Ako veľmi sa zmenila situácia v rámci displejov za posledné mesiace a ako bude vyzerať ich blízka budúcnosť? Ktoré technológie majú namierené k dominancii a ktoré naopak ustupujú do pozadia?
Za posledné dva roky sa toho v oblasti displejov deje naozaj poriadne veľa. Nejde len o masívne presadzovanie nových prístupov a spôsobov zobrazovacích technológií, ale aj o to, aké majú displeje tvar a vlastnosti.
V rámci veľkoplošných displejov, s ktorými sa stretávame v rámci televízorov a monitorov, pútajú v poslednej dobe najväčšiu pozornosť technológie kvantových bodiek v podobe aktuálnych QLED LCD panelov a takisto na budúci rok chystaných QD-OLED panelov. Pozornosti sa tešia takisto technológie v podobe Mini-LED podsvietenia a takisto vzdialenejšie, ale predsa len na dosah ruky blízke technológie QDEL a microLED.
V rámci malých displejov, ktorým dominujú predovšetkým smartfóny, sa stretávame v poslednej dobe nielen so zaujímavým vývojom ohybu a prehybu, ale aj výrazným posunom z hľadiska tvaru. Či už ide o formu odseknutých zubov, slzičiek alebo dier, cez ktoré sa cez displej „prerazia“ potrebné senzory a optické sústavy, trh sa v tejto súvislosti za posledné tri roky niekoľkokrát masívne premenil a nové trendy prichádzajú a odchádzajú extrémne rýchlo (štatistiku môžete vidieť tu).
/Foto: Samsung/
Do všetkého sa pridávajú veľké zmeny na poli výrobcov displejov ako takých, pričom v súčasnosti sme svedkami doslova zdrvujúceho útoku Číny, ktorá v tejto sfére v posledných rokoch nenechala kameň na kameni. Kedysi dominantní výrobcovia dnes bojujú o každé percento trhu zubami-nechtami a investície do nových technológií a výrobných tovární sú enormné.
Tento článok vám pomôže nielen sa zorientovať v aktuálnych zobrazovacích technológiách, nových označeniach a funkčných princípoch a trendoch, ale zároveň vám aj umožní získať prehľad o tom, ako veľmi sa trh displejov aktuálne mení z hľadiska svetových výrobcov a kam vôbec aktuálne smeruje.
ČO KTORÁ NOVÁ TECHNOLÓGIA VÔBEC JE A KAM VLASTNE PATRÍ?
Skôr než prejdeme k detailnejšiemu popisu pokroku vývoja aktuálnych a nadchádzajúcich displejových technológií, je veľmi vhodné zopakovať si, kam vôbec patria a čo je ich základným princípom.
Ak totiž nemáte dobrú predstavu o konštrukcii displeja, ľahko zostanete pri popise konkrétnych typov nových alebo chystaných technológií popletení, pretože si neuvedomíte, ktorej časti displeja sa zmena vlastne týka a čo je vlastne nové. Vo výsledku si tak ľahko môžete vytvoriť celkom chybnú predstavu, že výrazy ako LED TV, LCD TV, alebo QLED sú tri rôzne typy displejov, aj keď v skutočnosti môžu hovoriť o jednom a tom istom. Podobne ako výrazy Muž – Námorník – Blondiak vôbec nevylučujú a ani nepotvrdzujú, že ide o tri rôzne osoby, alebo len o jednu. Každý názov sa totiž týka inej vlastnosti.
Displeje, s ktorými sa dnes stretnete v rámci TV, monitorov, notebookov a smartfónov, sú typu LCD alebo OLED. To je aktuálna situácia, ktorú je potrebné držať neustále v myšlienkach (odhliadajúc od menej významných displejov, ako je elektronický papier). Displeje v podobe LCD a OLED sú principiálne odlišné, avšak aj v rámci svojej vlastnej kategórie majú niekoľko rôznych variantov použitých technológií, čo ovplyvňuje ich obrazové aj mechanické vlastnosti.
/Foto: Samsung/
LCD má tri základné stavebné časti. Zadné podsvietenie, vrstvu tekutých kryštálov a ovládaciu vrstvu tranzistorov. Zadné podsvietenie funguje ako lampa, poskytujúca pre displej zdroj bieleho svetla. Zabezpečujú to pásiky LED diód, ktoré môžu byť po okrajoch displeja, alebo vo forme siete na celom pozadí. Toto svetlo je následne rozptýlené svetlovodivou doskou do jedného, relatívne plynulého celku na celom povrchu. V dávnejšej minulosti svetlo pre LCD zabezpečovali fluorescenčné trubice (CCFL) a keď sme ich z dôvodu energetickej úspory a lepšej rýchlosti nahradili za LED diódy, marketing to využil na pretlačovanie mätúceho názvu „LED displej“, ktorý dnes nemá žiadny význam. Všetky LCD na trhu totiž LED podsvietenie používajú už skoro celú dekádu.
Toto rozptýlené a zliate svetlo z LED podsvietenia následne prechádza do vrstvy tekutých kryštálov (z toho názov LCD – Liquid-crystal display), ktoré tvoria samotné pixely, respektíve ich farebné RGB subpixely. Princípom je, že tekuté kryštály sa na základe pokynu (elektrickým napätím) preskupujú a tým pixel pre svetlo otvárajú alebo zatvárajú ako žalúzie na okne. Existuje niekoľko rôznych princípov funkčnosti týchto tekutých kryštálov (TN, MVA/PVA a IPS), čo ovplyvňuje obrazovú kvalitu a výkon LCD. Sú doplnené o farebný filter, ktorý prepustené biele svetlo skrátka len zafarbí ako farebné sklíčko na modrú, červenú alebo zelenú farbu, podľa toho o aký subpixel ide.
Všetko je ovládané vrstvou tranzistorov (TFT vrstva), ktoré tvoria tretí základný prvok LCD. Aj táto časť má svoje verzie (a-Si, LTPS a IGZO), ale v rámci tohto článku je dôležité mať na pamäti len základnú konštrukciu ako takú. Bežný LCD displej televízora alebo smartfónu dnes najčastejšie používa kombináciu LED podsvietenia, IPS vrstvy tekutých kryštálov a LTPS vrstvy tranzistorov.
Hlavnou displejovou novinkou posledných rokov sú kvantové bodky (v angličtine Quantum Dots, z čoho vychádza skratka QD). Ide o maličké kryštáliky v nanometrových rozmeroch, ktoré majú tú vlastnosť, že sa rozžiaria, ak na ne zasvieti silné priame svetlo (čo si môžete vyskúšať aj s veľkým kryštálom). Špecialitou kryštálikov v nanometrových rozmeroch je, že sa podľa svojej veľkosti rozžiaria len jednou presnou farbou, čo je dané rozdielnou vlnovou dĺžkou svetla v konkrétnych farebných spektrách.
Tieto kvantové bodky, teda nanokryštáliky môžeme vyrábať hromadne a veľmi presne a naniesť ich v podobe tenučkého filmu na plochú priehľadnú vrstvu, ktorú môžeme integrovať do LCD displeja, ako pomocníka na vylepšenie obrazu.
