報道によると、AppleはApple Watchを含む今後の製品リリースにマイクロLEDの採用を迫っており、このディスプレイ技術は他の方式に比べて多くの利点をもたらす可能性があるとのことです。AppleInsiderは、現在のTFTディスプレイとOLEDディスプレイ技術の仕組み、そしてマイクロLEDとの違いについて解説します。
マイクロLEDはディスプレイ技術として有望性を示しており、現行世代のディスプレイパネルと併用することで、消費電力の削減と画面の薄型化が期待されています。Appleはこの可能性を認識し、ここ数年、将来の製品への搭載を見据えてこの技術開発に多額の投資を行ってきました。
MicroLED が Apple にどのようなメリットをもたらすかを完全に理解するには、比較して MicroLED が実際にどれほど異なるかを調べる前に、まずは一般的に使用されているディスプレイ技術がどのように機能するかを理解する価値があります。
TFT LCD（LED駆動）
今日の消費者向け製品で最も一般的に使用されているディスプレイ技術であり、この記事で取り上げる技術の中で最も古い技術であるTFT（TFT LCD）は、薄膜トランジスタ液晶ディスプレイ（Thin-film-transistor liquid-crystal display）の略称です。この技術はApple製品に広く採用されており、iPad、iPhone、MacBook、iMacシリーズなどに搭載されています。
LCD部分は、電卓のディスプレイのように、薄くて柔軟な液晶パネルに小さな半透明または透明な領域を定義するという概念に関連しています。このセグメントに電流を流すと、定義されたセグメント領域の分子特性が変化し、透明と不透明を切り替えることができます。
TFTはこれをさらに一歩進め、パネル全体を独立した液晶セグメントのグリッドで効果的に覆います。これらのセグメントも電流レベルに応じて不透明から透明に変化します。この場合、ディスプレイを構成するために必要なセグメントの数は、通常の電卓よりもはるかに多くなります。
隣接する3つのセグメントを組み合わせて1つのピクセルを形成し、カラーフィルターを用いて透過する光を赤、青、緑のいずれかに変化させます。各液晶セグメントに印加される電荷量を変化させることで、3つのセグメントを組み合わせることで、多様な色と異なる明るさを生成できます。
TFT ディスプレイ サンドイッチの両側にある偏光フィルターは、光が直接通過するのを防ぐために使用され、各セグメントの液晶反応により偏光が最初のフィルターを通過して 2 番目のフィルターを通過します。
これらのタイプのディスプレイは「LED」と呼ばれることもありますが、これはやや誤解を招く表現です。実際には、光源として発光ダイオード（LED）を使用していることを指します。LEDバックライトは、TFT LCDを構成する様々な層を通して光を照射します。
LEDの集合体を個々のピクセルとして使用するディスプレイは存在しますが、消費者向け製品では通常見られません。LEDスクリーンは、看板、アトラクション、イベント用の大規模ディスプレイなどによく使用されます。
TFT液晶画面が製造現場で広く使用されているのには、様々な理由があります。メーカーはディスプレイパネルの製造コストを可能な限り削減するために長年にわたり改良を重ねてきました。また、その高い使用率により、規模の経済性も実現しています。
有機EL
OLED（有機EL）は、TFT液晶ディスプレイと同様に民生機器に使用されているディスプレイ技術です。基本的な概念はTFT液晶ディスプレイと似ていますが、その実現方法は大きく異なります。OLEDも、薄いパネルを複数のセグメントに分割し、各セグメントに電荷を印加することで分子特性を変化させるという考え方ですが、両者の技術はこの点で異なります。
AppleのiPhone XはOLEDディスプレイを搭載している
その名の通り、OLEDは2つの電極の間に挟まれた有機化合物フィルムを使用し、この電極が電荷を供給します。電荷によって光の透過率が変化する代わりに、電流によって発光層が発光するため、背面光源は必要ありません。
これらの自発光ピクセルは、OLEDにLCDベースのシステムに対する多くの点で大きな利点をもたらします。最も明白な点は、バックライトを必要としないことです。そのため、OLEDパネルは同等のLCDベースのディスプレイよりもはるかに薄く製造でき、より薄型のデバイスを製造したり、より大きなバッテリーなどの他のコンポーネントを搭載するための内部スペースを確保したりすることができます。
OLEDパネルの電力効率ははるかに優れています。TFTスクリーンは常時点灯のバックライトを必要とするのに対し、OLEDピクセルの明るさ自体が電力消費量を決定するため、黒のピクセルは全く電力を消費しません。また、OLEDスクリーンはLCDディスプレイよりも応答速度が速いため、応答速度が可能な限り高速化されるVRディスプレイに適しています。
