Статьи
Квантовые точки: ЖК-технология обретает новое дыхание
121

Квантовые точки: ЖК-технология обретает новое дыхание

Квантовые точки: ЖК-технология обретает новое дыхание

Изображение на экране телевизора формируется из маленьких цветных точек, по три на пиксел картинки. Сегодня большинство моделей используют технологию на базе жидких кристаллов, которые играют роль заслонки, в нужный момент времени становясь почти прозрачными и пропуская к зрителю свет от системы подсветки.

За последние десять лет индустрия достигла значительного прогресса в изготовлении как самих пленок с жидкими кристаллами, так и электроники, отдающей команды на изменение состояния молекул. Это позволило добиться впечатляющей скорости обновления картинки, высокой контрастности изображения, больших углов обзора. Однако жидкие кристаллы – лишь часть цепочки превращения электрических сигналов в видимый свет. Видимый свет! Вот на чем сегодня сконцентрированы усилия разработчиков. В частности, разработчиков Samsung с новой технологией QLED, которая сегодня используется во флагманских телевизорах компании.

В борьбе за лучший свет

Существующие современные технологии подсветки матриц предусматривают использование светодиодов. Именно они дают белый свет (вариант с тремя цветными, красным, зеленым и синим светодиодами лишь частный случай, их свет смешивается в нужной пропорции для получения белого света). Светодиоды экономичны, малогабаритны, просты в изготовлении и монтаже, относительно безвредны с точки зрения экологии. Однако у светодиодов есть один существенный недостаток: качество излучаемого ими света.

Для получения триады RGB при использовании белого источника света необходим еще один элемент – светофильтр. В результате прохождения сквозь него света элементы изображения получают нужную окраску, однако при этом естественно теряется их яркость. Потерю можно компенсировать увеличивая общую яркость подсветки, правда расплачиваясь за такое улучшение ростом энергопотребления.

Впрочем, есть еще одна проблема, которая не решается простым увеличением яркости. Она связана с тем, что светофильтр способен лишь отсечь ненужную часть спектра, а добавить – нет.

Интенсивность на разных участках спектра у светодиодов сильно меняется, и это мешает получению правильной цветопередачи в широком диапазоне яркостей. Кстати, относительная ограниченность цветового охвата имеет те же корни. Никакой светофильтр, никакие алгоритмы предварительной обработки сигнала не позволят привнести в кадр цвета, которые экран физически не в состоянии показать.

Выход был найден. Электролюминесценция (образование света под воздействием электричества на различные материалы) у «классических» светодиодов это хорошо, но лучших результатов можно добиться если комбинировать электролюминесценцию для получения возбуждающего излучения (кстати, не всегда в видимой части спектра), а собственно свет для подсветки «добывать» благодаря технологии фотолюминесценции.

Синие светодиоды производят волны с большим запасом энергии. Настолько большим, что его хватает для возбуждения люминофоров, производящих все цвета для получения белого света путем оптического смешения. В фотолюминесценции есть один нюанс: спектр излучения люминофора очень зависит от размеров его частиц. Комбинируя нужные, инженеры смогли добиться отличного соотношения интенсивности в основных частях спектра.

Откуда взялся термин «квантовые точки»?. Все дело в том, что светятся очень маленькие частички вещества, единицы их измерения – нанометры, миллиардные доли метра. Если быть точным, то от двух до десяти нанометров. Для сравнения: диаметр эритроцита, одного из основных компонентов крови, 7000-10000 нанометров.

Quantum Dots

К счастью, особой точности для распределения квантовых точек по поверхности матрицы не требуется, ведь для работы с одной ячейкой нужно огромное количество светоизлучающих элементов. Сегодня технологии производства позволяют формировать участки нужных размеров достаточно просто и недорого, причем поверхность матрицы может быть не только ровной, но и изогнутой.

Компания Samsung в 2011 году показала дисплей с диагональю 4 дюйма, а спустя буквально несколько лет ее инженеры добились увеличения этого показателя более чем на порядок и промышленных объемов выпуска с экономически выгодными показателями выхода готовых изделий.

Технология получила название QLED. Исследования показывают, что она не просто дешевле в производстве даже по сравнению с «классическими» жидкокристаллическими панелями, но и обеспечивает длительный срок службы изделий и еще ряд качественных преимуществ. При этом, ежегодно компания Samsung усовершенствует материал квантовых точек, например в этом году будут в продаже QLED телевизоры с улучшенным составом квантовых точек (формула и дополнительное покрытие).

Квантовые точки и новые стандарты качества

Технология квантовых точек дает возможность выпускать телевизоры, удовлетворяющие новым требованиям, главные из которых – высокая яркость и расширенный цветовой охват. Именно они лежат в основе недавно появившихся стандартов, прежде всего HDR 10. Он требует, чтобы яркость экрана в нитах или, как принято в системе Си, канделах на квадратный метр, достигала 1000.

Системы подсветки на квантовых точках позволяют обеспечить такую яркость, сохраняя при этом другой важный параметр изображения – контрастность. Благодаря фотолюминесценции, светоотдача значительно возрастает, но дело не только в КПД.

Как и в «обычном» экране, в QLED-панели белый свет сначала разделяется на три базовых, а затем яркость каждого субпиксела регулируется матрицей из жидких кристаллов для получения нужного цвета. Однако из-за провалов в интенсивности спектра белого света из светодиодной системы подсветки матрица и светофильтры должны компенсировать этот недостаток. Для сохранения правильной цветопередачи искусственно снижается общая яркость экрана. QLED, как уже отмечалось, имеет лучший спектральный состав света и поэтому от матрицы и светофильтров требуется меньше компромиссов.

Квантовые точки позволили добиться яркого и спектрально качественного белого света, вдохнув новую жизнь в технологию производства экранов на жидких кристаллах.

Почему киноиндустрия стала требовать столь высокую яркость? Задача вовсе не превратить ваш новый телевизор в еще один источник освещения для гостиной. Просто общее развитие технологий позволило внедрить HDR. HDR – расширенный динамический диапазон – улучшает восприятие картинки, содержащей одновременно очень светлые и очень темные участки, поскольку в них не теряются детали и сохраняются цвета. Другими словами, телевизор начинает показывать даже минимальные отличия, например, появляется тонкая фактура снега, детали облаков, листья в ночном лесу и т.д.

HDR-данные содержат не 8-битовую информацию о каждом из RGB-каналов а 10-битовую, а в перспективе разрядность может вырасти. Это позволяет кодировать больше градаций как яркости, так и цвета (на самом деле в RGB-модели они взаимосвязаны), что на практике означает расширение цветового охвата.

Поскольку технология квантовых точек позволяет улучшить спектральный состав света, панель с такой системой подсветки не только ярче, она физически способна отобразить больше оттенков. Например, текущее поколение QLED во флагманских телевизорах Samsung отображает в 64 раза больше оттенков, чем при глубине цвета 8 бит (16 млн оттенков).

Улучшение заметно при передаче очень плавных по яркости, но существенно различающихся по цветам плавных переходов, например, ясного неба перед восходом Солнца или на закате.

* * *

Совсем недавно эксперты сходились во мнении, что излучающие технологии формирования изображения имеют однозначное преимущество перед блокирующими. Однако квантовые точки буквально вдохнули в них новую жизнь. Сегодня преимущества QLED, подтвержденные наличием реальных телевизоров Samsung на полках магазинов, дают покупателю реальную возможность выбора.


Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: