Punti quantici e TV LCD
Non c'è dubbio che, nonostante alcune carenze, i televisori LCD sono il tipo dominante di TV venduta ai consumatori come centro della loro esperienza di home entertainment. La rapida accettazione della TV LCD ha sicuramente accelerato la scomparsa dei televisori CRT e Rear Projection ed è anche il motivo principale per cui i televisori al plasma non ci sono più.
Tuttavia, OLED TV è stata propagandata da molti, con le sue prestazioni "potenziate" come il legittimo successore di LCD. In effetti, LG ha scommesso su questa tecnologia producendo e promuovendo attivamente i TV OLED.
Tuttavia, per quanto i proponenti vorrebbero pensare che l'OLED rappresenti un passo avanti nella tecnologia TV, i televisori LCD possono ancora fare un passo in avanti con l'integrazione di Quantum Dots.
Cos'è un punto quantico?
Ai fini dell'applicazione nei televisori e nei display video, un Quantum Dot è un nanocristallo artificiale con proprietà a semiconduttore che può essere utilizzato per migliorare la luminosità e le prestazioni cromatiche visualizzate nelle immagini fisse e video su uno schermo LCD.
I punti quantici sono particelle emissive (un po 'come i fosfori su una TV al plasma), ma, in questo caso, quando vengono colpiti da fotoni provenienti da una fonte di luce esterna (nel caso dell'applicazione TV LCD una luce LED blu), ogni punto emette colore di una larghezza di banda specifica, che è determinata dalla sua dimensione.
I punti più grandi emettono una luce che è inclinata verso il rosso e, man mano che i punti si restringono, emettono una luce più inclinata verso il verde. Quando i punti quantici delle dimensioni designate sono raggruppati in una struttura (più su questo nella pagina successiva) e sono combinati con una sorgente di luce a LED blu, possono emettere luce attraverso l'intera larghezza di banda del colore richiesta per la visione TV. Sfruttando le proprietà Quantum Dot, i produttori di TV possono migliorare le prestazioni di luminosità e colore dei TV LCD rispetto alle attuali capacità.
L'immagine sopra mostra sia la struttura un punto quantico (a destra), un ipotetico esempio della relazione tra le proprietà di emissione del colore Quantum Dot in base alla dimensione (a sinistra), e il metodo con cui i Dots Quantum sono effettivamente fabbricati (sembra qualcosa dal laboratorio di chimica del dottor Frankenstein o del college).
Come i punti quantici possono essere utilizzati nei televisori LCD
Una volta che i punti Quantum sono stati realizzati, i punti di dimensioni diverse possono essere posizionati in modo casuale o in un formato organizzato in un involucro che può essere collocato all'interno di un TV LCD (con un TV LCD i punti sono in genere di due dimensioni, uno ottimizzato per Verde e l'altro ottimizzato per Red).
L'immagine mostrata in questa pagina illustra come i punti Quantum possono essere utilizzati in un TV LCD, in base al tipo di alloggiamento utilizzato.
- Posizionato all'interno di un involucro (indicato come Edge Optic) lungo i bordi del pannello LCD tra una sorgente di luce a LED blu e il pannello LCD (per TV LED / LCD orientabili).
- Su un "livello di miglioramento del film" posizionato tra una sorgente di luce a LED blu e il pannello LCD (per TV Full Array o LED / LCD a luce diretta).
- Su un chip posizionato su sorgenti luminose a LED blu lungo il bordo di un pannello LCD (per TV LED / LCD orientabili).
In ogni metodo, un LED blu invia luce attraverso i punti quantici, che sono quindi eccitati in modo che emettano luce rossa e verde (che è anche combinata con il blu proveniente dalla sorgente luminosa a LED). La luce colorata differente passa quindi attraverso i chip LCD, i filtri colorati e sullo schermo per la visualizzazione delle immagini. Lo strato emissivo Quantum Dot aggiunto consente al TV LCD di visualizzare una gamma di colori più saturi e più ampia rispetto ai TV LCD senza il layer Quantum Dot aggiunto.
Scopri una dimostrazione video dell'applicazione quantistica in un monitor LCD (Home Theater Geeks / QD Vision)
L'effetto dell'aggiunta di punti quantici ai televisori LCD
Di seguito viene mostrato un grafico e un esempio di come l'aggiunta di punti quantici ai televisori LCD può migliorare le prestazioni dei colori.
