OLED の到来: しかし、LCD は反撃するでしょうか?

OLED ディスプレイはしばらく前からスマートフォンで使用されてきたため、スケーリングや 製造歩留まりが向上し、テレビに適した大型ディスプレイが経済的に利用できるようになった 実行可能です。 LGは2013年1月に、14,999ドル（約10,300ポンド）というびっくりするような価格ではあったものの、量産型OLED TVを発売した。 1 年後、価格は半額になり、LG OLED Ultra HD 4K TV の現在の価格は 3,000 ポンドを下回りました。 それを大局的に考えると、LG は (より成熟した) LCD テクノロジーをベースにした 55 インチのテレビを 800 ポンド以下で販売することになります。

分析会社によると IHSテクノロジー, AMOLED TV（アクティブマトリックスOLED）の販売は、2016年に200万台に達し、2018年までに1,000万台に達すると予想されています。 そして、ディスプレイ技術が TV 市場に展開されるとよく​​起こることですが、OLED がコンピューター ディスプレイ市場にも浸透し始めています。 最近では CES たとえば、Lenovo のようなラップトップに OLED が搭載されているのを見ました。 ThinkPad X1 ヨガ、HPの スペクター×360 そしてサムスンの ギャラクシータブプロS、デルでも 30インチモニター.

では、これらの新しい OLED スクリーンは確立された LCD テクノロジーとどう違うのでしょうか? 著しく優れたパフォーマンスを提供しますか? 収量とコストはどうですか、また寿命はどうですか? これらはまだ初期段階であり、OLED テクノロジーは改善されるでしょうが、現時点でどのように積み重なるかを見てみましょう。

製造歩留まりとコストへの影響

どのような製造プロセスにおいても、生産ラインから出てくる完全に機能するユニットの数は歩留まりとして知られており、通常はパーセントで表されます。 歩留まりが低いと、エンドユーザーにとっての価格が高くなります。 ディスプレイ画面には、広範囲にわたってミクロン単位の完璧な精度が必要であり、極端なレベルの品質管理が必要です。 製造歩留まりを経済的に持続可能なレベルまで引き上げ、それを維持するには段階的に行う必要がありました 要素技術の改善、製造方法の改善、そして継続的な微細化 チューニング。

OLEDの開発・生産に携わる各社は、高性能・長寿命・高歩留まりの表示パネルを追求するため、基本技術のバリエーションを模索している。

業界の他の人々がOLEDの可能性に疑問を抱いていたとき、韓国企業は LGディスプレイ 2009 年にコダックからこの技術を購入しました。 LGは、WOLED（白色OLED）技術の開発と大型パネルを製造する工場の建設に数百万ドルを投資してきました。 LGのグローバルコミュニケーションディレクター、ケン・ホン氏は次のように述べています。 2014年に言った 「その[WOLED]では誰も私たちを追いかけてさえいないという事実は驚くべき利点であり、おそらく10年間は​​その利点を感じるでしょう。 2～3年は誰も我々に追いつけないだろうが、これはかなり大きなリードだ」

OLED ディスプレイの仕組み

有機 LED は、金属元素ベースの化学反応ではなく、(毒性の低い) 炭素/水素ベースの化学反応を使用しているため、「有機」と呼ばれます。 OLED 通常、これらの有機分子の 2 つの層、電子輸送および発光層 (ETL) と正孔輸送層 ​​(HTL) で構成されます。 これらの層は、カソードと透明なアノードの間に挟まれています。 適切な電圧がカソードとアノードの間に印加されると、層が発光します。 層の化学的性質を変えることによって、さまざまな色を生成できます。

OLED スクリーンにはバックライトがありません。これは、各サブピクセルが直接発光する OLED であり、ビデオ信号によってその明るさが制御されるためです。 OLED がオフの場合の黒の深さは、ディスプレイに反射する周囲光によってのみ制限されます。 アクティブ マトリクス OLED (AMOLED) ディスプレイは、行と列のマトリクスを通じてアドレス指定された薄膜トランジスタ (TFT) によって各 OLED が駆動されるため、LCD パネルとテクノロジーを共有しています。 LCD パネルに見られるさまざまな非効率的なライト ガイド、拡散板、偏光フィルム、カラー フィルターを使用しないため、OLED ピクセル LED は高ピークの白で高輝度を実現できます。 OLED テクノロジーは、高いピーク輝度と幅広いコントラストと色域を実現する可能性を秘めています。 OLED は応答時間にも利点があり、0.1 ミリ秒 (ms) であると主張されています。

