Прозрачните телевизори биха могли да премахнат големия черен правоъгълник
LG и Samsung демонстрираха прозрачни дисплеи през януари в Лас Вегас на CES 2024. Тези големи прозрачни телевизори, които привличаха безброй зрители, надничащи през видео изображения, танцуващи на екраните им, бяха забележителни.
Въпреки че наистина са впечатляващи, прозрачните телевизори едва ли скоро ще се появят във вашата всекидневна. Samsung и LG са предприели два много различни подхода, за да постигнат подобен резултат. LG залага на OLED дисплеи, докато Samsung преследва microLED екраните. Нито една технология не е съвсем готова за клиентите. Налични са доста препятствията, които все още трябва да бъдат преодолени.
Как работи прозрачният OLED на LG?
OLED означава органичен диод излъчващ светлина. Това до голяма степен описва как работи технологията. OLED материалите са въглеродни съединения, които излъчват светлина, когато се захранват с електрически ток. Различните съединения произвеждат различни цветове, които могат да се комбинират за създаване на пълноцветни изображения.
За да конструират дисплей от тези материали, производителите ги отлагат като тънки филми върху някакъв субстрат. Най-често срещаният подход подрежда излъчващи червено, зелено и синьо (RGB) материали в шарки. Така се създава плътен масив от пълноцветни пиксели. Дисплей с това, което е известно като 4K резолюция, съдържа матрица от 3840 на 2160 пиксела. Това са общо 8,3 милиона пиксела, образувани от близо 25 милиона червени, зелени и сини субпиксела.
Времето и количеството електрически ток, изпратен към всеки субпиксел, определя колко светлина излъчва. Чрез правилно контролиране на тези токове можете да създадете желаното изображение на екрана. За да се постигне това, всеки субпиксел трябва да бъде електрически свързан към два или повече транзистора, които действат като ключове. Традиционните жици обаче не биха свършили работа за това. Те биха блокирали светлината. Трябва да използвате прозрачни или до голяма степен прозрачни проводящи такива.
Един дисплей има хиляди жици, подредени в поредица от редове и колони, за да осигурят необходимите електрически връзки към всеки субпиксел. Транзисторните превключватели също са произведени върху подобен субстрат. Всичко това добавя много материали, които трябва да бъдат част от всеки дисплей. И тези материали трябва да бъдат внимателно подбрани, за да изглежда OLED дисплеят прозрачен.
Проводимите следи са лесната част. Индустрията на дисплеите отдавна използва индиев калаен оксид като тънкослоен проводник. Типичният слой от този материал е с дебелина само 135 нанометра, но пропуска около 80 процента от светлината, попадаща върху него.
Транзисторите са по-голям проблем. Материалите, използвани за производството им, са по своята същност непрозрачни. Решението е да се направят възможно най-малки, така че да блокират най-малко количество светлина. Слоят от аморфен силиций, използван за транзистори в повечето LCD дисплеи е евтин. Неговата ниска подвижност на електрони обаче означава, че транзисторите, съставени от този материал, могат да бъдат направени само толкова малки. Този силициев слой може да бъде закален с лазери, за да се създаде нискотемпературен полисилиций. Това е кристализирана форма на силиций, която подобрява мобилността на електроните, намалявайки размера на всеки транзистор. Но този процес работи само за малки листове стъклен субстрат.
Изправени пред това предизвикателство, дизайнерите на прозрачни OLED дисплеи посягат към индий галиев цинков оксид (IGZO). Този материал има достатъчно висока подвижност на електрони, за да създаде по-малки транзистори, отколкото е възможно с аморфния силиций. Това означава, че IGZO транзисторите блокират по-малко светлина.
Тези тактики помагат за решаването на проблема с прозрачността, но OLED имат някои други предизвикателства. Първо, излагането на кислород или водна пара унищожава светлоизлъчващите материали. Така че тези дисплеи се нуждаят от капсулиращ слой. Той трябва да покрива техните повърхности и ръбове. Тъй като този слой създава видима празнина, когато два панела са поставени от край до край, не можете да подредите набор от по-малки дисплеи, за да създадете по-голям. Ако искате голям OLED дисплей, трябва да произведете един голям панел.
