マイクロLED、ミニLED、OLED - Appleの将来のiPhone、iPad、Macのディスプレイを理解する

AppleはiPad ProやMacBook Proなど多くの製品にミニLEDを採用し、マイクロLED技術にも取り組んでいます。TFT LCDとOLEDに取って代わるであろう新しいディスプレイ技術に期待されるものをご紹介します。

ディスプレイ技術の変化は遅く、業界が次から次へと技術革新を遂げるには数十年かかるように思われます。薄型軽量のTFT液晶ディスプレイが安価になり、消費者にとって魅力的なものになるまで、ブラウン管（CRT）ディスプレイは長年使われてきました。

OLED スクリーンは以前、次世代の大きなディスプレイ技術として宣伝されていましたが、実際に広く使用されるようになったのはここ数年のことです。

ある技術が業界で広く採用され始めると、必然的に、その先にあるものに注目が集まります。AppleがマイクロLEDとミニLEDに興味を示し、iPad ProとMacBook ProシリーズにミニLEDが採用されたこと、そして将来の製品に両技術が採用される可能性が示唆されたことで、関係者の間で大きな関心が集まっています。

これら2つの技術は興味深いもので、それぞれがデバイスに独自のメリットをもたらします。マイクロLEDの場合、デバイスの設計、製造、そして消費者への提供方法に根本的な変化をもたらします。

インバウンド テクノロジーが何を実現できる可能性があるかを完全に理解するには、現在のディスプレイ テクノロジーの状況を理解する必要があります。

TFT LCD、LEDバックライト

現在使用されているディスプレイ技術の中で、最も古く、より定着している技術の一つであるTFT LCD（Thin Film Transistor Liquid Crystal Display）は、数十年にわたり画面に使用されてきました。最も一般的にはノートパソコンに使用されていますが、タブレット、スマートフォン、その他のモバイルデバイスにも使用されています。

この技術は、液晶材料を挟む複数の層によって構成されている点で、電卓の分割画面に比較的似ています。電流を流すと液晶材料の特性が変化し、光の透過率に影響を与えます。

シンプルな電卓のディスプレイでは、液晶材料を特定の形状に保持するために層にポケットが形成されており、この領域に電流を流すことで、一部のセグメントを不透明にし、他のセグメントを透明または半透明のままにすることができます。これらのセグメントのどの部分に異なる組み合わせで電流を流すかを制御することで、異なる数字が表示されます。

TFT LCD 画面では、基本的な概念は同じですが、全体的にさらに複雑になっています。

数字のセグメントの代わりに、画面全体に無数の小さなポケットがピクセルのグリッド状に並んでいます。赤、緑、青のカラーフィルターが付いたポケットを使うことで、これらのセグメントは様々な色の組み合わせを表現することができます。

これらの小さなポケットの各グループを使ってピクセルを作成できます。電圧を変化させることで、各セクションの不透明度を調整でき、他のセクションと組み合わせて使用​​することで、より多くの色を表示できます。

偏光フィルターはディスプレイサンドイッチの両側に配置され、光を特定の方向に透過させるために使用されます。LCDセクションによって光の透過が遮断されると、そのセクションに暗いピクセルまたは黒のピクセルが発生します。

このシステムの重要な要素は、TFT LCDスタックの背後から透過される光です。この光がなければ、画面は暗くなり、ユーザーにはほとんど見えなくなります。

長年にわたり、この方式では、バックライトに LED を使用し、画面の端に広げて、それを集光してバックライト全体を照らすという方法がとられてきました。

TFT LCDは、デバイスメーカーにとって、デバイスにディスプレイを搭載するための、安価で費用対効果が高く、信頼性の高い方法を提供します。この技術は寿命が長いため、既にかなり成熟していますが、新たな方向に技術を拡張する方法は比較的限られています。

TFT液晶は、MacBookやiMacからiPhoneやiPadに至るまで、長年Apple製品ラインナップの定番となっています。Appleは製品のディスプレイを改良するために他の分野にも目を向けており、人気製品の一部もこの技術に移行していますが、少なくとも必要に応じて頼りになる、使い古された技術はあります。