Dnes to robíme tak, že vyrobíme tenký priehľadný plát (film), ktorý obsahuje nanokryštáliky v dvoch veľkostiach, ktoré sa po osvetlení rozžiaria červenou a zelenou farbou. Tento plát umiestnime do spodnej časti LCD k jeho podsvieteniu. Pridanú vrstvu označujeme ako QDEF, teda Kvantovo bodkový vylepšovací film (Quantum Dot Enhancement Film). Na klasickom LCD displeji produkujeme biele svetlo modrými LED diódami, ktoré majú na povrchu žltú vrstvu fosforu. Svietia tak na bielo. V tomto novom vylepšení LCD s QDEF vrstvou sa používajú len priamo holé modré LED diódy, pričom ich modré svetlo prechádza do rozptyľovacieho QDEF filmu nad nimi, kde sa kvantové bodky rozžiaria na zeleno a červeno. Kombinácia týchto troch farieb sa nielen že zleje do veľmi kvalitného bieleho svetla, ktoré je následne možné lepšie vracať farebným filtrom na potrebné RGB farby, ale aj pomáha vďaka nanometrovým žiarivým kryštálikom k jemnejšiemu podsvieteniu.
QLED televízory, ktoré pod týmto marketingovým názvom skrývajú LCD panel s QDEF vrstvou, sú oprávnene hitom posledných rokov /Foto: Samsung/
Každý LCD displej s QDEF alebo QDOG vrstvou, respektíve televízor ktorý ju nesie, sa dnes marketingovo nazýva pomerne nešťastne QLED, kde úvodné písmeno Q označuje práve kvantové bodky. Tieto produkty sa za posledné dva roky začali na trhu výrazne presadzovať a zaslúžene pútajú pozornosť.
Ide o hlavnú displejovú inováciu v LCD oblasti, ktorá pomáha výrazne zlepšovať obraz a zmenšiť odstup LCD od OLED (v niektorých parametroch, ako farebný gamut, dokonca LCD QLED displeje už OLED aj predbiehajú).
Zatiaľ len chystanou druhou veľkou inováciou LCD, ktorej vývoj sa dokončí v nadchádzajúcich rokoch, je pokročilá integrácia kvantových bodiek do inej jeho časti, konkrétne do farebného filtra nad tekutými kryštálmi. Toto sa označuje skratkou QDCC, teda Kvantovo bodková farebná konverzia (Quantum Dot Color Conversion).
V jej prípade sa film s nanometrovými kryštálikmi už nepoužíva iba ako obyčajná pomoc na generovanie lepšieho podsvietenia (z hľadiska spektrálnej plnosti). Zafarbuje sa pomocou neho rovno výsledné svetlo pixelov. Táto implementácia je značne náročnejšia, pričom k dôvodu sa ešte dostaneme. To, ako sa marketingovo budú tieto displeje označovať je ešte otázkou. Je možné, že budú stále predávané ako QLED, avšak marketéri nás možno prekvapia výrazmi ako „Super QLED“, či „Ultra QLED“. To sa dnes vedieť ešte nedá.
Tretia významnejšia inovácia LCD, ktorá v súčasnosti začala na trhu rozširovať, je Mini-LED. Toto označenie vyjadruje iba zmenu na úrovni podsvietenia LCD, teda mechanizmu, ktorý generuje svetlo ktoré sa následne ovláda a zafarbuje pomocou tekutých kryštálov jednotlivých pixelov.
Mini-LED podsvietenie LCD displeja v kombinácii s vylepšovacím filmom z kvantových bodiek /Ilustrácia: TCL/
Ide o to, že sa relatívne veľké LED diódy (umiestnené vzadu po okrajoch alebo pod celým displejom), ktoré sme doteraz používali, nahradzujú veľmi jemnou sieťou pokročilých miniatúrnych LED diód. To zlepšuje distribúciu svetla, kontrast a všeobecne obraz.
Táto inovácia s kvantovými bodkami nemá nič spoločné, avšak tento typ podsvietenia môže a aj bude používaný v kombinácii s filmom z kvantových bodiek (QDEF či QDOG), prípadne v budúcnosti s farebným filtrom z kvantových bodiek (QDCC), nakoľko ide o samostatnú časť LCD displeja.
Od LCD sa teraz poďme pozrieť na hlavné inovácie na poli OLED.
Masívna OLED vlna v podobe obrazovky LG Wave na výstave CES 2020 /Foto: LG/
OLED je druhý hlavný typ displeja, ktorý sa dnes používa, pričom ani on o obrovské zmenu v súvislosti s kvantovými bodkami nezostal ochudobnený.
OLED je však od LCD výrazne konštrukčne odlišný tým, že nemá vrstvu so „žalúziami“ (tekuté kryštály), ktorá len zakrývajú svetlo podsvietenia v rámci pixelov. OLED displej produkuje obraz pomocou miniatúrnych diód z organického materiálu, ktoré sú také malé, že tvoria rovno samotné pixely, respektíve subpixely. Inak povedané, pixely nie sú farebným „sklíčkom“, ktorý zafarbuje svetlo zo zadnej lampy. Pixely sú samotnou „lampou“ konkrétnej farby.
Výsledkom je, že sa môžu samostatne zasvecovať a zhasínať, čo vedie k výrazne lepším obrazovým vlastnostiam z hľadiska kontrastu, jasu, energetickej spotreby a všeobecne obrazovej kvality, ako je možné dosiahnuť s LCD. Okrem toho, displej je vďaka riešeniu miniatúrnych diód, tvoriacich samotné pixely, možné vyrábať aj s permanentným ohybom (zaoblené okraje smartfónov či smarthodiniek), alebo tak, aby bol schopný opakovaného prehybu používateľom (skladateľné a rolovacie displeje).
Pokročilejší princíp integrácie kvantových bodiek do podoby farebného filtra, ktorý je možné použiť pri OLED, LCD a takisto microLED displejoch
Daňou za to všetko je výrazne väčšia náročnosť výroby a iné problémy. A tu práve inováciu v podobe kvantových bodiek vstupuje do hry. Konkrétne ide o ich pokročilú integráciu v rámci farebného filtra.
Na klasickom OLED displeji je svetlo produkované vrstvou na sebe umiestnených červených, modrých a zelených organických diód. Toto zliate biele svetlo je následne ovládané na úrovni subpixelov a pomocou filtra sa pomerne presne a jednoducho zas premieňa nazad do potrebnej farby.
Toto komplikované a drahé vrstvenie rôzne farebných organických diód môžeme ukončiť a namiesto toho vytvoriť displej len z jednej kategórie organických diód, konkrétne tých modrých. Toto modré svetlo pritom tvorí aj červené a zelené svetlo tak, že nad konkrétnymi subpixelmi sa nachádza film z kvantových bodiek s požadovaným rozmerom. Tie sa rozžiaria pod vplyvom modrého svetla červenou alebo pri inom rozmere zelenou farbou.
Ako je vidieť, ide o technologicky náročnejšiu variantu použitia tohto materiálu, ktorú sme pred chvíľkou spomenuli v súvislosti s LCD ako chystanú inováciu. V rámci OLED sa však vďaka gigantickej snahe Samsungu toto riešenie už teraz stáva realitou a tieto displeje sa pod názvom QD-OLED (OLED s kvantovými bodkami) dostanú v roku 2021 na trh.
