„Технологијата QLED на Samsung играше клучна улога во доведувањето на квантните точки до ниво на признание потребно за Нобеловата награда за хемија.” — Таегван Хјон, Универзитет во Сеул
Квантните точки беа на чело на иновациите за прикажување во последната деценија, испорачувајќи некои од најпрецизните репродукции на бои меѓу постоечките материјали. Во 2015 година, Samsung Electronics го постави патот за комерцијализација на квантните точки со лансирањето на SUHD телевизорите — пробив кој го надмина користењето на кадмиумот (Cd), тежок метал кој традиционално се користел во синтезата на квантни точки, воведувајќи ја првата технологија за квантни точки без кадмиум во светот.
Академскиот свет го забележа тоа. Успешната комерцијализација на телевизорите со квантни точки без кадмиум не само што постави нов правец за истражување и развој, туку и играше клучна улога во доделувањето на Нобеловата награда за хемија за 2023 година за откритие и синтеза на квантните точки.
Следејќи го првиот дел, Samsung Newsroom откри како Samsung допринел во академијата преку иновативни напредоци во материјалната иновација.
Зошто кадмиумот беше почетната точка за истражување на квантни точки
„Навистина бев импресиониран што Samsung успеа да комерцијализира производ за прикажување со квантни точки без кадмиум.” — Таегван Хјон, Универзитет во Сеул
Квантните точки почнаа да привлекуваат научен интерес во 1980-тите години кога Алексеј Јекимов (Aleksey Yekimov), поранешен главен научник во Nanocrystals Technology Inc., и Луис Е. Брус (Louis E. Brus), професор емеритус на Одделот за хемија на Универзитетот Колумбија, објавија свои истражувања за ефектот на квантното ограничување и оптичките својства на квантните точки кои зависат од големината.
Моментумот забрза во 1993 година кога Мунги Баведи (Moungi Bawendi), професор на Одделот за хемија на Масачусетс Институтот за технологија (MIT), разви сигурен метод за синтеза на квантни точки. Во 2001 година, Таегван Хјон (Taegwan Hyeon), истакнат професор на Одделот за хемиско и биолошко инженерство на Универзитетот во Сеул (SNU), го осмислил „процесот на загревање” — техника за производство на униформни наночестички без потреба од селективно одвојување по големина. Во 2004 година, Хјон објави метод за скалабилна продукција во академското списание Nature Materials — откритие кое широко се смета како потенцијален пресврт во индустријата.
Меѓутоа, овие напори не довеле веднаш до комерцијализација. Во тој период, квантните точки се потпирале силно на кадмиум (Cd) како основен материјал — супстанца позната како штетна за луѓето и определена како ограничен материјал согласно Директивата на Европската Унија за ограничување на опасни супстанци (RoHS).
„Во моментов, единствените материјали кои можат сигурно да произведуваат квантни точки се кадмиум селенид (CdSe) и индиум фосфид (InP),“ објаснува Хјон. „Кадмиум селенид, традиционалниот материјал за квантни точки, е соединение на елементи од групите II и VI, додека индиум фосфид се формира од елементи од групите III и V. Синтетизирањето квантни точки од елементи од групите II и VI е релативно едноставно, но комбинирањето на елементи од групите III и V е хемиски многу покомплексно.“
Кадмиумот, елемент со два валентни електрони, формира силни јонски врски¹ со елементи како селен (Se), сулфур (S) и телур (Te) — секој од нив има шест валентни електрони. Овие комбинации резултираат со стабилни полупроводници, познати како II–VI полупроводници, материјали кои долго време се фаворизирани во истражувањето за нивната способност да произведуваат висококвалитетни нанокристали дури и при релативно ниски температури. Како резултат на тоа, користењето на кадмиум во синтезата на квантни точки долги години беше сметано за академски стандард.
