A kvantumpontok a televíziók új evolúciós lépcsője

Ma már a hagyományos tv-funkciókat digitális élményekkel egyesítő okostévék az otthoni szórakoztatás sarokköveinek számítanak, de ehhez jó pár évtized kellett, főleg a képernyőtechnológiák fejlesztéseiben rejlő kihívások miatt. A tévézésnek sikerült időről időre újradefiniálnia magát és átalakulnia, de a jövő technológiájának számító kvantumpontos, azaz „quantom dot” képernyős eszközökig vezető út olyan mozaikszavakkal volt kikövezve, mint a CRT, LCD, LED vagy a HD.

A szürke doboztól az élethű színekig

A korai 1950-es években megjelent tévék még óriási dobozok voltak, bennük az úgynevezett katódsugárcsövekkel (CRT), amik korlátozott funkcionalitást kínáltak. Kizárólag fekete-fehér képet tudtak megjeleníteni, mivel ekkor még gyerekcipőben járt a színes kijelzők kutatása. A CRT helyét utána az LCD, azaz folyadékkristályos képernyős tévék vették át a hetvenes évek végére. Ezt követte következő mérföldkőként a LED tv, amely jelentősen javította a képminőséget azzal, hogy a hátlapon lévő képernyőt fénykibocsátó diódákkal világította meg. Egy ugrással odébb érkeztek az OLED-kijelzők (Organic Light-Emitting Diode), már kiváló kontrasztokkal, mély feketékkel és élénk színekkel. Mivel a LED-képernyőkkel ellentétben az OLED-ek nem igényelnek háttérvilágítást, lehetővé vált a korábbinál vékonyabb kijelző és a jobb energiahatékonyság.

A mai kor tévéje sok esetben már rendkívül vékony, Ultra HD felbontású készülék. A sort pedig újabb mozaikszó bővítette: a Samsung által népszerűsített QLED (Quantum Dot Light-Emitting Diode) SUHD típusú tévék, melyek már kvantumpontokat használnak a fényerő és a színpontosság fokozására, így élénkebb megtekintési élményt kínálnak, már a különösen világos szobákban is. Egy kvantumpontos televízió akár 64-szer több színvariációt produkálhat, mint a hagyományos 8 bites paneles tévék, ami körülbelül egymilliárd színárnyalatot jelent. A quantum dot kijelzőkkel pedig HDR technológia is jár, amely az árnyalt színeket a világosabb területeken, a finomabb részleteket pedig az árnyékokban emeli ki.

A kijelzőinnováció a kvantumpontokban rejlik

A kvantumpontok a következő generációs anyagok elemei, amelyeket számos készülékben, köztük kijelzőkben, orvosi eszközökben, valamint napelemekben is nap mint nap használnak. Olyan ultrafinomságú félvezető részecskék, amelyek több mint tízezerszer vékonyabbak egy emberi hajszálnál. A kvantumpontok kereskedelmi forgalomba hozatalára irányuló kutatás-fejlesztéseket főként a tévéipar hajtja előre, mivel az alkalmazásukkal nagyobb színpontosság és fényerő érhető el.

A kvantumpontok a kijelzőkben megkönnyítik a képkockánkénti fénybeállítást a fekete különböző rétegeinek megjelenítéséhez. A minden irányba fényt kibocsátó kvantumpontok bármely betekintési szögből egyenletes fénysűrűséget és egységes színmegjelenítést biztosíthatnak, miközben minimalizálhatják a kék fénynek való kitettséget a kellemesebb nézői élmény érdekében.

A kvantumpontos televíziók fejlesztésének korai szakaszában a kadmiumot tartották a leghatékonyabb anyagnak a kvantumpontok előállításához. A kadmium toxicitása és környezeti hatása azonban megakadályozta a kvantumpont-technológia kereskedelmi forgalomba hozatalát. A kadmium felhasználása ugyan a szórakoztató elektronikában engedélyezett, de az európai uniós jogszabályok által korlátozottan felhasználható anyagként szigorú előírások érvényesek rá, ami megnehezíti széleskörű alkalmazását.

A Samsung 2001-ben kezdte meg a kvantumpont-technológia kutatását és fejlesztését, amikor a kadmiummentes anyagokkal kapcsolatos kutatások még jócskán korlátozottak voltak. Az élénk színek eléréséhez a nanoméretű részecskék egyenletes előállítására volt szükség, de a technológia és a kutatás hiánya miatt a tömeggyártás rendkívül nagy kihívást jelentett. A dél-koreai cég 2014-ben kifejlesztette és szabadalmaztatta az első kadmiummentes kvantumpont-anyagát, és sikerült létrehoznia egy kadmiummentes nanokristályos anyagot. Egy évvel később sikerült kereskedelmi forgalomba hozni a kvantumpont-technológiát az SUHD tévékkel, amellyel a kvantumpont-televíziók új korszaka nyílt meg.

Zöld úton az élénk jövő felé

Miután 2019-ben sikerült kifejleszteni egy piros fényt kibocsátó alkotóelemet is a kijelzők számára, a Samsung a kék fényt kibocsátó QLED-ek fényhasznosítását is bővítette 20,2 százalékra – ennek a megvalósítását tekintik a legnagyobb kihívásnak a három elsődleges QLED szín közül. Ezek az eredmények vezettek el a QD-OLED tévék piacra vezetéséhez. A legújabb Neo QLED modellek még egy lépéssel tovább mennek, mivel a hagyományos LED-eket még több mini-LED-del helyettesítik, ami még nagyobb részletességet, fényerőt és élénk színeket tesz lehetővé, továbbá 8K felbontással is elérhetőek.

A kvantumpontos tévékészülékek közötti legfontosabb különbségek a technológia alkalmazásának módjából, valamint a kijelző általános minőségéből fakadnak. Olyan szempontokat kell figyelembe venni, mint a kvantumponttartalom mennyisége, a kvantumpontokat tartalmazó réteg minősége és a kadmiummentes anyagok újszerű alkalmazása. A kvantumpontos televízió minőségét elsősorban a kvantumponttartalom határozza meg. A kvantumpontrétegben lévő kvantumpontok nagyobb koncentrációjával érhető el az az élénk, részletgazdag képminőség és színmegjelenítés, amelyekről a QLED-kijelzők ismertek. Az ilyen típusú kijelzők az LCD-khez képest egyszerűbb és hatékonyabb felépítéssel rendelkeznek.

A kvantumpont-OLED (QD-OLED) egy vékonyréteg-tranzisztorból (TFT), egy önkibocsátó fényforrásból, valamint egy kvantumpont-filmből áll, amely a fényforrás által kibocsátott fényt használja, és tovább javítja a képminőséget. Mindkét esetben a megfelelő mennyiségű kvantumpontot tartalmazó, az erre a célra kifejlesztett kvantumpont-film jelenti a megoldást a kiváló képminőség és hosszú élettartam biztosításában.

Az ilyen technológiájú kijelzők optimalizált fényerő-szabályozással működnek, így a sötét és világos területek egyensúlya természetesebb hatást kelt. Nem lesznek túlexponált részek, ami a szem számára is kellemesebb. Nem csoda, hogy a Samsung továbbra is elkötelezetten kutatja a technológiában rejlő lehetőségeket és feszegeti a saját határait. Az OLED tévékhez képest hosszabb élettartam és alacsonyabb gyártási költségek miatt ezek az apró kristályok várhatóan hatalmas hatással lesznek az iparágra a későbbiekben is, akár a későbbi formabontónak számító függőlegesen bővíthető és hajtogatható kijelzők tervezése során is.