Kropki kwantowe – nowa generacja innowacji w wyświetlaniu obrazu
Kropki kwantowe to mikroskopijne cząstki półprzewodnikowe, które są kilkanaście tysięcy razy cieńsze od ludzkiego włosa. Ich właściwości fizyczne – pozwalające na uzyskanie najwyższego poziomu wierności kolorów i jasności, jaki można uzyskać, zrewolucjonizowały technologię wyświetlania obrazu.
Zastosowane w wyświetlaczach kropki kwantowe odtwarzają szeroką gamę kolorów i ułatwiają regulację natężenia światła na poziomie pikseli, pozwalając na uzyskanie głębszego poziomu czerni. Emitując światło we wszystkich kierunkach, kropki kwantowe zapewniają jednolitą luminancję i spójne kolory podczas patrzenia pod dowolnym kątem, jednocześnie minimalizując ekspozycję na niebieskie światło i zapewniając tym samym użytkownikowi wyższy poziom komfortu.
▲ Telewizory SUHD na targach CES 2015
Czym wyróżniają się telewizory Quantum Dot? Kwantowa dawka koloru, warstwa QD, bez kadmu
Branża telewizyjna kontynuuje badania i rozwój w zakresie komercjalizacji matryc z kropkami kwantowymi, ponieważ materiał ten wprowadza przełom w technologii wyświetlania. Z tego powodu na rynek trafiły ostatnio różne telewizory z kropkami kwantowymi, poszerzając tym samym możliwości wyboru dla użytkowników.
Kluczowe różnice w telewizorach z kropkami kwantowymi polegają jednak na sposobie wdrożenia tej technologii i ogólnej doskonałości obrazu. W dążeniu do najwyższej jakości wrażeń wizualnych, należało wziąć pod uwagę takie czynniki, jak gęstość kropek kwantowych w matrycy, jej jakość i potrzebę rezygnacji z kadmu.
| Od rozdzielczości poprzez kolor aż po bezpieczeństwo:Kryteria wyboru idealnego telewizora z matrycą Quantum Dot |
| Brak kadmuPrzyjazne dla środowiska materiały tworzą bezpieczne, wolne od kadmu warunki do oglądania |
| Jakość matrycyWizualizacja kolorów musi być nie tylko żywa, ale też odporna na upływ czasu |
| Gęstość kropekBy obraz był widocznie lepszy, gęstość kropek w materiale matrycy musi wynosić co najmniej 3000 ppm |
▲Czynniki, które należy uwzględnić, wybierając wysokiej jakości telewizor z technologią kropek kwantowych
Kwantowa dawka koloru
O rzeczywistej jakości telewizora i emitowanego obrazu decyduje między innymi to, jak gęsto są w niej „upakowane” mikroskopijne półprzewodniki emitujące światło. Do uzyskania żywego, bogatego w szczegóły obrazu charakteryzującego się lepszą ekspresją kolorów – czyli cech, z których znane są wyświetlacze QLED i QD-OLED – niezbędny jest wyższy stopień upakowania kropek kwantowych w warstwie QD.
Warstwa kropek kwantowych
Wyświetlacze z kropkami kwantowymi posiadają prostszą i bardziej wydajną strukturę w porównaniu do ekranów LCD. Ekrany QLED marki Samsung eliminują potrzebę stosowania warstwy fosforu, ponieważ to sama warstwa QD – w połączeniu z niebieskim podświetleniem – zwiększa poziom jasności i zapewnia bardziej wyraziste kolory.
Kolejnym krokiem w kierunku poprawy jakości obrazu jest matryca z kropkami kwantowymi podświetlana diodami organicznymi (QD-OLED), która składa się z warstwy tranzystorów cienkowarstwowych (TFT)[1] emitujących światło niebieskie i oświetlanej przez nią warstwy kropek kwantowych. W obydwu przypadkach kluczowe znaczenie dla zapewnienia najwyższej jakości obrazu i zachowania jej przez długi czas ma specjalna „folia” o odpowiednim zagęszczeniu kropek kwantowych.
Brak kadmu
Na wczesnych etapach opracowywania telewizorów z technologią kropek kwantowych kadm był uważany za najlepiej nadający się do tego celu materiał, ponieważ pozwalał na uzyskanie kluczowych walorów, takich jak doskonałe odwzorowanie kolorów i wysoki współczynnik kontrastu.
Jednak toksyczność kadmu i niekorzystny wpływ tego pierwiastka na środowisko naturalne stał się istotną przeszkodą w komercjalizacji technologii kropek kwantowych. Stosowanie kadmu w elektronice użytkowej jest dozwolone, ale podlega rygorystycznym ograniczeniom na mocy prawa UE[2]. Jest to poważne utrudnienie, choć kadm jest materiałem, który najlepiej nadaje się do wdrożenia technologii kropek kwantowych.
W odpowiedzi na to wyzwanie firma Samsung opracowała i opatentowała w 2014 r. pierwszy na świecie pozwalający na stosowanie kropek kwantowych materiał, który był wolny od kadmu. W kolejnym roku producent z powodzeniem skomercjalizował tę technologię, wprowadzając na rynek przełomowe telewizory SUHD (Samsung do dzisiaj pozostaje jedyną liczącą się marką, która oferuje tę technologię na rynku).
