- LGとSamsungはCES 2024で透明ディスプレイを実演した。こうした大型の透明TVは多くの来場者の関心を集めた
- しかし、透明TVがリビングに登場する可能性は低い。
- LGはOLEDディスプレイに注力し、SamsungはmicroLEDスクリーンを開発中だが、どちらの技術もまだ実用化の準備は整っていない。それぞれの技術的な難しさを理解するには、もう少し深く見ていく必要がある
LGの透明OLEDディスプレイ技術
- LGは透明OLEDディスプレイに賭けている
- OLEDは有機発光ダイオードを意味し、電気エネルギーを受けると光を発する炭素ベースの化合物である
- 異なる化合物が異なる色を発し、それらを組み合わせてフルカラー画像を作ることができる
- OLED材料を薄膜の形で基板に蒸着してディスプレイを作る
- RGB材料をパターン配置してフルカラーピクセルの高密度アレイを作るのが最も一般的な方式である
- 4K解像度ディスプレイは384万個のピクセルで構成され、約2500万個のRGBサブピクセルから成る
- 各サブピクセルに送る電流のタイミングと量が発光量を決める
- 配線の代わりに透明な導電トレースを使わなければ、光を遮ってしまう
- 数千本のトレースが行と列に並び、各サブピクセルに必要な電気的接続を提供する
- トランジスタスイッチも同じ基板上に作製される
- OLEDを透明に見せるには、これらすべての材料を慎重に選ぶ必要がある
- 導電トレースにはインジウムスズ酸化物の薄膜が使われ、一般的な厚さは135nmだが、約80%の光を通すことができる
- トランジスタ材料は本質的に不透明なため、できるだけ小さくして光を遮る量を減らさなければならない
- 多くのLCDで使われるアモルファスシリコンは安価だが電子移動度が低く、トランジスタの小型化には限界がある
- レーザーでアモルファスシリコンをアニールして結晶化ポリシリコンを作れば電子移動度が改善し、トランジスタを小さくできるが、小さなガラス基板でしか可能ではない
- 透明OLEDディスプレイの設計者たちはIGZOに目を向けた。IGZOは電子移動度が高く、アモルファスシリコンより小さなトランジスタを作れるため、光を遮りにくい
- OLEDは酸素や水蒸気にさらされると発光材料が破壊されるため、表面と端部を覆う封止層が必要になる
- この層のため、パネルを端でつなぐと目立つ隙間が生じ、小型ディスプレイを集めて大型ディスプレイを作ることはできない
- 大型OLEDディスプレイが必要なら、1枚の大きなパネルを製造しなければならない
- LGの試作機は約45%の透過率を持つように見える。画面の後ろにいる人や物体は、直接見たときより明らかに暗く見える
SamsungのマイクロLED技術
- Samsungは透明ディスプレイに無機LEDを使っている
- LEDは電気を光に変換する効率が非常に高く、家庭用電球、自動車のヘッドライトやテールライト、電子機器の電源表示灯などに広く使われている
- LEDディスプレイでは、各ピクセルはRGBのLEDを1つずつ持つ構成になる
- これは高速道路の広告板やスポーツ競技場の大型表示など、遠距離から見る画像に適している
- しかしTVディスプレイは適度な距離で見るため、はるかに小さなLEDが必要になる
- 2年前まではマイクロLEDディスプレイに30x50μmのチップが使われていたが、現在では12x27μm未満まで小型化され、サイズは半分以下になった
- こうした小さなLEDチップはほとんど光を遮らず、ディスプレイをより透明にする
- 台湾のディスプレイメーカーAUOは最近、60%以上の透過率を持つマイクロLEDディスプレイを実演した
- マイクロLEDは酸素や湿気の影響を受けないため、封止は不要である
- そのため、小さなパネルを組み合わせて継ぎ目のないより大きなディスプレイを作ることができる
- 小型パネルのシリコンコーティングは、IGZOより性能の高いポリシリコンとしてアニールできるため、トランジスタをより小さくし、光の遮断を減らせる
- ただし、マイクロLED方式にも問題がある。まだ初期段階のため製造コストが高く、ディスプレイ全体で均一な明るさと色を得るには大変な工程が必要になる
- 個々のOLEDは明確に定義された色を放つが、LEDはそうではない。LEDチップの物理特性がわずかに異なるだけで、放つ光の波長が目に見えて変わる
- メーカーはこれまで、数千個のチップをテストした後、近い波長ごとにグループ化し、望む範囲に入らないものを廃棄することでこの問題に対処してきた
- これはLEDスクリーンが高価な理由の1つだ。製造に使われるはずの多くのLEDを捨てなければならないからである
- しかしマイクロLEDではこの方法が通用しない。小さなチップはテストが難しく、しかも高価なので、大量に廃棄するとコストが天文学的になる
- 代わりにメーカーは、組み立て後にマイクロLEDディスプレイの均一性をテストし、各サブピクセルに印加する電流を調整して、ディスプレイ全体の色と明るさを均一に補正する
- この補正工程には、パネル上の画像をスキャンした後、制御回路を再プログラムする作業が含まれ、場合によっては数千回の反復が必要になることもある
- パネル組み立てにも問題がある。4Kディスプレイを構成する2500万個のマイクロLEDチップは、それぞれ正確に配置され、正しい電気接点に接続されなければならない
- LEDチップはサファイアウェハー上に作られ、各ウェハーには1色分のチップしか含まれない
- これらのチップは、パネルのバックプレーンに適用される前に、ウェハーからキャリアへ移されて一時的に固定される
