Khi những TV, màn hình máy tính, laptop và điện thoại với tấm nền OLED dần trở nên phổ biến, ngành thiết bị công nghệ bắt đầu tính đến chuyện, sau OLED sẽ là công nghệ màn hình gì.
Hầu hết mọi người đều đưa ra giải pháp Micro LED, với hàng chục nghìn local dimming zone trên đèn nền của tấm nền màn hình, vừa tạo ra được chất lượng tương phản như OLED, lại vừa đảm bảo độ sáng và tuổi thọ màn hình như những công nghệ màn LCD phổ biến hiện tại. Nhưng những sản phẩm tiêu dùng ứng dụng tấm nền Micro LED dự kiến phải tới năm 2030 mới ra mắt thị trường.
Các hãng cũng đang tính toán việc ứng dụng những giải pháp màn hình khác, như màn hình trong suốt hay màn hình dẻo có thể gập lại cho nhiều dạng thiết bị công nghệ.
Còn về những khía cạnh mang tính nền tảng, như chất lượng hình ảnh, giá thành và tuổi thọ, một công nghệ đang được coi là lựa chọn hoàn hảo, cân bằng mọi khía cạnh kể trên chính là quantum dot, những chấm lượng tử với khả năng hiển thị những màu sắc khác nhau. Bản thân ba nhà khoa học đã khám phá ra những chấm lượng tử cũng là những người giành giải Nobel hóa học năm ngoái:
Hầu hết mọi người đều đưa ra giải pháp Micro LED, với hàng chục nghìn local dimming zone trên đèn nền của tấm nền màn hình, vừa tạo ra được chất lượng tương phản như OLED, lại vừa đảm bảo độ sáng và tuổi thọ màn hình như những công nghệ màn LCD phổ biến hiện tại. Nhưng những sản phẩm tiêu dùng ứng dụng tấm nền Micro LED dự kiến phải tới năm 2030 mới ra mắt thị trường.
Các hãng cũng đang tính toán việc ứng dụng những giải pháp màn hình khác, như màn hình trong suốt hay màn hình dẻo có thể gập lại cho nhiều dạng thiết bị công nghệ.
CES24: TV LG Signature OLED T - Giống một món nội thất rất sang, chứ không chỉ là TV trong suốt
Vài công nghệ mới liên quan tới tấm nền, màn hình và TV tại CES 2024 năm nay đã có thể liệt kê ra rất rõ ràng. Bên cạnh những giải pháp màn hình dẻo, hay những công nghệ mới giúp tuổi thọ và độ sáng màn hình OLED được cải thiện…
tinhte.vn
Còn về những khía cạnh mang tính nền tảng, như chất lượng hình ảnh, giá thành và tuổi thọ, một công nghệ đang được coi là lựa chọn hoàn hảo, cân bằng mọi khía cạnh kể trên chính là quantum dot, những chấm lượng tử với khả năng hiển thị những màu sắc khác nhau. Bản thân ba nhà khoa học đã khám phá ra những chấm lượng tử cũng là những người giành giải Nobel hóa học năm ngoái:
Nobel hóa học 2023 trao cho 3 nhà khoa học phát hiện và tổng hợp được "chấm lượng tử"
Từng có thời điểm, chấm lượng tử được coi là thứ chỉ có trong truyền thuyết, không thể tổng hợp nhân tạo để phục vụ nhu cầu sản xuất sản phẩm thương mại. Nhưng giờ màn hình công nghệ quantum dot, từ TV đến màn hình máy tính đã trở nên vô cùng phổ…
tinhte.vn
Và bước tiếp theo của công nghệ màn hình cũng như công nghệ quantum dot chính là những màn hình QDEL, viết tắt của Quantum Dot Electroluminescent, chấm lượng tử quang điện. Một tên gọi khác dễ nhớ hơn của công nghệ QDEL, là Nano LED. Kỳ vọng của các nhà nghiên cứu và các kỹ sư với QDEL là, họ có thể tạo ra những màn hình với độ phủ dải màu rộng hơn hẳn so với những màn hình QD-OLED hiện tại, vốn đã rất ấn tượng, cùng lúc độ sáng tối đa cũng cao hơn, sản phẩm thương mại rẻ hơn, và khó xảy ra tình trạng burn in hơn.
