Как LG и Samsung делают телевизоры прозрачными
Сегодня рассмотрим одну из передовых технологий, над которой сейчас бьются инженеры двух гигантов индустрии. Причем идут они двумя принципиально разными путями: OLED и MicroLED. Забегая вперед, подобные дисплеи вряд ли появятся в наших с вами гостиных в ближайшее время.
Как работает прозрачный OLED-дисплей LG
Для создания чёткого изображения экран монитора или телевизора состоит из множества крошечных светящихся точек — пикселей, которые излучают разные цвета.
Для передачи любого оттенка используются три основных цвета в разных пропорциях: красный ®, зелёный (G) и синий (B). Это значит, что каждый пиксель включает в себя три субпикселя, отвечающих за эти цвета.
Допустим, наш экран имеет разрешение 4К — это означает, что он представляет собой матрицу из 3840×2160 пикселей, или 8,3 миллиона светящихся точек. Субпикселей трех цветов будет в три раза больше — почти 25 миллионов.
Каждый субпиксель — это светодиод. Когда на анод подаётся положительное напряжение, электроны начинают двигаться к эмиссионному слою. В процессе их взаимодействия с «дырами» (положительными зарядами) излучается фотон видимого света. Длина волны (то есть цвет) зависит от используемых материалов и характеристик, таких как ширина запрещённой зоны — это минимальная энергия, необходимая для перехода электрона в проводящее состояние. Интенсивность света регулируется величиной электрического тока, подаваемого на субпиксели, что позволяет точно настроить цвета.
1 — катод, 2 — эмиссионный слой, 3 — процесс рекомбинации, сопровождающийся испусканием фотона, 4 — проводящий слой, 5 — анод
OLED — это аббревиатура Organic Light-Emitting Diode, или «органический светодиод». В отличие от обычного LED, в нем используется не кристаллическая твердотельная структура, а проводящие органические слои — композитные пленки на основе углерода (например, полифлуорен или полианилин), нанесенные на прозрачную подложку, как бутерброд. Они заменяют собой P-N структуру в классическом светодиоде, но суть примерно такая же: рекомбинация и излучение фотона. А длина волны зависит от состава полимера.
Так схематично выглядит OLED структура. Они бывают разных видов, здесь — самый простой двухслойный
В этом заключается важное преимущество OLED дисплеев: можно вообще не подавать управляющее напряжение, и в органическом слое не будет излучаться свет. Вы получите абсолютный черный цвет и, следовательно — невероятную контрастность. В обычных ЖК-дисплеях светодиоды все равно продолжают светить через кристаллы, поэтому черный получается засвеченным.
Подробнее о видах OLED и их устройстве можно почитать в этом материале.
Конечно, у OLED есть и свои критики. Например, яркость таких дисплеев может быть ниже, чем у mini LED или обычных LED, что иногда делает картинку менее комфортной в очень ярких помещениях. Также упоминают проблему выгорания, хотя современные технологии уже значительно снизили этот риск. Например, OLED автора статьи работает уже пять лет без каких-либо нареканий
Но вернемся к прозрачным OLED-дисплеям. Для управления интенсивностью света нужно управлять электрическим током. По воздуху этого делать пока не научились, поэтому каждый субпиксель подключается к двум или более транзисторам, работающим как переключатели. А разве они могут быть прозрачными? А что насчет тысяч проводящих дорожек на той же подложке, которые соединяют транзисторы и субпиксели? Разве они не будут блокировать свет?
В этом и состояла главная проблема для инженеров LG. С дорожками проблем не возникло: производители мониторов уже давно используют тонкопленочный проводник на основе оксида индия и олова (ITO). Он пропускает до 80% падающего на него света, имеет толщину всего 135 нм и ширину запрещенной зоны около 4 эВ. С точки зрения его эксплуатационных свойств — отличное решение (особенно по сравнению с оксидом алюминия и цинка, AZO), но вот со стоимостью не все так радужно.
Сравнение светопропускной способности ITO и обычного стекла
Остается вопрос с транзисторами — они-то изготавливаются из непрозрачных материалов. Разработчики подумали: «А что, если сделать их настолько маленькими, чтобы большая часть света буквально огибала их?». Но это не должно сказаться на свойствах транзисторов, качестве изображения или времени отклика.
Были попытки каким-то образом искусственно увеличить подвижность электронов в тонком слое аморфного кремния — недорогое и проверенное решение для транзисторов в большинстве ЖК-дисплеев. Это позволило бы уменьшить размеры элементов без потери «производительности», но из этого ничего не вышло.