初期の研究 OLED パネルの開発は、各ピクセルに個別の赤、緑、青の OLED を搭載するという明白なアイデアに焦点を当てており、OLED スクリーンを開発している企業の大部分は今でもこのアイデアに取り組んでいます。 ピクセル内の各 OLED からの光の周波数と純度に応じて、可能な限り広い色域とコントラストが提供されます。 しかし現時点では、青色 OLED は効率と寿命の問題を抱えています。

もう 1 つのアプローチは、白色有機 LED - カラー フィルター (WOLED-CF) または白色 RGB として知られており、アクティブな要素と 歩留まりが向上する -- ディスプレイ上のすべての LED を白色 OLED として製造することです。 LCD パネルと同様に、「白色」光は この場合、液晶変調バックライトではなくピクセル LED からのもので、赤、緑、青でフィルタリングされます。 フィルター。 これにより、良好なコントラスト (広いダイナミック レンジ) を備えたディスプレイが生成されますが、WOLED からの光とフィルターの組み合わせに色不純物が含まれると、色域が損なわれます。

LGはその構成をWOLEDと呼んでいます M+ この技術では、WOLED サブピクセルの前にカラー フィルターを使用するだけでなく、フィルターされていない白いサブピクセルも追加されます。 赤、緑、青、白 (RGBW) のサブピクセルは 4 つの組み合わせで結合されます。 RGB、WRG、BWR、GBW。 フィルタリングされていない白色のサブピクセルにより高いピーク輝度が可能になり、したがって M+ パネルは HDR 画像が可能になります。 LG は、高解像度 LCD パネルでも M+ 構成を使用しています。

LCDの制限事項

液晶ディスプレイ (LCD) 画面は、偏光電子シャッターとカラー フィルターを通して個別のバックライトからの光を変調することで機能します。 偏光セルのダイナミックレンジの制限（光の通過から遮断まで） バックライト、フィルターとバックライトの色純度に基づいて、コントラストと色に制限を設けます。 色域。 バックライトからの非偏光は、システムの初期偏光フィルターを通過する必要があります。 が動作しなくなると、すぐにバックライトの明るさが 50% 以上減少し、効率が低下します。 LCD の全体的な光効率は、バックライト LED から画面の前面に至るまで、わずか 5% にもなることがあります。

量子ドット

しかし、既存の製造工場や製造方法を放棄することなく、既存の LCD テクノロジーを大幅に改善できるとしたらどうなるでしょうか? これはまさに、古い (無機) 白色 LED エッジ照射型バックライトを量子ドット技術に基づくバックライトに置き換えることによって実現できることです。 LCD パネルのバックライトは機械的に独立したユニットであり、現在の LCD パネル製造工場に異なるタイプのバックライトを導入するのは比較的簡単です。

量子ドットは、半導体材料の結晶を正確なサイズで製造することを可能にするナノテクノロジーの応用です。 高周波（紫外線または青色）光を照射すると、これらの結晶は蛍光を発し、高周波光をより低い周波数の光に変換します。 さらに、それらが発する光の周波数または色は、結晶のサイズに直接関係しています。 変換はほぼ 100% 効率的で、帯域が狭く、出力波長は結晶サイズによって決まります。

これは、2 つの特定のサイズの結晶の混合物をプラスチックのシートに埋め込んで生成できることを意味します。 そのプラスチックシートが従来の青色 LED からの高周波光で照射されると、量子ドットはその光の一部を下方にシフトした狭帯域の赤と緑に変換します。 量子ドットの正確な周波数は、各 LCD ピクセルの前面にある色素ベースの RGB フィルターの応答に一致するように調整することもできます。 量子ドットをドープしたプラスチック シートを分散型 LED 照明で使用したり、ドープしたプラスチックのバーをエッジ ライト ディスプレイで使用したりできます。

ナノシスこの分野のリーディングカンパニーである 社は、このようなシートを QDEF (Quantum-Dot Enhancement Film) と呼んでいます。

