздывают при формировании картинки. Время их отклика — ключевой параметр, влияющий на плавность обработки изображения.

Плёночные QLED-матрицы отличаются способностью контролировать быструю смену цвета пикселя. Они показывают минимальное время отклика, существенно превосходя аналоги по этому показателю. Быстрее их реагировать на смену цвета могут только топовые OLED-модели. Обе разновидности демонстрируют минимальное размытие при динамично изменяющейся картинке или его полное отсутствие.

OLED и QLED: что лучше — разница, которая определяет разницу

Когда речь заходит о современных экранах, в сознании обычно возникают две аббревиатуры. Это закономерно, ведь именно они по большей мере и определяют сейчас рынок. У истоков обеих технологий стояла Samsung Electronics. В том числе поэтому они имеют много общего, но всё же существенно отличаются.

В производстве ТВ менеджмент корпорации сместил акценты в сторону QLED-матриц. Они стали следующим этапом эволюции всем привычных жидкокристаллических экранов. В OLED-панели же интегрированы органические светодиоды. Они излучают свет определённого спектра без стороннего воздействия, что приводит к сохранению остаточного изображения. В этом их ключевое отличие между двумя топовыми разновидностями.

Преимущества и недостатки qled

QLED TV отличаются выдающимися техническими характеристиками и отменными эксплуатационными качествами.

Такие экраны выгодно отличаются от аналогов в контексте качества картинки, поддерживаемых технологий и форматов, эксплуатационных характеристик. Можно было бы назвать их идеальными, если не одно «Но».

Оно обусловлено следующими минусами:

Для большинства пользователей недостатки несущественны и с лихвой компенсируются преимуществами.

Ценовой фактор — сколько стоит QLED телевизор?

Что означают буквы и цифры в названии моделей QLED телевизоров Samsung?

Для примера возьмём телевизор Samsung QE55Q87TAU:

Вместо выводов

Если вы хотите в полной мере наслаждаться ярким, контрастным и реалистичным изображением в форматах 4К и 8К, более подходящего варианта для этого, чем QLED-матрица, найти не удастся. Она — признанный лидер в этом сегменте, по части яркости и цветопередачи достойной альтернативы не существует. Отменные эксплуатационные качества и крутые опции, такие как режим Ambient, — не менее веские аргументы в пользу такого выбора. Да, есть некоторые проблемы с выгоранием пикселей, но это решаемо и в ближайшем будущем это поправят. Следует понимать, что за качество нужно платить. Если ваш бюджет ограничен и вы планируете смотреть видеоконтент FULL HD-качества, есть смысл рассмотреть более простые и недорогие аналоги.

Источник

QLED дисплей: особенности, плюсы и минусы

QLED — это инновационный тип дисплея с технологией квантовых точек, который сейчас производится только одной компанией, Samsung. Принцип работы дисплеев QLED основан на использовании полупроводниковых нанокристаллов, называемых квантовыми точками. В сочетании с традиционной жидкокристаллической технологией это позволяет добиться максимально чистого и чёткого отображения чёрного, белого, красного, зелёного и синего цвета.

Говоря конкретнее, фотоэмиссионный QD-дисплей использует фотолюминесцентные квантовые точки, каждая из которых излучает свет определённого оттенка в зависимости от своего размера. Например, большие излучают красный цвет, а самые маленькие — синий.

Преимущества QLED-дисплеев

Технология квантовых точек может быть интегрирована с другими методами отображения, такими как OLED. Тем не менее оптические и другие полезные свойства квантовых точек в сочетании с преимуществами ЖК-технологии обеспечивают основные преимущества дисплеев QLED. Основные плюсы QLED-дисплеев:

Точная цветопередача

Одним из ключевых преимуществ дисплеев QLED является получение более ярких и точных цветов. Как уже было сказано, квантовые точки излучают свет в зависимости от их размера. Эти точки можно точно настроить для получения света в определённом спектре, который, в свою очередь, обеспечивает оптимальную цветопередачу. В этом плане QLED-дисплеи значительно превосходят жидкокристаллические аналоги.

