MicroLED, mini LED, OLED-przyszłe wyświetlacze Apple do iPhone’a, iPada i Maca

Technologia wyświetlania zmienia się powoli, a przejście z jednego do drugiego w branży zajmuje dekady. Ekrany kineskopowe (CRT) wisiały przez wieki, aż cienkie i lekkie ekrany TFT LCD stały się wystarczająco tanie i atrakcyjne dla konsumentów.

Ekrany OLED były reklamowane jako kolejna duża technologia wyświetlania, ale tak naprawdę stało się powszechnie stosowane w ostatnie kilka lat.

Nieuchronnie, gdy technologia zaczyna być szeroko stosowana w branży, zwraca się uwagę na to, co jest w drodze. Z dostawą Doniesienia łańcuchowe o zainteresowaniu Apple microLED i mini LED, zastosowaniu mini LED w 12,9-calowym iPadzie Pro oraz potencjalnym wykorzystaniu obu technologii w przyszłych produktach, wzbudziło to duże zainteresowanie obserwatorów.

Te dwie technologie są interesujące, a każda z nich zapewnia własne korzyści w tabeli urządzeń. W przypadku microLED wprowadza ona zasadniczą zmianę w sposobie projektowania, produkcji i przedstawiania się konsumentom urządzeń.

Aby w pełni zrozumieć, co może potencjalnie zrobić technologia przychodząca, musisz zrozumieć, na jakim etapie jesteśmy dzięki obecnym technologiom wyświetlania.

Jedna ze starszych i bardziej uznanych obecnie technologii wyświetlania, TFT LCD oznacza wyświetlacz ciekłokrystaliczny z tranzystorami cienkowarstwowymi. Jest używany w ekranach od dziesięcioleci, najczęściej w notebookach, ale jest również używany w tabletach, smartfonach i innych urządzeniach mobilnych.

Technologia jest stosunkowo podobna do podzielonego na segmenty ekranu kalkulatora, ponieważ opiera się na szeregu warstw do warstwowego materiału ciekłokrystalicznego. Po przyłożeniu prądu właściwości materiału ciekłokrystalicznego mogą się zmienić, a więc wpływa na to, jak przechodzi przez niego światło.

W prostym wyświetlaczu kalkulatora w warstwach tworzone są kieszenie, które zawierają materiał ciekłokrystaliczny w określonej formacji , a zastosowanie prądu w tych obszarach powoduje, że niektóre segmenty stają się nieprzezroczyste, podczas gdy inne pozostają przezroczyste lub półprzezroczyste. Kontrolowanie, które z tych segmentów mają prąd przyłożony do nich w różnych kombinacjach, pokazuje różne liczby.

W przypadku ekranu TFT LCD podstawowa koncepcja jest taka sama, ale jest bardziej skomplikowana.

Wyświetlacz kalkulatora to uproszczona forma technologii stosowanej w ekranach TFT LCD.

Zamiast segmentu liczby na ekranie są miliony małych kieszonek w siatce pikseli. Używając kieszeni z kolorowymi filtrami dla czerwonego, zielonego i niebieskiego, te segmenty mogą być używane do pokazywania różnych kombinacji kolorów.

Każdej grupy tych mniejszych kieszeni można użyć do utworzenia piksela. Zmieniając napięcie, można zmieniać przezroczystość każdej sekcji, co pozwala na wyświetlanie większej liczby kolorów w połączeniu z innymi.

Filtry polaryzacyjne znajdują się po obu stronach warstwy wyświetlacza i służą do wymuszania przechodzenia światła w określony sposób. Sekcje LCD mogą blokować przechodzenie światła, powodując ciemny lub czarny piksel w tej sekcji.

MacBook Pro nadal korzysta z ekranów TFT LCD, choć może się to zmienić w przyszłości.

Ważnym elementem systemu jest światło, które jest przesyłane zza stosu TFT LCD. Bez tego światła ekran będzie ciemny i w dużej mierze niewidoczny dla użytkownika.

Od wielu lat wiąże się to z wykorzystaniem diod LED w podświetleniu, rozłożonym na krawędziach ekran i lejek w poprzek, aby oświetlić całe podświetlenie.

