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米Appleが2021年5月に発売した新型「iPad Pro」の液晶パネルで採用したミニLEDバックライト。高輝度かつ高コントラスト比で低消費電力といった、従来の液晶パネルや有機ELを超える「夢のディスプレー」技術の1つであるが、製造コストの高さなど大きな壁が立ちはだかる。そんな本製品を分解してミニLEDバックライトの動作や実装を分析した。

 米Apple(アップル)が2021年5月に発売した新型の「iPad Pro」の話題は、「M1」チップの新規搭載だけではない。12.9インチのモデルでは、液晶ディスプレーに「ミニLEDバックライト」を採用した。

 ミニLEDバックライトとは、微小なLEDを碁盤の目状に配列したものだ。各LEDの点灯を緻密に制御することで、輝度やコントラスト比などの性能を向上させる。通常の液晶(LCD)では、画面の端にあるLEDバックライトを発光させ、反射シートや導光板シートを用いて画面全体へ広げるため、明るさの調節は画面全体で共通になる。一方のミニLEDバックライトを搭載した液晶ディスプレー(以下、ミニLED品)では、画面全体に配置したLEDを複数の領域に分割して輝度を制御する「ローカルディミング」技術により、領域ごとにバックライトの明るさを調節できる。これにより、明るくしたい部分のみ輝度を高めたり、黒背景ではバックライトをオフにして暗くしたりできる。

 そこで今回、新型iPad ProのミニLED品がどの程度のディスプレー性能を持つのか、どのような仕組みになっているのか、分解を含めて評価した。比較には、ミニLED品を採用したiPad Pro(2021年モデル)の12.9インチ版(以下、iPad Pro(2021))と、従来型のバックパネル品を採用している前世代のiPad Pro(2020年モデル)の11インチ版(以下、iPad Pro(2020))、そして有機EL(OLED)を採用しているiPhone12 Pro Maxを用いた(表1)。

表1 比較した3製品の主な仕様 (写真とデータ:Apple)
表1 比較した3製品の主な仕様 (写真とデータ:Apple)
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有機ELに迫る見栄え

 まずディスプレー性能の評価は、暗室にて定性的に実施した。夜景の写真を表示して比較すると、ミニLED品の輝度とコントラスト比の性能の高さがはっきりと現れた(図1)。例えば従来型の液晶ディスプレーを持つiPad Pro(2020)では、バックライトの光が画面全体に及ぶので黒背景の部分までうっすらと光っていた。一方、ミニLED品を搭載するiPad Pro(2021)は、有機ELのiPhone12 Pro Maxと同じように、黒部分は発光していない。

図1 ミニLED採用で有機ELの鮮やかさに迫る
図1 ミニLED採用で有機ELの鮮やかさに迫る
HDR写真を表示して3製品を比較した様子。左から順に、従来型バックライトを備える液晶パネルのiPad Pro(2020)、ミニLEDバックライトを採用したiPad Pro(2021)、有機ELパネルのiPhone12 Pro Max。最も鮮やかに見えるのは写真右の有機ELだが、写真中央はミニLEDを採用したことで黒い部分が発光せず、輝度も非常に高くなったため、遜色ない見栄えになっている。(写真:日経クロステック)
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 暗い場所でよく見れば、コントラスト比の高さで有機ELに軍配が上がるが、ミニLED品のほうが、輝度が高いため、全体的にミニLED品のほうが鮮やかに感じる場合もあった。既に有機EL並みの高画質と言っても間違いではないだろう。通常の液晶とは比べるまでもなく、ミニLED品と有機ELの画質は拮抗していると言える。「従来の液晶製品とは明確に一線を画した高品質なディスプレーとして、新しいカテゴリーになり得る」とディスプレーに詳しい技術者は評する。

暗室でハロー現象を観察

 続いて、ミニLED品の課題とも言える「ハロー現象」の度合いを調べた。ハロー現象は、ローカルディミングで輝度を制御した際に生じるもので、LED点灯と非点灯で明暗差が大きい領域では、本来暗く表示すべき領域にまで光が漏れて明るい領域の輪郭がにじんでしまう現象のことである。明るく見せたい部分が、LEDを点灯させた分割領域よりも小さいのが理由である。

 実際に3製品を比べると、ハロー現象がどのようなものか分かりやすい(図2)。黒背景に青い線やテキストを重ねたテスト用の画像を用意し、暗室で光り方を確認した。ミニLED品では、表示した斜線やテキストの周囲まで光っていてぼやけているように見える。表示した線とテキストのみがくっきり見えている有機ELと比べると、大きく異なる。液晶では、画面全体が発光するため単純に比較できないが、文字がぼやけて見えるかに限って言えば、ミニLED品より普通の液晶ディスプレーのほうが見やすいと答える人が多いかもしれない。

図2 ハロー現象で表示がぼやけて見えるミニLED品
図2 ハロー現象で表示がぼやけて見えるミニLED品
従来型液晶パネル、ミニLED品、有機ELパネルを採用する3製品で、表示部の周囲で光がにじむ「ハロー現象」を比較した。有機ELパネルを搭載したiPhone12 Pro Maxは、にじみがなく線のみがきれいに表示されている。iPad Pro(2020)では液晶の全面が光るためハロー現象は分からないが、ミニLEDを採用したiPad Pro(2021)では、線の周囲まで光っているのが分かる(a)。テキストを表示した場合も同様である(b)。(写真:日経クロステック)
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 写真では分かりにくいが、斜線表示時のハロー現象の光に注目すると、段差のように光が途切れているように見える。これはローカルディミングの分割領域が四角形であるため、斜線を表示した際に点灯する部分が階段状になるからである。さらに観察すると、点灯部分から周囲にかけて、ハロー現象部分の輝度をなだらかに変化させているように見える。LEDの輝度調整で何らかの制御が行われていると推測できた。ここからディスプレーを分解して点灯時のミニLEDバックライトのみを観察していくことにする。