Напротив, индиумот (In) — алтернатива на кадмиумот со три валентни електрони — формира ковалентни врски² со елементи како фосфор (P), кој има пет валентни електрони. Ковалентните врски генерално се помалку стабилни од јонските врски и имаат насочена природа, што го зголемува ризикот од дефекти при синтезата на нанокристали. Овие карактеристики го направија индиумот предизвик за работа во истражувањето и масовната продукција.
„Тешко е да се постигне висока кристалност во квантните точки направени од индиум фосфид,” забележа Ли (Doh Chang Lee). „Потребен е сложен процес на синтеза за да се исполнат стандардите за квалитет потребни за комерцијализација.”
Без компромиси – од пробив до масовна продукција
„Просто нема место за компромис кога станува збор за безбедноста на потрошувачите.”
— Сангјун Сон, Samsung Electronics
Сепак, Samsung ја презеде различна стратегија.
„Ние истражувавме и развивавме технологија за квантни точки уште од 2001 година,“ изјави Сангјун Сон, раководител на Лабораторијата за напредни екрани, Бизнис оддел за визуелни екрани (VD) во Samsung Electronics. „Но, уште на почетокот, утврдивме дека кадмиумот, кој е штетен за човечкото тело, не е погоден за комерцијализација. Додека регулативите во некои земји технички дозволуваат до 100 делови на милион (ppm) кадмиум во електронски производи, Samsung ја усвои политиката на нула кадмиум од самиот почеток. Без кадмиум, без компромис — тоа беше нашата стратегија. Просто нема место за компромис кога станува збор за безбедноста на потрошувачите.”
Долгорочната посветеност на Samsung кон принципот „Без компромис за безбедноста“ излезе на површина во 2014 година, кога компанијата успешно го разви првиот материјал за квантни точки без кадмиум во светот. За да се обезбеди и издржливост и квалитет на сликата, Samsung воведе технологија за трислојна заштитна обвивка која ги штити наночестичките на индиум фосфид од надворешни фактори како кислород и светлина. Следната година, Samsung го лансираше првиот комерцијален SUHD телевизор со квантни точки без кадмиум во светот, што претставуваше парадигматска промена во индустријата за екрани и кулминација на истражувачките напори кои започнаа во почетокот на 2000-те.
„Квантните точки на база на индиум фосфид се инхерентно нестабилни и потешки за синтетизирање во споредба со нивните кадмиум-базирани контрапарти, почетно постигнувајќи само околу 80% од перформансите на квантните точки базирани на кадмиум,“ изјави Сон. „Меѓутоа, преку интензивен процес на развој во Samsung Advanced Institute of Technology (SAIT), ние успешно ги зголемивме перформансите до 100% и обезбедивме сигурност за повеќе од 10 години.“
Квантните точки во Samsung QLED екраните се составени од три клучни компоненти: јадро, каде светлината се емитува; школка, која го штити јадрото и ја стабилизира неговата структура; и лиганд, полимерна обвивка која ја подобрува стабилноста против оксидација надвор од школката. Суштината на технологијата на квантни точки лежи во беспрекорната интеграција на овие три елементи, напреден индустриски процес кој опфаќа од набавка на материјали и синтеза до масовна продукција и поднесување на бројни патенти.
„Ниедна од трите компоненти — јадро, школка или лиганд не може да се занемари,“ додава Ли. „Технологијата на Samsung за синтеза на индиум фосфид е извонредна.“
„Развивањето технологија во лабораторија е предизвик само по себе, но комерцијализацијата бара сосема различно ниво на напор за да се обезбеди стабилност на производот и конзистентен квалитет на боите,“ изјавува Хјон. „Навистина бев импресиониран што Samsung успеа да ја комерцијализира технологијата за прикажување на квантни точки без кадмиум.“
Поставување на стандард за квантни точки
„Истражувачките трендови во академската заедница значително се променија пред и по објавувањето на телевизорите со квантни точки на Samsung.“
— Дох Чанг Ли, Корејски институт за напредна наука и технологија
Оптичките својства на квантните точки се применуваат во широк спектар на области, вклучувајќи соларни ќелии, медицина и квантно пресметување. Меѓутоа, прикажувањето со квантни точки останува најактивно истражуваната и најшироко комерцијализираната примена до денес — со Samsung како пионер.