Demonštrácie microLED displejov od firmy KONKA (produkt APHAEA Smart Wall) /Foto: KONKA/
Zostáva nám ešte spomenúť dve hlavné inovácie, ktoré nesú názov QDEL a microLED. V ich prípade nejde o vylepšenie súčasných LCD a OLED technológií. Ide o odlišné samostatné typy displejov, ktoré sa môžu už o niekoľko rokov (ale aj o niekoľko dekád) stať tretím a štvrtým významným typom displejov. V oboch prípadoch si tieto displeje môžeme predstaviť ako variáciu na technologický princíp OLED displeja, avšak založený na iných diódach.
V tom prvom prípade s QDEL ide o Kvantovo bodkovú elektroluminescenciu (Quantum Dot ElectroLuminescent), pri ktorej chceme dosiahnuť, aby dnes používané „pomocné“ nanokryštáliky reagovali priamo na elektrický signál samy a tvorili tak svetlo svojpomocne rovno v rámci diód. V prípade druhého a pomerne nešťastného názvu microLED ide vlastne o to isté, ako pri OLED, avšak s tým rozdielom, že diódy sú ešte menšie a už nie sú z organického materiálu.
K detailom sa pravdaže ešte dostaneme, avšak uvedené informácie vám už teraz stačia na to, aby sme mohli prejsť k tomu, čo sa vlastne na displejovou trhu deje. Ide totiž o poriadnu búrku.
AKTUÁLNY URAGÁN NA DISPLEJOVOM TRHU
Displejový priemysel v súčasnosti prechádza obrovskou transformáciou. Tá pritom nie je vyvolaná iba tým, ako v súčasnosti prichádzajú na trh nové technológie a ďalšie sú už za dverami. Sú spôsobené najmä tým, ako jednotlivé firmy napínajú svoje svaly z hľadiska pokročilého vývoja a obrovských investícií do výroby.
Aj keď rôzne TV, monitory, smartfóny a iné výrobky s displejmi si môžeme kúpiť od množstva rôznych výrobcov, samotné displeje ako také je schopná aktívne vyvíjať a vyrábať len hŕstka firiem, ktorá nimi zásobuje celý svet. Podobne ako v prípade iného pokročilého hardvéru, aj tu sa výroba stáva čoraz technologicky a finančne náročnejšou, pričom je bežné, že každá fabrika s linkami novej generácie stojí o zhruba 40 % viac ako tá predošlá. Časom sa tak investície do nich prevtelili do nákladov na úrovni miliárd dolárov. Na druhú stranu, nová fabrika obvykle zdvojnásobí výrobný objem tej predošlej.
Výrobný a vývojový kampus dcérskej spoločnosti Samsungu, zameranej na displeje /Foto: Samsung/
V počiatkoch éry plochých displejov, ktorá začala na prelome storočí, dominovali svetovej výrobe predovšetkým japonské firmy, ktoré vývoj LCD a vtedy aj plazmových displejov dotiahli ako prvé do úspešného konca. Pomerne rýchlo sa ale v nasledujúcich rokoch vykryštalizovali dvaja displejoví giganti – juhokórejské firmy Samsung a LG, ktorí začali dominovať svetovej výrobe displejov vďaka obrovským investíciám do vývoja a výroby.
V nasledujúcich dvoch dekádach sa tak na svetovej výrobe LCD podieľali z 50 a viac percent, pričom o zvyšok podielu sa v útržkoch delili najmä taiwanské firmy (ako InnoLux a AU Optronics) a čiastočne aj spomenuté japonské firmy (hlavne Japan Display a Sharp). V prípade druhej technológie displejov, ktorou je OLED, však LG a Samsung k slovu takmer nikoho napustili a ich výrobe počas celej doby úplne dominovali. Spoločne pokrývali a aj dnes pokrývajú 90 až 100 % OLED trhu.
Táto dve dekády „zabetónovaná“ displejová situácia sa začala meniť v posledných troch rokoch, kedy na trh masívne zaútočili čínske firmy. Ukradnúť trhový podiel zabehnutým gigantom v takej pokročilej výrobe hardvéru je neľahké a vyžaduje si to vskutku kolosálne investície nielen do výrobných fabrík, ale aj do ľudských zdrojov. Číne sa to podarilo počas neuveriteľne krátkej doby vďaka obrovskej finančnej podpore miestnej vlády. Niekoľko čínskych firiem, predovšetkým BOE a China Star, začali za posledné tri roky raketovo naberať trhový podiel výroby LCD agresívnou cenovou vojnou, ktorú mohli realizovať vďaka masívnym, novo postaveným fabrikám desiatej generácie.
Podiel čínskych výrobcov na svetovej výrobe LCD sa rýchlo začal preklápať cez 20, 30 a napokon dnes už cez 50 %, čo ostatných výrobcov celkom deklasovalo. Balansovanie s nízkymi cenami LCD, na hranici zisku, dlhodobo dominantné firmy neustáli a ich podiel začal rýchlo klesať, rovnako ako aj ich záujem o nové investície, ktoré nemohli súperiť s prakticky bezodnou peňaženkou čínskej vlády. Situácia navyše v tomto roku vyvrcholila koronavírusovou krízou a dočasným celkovým poklesom dopytu po displejoch, čo bolo klincom do rakvy.
Masívne LCD fabriky v meste Asan, ktorých linky Samsung zastaví ss koncom roku 2020 /Foto: The Korea Times/
Všetko to viedlo v roku 2020 do bombastickej udalosti, pri ktorej sa dvaja juhokórejskí displejoví giganti, Samsung a LG, rozhodli trh výroby LCD natrvalo opustiť. Samsung v apríli tohto roku oznámil, že na konci roku 2020 definitívne zastaví všetku svoju produkciu LCD panelov (vrátane LCD s kvantovými bodkami, ktoré označuje ako QLED) a výrobné kapacity presmeruje do rozšírenia svojej OLED a QD-OLED produkcie.
Aj keď laik by mohol z týchto správ usúdiť, že sa firma chce od LCD skrátka posunúť dopredu k lepším technológiám, pravda bola taká, že LCD výroba Samsungu bola v posledných dvoch až troch rokoch doslova zožratá útokom čínskych firiem, ktoré trhový podiel v tomto segmente prebrali.
Samsung sa tak rozhodol, že namiesto bojovania s Čínou, čo by nevyhnutne viedlo k dotovaniu stratovej alebo neziskovej LCD výroby po celé roky, radšej trh LCD opustí a zameria sa na trh, v ktorom je stále silný, čo sú OLED displeje a pripravované QD-OLED displeje (OLED s kvantovými bodkami). Podobne zareagoval aj druhý kórejský displejový gigant, ktorým je LG. Ten plánuje tento rok kompletne ukončiť výrobu LCD vo veľkom formáte pre TV.
V tejto súvislosti je vhodné upozorniť, že LCD tvoria v rámci veľkých panelov 95 % všetkých predajov displejov. Toto rozhodnutie Samsungu a LG je tak naozaj veľmi významné. Avšak pozor. To, že vo svojich fabrikách prestanú vyrábať LCD automaticky neznamená, že od týchto firiem už nikdy neuvidíme v obchodoch žiadne televízory s LCD panelmi. To sa stále stať môže. Displej pre daný výrobok skrátka len kúpia od iného výrobcu, tak ako iní výrobcovia TV a ostatnej elektroniky dnes nakupujú displeje od nich.
