MicroLED, Mini-LED, OLED-Apples zukünftige iPhone-, iPad-und Mac-Displays

Die Display-Technologie hat sich nur langsam verändert, und die Branche braucht anscheinend Jahrzehnte, um von einer zur nächsten zu wechseln. Kathodenstrahlröhren (CRT)-Bildschirme hingen für eine Ewigkeit herum, bis dünne und leichte TFT-LCD-Bildschirme billig und attraktiv genug für die Verbraucher wurden.

OLED-Bildschirme wurden als die nächste große Display-Technologie angepriesen, aber sie haben sich erst in der letzten paar Jahren.

Wenn eine Technologie in der Branche weit verbreitet ist, richtet sich die Aufmerksamkeit unweigerlich darauf, was sie ist auf dem Weg. Mit supply Kettenberichte über das Interesse von Apple an microLED und Mini-LED, den Einsatz von Mini-LED im 12,9-Zoll-iPad Pro und den möglichen Einsatz beider Technologien in zukünftigen Produkten hat dies bei Beobachtern auf großes Interesse geweckt.

Die beiden Technologien sind interessant und jede bietet ihre eigenen Vorteile für die Gerätetabelle. Im Fall von microLED führt dies zu einer grundlegenden Änderung in der Art und Weise, wie Geräte entworfen, hergestellt und den Verbrauchern angezeigt werden.

Um vollständig zu verstehen, was die Inbound-Technologie potenziell leisten kann, müssen Sie verstehen, wo wir mit aktuellen Display-Technologien stehen.

TFT LCD steht für Thin Film Transistor Liquid Crystal Display, eine der älteren und etablierteren Displaytechnologien, die heute verwendet werden. Es wird seit Jahrzehnten in Bildschirmen verwendet, am häufigsten in Notebooks, aber auch in Tablets, Smartphones und anderen mobilen Geräten.

Die Technologie ist dem segmentierten Bildschirm eines Taschenrechners relativ ähnlich, da sie auf einer Reihe von Ebenen beruht um ein Flüssigkristallmaterial einzuschichten. Wenn ein Strom angelegt wird, können sich die Eigenschaften des Flüssigkristallmaterials ändern und somit beeinflusst es, wie Licht es durchdringt.

In einer einfachen Taschenrechneranzeige werden Taschen in den Schichten gebildet, um das Flüssigkristallmaterial in einer bestimmten Formation aufzunehmen , und das Anlegen von Strom in diesen Bereichen ermöglicht, dass bestimmte Segmente undurchsichtig werden, während andere transparent oder durchscheinend bleiben. Die Steuerung, welche dieser Segmente in verschiedenen Kombinationen mit Strom versorgt werden, zeigt unterschiedliche Zahlen.

Bei einem TFT-LCD-Bildschirm ist das Kernkonzept das gleiche, aber insgesamt komplizierter.

Ein Taschenrechner-Display ist eine vereinfachte Form der Technologie, die in einem TFT-LCD-Bildschirm verwendet wird.

Anstelle eines Zahlensegments gibt es stattdessen Millionen kleiner Taschen in einem Pixelraster auf dem Bildschirm. Durch die Verwendung von Taschen mit Farbfiltern für Rot, Grün und Blau können diese Segmente verwendet werden, um verschiedene Farbkombinationen anzuzeigen.

Jede Gruppe dieser kleineren Taschen kann verwendet werden, um ein Pixel zu erstellen. Durch Variieren der Spannung kann die Deckkraft jedes Abschnitts variiert werden, sodass mehr Farben angezeigt werden können, wenn sie zusammen mit anderen verwendet werden.

Polarisationsfilter befinden sich auf beiden Seiten des Display-Sandwichs und sorgen dafür, dass das Licht auf eine bestimmte Weise durchgelassen wird. Die LCD-Bereiche können das Durchtreten des Lichts blockieren, was zu einem dunklen oder schwarzen Pixel in diesem Bereich führt.