TFT LCD oferuje tani, opłacalny i wysoce niezawodny sposób na umieszczenie wyświetlacza w urządzeniu w celu producentów urządzeń. Długa żywotność technologii oznacza, że ​​jest ona już dość dojrzała, choć istnieje stosunkowo niewiele sposobów na rozszerzenie technologii w nowych kierunkach.

TFT LCD jest od wielu lat podstawą asortymentu produktów Apple, od MacBooków i iMaców po iPhone’y i iPada. Chociaż Apple z pewnością szuka innych obszarów, aby ulepszyć wyświetlacze swoich produktów, przynajmniej ma dobrze zużytą technologię, z której może skorzystać w razie potrzeby.

Następną po TFT LCD ważną technologią wyświetlania dla cienkich przenośnych ekranów był OLED, co oznacza organiczną diodę elektroluminescencyjną. Chociaż nazwy są dramatycznie różne, istnieje wiele elementów OLED, które mocno zapożyczają się od TFT LCD, ale nadal istnieją pewne zasadnicze różnice.

Podobnie jak TFT LCD, OLED wykorzystuje cienkie warstwy folii, siatkę kieszeni wypełnionych płynem do tworzenia pikseli, i kolorowe filtry zmieniające kolor światła. W przeciwieństwie do TFT LCD, dużym wyróżnikiem jest płyn umieszczony w tej kanapce z filmem.

Wykorzystywany jest związek organiczny, który emituje światło, gdy przepływa przez niego prąd. Oznacza to, że każdy piksel świeci się samoczynnie i eliminuje potrzebę podświetlenia.

Oferuje to sporo zalet w porównaniu z wyświetlaczem TFT LCD, na przykład ekran OLED jest cieńszy i nie wymaga podświetlenia aby funkcjonować. W niektórych przypadkach może to również sprawić, że zestaw wyświetlacza będzie lżejszy i prostszy w budowie.

Dzięki źródłu światła na piksel oznacza to również, że OLED może zapewnić znacznie wyższy poziom kontrastu niż OLED TFT. Ekran TFT generalnie nie pokazuje czystej czerni dla niektórych pikseli, ponieważ podświetlenie będzie włączone dla wszystkich pikseli jednakowo, a więc część światła będzie przeciekać i zamiast tego będzie pokazywać bardzo ciemnoszarą barwę.

Apple Watch korzysta z wyświetlacza OLED.

Istnieje również możliwość oszczędzania energii, ponieważ OLED potrzebuje energii do oświetlania tylko wymaganych pikseli. TFT LCD zazwyczaj wymaga, aby wszystkie diody LED w podświetleniu były włączone, niezależnie od typu wyświetlanego obrazu.

Są świetne, panele OLED mają swoje własne problemy, takie jak stosunkowo wysoki koszt produkcji wynikający z potrzeby do czystych środowisk pozbawionych kurzu i wody. Każdy z nich z łatwością może zanieczyścić wyświetlacz, niszcząc go częściowo bezużyteczny.

Apple zaczęło używać OLED w iPhone X i Apple Watch oraz powoli rozszerzył jego zastosowanie, aby objąć całą gamę iPhone’ów.

Odbyło się kilka rozmów o Apple przy użyciu OLED zamiast TFT LCD w niektórych przyszłych modelach iPada Pro, co może pozwolić na nawet cieńsze tabletki z wyższym kontrastem. Jednak zazwyczaj dłuższe korzystanie z tabletu może z czasem prowadzić do wypalenia lub utraty jasności paneli OLED.

Aby naprawić ten ostatni punkt, pojawiły się pogłoski, że Samsung dodaje komora dystrybucyjna do produkcji OLED linii, co pozwoliłoby na układanie warstw emitujących. Dzięki tym dodatkowym warstwom żywotność ekranu OLED można wydłużyć poza typowe czasy trwania.

Obecne spekulacje sprawiają, że Apple bawi się późnym premiera 2021 iPada Pro OLED.

Korzystanie z tej technologii niekoniecznie ogranicza się do tabletów i smartfonów. Przez lata krążyły pogłoski, że Apple zamierza dodać OLED do swojej linii MacBook Pro, choć jak dotąd to jeszcze się nie wydarzyło.