QDEL là gì?
Nhiều người gọi QDEL là Nano LED, đơn giản vì đó là cách đặt tên ứng dụng thương mại của Nanosys, một đơn vị cung cấp chất liệu chấm lượng tử, và cũng là đơn vị nghiên cứu ra công nghệ tấm nền này.
Từng có thời gian QDEL được gọi là QLED. Nhưng sau đó Samsung ra mắt sản phẩm TV chấm lượng tử nhưng vẫn có đèn nền LED, rồi đặt tên thương mại là QLED, nên không dùng khái niệm QLED nữa để tránh nhầm lẫn. Một vài khái niệm khác mô tả công nghệ màn hình chấm lượng tử quang điện: QD-EL, QD-LED hay EL-QD. Bài tổng hợp này sẽ sử dụng hai khái niệm, QDEL và Nano LED.
QDEL nghe rất lạ, vì hiện tại trên thị trường vẫn chưa có màn hình hay TV nào có khả năng trang bị tấm nền với chấm lượng tử tự phát quang, không cần tới sự hiện diện của dàn đèn LED phía sau tấm nền. Theo Nanosys, dự kiến đến năm 2026, sẽ bắt đầu có những sản phẩm thương mại đầu tiên ứng dụng công nghệ này.
Về mặt chi phí, QDEL vẫn còn thua LED-LCD hiện tại, nhưng rẻ hơn rất nhiều so với công nghệ màn hình OLED, với những diode phát quang hữu cơ ở tấm nền. Năm 2023, Nanosys và Sharp Display công bố báo cáo nghiên cứu, mô tả cách sản xuất tấm nền QDEL, ứng dụng kỹ thuật in phun những chấm lượng tử, để tạo ra những tấm nền trang bị trong màn hình máy tính và TV thương mại. Một kỹ thuật gia công khác là photolithography, quang khắc chấm lượng tử lên bề mặt tấm nền. Kỹ thuật này khó hơn, vì dễ làm hư hỏng các chấm lượng tử, nhưng sẽ có thể tạo ra những màn hình kích thước nhỏ hơn, trang bị cho smartphone, máy tính bảng, đồng hồ thông minh và những thiết bị AR/VR.
Quảng cáo
Tham vọng làm màn hình không cần đèn nền
Công nghệ tấm nền màn hình không cần lớp đèn LED nền phổ biến nhất hiện giờ đương nhiên vẫn là OLED. Nguồn sáng của màn hình tới từ hàng triệu diode phát quang hữu cơ. Đó là WOLED truyền thống. Còn QD-OLED như anh em hay thấy trong quảng cáo thì sử dụng một lớp diode nền, ánh sáng xanh và một lớp chấm lượng tử. Lớp chấm lượng tử này đóng vai trò chuyển đổi ánh sáng xanh từ các diode lớp dưới thành các màu sắc khác và hiển thị hình ảnh.
Còn QDEL thì không cần lớp diode phát quang xanh lam, mà cấp điện trực tiếp cho những chấm lượng tử để nó vừa là nguồn sáng, vừa hiển thị màu sắc.
Về kết cấu, mỗi điểm ảnh trên màn hình QDEL cũng tương tự như QD-OLED, với một chấm subpixel đỏ, một chấm xanh lá và một chấm xanh lam. Chấm lượng tử này giống y hệt như những gì đang hiện diện trong các sản phẩm QD-OLED và QLED anh em đang sử dụng hàng ngày, không có gì khác biệt cả. Theo Jeff Yurek, phó chủ tịch marketing của Nanosys: “Cách vận hành lớp ngoài cùng của những chấm lượng tử phải thay đổi để phù hợp với từng công nghệ tấm nền hiện tại. Nhưng kết cấu và kiến trúc cơ bản của thiết kế chấm lượng tử thì giống hệt nhau.”