Das MacBook Pro verwendet weiterhin TFT-LCD-Bildschirme, obwohl sich dies in Zukunft ändern kann.

Ein wichtiges Element des Systems ist Licht, das von hinter dem TFT-LCD-Stack durchgelassen wird. Ohne dieses Licht erscheint der Bildschirm dunkel und für den Benutzer weitgehend unsichtbar.

Dafür werden seit vielen Jahren LEDs in einer Hintergrundbeleuchtung verwendet, die über die Kanten des Bildschirm und über einen Trichter geführt, um die gesamte Hintergrundbeleuchtung zu beleuchten.

TFT-LCD bietet eine kostengünstige, kostengünstige und äußerst zuverlässige Möglichkeit, ein Display in ihr Gerät aufzunehmen Gerätehersteller. Die lange Lebensdauer der Technologie bedeutet, dass sie bereits ziemlich ausgereift ist, wenn auch mit relativ wenigen Möglichkeiten, die Technologie in neue Richtungen zu erweitern.

TFT-LCD ist seit vielen Jahren ein fester Bestandteil der Apple-Produktpalette, von MacBooks und iMacs bis hin zum iPhone und iPads. Während Apple sicherlich in anderen Bereichen sucht, um die Displays seiner Produkte zu verbessern, verfügt es zumindest über eine ausgediente Technologie, auf die es bei Bedarf zurückgreifen kann.

Die nächste wichtige Displaytechnologie für dünne tragbare Bildschirme nach dem TFT-LCD war OLED, was organische lichtemittierende Diode bedeutet. Obwohl sich die Namen dramatisch unterscheiden, gibt es viele Elemente von OLED, die stark von TFT-LCDs übernommen wurden, aber es gibt immer noch einige grundlegende Unterschiede.

Wie TFT-LCD verwendet OLED dünne Filmschichten, ein mit Flüssigkeit gefülltes Taschenraster, um Pixel zu erzeugen. und Farbfilter zum Ändern der Lichtfarbe. Im Gegensatz zu TFT-LCDs ist das große Unterscheidungsmerkmal die Flüssigkeit, die in dieses Filmsandwich gegeben wird.

Es wird eine organische Verbindung verwendet, die Licht emittiert, wenn ein Strom durch sie geleitet wird. Dies bedeutet, dass jedes Pixel selbstleuchtend ist und keine Hintergrundbeleuchtung erforderlich ist.

Dies bietet einige Vorteile gegenüber TFT-LCDs, beispielsweise ist ein OLED-Bildschirm dünner, da keine Hintergrundbeleuchtung erforderlich ist um zu funktionieren. Dies kann in einigen Fällen auch die Anzeigeanordnung leichter und einfacher zu konstruieren machen.

Durch die Verwendung einer Lichtquelle pro Pixel bedeutet dies auch, dass OLED weitaus höhere Kontrastwerte als TFT-OLED bieten kann. Ein TFT-Bildschirm zeigt im Allgemeinen für einige Pixel kein reines Schwarz an, da die Hintergrundbeleuchtung für alle Pixel gleichermaßen eingeschaltet ist und daher etwas Licht durchscheint und stattdessen ein sehr dunkles Grau anzeigt.

Die Apple Watch verwendet ein OLED-Display.

Es besteht auch das Potenzial für Energieeinsparungen, da OLED Strom benötigt, um nur die Pixel zu beleuchten, die sie benötigen. Bei TFT-LCDs müssen normalerweise alle LEDs der Hintergrundbeleuchtung eingeschaltet sein, unabhängig von der Art des angezeigten Bildes.

Obwohl OLED-Panels großartig sind, haben sie ihre eigenen Probleme, wie die relativ hohen Produktionskosten aufgrund eines Bedarfs für saubere Umgebungen ohne Staub und Wasser. Jeder ist leicht in der Lage, das Display zu verschmutzen und es teilweise nutzlos zu machen.