現在の LCD バックライトは主に、無機「白色」LED、つまり追加の青色 LED からのエッジ照明に基づいています。 青色の一部をダウンシフトする黄色の蛍光体（最も一般的なこの蛍光体は YAG、イトリリウム アルミニウム ガーネット） ライト。 黄色の蛍光体からの光には緑と赤の両方の周波数が含まれていますが、LCD ピクセルの緑と赤のフィルターと効率的に一致しません。 これにより、最大輝度と色域が制限されます。 対照的に、 量子ドットバックライト、ディスプレイ領域の背面全体に分散された無機青色 LED によって駆動され、より高いピークを生成します。 明るさ、色域の大幅な拡張、効率の向上、「ローカルディミング」コントラストが可能 強化。

量子ドットは、LED の構造に直接組み込んで使用することもできますが、QDEF バックライト技術は、LCD 設計を大幅に改善するために量子ドットを使用する最も簡単な方法です。

カラー表示規格

新しい OLED および量子ドット LCD ディスプレイの機能と比較すると、色の範囲と 今日、ほとんどの人がテレビやコンピュータのディスプレイで見る明るさは驚くべきものです。 小さい。 今日の HDTV 放送の色域標準は、次のように定義されています。 ITU-R勧告BT.709 そして、そこで指定された色座標は、1953 年のカラーブラウン管の蛍光体の色座標とほとんど異なりません。 の ITU-R 勧告 BT.2020 将来 UHDTV に期待できる色域を指定します。また、含まれている色域プロットとして、 CIE XYZ カラーダイアグラム これは大きな前進を意味します。

ただし、このより広い色域を表示するには、ソース素材にその色域が存在する必要があります。 現在のプロ仕様のデジタル ムービー カメラは、広色域、高ダイナミック レンジの画像をキャプチャしますが、このソース素材はすぐに 放送または光ディスク配信用に処理され、現在の rec.709 を満たすために色域とダイナミック レンジが縮小されます。 規格。

ハイダイナミックレンジとドルビービジョン

信号処理のスペシャリスト ドルビー その専門知識をビデオに応用しました ドルビービジョン. ドルビーによれば、リアルな画像を実現するには、純粋な解像度よりも高コントラストの方がはるかに重要です。 ドルビービジョンは、 テレビ放送や映画配信が新しい HDR 規格に準拠できるように設計されています。. 現在、TV と Blu-ray の規格では、最大輝度が 100 nit に、最小輝度が 0.117 nit に制限されています。 ドルビービジョンでは、現時点では上限が 4,000 nit に引き上げられます。

HDRTV (High Dynamic Range TeleVision) としても知られるドルビー ビジョンには、高コントラストと高輝度が可能なディスプレイが必要です。 パズルの 2 番目のピースは、ドルビー独自の信号処理です。 これは、既存のビデオ コーデックの機能を巧みに利用して、ハイ ダイナミック レンジのビデオをエンコードします。 ドルビー独自のアルゴリズムを実行するデコードチップを搭載した HDR ディスプレイは、これらの信号をデコードして、 利用可能な色域の全範囲を表示しながら、信号は古いバージョンとの互換性を維持します。 と表示されます。

全体像を見る

この記事は OLED テクノロジーについての考察として始まりましたが、本当の話は、現在大衆市場に普及し始めているカラー ディスプレイが色域の大幅な改善をもたらしているということです。 これが OLED によって達成されるか、既存の LCD 技術の改良によって達成されるかは、ほとんど二の次の重要性です。

最新のプロ用デジタル ムービー/ビデオ カメラは、広色域のコンテンツを作成でき、 高ダイナミック レンジ。そのほとんどは、未だに固定された放送規格のせいで失われつつあります。 1950年代。 コンテンツ クリエーターと配信システムが、最新の HDR テクノロジーを導入し、これらの新しいディスプレイを最大限に活用する時期が来ました。

利用できるテクノロジーが広がり、性能に大きな違いが生じる可能性があるため、購入者は新しいディスプレイ製品を選択する際に注意する必要があります。 ディスプレイの未来は本当に明るいです、実際、非常に明るいです。

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謝辞
Jeff Yurek 氏、コーポレート コミュニケーション マネージャー、 ナノシス この記事のために QDEF に関する情報を提供していただきました。 そして LGディスプレイ OLED ディスプレイについては、こちらをご覧ください。