Từng điểm ảnh chấm lượng tử trên màn hình QDEL có thể bật tắt độc lập, nên về cơ bản có thể so sánh nó như một phiên bản OLED tuổi thọ cao hơn, sáng hơn và độ tương phản thì y hệt. Với tuổi thọ chấm lượng tử cao hơn, cả độ sáng lẫn màu sắc trên màn hình QDEL đều có thể đẩy cao hơn hẳn so với giới hạn độ bền của OLED. Ấy là chưa kể, vì chỉ cần ba lớp trên tấm nền: Lớp anode, lớp chấm lượng tử hiển thị hình ảnh và lớp cathode dẫn điện, chi phí sản xuất tấm nền sẽ rất cạnh tranh, tuổi thọ cao, đơn giản và độ mỏng của sản phẩm thương mại cũng sẽ rất ấn tượng.
Quảng cáo
Những bản mẫu màn hình QDEL
Hiện tại, như đã nói, chưa có sản phẩm thương mại nào trang bị màn hình QDEL cả. Nhưng trong vài năm qua, các nhà sản xuất màn hình đã trình diễn bản mẫu màn hình QDEL mà họ phát triển. Hồi tháng 1 vừa rồi, Sharp Display đã trình diễn hai bản mẫu màn QDEL. Một chiếc có kích thước 12.3 inch, độ phân giải 1920x720 pixel. Chiếc còn lại 30 inch nhưng không được công bố độ phân giải:
Lợi thế đáng kể nhất trong quá trình gia công tấm nền QDEL, theo Sharp Display, là tấm nền có thể được gia công ở áp suất phòng, thay vì môi trường chân không. Nói cách khác, tấm nền QDEL hoàn toàn có thể sản xuất ở những nhà máy và phân xưởng đang sản xuất những tấm nền màn hình LED-LCD hiện tại. Điều này có thể giúp chi phí sản xuất và giá thành sản phẩm giảm đi rất nhiều trong tương lai gần.
Những ưu điểm của QDEL
Ngay ở thời điểm hiện tại, những màn hình, TV và thiết bị sở hữu màn hình LCD-LED hoặc OLED ứng dụng chấm lượng tử đã rất phổ biến trên thị trường. Điều này khiến nhiều người kỳ vọng rằng, những màn hình QDEL sẽ ra mắt sớm trong những năm tới đây.
Đầu tiên và quan trọng nhất, với cách vận hành được mô tả ở mục trên, QDEL hoàn toàn có thể thay thế cho công nghệ OLED hay những công nghệ màn hình cao cấp trang bị trong những thiết bị điện tử ở phân khúc high-end. Còn những nhà nghiên cứu và những đơn vị đang phát triển công nghệ QDEL thì cho rằng, công nghệ có thể cải thiện tiết kiệm điện năng, tiêu thụ điện thấp hơn OLED nhưng độ sáng cao hơn nhiều. Con số ấn tượng nhất là có một bản mẫu màn hình QDEL trong phòng thí nghiệm đã đạt độ sáng lên tới… 614 nghìn nits.
Độ bền của QDEL là khía cạnh được quan tâm thứ nhì. Những chấm lượng tử bên trong tấm nền QDEL không phụ thuộc vào những chất liệu hữu cơ như diode OLED, nên tình trạng burn-in sẽ khó xảy ra hơn, tuổi thọ màn hình sẽ cao hơn. Hiện tại, các nhà nghiên cứu cũng đang tìm cách đảm bảo những chấm lượng tử tạo ra màu xanh lam và xanh lá đủ độ bền mà không cần dùng tới nguyên tố Cadmium.
Một lợi thế nữa, là tốc độ phản hồi của từng điểm ảnh. Dòng điện chạy qua những chấm lượng tử cho phép chúng thay đổi độ sáng hoặc tắt hoàn toàn, tạo ra màu đen sâu thẳm, tỷ lệ tương phản vô cực nhanh hơn hẳn so với những màn hình OLED hiện tại.
Nhiều người kỳ vọng rằng, trong tương lai, tuổi thọ màn hình QDEL có thể sánh ngang với những màn hình và TV LED-LCD hiện tại, vượt xa tuổi thọ màn hình OLED.
