MicroLED, mini LED, OLED: i futuri display per iPhone, iPad e Mac di Apple

La tecnologia di visualizzazione è stata lenta a cambiare, con il settore che sembra impiegare decenni per passare da una all’altra. Gli schermi a tubo catodico (CRT) sono rimasti in giro per secoli fino a quando gli schermi LCD TFT sottili e leggeri sono diventati abbastanza economici e attraenti per i consumatori.

Gli schermi OLED sono stati pubblicizzati come la prossima tecnologia di visualizzazione di grandi dimensioni, ma sono diventati comunemente usati solo all’interno del negli ultimi anni.

Inevitabilmente, quando una tecnologia ha iniziato a essere ampiamente adottata dal settore, l’attenzione si rivolge a ciò che è sulla strada. Con fornitura rapporti a catena sull’interesse di Apple per microLED e mini LED, l’uso di mini LED nell’iPad Pro da 12,9 pollici e il potenziale utilizzo di entrambe le tecnologie nei prodotti futuri, questo ha suscitato molto interesse da parte degli osservatori.

Le due tecnologie sono interessanti e ciascuna fornisce i propri vantaggi alla tabella dei dispositivi. Nel caso di microLED, introduce un importante cambiamento fondamentale nel modo in cui i dispositivi sono progettati, prodotti e appaiono ai consumatori.

Per comprendere appieno cosa può potenzialmente fare la tecnologia in entrata, devi capire a che punto siamo con le attuali tecnologie di visualizzazione.

Una delle tecnologie di visualizzazione più vecchie e consolidate attualmente in uso, TFT LCD è l’acronimo di Thin Film Transistor Liquid Crystal Display. È stato utilizzato sugli schermi per decenni, più comunemente nei notebook, ma è anche utilizzato su tablet, smartphone e altri dispositivi mobili.

La tecnologia è relativamente simile allo schermo segmentato di una calcolatrice, in quanto si basa su una serie di livelli per inserire un materiale a cristalli liquidi. Quando viene applicata una corrente, le proprietà del materiale a cristalli liquidi possono cambiare e quindi influisce sul modo in cui la luce lo attraversa.

In una semplice visualizzazione della calcolatrice, si formano delle tasche negli strati per contenere il materiale dei cristalli liquidi in una specifica formazione e l’applicazione di corrente in queste aree consente a determinati segmenti di diventare opachi mentre altri rimangono trasparenti o traslucidi. Controllare quale di questi segmenti ha la corrente applicata a loro in diverse combinazioni mostra numeri diversi.

In uno schermo LCD TFT, il concetto di base è lo stesso, ma nel complesso è più coinvolto.

Il display di una calcolatrice è una forma semplificata della tecnologia utilizzata in uno schermo LCD TFT.

Invece di un segmento di un numero, ci sono invece milioni di piccole tasche sullo schermo in una griglia di pixel. Utilizzando tasche con filtri colorati per rosso, verde e blu, questi segmenti possono essere utilizzati per mostrare diverse combinazioni di colori.

Ciascun gruppo di queste tasche più piccole può essere utilizzato per creare un pixel. Variando il voltaggio, è possibile variare l’opacità di ciascuna sezione, consentendo la visualizzazione di più colori se usati insieme ad altri.

I filtri polarizzatori si trovano su entrambi i lati del sandwich del display, utilizzati per forzare il passaggio della luce in un modo specifico. Le sezioni LCD possono bloccare il passaggio della luce, risultando in un pixel scuro o nero in quella sezione.

Il MacBook Pro continua a utilizzare schermi LCD TFT, anche se le cose potrebbero cambiare in futuro.

Un elemento importante del sistema è la luce, che viene trasmessa da dietro lo stack TFT LCD. Senza quella luce, lo schermo apparirà scuro e in gran parte non visibile all’utente.

Per molti anni, ciò ha comportato l’uso di LED in controluce, distribuiti sui bordi del schermo e incanalato per illuminare l’intera retroilluminazione.