Druhým faktorom odchodu oboch firiem je aj to, že LCD trh začal už na konci minulého roku z hľadiska predajov stagnovať a rásť už zrejme nad súčasné čísla nikdy nebude. Ak k tomu prirátame aktuálny dočasný poklesu dopytu z dôvodu pandémie, nie je prekvapením, že obe firmy rozhodli o odchode práve teraz. Okrem toho, expanzia čínskych displejových firiem stále pokračuje a po prevzatí LCD trhu budú nepochybne agresívne investovať do OLED, na čo sa Samsung aj LG pripravujú presmerovaním výroby. Tento útok sa totiž vynasnažia ustáť.
Čínska displejová expanzia sa nakrátko spomalila na prelome rokov 2019 a 2020, pretože práve oblasť mesta Wu-chan, epicentrum koronavírusovej pandémie, bola na čele jej displejového rozmachu. Fabriky 10. generácie v nej postavili a v súčasnosti ďalej stavajú firmy BOE, China Star aj Tianma. V súčasnosti sa však po zhruba šesťmesačnom zdržaní všetko rozbehlo nazad do pôvodného tempa. Rozmach výroby displejov vo Wu-chane je obrovský a ročný objem produkcie stúpne z 2,5 milióna štvorcových metrov displejov dosahovaných v minulom roku na 18,6 milióna štvorcových metrov do roku 2022.
Zástup LCD a OLED fabrík čínskych displejových firiem BAO a China Star, ktoré ostro preberajú trh /Grafika: equalocean/
S Čínou tak pri výrobe displejov budeme musieť v nadchádzajúcich rokoch rátať s ako poriadne silným a možno aj celkom dominantným hráčom. Paradoxne ide v nemalej miere aj o prejav situácie, ktorú vyvolali pomerne primitívne a nepremyslené akcie USA (v súvislosti s embargami), dôsledkom ktorých Čína zareagovala obrovskou štátnou podporou miestneho odvetvia. Aj keď niektoré projekty čínskej hardvérovej sebestačnosti trvajú už viac ako dekádu, v posledných štyroch rokoch boli enormne znásobené a urýchlené. Tejto zvláštnej situácii, vychádzajúcej z diletantského a často až detského správania súčasnej americkej vlády na čele s Donaldom Trumpom, sme sa v minulom roku venovali v podrobnom článku „Dnešná Čína a jej nevyhnutné prerazenie technologického embarga“.
Výsledkom je, že z Číny sa v tejto a nasledujúcej dekáde stane v oblasti polovodičov a príbuzného IT vybavenia celkom sebestačný štát, ktorý bude v mnohých oblastiach zrejme aj celkom dominovať v rámci celosvetového trhu. Dnes už čínske displejové firmy prebrali na seba viac ako 50 % svetovej výroby LCD a z dôvodu spomenutého odchodu kórejských výrobcov z tohto trhu v budúcom roku podiel nevyhnutne prekročí 60 % a do roku 2022 stúpne na 70 až 75 % (o zvyšok sa podelia firmy z Taiwanu a Japonska). Aj keď v súčasnosti sa čínske firmy zameriavajú hlavne na LCD, útok na OLED trh takmer určite príde v nadchádzajúcich rokoch.
To, že čínska vláda výrazne podporuje miestny displejový priemysel nie je samo o sebe špeciálne. V rámci minulej dominancie Japonska a neskôr južnej Kórey k tomu došlo od miestnych vlád takisto. To, čo je odlišné, je stupeň, v akom sa to deje. Už v roku 2017 mnoho rešpektovaných zdrojov z odvetvia poukazovalo na to, že firma BOE stavia svoje nové displejové fabriky desiatej generácie len z 10 % zo svojich zdrojov. Podľa analytickej firmy Omdia, čínska vláda investovala do podpory displejového biznisu už 65 miliárd dolárov. Toto všetko sa podpísalo na tom, ako rýchlo čínski výrobcovia prebrali LCD trh.
NAKLONENIE VÁH MEDZI LCD A OLED
V rámci výroby displejov a nadväzného trhového podielu výrobcov rozdeľujeme trh na výrobu malých (smartfóny, smarthodinky) a veľkých panelov (televízory a monitory). Dôvodom je odlišný spôsob výroby vyplývajúci nielen z odlišne veľkých pixelov, ale aj plochy, ktorá musí byť bez chýb. Typicky, ak napríklad nejaký typ výroby panelu dosahuje 15 % chybovosť na ploche jedného štvorcového metra, je prakticky nemožné s ním vytvoriť displej pre veľký TV.
Naopak, v prípade malých 5- či 6-palcových displejov to nemusí byť až taký problém, pretože chybové časti sa jednoducho nepoužijú. Podobné je to aj v súvislosti s cenou, ovplyvňujúcou trhový podiel. Jednotliví výrobcovia vyvinuli rôzne metódy výroby OLED aj LCD, ktorých cena je odlišná a použiteľná len v určitých veľkostiach panelov a pixelov. Cena výroby veľkého OLED displeja pre televízor je zhruba dvojnásobná, oproti LCD.
Je teda očakávateľné, že zastúpenie OLED v rámci TV je relatívne malé a má priestor len v najvyšších cenových kategóriách. Displej totiž tvorí väčšinovú časť ceny TV, a to či stojí napríklad 1000 alebo 2000 eur poriadne zaváži. Naproti tomu v smartfónoch alebo smarthodinkách ani dvojnásobný cenový rozdiel OLED oproti LCD nemusí mať taký veľký význam, pretože cena malého displeja je v absolútnych číslach malá takisto a tvorí len zlomok ceny výsledného zariadenia.
Toto je jeden z hlavných dôvodov, prečo má obrazovo nadradený OLED významný trhový podiel v rámci smartfónov, ale už nie v rámci TV či monitorov. Rast podielu OLED displejov v rámci smartfónov pritom plynulo pokračuje už päť rokov. Budúci rok už bude po prvý raz na nových smartfónoch viac OLED displejov ako LCD, čo je významný prerod. LCD sa v tomto segmente stavia na druhú koľaj a namiesto „štandardu“ preberá rolu lacného variantu displeja na telefónoch nižšej triedy.
Samsung QLED v podobe 8K televízoru Q900R s uhlopriekou 85″ /Foto: Digitimes/
Naproti tomu v prípade TV, teda veľkých displejov, je situácia diametrálne odlišná. LCD displeje celkom jasne dominujú a aj keď je OLED preferovaný v špičkových modeloch, z hľadiska celého trhu TV je jeho podiel menší ako 5 %. V tejto súvislosti je ale zaujímavé, ako momentálny uragán na poli výrobcov môže situáciu zmeniť. Vzhľadom na to, že Samsung a LG sem nasmerujú po opustení LCD trhu všetko svoje úsilie, podiel OLED môže v rámci TV začať od budúceho roku výraznejšie narastať.
LG a Samsung pritom môžu zahýbať aj svojím vlastným OLED podielom. Zatiaľ čo výrobe malých OLED displejov pre smartfóny dlhodobo dominuje Samsung (90 % svetovej produkcie), v prípade veľkých OLED panelov je situácia obrátená a dominuje jeho domáci rival LG. Takmer úplne všetky OLED displeje televízorov, ktoré sa za posledné roky dostali na trh, vyšli z fabrík LG (výrobcovia TV si displeje od neho kupujú).
