Het laatste nieuws en reviews van de nieuwste home cinema-producten

Quantum dots: meer over de toekomst van deze technologie

Geschreven door
Geplaatst op9 september 2017, 8:54 CategorieTips en adviezen

Quantum dots zijn een belangrijke kanshebber om de drijvende kracht te worden van onze toekomstige schermen. We zien ze nu al in een aantal televisies. Samsung zet het gebruik van quantum dots sterk in de kijker met zijn vroegere SUHD- en nu QLED-schermen, maar ook Philips heeft een model met QD aangekondigd. Tijdens ons bezoek aan IFA 2017 in Berlijn, brachten we ook een dag door op de QLED-summit, waar we meer te weten kwamen over de toekomst van deze technologie.

Quantum dots: een kort overzicht

Voor een algemene inleiding over quantum dots verwijzen we je naar ons achtergrondartikel over wat quantum dots precies zijn. In het onderstaande overzicht zie je alvast in een notendop waarover het gaat.

We overlopen de technologieën van links naar rechts.

QD-film: dit wordt door alle huidige tv-modellen gebruikt. De quantum dots worden in een film aangebracht die op de Light Guide Plate (LGP) ligt. De film moet de quantum dots perfect beschermen tegen de atmosfeer. De oplossing is erg makkelijk te integreren in het display, maar gebruikt veel quantum dot-materiaal en heeft een hoge prijs. De film is bovendien vrij dik, wat gebruik in mobiele toepassingen hindert.

QD Edge Optic (of QD tube): De quantum dots worden hermetisch afgesloten in een glazen tube. Dit is een goedkopere oplossing, die minder quantum dot-materiaal gebruikt. Helaas is ze enkel geschikt voor edge led-achtergrondverlichtingen en kun je er geen dunne randen mee maken.

Dan zijn er de twee nieuwe oplossingen:

De eerste is QD on chip (ook QD on LED). Het concept is heel eenvoudig. We vervangen de witte leds in onze huidige tv (eigenlijk blauwe leds met gele fosfor) door blauwe leds met daarop een laagje rode en groene quantum dots. Zo krijg je witte leds met een veel beter kleurspectrum. De oplossing vervangt eenvoudig de huidige leds, en zou zelfs in verlichting gebruikt kunnen worden.

De tweede is een QD-kleurfilter (de werking daarvan is besproken in ons oorspronkelijk artikel over quantum dots). Deze oplossing zou een veel hogere luminantie genereren (met hetzelfde energieverbruik als vandaag), of zou de huidige luminantie kunnen leveren met een veel lager energieverbruik. De oplossing heeft bovendien een veel bredere kijkhoek.

Maar beide oplossingen worstelen nog steeds met een aantal problemen.

QD on LED

Het concept van witte leds die beter presteren (op vlak van kleurweergave), maar verder gewoon de huidige witte leds in een tv kunnen vervangen is erg aantrekkelijk.

Je gebruikt een minimale hoeveelheid quantum dot-materiaal en het fabricageproces van de tv blijft quasi onveranderd. Maar ondanks hun efficiëntie mogen we niet vergeten dat leds erg warm kunnen worden, temperaturen van meer dan 100 graden Celsius zijn goed mogelijk. Tijdens het solderen van de led kan die temperatuur nog verder oplopen. En dat is funest voor het functioneren van quantum dots. Bij hoge temperaturen daalt hun efficiëntie én het verkort hun levensduur. Bovendien moeten quantum dots ook afgeschermd worden van de omgeving (quantum dots zijn voorlopig nog niet ‘air stable’ en moeten dus hermetisch afgeschermd blijven). Voor al die problemen moet een oplossing komen als we ze op een led willen integreren. Dat kan zijn onder de vorm van nieuwe quantum dot-materialen, nieuwe vormen van encapsulering van de quantum dots (bijvoorbeeld elke dot voorzien van een glaslaagje), en specifieke nieuwe led-ontwerpen met betere thermische eigenschappen, zodat de quantum dots niet aan te hoge temperaturen blootgesteld worden. De uiteindelijke oplossing zal vermoedelijk een combinatie van al deze opties zijn.

Alhoewel heel wat bedrijven aan dit probleem werken, is er voorlopig nog niet veel bekend. Crystalplex heeft een oplossing voor het coaten van elke quantum dot in een aluminiumoxide (saffier)laagje. Pacific Light Technologies en Lumileds hebben een oplossing, maar die is nog niet commercieel beschikbaar.

QD kleurfilter

De quantum dot toepassing waar we al een tijdje erg enthousiast over zijn, is het QD kleurfilter.

Bekijk ook  Samsung voegt muziekherkennings-app Shazam toe aan smart tv's van 2017

Huidige lcd-tv’s (zie figuur hierboven) hebben als grootste nadelen dat het kleurfilter een belangrijke rol speelt in de energie-efficiëntie (je filtert meer dan zestig procent van het licht weg om kleur te selecteren), en in het bepalen van het gamut. Het kleurfilter kan ook licht verstrooien, wat nadelig is voor het contrast.

Bovendien moet je in veel gevallen een compromis maken tussen luminantie prestaties en perfecte kleur. Een perfecte kleurweergave vereist immers een zeer streng filter, wat concreet betekent dat je nog meer licht wegfiltert (resulteert in minder licht transmissie en dus algemene luminantie)

Door het kleurfilter te vervangen door een laag quantum dots met hetzelfde patroon als het kleurfilter (en transparant voor blauw), creëer je een scherm met erg interessante eigenschappen.