Стоит отметить, что обычные ЖК-дисплеи имеют меньшую цветовую гамму, чем экраны OLED. Однако благодаря технологии квантовых точек жидкокристаллический дисплей может иметь на 40–50% более широкий цветовой охват, чем обычные ЖК-экраны, составляя достойную конкуренцию технологии OLED.
QLED-дисплей также превосходит OLED с точки зрения цветопередачи.

Некоторые производители OLED имеют тенденцию применять перенасыщение, чтобы сделать изображения более яркими. Это означает неточную цветопередачу. С другой стороны, высококачественные жидкокристаллические дисплеи, включая QLED, обычно имеют большую точность цветопередачи, что делает их идеальным выбором для таких задач, таких как редактирование фотографий и видео, графический дизайн и т. п.

Высокая яркость изображения

При сравнении с OLED-дисплеями жидкокристаллические аналоги со светодиодной подсветкой, такие как плоские коммутационные панели или Liquid Retina от Apple, как правило, имеют большую яркость. При просмотре под прямым светом или за пределами помещения в условиях яркого дневного света увидеть изображение на ЖК-дисплее проще, чем на экране OLED.

Добавление квантовых точек делает ЖК-дисплеи ещё ярче. Нанокристаллические материалы обладают лучшими оптическими свойствами, чем более крупные кристаллы в обычных ЖК-дисплеях. При использовании нанокристаллов или квантовых точек количество излучаемого видимого света повышается почти на 30%.

QLED-дисплей существенно превосходит как OLED, так и ЖК-дисплеи по уровню яркости. При этом он может сделать цвета в видимом спектре ярче без потери насыщенности. Это причина того, что QLED и другие дисплеи с квантовыми точками стали общепризнанным стандартом для просмотра видео в сверхвысоком разрешении.

Улучшенный коэффициент контрастности

OLED-дисплеи не имеют себе равных, когда речь идёт о более коэффициенте контрастности. Чёрный цвет на таких экранах не создаётся искусственно, в отличие от ЖК-дисплеев, потому что он, по сути, является результатом отсутствия излучения.

Однако QLED-дисплеи могут демонстрировать лучшую контрастность, чем обычные жидкокристаллические. Поскольку они основаны на технологии фотолюминесцентных квантовых точек, такие экраны могут создавать глубокий чёрный цвет, потому что они изначально контролируют свет, излучаемый через отдельные квантовые точки. Результатом является контрастность, близкая к OLED-дисплеям.

Использование светодиодной подсветки, которая приводит к утечке света, привело к тому, что QLED долгое время не могли в полной мере соперничать с дисплеями OLED, когда дело доходило до глубины чёрного цвета. Однако производственные модификации, такие как использование антибликовых слоёв, улучшили характеристики этих дисплеев.

Тонкий профиль устройств

Применение технологии квантовых точек также открывает возможности для производства больших, тонких и гибких жидкокристаллических дисплеев, таким образом, снова конкурируя с пластиковыми OLED-экранами. Не так давно Samsung выпустила QLED-телевизоры диагональю 65”, которые привлекли внимание потребителей, прежде всего, тонкими профилями и рамками. Кроме того, компания производит и продаёт изогнутые телевизоры QLED с аналогичными физическими профилями.

Другими словами, применение технологии квантовых точек в ЖК-экране делает QLED тоньше и легче без ущерба для размера экрана. Однако важно подчеркнуть тот факт, что технология OLED по-прежнему имеет преимущество, когда дело доходит до создания более тонких, лёгких и гибких дисплеев.