OLEDと自己発光ピクセル

TFT液晶ディスプレイに次ぐ、薄型ポータブルディスプレイの主流となったディスプレイ技術は、有機EL（OLED）でした。名称は大きく異なりますが、OLEDにはTFT液晶ディスプレイから多くの要素を借用している部分があり、それでも根本的な違いはいくつかあります。

TFT液晶と同様に、OLEDは薄膜層、液体を充填した格子状のポケットでピクセルを形成し、色を変えるカラーフィルターを用いています。TFT液晶とは異なり、OLEDとの大きな違いは、薄膜層に挟まれた液体にあります。

電流を流すと発光する有機化合物が使用されています。つまり、各ピクセルが自己発光し、バックライトが不要になります。

OLEDはTFT LCDに比べて多くの利点があります。例えば、OLED画面はバックライトを必要としないため、画面が薄型化されます。また、ディスプレイアセンブリの軽量化と構造の簡素化も実現できます。

ピクセルごとに光源を持つため、OLEDはTFT OLEDよりもはるかに高いコントラストを実現できます。TFT画面では、バックライトがすべてのピクセルに均等に点灯するため、一部のピクセルでは純粋な黒が表示されず、光が漏れて非常に暗いグレーが表示されます。

OLEDは必要なピクセルのみを点灯させるため、電力を節約できる可能性もあります。TFT LCDでは通常、表示される画像の種類に関係なく、バックライトのすべてのLEDをオンにする必要があります。

OLEDはバックライトがないので、Samsung Galaxy Foldや噂の「iPhone Fold」などの折りたたみ式デバイスで使用されるフレキシブルディスプレイにも最適です。

OLEDパネルは素晴らしい一方で、埃や水のないクリーンな環境が必要となるため、比較的生産コストが高くなるなど、独自の課題を抱えています。これらの物質はディスプレイを汚染しやすく、部分的に機能しなくなる可能性があります。

AppleはiPhone XとApple WatchでOLEDの使用を開始し、徐々にその使用範囲を拡大してiPhoneの全シリーズに採用してきました。

Appleは、TFT LCDの代わりにOLEDをiPad Proラインナップに導入すると長い間噂されており、2023年半ばにはOLED iPad Proが2024年にリリースされるとの憶測もある。現在、AppleのiPad Proシリーズは、TFTパネルの背後にミニLEDバックライトを使用している。

iPadでは、OLEDの採用により、より薄型で高コントラストのタブレットを実現できる可能性があります。しかし、タブレットは一般的に長時間使用するため、OLEDパネルの焼き付き、つまり経年劣化による輝度低下が発生する可能性があります。サムスンはかつて、焼き付き問題を解決するため、発光層を積層できるディストリビューションチャンバーをOLED生産ラインに追加すると噂されていました。

これらの追加レイヤーにより、OLED 画面の寿命は通常よりも長く延びる可能性があります。

この技術の活用は、必ずしもタブレットやスマートフォンに限定されるわけではありません。AppleがMacBook ProシリーズにOLEDを搭載するという噂は長年にわたり流れており、最新の噂では2027年にOLED搭載MacBookが登場するとされています。

OLED搭載iMacの発売ロードマップについては、漠然とした噂が流れています。4月の報道では、Appleは2027年からiMacをOLEDに移行すると報じられています。

Appleの複合現実ヘッドセット「Apple Vision Pro」は、左右の目にそれぞれ4K相当の解像度を持つマイクロOLEDディスプレイを搭載している。しかし、この部品は製造が困難で、製造上の難しさから生産注文の減少の原因となっている。

より良いバックライトのためのミニLED

TFT液晶の魅力はOLEDに劣りますが、妥協案となる技術があります。それがミニLEDです。その名の通り、基本的にはLEDですが、はるかに小型です。

デバイスメーカーにとってミニLEDの用途を理解する最も簡単な方法は、それが本質的にはTFT LCDのバックライトよりもはるかに高性能なものであることを理解することです。少数の大型LEDを使ったバックライトの代わりに、数千個の小型ミニLEDをグリッド状に配置したバックライトを検討してみてください。