  • Een enorme verbetering in energie efficiëntie: je filtert niet tweederde van het licht weg. Enkel de efficiëntie van de quantum dots bepaalt je resultaat.
  • Het kleurfilter ‘lekt’ niet, en dus behoud je een groter kleurbereik.
  • Het kleurfilter verstrooit geen gedepolariseerd licht. Het zit nu buiten de polarisatoren, zodat je beter contrast houdt.
  • Omdat je de facto een emissief scherm hebt: een grotere kijkhoek.

Maar ook deze technologie vereist nog ontwikkelingen.

  • Een lcd werkt op basis van twee gekruiste polarisatoren. Vermits quantum dots ongepolariseerd licht creëren, moet de quantum dot-laag boven de tweede polarisator komen in plaats van eronder zoals dat nu het geval is. De tweede polarisator moet dan in de lcd-cellen komen. Dit is een noodzakelijke technologie.
  • Quantum dots sturen licht uit in alle richtingen. Dat wil zeggen dat bijvoorbeeld het rode subpixel licht kan uitsturen dat op zijn beurt de naburige groene subpixel ongewenst activeert. Een oplossing is een zwarte matrix rond de subpixels, maar dan verlies je efficiëntie. Ideaal krijgt elke subpixel een eigen reflector.
  • En ook omgevingslicht kan de quantum dots activeren, dus aan de voorzijde van het scherm moet een filter omgevingslicht weren.
  • Bovendien zijn er ook nog uitdagingen voor het quantum dot-materiaal:
    • Het moet niet-toxisch zijn en mag geen zware metalen gebruiken (veel quantum dots gebruiken cadmium).
    • Je gebruikt er veel, meer dan in een de huidige film-oplossing, dus je moet ze goedkoop produceren.
    • Hele sterke absorptie vereist (je wilt geen blauw licht lekken door je rode of groene subpixel).
    • Het moet makkelijk te processen zijn: om het kleurfilter te maken moet het in hoge dosis in hars en fotoresists verwerkt worden zodat het geëtst kan worden. En speciaal voor die processen moet het materiaal hoge stabiliteit hebben, liefst ook ‘air stable’.
    • Er moet een proces ontwikkeld worden voor het aanbrengen van de quantum dots. Dit kan ofwel met een foto-resist vol quantum dots die selectief uitgehard wordt en de rest weggespoeld of met inkjet technologie.

Deze oplossing zit vermoedelijk nog twee jaar in het prototype stadium, commerciële producten komen pas daarna.

Conclusie

Nieuwe manieren om quantum dots te verwerken in televisies zijn QD on LED en QD kleurfilter. De eerste is een makkelijk te implementeren verbetering, zodra de nieuwe leds ontworpen zijn. De laatste is een fundamentele verandering van onze televisies en zou vooral een veel energiezuiniger scherm opleveren met een betere kijkhoek. Er zit nog heel wat toekomst in quantum dots, maar het vereist nog heel wat onderzoek en engineering. Een belangrijk onderdeel van al dit onderzoek is geconcentreerd op nieuwe quantum dot-materialen. De huidige materialen mogen niet aan lucht blootgesteld worden. Nieuwe materialen moeten dat wel kunnen, en moeten stabieler zijn, zodat ze beter bestand zijn tegen hitte, en ook efficiënt blijven.

Meer informatie

Wil je meer lezen over de technieken die in televisies gebruikt worden? Neem dan een kijkje in onze home cinema informatiegids. Daar vind je onder meer artikelen over wat high dynamic range is en alles dat je moet weten over het kleurvolume van tv’s.

  • Delen:

Reacties

  1. Stefan Uytterhoeven
    11 september, 2017 om 20:58

    Artikel gesponsord door Samsung…
    OLED is de toekomst

    • Eric Beeckmans
      11 september, 2017 om 23:06

      Tjonge toch, je probeert wat technische achtergrond te geven over de ontwikkelingen op vlak van quantum dots, en gewoon omdat er qled boven staat, roep je ‘gesponsord’.

      De workshop die ik volgde en waaruit dit artikel vloeide was inderdaad gesponsord door Samsung. Maar dat betekent nog niet dat dit artikel gesponsord is door Samsung.

      Deze technologieën worden momenteel wel degelijk ontwikkeld. Er staan dan ook heel wat bedenkingen in dit artikel die deze ontwikkelingen zouden kunnen vertragen, of zelfs stoppen.

      Mocht LG een dergelijke workshop geven, ik zou er met plezier over berichten. Wie mijn reviews leest, weet overigens dat ik bijzonder positief ben over oled.

      In het vervolg misschien niet onmiddellijk allerlei volledig uit de lucht gegrepen beschuldigingen posten.

    • Martijn Chel
      13 september, 2017 om 15:48

      Dit slaat inderdaad nergens op. Quantum dots zijn een belangrijke ontwikkeling, van meerdere partijen. Dus puur een achtergrond over de techniek.

  2. Hans vdC
    15 september, 2017 om 19:19

    Inderdaad nogal onnozele reactie. Ik heb na jarenlang twijfelen uiteindelijk mijn Panasonic plasma vervangen door een 65″ OLED van LG. Zeer knappe televisie, maar ik heb toch ook meteen een aantal nadelen van de nieuwe technologie van OLED mogen ondervinden, zoals een gele waas over linkerkant van scherm bij wit beeld. OLED is een behoorlijk knappe techniek, maar het is ook niet perfect. En daarom vind ik het zeer interessant om te lezen welke alternatieven men blijft ontwikkelen. De dag dat er LED schermen komen met quantum dots én die elke pixel apart kunnen belichten, dan zal OLED het nog knap lastig krijgen.

  3. René
    16 september, 2017 om 12:19

    Dank Eric voor de uitgebreide informatie. Er is veel ontwikkeling gaande in de tv industrie en overzicht gaat snel verloren. De gegeven info ordend de boel weer een beetje!

Laat een reactie achter

Opmerking: E-mail wordt niet gepubliceerd of gedeeld.