Apple begann mit der Verwendung von OLED im iPhone X und die Apple Watch und hat seinen Einsatz langsam auf das gesamte iPhone-Sortiment ausgeweitet.

Es gab einige Gespräche über Apple OLED anstelle von TFT-LCD in einigen zukünftigen iPad Pro-Modellen verwendet, was dies ermöglichen könnte noch dünnere Tabletten mit höherem Kontrast. Die normalerweise längere Verwendung eines Tablets kann jedoch zu einem Einbrennen oder einem Helligkeitsverlust der OLED-Panels im Laufe der Zeit führen.

Um diesen letzten Punkt zu beheben, wurde gemunkelt, dass Samsung eine Verteilerkammer für eine OLED-Produktion Linie, die das Stapeln von emittierenden Schichten ermöglichen würde. Mit diesen zusätzlichen Schichten könnte die Lebensdauer des OLED-Bildschirms über die typische Dauer hinaus verlängert werden.

Aktuelle Spekulationen lassen Apple mit einem späten Start 2021 für ein OLED iPad Pro.

Der Einsatz der Technologie ist nicht unbedingt auf Tablets und Smartphones beschränkt. Im Laufe der Jahre gab es Gerüchte, dass Apple OLED zu seiner MacBook Pro-Linie hinzufügen würde, obwohl dies bisher noch nicht geschehen ist.

Obwohl die Faszination von TFT-LCDs gegenüber OLED gemildert wird, gibt es eine Technologie, die einen Kompromiss bieten könnte: Mini-LED. Wie der Name schon sagt, handelt es sich im Grunde um eine LED, jedoch in einem viel kleineren Maßstab.

Der einfachste Weg, um zu verstehen, was Mini-LED für einen Gerätehersteller bedeutet, besteht darin, zu erkennen, dass es im Grunde ist TFT-LCD, aber mit einer viel besseren Hintergrundbeleuchtung. Anstatt eine Hintergrundbeleuchtung mit einigen größeren LEDs zu verwenden, ziehen Sie eine in Betracht, die stattdessen aus Tausenden kleinerer Mini-LEDs in einem Raster besteht.

Die Gesamtlichtleistung von LED und Mini-LED kann letztendlich vergleichbar sein und ändert nichts daran, wie TFT LCD funktioniert grundsätzlich. Es bietet jedoch einige Tricks, die eine mit OLED vergleichbare Benutzerfreundlichkeit ermöglichen.

Zunächst haben Sie mit Tausenden von Mini-LEDs die Möglichkeit, die abgegebene Lichtmenge einzustellen tun vom Hintergrundbeleuchtungssystem selbst. Anstatt in einem Teil des Bildschirms, der dunkel sein soll, ein Durchschlagen von Licht zu sehen, können Sie stattdessen die entsprechende Mini-LED herunter-oder ausschalten, um viel dunklere Farbtöne zu erhalten.

Die gesamte Rückseite des 12,9-Zoll-iPad Pro-Displays beherbergt eine Schicht von über 10.000 Mini-LEDs als Hintergrundbeleuchtung. Jede Vierergruppe ist eine lokalisierte Dimmzone. [über Apple]

Dies ist ein Trick, der bereits bei einigen Fernsehern durchgeführt wird, indem eine Reihe von LEDs auf der Rückseite verwendet und deren Helligkeit geändert wird besser für diesen Bildschirmbereich geeignet.

Apples Pro Display XDR tut dies auch mit einem Array von 576″Local Dimming Zones”, um verschiedene Bereiche des Bildschirms so nah wie möglich an eine ideale Helligkeit zu bringen.

Dies kann in der Tat Kontraste liefern, die mit OLED vergleichbar sind. Ob das selbstleuchtende OLED-Pixel oder die Mini-LED-Hintergrundbeleuchtung hinter einem ausgeschalteten Pixel, das Fehlen von Licht führt immer noch zu einem schwarzen Bildschirm.

