Что такое MicroLED и почему эта технология заменит OLED и LCD

Samsung, Sony, Apple и ещё около 130 компаний по всему миру включились в активную разработку дисплеев нового типа.

В последнее время в сети всё чаще появляются слухи о том, что производители телевизоров и экранов для них готовятся перейти на новую технологию — microLED (mLED или µLED — micro light-emitting diode), то есть микроскопических светодиодов. Несколько лет назад это было всего лишь модное слово, которым пользовались только знатоки. Сегодня это слово часто используют в связке с «убийца OLED». Многие интернет-издания отмечают, что по качеству изображения microLED-дисплеи ничем не уступают OLED-панелям. Они имеют такой же глубокий чёрный цвет, но при этом у нового типа экранов значительно выше яркость, почти идеальные углы обзора и нет проблем с выгоранием. Кстати, в 2018 году компания Samsung Electronics представила 146-дюймовый модульный телевизор The Wall, собранный на базе microLED. А в 2019 году Sony показала 17-футовый (более 5 метров) microLED-экран, который можно использовать в кинотеатрах. Давайте разберёмся, что же это за технология такая.

Технологию microLED придумали давно

Неорганическая полупроводниковая технология microLED была разработана ещё в 2000 году в Университете штата Канзас (Kansas State University). Она была реализована на основе полупроводников из нитрида индия-галия (indium gallium nitride). При этом в первые годы после изобретения microLED не получалось добиться активного управления диодами, то есть они могли только включаться и выключаться. Лишь в 2011 году появились экраны, способные отображать движущиеся изображения. Первый рабочий прототип microLED-экрана был показан Sony в 2012 году. С тех пор более 130 компаний включились в исследование и разработку новой технологии. Samsung, Sony, LG, InfiniLED, приобретенная Oculus для разработки microLED-дисплеев для VR- и AR-гарнитур, LuxVue, купленная Apple для разработки дисплеев для часов, мониторов и других устройств, а также многие другие компании. И в отличие от всяческих маркетинговых названий и аббревиатур, которыми производители снабжают свои телевизоры в последние годы, microLED — действительно уникальная технология, а не вариация существующих.

Что такое LCD, LED и OLED?

Чтобы понять, почему microLED является революционным изобретением, нужно для начала посмотреть на современные телевизоры. Обычные LED-экраны — это, по сути, то же, что и LCD-экраны. LCD-панель— это жидкокристаллический дисплей с IPS, VA или TN+film матрицей, который подсвечивается флуоресцентной или люминесцентной лампой. В LED-панелях подсветка осуществляется с помощью светодиодов. Благодаря тому, что светодиоды разных цветов включаются в зависимости от цвета изображения на текущий момент, LED-экраны обладают большей контрастностью и яркостью, чем LCD–экраны. Но принцип работы у них один. Выгодно отличаются от предыдущих типов экранов OLED-дисплеи. Технология OLED (Organic Light-Emitting Diode) предполагает производство экранов на органических светодиодах, которые могут самостоятельно излучать свет. Это означает, что таким экранам не нужна подсветка, соответственно они могут быть тонкими и гибкими, потребляют меньше электроэнергии, имеют хороший отклик. OLED-панели имеют возможность отображать «глубокий» чёрный цвет, за счёт отключения светодиодов, а это ведёт к тому, что у них выше контрастность изображения и более насыщенная цветовая гамма.

Однако LCD и LED предлагают большую яркость изображения и не подвержены такой проблеме, как выгорание экрана. Если на OLED-панели держать какой-нибудь пиксель включённым в течение длительных промежутков времени, его свечение начнёт тускнеть раньше отведённых ему сроков жизни. К тому же производство органических светодиодов обходится дороже, чем неорганических. Samsung до этого времени использовала альтернативную технологию QLED (Quantum-dot Light-Emitting Diode – светодиод на квантовых точках). Квантовые точки позволяют создавать невероятно яркие, живые и разнообразные цвета, превосходя в этом отношении OLED. Также яркость QLED-экранов гораздо выше, чем OLED, но это происходит потому, что квантовые точки в современных QLED-телевизорах не излучают свет, а работают благодаря светодиодной подсветке.

Почему microLED превосходит все существующие технологии?