Увеличенный срок службы

По сравнению с OLED-дисплеями, ещё одним преимуществом технологии QLED является более длительный срок службы. Обратите внимание, что органические материалы определённого цвета в OLED-панелях имеют разную скорость разрушения. Синие светодиоды разлагаются быстрее, чем красные и зелёные. Со временем на OLED-дисплеях начинается заметное выгорание из-за более быстрой деградации синих диодов.

Уязвимость к повреждению водой также сокращает срок службы OLED-экранов. Воздействие воды чревато к необратимым повреждением открытых органических материалов и может привести к появлению битых пикселей или выходу из строя всей панели.

С другой стороны, поскольку QLED-дисплей по-прежнему основан на жидкокристаллической технологии, он имеет более длительный срок службы, чем аналоги.

Высокая энергоэффективность

Производитель заявляет, что дисплеи QLED потребляют на 20% меньше энергии, чем обычные жидкокристаллические. С учётом того что квантовые точки увеличивают спектр видимого света на 30%, такие дисплеи дают более яркое изображение, при этом используя значительно меньше электричества.
Точное воспроизведение цветов также делает дисплеи QLED энергоэффективными. Обычные ЖК-дисплеи могут тратить энергию на комбинирование и балансировку разных цветов. Однако дисплей с квантовыми точками воспроизводит только необходимый цвет этого изображения в течение заданного времени.

Однако важно отметить, что OLED по-прежнему обладают лучшей энергоэффективностью из-за отсутствия подсветки. В дисплеях QLED же по-прежнему используется светодиодная подсветка.

Недостатки QLED-дисплеев

Стоит отметить, что у дисплеев, использующих технологию квантовых точек, также имеется и ряд недостатков. Минусы QLED-дисплеев таковы:

По сути, QLED унаследовали все недостатки общей ЖК-технологии, включая недостатки ограниченный коэффициент контрастности, значительную неэффективность энергопотребления и медленное время отклика пикселей по сравнению с OLED.

Источник

Что такое QLED-экран? Или вся правда о квантовых точках

Квантовые точки и QLED-дисплеи появились не вчера, но до сих пор вокруг этой технологии ходит много мифов и легенд.

С точки зрения маркетинга само название получилось очень удачным, так как «квантовый» звучит футуристично и очень дорого. Хотя на самом деле у модных QLED-дисплеев есть значительные недостатки, да и сама технология в текущей реализации не настолько футуристична, как об этом говорит реклама.

Проблем добавляет и тот факт, что сегодня существует множество различных вариаций «квантовых экранов». Человек, узнав об одной технологии, покупает совершенно другой экран, работающий, вроде бы, на тех же квантовых точках. И после этого наступает глубокое разочарование.

Да еще и в интернете постоянно встречаются статьи, лишь вводящие читателей в заблуждение. Дело в том, что у квантовых точек есть одно важное свойство, которое пока никто из производителей не смог использовать в коммерческом продукте. Но авторы подобных статей об этом не знают.

Итак, сегодня мы постараемся разобраться с квантовыми точками и всеми возможными вариантами их использования в современных экранах!

Зачем нам еще один тип экранов? Неужели не хватает OLED или IPS?

Любой экран должен показывать картинку. А для этого ему необходимо уметь излучать свет, причем всех цветов радуги.

Решить эту задачу можно очень простым способом. Достаточно установить какую-то большую мощную белую лампу (или несколько маленьких лампочек), а затем разбить весь дисплей на очень крохотные секторы — пиксели. Каждый пиксель будет состоять из 3 стеклышек красного, зеленого и синего цвета:

Осталось добавить последний штрих. На пути между большой лампой и каждым крохотным стёклышком нужно разместить миниатюрные «окошки», которые можно открывать и закрывать, тем самым пропуская или блокируя свет.

Теперь мы можем управлять цветом каждого пикселя на экране. Лампа будет всегда гореть белым светом, но цвет каждой точки будет зависеть от того, насколько сильно приоткрыто окошко возле каждого цветного стёклышка.