LEDとミニLEDの全体的な光出力は最終的には同等になる可能性があり、TFT LCDの基本的な動作は変わりません。しかし、OLEDに匹敵する使いやすさを実現するためのいくつかの工夫がされています。

まず、数千個のミニLEDを使用することで、バックライトシステム自体から放出される光量を調整できます。画面の本来暗い部分に光が漏れてしまうのを防ぐため、該当するミニLEDの輝度を下げたり消したりすることで、より暗い色合いを実現できます。

これは一部の高級テレビですでに実行されているトリックで、背面の LED アレイを使用し、画面のその領域に適した明るさに調整します。

Apple の Pro Display XDR も、576 個の「ローカル ディミング ゾーン」の配列を使用してこれを実行し、画面のさまざまなセクションに可能な限り理想的な明るさに近いものを提供します。

事実上、これによりOLEDに匹敵するコントラストレベルを実現できます。OLEDの自発光ピクセルであっても、ピクセルの背後にあるミニLEDバックライトがオフになっている場合でも、光がないため画面は黒くなります。

何千ものミニ LED が使用されているため、将来のディスプレイでは「ローカル ディミング ゾーン」が何千個にもなり、Pro Display XDR の数百個をはるかに上回ります。

当然のことながら、従来のバックライトよりも実装コストは高くなりますが、それでもOLEDよりも安価で、同等の結果が得られる可能性があります。基盤となるTFT LED技術の成熟度を考慮すると、Appleのようなデバイスベンダーにとって魅力的な提案となるでしょう。

Appleは12.9インチiPad ProでミニLEDの採用を始めました。このモデルはバックライトに1万個のミニLEDを搭載しています。この変更により、バックライトエリア全体に2,500以上のローカルディミングゾーンが導入され、明るさとコントラストを非常に細かく制御できるようになりました。

この変更により、コントラスト比は1,000,000:1、平均輝度は600ニットから1,000ニット、HDRコンテンツではピーク輝度が1,600ニットに向上しました。Appleは、12.9インチiPad Proを前モデルよりわずか0.5ミリ厚くしながら、これを実現しました。

12.9インチの実験の後、Appleは14インチMacBook Proや16インチMacBook Proなど、大きなディスプレイを搭載した他のデバイスにも同様のバックライトシステムを導入した。

不思議なことに、AppleはiPad Proのもう1機種、11インチモデルをミニLEDデバイスに切り替えていません。2024年までに製品ラインナップをOLEDに切り替えられる可能性を考えると、Appleはこの変更を気にしていないのかもしれません。

Appleが大画面の新型iMacを復活させるという噂が一部で流れており、おそらく27インチ以上のディスプレイを搭載し、ミニLEDバックライトを採用するだろう。しかし、ミニLEDは結局搭載されないという噂もある。

ミニLEDは比較的未成熟な技術であり、商業化が始まったばかりであるため、ダイコストはかなり高額です。そのため、Appleはコスト削減に熱心に取り組んでいます。クオ氏は2020年に、三安光電、オスラム、ソウル半導体などの生産パートナーと提携することで、Appleは生産コストを大幅に削減できると予測していました。

アップルは2022年に、エピスターとオスラムに続く第3のミニLEDサプライヤーとして三安光電を予定していたが、同社はサプライチェーンの認証を取得できなかった。

これは後退ではあるが、少なくともマイクロLEDで飛躍的な進歩を遂げる前に、Appleが将来のデバイスにこの技術を採用し、投資することにまだ熱心であることを示すものである。

マイクロLEDとディスプレイ技術の劇的な変化

ミニLEDより一歩先へ進みたいなら、もっと小型化するしかありません。つまり、マイクロLEDを検討するということです。

ミニLEDと同様に、マイクロLEDは非常に小さなLEDを使用しますが、そのサイズは極めて小さいです。LEDをミリメートル単位と考えるのに対し、マイクロLEDはミクロン単位です。

