Buzz
Khi TV, màn hình máy tính, laptop và điện thoại dùng tấm nền OLED trở nên phổ biến, ngành công nghệ thiết bị điện tử bắt đầu nghĩ về cái gì có thể tiếp theo sau OLED.
Phần lớn mọi người đề xuất 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:
Phần lớn mọi người đề xuất 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:
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 cái 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.
Chinh phục ước mơ 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.”
Mỗi điểm ảnh chấm lượng tử trên màn hình QDEL có thể bật tắt độc lập, vì vậy có thể so sánh nó như một phiên bản OLED với tuổi thọ cao hơn, sáng hơn và độ tương phản tương tự. Với tuổi thọ chấm lượng tử cao hơn, cả độ sáng và màu sắc trên màn hình QDEL đều có thể vượt trội hơn so với giới hạn độ bền của OLED. Điều đó chưa kể, với chỉ 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.
Các mẫu màn hình QDEL
Hiện tại, như đã đề cập, chưa có sản phẩm thương mại nào sử dụng màn hình QDEL. Tuy nhiên, trong vài năm gần đây, các nhà sản xuất màn hình đã trình diễn các mẫu màn hình QDEL mà họ đã phát triển. Ví dụ, vào tháng 1 vừa qua, Sharp Display đã trình diễn hai mẫu màn hình QDEL. Một trong số đó có kích thước 12.3 inch, độ phân giải 1920x720 pixel. Chi tiết về mẫu còn lại kích thước 30 inch không được công bố:
Một lợi thế quan trọng nhất trong quá trình sản xuất tấm nền QDEL, theo Sharp Display, là tấm nền có thể được gia công trong môi trường áp suất phòng, không nhất thiết phải là môi trường chân không. Điều này có nghĩa là tấm nền QDEL có thể được sản xuất tại các nhà máy và xưởng sản xuất hiện tại của các màn hình LED-LCD. Điều này có thể giúp giảm chi phí sản xuất và giá thành sản phẩm rất nhiều trong tương lai gần.
Các ưu điểm của QDEL
Ngay từ hiện tại, màn hình, TV và các thiết bị sử dụng màn hình LCD-LED hoặc OLED tích hợp công nghệ chấm lượng tử đã trở nên phổ biến trên thị trường. Điều này khiến nhiều người kỳ vọng rằng, các màn hình QDEL sẽ sớm xuất hiện trong những năm tới.
Điểm quan trọng nhất là với cách hoạt động được mô tả ở phần trước, QDEL hoàn toàn có thể thay thế cho công nghệ OLED và các công nghệ màn hình cao cấp khác được tích hợp vào các thiết bị điện tử trong phân khúc high-end. Các nhà nghiên cứu và các đơn vị phát triển công nghệ QDEL tin rằng, công nghệ này có thể cải thiện hiệu suất tiết kiệm điện và tiêu thụ năng lượng thấp hơn so với OLED, đồng thời cung cấp độ sáng cao hơn nhiều. Một điều ấn tượng là có một mẫu màn hình QDEL trong phòng thí nghiệm đã đạt đến mức độ sáng lên đến... 614 nghìn nits.
Về độ bền, QDEL được coi là một trong những yếu tố được quan tâm kỹ lưỡng thứ hai. Các chấm lượng tử bên trong tấm nền QDEL không phụ thuộc vào các vật liệu hữu cơ như diode OLED, do đó nguy cơ burn-in sẽ ít hơn, kéo dài tuổi thọ màn hình. Hiện tại, các nhà nghiên cứu cũng đang tìm cách để đảm bảo rằng các chấm lượng tử tạo ra màu xanh lam và xanh lá có độ bền đầy đủ mà không cần sử dụng Cadmium.
Một ưu điểm khác là tốc độ phản hồi của từng điểm ảnh. Dòng điện chạy qua các chấm lượng tử cho phép chúng thay đổi độ sáng hoặc tắt hoàn toàn, tạo ra màu đen sâu, tỷ lệ tương phản vô cực nhanh hơn đáng kể so với các màn hình OLED hiện tại.
Nhiều người kỳ vọng rằng, trong tương lai, tuổi thọ của màn hình QDEL có thể sánh ngang với các màn hình và TV LED-LCD hiện nay, vượt xa tuổi thọ của màn hình OLED.
Theo ông Yurek của Nanosys, việc nghiên cứu chất liệu và bước sóng ánh sáng xanh để tạo ra các chấm lượng tử hoạt động chính xác có thể tạo ra sản phẩm có tuổi thọ cao hơn nhiều so với diode OLED ánh sáng xanh, có bước sóng ngắn và năng lượng cao, cũng là lớp diode phát quang hữu cơ dễ hỏng đầu tiên: “Nguồn năng lượng để màn hình hiển thị màu xanh lam sóng ngắn đúng với các tiêu chuẩn phổ màu hiện nay như DCI-P3 là đủ lớn để ảnh hưởng đến vật liệu. Đó là một trong những lý do chính khiến màu xanh lam của màn hình OLED thường dễ bị burn-in sớm hơn và có tuổi thọ ngắn hơn so với các diode phát quang màu khác.”