Bei der Verwendung von Tausenden von Mini-LEDs im Einsatz entspricht dies Tausenden von”lokalen Dimmzonen”in ein zukünftiges Display, weit mehr als die paar Hundert des Pro Display XDR.

Natürlich kostet die Implementierung mehr als eine herkömmliche Hintergrundbeleuchtung, aber es kann immer noch billiger sein als OLED , und mit vergleichbaren Ergebnissen. Fügen Sie die Reife der zugrunde liegenden TFT-LED-Technologie hinzu, und sie wird zu einem wünschenswerten Angebot für Gerätehersteller wie Apple.

Apple hat mit dem 12.9-Zoll-iPad Pro, das 10.000 Mini-LEDs für die Hintergrundbeleuchtung verwendet. Verteilt über den gesamten Hintergrundbeleuchtungsbereich führt die Änderung mehr als 2.500 lokale Dimmzonen ein, die eine extrem feine Steuerung von Helligkeit und Kontrast ermöglichen.

Das Liquid Retina XDR-Display des 12,9-Zoll-iPad Pro 2021 ist hell und hat ein sehr hohes Kontrastverhältnis.

Die Änderung führte auch zu einem Kontrastverhältnis von 1.000.000:1, einer durchschnittlichen Helligkeit von 1.000 Nits statt 600 und einem Spitzenwert Helligkeit von 1.600 Nits für HDR-Inhalte. Dies ist auch Apple gelungen, indem das 12,9-Zoll-iPad Pro nur einen halben Millimeter dicker als das Vorgängermodell gemacht wurde.

Mit einer scheinbar erfolgreichen Implementierung im iPad Pro ist es sehr wahrscheinlich, dass Apple die Mini-LED-Hintergrundbeleuchtung auf andere bringen wird Produkte in seinem Sortiment. Gute Kandidaten dafür wären die MacBook Pro-Reihe, die Mini-LED nutzen könnte, um die Displays aufzurüsten, ohne auf OLED umzusteigen.

Da die Chipkosten für Mini-LEDs ziemlich hoch sind, da es sich um eine relativ unausgereifte Technologie handelt, die erst am Anfang steht kommerzialisiert werden, ist Apple daran interessiert, diese Kosten zu senken. Kuo ging davon aus, dass durch die Einführung von Produktionspartner wie Sanan Optoelectronics, Osram und Seoul Semiconductor, Apple könnte die Produktionskosten erheblich senken.

Wenn dies zutrifft, schätzt Kuo, dass Apple die Kosten für Mini-LED-Chips pro Jahr um etwa 50 % senken würde-im Vergleich zum Vorjahr im Jahr 2021, dann um 35 % im Jahr 2022. Ein Preiskampf zwischen den Herstellern könnte Apple helfen, die Kosten weiter zu senken.

Wenn Sie eine Stufe weiter gehen möchten als die Mini-LED, können Sie nur kleiner gehen. Das bedeutet, auf microLED zu schauen.

Ähnlich wie Mini-LED verwendet microLED viel kleinere LEDs, jedoch in einem sehr kleinen Maßstab. Anstatt an LEDs im Millimeterbereich zu denken, befinden sich microLEDs stattdessen auf Mikrometerebene.

Darüber hinaus unterscheidet sich microLED stark von TFT-LCD und OLED, da keine Hintergrundbeleuchtung verwendet wird. Stattdessen werden die microLEDs direkt verwendet, um das Bild zu machen.

Die microLEDs werden in einem Muster hinterlegt, wobei jedes rotes, grünes oder blaues Licht emittieren kann. Gruppiert kann eine Sammlung von Mikro-LEDs zu einem Pixel werden, ohne dass eine Farbfilterschicht erforderlich ist.

Stapeln Sie genug dieser Mikro-LEDs zu einem Raster zusammen, und Sie haben ein Display.