- 台湾のマイクロLED企業PlayNitrideは、2μm未満の精度でチップを配置した大型タイルを作る工程を開発し、99.9%以上の歩留まりを持つ小型チップ配置工程を保有している
- しかし99.9%の歩留まりでも、4Kディスプレイでは約25,000個の不良サブピクセルが発生すると見込まれる
- 電気的接触が得られない位置ずれ、パターン内への誤った色のチップ配置、あるいはサブピクセルチップ自体の不良が原因になりうる
- こうした欠陥を修正できる場合もあるが、それはすでに高いコストをさらに押し上げるだけである
透明ディスプレイの実際の活用
- SamsungやLGだけでなく、ほかの企業も最近透明パネルを披露している
- AUOの60インチのタイル型透明ディスプレイは、5月にサンノゼで開かれたSID Display WeekでマイクロLEDベース技術部門のPeople’s Choice賞を受賞した
- 中国のBOEはCES 2024で49インチの透明OLEDディスプレイを実演した
- これらの透明ディスプレイには、どれも非常に高価になるという共通点がある
- LGの透明OLEDディスプレイだけが商用製品として発表されたが、価格や発売時期はまだ明らかにされていない
- しかし、不透明版でも十分に高価であることを考えれば、価格の見当は難しくない。LGの最上位77インチOLED TVは$4,500である
- 継ぎ目のないタイル化が可能なため、透明マイクロLEDディスプレイはOLEDよりさらに大型化できるが、生産コストもはるかに高い
- それは価格にも反映される。たとえばSamsungの114インチ不透明マイクロLED TVは$150,000で販売されており、透明モデルはさらに高価になると予想される
- こうした価格を見ると、透明ディスプレイの実際の用途が何になるのか疑問が湧く
- 価格が高すぎるため、リビング向けTVとして登場するのは難しいだろう。しかも問題は価格だけではない
- 映画を見るときに、背景に本棚が透けて見えることを望む人はいないだろう
- このため、LGがCES 2024で実演した透明OLED TVには、必要なときにディスプレイ背面を覆う黒い布製の「コントラストレイヤー」が含まれていた
- 透明ディスプレイはデスクトップで活用できる可能性がある。透かして見るのではなく、背後にカメラを置き、画面を直接見ながら画像を撮影できるからだ
- Zoom通話中に視線を維持するのに役立つかもしれない
- Veeoという企業はCES 2024でこの種の製品の試作機を実演しており、今年後半に30インチモデルを$3,000、55インチモデルを$8,500で発売する計画だ
- Veeoの製品はLGの透明OLED技術を使っている
- 透明スクリーンはすでに看板や公共情報ディスプレイとして活用されている
- LGはソウルの新しい高速地下鉄GTXの窓に55インチ透明OLEDパネルを設置した
- 乗客はこのディスプレイで地図や情報を見られ、必要なときには外の風景が見えるよう透明にできる
- LGの透明パネルは、Doosan BobcatのE35e掘削機の試作機にも使われた
- このタッチスクリーンディスプレイは作業者のフロントガラスやサイドガラスの役割を果たし、重要な機械データを表示したり、車両搭載カメラのリアルタイム映像を映したりできる
- こうした透明ディスプレイは、一部の航空機のフロントガラスにあるヘッドアップディスプレイと似た機能を果たせる
- したがって、大型透明ディスプレイは印象的ではあるが、初期には機械オペレーター向けディスプレイ、公共エンターテインメント、小売サイネージ、自動車のフロントガラスなどでより多く見られる可能性が高い
- 初期導入企業が量産工程の開発コストを負担することで、価格は下がるかもしれない
- しかし、たとえコストが妥当な水準に達したとしても、一般消費者が本当に自宅に透明TVを望むかどうかはまだ分からない
GN⁺の見解
- 透明ディスプレイ技術は確かに興味深く未来志向だが、実用性の面ではまだ疑問がある
- ディスプレイ市場はすでにOLEDとマイクロLEDの技術競争で激しい状況にあり、そこに透明性という新しい要素が加わった。どの技術が市場を主導するのか予測は難しい
- 透明ディスプレイの最大の難題は高価格である。これは生産コストの問題と直結しており、当面は普及が難しそうだ
- もう1つの論点は、透明ディスプレイの実際の用途である。技術デモとしては印象的だが、日常生活で本当に必要な機能なのかは疑問である
- 技術の進化の方向を見ると、透明ディスプレイが将来のトレンドになる可能性はあるが、商用化までには多くの時間がかかると予想される
- 透明ディスプレイ技術は、一般家庭よりも産業現場や商業空間など特殊用途で先に導入される可能性が高そうだ
- 自動車や航空機など輸送手段での活用も注目に値し、AR/VR技術と組み合わせればさらに大きなシナジーを生み出せるだろう
- TV市場では透明性よりも、画質、解像度、サイズといったほかの要素のほうが依然として重要だとみられる。透明TVの大衆化は難しい見通しだ
- ただし、透明ディスプレイが次世代ディスプレイとして注目されることで、OLEDやマイクロLEDなどのディスプレイ技術の進歩をさらに加速させることは期待できる
- 特にARグラスなどのウェアラブル機器やモノのインターネット(IoT)機器などで、透明ディスプレイの潜在力が発揮される可能性がある
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