Displeje dnes - prehľad technológií

Skúsili ste si niekedy spočítať, koľko máte doma okolo seba obrazoviek? Ak sa vyberieme v čase viac ako dve desaťročia dozadu, tak väčšina rodín na Slovensku by povedala obvykle jednu či dve, pričom by išlo o CRT obrazovku objemného televízora a nemenej rozmerného CRT monitora, ktorý patril z dnešného pohľadu žalostne výkonnému počítaču. Dnes je situácia iná a v byte sa nachádza okrem veľkej obrazovky LCD televízora aj ďalší zástup iných, ako napríklad displej veľkého 24″ širokouhlého monitora herného počítača, 15″ displeje jedného či dvoch notebookov, nejaký ten 10″ displej tabletu a ak všetci začnú vyťahovať z vrecka svoje smartfóny, vaše domáce počítadlo začne rýchlo narastať.

Kto tieto displeje vlastne vyrába? Ak sa váš zrak uprie na displej nejakého moderného zariadenia s uhlopriečkou väčšou ako je 9″ (tablety, notebooky, monitory, TV), tak vedzte, že s najväčšou pravdepodobnosťou bude pochádzať od jednej spoločnosti z kvarteta LG Display, Samsung Display, InnoLux a AU Optronics. Spolu sa totiž starajú o 80 % svetovej produkcie. V priebehu celého roka 2014 vyrobila juhokórejská spoločnosť LG Display (dcérska spoločnosť korporácie LG) až 25,1 % veľkých displejov. Na chrbát jej dýchala ďalšia juhokórejská spoločnosť Samsung Display (dcérska spoločnosť Samsungu), ktorá sa postarala o 20,1 %. V závese sú dve čínske (taiwanské) spoločnosti InnoLux a AU Optronics s 18,9, respektíve 16 % podielom. O zostávajúcich 19,9 % sa podelilo množstvo menších hráčov, pričom išlo hlavne o čínsky BOE (Beijing Oriental Electronics) so 6,9 % podielom, ChinaStar s 3,4 % a japonský Sharp s 3,1 % podielom. V prípade menších displejov pod 9″, používaných najmä pre smartfóny a takisto aj pre smarthodinky, sú pomery trochu odlišné. Aj tu však kraľuje juhokórejský LG Display s 18,1 % podielom, nasledovaný japonskými spoločnosťami Japan Display (16 %), Sharp (15,6 %) a čínskym Innoluxom a CPT (Chunghwa Picture Tubes), ktoré majú obe 7,4 % podiel na svetovej produkcii.

Z uvedených dát vyplýva, že lídrom na tomto trhu je LG Display, čo je špecializovaná dcérska spoločnosť juhokórejského konglomerátu LG, zameriavajúca sa výhradne na výrobu displejov. V súčasnosti z jej fabrík pochádza 27,3 %, teda viac ako štvrtina všetkých LCD a OLED displejov na svete. Má celkom deväť výrobných fabrík (osem z nich v Južnej Kórei v mestách Kumi a Paju) a dovedna sedem montážnych závodov v Južnej Kórei, Číne, Poľsku a Mexiku. LG Displej ako taký nepredáva nič koncovým zákazníkom. Displeje predáva zostavovateľom smartfónov, notebookov, TV a iných zariadení, ktorí ich osadzujú do svojich produktov. Samozrejme, používa ich aj jej vlastník – LG, respektíve jej ďalšia dcérska spoločnosť LG Electronics, ktorá koncové produkty pre zákazníkov vyvíja a vyrába (od smarthodiniek a smartfónov, cez televízory až po chladničky). LG Display v minulom roku dosiahla tržby 23,7 miliardy dolárov s 14,3 % maržou.

