Chấm lượng tử - công nghệ thú vị giúp đưa TV LCD đến gần hơn với OLED

TV màn hình lớn không còn là chuyện hiếm. Cứ mỗi năm, các công ty TV lại ra mắt thêm nhiều model mới với kích thước to hơn, giá hấp dẫn hơn và mới đây nhất là có độ phân giải cao hơn. Thiết kế thô kệch ngày nào cũng được thay thế bởi những ngoại hình bắt mắt, sang trọng và càng lúc càng mỏng đi. Thậm chí LG, Samsung, Sony và nhiều hãng khác còn tạo ra những mẫu TV cong để đáp ứng nhu cầu đa dạng của khách hàng.

Mẫu TV chấm lượng tử mới của LG ra mắt tại CES 2015​

Mặc dù có tất cả những cải tiến như trên nhưng những chiếc TV LCD vẫn còn một số hạn chế nhất định. Thế nên từ triển lãm CES hai năm về trước, một cuộc đua mới đã nhen nhóm bắt đầu: cuộc đua của chấm lượng tử. Sony đã bắt đầu sử dụng công nghệ mới này trong các sản phẩm của mình từ năm 2013, giờ đây đến lượt Samsung, LG, TCL và một số công ty khác tiếp bước. Chấm lượng tử không chỉ giúp màu sắc và hiệu quả hoạt động của TV tốt hơn mà nó còn giúp TV LCD cạnh tranh được với những công nghệ đối thủ, ví dụ như OLED, trong khi giá thành lại thấp hơn để giúp người tiêu dùng dễ tiếp cận với các TV kích thước lớn.

Chấm lượng tử là gì?

Thực chất chấm lượng tử không phải là một phát minh mới. Nó đã được tìm ra 33 năm về trước bởi nhà khoa học người Nga Alexander Efros và Aleksey Ekimov, cùng với đó là Louis Brus (khi đó Brus đang làm việc trong một dự án ở Bell Labs nhằm cải tiến transitor). Các nhà khoa học này nhận thấy rằng một phản ứng trong dung môi sẽ tạo ra các hạt có kích thước khác nhau, và tùy vào kích thước đó mà họ có thể thu được bất kì màu nào trong dải quang phổ ánh sáng.

Các lọ đựng chấm lượng tử do công ty Nanoco sản xuất​

Định nghĩa khoa học của chấm lượng tử như sau: Chấm lượng tử (Quantum dot - QD) là một hạt vật chất có kích thuớc nhỏ (cỡ vài nanomet, xoay quanh khoảng 10nm), nhỏ tới mức việc bỏ thêm hay lấy đi một điện tử sẽ làm thay đổi tính chất của nó theo một cách hữu ích nào đó. Do sự hạn chế về không gian (hoặc sự giam hãm) của những điện tử và lỗ trống trong vật chất (một lỗ trống hình thành do sự vắng mặt của một điện tử; một lỗ trống hoạt động như một điện tích dương), hiệu ứng lượng tử xuất phát và làm cho tính chất của vật chất thay đổi. Khi ta kích thích một QD, QD càng nhỏ thì năng lượng và cường độ phát sáng của nó càng tăng. Vì vậy mà QD là cửa ngõ cho hàng loạt những áp dụng kỹ thuật mới.

Bấm để mở rộng...

Bằng cách tinh chỉnh lại các công thức hóa lý, người ta có thể tạo ra các hạt (còn gọi là các chấm) với khả năng phát ra ánh sáng màu xanh dương, xanh lá, đỏ và nhiều màu khác. Trước đây, dải màu của chấm lượng tử đã tỏ ra cực kì hữu hiệu trong ngành sản xuất pin mặt trời bởi chúng giúp hấp thụ ánh sáng tốt hơn. Còn trong lĩnh vực quang y học, chấm lượng tử khi được pha trộn với nhau sẽ giúp cải thiện các kính hiển vi điện tử.

Hạn chế của TV LCD đèn nền LED

Các màn hình LCD đèn nền LED hiện sử dụng bóng LED xanh dương cường độ cao được phủ một lớp phốt-pho nhằm tạo ánh sáng trắng. Ánh sáng sau đó sẽ đi qua một bộ lọc với ba màu cơ bản là đỏ, xanh dương, xanh lá và kiến tạo nên hình ảnh bạn thấy trên màn hình. Tuy nhiên, thành phần này có tính lọc lựa không cao, ví dụ như filter màu đỏ vẫn cho phép một ít ánh sáng cam đi qua. Khi màu đỏ và xanh không thuần khiết được trộn lại, chúng cho ra hình ảnh với màu trông có vẻ nhợt nhạt. Ngoài ra, màn hình LCD LED cũng có những mảng đen không thật sự đen, độ tương phản cũng không thể bằng được công nghệ OLED.