Хотите показать точку на экране оранжевым цветом? Просто закройте «окошко» возле синего стёклышка и откройте наполовину «окошки» за красным и зеленым стеклышками этого пикселя. Два цвета сольются в один и мы увидим оранжевую точку:

Это принцип работы IPS-дисплея. Роль большой лампы выполняют светодиоды, а «окошки» — это жидкие кристаллы, которые могут поворачиваться и блокировать свет. Стёклышки остаются стеклышками (цветные фильтры).

У этой технологии есть ряд недостатков, главный из которых — лампа горит постоянно, вне зависимости от того, какой цвет отображают пиксели. Если нужно показать один синий пиксель на черном фоне, весь экран из нескольких миллионов пикселей будет гореть ярким белым светом, но мы его не увидим, так как все «окошки», кроме одного, будут блокировать этот свет:

В итоге мы имеем сразу две проблемы: повышенное энергопотребление (свет горит даже тогда, когда он совершенно не нужен) и невозможность получить идеально черный цвет, так как «окошки» не способны полностью заблокировать весь свет от лампы.

Кроме того, углы обзора такого экрана не будут максимальными, так как сами пиксели (цветные стеклышки) не излучают свет.

Еще одна проблема такого дисплея — это те самые стеклышки и еще две полупрозрачные пленки (поляризационные фильтры), которые значительно снижают яркость лампы и, как следствие, яркость всего экрана.

Последняя проблема связана с цветопередачей. Такие экраны, особенно не самые дорогие модели, не способны показать большое разнообразие цветов, так как в этом случае придется использовать дорогие светодиоды и качественные цветные фильтры («стеклышки»), которые всё равно снизят общую яркость экрана.

С другой стороны, у нас есть OLED-дисплеи (они же — AMOLED), которые решают практически все проблемы предыдущих экранов, но создают новые. Мы можем убрать плёнки (поляризационные фильтры), убрать «стеклышки» (цветные фильтры) и даже убрать общую мощную лампу.

Теперь каждая точка на экране будет сама излучать свет, когда через нее проходит ток. Именно так работает OLED-экран.

Но здесь мы снова сталкиваемся с проблемами. Во-первых, одну плёнку, всё же, придется наклеить — это круговой поляризатор. Он позволит увеличить контрастность дисплея, снизив отражение внешнего света.

Во-вторых, эта технология ограничивает максимальную яркость дисплея, так как каждая лампочка имеет невероятно крохотный размер — десятки микрометров. Разумеется, она не может выдавать такой же яркий свет, как и большая лампа.

Кроме того, срок службы органических светодиодов ограничен, особенно для диода синего цвета. Также необходимо учитывать возможность выгорания органического светодиода и реализовывать различные механизмы защиты.

Поэтому OLED-дисплеи также не идеальны. И тут на сцену выходят квантовые точки.

Что такое квантовые точки?

Квантовая точка — это маленький кусочек специального материала, известного как полупроводник. Такие материалы могут хорошо проводить ток при одних условиях и практически не проводить никакого тока — при других (например, при разных температурах).

Весь ваш смартфон переполнен полупроводниками. Это вспышка камеры, транзисторы в процессоре, каждый пиксель на матрице смартфона и многое-многое другое.

Чтобы осознать размеры квантовых точек, представьте толщину человеческого волоса. Это примерно 100 микрометров (0.1 мм). Теперь представьте размер точки, которая в 150 раз меньше толщины человеческого волоса. Это размер одного пикселя в 200-Мп матрице от Samsung.

А теперь попытайтесь представить точку, которая будет еще в 320 раз меньше этого микроскопического пикселя. Вот теперь мы получили квантовую точку, размер которой варьируется от 2 до 6 нанометров (1 нанометр — это миллионная доля миллиметра).

Уникальной особенностью квантовой точки является то, что она может излучать свет разного цвета в зависимости от своего размера:

Заставить точку светиться можно двумя способами: током или облучением. В первом случае через точку необходимо провести ток, а во втором — посветить на неё ультрафиолетовым или синим светом, который, как мы уже знаем, обладает очень высокой энергией.