LCD TFT offre un modo economico, conveniente e altamente affidabile per includere un display nel proprio dispositivo per produttori di dispositivi. La lunga durata della tecnologia significa che è già abbastanza matura, sebbene con relativamente pochi modi per espandere la tecnologia in nuove direzioni.

LCD TFT è stato un punto fermo della gamma di prodotti Apple per molti anni, dai MacBook e iMac all’iPhone e iPad. Mentre Apple sta sicuramente esaminando altre aree per migliorare i display dei suoi prodotti, ha almeno una tecnologia ben utilizzata su cui può ricorrere se necessario.

La successiva importante tecnologia di visualizzazione per schermi portatili sottili dopo TFT LCD era OLED, che significa diodo organico a emissione di luce. Sebbene i nomi siano notevolmente diversi, ci sono molti elementi di OLED che prendono in prestito pesantemente dal TFT LCD, ma ci sono ancora alcune differenze fondamentali.

Come LCD TFT, OLED utilizza strati di pellicola sottile, una griglia di tasche riempite con un liquido per creare pixel, e filtri colorati per cambiare il colore della luce. A differenza dell’LCD TFT, il grande elemento di differenziazione è il liquido che viene messo in quel sandwich di pellicola.

Viene utilizzato un composto organico che emette luce quando viene attraversato da una corrente. Ciò significa che ogni pixel è autoilluminante ed elimina la necessità di una retroilluminazione.

Questo offre alcuni vantaggi rispetto all’LCD TFT, come uno schermo OLED più sottile perché non richiede retroilluminazione per funzionare. Ciò può anche rendere il gruppo display più leggero e semplice da costruire in alcuni casi.

Avendo una sorgente di luce per pixel, questo significa anche che OLED può fornire livelli di contrasto molto più alti rispetto a TFT OLED. Uno schermo TFT generalmente non mostrerà il nero puro per alcuni pixel, poiché la retroilluminazione sarà attiva per tutti i pixel allo stesso modo, quindi un po’di luce filtrerà e mostrerà invece un grigio molto scuro.

L’Apple Watch utilizza un display OLED.

Esiste anche il potenziale di risparmio energetico, poiché OLED richiede alimentazione per illuminare solo i pixel necessari. L’LCD TFT in genere richiede che tutti i LED nella retroilluminazione siano accesi, indipendentemente dal tipo di immagine visualizzata.

Anche se ottimi, i pannelli OLED hanno i loro problemi, come il costo di produzione relativamente alto dovuto a una necessità per ambienti puliti privi di polvere e acqua. Ciascuno è facilmente in grado di contaminare il display, rovinandolo parzialmente inutile.

Apple ha iniziato a utilizzare OLED nel iPhone X e Apple Watch e ha lentamente ampliato il suo utilizzo fino a coprire l’intera gamma di iPhone.

Si è parlato di Apple utilizzando OLED invece di LCD TFT in alcuni futuri modelli di iPad Pro, il che potrebbe consentire compresse ancora più sottili con livelli di contrasto più elevati. Tuttavia, l’uso tipicamente più lungo di un tablet potrebbe portare al burn-in o alla perdita di luminosità nel tempo per i pannelli OLED.

Per correggere quest’ultimo punto, si diceva che Samsung stesse aggiungendo un camera di distribuzione a una produzione OLED linea, che consentirebbe l’impilamento degli strati emittenti. Con questi livelli aggiuntivi, la durata dello schermo OLED potrebbe essere estesa oltre le durate tipiche.

La speculazione attuale vede Apple giocare con un tardo lancio 2021 per un OLED iPad Pro.

L’uso della tecnologia non è necessariamente limitato a tablet e smartphone. Ci sono state voci nel corso degli anni che affermavano che Apple avrebbe aggiunto OLED alla sua linea di MacBook Pro, anche se finora, ciò deve ancora accadere.

Mentre il fascino dell’LCD TFT è temperato rispetto all’OLED, esiste una tecnologia che potrebbe offrire un compromesso: Mini LED. Come suggerisce il nome, è fondamentalmente un LED, ma su scala molto più piccola.