Đây cũng chính là điểm hạn chế của các màn hình LCD đèn nền LED so với màn hình CRT hay màn hình LCD đèn nền CFCL. Thế nhưng, cả ngành công nghiệp vẫn chấp nhận sử dụng bóng LED làm đèn nền bởi các lợi ích khác hoàn toàn "đè bẹp" hạn chế về mặt màu sắc như đã nói ở trên. Người ta có thể tạo ra những mẫu TV mỏng hơn, sexy hơn, tiết kiệm điện hơn. Một số công ty lớn cũng cố gắng giải quyết tình trạng tương phản thấp bằng kĩ thuật local dimming, tức làm tối đèn nền của chỉ những khu vực đang hiển thị hình ảnh màu đen, tuy nhiên công nghệ này chỉ có mặt trên các mẫu TV cao cấp và giá cao.

Chấm lượng tử giúp ích ra sao?

Trong khi đó, TV "quantom dot" thì sẽ xài các bóng LED không có lớp phủ đặt trong một ống thủy tinh với đầy các chấm lượng tử đỏ và xanh lá. Hai loại chấm này sẽ hấp thụ một phần ánh sáng xanh dương từ đèn nền rồi phát xạ thành màu đỏ và xanh lá thuần khiết. Với phương pháp này, ánh sáng đi qua bộ lọc đỏ sẽ mang đúng màu đỏ, tương tự như thế cho các màu còn lại. Kết quả là chúng ta có được mức độ tái tạo màu chính xác hơn, hình ảnh đẹp hơn so với việc dùng đèn LED tráng phốt-pho.



Quay trở về với Sony, công ty đầu tiên đưa chấm lượng tử vào thiết bị tiêu dùng. Ý định ban đầu của Sony là dùng các chấm lượng tử để tạo ra những pixel trên màn hình luôn, chúng sẽ phát sáng nhờ vào dòng điện được áp vào thông qua transitor. Mặc dù QD Vision, công ty cung cấp chấm lượng tử cho Sony, đã phát triển được nguyên mẫu của loại màn hình này nhưng trong thực tế thì rất khó để sản xuất ở kích thước lớn, chính vì vậy mà hai công ty mới chuyển sang sử dụng chấm lượng tử ở đèn nền. QD Vision hứa hẹn sản phẩm của mình có thể cung cấp màu sắc giống như màn hình CRT loại tốt và đạt gần đến mức của màn hình OLED.

​

Đồng sáng lập và cũng là giám đốc công nghệ của QD Vision, ông Seth Coe-Sullivan, cho biết một trong những hạn chế của chấm lượng tử đó là chúng rất nhạy cảm với nhiệt độ. Ví dụ, khi bóng LED trong các màn hình LCD hoạt động, nhiệt độ quanh chúng có thể tăng lên đến khoảng 100 độ C nên sẽ làm giảm hiệu năng và độ sáng của chấm (riêng độ sáng có thể bị hao hụt đi tối đa 50%). Coe-Sullivan tiết lộ công ty ông đã dành nhiều thời gian tinh chỉnh lại các hóa chất của chấm lượng tử để khiến cho chúng trở nên ổn định hơn ở nhiệt độ cao.

View attachment 900813
Sony dùng số lượng bút chì màu để so sánh khả năng tái tạo màu sắc của màn hình thường và màn hình Triluminos​

Và một điều thú vị nữa khiến cho chấm lượng tử trở thành công nghệ tương lai của TV đó là nó có thể được thêm vào các thiết kế TV hiện tại với chi phí không quá cao. Như đã nói ở trên, chấm lượng tử chỉ xuất hiện như một lớp phủ bên trên đèn nền LED, và việc sản xuất như thế chỉ tốn chi phí bằng 1/3 so với việc làm màn hình OLED.