Возможно, всё это вы знали и раньше, если интересовались QLED-дисплеями. Но далеко не все знают, как именно работают квантовые точки. Почему один и тот же материал светится разным цветом в зависимости от своего размера? Почему он вообще светится?

Принцип работы квантовой точки

Для понимания принципа работы квантовой точки, нужно вспомнить устройство любого атома. Он состоит из крохотного ядра, окутанного облаком электронов.

Эти электроны не летают вокруг ядра как им вздумается. Существуют довольно строгие правила, которые все частицы безукоризненно соблюдают. Для большей наглядности можно воспользоваться устаревшей (и не совсем корректной) моделью атома с орбитами:

Каждая орбиталь здесь показана своим цветом для лучшей наглядности (это никак не связано с цветом свечения точки). Представьте, что это трек, по которому может «ездить» электрон. Но атом не пускает на этот трек любой электрон. Это как ограничение по возрасту, только вместо возраста учитывается энергия электрона.

В нашем примере «синий трек» (первая орбиталь, ближайшая к ядру атома) — только для самых спокойных электронов. Предположим, на первой орбитали могут летать только электроны с энергией в 1 электронвольт, а на второй («зеленой») — 2 эВ. «Оранжевая» орбиталь предназначена для более «энергичных» электронов с энергией в 2.3 эВ, а последняя орбиталь — для самых «мощных» электронов с энергией в 4 эВ:

И эти правила устанавливает ядро атома. Повторюсь, цвета орбиталей показаны лишь для наглядности, они не имеют никакого отношения к свечению квантовых точек.

У этого атома не может быть электрона с энергией 3 или 2.5 эВ, так как для подобных электронов здесь попросту нет своего «трека» или орбитали с такой разрешенной энергией. Если же энергия электрона соответствует одной из орбиталей, он может поселиться в этом атоме.

Но! Все электроны, если они хотят жить в атоме, должны соблюдать главное правило, которое известно как принцип запрета или принцип Паули. И звучит оно в простой интерпретации следующим образом:

На одной орбитали не могут находиться два одинаковых электрона

А отличаться электроны могут энергией и спином. Второе нас не интересует, просто нужно знать, что спин всегда принимает одно из двух значений. Это как единицы и нули в цифровой технике.

Получается, на первой орбитали могут парить только два электрона с энергией 1 эВ и двумя разными спинами. Третий электрон с такой же энергией уже будет похож на один из двух предыдущих, так как у него будет повторяться спин. Соответственно, он никак не сможет занять место на той же орбитали. Это бы противоречило принципу запрета.

Прыжки по орбитам

Но электроны могут прыгать по орбитам. Если у электрона 2.3 эВ энергии, тогда он может откуда-то взять недостающую порцию (1.7 эВ) и перепрыгнуть с третьей орбиты (2.3 эВ) на четвертую (4 эВ):

Проблема заключается лишь в том, что нужно пересечь так называемую запрещенную зону — расстояние между третьей и четвертой орбиталью:

Ширина запрещенной зоны соответствует разнице между энергетическими уровнями двух орбиталей. В нашем примере это 1.7 эВ. И эту недостающую энергию можно получить, например, поглотив фотон света.

Но дальше произойдет нечто интересное. Очень быстро электрон «осознает», что здесь ему не место и раньше было лучше. Поэтому он захочет вернуться на орбиталь с более низкой энергией. Однако теперь у него слишком много энергии для перехода на старую орбиталь. Ведь, как мы уже знаем, атом пускает на эту орбиталь только в том случае, если энергия электрона соответствует энергии орбитали.