Podczas gdy urok TFT LCD jest łagodzony w obliczu OLED, istnieje technologia, która może zaoferować kompromis: Mini LED. Jak sama nazwa wskazuje, jest to w zasadzie dioda LED, ale w znacznie mniejszej skali.

Najłatwiejszym sposobem zrozumienia, czym jest użycie mini LED dla producenta urządzenia, jest uświadomienie sobie, że jest to w zasadzie TFT LCD, ale z dużo lepszym podświetleniem. Zamiast używać podświetlenia z kilkoma większymi diodami LED, rozważ takie, które składa się z tysięcy mniejszych mini diod LED w siatce.

Ogólna moc świetlna LED i mini LED może być ostatecznie porównywalna i nie zmienia to sposobu, w jaki TFT LCD zasadniczo działa. Ale oferuje kilka sztuczek, które mogą dać mu użyteczność porównywalną z OLED.

Na początek, korzystając z tysięcy miniaturowych diod LED, masz możliwość dostrojenia ilości emitowanego światła z samego systemu podświetlenia. Zamiast widzieć przebijanie światła w części ekranu, która powinna być ciemna, możesz zamiast tego zmniejszyć lub wyłączyć odpowiednią mini diodę LED, aby uzyskać znacznie ciemniejsze odcienie.

Cały tył 12,9-calowego wyświetlacza iPada Pro zawiera warstwę ponad 10 000 minidiod LED jako podświetlenia. Każda czteroosobowa grupa to zlokalizowana strefa ściemniania. [przez Apple]

To sztuczka, która jest już wykonywana na niektórych telewizorach, przy użyciu szeregu diod LED z tyłu i zmianie ich jasności na lepiej pasują do tego obszaru ekranu.

Pro Display XDR robi to również z zestawem 576 „lokalnych stref ściemniania”, aby zapewnić możliwie najbliższą idealną jasność dla różnych sekcji ekranu.

W efekcie może to zapewnić poziomy kontrastu porównywalne z OLED. Niezależnie od tego, czy jest to samopodświetlający się piksel OLED, czy podświetlenie mini LED za wyłączonym pikselem, brak światła nadal powoduje czarny ekran.

Dzięki użyciu tysięcy mini diod LED oznacza to tysiące „lokalnych stref ściemniania” w przyszłego wyświetlacza, znacznie więcej niż kilkaset Pro Display XDR.

Oczywiście kosztuje to więcej niż tradycyjne podświetlenie, ale nadal może być tańsze w użyciu niż OLED i z porównywalnymi wynikami. Dodaj dojrzałość podstawowej technologii TFT LED i stanie się pożądaną propozycją dla dostawców urządzeń, takich jak Apple.

Apple zaczął zanurzać swój palec w mini diodzie LED z iPad Pro 12,9 cala, który wykorzystuje 10 000 minidiod LED do podświetlenia. Rozłożona na cały obszar podświetlenia zmiana wprowadza ponad 2500 lokalnych stref ściemniania, umożliwiając niezwykle precyzyjną kontrolę jasności i kontrastu.

Wyświetlacz Liquid Retina XDR 12,9-calowego iPada Pro 2021 jest jasny i ma bardzo wysoki współczynnik kontrastu.

Zmiana spowodowała również współczynnik kontrastu 1 000 000:1, średnią jasność 1000 nitów zamiast 600 oraz szczytową jasność 1600 nitów dla treści HDR. Apple udało się to również osiągnąć, czyniąc 12,9-calowy iPad Pro tylko o pół milimetra grubszy od poprzedniego modelu.

Dzięki pozornie udanej implementacji w iPadzie Pro jest bardzo prawdopodobne, że Apple wprowadzi podświetlenie mini LED do innych produktów w swoim asortymencie. Dobrymi kandydatami do tego byłby MacBook Pro, który mógłby wykorzystać mini LED do ulepszenia wyświetlaczy bez przełączania się na OLED.

Ponieważ koszt matrycy mini LED jest dość wysoki ze względu na to, że jest to stosunkowo niedojrzała technologia, która dopiero zaczyna komercjalizacji, Apple chce obniżyć te koszty. Kuo uznał to za wprowadzenie na pokład partnerzy produkcyjni, tacy jak Sanan Optoelectronics, Osram i Seoul Semiconductor, Apple mogą znacznie obniżyć koszty produkcji.