Ein großer Bildschirm in einem Stadion verwendet Gruppen von LEDs für einzelne Pixel. Ein microLED-Bildschirm folgt dem gleichen Prinzip. [über Colosseo]

Stellen Sie sich das wie die riesige Leinwand in einem Stadion vor, auf der jedes Pixel aus einer LED oder einer Gruppe von LEDs bestehen kann. Ein microLED-Display ist das gleiche Prinzip, nur viel, viel kleiner.

Durch die Wiederverwendung der LED-Technologie im Miniaturformat bietet das System einige Vorteile in Bezug auf die Bildqualität. Sie haben das gleiche selbstleuchtende Pixel wie OLED, bei dem das Problem des Durchschlagens der Hintergrundbeleuchtung nicht auftritt, und sollte daher OLED-Kontrastniveaus erreichen.

Es gibt Stromeinsparungen durch pixelgenaue Beleuchtung und allgemeine Energieeffizienz gegenüber OLED. Es besteht auch die Möglichkeit, ein Bild mit einer erheblich höheren Helligkeit als OLED zu erstellen, bis zu 30-mal heller.

Anorganische Materialien bieten auch LED-basierten Systemen einen Vorteil gegenüber OLED, da sie im Allgemeinen länger halten als ihre organischen-basierten Rivalen.

Für Gerätehersteller macht es das Fehlen von Kontaminationsproblemen durch Wasser und Staub besser, mit OLED zu arbeiten, was zunimmt Herstellung ergibt. Die relativ neue Technologie wird jedoch auch die teuerste Implementierung sein, bis sie ausgereift ist.

Es gibt auch Anwendungen für flexible und faltbare Displays, bei denen microLED weniger bricht oder durch Stress beschädigt als OLED-Panels, wenn sie mit einem ausreichend flexiblen Substrat verwendet werden.

Als größte Abkehr von Displays im TFT-Stil mit erheblichen Verbesserungspotenzialen hat Apple viel Arbeit in die Entwicklung von microLED für seine eigenen Anwendungen gesteckt.

Die früheste meldepflichtige Verbindung zu microLED war die Übernahme von LuxVue im Mai 2014. Das Unternehmen war ein microLED-Spezialist und hielt zahlreiche Patente im Zusammenhang mit microLED, die Apple nutzen konnte.

Im März 2018 wurde berichtet, dass Apple einen eigenen geheime Konstruktion und Produktionsstätte, speziell für microLED Forschung. Die 62.000 Quadratmeter große Anlage befindet sich angeblich nur 15 Minuten vom Apple Park entfernt und soll 2018 300 Ingenieure beherbergen, die am Projekt”T159″arbeiten.

Es gab auch Gespräche zur Zeit von Apple Zusammenarbeit mit TSMC an der Technologie, um Potenziale auszuschöpfen Anzeigefelder für die Apple Watch. Montagepartner Foxconn war ebenfalls verlinkt zu einem MicroLED-Projekt im Jahr 2019, obwohl es anscheinend eher darum ging, den Einsatz der Technologie auf der ganzen Linie zu erkunden.

Im Mai 2020 investierte Apple Berichten zufolge rund 334 Millionen US-Dollar in eine Fabrik in Nordtaiwan für die Produktion von Mini-LED-und MicroLED-Anzeigetafeln.

Apple hat auch ein Patent für MikroLED-Produktion, die die Zuverlässigkeit und Qualität von Displays verbessern könnte. Das am 23. Februar erteilte Patent zielt darauf ab, Mikro-LEDs zu testen, bevor sie auf einem Display platziert werden.

Im Gegensatz zu TFT, OLED oder Mini-LED ist microLED noch weit davon entfernt, in einem Apple-Produkt.