Тогда в LG решили пойти по совершенно другому пути: использовать материал оксида-галлия-цинка (IGZO). Электроны в нем обладают в 40 раз большей подвижностью, чем в аморфном кремнии, из-за чего транзисторы имеют намного меньший размер. А следовательно, при том же их количестве пропускают больше света. Но все опять-таки упирается в стоимость.
LG продемонстрировала свою технологию Signature T на выставке Consumer Electronics Show. Экран выглядит действительно впечатляюще, с местами проявляющимся 3D-эффектом. Компания утверждает, что в будущем такие дисплеи можно будет размещать друг за другом, создавая полноценный трёхмерный эффект без использования очков.
Экран в 77 дюймов выглядит действительно эффектно — под него даже создана специальная мебель. Сзади есть выдвижная черная шторка, если прозрачность не нужна
Однако с точки зрения потребителя проблемы очевидны. Во-первых, стоимость таких дисплеев ожидается невероятно высокой — это связано с их сложной технологией и высокой ценой на материалы. Для сравнения, даже обычный OLED-телевизор большой диагонали остаётся недоступным для большинства покупателей.
Во-вторых, светопропускная способность оставляет желать лучшего. Дисплей нельзя назвать абсолютно прозрачным: даже с использованием IGZO и ITO он пропускает лишь около 45% света. Кроме того, светоизлучающие материалы OLED требуют защиты от влаги. Для этого сверху наносится инкапсулирующий слой, обычно выполненный из органических или неорганических соединений, который добавляет дополнительные искажения.
Как работает прозрачный microLED от Samsung
На той же выставке другой южнокорейский техногигант представил свою версию прозрачного дисплея. В основе технологии — привычные неорганические светодиоды, по три субпикселя на каждый пиксель. Но как достигается прозрачность? Ключевой фактор — это размер светодиодов. Они настолько малы, что позволяют свету проходить между ними, обеспечивая видимость сквозь экран.
Например, сейчас в избытке продаются телевизоры, основанные на технологии mini LED — развитие привычной ЖК-технологии. Главное отличие в том, что размер светодиода в них составляет 200 микрон — примерно в пять раз меньше, чем в стандартных дисплеях. Это дает больше светящихся зон при той же площади, и следовательно, большую четкость и контрастность изображения. Причем сейчас такие телевизоры предлагают множество производителей по весьма доступной цене. Но сама база остается такой же: светодиоды светят на кристаллы. Из-за этого такие ТВ имеют достаточно приличную толщину (в сравнении с тем же OLED), а засветов хоть и меньше за счет разных программных алгоритмов, все равно с передачей черного в OLED не сравнятся.
В технологии microLED размер светодиодов еще меньше — там используется RGB на основе нитрида индия-галлия (InGaN). Пару лет назад речь шла о габаритах 30×50 мкм, а сейчас — до 12×27 мкм. В результате их становится так много, что можно отказаться от кристаллов и поляризации: каждый светодиод светит напрямую.
Получаются следующие преимущества (не все, но важные):
Очень тонкий экран, ведь не нужны дополнительные светопропускающие «слои» или защита от влаги.
Высокая яркость — в разы больше, чем у OLED, поскольку светоотдача больше, чем в органических переходах.
Отсутствие выгораний и «остаточной картинки» по той же причине — срок службы заявляется до 100 000 часов против 30 000 часов у OLED.
Высокая энергоэффективность — телевизор OLED с диагональю 65» может потреблять 150–200 Вт, что довольно много.
Панели microLED меньшего размера можно объединять друг с другом бесшовно, получая большие диагонали с высоким разрешением. С OLED такой фокус не проходит — панель должна быть единым целым из-за защитных слоев.
При этом главная фишка OLED — контрастность и глубина черного — у microLED тоже практически идеальная, ведь вы можете физически выключить светодиоды, подсветка изнутри не требуется.
Так светят светодиоды в разных технологиях. По сути, microLED даже ближе к OLED, чем к LCD
В общем, microLED в теории лучше по многим параметрам, чем OLED
Чтобы сделать дисплей прозрачным, как и в случае с LG, инженеры просто расположили крошечные светодиоды с большими пустотами, через которые свет может беспрепятственно проходить. Хотя о 100% светопропускной способности говорить не приходится из-за расположения самих светодиодов и антибликового покрытия, сейчас она достигает свыше 60%.
Так выглядит принцип пропускания света в прозрачных microLED дисплеях
Прозрачный дисплей от тайваньской компании AUO — не только Samsung идет по этому пути
Но почему же вы не можете сейчас прийти в условный DNS и купить даже непрозрачный microLED телевизор, раз они такие крутые?