Nella tabella in alto c'è una rappresentazione grafica standard che illustra lo spettro dei colori visibile completo. Tuttavia, TV e tecnologie video non sono in grado di visualizzare l'intero spettro dei colori, quindi con questo in mente, i triangoli visualizzati all'interno di tale spettro mostrano quanto le varie tecnologie cromatiche utilizzate nei dispositivi di visualizzazione video si avvicinino a tale obiettivo.
Come si può vedere dai triangoli di riferimento, i televisori LCD che utilizzano il display a LED bianco tradizionale o il display di illuminazione laterale sono molto meno dello standard di colore NTSC adottato nel 1953 per la trasmissione a colori. Tuttavia, come si vede anche, quando i Quantum Dots vengono aggiunti nel mix, il colore su un TV LCD ha la capacità di estendersi abbastanza da soddisfare i requisiti dello standard di colore NTSC.
L'effetto pratico: i colori sono più saturi e naturali, come mostrato nei confronti sotto il grafico.
È anche importante sottolineare che Quantum Dots può essere utilizzato anche per soddisfare i requisiti degli standard di colore HD (rec.709) e Ultra HD (rec.2020 / BT.2020), come discusso nell'articolo Punti quantici per gamme di colori ultra-alti negli LCD pubblicato dalla International Society for Optics and Photonics.
LCD vs OLED
Come menzionato nella mia introduzione a questo articolo, i televisori LCD sono il tipo più comune utilizzato nelle famiglie di tutto il mondo. Tuttavia, detto questo, i televisori LCD hanno degli svantaggi, che includono la saturazione del colore e le prestazioni del livello del nero, specialmente se confrontati ai televisori al plasma. L'integrazione dei sistemi di illuminazione a LED neri e laterali ha aiutato un po ', ma non è stato abbastanza.
Come risposta a queste carenze, l'industria televisiva (principalmente LG) ha perseguito l'OLED come soluzione, in quanto i televisori che incorporano la tecnologia OLED possono produrre sia una gamma cromatica più ampia che un nero assoluto.
Tuttavia, sebbene OLED sia salutato come un'alternativa migliore al LED / LCD, dopo anni di promesse e tentativi falliti di raggiungere il mercato, solo nel 2014 LG e Samsung sono entrati nel mercato televisivo con televisori OLED a grande schermo introdotti al CES 2013 utilizzando due approcci leggermente diversi.
LG utilizza un sistema denominato WRGB, che è una combinazione di subpixel OLED ad emissione di luce bianca e filtri colorati per produrre immagini, mentre Samsung incorpora i subpixel OLED a luce rossa, verde e blu.
I televisori OLED sembrano davvero grandiosi, ma c'è un grosso problema che sta impedendo al resto dell'industria televisiva di portare sul mercato televisori OLED su larga scala, a un costo.
Inoltre, va sottolineato che Samsung ha abbandonato la produzione di TV OLED dei consumatori nel 2015, lasciando LG e, e ora Sony, come le uniche fonti per i televisori OLED destinati al mercato dei consumatori.
Nonostante l'affermazione che i televisori LCD abbiano una struttura più complicata rispetto ai televisori OLED, il vero fatto è che gli OLED sono stati finora più costosi da produrre negli schermi di grandi dimensioni richiesti per i televisori. Ciò è dovuto a difetti rilevati nel processo di produzione che comportano il rifiuto di una grande percentuale di schermi OLED dall'utilizzo per schermi di grandi dimensioni. Di conseguenza, la maggior parte dei presunti vantaggi di OLED (come la possibilità di visualizzare una gamma di colori più ampia e un livello di nero più profondo) sui TV LED / LCD vengono soffocati.
Sfruttando i problemi di produzione di OLED e la capacità di incorporare Quantum Dots nel design TV LED / LCD attualmente in esecuzione (e con poche modifiche necessarie nella linea di assemblaggio), Quantum Dots potrebbe essere il biglietto per portare le prestazioni della TV LED / LCD più vicino a quella di quello che i produttori di TV speravano con OLED - e ad un costo molto inferiore.