Spôsob výroby, aký Samsung používa pri svojich malých AMOLED paneloch pre smartfóny, sa totiž pri veľkých rozmeroch panelov nedá uplatniť. LG pri veľkých OLED displejoch používa patentovanú metódu „color-by-white“ pri ktorej biely OLED emiter (z kombinovaného červeného, zeleného a modrého svetla) nanáša na substrát, ktorý je následne kontrolovaný TFT vrstvou tranzistorov. Zmixované biele svetlo je následne premieňané na červenú, zelenú a modrú farbu na úrovni subpixelov pomocou farebného filtra, ktorý funguje podobne ako na LCD.
Integrácia kvantových bodiek do podoby farebného filtra (QDCC) môže od budúceho roku spôsobiť renesanciu OLED v rámci TV trhu /Foto: Geoffrey Morrison/
Samsung však od budúceho roku začne v tomto segmente výrazne útočiť s chystaným QD-OLED, teda s OLED displejmi s kvantovými bodkami, ktoré poskytujú oproti súčasnému postupu OLED výroby firmy LG značné výhody z hľadiska výrobnej ceny. Nejde teda len o zlepšenie kvality obrazu, ako sme spomenuli v úvode, ale predovšetkým o to, že použitie kvantových bodiek na pozícii farebného filtra subpixelov umožňuje, že svetlo môže generovať len vrstva modrých organických diód, namiesto vrstvy modrých, červených a zelených.
Je potrebné síce generovať dve vlnové dĺžky modrého svetla, aby mohli byť dobre premieňané kvantovými bodkami aj na červenú a zelenú, ale vo výsledku bude Samsung potrebovať na QD-OLED len dve emitačné vrstvy organických LED, namiesto štyroch oproti LG. V praxi ide o 13 vrstiev rozličného materiálu (z ktorých sa organické diódy priamo na paneli vyrábajú) oproti 22 vrstvám materiálu.
To sa prevtelí do zníženia výrobných nákladov, a teda aj cenovej výhody. Analytická firma DSCC odhaduje, že materiál na výrobu metra štvorcového QD-OLED displeja bude Samsung stáť zhruba 26 dolárov, zatiaľ čo v prípade súčasného OLED míňa LG na meter štvorcový takmer 95 dolárov. To je pritom len materiál, k čomu sa priráta aj znížený počet výrobných krokov, počet potrebných masiek a iných prvkov, ktoré takisto stoja nemalé peniaze. Kvantové bodky teda nielen do sveta LCD, ale aj do sveta OLED priniesli veľkú zmenu.
Nič však nie je zadarmo a vyžaduje si to obrovský materiálový a vývojový posun. Poďme sa teda pozrieť na to, čo je vo veci.
SPANILÁ, AVŠAK KOMPLEXNÁ JAZDA KVANTOVÝCH BODIEK K ICH ŽIARIVEJ BUDÚCNOSTI
Prvá generácia integrácie kvantových bodiek do displejov (QD LCD), v podobe pomocného mechanizmu zadného podsvietenia, umožnila za posledné roky LCD displejom posun v prirodzenejšom zobrazení farieb, zväčšení farebného gamutu a prechodu do lepších hodnôt jasu a kontrastu. Nebolo to však bez problémov a v počiatkoch integrácie pred niekoľkými rokmi sa za to často musela zaplatiť daň v podobe zmenšenia pozorovacích uhlov, zhoršenia odozvy a zhoršenia zobrazenia čiernej farby. Ak sa k tomu pridala výrazne vyššia cena za takýto displej, nebolo divu, že rozbeh používania tejto technológie pred pár rokmi nebol nijako oslnivý.
Všetko sa však zmenilo v posledných dvoch rokoch vďaka masívnemu materiálovému a technologickému pokroku v tejto oblasti. V tejto problematike si je treba uvedomiť, že existuje niekoľko materiálov vhodných na výrobu kvantových bodiek (kryštálikov), ktoré majú potrebné vlastnosti. Najstarším sú materiály, založené na kadmiu, čo je v základe toxický kovový prvok, ktorému sa z dôvodu negatívneho vplyvu na životné prostredie snažíme obvykle vyhýbať. U prvých displejov tohto typu sa používala zlúčenina kadmia a selénu (CdSe), ktorá mala požadované vlastnosti a nebol známy materiál, ktorý by sa mu priblížil. Rozširovaniu QD LCD tak bránili aj environmentálne obavy a štátne regulácie.
Roztok s kryštálikmi kvantových bodiek a pohľad na jednotlivé nanometrové kryštáliky pod elektrónovým mikroskopom /Fotky: Scott Wilkinson / Scientific Reports/
Postupný vývoj nových bezpečnejších alternatív, na ktoré tlačil hlavne Samsung, pretože kadmium vo svojich displejoch omietol používať, však otvoril pre túto technológiu nové dvere. Hlavným a dominantným svetovým vývojárom materiálov kvantových bodiek je firma Nanosys, ktorá postupne odhaľovala nové vhodné materiály, ako je predovšetkým zlúčenina india a fosforu (InP), zlúčenina zinku a selénu (ZnSe) a zlúčeniny zinku, síry, telúru a selénu (ZnSTeSe). Ostro je preskúmavaný aj perovskit (titaničito-vápenatý oxid). Tieto precízne namiešané a vytvorené materiály na základe licencie následne nakupujú jednotliví výrobcovia displejov.
Integrácia kvantových bodiek do displejov tak za posledné tri roky značne naberala na popularite. Hlavným ťahúňom bol Samsung so svojimi TV označovanými QLED. Ako sme už spomenuli, ide o LCD s QDEF filmom, čo je takmer výhradný spôsob integrácie kvantových bodiek v posledných rokoch.
Po svižnom rozbehu v rokoch 2018 a 2019 sa rok 2020 dá označiť už ako hlavná expanzná fáza QD LCD, ktorá je reprezentovaná zástupom TV vo veľkom množstve uhlopriečok a takisto prvými monitormi a displejmi notebookov. K Samsungu a jeho „QLED“ televízorom (v rozpätí uhlopriečok 43 až 95 palcov) sa v tomto roku pridalo mnoho ďalších výrobcov, ako napr. Vizio, Hisense či Konka, ktorí predstavili svoje prvé QD LCD, alebo rozšírili svoju súčasnú ponuku o nové modely.
Všetky sme ich mohli vidieť na tohtoročnej výstave CES v Las Vegas, pričom sa v priebehu tohto roku objavili na pultoch obchodov. Očakáva sa, že v nadchádzajúcich rokoch bude podiel QD LCD narastať o zhruba 40 % ročne, čím by sme sa mali dostať na zhruba 31 miliónov kusov v roku 2025 (v roku 2018 to boli 3 milióny kusov a v roku 2019 už 5,5 milióna predaných kusov ročne).