Резултатът от най-доброто инженерство тук е прозрачен дисплей, който блокира все по-малко светлина. Няма да сбъркате прозрачния телевизор на LG със стъкло на прозорец. Хората и обектите зад екрана изглеждат забележимо по-тъмни, отколкото когато се гледат директно. Според един информиран наблюдател прототипът на LG изглежда има 45 процента прозрачност.
Как работи магическият MicroLED на Samsung?
За своите прозрачни дисплеи Samsung използва неорганични светодиоди. Тези устройства, които са много ефективни при преобразуване на електричеството в светлина, са често срещани днес. Има ги в електрическите крушки, в автомобилните фарове и задни светлини, в електронното оборудване, където често показват, че устройството е включено.
В LED дисплеите всеки пиксел съдържа три светодиода. Един червен, един зелен и един син. Това работи чудесно за гигантските цифрови дисплеи, използвани в билбордове по магистрали или на спортни стадиони, чиито изображения са предназначени да се гледат от голямо разстояние. Но отблизо тези матрици LED пиксели се забелязват.
Телевизионните дисплеи, от друга страна, са предназначени да се гледат от скромни разстояния и следователно изискват много по-малки светодиоди от чиповете. Преди две години тези microLED дисплеи използваха чипове с размери само 30 на 50 микрометра. Днес такива дисплеи използват чипове, по-малки от половината от този размер: 12 на 27 микрометра.
Тези малки LED чипове блокират много малко светлина, което прави дисплея по-прозрачен. Тайванският производител на дисплеи AUO наскоро демонстрира microLED дисплей с повече от 60 процента прозрачност.
Кислородът и влагата не влияят на microLED, така че не е необходимо да се капсулират. Това прави възможно облицоването на по-малки панели, за да се създаде безпроблемен по-голям дисплей.
Но подходът на microLED има свои собствени проблеми. Технологията все още е в начален стадий, като производството й струва много и изисква някои изкривявания, за да се получи еднаква яркост и цвят на целия дисплей.
Отделните OLED материали излъчват добре дефиниран цвят, но това не е така за светодиодите. Малките вариации във физическите характеристики на LED чипа могат да променят дължината на светлинната вълна. Производителите обикновено се справят с това предизвикателство, като използват процес на групиране: те тестват хиляди чипове и след това ги групират в контейнери с подобни дължини на вълната, като изхвърлят тези, които не отговарят на желаните диапазони. Това обяснява отчасти защо тези големи цифрови LED екрани са толкова скъпи. Много светодиоди, създадени за тяхната конструкция, трябва да бъдат изхвърлени.
Вместо това, производителите тестват microLED дисплеите за еднаквост, след като са сглобени. След това ги калибрират, за да регулират тока, приложен към всеки субпиксел, така че цветът и яркостта да са еднакви в целия дисплей. Този процес на калибриране, който включва сканиране на изображение на панела и след това препрограмиране на контролната верига, понякога може да изисква хиляди повторения.
След това има проблем със сглобяването на панелите. Всеки трябва да бъде позициониран точно и всеки трябва да бъде свързан към правилните електрически контакти.
LED чиповете първоначално са произведени върху сапфирени пластини, всяка от които съдържа чипове само от един цвят. Тези чипове трябва да бъдат прехвърлени от пластината към носач, за да ги задържат временно, преди да ги приложат към задната платка на панела. Тайванската microLED компания PlayNitride разработи процес за създаване на големи плочки с чипове, разположени на разстояние по-малко от 2 микрометра един от друг. Този процес за позициониране на тези малки чипове има 99,9 процента успеваемост. Но дори и така, можем да очакваме около 25 000 дефектни субпиксела в 4K дисплей. Те може да са позиционирани неправилно, така че да не се осъществява електрически контакт, или чипът с грешен цвят е поставен в шаблона, или субпикселният чип може да е дефектен. Ако коригирането на тези дефекти понякога е възможно, това само повишава и без това високата цена.
Може ли MicroLED все още да бъде бъдещето на дисплеите с плосък панел? Всеки анализатор на дисплеи вярва, че microLEDs трябва да бъдат следващото голямо нещо поради тяхната яркост, ефективност, цвят, ъгли на видимост, време за реакция и живот. Въпреки това практическите препятствия пред пускането им на пазара остават огромни.