Boj o trh smarthodiniek

V rámci trhu smarthodiniek sa v nasledujúcich rokoch očakáva prudký rast. Na to, či sa tak naozaj stane si budeme musieť ešte počkať, avšak výrobcovia displejov už dávno robia všetko preto, aby si z tohto relatívne nového trhu uhryzli čo najviac. Vzhľadom na rozmer smarthodiniek sa v rámci technológie displejov dá úspešne použiť OLED, čo znamená, že juhokórejské spoločnosti LG a Samsung, ktoré majú pred zvyškom sveta vo výrobe týchto displejov technologický náskok, sú vo výhode. Aj keď výrobcovia hodiniek predstavujú svoje modely už niekoľko rokov, veľa sa očakávalo od momentu, keď na tento trh vstúpi Apple, čo sa stalo práve v máji tohto roku. Apple je totiž z hľadiska počtu predaných mobilných zariadení obrovským hráčom na trhu. Má veľký zástup verných fanúšikov, ktorí si jeho výrobky nenechajú ujsť. Aj keď je pravda, že z hľadiska svetových predajov nie je jeho pozícia taká silná ako v domácom USA, očakáva sa, že relatívne pomaly sa zväčšujúce čísla predajov týchto zariadení sa vďaka nemu rozbehnú. Kľúčovými partnermi Applu pre dodávky displejov (pre smartfóny, tablety, notebooky aj desktopy) sú LG Display a Sharp. Lákavý kontrakt na displeje smarthodiniek sa ušiel práve prvému menovanému, ktorý pre Apple Watch poskytuje svoje zahnuté OLED. Vďaka tomu v prvom kvartáli roku 2015 LG predalo 8 miliónov hodinkových displejov, čo je značne veľké zvýšenie oproti štvrtému štvrťroku minulého roku, s predanými 1,12 milióna kusov. V prvom kvartáli tohto roku išlo o mnohonásobne viac, než sa podarilo predať najväčším konkurentom. Trojica japonských prenasledovateľov v podobe firiem Japan Display (1,4 milióna kusov), Futaba (1,12 milióna) a Sharp (0,9 milióna) nepredala spolu ani polovicu.

Ešte väčší je rozdiel z hľadiska tržieb, pretože tie drahšie produkty obvykle ponúkajú vysoké marže. Aktuálna hodnota displejového trhu s hodinkami je 240 miliónov dolárov a LG si najmä vďaka kontraktu s Apple zabezpečila 90,9 % zo ziskov. Podiel na tom však majú aj smarthodinky v podobe G Watch (2014) a Watch Urbane (2015), ktoré LG, respektíve LG Electronics vyrába. Ostatné spoločnosti sa na trhu s displejmi smarthodiniek delia len o omrvinky. Samsung si z neho ukrajuje len 3,1 % displejových ziskov, Japan Display 2,1 % a Futaba 1,8 %. LG a Samsung sú pritom momentálne jediné spoločnosti, ktoré dodávajú pre smarthodinky ohnuté OLED displeje, čo im dáva značnú konkurenčnú výhodu. Už teraz sa vie, že pri nasledujúcej generácii Apple Watch (ktoré sa objavia na konci tohto alebo na začiatku budúceho roku) sa LG so Samsungom o dodávky displejov podelí a exkluzivita LG sa teda skončí. Dá sa očakávať, že v smarthodinkách budú OLED displeje postupom času štandardom. Nie je to však príliš prekvapivé, pretože čím menší displej, tým potenciálne menej problémová výroba OLED je. Na trhu však bude nepochybne aj veľký zástup hodiniek s LCD, prípadne s elektronickým papierom.

V záplave skratiek a technológií

V súvislosti s technológiami displejov sa stretávame s veľkým množstvom pojmov a označení a nie je možné sa čudovať tomu, že sa v nich bežný používateľ stratí. V mnohých ohľadoch pritom ani nie je chyba na jeho strane, ale na strane nevhodných a nepremyslených marketingových kampaní, ktoré sa snažia na nový technologický aspekt upozorniť, fatálne ale zlyhajú pri vysvetlení toho, ako je vlastne technológia napojená na súčasný stav. Čo vlastne teda všetky tie skratky a označenia LED, OLED, LCD, IGZO, LTPS, IPS, TN či Quantum dot, znamenajú a prečo na nich vôbec záleží?