Чтобы вернуться на прежнюю орбиталь, наш электрон просто «сбросит» лишнюю энергию в виде фотона. Теперь он не может занимать четвертую орбиталь и тут же спуститься на предыдущую. А испущенный фотон мы увидим как свет определенного цвета. Ведь цвет — это и есть фотоны света, которые фиксирует наш глаз:

«Цвет» фотона зависит исключительно от количества содержащейся в нём энергии. Если у фотона будет мало энергии, мы увидим красный цвет, если много — синий, а если что-то среднее — зеленый.

Складываем атомы в квантовые точки

Итак, мы уже получили от одного атома свет определенного цвета. Проблема лишь в том, что мы не можем как-то изменять этот цвет или контролировать его. Да, мы знаем, что цвет зависит от расстояния между орбитами или от ширины запрещенной зоны.

К примеру, зеленый цвет — это фотоны с энергией 2.2 эВ. Если электрон в каком-то атоме захочет спрыгнуть с орбиты 3.2 эВ на более «спокойную» орбиту 1 эВ, ему нужно избавиться от 2.2 эВ лишней энергии. Он её просто выбросит в виде фотона. А фотон с энергией 2.2 эВ — это и есть зеленый свет.

Получается, если бы мы могли как-то изменять ширину запрещенной зоны или изменять параметры орбит, чтобы между двумя орбитами было нужное нам количество энергии, тогда бы мы легко смогли контролировать цвет.

Нужен красный цвет? Не вопрос! Это фотон с энергией 1.7 эВ. Значит, у нас должен быть атом, у которого расстояние между двумя орбитами будет ровно 1.7 эВ. Тогда бы электрон, спрыгнув с орбиты 4 эВ на орбиту 2.3 эВ, испустил фотон энергией 1.7 эВ — красный свет:

Как же настроить эти орбиты? Для ответа на этот вопрос подумайте, что произойдет, если мы «склеим» два одинаковых атома с одинаковыми орбиталями?

Может случиться серьезная проблема — на одной орбитали могут оказаться 3 или даже 4 электрона, так как у каждого отдельного атома на каждой орбитали могут быть по два электрона. Но такое ни за что нельзя допустить, ведь тогда нарушится принцип Паули и всей вселенной в прямом смысле слова придет конец.

Поэтому происходит нечто другое, а именно — расщепление орбиталей.

Чтобы лучше осознать это, давайте посмотрим на орбитали в виде энергетических уровней:

На картинке справа схематически показаны орбитали с их энергетическими уровнями. Когда два атома с идентичными уровнями соединяются вместе, внешние уровни первыми (и в большей степени) испытывают на себе влияние другого атома. Поэтому внешние уровни расщепляются первыми.

Теперь в общей структуре из двух атомов вместо одной орбитали с энергией 4 эВ появится два уровня с энергией, например, 3.9 и 4 эВ. То же касается и следующего уровня. Произойдет расщепление орбитали 2.3 эВ на два уровня с энергией 2.3 и 2.4 эВ:

Наверное, вы уже догадались, что происходит именно то, что нам нужно. Если раньше электрон, оказавшись на последней орбитали, спрыгивал на предыдущую, тогда он испускал фотон в 1.7 эВ (разница между уровнями 2.3 эВ и 4 эВ). А теперь он, оказавшись на той же орбитали (4 эВ), спрыгнет на ближайшую свободную орбиталь — 2.4 эВ, испустив фотон с меньшей энергией (1.6 эВ).

То есть, соединив два атома и расщепив их орбитали, мы добились того, чтобы электрон испускал фотоны с более низкой энергией!

Всё, что нам остается делать, это продолжать склеивать атомы, еще сильнее расщепляя их энергетические уровни (орбитали). В итоге, у самой маленькой квантовой точки орбитали будут расщеплены незначительно и ширина запрещенной зоны будет максимальной, так как эта точка состоит из относительно небольшого количества атомов.

