ディスプレイ技術—ガラスの向こう側にあるもの

今年の CES で注目されたさまざまなディスプレイ技術の入門書

ラスベガス —今年のCESは四半世紀前とは大きく異なりました。 当時、テレビは低解像度のブラウン管 (CRT) から脱却し、高解像度テレビが小さな一歩を踏み出し始めたばかりでした。 1998 年の 50 インチの高解像度ディスプレイには、わずか 1280 x 768 ピクセル (ワイド XGA) が含まれており、価格は自動車と同じくらいでした。 リアプロジェクション テレビはちょうど固体光変調器に切り替わったばかりでした。 また、液晶ディスプレイ (LCD) テレビさえ入手できませんでした。最大のフラット スクリーン テレビはすべて高価なプラズマ ディスプレイ パネル (PDP) を使用していました。

今日、これらのテクノロジー (およびその一部のメーカー) はすべて遠い記憶となり、消え去りました。 4K テレビは 10 年以上前から使用されていますが、8K セットは 5 年前に登場しました。 現在、LCD テクノロジーが主流となっており、テレビの画面サイズの中央値は対角約 55 インチであり、徐々に増加しています。 有機発光ダイオード (OLED) ディスプレイは、画質の点でプラズマに取って代わりましたが、消費電力ははるかに低くなります。

しかし、他にも競争相手はいます。ミニ LED やマイクロ LED、量子ドット、QD-OLED がテレビやコンピューターのモニターに採用されつつあります。 それらの違いは何ですか? 現在利用可能なディスプレイを置き換えたり廃止したりするのでしょうか? 読む…

液晶ディスプレイと機能強化 20 年前に大型 LCD パネルが導入されてから、大型テレビに最適なソリューションとなるまでに時間はかかりませんでした。 これらのオリジナル モデルは、蛍光灯のバックライトを使用して数千の小さな光シャッター ピクセルを変調する、重くてかさばるデザインから、発光ダイオード (LED) バックライトを詰め込んだ洗練された筐体へと進化しました。 製造効率の向上による小売価格の低下に伴い、ピクセル数は時間の経過とともに増加し続けてきました。

ハイ ダイナミック レンジ (HDR) ビデオの登場により、さらなる設計変更が必要になりました。 LCD イメージング パネルの非効率性 (実際に画面の前面に到達するバックライト照度は 5% のみ) を考慮すると、輝度レベルを高めるには他のソリューションが必要でした。 1 つのアプローチは、LED からの青色光を吸収し、より強度の高い赤色と緑色の光として再放射する小さな金属粒子である量子ドットの薄層を追加することでした (したがって、量子エネルギー変換効果)。

モデル名に「Q」の付いたテレビ (Samsung の QLED テレビなど) は、量子ドット (QD) を使用して高ダイナミック レンジの画像を生成します。 これらのディスプレイは、LCD の光透過効率の低さによって依然として障害を受けていますが、現在では 1200 ～ 1500 カンデラ/平方メートル (cd/m2) の範囲の輝度レベルを出力できるようになりました。 TCL は、量子ドット強化層を備えた LCD TV も製造しています。 量子ドットを搭載した液晶テレビは、従来の液晶モデルに比べて価格が高くなっている。

HDR イメージングを実現するには、より多くの「ミニ」LED をより小さな領域に詰め込み、ビデオ コンテンツの輝度レベルに合わせて光レベルを変更することで HDR イメージングを実現する方法もあります。これは、ローカル エリア ディミングとして知られるプロセスです。 Sony と Hisense (ULED) は、QD の代わりにこのアプローチを使用しています。 課題は、LED 光が隣接するピクセルににじみ出て、明るいテキストやオブジェクトの周囲にハロー効果のように見える現象を最小限に抑えることです。

この問題を解決するには、各ピクセルに対する追加の構造変更と特殊な光変調技術が必要です。 しかし、別の問題が迫っています。ローカルエリアの調光に miniLED の大規模なマトリクスを使用するテレビは大量の電力を消費し、保留中の欧州連合の省エネ規制により、これらのモデルは市場に投入されなくなる可能性があります。

有機発光ダイオードディスプレイ OLED は何十年も開発が続けられてきましたが、決してゴールラインを超えることはできないように思われていました。 製造が難しく、湿気や色の経年変化の影響を受けやすいものでした。 また、すぐに燃え尽きてしまうので、あまり激しく運転することはできません。

OLED は、有機化合物の接合部に低電圧が印加されると、さまざまな色の光を放出します。 これらの色は飽和していて明るく、OLED ディスプレイは高いコントラスト、深い黒、広い視野角を示します。 LCD パネルとは異なり、OLED は非常に薄いため、曲がったり反ったりする可能性があります。 後者の特性により、電柱、建物、自動車、その他の物体に巻き付けることができるデジタル サインはもちろん、折りたたみ可能なスマートフォンやタブレットの提供が可能になりました。

現在広く使用されている OLED ディスプレイには 2 種類があります。 テレビの場合、カラーフィルターを備えた白色 OLED パネル (WOLED) が市場を支配しています。 (RGBW ディスプレイの白色は、青と黄色の有機化学物質の化合物によって生成されます。) LG ディスプレイは、ベゼルにどこのブランドが表示されているかに関係なく、OLED TV で使用されるすべての WOLED パネルの供給元です。 基礎となるテクノロジーは、RGBW ピクセル ストライプを使用して、高レベルの輝度 (10% の完全な白いウィンドウで最大 1000 cd/m2) を生成します。 WOLED テレビのサイズは 42 インチから 97 インチまであります。