Situácia nie je až taká komplikovaná, ako by sa mohlo zdať. Stačí si len ukázať to, z čoho sa LCD displej, teda bezkonkurenčne najpoužívanejšia zobrazovacia technológia súčasnosti, vlastne skladá. Displej ako taký je zložený z niekoľkých vrstiev, z ktorých každá plní svoju úlohu. Kým niektorá svetlo polarizuje, iná zas vodorovne rozptyľuje, a podobne. Z hľadiska základného konceptu fungovania vám však stačí vedieť, že LCD displej je tvorený tromi základnými časťami. Prvou je zdroj svetla, ktorý je v jeho zadnej časti. Druhou sú farebné filtre, cez ktoré svetlo prechádza a ktoré určia, akou farbou pixel svieti. No a treťou časťou je TFT vrstva, čo je skratka pre tenkú vrstvu tranzistorov (Thin Film Transistor), ktorá sa o ovládanie jednotlivých filtrov v pixeloch stará. V okamihu ako sa displej zasvieti, grafická časť počítača mu oznámi, že napríklad pixel jedna má svietiť červeno, pixel dva modro, pixel tri znova červeno, atď. Každý pixel má svoj tranzistor, s pomocou ktorého sa jednotlivé filtre spustia a daný bod dostane žiadanú farbu. No a milióny pixelov displeja nakoniec pred vašimi očami zložia výsledný obraz, niekoľko desiatok ráz za sekundu.

Stačí mať tieto tri časti LCD na pamäti a poľahky zaradíte rôzne skratky na správne miesto. Čo vlastne vzadu displeja svieti? Po dlhé roky prakticky všetky LCD displeje počítačov používali svietiace trubice so studenou katódou, skrátene CCFL (Cold-Cathode Fluorescent Lamp). Pred pár rokmi sa však v hojnej miere začali používať ako zdroj svetla diódy, čo prinieslo zlepšenie rovnomernosti podsvietenia a zníženie spotreby. Dnes prakticky všetky moderné LCD v televízoroch, smartfónoch či tabletoch používajú tento druh podsvietenia. Marketingoví kúzelníci však v snahe na technológiu upozorniť začali používať výrazy ako LED TV či LED displej a mnoho ľudí získalo pocit, že už nejde o LCD. To čo sa však stalo je, že jedna časť LCD displeja, konkrétne podsvietenie, zmenila použitú technológiu z CCFL na LED. Moderné LCD s LED podsvietením tak postupne nahradili staršie LCD s CCFL podsvietením. Aj ostatné esenciálne časti displeja však majú svoje varianty.

Spomenuli sme, že druhou podstatnou súčasťou sú akési farebné filtre. Každý pixel, teda obrazový bod displeja má minimálne tri, pričom jeden má červenú, druhý modrú a tretí zelenú farbu. Ak má bod svietiť na červeno, červený filter zostane otvorený a prepúšťa svetlo. Zelený a modrý zostane zavretý. Ak má bod svietiť na žlto, otvorí sa modrý a zelený filter, výsledkom čoho sa svetlo zmieša a bod svieti na žlto. Ak sa otvoria všetky naraz, bod svieti bielo, ak sa všetky naraz zavrú, bod je čierny. Kvalitnejšie displeje používajú viacero subpixelov v každom bode (napríklad tri zelené, tri modré a tri červené), aby farebné odtiene mohli miešať detailnejšie, napríklad otvorením troch zelených a len dvoch červených subpixelov. To, ako kvalitne daný subpixel svieti, je ovplyvnené metódou tekutých kryštálov, respektíve ich usporiadaním. Ich „tekutosť“ sa prejavuje tak, že pri ovládaní elektrickým prúdom menia svoju orientáciu. Pri otočení do jedného smeru svetlo neprepúšťajú (subpixel nesvieti), pri inom naopak áno (subpixel svieti). Ako sa kryštáliky presmerovávajú z jednej polohy do druhej, je možné ovládať to, ako veľmi bod svieti. Pre kvalitu prepúšťaného svetla a tým aj zobrazenia je esenciálne to, akou metódou je vrstva tekutých kryštálov vyrobená a akým smerom a ako dobre sa hýbe. A tu prichádzajú na rad skratky. Stará a z dôvodu svojej nízkej ceny stále používaná metóda nesie názov TN (Twisted Nematic). Novšie metódy, v podobe MVA (Multi-Domain Vertical Alignment), PVA (Patterned Vertical Alignment) a IPS (In-Plane Switching), sú omnoho lepšie. Dávajú kvalitnejšie podanie farieb, sú však komplikovanejšie na výrobu a teda aj drahšie. V súčasnosti sú najpoužívanejšie TN a IPS technológie a IPS našťastie stále viac starú TN technológiu tekutých kryštálov vytláča. Ak si kupujete nový monitor či notebook, dbajte na to, aby používal IPS. To existuje v mnohých variantoch a rôznych modifikáciách, ako napríklad AS-IPS, H-IPS alebo e-IPS, vždy sú však podstatne lepšie, ako TN.