Theo phó chủ tịch Yurek của Nanosys, nghiên cứu chất liệu và bước sóng ánh sáng xanh để tạo ra những chấm lượng tử vận hành chính xác có thể tạo ra những sản phẩm có tuổi thọ cao hơn nhiều so với diode OLED ánh sáng xanh, vốn có bước sóng ngắn, năng lượng cao, và cũng là lớp diode phát quang hữu có cơ khả năng hư hỏng đầu tiên: “Nguồn năng lượng để màn hình hiển thị sắc xanh lam sóng ngắn đúng với những tiêu chuẩn dải màu hiện nay như DCI-P3 là đủ cao để gây ảnh hưởng tới vật liệu. Đó chính là một trong những lý do mấu chốt khiến màu xanh lam của màn hình OLED thường có xu hướng burn-in sớm, tuổi thọ ngắn hơn những diode phát quang màu khác.”
Dù vậy, chuyên gia David Hsieh của đơn vị nghiên cứu Omdia nói về tuổi thọ chấm lượng tử QDEL: “Chấm lượng tử xanh lam không có cadmium thường có tuổi thọ quá ngắn để thương mại hóa. Dữ liệu Nanosys công bố năm 2021, tuổi thọ những chấm lượng tử xanh lam là khoảng 10 nghìn giờ, thấp hơn 100 lần so với tuổi thọ tối thiểu. Nhưng trong vài năm qua, công nghệ phát triển chấm lượng tử phát quang đã có quá nhiều cải thiện về tuổi thọ vật liệu, và chắc chắn sẽ sớm có những đột phá để giúp công nghệ này có thể thương mại hóa trong nay mai.”
Micro LED hay những công nghệ màn hình khác thì sao?
Với lớp đèn nền hàng triệu bóng LED, đặt từng bóng LED siêu nhỏ cho từng điểm ảnh, bật tắt độc lập, Mini LED có vài ưu điểm giống như OLED, đó là tạo ra độ tương phản vô cực, không có tình trạng blooming xung quanh những vật thể sáng trên nền tối như mini LED, và quan trọng nhất là tuổi thọ Micro LED sẽ cao hơn rất rất nhiều so với OLED, độ sáng cũng ấn tượng hơn OLED nhiều.
Giới hạn duy nhất của Micro LED hiện giờ là giá thành. Nếu muốn thì anh em vẫn có thể sở hữu những TV Micro LED để trải nghiệm công nghệ, với điều kiện bỏ ra chừng vài trăm nghìn USD mua những chiếc TV cao cấp như Samsung Class Micro LED 2022 110 inch, hay C Seed N1 với vài kích thước từ 103 đến 165 inch, giá từ 100 đến 300 nghìn Đô. Hiện tại công nghệ sản xuất tấm nền cũng như lớp đèn nền LED siêu nhỏ, nhỏ tới mức trang bị được hơn 8 triệu bóng LED cho hơn 8 triệu điểm ảnh trên một cái TV 4K, vẫn chưa thực sự kinh tế.
Đó là lúc QDEL hiện diện và có khả năng giảm chi phí sản xuất, tạo ra những sản phẩm tiêu dùng dễ tiếp cận hơn nhiều so với Micro LED. Như đã nói, có thể sản xuất tấm nền QDEL trên cùng một dây chuyền và nhà máy sản xuất tấm nền LED-LCD. Dù cả QDEL lẫn Micro LED đều ứng dụng nguyên liệu vô cơ, nhưng cách xử lý nguyên vật liệu khác nhau hoàn toàn.
Có nhiều chuyên gia cho rằng, QDEL hứa hẹn thay đổi thị trường và có tác động lớn hơn so với Micro LED. Lý do là bản thân công nghệ Micro LED đã và đang gặp phải không ít những rào cản trong nghiên cứu phát triển công nghệ và quy trình sản xuất tấm nền, nên phải tới những năm đầu thập niên 2030 mới có những sản phẩm thương mại đầu tiên. Còn QDEL hứa hẹn sẽ ra mắt trước, đã vậy còn có khả năng hiển thị màu sắc tươi tắn, độ phủ dải màu rộng hơn nhiều.
Một ví dụ, Apple gần đây được cho là đã từ bỏ kế hoạch sản xuất Apple Watch với màn hình Micro LED vì chính những khó khăn kể trên và chi phí. Nhưng ngược lại, Samsung vừa khẳng định rằng tương lai mảng TV phân khúc cao cấp của họ sẽ là Micro LED.