Der Vorsitzende von Epistar Lee Biing-jye sagte in August 2020, dass das Unternehmen an der Technologie arbeitete, aber dass es und Konkurrenten wiederholt auf Schwierigkeiten bei der Herstellung der Displays gestoßen sind. Das Unternehmen schlug vor, in zwei bis drei Jahren ein microLED-Display für eine Apple Watch produzieren zu können, während die Masseneinführung von microLED für größere Displays wie einen Fernseher vier bis fünf Jahre entfernt sein könnte.

Die Unterscheidung zur Massenproduktion ist wichtig, da die Produktionsausbeuten der Displays derzeit zu niedrig sind es ist vernünftig, in großen Maßstäben zu verwenden. Dies hat Unternehmen nicht davon abgehalten, die Technologie abzuschütteln.

Im Jahr 2018 stellte Samsung”The Wall”vor, ein modulbasiertes professionelles Display mit Mikro-LEDs. Bis Ende 2020 hatte das Unternehmen einen 110-Zoll-Mikro-LED-Fernseher entwickelt, den es ab dem ersten Quartal 2021 verkaufen wollte.

Zum Zeitpunkt der Veröffentlichung hat Samsung seinen microLED-Fernseher noch nicht zum Verkauf angeboten. Während die Preise vom Unternehmen noch nicht bekannt gegeben wurden, wird in Samsungs Heimatland Südkorea erwartet, dass es über 100 Millionen Won (90.000 US-Dollar) kosten wird.

Samsungs Versuch von 2020 an einem microLED-Fernseher.

Abgesehen von diesem frühen Kommerzialisierungsversuch scheint es unwahrscheinlich, dass es irgendwelche Geräte mit einem realistischen Preis und hoher Stückzahl geben wird in naher Zukunft mit microLED zum Verkauf. Die Aufnahme in gängige Geräte ist realistischerweise noch Jahre entfernt, da die Hersteller daran arbeiten, die Kosten auf ein akzeptables Niveau zu senken.

Dies schließt auch Apple ein, obwohl seine eigene private Entwicklung der microLED-Technologie dem iPhone-Hersteller wohl einen großen Vorteil verschafft über seine Rivalen. Dies umfasst sowohl die eigentliche Produktion der Displays als auch mögliche Anwendungsfälle.

Mit einer solchen Technologie könnte die Aussicht auf das oft gemunkelte faltbare iPhone ohne die Rissgefahr. Die in seinen Mobilgeräten verwendeten Displays würden auch von einem geringeren Stromverbrauch profitieren, was wiederum den Gesamtstromverbrauch des Produkts erhöhen könnte.

Unter Berücksichtigung seiner Forschung und seiner geheimen Projektarbeit ist es wahrscheinlich, dass auch Apple in der Lage sein wird, herauszupressen alle Kosteneinsparungen, die durch die Herstellung der microLED-Bildschirme möglich sind.

Die Kontrolle über die Produktion könnte es sogar ermöglichen, ein Mikro-LED-Display als Teil des Gehäuses eines Produkts zu erstellen. Dies kann radikale Designs ermöglichen, die den Bildschirm in das Gehäuse integrieren, anstatt das Display als diskrete Komponente zu belassen.

Es ist sogar plausibel, dass microLED zu zukünftigen Produktkategorien führen könnte, die Apple den Verbrauchern derzeit nicht anbietet. Beispielsweise könnte ein Apple VR-Headset MicroLED für Displays verwenden, die auf jedes Auge ausgerichtet sind.

Es gibt viele Möglichkeiten, zu denen Apples Arbeit an microLED führen könnte, und viele weitere Ergebnisse könnten eintreten. Wie der Rest der Branche wird es jedoch einige Zeit dauern, bis diese ersten Produkte zum Kauf angeboten werden.

In der Zwischenzeit bietet Apple den Verbrauchern Mini-LEDs an. Es ist vielleicht keine seismische Verschiebung in der Display-Technologie, aber es wird den Verbrauchern im Laufe der Arbeit an Mikro-LEDs dennoch ein großes Upgrade bieten.