また、TFT で発生するバックライトのブリードスルーが OLED では発生しないため、OLED は TFT に比べて優れたコントラスト比を実現できます。
OLEDはガラスではなくプラスチック基板上に製造できるため、フレキシブルディスプレイの製造にも使用できます。現在、一部のデバイスでは曲面ディスプレイなどの非平面ディスプレイに採用されていますが、折りたたみ式スマートフォンや、巻き取って収納できるスマートフォンへの採用も期待されており、Appleもこの分野を検討しているとされています。
こうした利点にもかかわらず、OLEDは普及率の面でTFTに依然として遅れをとっています。製造コストはTFTよりもはるかに高く、その一因として、極めてクリーンな環境が必要とされます。製造中にたった一つの埃がディスプレイを台無しにする可能性があるからです。
OLEDパネルは、製造時と使用時の両方で水分の影響を受けます。少量の水が有機基板に接触すると、ディスプレイに即座に損傷を与え、画面の一部が使用できなくなる可能性があります。
これまでのところ、AppleがOLEDを採用しているのは、プレミアムモデルのiPhone XとApple Watchのみです。生産コストが下がれば、Appleが今後さらに多くの製品にOLEDを採用し、より優れた画面を顧客に提供していく可能性は十分にあります。
マイクロLED
Appleが保有するマイクロLEDアセンブリ特許の画像
ディスプレイ技術の次の大ブームになると考えられている MicroLED は、基本的に、スタジアム スタイルの大型スクリーンのピクセルに LED を使用するというアイデアを採用し、それをすべて小型化しています。
極めて小さなLEDを用いて、3つのマイクロLEDを組み合わせ、各ピクセルを構成します。各サブピクセルは、通常の赤、青、緑とは異なる色を発します。各LEDが発光するため、TFTスクリーンで使用されるバックライトは必要ありません。
MicroLEDは有機化合物を使わずに発光するため、OLEDに比べて故障しにくいという特徴があります。OLEDと同様に、フレキシブルな素材に塗布できるため、曲面ディスプレイや時計のストラップのような固定されていない部品に使用でき、非常に薄いディスプレイパネルを実現できます。
マイクロLEDは、TFTと比較してOLEDと同様の低消費電力と高コントラスト比という利点を備えています。さらに、マイクロLEDはOLEDよりもはるかに明るい画像（最大30倍）を生成することができ、理論上は電気を光に変換する効率もOLEDより優れています。
マイクロLEDは比較的新しい開発中の技術であるため、既存のOLEDやTFTの量産ラインと比較して製造コストが非常に高くなっています。これは、必要な歩留まりを下回っていることが一因です。製造装置ベンダーは、欠陥を半減させ、堆積偏差を3ナノメートルから1ナノメートルにまで低減するマイクロLED製造用ハードウェアを開発していますが、これが量産化を促進するのに十分かどうかは不明です。
もう一つ：量子ドット
マイクロLEDはAppleにとって魅力的な提案ですが、同社のエンジニアが開発中の技術はこれだけではありません。Appleは以前、「高効率ディスプレイのための量子ドットLEDとOLEDの統合」と題された技術の特許を出願しています。
量子ドットは、LEDバックライト付きTFTディスプレイに含まれる発光粒子で、そのサイズに応じてより明るく鮮やかな色を再現します。現在のQLEDテレビにも搭載されていますが、この技術は個々のピクセルを発光させるのではなく、バックライトの輝度を向上させるためにのみ使用されています。
画像: Lee, Changhee & BAE, Wanki & KWAK, Jeonghun. (2014). 「量子ドットLED (QLED) 次世代ディスプレイ技術の出現」『Physics and High Technology』
Appleの「真の量子ドット」（QD）システムと考えられる実装では、ドットはバックライトを必要とせず、必要に応じて発光します。真のQDでは、光発光ドットの代わりに、同様の発光が可能な電界発光ナノ粒子が採用されています。
この技術は理論上、OLEDよりもさらに薄いディスプレイを実現し、製造プロセスも簡素化できます。真のQDディスプレイは、最大1,000ppiという高ピクセル密度を実現可能で、これはRetinaディスプレイと呼べるほどの密度の何倍にも相当します。さらに、Appleのハイブリッド技術を基盤とすることで、OLED技術と同等の応答速度も実現します。
通常の場合と同様、Apple は毎週相当数の特許を米国特許商標庁に申請しているが、申請したすべてが完全に商品化されるわけではない。