No a zostáva tretia esenciálna časť LCD, ktorou je vrstva tranzistorov (TFT), ktorá celý proces transformácie tekutých kryštálov ovláda. Aj TFT má svoje verzie, pričom ide predovšetkým o a-Si, LTPS a IGZO. Povieme si o nich niečo viac, čo je určite potrebné, pretože marketingové oddelenia znovu zasahujú a po šialených označeniach ako je LED TV, nám totiž podsúva nemenej bláznivé IGZO displeje, ako nástupcu LCD. Zhrňme si teda skutočné základy. Drvivá väčšina dnešných displejov je typu LCD. Iné a omnoho menej používané technológie sú OLED a E-ink (elektronický papier). LCD má dva hlavné druhy podsvietení. Dnes už nepoužívané CCFL a aktuálne používané LED. Ďalej má niekoľko druhov technológií tekutých kryštálov, v podobe TN, MVA, PVA a IPS. A takisto tri hlavné druhy, respektíve materiály vrstvy tranzistorov (TFT), ktoré sú a-Si, LTPS a IGZO. Bežný smartfón má obvykle LCD displej typu IPS s LED podsvietením a LTPS vrstvou tranzistorov.

Prečo OLED už dávno LCD nenahradil?

Čím sa vlastne OLED technológia líši od LCD? V prvom rade v tom, že OLED nemá dva zo spomenutých troch prvkov LCD (podsvietenie a rôzne druhy technológie tekutých kryštálov). Svetelným zdrojom a zároveň farebným filtrom sú totiž samotné organické svetlo emitujúce diódy, skrátene OLED (Organic Light-Emitting Diode). Každý pixel OLED displeja má vlastné červené, modré a zelené diódy z organického materiálu (obvykle ide o polyfenylvinylén alebo polyfluorén), ktoré sa skrátka zasvecujú a zhasínajú. Svetlo teda nemusí prejsť cez žiadne tekuté kryštály a dosahuje sa veľmi dobré podanie farieb. Druhou výhodou je výborný kontrast a perfektné zobrazenie čiernej farby. Diódy a teda subpixely totiž naozaj zhasnú. Pri LCD zavreté tekuté kryštály stále nejaké to svetlo prepustia, takže čierna nikdy nie je dokonalá (existujú však pomôcky v podobe manipulácie s jasom podsvietenia, efekt však nikdy nie je perfektný). Pri kupovaní smartfónu sa často stretnete s označením AMOLED. Ide stále o OLED displej, avšak je spresnené, akú maticu používa na spínanie jednotlivých elektród a teda aj diód. Matica môže byť pasívna a aktívna. Pasívna matica (PM, teda PMOLED) sa používa len na malých a jednoduchých displejoch s malým rozlíšením, ktoré zobrazujú napríklad jednoduchý text. Prakticky všetky ostatné OLED displeje s vysokým rozlíšením (smartfóny, TV a podobne), majú aktívnu maticu (AM, teda AMOLED). No a čo vlastne aktívne riešenie matice vyžaduje? Práve použitie TFT, teda tenkej vrstvy tranzistorov, ktorá ovláda jednotlivé pixely a ktorú nájdeme aj na LCD. Tento prvok majú teda displeje spoločný (napríklad v podobe LTPS alebo IGZO).