Если же говорить о microLED-дисплеях, то сразу стоить сказать, что они состоят из неорганических светодиодов, которые, тем не менее, могут самостоятельно излучать свет. В теории это означает, что такие экраны могут предложить пользователю идеальный чёрный цвет, отличную цветовую гамму, почти идеальные углы обзора, низкое энергопотребление и при этом иметь высокую яркость (примерно в 30 раз выше, чем у OLED-панелей), стойкость к выгоранию, тонкий корпус, и всё это за меньшую цену. Фактически технология microLED сохраняет все преимущества OLED, но при этом устраняет большую часть недостатков органических светодиодов. Грубо говоря, на бумаге дисплеи microLED по всем возможным параметрам превосходят или не уступают всем существующим на рынке конкурентам. Кроме того маленькие microLED-панели можно объединять в большие экраны. Такая модульность позволит пользователям подбирать размер телевизора непосредственно под свои нужды. Также это развязывает руки производителям, потому что они будут не ограничены в рамках прямоугольников диагональю 50-90 дюймов, а смогут создавать телевизоры любых форм. А самое важное, что эта технология — не просто выдумки учёных, а уже реальность.

В начале 2020 года Samsung представила microLED-телевизор The Wall Luxury, дисплей которого может быть от 73 дюймов до 292 дюймов (а это почти семь с половиной метров) в диагонали. В панели используются микроскопические светодиоды, размеры которых не превышают нескольких микрон, при этом каждый пиксель состоит из трёх таких светодиодов и способен излучать свет самостоятельно. Кстати, именно в размерах может скрываться первый недостаток данной технологии. Так как размеры светодиодов в microLED намного меньше, чем в современных LED-экранах, для производства одной панели требуется больше элементов, точность их установки и настройки должна быть выше и так далее. Всё это может привести к большим затратам на производство. Остаётся дождаться официальных цен на The Wall Luxury, чтобы сравнить, однако, как сообщил ведущий презентации, цена будет «соответствовать современным технологиям, которые в нем использованы». Например, экран Sony Crystal LED с размерами 16×9 футов (приблизительно 5×3 метра) и разрешением 4К, по слухам, будет стоить около 880 тысяч долларов. Правда, обычным потребителям эти цифры пока ничего не скажут.

Проблемы microLED

Как уже было сказано выше, microLED-панель состоит из миллионов маленьких светодиодов. Почему же раньше не могли додуматься до того, чтобы просто уменьшить светодиоды? Потому что при уменьшении размера элемента снижается и количество производимого им света. И нужно либо повышать рабочую мощность, что приведёт к большему энергопотреблению и нагреву элементов, либо увеличивать КПД. Также необходимо уменьшать саму микросхему, чтобы уменьшить шаг между пикселями. Все эти проблемы уже практически решены крупными производителями. Однако есть и другой момент. Производители говорят, что microLED-панели должны быть дешевле, чем OLED. Но существующие способы сборки дисплеев microLED этому противоречат.

Например, метод перевёрнутой микросхемы позволяет изготавливать светодиоды на сапфировой подложке, в то время как матрица транзисторов и припои наносятся на кремниевые пластины с использованием традиционных процессов изготовления и металлизации. Технология массового переноса используется для одновременного подбора и размещения нескольких тысяч светодиодов с эпитаксиальной пластины на подложку (в роли которой может выступать стеклянная пластина, полимерная пленка или печатная плата). С кремниевой подложкой светодиоды соединяются с помощью печей оплавления. Такой метод используется для изготовления microLED-дисплеев для гарнитур виртуальной реальности. Недостатки метода перевёрнутой микросхемы включают стоимость, ограниченный размер пикселя, ограниченную точность размещения и необходимость охлаждения для предотвращения деформации и разрушения дисплея из-за несоответствия температуры между светодиодами и кремнием.

Будущее за microLED?

Если сравнить самые популярные технологии производства дисплеев, то microLED смотрится явным лидером, не уступая конкурентам ни по одному из параметров. Теоретически, сравнительная таблица выглядела бы так:

Возможно, уже совсем скоро microLED-экраны начнут вытеснять другие виды, так как они обладают всеми преимуществами OLED, а также большей яркостью, лучшей цветовой гаммой, более долгим жизненным циклом и модульностью. Благодаря последнему преимуществу Apple уже сейчас рассматривает возможность использования microLED-дисплеев в iPhone и Apple Watch. И уже через несколько лет такими дисплеями могут быть оснащены как небольшие фитнес-трекеры, так и залы кинотеатров.