QDの特許申請は、Appleがディスプレイ技術をさまざまな方法で検討し、それを将来のデバイスにどのように適用できるかを明確に示しているが、確かなサプライチェーン情報やAppleからの直接の公式発表が得られない限り、Appleがどの方向に向かうのかを確認することは難しい。
AppleのマイクロLEDへの関与
Appleは以前からこの技術の活用に関心を示しており、最初の注目すべき兆候は2014年5月のLuxVueの買収と、それに伴う様々な関連特許の取得です。マイクロLEDの専門企業であるLuxVueは、不運にもGoogle Glassヘッドセットのディスプレイを製造したと噂されていましたが、マイクロLEDを含むLEDディスプレイ分野の様々な特許も保有していました。
当時、この買収はAppleがディスプレイ技術開発の一部を社内化しようとする試みと考えられており、マイクロLED技術は当時噂されていた別のデバイス、Apple Watchにも採用されるのではないかとの憶測もありました。最近の報道によると、AppleはTSMCと提携し、将来のプレミアムApple Watch向けの小型パネルを製造しており、年末までに量産を開始する可能性があるとのことです。
カリフォルニア州サンタクララにあるとされるアップルの展示施設。
Appleはまた、Apple Parkからわずか15分の場所に、マイクロLEDの開発に使われるとみられる秘密施設を開設したと報じられています。62,000平方フィート（約6,300平方メートル）のこの施設には、この技術開発に直接関連する「T159」というプロジェクトに従事する約300人のエンジニアが勤務していると考えられています。
この施設は、ディスプレイパネルの小規模製造を行うのに十分な規模を備えているとされており、サードパーティを介さずに開発とテストを社内で行うことができる。Appleはこれまで、製造パートナーに情報を提供する前に技術開発を進めてきた経緯を考えると、サプライヤーがマイクロLEDパネルの製造に着手する前に、Appleが生産上の問題点を解決しようとしている可能性がある。
噂されている小型スクリーンの生産は、今のところApple Watch向けかもしれませんが、VR/ARヘッドセットなど、頻繁に噂されるデバイスにも役立つ可能性があります。この種のハードウェアは、ユーザーの頭や首への負担を軽減するための軽量コンポーネントと、高いリフレッシュレートと可能な限り完璧な色再現性を備えたディスプレイに依存しています。
Appleは、この技術をMacBook Proシリーズよりも大型のディスプレイにも搭載する計画があるようです。iMacやiMac Pro、あるいは外付けディスプレイになる可能性もありますが、画面サイズに関わらず、現時点ではAppleの計画について具体的な情報はありません。
ライバルからの支持は薄く、サプライヤーからの懸念も
昨年の報道によると、AppleのマイクロLEDへの投資は、同社製品にディスプレイパネルを供給するSamsung、LG、その他の韓国サプライヤーにとって懸念材料となった。AppleがマイクロLED製造プロセスを自社化すると、今後数年間で既存のディスプレイサプライヤーからの移行が可能になり、売上高と利益が減少する可能性がある。
Appleの開発を除けば、今後数ヶ月以内に消費者が購入できる可能性のある、この技術を採用した製品について、他社から発表はほとんどない。例外は、モバイル市場におけるAppleの最大のライバルであり、ディスプレイパネルの主要サプライヤーでもあるSamsungだが、同社のMicroLED技術の採用は、小型画面の実現を目的としたものではない。
サムスンのモジュール式マイクロLEDテレビ「The Wall」
サムスンはCES 2018で、148インチのテレビ「The Wall」を発表しました。これは「世界初の消費者向けモジュール式マイクロLEDテレビ」と謳われています。韓国の家電大手サムスンによると、「The Wall」のモジュール化により、消費者はテレビのサイズと形状をニーズに合わせてカスタマイズできるとのことです。
サムスンは展示会で、8月から販売開始となると発表したものの、価格については明言を避けた。この技術は現在の製造方法では高価とされ、また、展示会で主役を務めた同社のテレビ製品も通常価格が高いことから、大多数の潜在的購入者にとっておそらく手が出ないだろう。
この技術が高価格帯の消費者向け製品に搭載される日が近づいていることは、マイクロLEDディスプレイ技術がデバイスに搭載できるほど成熟しつつあることの証と言えるでしょう。Appleがパネルの量産に近づいているという報道が事実であれば、Apple WatchへのマイクロLED搭載は、この技術が初めて主流の製品として採用されることになるかもしれません。