Ak je teda OLED omnoho lepší ako LCD, prečo ho už dávno nenahradil? OLED sa presadzuje najmä v menších uhlopriečkach používaných v rámci smartfónov a smarthodiniek. Veľké OLED displeje je veľmi náročné vyrobiť a prakticky jediné spoločnosti, ktoré to v súčasnosti robia v rámci komerčne dostupných produktov, sú Samsung a LG. Jedným z problémov OLED je stále životnosť modrých diód, ktorá je obvykle niekoľkonásobne menšia ako životnosť červených a zelených. S postupným vývojom sa však túto starosť darí potláčať. Veľkým problémom je však cena, ktorá súvisí najmä s nízkou vyťaženosťou výroby. Inak povedané, výroba OLED je veľmi náchylná na zmätky. To je odpoveď na to, prečo vidíme OLED najmä v malých rozmeroch, kde sú defekty viac prehliadnuteľné, ako na veľkých pixeloch. Predstavte si napríklad, že vyrábate veľké pláty OLED displeja, ktorý rozrežete napríklad na 100 kusov malých displejov pre smartfóny. Ak sú nejaké miniatúrne chyby na každom, nemusí to byť vždy vidieť. Ak je niekde situácia horšia, skrátka napríklad najhorších 10 kusov nepoužijete a stále vám zostane 90 kusov, ktoré môžete predať. Ak ale daný plát rozrežete len na dva veľké televízory, tak jeden môže mať toľko defektov, že je na vyhodenie. Kým v prvom prípade máte 90 % zužitkovanie plátu, v druhom len 50 %.

Situácia sa stále zlepšuje a jednotliví výrobcovia do OLED a jeho vývoja investujú čoraz viac finančných prostriedkov. Len LG Displej by mal v nasledujúcom roku investovať do rozšírenia svojich výrobných OLED kapacít 900 miliónov dolárov a nová fabrika by mala v južnej Kórei vyrásť v horizonte nasledujúcich dvoch rokov. Všetko súvisí so stále väčším dopytom po OLED z hľadiska výrobcov mobilných zariadení, kde sa posúva záujem čoraz viac smerom k ohybným displejom. Tu je totiž OLED jediný kandidát a LG preto smeruje svoje snahy práve sem. Používanie ohybných displejov je možné rozdeliť na niekoľko fáz, v rámci ktorých je vidieť pokrok technológie. Kým v prvej sú dodávané výrobcom displeje len s nejakou presne danou mierou ohnutia, ktoré následne výrobok zdedí, druhou generáciou sú displeje, ktoré môžu byť ohnuté v rámci možností podľa požiadaviek tvorcu koncového zariadenia. Výrobca smartfónu či smarthodiniek sa teda rozhodne napríklad pre zahnutie bokov o nejaký stupeň a výrobca displeja to pre neho zabezpečí. V takejto fáze sú momentálne dostupné varianty, čo vidíme na rôznych ohnutých rohoch displejov smartfónov aj smarthodiniek. V tretej generácii už je displej výrazne ohýbateľný z používateľskej stránky a môže sa správať napríklad ako list papiera, čo by mohlo viesť k možnostiam displej do určitej miery zrolovať. Pokročilá fáza je taká, pri ktorej je možné displej skladať. S pokračujúcim vývojom a narastajúcim objemom výroby bude cena OLED stále viac klesať. Dopomôže pri tom aj ďalší spolubojovník, s menom IGZO.

Čo je to IGZO a ako sa mu darí?

IGZO je skratkou Indium-Gallium-Zinc-Oxide (indium-gálium-zinok-kyslík), čo je polovodičový materiál, ktorý sa začal používať pri výrobe TFT časti moderných displejov. TFT je skratkou pre tenkú vrstvu tranzistorov (Thin-film transistor), ktorá ovláda jednotlivé pixely alebo subpixely displejov LCD a OLED. Niekedy sa pri popise monitorov či displejov môžete stretnúť s tým, že sú označené ako TFT LCD, zatiaľ čo iné len LCD. Nenechajte sa však mýliť. Všetky displeje bežných LCD zariadení TFT používajú, a preto sa tento údaj obvykle neuvádza. Full HD displej s rozlíšením1920 × 1080 bodov obsahuje niečo cez dva milióny pixelov a každý z nich je ovládaný jedným alebo viacero tranzistormi. Tranzistory sú v skutočnosti súčasťou obrazu, ktorý vidíme a ak sa na plát displeja pozriete mikroskopom oproti svetlu, spoločne s farebnými subpixelmi zbadáte vždy aj ich tranzistor. Vrstva tranzistorov sa obvykle vyrába z amorfného kremíka, pričom sa označuje skratkou a-Si. Je pomerne lacná a dobre zvládnutá. Problémom je, že sa hodí maximálne zhruba do hustoty 300 bodov na palec. To nie je problém u bežných Full HD rozlíšení a veľkých displejov. Napríklad 50″ televízor s Full HD rozlíšením (1920 × 1080) má obvykle 44 bodov na palec, zatiaľ čo 22″ monitor s rovnakým rozlíšením zas 100 bodov na palec a 10″ tablet zhruba 220 bodov na palec. Keďže rozlíšenie zostáva a uhlopriečka je menšia, pixely musia byť menšie a umiestnené viac nahusto. Materiál napokon narazí na limit. Aby sme si mohli užiť vysoké rozlíšenie napríklad na 5″ displeji, je nutné použiť vhodnejší materiál, ktorý umožňuje stále menšiu konštrukciu pixelov a takisto je vhodný aj z hľadiska spotreby, čo je pri mobilných zariadeniach veľmi dôležitý faktor.