10 lat innowacji i dominującej roli w technologii kropek kwantowych
Firma Samsung szybko dostrzegła potencjał technologii kropek kwantowych i dzięki ciągłym badaniom i inwestycjom jest od dekady liderem innowacji na globalnym rynku ekranów.
| Historia opracowanej przez markę Samsung technologii Quantum Dot |
▲ Rozwój opracowanej przez firmę Samsung technologii QD w latach 2001-2022
Samsung przystąpił do badań i rozwoju technologii QD w 2001 roku, gdy prace nad zastosowaniem alternatyw dla kadmu dopiero się rozpoczynały. Osiągnięcie żywych kolorów wymagało ujednolicenia nanocząstek, ale brak wiedzy i technologii sprawiał, że podjęcie masowej produkcji było niezwykle trudne.
Pomimo tych przeszkód w 2014 roku udało się stworzyć nanokryształy wolne od kadmu. Od tego czasu firma zgromadziła rozległą wiedzę specjalistyczną i nieustannie pracowała nad rozwojem technologii, rejestrując ponad 150 patentów. Te wieloletnie nakłady zaowocowały w 2015 r. pojawieniem się pierwszych na świecie telewizorów SUHD z technologią kropek kwantowych bez kadmu.
▲ Telewizory QLED (75Q8C i 88Q8F) na stoisku firmy Samsung „First Look 2017” podczas targów CES 2017
Pragnąc nieustannie iść do przodu, Samsung udoskonalił tę technologię, wypuszczając w roku 2017 pierwszą gamę telewizorów QLED, które ustanowiły zupełnie nowy standard
w segmencie produktów klasy premium. Zastosowanie metalicznych kropek kwantowych pozwoliło telewizorom marki Samsung spełnić wymogi opracowanej przez Digital Cinema Initiative normy DCI-P3 i po raz pierwszy osiągnąć 100-procentowe natężenie kolorów, gwarantując tym samym niezrównane wrażenia, jeżeli chodzi o możliwość ich realistycznego odwzorowania.[3] Należy szczególnie podkreślić, że zastosowanie technologii kropek nieorganicznych chroni wyświetlacze przed wypalaniem[4], utrzymując tym samym wysoką jakość obrazu pomimo upływu czasu.
▲ (Od lewej do prawej) Kwang-Hee Kim, dr Taehyung Kim, dr Eunjoo Jang, Sungwoo Kim i Seon-Myeong Choi z Instytutu Zaawansowanych Technologii firmy Samsung
Po sukcesie w obszarze emisji składowej czerwonej w 2019 r. firma zwiększyła skuteczność świetlną niebieskich, samoistnie emitujących światło diod QLED — uważanych za najtrudniejsze do wdrożenia spośród trzech podstawowych kolorów— do wiodącego w branży poziomu 20,2%.
Odkrycie niebieskiego materiału do samoemitujących diod QLED i zademonstrowanie wiodącej w branży wydajności na poziomie urządzenia to znaczące osiągnięcia tych badań”, powiedział dr Eunjoo Chang, pracownik naukowy Samsung Advanced Institute of Technology. „Wyjątkowa technologia kropek kwantowych firmy Samsung po raz kolejny pokonała bariery techniczne”.
Ale na tym te supernowoczesne osiągnięcia wcale się nie kończą. Doprowadziły one
do wprowadzenia na rynek telewizorów QD-OLED, które przeszły do historii na targach CES 2022, zdobywając wyróżnienie w kategorii najlepszej innowacji za integrację technologii QD w ekranach klasy OLED.
Najnowsze modele Neo QLED idą o krok dalej, zastępując standardowe diody LED większą liczbą diod mini-LED, co pozwala uzyskać jeszcze wyższy poziom szczegółowości obrazu, który charakteryzuje się także jaśniejszym i pełnym żywych kolorów obrazem. Urządzenia te są dostępne nawet w rozdzielczości 8K. Innowacje sprzętowe idą oczywiście w parze
z rozwojem oprogramowania – firma oferuje na przykład rozwiązanie, które wykorzystuje sztuczną inteligencję do optymalizacji i zwiększania rozdzielczości obrazu (AI Upscaling),
a teraz także innowacyjną technologię Vision AI.[5]
Samsung kontynuuje rozwój tej technologii, stawiając na ciągłe innowacje. Firma nadal inwestuje w wiodące technologie wizualizacji – od matryc QLED do Neo OLED i QD OLED– oferując wysoką jasność, wierność kolorów i częstotliwość odświeżania obrazu.
[1] Układ elektroniczny sterujący warstwami emitującymi światło
[2] Dyrektywa 2002/95 w sprawie ograniczenia stosowania substancji niebezpiecznych ogranicza zawartość kadmu w materiałach stosowanych w większości produktów do poziomu 100 ppm.
[3]Zdolność do odwzorowania kolorów: Co oznacza to pojęcie i dlaczego jest ono tak ważne w telewizorach: http://bit.ly/2masnPw
[4] Efekt ten występuje, gdy obraz jest wyświetlany statycznie przez zbyt długi czas. Powoduje zniekształcenie kolorów lub utrzymywani się cieni