Tuy vậy, chuyên gia Hsieh của Omdia nói về tuổi thọ của chấm lượng tử QDEL: “Chấm lượng tử xanh lam không chứa cadmium thường có tuổi thọ ngắn đến mức không thể thương mại hóa được. Dữ liệu Nanosys công bố vào năm 2021 cho thấy tuổi thọ của các chấm lượng tử xanh lam khoảng 10 nghìn giờ, thấp hơn gần 100 lần so với tuổi thọ tối thiểu. Tuy nhiên, trong vài năm qua, công nghệ phát triển chấm lượng tử phát quang đã có 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 tương lai.”
Micro LED hay các công nghệ màn hình khác thì sao?
Với hàng triệu bóng LED siêu nhỏ trong lớp đèn nền, Mini LED có một số lợi ích tương tự như OLED, bao gồm khả năng tạo ra độ tương phản vô hạn và không gặp hiện tượng blooming xung quanh các vật thể sáng trên nền tối như Mini LED, và quan trọng nhất là tuổi thọ của Micro LED sẽ cao hơn rất nhiều so với OLED, độ sáng cũng ấn tượng hơn rất nhiều.
Hiện nay, giới hạn lớn nhất của Micro LED là giá thành. Dù với một số chiếc TV Micro LED cao cấp như Samsung Class Micro LED 2022 110 inch hoặc C Seed N1 với giá cả từ 100 đến 300 nghìn Đô, nhưng vẫn không dễ dàng sở hữu vì giá cả rất cao. Công nghệ sản xuất tấm nền và lớp đèn nền LED siêu nhỏ chưa đủ phát triển để giảm chi phí sản xuất. Đó là lúc QDEL xuất hiện và có khả năng giảm chi phí sản xuất, tạo ra những sản phẩm dễ tiếp cận hơn nhiều so với Micro LED. Cả QDEL và Micro LED đều sử dụng nguyên liệu vô cơ, nhưng cách xử lý nguyên liệu khác nhau hoàn toàn.
Có nhiều chuyên gia cho rằng, QDEL có tiềm năng thay đổi thị trường và ảnh hưởng lớn hơn so với Micro LED. Micro LED gặp nhiều khó khăn trong nghiên cứu và sản xuất, dự kiến phải đến những năm đầu thập kỷ 2030 mới có sản phẩm thương mại. Trong khi đó, QDEL có thể ra mắt trước và có khả năng hiển thị màu sắc sống động, phủ dải màu rộng hơn.
Một ví dụ là Apple đã từ bỏ kế hoạch sản xuất Apple Watch với màn hình Micro LED vì khó khăn và chi phí. Tuy nhiên, Samsung khẳng định rằng tương lai TV cao cấp của họ sẽ là Micro LED.
QDEL và Micro LED sẽ tồn tại song song với OLED
Ba công nghệ này đều có ưu nhược điểm riêng, và đều có thể được trang bị trong các sản phẩm laptop và máy tính bảng. QDEL có lợi thế hơn OLED cho TV, trong khi Micro LED cần giảm giá thành để trở thành lựa chọn hợp lý. Cùng lúc, nghiên cứu để tăng tuổi thọ diode trong OLED cũng có thể giúp cải thiện công nghệ này.
Theo Eric Virey, OLED vẫn sẽ thống trị thị trường màn hình smartphone nhờ mật độ điểm ảnh cao trên kích thước nhỏ. QDEL sẽ khó cạnh tranh với màn AMOLED do giới hạn kỹ thuật sản xuất. Micro LED hiện chỉ phù hợp cho TV lớn do giới hạn kỹ thuật sản xuất.
Theo Hsieh của Omdia, chưa rõ liệu QDEL và Micro LED có thể tồn tại cùng nhau hay không, nhất là trên thị trường thiết bị công nghệ. Phải đến năm 2025 hoặc 2026, khi có sản phẩm màn hình QDEL đầu tiên, mới có thể kết luận.
QDEL sản xuất dễ hơn Micro LED
Để sản xuất màn hình Micro LED, lớp đèn nền phải được trồng lên wafer bán dẫn. Việc làm này đòi hỏi quy trình phức tạp và đắt đỏ. Trái lại, QDEL có thể sản xuất dựa trên quy trình photolithography giống như LCD-LED hiện nay, giúp giảm chi phí sản xuất.
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