Riešením problému sa stal tzv. nízko teplotný polykryštalický kremík, teda LTPS (low-temperature polycrystaline-silicon). Ten má vysokú elektrónovú mobilitu (stokrát viac ako a-Si) a umožňuje teda vyššiu hustotu bodov a takisto má nižšie energetické nároky. Prakticky všetky smartfóny s vysokým rozlíšením LTPS používajú, pričom ide nielen o LCD, ale aj o OLED (pre ne je a-Si prakticky úplne nevhodný). Amorfný kremík (a-Si) používajú lacné smartfóny s malým rozlíšením a takisto väčšie zariadenia v podobe displejov tabletov, notebookov a TV. Prečo? Z jednoduchého dôvodu, že výroba TFT vrstvy z LTPS je veľmi náročná a drahá. To však nie je všetko. Postupom času prechádzajú na vyššie rozlíšenie v podobe 4K a neskôr 8K televízory aj monitory a použite LTPS bude nutné aj pri nich, čo je extrémne drahé. V prípade OLED iná možnosť ani nie je, čo cene nepraje. Finančná náročnosť LTPS sa pritom so zvyšovaním rozlíšenia stále viac zväčšuje a 4K smartfóny takisto narážajú na finančnú bariéru. Ako z toho von? Technológiou, ktorá by mala podobné vlastnosti ako LTPS a bola by omnoho lacnejšia.

V roku 2003 vývojové tímy Tokijského technologického inštitútu (TIT) a Japonskej agentúry pre vedu a technológiu (JST) vyvinuli TFT vrstvu používajúcu IGZO, teda zlúčeniny kovu (indium, gálium, zinok) a kyslíka. Na čele vývojového tímu stál japonský expert na výrobu pokročilých materiálov Hideo Hosono. Oproti klasickým riešeniam a-Si má IGZO mnohonásobne vyššiu elektrónovú mobilitu (20 až 50×), čo síce nie je tak veľa ako LTPS, jeho výroba je však omnoho lacnejšia. Umožňuje navyše prechod do vysokej hustoty a rozlíšenia bez toho, aby cena narástla do mamutích rozmerov. IGZO sa tak stal snom nielen pre malé LCD s vysokým rozlíšením (napríklad viac ako 600 bodov na palec potrebné pre 4K displeje smartfónov), ale aj pre OLED, ktoré lacnejšiu technológiu potrebujú ako soľ. IGZO je chránená patentom JST a všetci výrobcovia, ktorí túto technológiu používajú vo svojom výrobnom procese tak činia na základe licencie. Ako prvá začala vyrábať IGZO TFT LCD panely spoločnosť Sharp v roku 2011. Narazila však na problémy s vyťaženosťou a masová produkcia sa tak stále odďaľovala. Faktom je aj to, že Sharp v posledných rokoch zažíva skutočne ťažké obdobie. V minulom roku skončil v strate až 1,9 miliardy dolárov a radostné výsledky sa neočakávajú ani na konci tohto roku. Spoločnosť prekonala reštrukturalizáciu, prepustila 3500 zamestnancov a do zisku sa plánuje vrátiť v roku 2017. Hlavný zdroj problémov bol zrejme tvrdý cenový boj s čínskymi výrobcami displejov pre smartfóny, ktorí ho v tržnom podiele v minulom roku predbehli (BOE a ChinaStar).