Sự xuất hiện của chấm lượng tử trong các sản phẩm thương mại

Tính đến thời điểm hiện tại, chấm lượng tử đã có mặt trên khá nhiều sản phẩm tiêu dùng cỡ nhỏ, ví dụ như chiếc tablet Amazon Kindle Fire HDX. Asus Zenbook NX500 cũng sử dụng màn hình quantum dot được sản cung cấp bởi công ty 3M. Tin đồn còn nói rằng iPhone 6 sẽ dùng công nghệ này nhưng cuối cùng nó đã không xuất hiện. Nói về cỡ to thì Sony đã đưa chấm lượng tử vào các TV cao cấp của họ từ năm 2013, dòng laptop VAIO Fit 13A cũng bắt đầu được ứng dụng công nghệ này.

Đến CES 2015 năm nay, cuộc chơi lại càng thêm thú vị với sự góp mặt của 1 mẫu TV LCD sử dụng chấm lượng tự đến từ LG và 3 mẫu đến từ Samsung. Trước đây chưa công ty nào từng trình diễn TV chấm lượng tử cả. Vì sao lại như thế? Paul Gagnon, giám đốc mảng nghiên cứu TV của công ty IHS DisplaySearch, chia sẻ rằng việc sản xuất chấm lượng tử dùng cho màn hình lớn không phải là chuyện dễ dàng.

Asus Zenbook NX500​

Thành thật mà nói thì ngoài lý do khó sản xuất, chấm lượng tử dường như chỉ là kế hoạch B của các nhà sản xuất nên chúng mới chậm xuất hiện trên thị trường. Còn kế hoạch A của họ chính là việc kinh doanh TV OLED! Đáng tiếc rằng việc chế tạo tấm nền phát quang hữu cơ này gặp nhiều vấn đề rắc rối, chi phí cao cộng thêm xu hướng di chuyển từ độ phân giải Full-HD lên 2K, 4K càng khiến giá thành của TV OLED trở nên đắt đỏ. Samsung đã thu gọn số lượng TV OLED của họ, Sony cũng dồn nguồn lực cho mảng LCD, chỉ còn mỗi LG là còn nỗ lực với 7 model TV OLED 4K mới được ra mắt tại CES 2015.

Nhưng nói như thế không có nghĩa là màn hình LCD chấm lượng tử sẽ giết chết OLED. OLED vẫn có những lợi thế cao hơn xét về độ rực rỡ của màu sắc cũng như độ tương phản, kèm theo đó là hiệu năng tiêu thụ điện tốt. Vấn đề là ở thời điểm hiện tại và trong tương lai gần, TV OLED vẫn sẽ được bán với giá khá đắt, trong khi TV LCD chấm lượng tử thì mang lại hiệu quả gần với OLED trong khi giá hấp dẫn hơn. Cho đến khi tấm nền OLED cỡ lớn có thể được sản xuất đại trà với chi phí rẻ thì chấm lượng tử sẽ là giải pháp hữu hiệu và kinh tế hơn.

Việc sản xuất chấm lượng tử đang được tích cực nghiên cứu và phát triển cho tốt hơn. Dow Chemical đang lên kế hoạch mở một nhà máy mới tại Hàn Quốc trong nửa đầu năm nay để cung cấp chấm lượng tử cho LG (và những đơn vị sản xuất khác). Họ muốn làm ra các chấm lượng tử mà chỉ cần dùng một lượng rất nhỏ Cadimi, vốn là một kim loại độc hại và đã bị cấm ở nhiều nước, dần dần tiến đến loại bỏ luôn nguyên tố này khỏi quá trình sản xuất. Nanoco, một công ty sản xuất quantum dot, cũng đang bắt tay cùng Dow để hiện thực hóa giấc mơ này.



Vấn đề còn lại đó là những chiếc TV chấm lượng tử sẽ có giá thấp đến mức nào. Khi chiếc TV LCD chấm lượng tử đầu tiên của Sony ra mắt, nó có giá 4.999$, rẻ hơn so với mức 12.000$ của TV OLED LG nhưng vẫn còn ở mức cao so với mặt bằng chung. Giám đốc Gagnon nhận định rằng điều này sẽ tiếp tục diễn ra trong năm nay, và giá của TV LCD chấm lượng tử sẽ cao hơn khoảng 30% đến 50% so với TV đèn nền LED thông thường. Hi vọng rằng trong nhiều tháng tới hoặc sang năm sau, các TV chấm lượng tử sẽ trở nên rẻ hơn nữa khi mà việc sản xuất đại trà các hạt li ti kì diệu này đạt đến một mức đủ lớn.

Tham khảo: The Verge​