2 番目のタイプの OLED ディスプレイは、スマートフォンなどの小型製品に使用されており、個別の赤、緑、青のエミッター (RGB ストライプ) を備えています。 数社が RGB OLED を製造しています。その中には、日本の OLED、Samsung Display、中国のメーカー AUO および BOE があります。 RGB OLED は WOLED と同様のピーク輝度レベルを達成できますが、現在入手可能な最大の RGB OLED ディスプレイは 32 インチのデスクトップ モニターです。

RGBW と RGB OLED の両方にとっての課題は、青色有機材料の明るさが半分になるまでの時間です。 （同様の問題は、カラー TV 受像管やプラズマ ディスプレイの青色蛍光体にも影響を及ぼしました。）この問題を克服するために、複数の青色エミッタを使用してそれぞれの輝度を下げて動作させるなど、いくつかの賢明な解決策が考案されました。 OLED ディスプレイからより多くの輝度を得る 1 つの方法は、各ピクセルにマイクロレンズ アレイを採用し、光をコリメートしてより多くの光を画面に向けることです。 この技術は現在、LG によって Evo OLED テレビの最新シリーズに実装されています。

QD-OLEDハイブリッド新しい賢いハイブリッド ディスプレイ技術は、青色 OLED エミッターのスタックと赤色および緑色の量子ドットを組み合わせています。 このQD-OLEDハイブリッドは、昨年のCESでSamsung Displayによって55インチと65インチの画面サイズで発表され、今年のショーでは77インチのテレビが加わりました（SamsungとSonyはどちらもQD-OLEDモデルを販売しています）。 QD-OLED TVは従来のLCD TVよりも価格が高く、量子ドット搭載セットやWOLED TVと同等の価格となっています。

QD-OLED の大きな利点は、ディスプレイ パネル内のイメージング層 (全部で 4 つ) がシンプルであることです。 発光ディスプレイとしても、優れたコントラスト性能、深い黒レベル、高い彩度、および広い視野角を示します。 青色 OLED エミッタは、実際には小さな青色 OLED のスタックであり、耐用年数を延ばすためにそれぞれが低減された電力で動作します。 残りの馬力は量子ドットから来ており、Samsung Displayは2023年モデルで最大輝度2,000 cd/m2を主張している。 QD-OLED は、ターボチャージされた WOLED または RGB OLED と考えてください。

マイクロLEDディスプレイディスプレイメーカーは現在、小さな赤、緑、青の LED エミッターだけで構成されたテレビのプロトタイピングを行っています。 これらの「マイクロ」LED ディスプレイは、スマート ウォッチや携帯電話からタブレット、コンピュータ モニター、輸送用途に至るまで、幅広いディスプレイ製品にも使用できます。 これを実現するには、妥当なコストでマイクロLEDチップを高い製造歩留まりで製造する必要がありますが、これはこれまでのところ困難な作業であることが判明しています。

microLED ディスプレイの利点は、シンプルさと画質にあります。 LCD ディスプレイには、偏光子、バックライト、カラー フィルターからなる複数の光吸収層の代わりに、LED エミッターとそれらをオン/オフするトランジスタのアレイが存在するだけです。 microLED は発光型ディスプレイであるため、広角で見たときに黒レベルやコントラストの平坦化の問題はありません。 また、1500 cd/m2 と十分明るいですが、ピークレベルは簡単に 2000 cd/m2 を超えます。

複数の企業がマイクロLEDディスプレイを研究開発していますが、現在消費者向けモデルを提供しているのはサムスンだけです。 CES では、以前の 89 インチ、101 インチ、および 110 インチ製品を補完する 76 インチ Ultra HD モデルを発表しました。 76 インチ Micro LED CX の主なセールス ポイントは、エンド ユーザーが設置できることです。 ただし、以前に導入された 89 インチ モデル（約 80,000 ドル）の価格が高騰していることを考えると、現時点ではハイエンドのウルトラプレミアム テレビになるでしょう。

それでも、多くのディスプレイアナリストは、製造コストを削減し、高い歩留まりを達成できれば、この10年末までにmicroLEDディスプレイが他のすべてのディスプレイ技術に取って代わる可能性が高いと予測している。 そして、それが起こる可能性は高いです。 最初のプラズマ テレビの価格は 5 桁でしたが、2010 年には 1,000 ドルを大きく下回りました。 そして、2012 年に北米で販売された最初の 4K モニター (テレビではありません) の価格は 20,000 ドルを超えていました。 現在、65 インチの「スマート」Ultra HDTV がセールでわずか 400 ドルで購入できます。

将来を見据えてWOLED TVの人気を考えると、2023年には東芝やシャープなどの企業がWOLED TVを発売することになるでしょう。LCD TVは今後も最も安価なTV製品であり続けるでしょうが、QD搭載モデルはOLEDと歩調を合わせるために徐々に価格が下がってきています。

microLED TV については、まあ、80 万ドルがあれば…

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Pete Putman (CTS、KT2B) は、ROAM Consulting の社長です。

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