В таких квантовых точках электронам нужно будет делать большие прыжки, выбрасывая большие порции энергии, чтобы преодолеть широкую запрещенную зону. Но чем крупнее будет становиться точка, то есть, чем больше атомов мы будем соединять вместе, тем сильнее будут расщепляться их орбитали и тем самым сокращаться размер запрещенной зоны:

Осталось лишь посветить на квантовые точки синим высокоэнергетическим светом или пропустить ток, и каждая из них, в зависимости от размера (количества атомов), начнет испускать свой цвет.

Очень важно заметить, что свет, испускаемый квантовой точкой, очень чистый. То есть, если это зеленый цвет с длиной волны, скажем, 530 нанометров, то все зеленые квантовые точки будут испускать фотоны примерно в этом диапазоне (520-540 нм). Тогда как обычный ЖК-экран будет светить довольно «грязным» зеленым с разбросом 505-550 нм и даже больше.

Соответственно, экран с обычной подсветкой не сможет отобразить настолько зеленый цвет, насколько это сделает экран с квантовыми точками. Так как в первом случае зеленый цвет будет состоять из гораздо большего количества оттенков зеленого.

Зоопарк «квантовых» дисплеев

Выше мы рассмотрели принцип работы квантовых точек. Но само наличие этой технологии в экране говорит нам не так много о качестве картинки.

Если дисплей работает на квантовых точках, можно говорить с уверенностью только о том, что он способен отображать очень насыщенный и яркий цвет.

Но качество картинки в целом зависит от конкретной реализации экрана. Для того, чтобы лучше осознать масштабы проблемы, достаточно просто взглянуть на список актуальных разновидностей «квантовых» дисплеев:

Практически все современные QLED-дисплеи на квантовых точках используют самую примитивную версию этой технологии, а именно QDEF (от англ. Quantum Dot Enhancement Film — улучшающая пленка с квантовыми точками).

Смысл этой технологии — получить белый свет с максимально чистым составом. То есть, по сути мы имеем обычный жидкокристаллический экран, рассмотренный в самом начале статьи. Здесь такие же стеклышки (цветные фильтры) и «окошки», регулирующие яркость пикселя (жидкие кристаллы).

Единственное отличие заключается в подсветке. В технологии QDEF используется синий светодиод, который светит на пленку с квантовыми точками. Внутри плёнки случайным образом перемешаны средние и крупные квантовые точки, которые соответственно излучают зеленый и красный свет:

Когда голубой свет попадает на пленку, часть его поглощается «красными» квантовыми точками, другая часть — зелеными, а третья просто проходит сквозь плёнку. В итоге мы получаем 3 чистых цвета, которые и попадают на пиксели с жидкими кристаллами и фильтрами.

Основное преимущество такого дисплея над обычным ЖК-экраном именно в чистоте цвета и, соответственно, более широком цветовом охвате.

Главный же недостаток таких QLED-экранов заключается в цветных фильтрах (стёклышках) и жидких кристаллах («окошках»). Первые немного искажают цветопередачу, так как не очень качественно отфильтровывают цвета. А из-за вторых мы не можем получить идеально черный цвет. Ведь жидкие кристаллы с поляризаторами не способны на 100% перекрыть весь поток света в нужных пикселях.

Производители пытаются бороться с этой проблемой очень нехитрым способом — вместо одной крупной лампочки (или множества лампочек по краям экрана), разместить множество лампочек прямо позади пикселей.

В идеале нужно добиться того, чтобы за каждым пикселем стояла своя лампочка, которую можно отключать, когда пиксель должен показывать черный цвет. Эта идея привела к появлению технологии microLED:

Соответственно, microLED-дисплеи с квантовыми точками могут легко заменить OLED-экраны, так как не уступают им по качеству картинки. Единственная проблема с microLED на квантовых точках заключается в том, что таких экранов на сегодняшний день еще нет в продаже.