Il modo più semplice per capire qual è l’uso di mini LED per un produttore di dispositivi è rendersi conto che è fondamentalmente LCD TFT ma con una retroilluminazione molto migliore. Invece di utilizzare una retroilluminazione con pochi LED più grandi, considerane una composta invece da migliaia di mini LED più piccoli in una griglia.

L’emissione luminosa complessiva di LED e mini LED potrebbe essere paragonabile e non cambia il modo in cui TFT Fondamentalmente LCD funziona. Ma offre alcuni trucchi che possono dargli un’usabilità paragonabile a OLED.

Per cominciare, utilizzando migliaia di mini LED, hai l’opportunità di regolare la quantità di luce emessa dal sistema di retroilluminazione stesso. Invece di vedere un’influenza di luce in una parte dello schermo che dovrebbe essere scura, puoi invece abbassare o spegnere il mini LED pertinente per ottenere ombre molto più scure.

L’intero retro del display di iPad Pro da 12,9 pollici ospita uno strato di oltre 10.000 mini LED come retroilluminazione. Ogni gruppo di quattro è una zona di attenuazione localizzata. [tramite Apple]

Questo è un trucco che è già stato eseguito con alcuni televisori, utilizzando una serie di LED nella parte posteriore e modificandone la luminosità in meglio adattarsi a quell’area dello schermo.

Apple Pro Display XDR fa anche questo con una serie di 576″zone di oscuramento locale”per fornire la luminosità più vicina possibile alle diverse sezioni dello schermo.

In effetti, questo può fornire livelli di contrasto paragonabili a OLED. Che si tratti del pixel OLED autoilluminato o della mini retroilluminazione a LED dietro un pixel spento, l’assenza di luce si traduce comunque in uno schermo nero.

Con l’uso di migliaia di mini LED in uso, ciò equivale a migliaia di”zone di oscuramento locali”in un display futuro, molto più delle poche centinaia di Pro Display XDR.

Ovviamente, questo costa più di una tradizionale retroilluminazione da implementare, ma potrebbe essere ancora più economico da usare rispetto a OLED e con risultati comparabili. Aggiungi la maturità della tecnologia LED TFT sottostante e diventa una proposta desiderabile per i fornitori di dispositivi come Apple.

Apple ha iniziato a immergere la punta dei piedi nel mini LED con iPad Pro da 12,9 pollici , che utilizza 10.000 mini LED per la retroilluminazione. Distribuito su tutta l’area di retroilluminazione, la modifica introduce più di 2.500 zone di attenuazione locale, consentendo un controllo estremamente preciso della luminosità e del contrasto.

Il display Liquid Retina XDR dell’iPad Pro 2021 da 12,9 pollici è luminoso e ha un rapporto di contrasto molto elevato.

La modifica ha anche determinato un rapporto di contrasto di 1.000.000: 1, una luminosità media di 1.000 nit invece di 600 e un picco luminosità di 1.600 nit per i contenuti HDR. Anche Apple è riuscita a raggiungere questo obiettivo rendendo l’iPad Pro da 12,9 pollici più spesso di solo mezzo millimetro rispetto al modello precedente.

Con un’implementazione apparentemente riuscita nell’iPad Pro, è molto probabile che Apple porterà la retroilluminazione a mini LED ad altri prodotti della sua gamma. Buoni candidati per questo sarebbe la gamma MacBook Pro, che potrebbe sfruttare i mini LED per aggiornare i display senza passare a OLED.

Poiché il costo dello stampo per i mini LED è piuttosto alto, essendo una tecnologia relativamente immatura che sta solo iniziando a essere commercializzato, Apple desidera ridurre tale costo. Kuo ha calcolato che portando a bordo partner di produzione come Sanan Optoelectronics, Osram e Seoul Semiconductor, Apple potrebbe ridurre notevolmente i costi di produzione.

