Первое поколение это телевизоры на ЭЛТ. Второе поколение - на ЖК (телевизоры на плазме [1] опускаем, в связи с краткосрочностью их существования). И третье поколение, которое еще только грядет - телевизоры на СИД (имеется в виду не тривиальная LED подсветка ЖК).
В статье [2] описывались светодиодные экраны на базе QD LED (КТ СИД - светодиоды с фотолюминофором на основе квантовых точек). Телевизор на QD LED - тот же светодиодный экран. В чем отличие? В размерах светодиодного чипа и вытекающих из этого последствиях.
Физика
Типовой размер светодиодного чипа (кристалла), используемого в светодиодных экранах, составляет 30 х 30 мил. Это 762 х 762 микрона.
Какой размер чипа нужен для телевизора? Возьмем для примера 4К телевизор с диагональю 75". Размер экрана составит 3840 х 2160 = 24 883 200 пикселей, что соответствует площади 1660 х 934 мм2 с шагом 432 микрона.
Так как пиксель должен состоять, как минимум, из трех светодиодов, то размер одного чипа должен быть таким, чтобы в квадрате 432 х 432 микрона поместилось три чипа. Исключительно для удобства расчетов, примем размер одного чипа (точнее, уже микрочипа) 76 х 76 микрон. По площади это в 100 раз меньше типового размера. Кстати, толщина человеческого волоса составляет 50 - 100 микрон.
Как обсуждалось в [2], для получения зеленого и красного цветов целесообразно использовать чипы синего цвета с нанесением фотолюминофора. На это и будем ориентироваться в дальнейшем.
Чтобы сохранить стандартную плотность тока для обычного светодиода - 300а/см2, ток для одного микрочипа должен быть 0,2 ма (в 100 раз меньше стандартного тока в 20 ма). При этом сила света должна также уменьшится в 100 раз (c 340 до 3,4 мКд). Но при уменьшении размеров чипа его светоотдача падает (из-за увеличения дефектов дислокации, на краях микрочипа [3]). Так, для микрочипа 76 х 76 микрон, светоотдача может снизиться до двух раз по сравнению с чипом 760 х 760 микрон. Поэтому примем силу света для такого микрочипа 1,7 мКд. При шаге пикселей 432 мк яркость экрана составит:
B = I/S = 1,7*10^-3/432*432*10^-12 = 9110 Кд/м2
Для телевизора достаточно яркости 500 Кд/м2. Поэтому средний ток через микрочип можно уменьшить примерно в 20 раз (используя ШИМ). Тогда, для телевизора 4К, при числе микрочипов 25 х 3 = 75 миллионов, максимальный ток (белое поле экрана) составит 75 а. При падении напряжения на микрочипе в 3 в, потребление 75" ТВ составит порядка 250 вт, что немало, но на первых порах приемлемо.
Технология
В технологии изготовления телевизоров третьего поколения нет никаких откровений. Все известно, но весьма трудоемко. Наивно думать, что экран с диагональю 75" можно собрать, установив на одну супер подложку 75 миллионов микрочипов размером 75 микрон каждый. Конечно нет, хотя такие технологии существуют [4].
Реальной альтернативой является сборка экрана из отдельных панелей. Например, для панели 51,84 х 51,84 мм2 потребуется 3 х 120 х 120 = 43200 микрочипов. Такое количество микрочипов уже реально как для сборки из скрайбированных чипов, так и для их выращивания на одной подложке. Для экрана будет нужно использовать 32 х 18 = 576 таких панелей. Основной проблемой сборки будет обеспечение невидимости межпанельных швов.
Для управления панелями скорее всего будут использоваться толстопленочные транзисторы - TFT, хорошо освоенные в производстве ЖК телевизоров. На рисунке показано соединение светодиодной панели с TFT панелью.
Для нанесения фотолюминофоров на основе коллоидных квантовых точек потребуется либо прецизионная трафаретная либо струйная печать. Для разделения люминофоров, чтобы соблюсти чистоту цвета, потребуется керамическая решетка, как это показано в [2].
И, напоследок, одна из первых ласточек - телевизор Samsung MNA89MS1BACXKR с диагональю 89", предлагаемый по цене более 100 000 долларов. Телевизор имеет более 20 миллионов микро-светодиодов (синих, зеленых и красных, без использования фотолюминофоров).
Статья [5], написанная более года назад была излишне оптимистична в отношении телевизоров QD LED. Вряд ли они получат массовое распространение и будут стоить меньше 1000 долларов. И не потому, что они сложны и трудоемки в изготовлении - это все в итоге, при соответствующих вложениях, преодолимо. А потому, что им на смену придут телевизоры на новых светоизлучающих элементах. То есть повторится ситуация с плазменными телевизорами, потенциал развития которых еще не был исчерпан, но они проиграли в конкурентной борьбе ЖК телевизорам.
1. Существуют ли другие экраны кроме светодиодных? Часть 1: плазма
2. Проун: светодиодный экран на QD LED.
3. О механизме рекомбинации носителей в уменьшенных синих микро-светодиодах
4. Micro-light-emitting diodes with quantum dots in display technology
5. Светодиодные экраны: конец развития?