Если производство microLED является очень сложным и дорогим процессом, тогда можно размещать лампочку не за каждым пикселем, а за группой пикселей. Скажем, на каждые 100 пикселей выделять один крупный светодиод:

Такая технология получила название mini-LED. Только в реальности на одну лампочку приходится не 100 пикселей, а гораздо больше. В сравнении с классическим ЖК-экраном, в mini-LED мы можем лучше контролировать черный цвет, выключая лампочку за группой пикселей, которые должны отображать черный цвет.

В продаже есть множество телевизоров с mini-LED и квантовыми точками. Но все они страдают от одной проблемы. Такие экраны могут вообще не показывать мелких белых точек на черном фоне (скажем, звездное ночное небо), а вокруг более крупных светлых объектов (например, луны) отображать светлые ореолы:

В общем, mini-LED значительно уступает OLED по качеству картинки, если мы говорим об отображении черного цвета и ночных сцен.

Но это всё касается подсветки и черного цвета. А вот решить проблему с цветными фильтрами пытается другая технология — QDCF (или QDCC). Не важно, какая подсветка используется в таких экранах (обычная, mini-LED, microLED или даже OLED), главное здесь — отсутствие цветных фильтров.

То есть, квантовые точки наносятся не на общую пленку, а размещаются прямо в каждом субпикселе. Вместо красного фильтра используется пленка с «красными» (крупными) квантовыми точками, вместо зеленого фильтра — со средними точками («зелеными»), а вместо синего — прозрачный фильтр (так как синий свет идет от синей подсветки):

В итоге мы получаем еще более широкий цветовой охват, так как чистый цвет от квантовых точек непосредственно излучается каждым пикселем, без прохождения фильтров.

Кроме того, углы обзора таких экранов становятся практически максимальными. Ведь свет излучается во все стороны прямо на выходе из экрана (квантовые точки переизлучают синий свет от лампы), а не проходит через все его слои, как в случае с ЖК-экранами. Исключение составляет лишь синий цвет, который не переизлучается квантовыми точками, так как их попросту нет.

Естественно, проблема с черным цветом остается, так как жидкие кристаллы («окошки») по-прежнему управляют яркостью каждого пикселя.

Насколько мне известно, такие экраны уже должны были поступить в продажу, но не уверен, что всё пошло по плану. Главная проблема в реализации QDCF состоит в том, что красные и зеленые квантовые точки должны поглощать весь синий свет, не пропуская ни единого фотона. В противном случае цветопередача будет искажена.

Но вершиной развития экранов на квантовых точках является EL-QLED (известная также под аббревиатурами ELQD и QDLE). Эта технология решает все предыдущие проблемы, так как здесь убраны цветные фильтры, жидкие кристаллы и даже подсветка (будь-то mini-LED или microLED).

В дисплеях EL-QLED сами квантовые точки излучают свет, когда через них пропускают ток. Это интересное свойство называется электролюминесценцией и оно отличается от рассмотренной в этой статье фотолюминесценции.

EL-QLED позволяет управлять каждым пикселем по отдельности, как в AMOLED-экранах. Соответственно, такие экраны дают максимально возможный цветовой охват, настоящий глубокий черный цвет, широчайшие углы обзора, аналогичные OLED, отсутствие выгорания и очень низкое время отклика (из-за отсутствия «медленных» жидких кристаллов).

Можно было бы назвать EL-QLED идеальными экранами, если бы они существовали в природе. К сожалению, эта технология будет готова для использования в коммерческих продуктах не ранее 2022 или даже 2023 года.

Поэтому всё самое интересное нас ждет еще впереди!

Алексей, главред Deep-Review

P.S. Не забудьте подписаться в Telegram на первый научно-популярный сайт о мобильных технологиях — Deep-Review, чтобы не пропустить очень интересные материалы, которые мы сейчас готовим!

Как бы вы оценили эту статью?

Нажмите на звездочку для оценки

Внизу страницы есть комментарии.

Напишите свое мнение там, чтобы его увидели все читатели!

Если Вы хотите только поставить оценку, укажите, что именно не так?

Источник