Se fosse vero, Kuo ha stimato che Apple vedrebbe il costo della fustellatura mini LED tagliato di circa il 50% all’anno-nell’anno nel 2021, poi del 35% nel 2022. Una guerra dei prezzi tra i produttori potrebbe aiutare Apple a ridurre ulteriormente i costi.

Se vuoi andare oltre il mini LED, l’unico modo in cui puoi andare è più piccolo. Ciò significa guardare microLED.

Proprio come i mini LED, i microLED utilizzano LED molto più piccoli, ma su scala molto piccola. Invece di pensare ai LED su scala millimetrica, i microLED sono invece a livello micron.

Inoltre, microLED si discosta notevolmente da TFT LCD e OLED non utilizzando una retroilluminazione. Invece, i microLED vengono utilizzati direttamente per creare l’immagine.

I microLED sono depositati in uno schema, ognuno in grado di emettere luce rossa, verde o blu. Raggruppati, una raccolta di microLED può diventare un pixel, il tutto senza richiedere uno strato di filtraggio del colore.

Impila una quantità sufficiente di questi microLED insieme in una griglia e avrai un display.

Un grande schermo in uno stadio utilizza gruppi di LED per i singoli pixel. Uno schermo microLED segue lo stesso principio. [tramite Colosseo]

Immaginalo come lo schermo gigante di uno stadio, dove ogni pixel può essere costituito da un LED o da un gruppo di LED. Un display microLED è lo stesso principio, tranne che molto, molto più piccolo.

Riutilizzando la tecnologia LED in miniatura, il sistema fornisce alcuni vantaggi in termini di qualità dell’immagine. Hai lo stesso pixel autoilluminante dell’OLED che non ha il problema del bleedthrough della retroilluminazione e quindi dovrebbe raggiungere i livelli di contrasto OLED.

Risparmi energetici grazie all’illuminazione per pixel e all’efficienza energetica generale rispetto a OLED. C’è anche il potenziale per creare un’immagine con una luminosità notevolmente superiore rispetto a OLED, fino a 30 volte più luminosa.

I materiali inorganici danno anche ai sistemi basati su LED un vantaggio rispetto agli OLED, poiché generalmente durano più a lungo del loro organico-based rivale.

Per i produttori di dispositivi, la mancanza di problemi di contaminazione da acqua e polvere rende meglio lavorare con OLED, aumentando rendimenti di produzione. Tuttavia, la tecnologia relativamente nuova sarà anche la più costosa da implementare fino a quando non sarà matura.

Esistono anche applicazioni per display flessibili e pieghevoli, con microLED meno probabilità di rompersi o essere danneggiato dallo stress di Pannelli OLED se utilizzati con un substrato sufficientemente flessibile.

Essendo il più grande allontanamento dai display in stile TFT con importanti miglioramenti potenziali, Apple ha dedicato un lavoro considerevole allo sviluppo di microLED per i propri usi.

La prima connessione segnalabile a microLED è stata l’acquisizione da parte di Apple di LuxVue nel maggio 2014. La società era uno specialista di microLED e aveva numerosi brevetti relativi a microLED che Apple aveva il potenziale per utilizzare.

Nel marzo 2018 è stato segnalato che Apple gestisce il proprio ingegneria segreta e impianto di produzione, in particolare per microLED ricerca. La struttura di 62.000 piedi quadrati si presume si trovi a soli 15 minuti da Apple Park e nel 2018 si pensava che avrebbe ospitato 300 ingegneri che lavoravano al progetto”T159″.

Si è parlato anche ai tempi di Apple working with TSMC on the technology, with a view to making potential pannelli di visualizzazione per l’Apple Watch. Il partner dell’assemblea Foxconn è stato anche collegato a uno sforzo di microLED nel 2019, anche se sembra che fosse più per esplorare l’uso della tecnologia su tutta la linea.

A maggio 2020, Apple avrebbe investito intorno a $ 334 milioni in una fabbrica nel nord di Taiwan per la produzione di pannelli display mini LED e microLED.