Rok 2020 sa stal takisto svedkom nástupu kvantových bodiek aj do 4K LCD monitorov, ktoré na CES predstavili firmy HP, ASUS, Acer a ďalší. Začali sme byť pri tom aj svedkami prvého pokroku v integrácii, pri ktorom firma HP vo svojom 27“ monitore Pavilion použila vrstvu kvantových bodiek nie vo forme samostatného filmu na podsvietení (QDEF), ale vo forme priamej injektáže do sklenenej svetlorozvodnej dosky. To sa označuje ako QDOG, teda Kvantové bodky na skle (Quantum Dot on Glass). Ide o totožný technologický princíp vylepšenia obrazu ako QDEF, pri ktorom kryštáliky asistujú priamo podsvieteniu, avšak tento náročnejší spôsob integrácie umožňuje zjednodušiť a stenčiť displej ako taký, nakoľko nepribúda žiadna nová vrstva (viď. ilustrácie na začiatku článku).
Azda nič v problematike kvantových bodiek nepúta v súčasnosti väčšiu pozornosť, než aktuálna situácia v rámci OLED a Samsungu. Zdá sa totiž, že Samsung dokončil vývoj pokročilej integrácie kvantových bodiek do OLED panelu, na úrovni farebného filtra (QDCC). Ako sme už spomenuli v úvode, ide o druhú a veľmi pokročilú integráciu kvantových bodiek do displejov, ktorá sa v budúcnosti chystá aj v rámci LCD. V rámci OLED má význam len táto integrácia, nakoľko tá prvá jednoduchšia, pri ktorej sa pomáha iba podsvieteniu, je irelevantná. Organické LED sú totiž také malé, že produkujú svetlo priamo na úrovni subpixelov a tieto displeje tak žiadne „podradné“ hromadné podsvietenie nepoužívajú.
/Foto: Samsung/
Integrácia kvantových bodiek na úrovni farebného filtra (QDCC) je však veľmi komplexná. Namiesto spoločnej vrstvy displeja po celej ploche, v ktorej sú kryštáliky prakticky pomiešané v dostatočnej hustote po celom povrchu displeja (ich úloha je totiž prechádzajúce svetlo obohacovať o červené a zelené spektrum), je v prípade QDCC potrebné ich detailné zacielenie a integrácia na úrovni červených a zelených subpixelov.
Dôvodom tohto použitia je, že displej následne môže svetlo produkovať len modrými organickými diódami, čo výrazne šetrí výrobné náklady. Vrstva červených kvantových bodiek nad červenými subpixelmi totiž zmení toto modré svetlo na červené, vrstva zelených na zelené. Priestor modrého subpixela zostáva prázdny a modré svetlo nimi skrátka len nezmenené prejde.
Okrem veľmi komplexnej výroby takéhoto displeja však vždy bolo veľkou komplikáciou aj to, že červené a zelené kvantové bodky nedokážu konvertovať modré svetlo emitované OLED na 100 %. Časť modrého svetla prejde mimo nich a je nutné ho blokovať doplnkovým filtrom nad touto vrstvou. To je takisto veľký technologický problém, ktorému výrobcovia venujú mnoho vývojového úsilia. Zdá sa, že Samsung je v tejto oblasti najďalej a problém zrejme vyriešil.
Z jeho optimistických vyhlásení, ktoré sú podporené nielen miliardovými investíciami do vývoja a výroby, ale aj ukážkami stále nových a lepších prototypov, ktoré vidíme na rôznych výstavách, sa naozaj zdá, že tento problém prekonal a je pripravený výrazne zasiahnuť trh. Tieto displeje, ktoré Samsung nazýva v rámci svojich TV ako QD-OLED, sa chystajú na trh v roku 2021. Netrpezlivo tak na ne čakáme.
Vzhľadom na to, že Samsung tento rok úplne opustí trh výroby LCD, a teda aj svoje QLED (LCD s QDEF vrstvou), jeho nové QD-OLED majú byť jeho hlavnou displejovou zbraňou. Nie je divu, že jeho investície do tohto výskumu a výroby už prekročili 10 miliárd dolárov. Ak sa mu integrácia QDCC do OLED naozaj úspešne podarila, umožní mu to získať obrovskú výhodu pred konkurenciou. Vďaka nižšej cene výroby pritom bude môcť nielen ukradnúť výrazný trhový podiel veľkých OLED od firmy LG, ale aj účinne atakovať trh QD LCD, teda LCD s kvantovými bodkami v rôznych verziách, ktorým budú v nasledujúcich rokoch dominovať čínske firmy ako BOE a China Star.
Hlavná OLED konkurencia v rámci veľkých OLED, ktorou je LG, však takisto nespí. Firma chystá výrazné zlacnenie výroby pomocou nových prelomových metód, pri ktorých sa plynulo kombinuje niekoľko menších skiel panelov do jedného veľkého materského. Ďalšie zlepšenia (vrátane tých obrazových) prinášajú nové metódy produkcie organických diód formou mikroatramentovej tlače, čo je lacnejšie, ako súčasné zabehnuté metódy, pri ktorých sa organické diódy vyrábajú na základe masiek vyparovaním (čo výrazne plytvá materiálom). Na výrobu OLED budú čo nevidieť agresívne útočiť aj čínske firmy, ktoré tlač organických LED demonštrovali na nedávnych prezentáciách takisto. Nízka výrobná cena bude tak pre Samsung a LG hlavná zbraň ich obrany.
ČO SA DEJE V OBLASTI MINI-LED?
Mini-LED je zlepšenie podsvietenia LCD displejov, pri ktorom sa namiesto okrajových alebo veľkých zadných LED použije rozsiahla sieť veľmi maličkých diód (desiatky tisíc kusov), ovládateľných samostatne v relatívne malých skupinách. Výsledok má síce stále ďaleko od veľkosti organických LED (desiatky miliónov kusov), ktoré sú ovládateľné samostatne na úrovni pixelov, avšak v rámci LCD ide o citeľný krok vpred, ktorý umožňuje zlepšenie kontrastného pomeru, dosiahnutie vyššieho jasu, lepšej čiernej farby a zlepšenie spotreby. Efekt je ešte zvýraznený v prípade, že sa skombinuje s doplnkovým filmom z kvantových bodiek (QDEF).
LCD používajúce Mini-LED podsvietenie začali byť na výstavách ukazované už v roku 2018, avšak americké embargá v roku 2019 a pandémia v roku 2020 ich príchod na trh oddialila. V súčasnosti však už vidíme značné investície v tejto oblasti a snahu o uvedenie na trh vo veľkom rozsahu.
Podsvietenie zástupom Mini-LED na pozadí LCD displeja firmy NationStar /Foto: displaydaily/
Skombinovanie Mini-LED podsvietenia a pomocnej vrstvy z kvantových bodiek (QDEF) sa objavilo po prvý raz v minulom roku. Čínska firma TCL uviedla na trh 65“ a 75“ televízory Vidrian 8K v cenových hladinách 2000 a 3000 dolárov, s výbornými obrazovými vlastnosťami. Na paneloch použila 25 000 diód rozdelených do 900 samostatne ovládateľných zón (ktoré sa dajú samostatne zasvecovať a zhasínať). Počas roku 2020 sa začalo Mini-LED v kombinácii s kvantovými bodkami objavovať aj na high-end 27- a 32-palcových monitoroch firiem Acer, Asus a Lenovo a takisto no hernom 17,3-palcovom notebooku MSI.