Создавајќи ги на основа на долгогодишните истражувања и воведувањето на своите SUHD телевизори, Samsung своите QLED телевизори ги лансираше во 2017 година, кога постави нов стандард за премиум екрани. Во 2022 година, компанијата ја продолжи иновацијата со дебито на QD-OLED телевизорите — првиот екран во светот кој комбинира квантни точки со OLED структура.
QD-OLED е технологија за прикажување на следната генерација која интегрира квантни точки во самосветлечката структура на OLED. Овој пристап овозможува побрзо време на реакција, подлабоки црни бои и повисоки соодносни вредности на контраст. QD-OLED на Samsung беше награден со наградата „Display of the Year“ за 2023 година од страна на Society for Information Display (SID), најголемата организација во светот посветена на технологиите за прикажување.
„Samsung не само што го води пазарот со своите телевизори со квантни точки на база на индиум фосфид, туку исто така останува единствената компанија која успешно ги интегрирала и комерцијализирала квантни точки во OLED,“ изјави Сон. „Користејќи ги нашите водечки позиции во технологијата за квантни точки, ќе продолжиме да бидеме лидери на идниот напредок во иновациите на екрани.“
„Истражувачките трендови во академската заедница значително се променија пред и по лансирањето на телевизорите на Samsung со квантни точки,“ изјави Дох Чанг Ли, професор на Одделот за хемиско и биомолекуларно инженерство при Корејскиот институт за напредна наука и технологија (KAIST). „Откако беа лансирани, дискусиите сè повеќе се фокусираат на практичните примени, а не на самите материјали, што го одразува потенцијалот за реална примена преку технологиите за прикажување.“
„Имаше многу обиди да се применат квантните точки во различни области, вклучувајќи фотокатализа,“ додаде тој. „Но овие напори сé уште се во рана фаза во споредба со нивната употреба во екрани.“
Хјон исто така забележа дека успешната комерцијализација на телевизорите со квантни точки на Samsung помогна да се отвори патот за Бавенди, Брус и Јекимов да ја добијат Нобеловата награда за хемија во 2023 година.
„Еден од најважните критериуми за Нобеловата награда е степенот до кој технологијата има придонесено за човештвото преку комерцијализација,“ вели тој. „Samsung QLED претставува едно од најзначајните достигнувања во нанотехнологијата. Без неговото комерцијализирање би било тешко квантните точки да добијат Нобелово признание.“
Визијата на Samsung за екраните во иднина
Откако ги лансираше своите QLED телевизори, Samsung го забрза растот на технологијата за квантни точки како во индустријата, така и во академијата. Кога беа побарани нивните согледувања за иднината на екрани со квантни точки, експертите ги споделија своите прогнози за тоа што нé очекува.
„Како технологија на следната генерација, во моментов истражуваме самосветлечки квантни точки,“ вели Сон. „Досега, квантните точки се потпираа на надворешни извори на светлина за да ги изразат црвената и зелената боја. Во иднина, нашата цел е да развиеме квантни точки кои самостојно ќе емитуваат светлина преку електролуминисценција, произведувајќи ги сите три основни бои преку вбризгување на електрична енергија. Работиме и на развој на сини квантни точки.“
„Како што електролуминисцентните материјали овозможуваат намалување на големината на компонентите на уредите, ќе можеме да постигнеме висока резолуција, ефикасност и осветленост кои се потребни за апликации во виртуелна и проширена реалност,“ изјави Ли, прогнозирајќи голема трансформација во иднината на екрани.
„Добриот екран е оној кој гледачот дури и не го препознава како екран,“ додава Сон. „Крајната цел е да се испорача искуство што не се разликува од реалноста. Како лидер во иновациите со квантни точки, гордо ќе продолжиме да напредуваме.“
Со своето континуирано лидерство и смела технолошка визија, Samsung го обликува идниот развој на екрани и го осмислува она што е можно со квантните точки.