Apple ha anche ricevuto un brevetto su microLED-production that could migliorare the affidabilità and quality of display. Il brevetto, concesso il 23 febbraio, mira a testare i microLED prima che vengano posizionati su un display, il che può ridurre gli sprechi e la possibilità che i difetti passino ai prodotti finali.

A differenza di TFT, OLED o mini LED, microLED è ancora piuttosto lontano dall’essere reso disponibile in un Prodotto Apple.

Il presidente di Epistar Lee Biing-jye ha detto in agosto 2020 che la società stava lavorando alla tecnologia, ma che essa e i suoi concorrenti hanno ripetutamente incontrato difficoltà nella produzione dei display. La società ha suggerito che sarebbe stata in grado di produrre un display microLED per un Apple Watch in due o tre anni, mentre l’adozione a volume di microLED per display più grandi come un televisore potrebbe richiedere dai quattro ai cinque anni.

La distinzione che si tratti di produzione in serie è importante, poiché i rendimenti di produzione dei display sono attualmente troppo bassi per essere ragionevole da usare su scale massicce. Ciò non ha impedito alle aziende di smantellare la tecnologia.

Nel 2018, Samsung ha introdotto”The Wall”, un display professionale basato su moduli che utilizzava microLED. Entro la fine del 2020, aveva creato un televisore microLED da 110 pollici, che intendeva vendere a partire dal primo trimestre del 2021.

Al momento della pubblicazione, Samsung non ha ancora messo in vendita il suo televisore microLED. Sebbene il prezzo non sia ancora stato rilasciato dalla società, dovrebbe costare oltre 100 milioni di won ($ 90.000) nel paese di origine di Samsung, la Corea del Sud.

Il tentativo di Samsung nel 2020 di un televisore microLED.

A parte questo primo tentativo di commercializzazione, sembra improbabile che ci saranno dispositivi a prezzi realistici e ad alto volume che andranno in vendita con microLED nell’immediato futuro. La sua inclusione nei dispositivi comuni è ancora realisticamente lontana anni, poiché i produttori lavorano per ridurne il costo a un livello accettabile.

Questo includerà anche Apple, anche se il suo sviluppo privato della tecnologia microLED offre probabilmente un vantaggio importante al produttore di iPhone sui suoi rivali. Ciò include sia l’effettiva produzione dei display, sia i potenziali casi d’uso.

Con una tale tecnologia, la prospettiva dell’iPhone pieghevole spesso detto potrebbe diventare più di una realtà senza il rischi di cracking. Anche i display utilizzati nei suoi dispositivi mobili trarrebbero vantaggio dall’utilizzo di meno energia, il che a sua volta potrebbe aumentare il consumo energetico complessivo del prodotto.

Tenendo conto della sua ricerca e del lavoro di progetto segreto, è probabile che anche Apple sarà in grado di spremere tutti i risparmi sui costi che possono derivare dalla realizzazione degli schermi microLED in primo luogo.

Il suo controllo sulla produzione potrebbe persino consentirgli di creare un display microLED come parte dell’involucro di un prodotto. Ciò può consentire progetti radicali che incorporano lo schermo nell’alloggiamento, piuttosto che lasciare il display come un componente discreto.

È persino plausibile che microLED possa portare a future categorie di prodotti che Apple attualmente non offre ai consumatori. Ad esempio, un auricolare Apple VR potrebbe utilizzare microLED per i display puntati su ciascun occhio.

Ci sono molte possibilità a cui il lavoro di Apple sui microLED potrebbe portare e molti altri risultati che potrebbero verificarsi. Tuttavia, come il resto del settore, ci vorrà del tempo prima che quei primi prodotti siano disponibili per l’acquisto.

Nel frattempo, Apple ha dei mini LED che può offrire ai consumatori. Potrebbe non essere un cambiamento sismico nella tecnologia dei display, ma fornirà comunque un importante aggiornamento ai consumatori mentre il lavoro sui microLED prosegue.