Cena LCD v kombinácii s kvantovými bodkami a Mini-LED podsvietením je stále relatívne vysoká (monitory sa objavili za ceny presahujúce 3000 dolárov). V nasledujúcich mesiacoch a rokoch jej však pomôže výrazne zvýšenie produkcie, v súvislosti s adopciou technológie mobilným priemyslom. Aktuálne to vyzerá, že Apple chce používať Mini-LED podsvietenie na LCD displejoch svojich iPadov a MacBookov, ktoré vydá v roku 2021. Konkrétne by malo ísť o 12,9-palcový iPad Pro a 14- a 16-palcový MacBook Pro a 27-inch iMac Pro. Očakávať môžeme takisto aj zvýšený záujem veľkého zástupcu výrobcov smartfónov, čo by cenu takisto hnalo dole. Čínske firmy Tianma a China Star tieto LCD displeje vo veľkostiach 6 palcov na výstavách už tento rok prezentovali.
PATRÍ BLÍZKA BUDÚCNOSŤ UŽ MICROLED?
Búrku, ktorá sa v súčasnosti odohráva na poli displejov, završujú veľké investície do QDEL a microLED. V oboch prípadoch ide o nové, alternatívne technológie displejov. Nie o vylepšenie tých stávajúcich.
Názov microLED, tiež niekedy uvádzaný ako mLED alebo µLED, je koncepčne aj technologicky veľmi príbuzný s OLED. V oboch prípadoch sú LED diódy také malé, že tvoria už samotné pixely a ich svetlo je možné ovládať samostatne (na rozdiel od LCD). Odlišnosťou oproti OLED je, že diódy microLED nie sú z organického materiálu (neobsahujú uhlík). Z názvu by sme tak písmeno „O“ mohli odobrať, čím by sme dostali vlastne „LED displej“. Keďže tento názov sa v minulosti marketingovo použil v súvislosti s obyčajným LED podsvietením LCD, hovoríme týmto novým displejom microLED, čím zdôrazňujeme, že LED sú miniatúrne ako pri OLED a neslúžia ako lampa na obyčajné spoločné zadné podsvietenie. Naozaj tvoria samostatné subpixely displeja.
MicroLED si v základe zachováva silné stránky OLED, v podobe nízkej energetickej spotreby, výborného kontrastu a takisto možnosti ohybu a prehybu (všetky tieto vlastnosti vyplývajú z toho, že diódy sú také malé ako subpixely). Očakávame pritom, že sa s nimi dostaneme na extrémne malé rozmery (malé displeje s obrovským rozlíšením) a potenciálne vyriešime aj nízku životnosť a cenu. Nebude to ale ľahké. Je pravda, že z hľadiska materiálu je štruktúra neorganických microLED v porovnaní s OLED relatívne jednoduchá, avšak ich proces výroby je nesmierne komplexný a náchylný na chyby.
Stenový 8K microLED televízor firmy Konka /Foto: Xinhua/
Hlavným problémom je hromadný transfer vyrobených diód z nitrid gáliového waferu, kde vytvoria tenučký film. Ten je následne narezaný a microLED sú transportované na zadný panel budúceho displeja, kde ich je potrebné zoradiť do správneho poradia, skontrolovať a prípadne nahradiť chybné časti.
Vývoj neorganických polovodičových microLED začal už v roku 2000, kedy sme prvý raz začali v malom množstve vyrábať funkčné a dostatočne maličké neorganické LED zo zmesi nitridu gália a nitridu india (InGaN). Rýchlo sa však ukázalo, že masová výroba a precízne umiestňovanie je veľmi nepraktické a nákladné. Prvý použiteľný displej na výslednom produkte sme videli až v roku 2012 na výstave CES, kde firma Sony prezentovala svoj 55-palcový prototyp TV.
Nikdy sa však nedostal na trh. Komplexnosť a nepraktickosť výroby, rovnako ako aj nedostatočné vlastnosti raných prototypov, držali microLED dlho mimo hlavného prúdu vývojárov. Posledné tri roky však priniesli do tejto oblasti skutočnú renesanciu.
Špecializovaní výrobcovia microLED výrobných procesov, ako taiwanské firmy PlayNitride a Epistar, rovnako ako americko-švédska firma Glo, urobili obrovské pokroky, následkom čoho Samsung, LG, AUO, Innolux, BOE, Tianma, CEC Panda, Visionox a ďalšie displejové firmy začali investície do vývoja microLED obrovsky stupňovať. V súčasnosti evidujeme v súvislosti microLED viac ako 5500 podaných patentov, pričom až 40 % z tohto počtu pribudlo len v minulom roku.
Množstvo patentov na konštrukciu, výrobu a aplikáciu microLED chrlí hlavne Čína. Len firma BOE ich za posledný rok podala stovky. Niektorí významní výrobcovia, ako čínsky AUO, alebo taiwanský Innolux, dnes už dokonca prestali investovať do vývoja a rozširovania kapacity OLED, pričom sa sústredili už len na stávajúce QD LCD a microLED.
75“ microLED TV, ktorý na výstave CES predvádzal Samsung /Foto: Samsung/
Pokrok v pokročilých materiáloch a takisto obrovské investície výrobcov spustili nový pretek o to, kto tieto displeje dokáže uviesť do masovej výroby. O predvádzanie prototypov a ukážkových modelov tak nie je núdza. Samsung v roku 2018 začal na výstave CES predvádzať gigantický modulárny 146-palcový microLED televízor (nazvaný „Stena“, z anglického The Wall). Tento koncept následne v roku 2019 rozšíril na 219-palcovú verziu a na tohtoročnom CES dokonca ukazoval už 292-palcovú (uhlopriečka 7,41 metra).
Je treba ale povedať, že „Stena“ je založená na relatívne veľkých LED (rozstup pixelov väčší ako 50 mikrometrov) a na pasívnej matici. Významný microLED prototyp ale Samsung prezentoval. Minulý rok začal ukazovať 75“ TV, používajúci aktívnu maticu v rámci LTPS, v kombinácii s menej ako 50-mikrometrovými čipmi microLED od PlayNitride.
Samsung v súčasnosti plánuje naštartovať sériovú výrobu microLED TV (nielen v 75“, ale aj iných rozmeroch) po roku 2021, v spolupráci s firmami Epistar a PlayNitride. Na výstave CES 2020 sme mohli vidieť aj nové 145“ prototypy microLED displeja od LG a takisto 236“ prototyp od firmy Konka, ktoré majú podobne smelé plány. Je nutné konštatovať, že tieto obrovské „stenové“ displeje, určené pre firmy, obchody (reklamné účely) či rôzne zábavné akcie, sú enormne finančne náročné (stovky tisíc eur). Štart sériovej výroby tak automaticky neznamená, že microLED sa stane okamžite významnou displejovou technológiou. Pokojne môže nastať situácia, že jeho výrazné rozšírenie nepríde ešte celú dekádu.
Snaha, aby sa tak stalo skôr, je ale obrovská. Na zlepšení materiálov alebo riešení výrobných procesov jednotlivých prvkov microLED dnes nejakým spôsobom pracuje viac ako 130 výrobcov po celom svete. Tempo vývoja nás tak môže prekvapiť. Napríklad firma eLux, pracuje na zlepšení procesu finančne náročného transferu, pričom vyrobené pásy microLED rozpúšťa v tekutine.