Причина — в невероятно сложной технологии производства. Чтобы изображение было максимально качественным, каждый светодиод должен излучать строго определенную световую волну. Если свечение какой-то части будет отличаться (а это — типовая проблема для LED), то достаточно вывести на экран одноцветный фон, и вы сразу увидите проблему с неоднородностью цветопередачи.
Обычно для LED используют так называемый биннинг: тестируют тысячи светодиодов и группируют их по схожим характеристикам. Те, которые не проходят проверку, отбрасываются. Если их нельзя дополнительно сгруппировать условно для другой модели телевизора, то это — брак. Все это сказывается на конечной стоимости продукта.
Для microLED из-за размеров светодиодов и количества (для одного 4К телевизора речь идет о 25 миллионах субпикселей) такой подход был бы настоящим кошмаром.
Производители дисплеев действуют по-другому: собирают то, что есть, а дальше калибруют буквально каждый субпиксель, изменяя величину подаваемого на них тока. И анализируют, насколько итоговое изображение получается однородным. А это — тысячи итераций, сложный алгоритм тестирования и так далее. Не говоря о том, что собрать 25 миллионов крошечных светодиодов с нужной плотностью на подложке, перенеся их с сапфировой пластины, и обеспечить правильную электрическую коммутацию — тоже нетривиальная задача.
Выглядит круто, но невооруженным глазом видно, что до прозрачности обычного стекла в дисплеях Samsung еще очень далеко
Конечно, технологии не стоят на месте. Например, недавно компания PlayNitride разработала процесс создания больших плит microLED с шагом 2 мкм, при выходе годных 99,9%. Кажется, что это — огромная величина. Но на 25 млн пикселей 0,1% речь идет о 25 000 «битых» пикселей. И не факт, что их получится как-то реанимировать программными методами, как делают в обычных LED дисплеях.
В общем, в итоге microLED пока остается экспериментальной технологией. И стоимость подобных моделей, с учетом специфики, будет во много раз выше, чем уже существующих не первый год OLED. Возможно, по этой причине Apple отменила свой проект по разработке часов Watch Ultra с microLED экраном. Хотя все мы знаем, насколько глубоки ее карманы.
Кажется, что все равно темновато
Для чего это нужно
Мы уже упоминали, что LG и Samsung — не единственные компании, продвигающие идею прозрачных экранов. Например, та же AUO продемонстрировала 60» дисплей на другой конференции, прошедшей в Калифорнии позже, и даже получившая приз зрительских симпатий. Или компания BOE Technology Group, которая на CES-2024 представила свою версию 49» прозрачного OLED дисплея.
Но важно, что никто из них пока не анонсировал ни точные сроки (хотя LG утверждала, что выпустит прозрачный дисплей в конце 2024 года), ни стоимость. Но можно прикинуть. Сейчас LG оценивает свой топовый OLED-телевизор с диагональю 77» примерно в 4500 долларов. А ценник прозрачной версии, очевидно, будет выше минимум раза в два (хотя автор может заблуждаться).
С microLED все еще печальнее. Samsung предлагает непрозрачный 114-дюймовый телевизор microLED по цене от 132 тысяч долларов в Южной Корее. Прежде чем такая технология в принципе станет хоть как-то доступнее для потребителей, придется ждать не один год. Не говоря о прозрачных моделях.
Конечно, технология выглядит очень современно и чем-то напоминает наступившее будущее из фантастических фильмов. Но насколько это актуально для обычного человека?
Хотели бы вы смотреть кино на огромном экране, одновременно «наслаждаясь» видом книжных полок позади? Именно поэтому LG предложила черную шторку, которая будет закрывать экран в большинстве случаев. Но тогда возникает вопрос: стоит ли переплачивать за такую технологию?
Ну только если кто-то очень богат и хочет прикидываться Тони Старком
Более разумным сценарием будет применение подобных экранов:
Для автомобилей или самолетов, как более качественная альтернатива HUD проекторам. Но речь идет скорее о коммерческом использовании или о суперпремиальных личных авто.
Рекламных вывесок, когда вы можете размещать информацию буквально на стекле. Например, как уже сделано в скоростных корейских поездах.
Возможно, у вас есть другие идеи применения? Поделитесь в комментариях, где, по вашему мнению, подобные экраны могли бы оказаться полезными.
Так что не стоит ожидать, что подобные технологии появятся в наших домах в ближайшие годы.
А вы бы хотели иметь дома прозрачный экран? Если да, то какую цену считаете разумной?
НЛО прилетело и оставило здесь промокод для читателей нашего блога:
-15% на заказ любого VDS (кроме тарифа Прогрев) — HABRFIRSTVDS