Keďže IGZO kombinuje nízku cenu a-Si so skvelými vlastnosťami LTPS, niet divu, že mu chce dávať väčšina výrobcov rýchlo prednosť. Všetko však ide ruka v ruke s vyťaženosťou výroby. To ako v posledných rokoch stúpa produkcia IGZO si môžete pozrieť v grafe, ktorý ukazuje produkciu v miliónoch metroch štvorcových za rok, pričom ukazuje aj predpoklad vývoja pre nasledujúci rok, kedy by produkcia IGZO mala po prvýkrát prekonať klasickú LTPS konštrukciu. Prvý smartfón s IGZO TFT technológiou LCD sa objavil už v roku 2012, pričom išlo priamo o produkt Sharpu (Aquos Phone Zeta SH-02E). Displeje tejto konštrukcie sa začali následne objavovať v ďalších zariadeniach, pričom skutočný obrovský nástup tejto technológie sa očakáva v súvislosti so 4K displejmi mobilných zariadení. Napríklad Apple chcel už dlhší čas prejsť na IGZO pri svojich smartfónoch a tabletoch (iPhone, iPad), avšak problémy, respektíve malý objem výroby tomu bránili. V apríli sa objavili informácie, že IGZO displeje by sa mohli objaviť na nadchádzajúcich 12,9″ iPadoch, ktoré by dodávali okrem Sharpu aj spoločnosti LG a Samsung.

Sústredenie na túto technológiu je veľké. LG Display začal v apríli rozširovanie svojich výrobných kapacít vo fabrike sídliacej v meste Paju, v tesnej blízkosti severokórejských hraníc, kde plánuje čoskoro vyrábať 21 000 panelov mesačne v rámci 8. generácie výroby, čo znamená pláty veľké 2200 × 2500 mm. Spolu s aktuálnou produkciou 9000 IGZO panelov tak stúpne objem na 30 000 kusov mesačne, čím sa dostane na aktuálny objem, ktorý produkuje Sharp (najmä vo svojej fabrike v meste Kamejama). Navýšenie o ďalších 20 000 kusov má prísť v roku 2016. Naproti tomu, Samsung v súčasnosti produkuje 20 000 IGZO panelov mesačne, avšak dokonca tohto roku plánuje navýšiť výrobu až na 60 000 kusov, teda viac ako jeho dvaja najväčší konkurenti dohromady. Väčšina produkcie je však na piatej generácii výroby s rozmerom 1100 × 1300 mm.

Kvantové bodky ako druhý dych LCD

Budú vývojári LCD len nečinne čakať na to, kým OLED preberie trh? Ani zďaleka nie. Jedna z technológií LCD, ktorá v poslednej dobe budí veľkú pozornosť, je Quantum dots, teda doslova Kvantové bodky. Ide o technológiu, ktorá výraznou mierou zlepšuje farebné podanie obrazu LCD displejov a kvalitou sa blíži tomu, čo produkuje OLED. Do súčasnosti sa zlepšovanie kvality farieb, pozorovacích uhlov a iných vlastností vykonávalo hlavne zlepšením technológie tekutých kryštálov, pričom štandardom kvality je v súčasnosti technológia IPS. Jeden z dôvodov, prečo je farebné podanie LCD slabšie ako v prípade OLED však nesúvisí s tekutými kryštálmi ako takými, ale s farebnosťou podsvietenia. Ako sme už spomenuli, v súčasných LCD poskytuje podsvietenie sústava diód. Tieto LED diódy vyžarujú biele svetlo, ktoré následne prechádza cez farebné filtre. Problémom je, že diódy v skutočnosti vyžarujú modré svetlo a biele sú len vďaka tomu, že ich povrch je pokrytý žltým fosforom. Výsledkom je biele svetlo, ktoré však nie je dokonalé a farebné filtre je nutné prispôsobiť tak, aby chybu skorigovali. Nikdy to však nie je perfektné. Ak by vývojári mali k dispozícii veľmi dobrý zdroj bieleho svetla, farebnosť by sa podstatne zlepšila. Tu práve prichádzajú na rad kvantové bodky.