Jeśli prawda, Kuo oszacował, że Apple zobaczy, że koszt mini matrycy LED spadnie o około 50% rocznie w 2021 r., a następnie o 35% w 2022 r. Wojna cenowa między producentami może pomóc Apple w dalszym obniżeniu kosztów.

Jeżeli chcesz pójść o krok dalej niż mini LED, jedynym sposobem, w jaki możesz to zrobić, jest mniejsza. Oznacza to patrzenie na microLED.

Podobnie jak mini LED, microLED wykorzystuje znacznie mniejsze diody LED, ale w bardzo małej skali. Zamiast myśleć o diodach LED w skali milimetrowej, diody microLED są zamiast tego na poziomie mikronów.

Ponadto microLED znacznie odbiega od TFT LCD i OLED, ponieważ nie używa podświetlenia. Zamiast tego mikroLEDy są wykorzystywane bezpośrednio do tworzenia obrazu.

MicroLED są rozmieszczone we wzorze, z których każda może emitować światło czerwone, zielone lub niebieskie. Zgrupowane razem, kolekcja microLED może stać się pikselem, a wszystko to bez konieczności stosowania warstwy filtrowania kolorów.

Ułóż wystarczająco dużo tych mikroLEDów razem w siatkę i masz wyświetlacz.

Duży ekran na stadionie wykorzystuje grupy diod LED dla pojedynczych pikseli. Ekran microLED działa na tej samej zasadzie. [przez Colosseo]

Pomyśl o tym jak o gigantycznym ekranie na stadionie, gdzie każdy piksel może składać się z diody LED lub grupy diod LED. Wyświetlacz microLED działa na tej samej zasadzie, z wyjątkiem dużo, dużo mniejszego.

Dzięki ponownemu wykorzystaniu technologii LED w miniaturze system zapewnia wiele korzyści pod względem jakości obrazu. Masz ten sam samoświecący się piksel co OLED, który nie ma problemu z przebijaniem podświetlenia, więc powinien osiągnąć poziom kontrastu OLED.

Istnieje oszczędność energii dzięki podświetleniu na piksel i ogólnej wydajności energetycznej w porównaniu z OLED. Istnieje również możliwość stworzenia obrazu o znacznie wyższej jasności niż OLED, nawet do 30 razy jaśniejszego.

Materiały nieorganiczne również dają systemom opartym na diodach LED przewagę nad OLED, ponieważ generalnie trwają dłużej niż ich organiczne-podstawowy rywal.

Dla producentów urządzeń brak problemów z zanieczyszczeniem wodą i kurzem sprawia, że ​​praca z OLED jest lepsza, co zwiększa wydajność produkcji. Jednak stosunkowo nowa technologia będzie również najdroższa do wdrożenia, dopóki nie dojrzeje.

Istnieją również zastosowania do elastycznych i składanych wyświetlaczy, w których microLED jest mniej podatny na pękanie lub uszkodzony od stresu niż Panele OLED, jeśli są używane z wystarczająco elastycznym podłożem.

Jako największe odejście od wyświetlaczy TFT z dużymi potencjalnymi ulepszeniami, Apple włożyło wiele pracy w opracowanie microLED do własnych zastosowań.

Najwcześniejsze zgłaszane połączenie z microLED to przejęcie przez Apple firmy LuxVue w maju 2014 roku. Firma była specjalistą od microLED i posiadała liczne patenty związane z microLED, które Apple miał potencjał do wykorzystania.

W marcu 2018 r. poinformowano, że Apple prowadzi własny tajna inżynieria i zakład produkcyjny, specjalnie dla microLED Badania. Obiekt o powierzchni 62 000 stóp kwadratowych podobno znajduje się zaledwie 15 minut od Apple Park, a w 2018 roku miał pomieścić 300 inżynierów pracujących nad projektem „T159”.

W czasie Apple mówiono również praca z TSMC nad technologią, w celu wykorzystania potencjału panele wyświetlacza dla Apple Watch. Partner montażowy Foxconn był również powiązany do wysiłków microLED w 2019 roku, choć wydaje się, że chodziło o bardziej zbadanie wykorzystania technologii w dalszej kolejności.

W maju 2020 r. Apple podobno inwestowało w 334 miliony dolarów na fabrykę w północnym Tajwanie na produkcję paneli mini LED i microLED.