さらに、マイクロLEDはバックライトを使わない点でTFT LCDとは大きく異なります。代わりに、マイクロLEDを直接使って画像を生成します。

マイクロLEDはパターン状に堆積されており、それぞれが赤、緑、青の光を発します。マイクロLEDをグループ化することで、カラーフィルタ層を必要とせずにピクセルを形成できます。

これらのマイクロLEDを十分に積み重ねてグリッドにすると、ディスプレイが完成します。

スタジアムの巨大スクリーンを想像してみてください。各ピクセルは1つのLED、あるいは複数のLEDで構成できます。マイクロLEDディスプレイも原理は同じですが、サイズははるかに小さいです。

LED技術を小型化することで、このシステムは画質面で多くのメリットをもたらします。OLEDと同じ自発光ピクセルを搭載しながらもバックライトの透過の問題がなく、コントラストはOLEDレベルに達するはずです。

ピクセル単位の発光と全体的な電力効率により、OLEDよりも消費電力を削減できます。また、OLEDよりも最大30倍明るい画像を作成できる可能性があります。

また、無機材料は一般に有機ベースの競合製品よりも長持ちするため、LED ベースのシステムは OLED よりも優位に立っています。

デバイスメーカーにとって、水や埃による汚染の問題がないことはOLEDの採用を容易にし、製造歩留まりを向上させるメリットとなります。しかし、この比較的新しい技術は、成熟するまでは導入コストが最も高くなるでしょう。

フレキシブルで折り畳み可能なディスプレイへの応用もあり、十分に柔軟な基板を使用すれば、マイクロLEDはOLEDパネルよりもストレスによって壊れたり損傷したりする可能性が低くなります。

AppleのマイクロLEDへの進出

TFT スタイルのディスプレイから大きく逸脱し、大きな改善が期待できるものとして、Apple は自社の用途向けのマイクロ LED の開発に多大な労力を費やしてきました。

マイクロLEDとの最も古い関連として報告されているのは、2014年5月のAppleによるLuxVueの買収である。同社はマイクロLEDの専門企業であり、Appleが利用できる可能性のあるマイクロLED関連の特許を多数保有していた。

2018年3月、AppleがマイクロLED研究専用の秘密のエンジニアリング・製造施設を運営していると報じられました。62,000平方フィート（約6,300平方メートル）のこの施設は、Apple Parkからわずか15分の場所に位置しており、2018年には300人のエンジニアがプロジェクト「T159」に携わっていたと考えられています。

当時、AppleがTSMCと共同でこの技術を開発し、Apple Watch向けのディスプレイパネルの製造に活用する可能性についても噂されていました。組み立てパートナーであるFoxconnも2019年にマイクロLEDの開発に取り組んでいると報じられていましたが、これは将来の技術活用の可能性を探るためだったようです。

2020年5月、AppleはミニLEDとマイクロLEDディスプレイパネルの生産のために台湾北部の工場に約3億3400万ドルを投資すると報じられた。

Appleは、ディスプレイの信頼性と品質を向上させる可能性のあるマイクロLED製造に関する特許も取得しました。2月23日に付与されたこの特許は、マイクロLEDをディスプレイに実装する前にテストすることを目的としており、これにより廃棄量を削減し、最終製品に欠陥が混入する可能性を低減できます。

TFT、OLED、ミニLEDとは異なり、マイクロLEDがApple製品に搭載されるまでにはまだまだ長い道のりがあります。

エピスターの李冰哲会長は2020年8月、同社がこの技術に取り組んでいるものの、自社と競合他社はディスプレイの製造で繰り返し困難に直面していると述べた。同社は、Apple Watch用のマイクロLEDディスプレイは2～3年で生産可能になるとの見通しを示した一方、テレビのような大型ディスプレイ向けのマイクロLEDの量産化には4～5年かかる可能性があるとした。