QDEL và Micro LED sẽ tồn tại song song với OLED
Cả ba công nghệ này hoàn toàn có những ưu nhược điểm riêng, và đều có thể trang bị trong những sản phẩm laptop và máy tính bảng. QDEL có những lợi thế hơn hẳn OLED cho sản phẩm TV, còn Micro OLED thì cần hạ giá thành trước khi trở thành một lựa chọn hợp lý cho các sản phẩm công nghệ. Cùng lúc, những nghiên cứu và sáng kiến mới để tăng tuổi thọ diode trong tấm nền OLED cũng lại là thứ có thể giúp ích cho công nghệ này.
Theo Eric Virey, nhà phân tích thị trường ở Yole Intelligence, OLED vẫn sẽ có thể thống trị thị trường màn hình smartphone nhờ mật độ điểm ảnh cao trên kích thước tấm nền nhỏ. QDEL sẽ rất khó cạnh tranh với màn smartphone AMOLED vì giới hạn của kỹ thuật sản xuất. Còn Micro LED, vì giới hạn kỹ thuật sản xuất, giờ mới chỉ phù hợp cho những TV kích thước lớn.
Hsieh của Omdia thì cho rằng chưa thể kết luận được liệu QDEL và Micro LED có song song tồn tại được hay không, nhất là trên thị trường thiết bị công nghệ. Phải chờ tới năm 2025 hoặc 2026, khi có những sản phẩm màn hình QDEL đầu tiên, dựa trên chi phí để đi đến kết luận.
QDEL sản xuất dễ hơn Micro LED
Để làm ra màn hình Micro LED, lớp đèn nền phải được “trồng” lên wafer bán dẫn. Sau đó những bóng LED siêu nhỏ sẽ được chuyển sang lớp nền substrate. Làm thế nào để quy trình này vừa nhanh, rẻ và đảm bảo tỷ lệ đèn nền đạt chuẩn cao chính là thử thách lớn nhất để công nghệ Micro LED có thể thương mại hóa và giảm chi phí trong tương lai.
Còn trong khi đó, QDEL hoàn toàn có thể được gia công dựa trên quy trình photolithography giống hệt như quy trình sản xuất những màn hình phẳng như LCD-LED cho các thiết bị điện tử hiện tại. Quy trình này đủ đơn giản để QDEL được sản xuất ở quy mô công nghiệp, với những tấm nền đủ kích thước tạo ra những chiếc TV tiêu dùng lớn nhất hiện nay.
Theo Yurek của Nanosys: "Chấm lượng tử cho công nghệ màn hình Nano LED (QDEL) được xử lý trong môi trường dung dịch. Việc có thể sản xuất chất bán dẫn với quy mô công nghiệp với những thiết bị xử lý hóa học cho phép chúng tôi tạo ra những chấm lượng tử phát quang kích thước chính xác với chi phí thấp hơn rất nhiều so với những fab gia công bán dẫn. Nếu dùng tới quy trình gia công bán dẫn truyền thống, thì cần tới diện tích wafer 50 mét vuông chỉ để tạo ra 1 gram chấm lượng tử, đó là tính toán trước đây của chúng tôi.
Sau khi đã tạo ra những chấm lượng tử trong dung dịch, sẽ đến bước gia công tấm nền, hoặc bằng kỹ thuật in phun, hoặc gia công quang khắc photolithography. Mục tiêu là làm chủ công nghệ sản xuất để có thể tạo ra những tấm nền Nano LED ở áp suất thông thường, thay vì môi trường chân không như những tấm nền OLED nhạy cảm."
Khi nào có sản phẩm QDEL thương mại?
Yurek cho biết thêm: “Chúng tôi đang nhắm tới giai đoạn 2026 để sẵn sàng thương mại hóa công nghệ QDEL, về mặt chất liệu chấm lượng tử. Khi người tiêu dùng được tiếp cận công nghệ này trong các sản phẩm tiêu dùng, thì phụ thuộc vào các nhà sản xuất, cũng như những sản phẩm họ muốn trang bị màn hình Nano LED bán ra thị trường.”
Theo ArsTechnica