V základe ide o malé nanokryštály s veľkosťou 2 až 10 nanometrov, obsahujúce 10 až 50 atómov v rámci svojho plošného rozmeru a 100 až 100 000 atómov v rámci celého objemu. Sú dostatočne malé na to, aby vykazovali niektoré kvantové vlastnosti. Využíva sa pri tom to, že ak na ne zasvietite svetlo, začnú samy žiariť. To, akou farbou svietia môžete ovplyvniť tak, že budete meniť ich veľkosť. Výsledný odtieň je pri tom veľmi presný a stabilný. Výrobcovia teda vytvorili novú vrstvu displeja, respektíve malý plát, na ktorom sú kvantové bodky vyrobené tak, aby žiarili presne na určitom odtieni zelenej a červenej. Pod nimi je pole diód v prirodzenej modrej podobe, pričom ich svetlo je prechodom cez vrstvu kvantových bodiek obohatené o presne zmanipulovaný odtieň červenej a zelenej, výsledkom čoho je veľmi presné biele svetlo. To následne pokračuje klasickou cestou k farebným filtrom a tekutým kryštálom. Vzhľadom na čistotu podsvietenia je výsledné farebné podanie LCD omnoho kvalitnejšie.

Aj keď sa farebnosť vďaka tejto technológii výrazne zlepší a blíži sa tomu, čo produkuje OLED, kvantové bodky nijako neriešia iné slabiny LCD, ktorou je napríklad nedokonalé zobrazenie čiernej farby (z dôvodu, že kryštály nedokážu pri zavretí zablokovať svetlo podsvietenia na 100 %). Problémom takisto je, že do LCD displeja vlastne pribúda ďalšia vrstva, ktorá navyše nie je najlacnejšia (takmer 100 dolárov), čo sa na cene displeja rozhodne podpíše. Nepriaznivým faktorom je aj to, že súčasné kvalitné modely displejov s kvantovými bodkami používajú kadmium, čo je toxický materiál, na ktorý sa vzťahujú rôzne zákazy a obmedzenia a nekadmiové varianty kvantových bodiek nedosahujú ani zďaleka takých dobrých vlastností (aspoň zatiaľ). Analytické spoločnosti každopádne odhadujú, že predaje LCD displejov s kvantovými bodkami budú v nasledujúcich rokoch prudko rásť a do roku 2020 môže hodnota ich trhu prekročiť hranicu 500 miliónov dolárov. V mnohom môžu fungovať aj ako akýsi medzičlánok medzi aktuálnymi technológiami LCD a OLED. Zvýšenie kvality obrazu síce nedosahuje až takých mét, aby atakovali OLED, avšak vývoj si môže ospravedlniť svoju cenu, pokiaľ bude vnímaný ako výrazne lepší variant LCD, za nižšiu cenu než OLED.

Čo môžeme očakávať v rámci displejov v nasledujúcich rokoch? Predovšetkým stále väčší tlak na vyššie rozlíšenia v podobe 4K a 8K a takisto čoraz väčšie nasadzovanie zahnutých displejov, ktoré postupom času môžu pokročiť k zariadeniam, ktoré sa dajú s displejom zrolovať alebo preložiť. Aj vďaka ohybným displejom si môžeme byť istí, že rozširovanie OLED bude naďalej pokračovať. Vyšším rozlíšeniam a OLED pomôže stále objemnejšia výroba TFT vrstiev používajúcich IGZO, čo umožní výrobu displejov s vysokým rozlíšením a hustotou bodov za priaznivejšiu cenu. Kvantové bodky môžu takisto behom nasledujúcich rokov znamenať veľký prielom a zabodovať predovšetkým v displejoch s veľkými uhlopriečkami, kde OLED skrátka stále neplní očakávania z hľadiska kvality výroby. Kým teda v mobilných zariadeniach (kde sa dá chybovosť tolerovať) sa vďaka ohybu môže OLED behom pár rokov stať neohrozeným lídrom, je dosť dobre možné, že pokročilé LCD technológie s kvantovými bodkami si ukradnú trh s veľkými uhlopriečkami takmer celý pre seba (takýto stav je koniec koncov aj dnes). Objavujú sa projekty, ktoré sa snažia na kvantových bodkách založiť celú technológiu zobrazovania (tzv. QLED – Quantum-dot Light Emitting Diodes), toto riešenie má však pred sebou ešte dlhú vývojovú cestu.

Autorom článku je František Urban. Zdroj: Touchit