LCD con Quantum Dots vs OLED
In questa pagina è mostrato un grafico che confronta la luminosità, la copertura dei colori e i requisiti di consumo energetico di due TV LED / LCD Sony che incorporano Quantum Dots con i televisori OLED di prima generazione distribuiti da Samsung e LG.
Senza entrare molto nei dettagli tecnici, quando si confrontano tutti e quattro i set, si trova che la copertura dei colori è composta dai due set LED / LCD Sony Quantum Dot utilizzati per il confronto e il set originale OLED Samsung è molto vicino, mentre l'LG OLED set sembra effettivamente sottostimato.
D'altra parte, mentre il set Samsung è in grado di produrre un'alta luminosità, entrambi i set Sony Quantum Dot LED / LCD e LG OLED sono molto vicini.
Tuttavia, la differenza più significativa è nel consumo di energia. Come potete vedere, entrambi i televisori OLED consumano più energia rispetto a quelli di Sony utilizzati in questo confronto, specialmente se si considera che il set Sony 4K da 65 pollici consuma meno energia rispetto a un televisore OLED da 55 pollici. Ciò significherebbe, escludendo qualsiasi progresso ingegneristico nelle future generazioni di TV OLED, che un televisore OLED da 65 pollici potrebbe consumare più energia rispetto al suo equivalente TV LED / LCD abilitato ai punti quantici.
Inoltre, un'altra cosa da tenere a mente è che mentre i TV LED / LCD consumano corrente su un livello più stabile indipendentemente dall'uscita della luminosità (anche se altre funzioni del televisore, come Smart TV, ecc., Se impegnate possono influire sul consumo energetico) , Il consumo di energia della TV OLED cambia con il livello di luminosità richiesto per produrre immagini. Quindi, più il contenuto è luminoso, più la potenza viene consumata e, naturalmente, anche la Smart TV coinvolgente e altre funzionalità cambieranno anche questo.
Quindi, come puoi vedere come mostrato nel grafico, il fattore di costo in più sia nella produzione che nell'acquisto di un TV OLED potrebbe non apportare un notevole miglioramento rispetto a un TV LED / LCD equipaggiato con Quantum Dot.
Punti quantici: un colorato presente e futuro
Ci sono tre principali fornitori di tecnologia Quantum Dot per l'uso in TV, QD Vision (che fornisce la soluzione edge-ottica per TV LED / LCD a bordo illuminato) e Nanosys e 3M (che forniscono l'opzione QDEF (Quantum Dot film) - per l'uso con TV LED / LCD retroilluminati Full Array).
Sul lato sinistro della foto mostrata sopra, la TV all'estrema sinistra è una TV LED / LCD Samsung 4K, e appena a destra e in basso c'è una TV LG 4K OLED. Subito sopra LG OLED TV è un TV LED 4K LCD / LCD dotata di tecnologia Quantum Dot. Come puoi vedere, i rossi appaiono più su Philips che sul set Samsung e sono leggermente più saturi rispetto ai rossi visualizzati sul set LG OLED.
Sul lato destro della foto ci sono esempi di televisori equipaggiati con Quantum Dot di TCL e Hisense.
L'uso di Quantum Dots ha fatto un grande balzo in avanti quando diversi produttori di TV hanno mostrato TV compatibili con Quantum Dot al CES 2016, tra cui Samsung, TCL, Hisense / Sharp, Vizio e Philips.
Tuttavia, stranamente, LG, che ha mostrato alcuni prototipi di Quantum Dot TV nel 2015, ha apparentemente deciso di tirarsi indietro e mettere più risorse nella loro più costosa tecnologia OLED TV.
D'altra parte, con LG e Sony (a partire dal 2017) che sono gli unici produttori di televisori OLED (i televisori OLED di Sony utilizzano i pannelli LG OLED), l'alternativa Quantum Dot per l'ottimizzazione del colore offerta da QD Vision, Nanosys e 3M, potrebbe effettivamente consentire a LCD di continuare il suo dominio sul mercato per anni e decenni a venire. Quindi, la prossima volta che vai a fare acquisti per un televisore, controlla se ha il "Color IQ", "QLED" "QD", "QDT", o un'etichetta simile sul set, o nel manuale d'uso - che dirà voi che la TV sta utilizzando la tecnologia Quantum Dot.
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