Apple otrzymało również patent na produkcja microLED, która może poprawić niezawodność i jakość wyświetlaczy. Patent, przyznany 23 lutego, ma na celu przetestowanie diod microLED przed umieszczeniem ich na wyświetlaczu, co może zmniejszyć marnotrawstwo i ryzyko przedostania się usterek do produktów końcowych.

W przeciwieństwie do TFT, OLED lub mini LED, microLED jest jeszcze daleko od udostępnienia w Produkt Apple.

Prezes Epistar Lee Biing-jye powiedział na sierpień 2020, że firma pracowała nad technologią, ale to i rywale wielokrotnie napotykali trudności w produkcji wyświetlaczy. Firma zasugerowała, że ​​będzie w stanie wyprodukować wyświetlacz microLED do zegarka Apple Watch w ciągu dwóch do trzech lat, podczas gdy przyjęcie technologii microLED dla większych wyświetlaczy, takich jak telewizor, może nastąpić za cztery do pięciu lat.

Rozróżnienie na produkcję masową jest ważne, ponieważ wydajność produkcji wyświetlaczy jest obecnie zbyt niska dla rozsądne jest używanie na masową skalę. Nie powstrzymało to firm przed wstrząsaniem technologią.

W 2018 r. firma Samsung wprowadziła „The Wall”, profesjonalny wyświetlacz modułowy z mikroLEDami. Pod koniec 2020 roku stworzył 110-calowy telewizor microLED, który zamierzał sprzedawać od pierwszego kwartału 2021 roku.

W momencie publikacji Samsung nie wprowadził jeszcze do sprzedaży swojego telewizora microLED. Chociaż firma jeszcze nie opublikowała cen, oczekuje się, że będzie kosztować ponad 100 milionów wonów (90 000 USD) w rodzimym kraju Samsunga, Korei Południowej.

Próba Samsunga w 2020 roku zbudowania telewizora microLED.

Poza tą wczesną próbą komercjalizacji wydaje się mało prawdopodobne, że pojawią się jakiekolwiek realistycznie wycenione i wydajne urządzenia, które będą dostępne w sprzedaży z microLED w najbliższej przyszłości. Jego włączenie do zwykłych urządzeń jest jeszcze realnie odległe o wiele lat, ponieważ producenci pracują nad obniżeniem jego kosztów do akceptowalnego poziomu.

Obejmuje to również Apple, chociaż własny rozwój technologii microLED prawdopodobnie daje producentowi iPhone’a dużą przewagę nad rywalami. Obejmuje to zarówno rzeczywistą produkcję wyświetlaczy, jak i potencjalne przypadki użycia.

Dzięki takiej technologii perspektywa często znanego składanego iPhone’a może stać się bardziej realna bez ryzyko pękania. Wyświetlacze używane w urządzeniach mobilnych również skorzystałyby na zużyciu mniejszej mocy, co z kolei mogłoby zwiększyć całkowite zużycie energii przez produkt.

Biorąc pod uwagę jego prace badawcze i tajne prace projektowe, jest prawdopodobne, że Apple również będzie w stanie wycisnąć wszystkie oszczędności, jakie może uzyskać dzięki produkcji ekranów microLED.

Kontrola produkcji może nawet pozwolić na stworzenie wyświetlacza microLED jako części obudowy produktu. Może to umożliwić radykalne projekty, które zawierają ekran w obudowie, zamiast pozostawiać wyświetlacz jako dyskretny element.

Jest nawet prawdopodobne, że technologia microLED może zaowocować przyszłymi kategoriami produktów, których Apple obecnie nie oferuje konsumentom. Na przykład gogle Apple VR mogą używać microLED do wyświetlania na każde oko.

Istnieje wiele możliwości, do których może prowadzić praca Apple nad microLED, i wiele innych wyników, które mogą się pojawić. Jednak, podobnie jak w przypadku reszty branży, minie trochę czasu, zanim te pierwsze produkty staną się dostępne w sprzedaży.

Tymczasem firma Apple oferuje klientom mini LED. Może to nie być sejsmiczna zmiana w technologii wyświetlania, ale nadal zapewni konsumentom znaczną poprawę, ponieważ trwają prace nad microLED.