量産性という点が重要です。なぜなら、このディスプレイの生産歩留まりは現状では低すぎるため、大規模に使用するのは現実的ではないからです。しかし、それでも企業はこの技術の開発に躍起になっています。

サムスンは2018年、マイクロLEDを採用したモジュール型の業務用ディスプレイ「The Wall」を発表しました。2020年後半には110インチのマイクロLEDテレビを開発し、2021年第1四半期からサムスンの本拠地である韓国で約1億ウォン（当時の価格で9万ドル）で販売する予定でした。

この技術の商業化はこれまでにも試みられてきましたが、サムスンの初期試みから数年が経過した現在でも、大規模と言えるほどの成果は未だ得られていません。これは、商業化が初期段階にあり、生産コストの問題も一因です。生産コストは、より許容できるレベルまで引き下げられるまでには時間がかかるでしょう。

この技術に投資してきた企業の中で、Appleは最終的に、規模の大きさと、Samsungのテレビよりも明らかに手頃な価格の製品という両面で、マイクロLEDの本格的な実用化に最も近い存在になるかもしれない。これはすべて、同社が独自にマイクロLED技術を開発してきたおかげだ。

このような技術により、しばしば噂される折りたたみ式iPhoneの実現は、割れるリスクなしに、より現実的なものとなる可能性があります。また、モバイルデバイスに搭載されるディスプレイの消費電力も削減されるため、製品全体の消費電力が増加する可能性があります。

同社の研究と秘密のプロジェクト作業を考慮すると、Apple はそもそもマイクロ LED スクリーンの製造から可能な限りのコスト削減を実現できる可能性がある。

2023年5月の報道によると、Appleは過去10年間にマイクロLEDの研究開発に多額の投資を行っており、製造工程における「マストランスファー」段階を担う予定だという。これはマイクロLEDチップを基板上に堆積させる段階で、台湾桃園にある秘密の研究開発施設がこのプロジェクトに取り組んでいる。

この段階を管理できるということは、必ずしも Apple が実際にこの製造段階を自ら実行するということではなく、むしろ Apple に代わって作業を行う契約者たちを指導する能力が大幅に向上することを意味します。

生産体制をコントロールすることで、マイクロLEDディスプレイを製品の筐体の一部として製造することも可能になるかもしれません。これにより、ディスプレイを独立した部品として残すのではなく、筐体にスクリーンを組み込む革新的なデザインが可能になるかもしれません。

2020年には、アナリストはAppleが2023年か2024年までにApple Watchに初めてマイクロLEDスクリーンを採用すると予測していた。Apple Watchは小型ディスプレイを採用しており、ディスプレイのデバイス当たりのコストはiPadなどのデバイスよりも低くなるため、この予測は妥当なものだった。

2023年までに噂は発展し、より洗練されたものとなり、AppleはプレミアムモデルのApple Watch UltraのOLEDディスプレイをマイクロLEDバージョンに置き換えると予想されました。しかし、発売時期はさらに延期され、2025年初頭の発売は2026年第1四半期に延期されました。

Apple Watch Ultra はこの技術の素晴らしい候補である一方、Apple Vision Pro の高解像度かつ高品質のディスプレイは、Apple が将来のヘッドセットにマイクロ LED を使用する可能性を示唆しています。

AppleのマイクロLED開発には多くの可能性があり、さらに多くの成果が生まれる可能性があります。しかし、業界全体と同様に、最初の製品が販売されるまでには時間がかかるでしょう。

一方で、Appleは消費者に提供できるミニLEDを保有しています。ディスプレイ技術に劇的な変化をもたらすものではないかもしれませんが、マイクロLEDの開発が進むにつれて、必ずしもOLED版の部品を開発する必要がなく、消費者にとって大きなアップグレードとなるでしょう。

2023 年 7 月 10 日更新: マイクロ LED の出荷製品と、最初の公開以降に登場したその他のスクリーン テクノロジーに関する詳細が更新されました。