Tú následne nanáša na panel, kde sa s použitým rôznych metód diódy samousporiadavajú do správneho poradia. Iné spôsoby zlepšenia transferu pozostávajú z osádzania pomocou mikrotlače. Dnešné microLED majú takisto problémy s uniformitou jasu, čo sa snaží vyriešiť mnoho špecializovaných spoločností, ako napríklad Aixtron či Veeco.
Tak ako u LCD a OLED, aj pri microLED môžu byť veľkým pomocníkom kvantové bodky. Veľmi totiž pomôže, ak namiesto náročnej výroby troch druhov mikrodiód pre tri rôzne farby budeme môcť riešiť len jednu. Jej svetlo sa na úrovni farebného filtra bude môcť kvantovými bodkami premieňať na zvyšné dve. Tým by sa výrazne zjednodušil problém komplexného transferu hotových microLED diód, pri ktorom je nutné presne deliť jednotlivé diódy na červené, zelené a modré subpixely (RGB).
Pestovanie a následné osádzanie nanovláknových microLED pomocou mikrotlače, ktoré Samsung chystá pre svoje QNED TV /Foto: Samsung/
Zároveň by tým bolo možné odstrániť aj druhú slabinu dnešných microLED, ktorou je to, že produkcia rozdielnych farieb svetla v takýchto miniatúrnych rozmeroch si vyžaduje mierne odlišné prevádzkové elektrické napätia a veľkosti prúdu, čo výrobu displeja ďalej komplikuje a predražuje.
Tak ako OLED, aj microLED môže na trh preraziť hlavne v menších rozmeroch, kde je výrobná cena displeja menej citeľná. V ich prípade ide hlavne o smarthodinky. V minulom roku sme napríklad na výstave CES mohli vidieť zaujímavý 1,6-placový microLED pre tieto zariadenia, ktorý prezentovala firma Japan Display (JDI). Taiwanská firma RiTdisplay ukazovala na CES dokonca aj 0,9“ flexibilnú variantu. V tejto sfére je hráčom takisto Apple, ktorý v roku 2014 odkúpil microLED startup Luxvue. Dlhodobo sa tak šušká o tom, že bude vyrábať svoje vlastné maličké microLED displeje pre Apple Watch (1,57“ a 1,78“), čím sa zbaví závislosti na kupovaných OLED od firmy LG.
V súčasnosti na Taiwane v spolupráci s firmami AUO a Epistar rozbieha novú fabriku (investícia 334 miliónov dolárov), vďaka ktorej by sa mohli objaviť microLED displeje na jeho Apple Watch v roku 2021 alebo 2022. MicroLED majú takisto potenciál uplatniť sa v segmente virtuálnej a rozšírenej reality a cestu k používateľom si môžu nájsť aj prostredníctvom transparentných displejov, kde môže byť akceptovaná aj vyššia cena.
Treba aj podotknúť, že v budúcnosti môžete o microLED displejoch počuť pod novými marketingovými názvami, ako napríklad PixelLED alebo QNED od Samsungu, ktorý tak označuje svoje chystané displeje s nanovláknovými microLED, skombinované s farebným filtrom z kvantových bodiek.
PRÍDU ŽIARIVÉ KVANTOVÉ BODKY?
Ultimátny cieľ používania kvantových bodiek v displejoch je ich elektroluminiscencia. V rámci takýchto displejov, označovaných ako QDEL či EL-QDLED, by sme chceli dosiahnuť to, aby kvantové bodky samy produkovali svetlo pod vplyvom elektrického poľa, ako to robíme s klasickými a organickými LED.
Láka nás to kvôli veľmi dobrým vlastnostiam kvantových bodiek z hľadiska produkcie farieb a takisto potenciálne relatívne jednoduchej materiálovej konštrukcii. QDEL displej by totiž pozostával prakticky len z anódy a katódy, transportnej a injekčnej vrstvy pre elektróny a emitačnej vrstvy z kvantových bodiek, kde by dochádzalo na základe elektrónov k excitácii samotných nanokryštálov, produkujúcich svetlo.
Prototypy elektricky žiarivých kvantových bodiek firmy Nanosys /Foto: Nanosys/
Podobne ako u microLED, aj v tejto oblasti sa odohráva rýchly vývoj. Ťahajú ho firmy ako Nanosys, Samsung, Nanoco, Nanophotonica a ďalšie, pričom pokrok skutočne môže v nadchádzajúcich rokoch dôjsť do štádia vhodného pre masovú výrobu.
V súčasnosti je hlavným problémom životnosť bodiek, teda samotných nanokryštálov. Keď dnes používame kvantové bodky iba ako pomocníka podsvietenia LCD, alebo ako nástroj na farebnú konverziu OLED (v budúcnosti aj LCD a microLED), nechávame cez ne silné svetlo len prechádzať. Ak ale chceme kvantové bodky silno rozžiariť priamo eklektickým prúdom, materiál v takto mikroskopických rozmeroch to musí opakovane vydržať stovky krát za sekundu po celé dni a roky.
Ak na výrobu mikrokryštálov použijeme nebezpečné kadmium, respektíve zlúčeninu kadmia a selénu (CdSe), čo je najlepší známy materiál tohto typu, relatívne sa nám darí udržať dostatočne dlho pri živote tie najväčšie nanokryštály (cca 3 nanometre), ktoré produkujú červené svetlo. Životnosť tých menších, ktoré potrebujeme na produkciu zeleného a modrého svetla (cca 1 – 2 nm), je celkom nedostatočná. A to je ten lepší „nechcený“ prípad s kadmiom. Ak použijeme bezpečnejšie materiály, ako dnes preferovanú zmes india a fosforu, životnosť letí rapídne dole.
Zatiaľ len vysnený princíp TV s elektroluminiscenciou kvantových bodiek
Napríklad čínska firma TCL na jar minulého roku prezentovala QDEL riešenie založené na kadmiových bodkách, s relatívne neslávnou životnosťou 4000 hodín (pri jase 1000 nits / T95). Samsung sa na začiatku tohto roku pochválil publikáciou vedeckej práce, kde prezentoval úspech nekadmiových kvantových bodiek (z india a selénu), ktoré dosiahli vysnenú métu životnosti milión hodín, avšak len pri veľmi nízkych hodnotách jasu. Pri tých relevantnejších šlo o 615 hodín (100 nits / T95), respektíve 86 hodín (3000 nits / T95). Aby pri tom boli tieto technológie použiteľné v komerčnom nasadení v rámci TV, smartfónov a monitorov, je potrebných aspoň 30 000 hodín pri 500 až 1000 nits (T95).
Treba si pritom uvedomiť, že nie je možné hľadať len materiál nanokryštálov, ktorý má vysokú životnosť pri elektroluminiscencií, teda svetelnej produkcii pod účinkom elektrického poľa. Daný materiál totiž musí zároveň produkovať aj perfektné farby a zároveň v dostatočne veľkom jase, pričom týchto ideálnych producentov (v súvislosti s ožiarením svetlom), sme zatiaľ identifikovali len malý počet.
Samsung a ďalšie firmy ale veria, že sa im tieto problémy podarí v dohľadnej dobe vyriešiť a uvedenia týchto displejov na trh sa v tejto dekáde dočkáme. Držíme im palce.
