Chấm lượng tử sẽ giúp TV LCD chống lại OLED như thế nào?

x940e

Rảnh rảnh lại viết một bài chia sẻ về công nghệ bên lề các sản phẩm của Sony. Hôm nay sẽ là về chấm lượng tử (quantum dot), thứ vật liệu hứa hẹn sẽ giúp TV LCD đối đầu với OLED.

Hiện tại, OLED đang lấn lướt LCD trên phương diện công nghệ hiển thị tại thị trường truyền hình. Mỏng hơn, đen hơn,… những chiếc TV OLED mặc dù đắt đỏ vẫn đang tỏ ra vượt trội hơn LCD và ngày càng được khách hàng ưa chuộng. Tất nhiên, trận đấu có chiều hướng một chiều như vậy không thực sự tốt vì chúng ta cần càng nhiều cạnh tranh càng tốt. Hơn nữa, rất nhiều người vẫn yêu thích LCD vì những lí do riêng, và công nghệ cải tiến luôn là điều tốt mà chúng ta trông đợi. Vậy sau khi đã “bại trận” trong năm 2017, công nghệ LCD sẽ phải làm gì để không lặp lại trong năm 2018?

– Chấm lượng tử (quantum dot).

– Chẳng phải nó đã xuất hiện từ năm 2013 hay sao? Các TV “QLED” năm 2017 chính là LCD kết hợp với chấm lượng tử, và chúng vẫn bị bỏ lại trước OLED!

Thực ra chấm lượng tử là một vật liệu đã xuất hiện trên các TV LCD vào năm 2013 rồi, tuy nhiên, vấn đề là công nghệ tại thời điểm đó cho đến bây giờ đã rất khác nhau. Mặc dù năm 2017 các TV LCD với sự hỗ trợ của thành phần chấm lượng tử vẫn “đại bại” trước OLED, nhưng không có nghĩa công nghệ này trong năm 2018 sẽ vẫn như vậy. Hoặc ít nhất, kết quả khi đối đầu với OLED là gì còn chưa ai biết, nhưng năm 2018 này chấm lượng tử sẽ xuất hiện trên TV LCD dưới một hình thái khác xịn hơn trước đây.

Và cuộc đối đầu giữa hai phe LCD -OLED năm nay sẽ rất thú vị! Chưa biết chừng, LCD sẽ làm một cuộc phản công cực kì mạnh mẽ.

X9200A series 2

TV đầu tiên trên thế giới sử dụng công nghệ chấm lượng tử (ảnh: hardwarezone)

Cơ bản về chấm lượng tử. 

Kích thước của chấm lượng tử rất nhỏ, chỉ khoảng vài nanomet đường kính và thường được làm từ các chất như zinc selenide, cadmium selenide, indium phosphide. Ứng dụng chấm lượng tử là khá nhiều, tuy nhiên đối với truyền hình, chúng ta thường tập trung vào khả năng chuyển đổi ánh sáng có bước sóng ngắn – thường là xanh dương (450 đến 495 nanomet) thành bất kì ánh sáng màu nào có thể nhìn thấy được trên quang phổ.

Khi một chấm lượng tử hấp thụ một hạt photon (hạt ánh sáng), nó sẽ sản sinh ra một cặp electron – lỗ trống và sau đó tái tổ hợp chúng để phát ra một hạt photon mới. Màu sắc của hạt photon mới này (là thứ chúng ta cần) phụ thuộc vào kích thước chấm lượng tử. Các chấm lớn sẽ phát ra hạt photon có màu đi gần về phía đỏ (bước sóng 620 đến 750 nm), các chấm càng nhỏ thì phát ra ánh sáng càng gần màu tím với bước sóng ngắn hơn (380 đến 450 nm). Do vậy, khi muốn tạo ra bước sóng như ý, các hãng sẽ tìm cách tạo ra chấm lượng tử với đúng kích thước cần thiết bằng cách điều chỉnh nhiệt độ và thời gian phản ứng hóa học trong quá trình sản xuất.

Ứng dụng trên TV như thế nào?

Hiện tại, các TV LCD đang chủ yếu khai thác chấm lượng tử trong khi OLED thì không. Hình thái đầu tiên của chấm lượng tử trên TV là dạng QDEF (quantum dot enhancement film), được sử dụng từ năm 2013 cho đến 2017 với Sony là hãng công bố đầu tiên. Các TV “QLED” hiện nay của Samsung hay ULED của Hisense, TV Super UHD của LG,… đều đang dùng dạng này.

OL.quantum dot tv 5

Hình thái đầu tiên của chấm lượng tử trên TV LCD là QDEF (ảnh: James Provost)

Các hãng sản xuất sẽ đặt các chấm lượng tử lên trên một tấm màng mỏng làm từ nhựa, theo trật tự bất quy tắc. Tấm màng được đặt lên trước đèn nền LED để hứng ánh sáng xanh dương, sau đó đến bộ lọc màu để tạo ra hình ảnh (từ tấm màng chấm lượng tử đến bộ lọc màu còn nhiều thành phần khác). Phương pháp này mang lại một số lợi ích như cung cấp độ sáng cao với sản lượng màu lớn, chi phí rẻ, không bị burn-in, tương thích với quy trình chế tạo tấm nền LCD hiện nay.

Sau QDEF, người ta kì vọng các hãng sản xuất có thể tiến đến hình thái cấp cao hơn đó là QDOG (quantum dot on glass). Thay vì đặt chấm lượng tử lên tấm màng nhựa, bây giờ người ta đặt chúng lên thẳng tấm kính dẫn sáng phía trước đèn nền LED. Loại này chưa xuất hiện và mới chỉ được dự đoán sẽ có mặt trên thị trường vào cuối năm nay. Một số ưu điểm của QDOG là có thể tạo ra tấm nền mỏng dưới 5mm, bao phủ hơn 90% không gian màu BT.2020, không bị burn-in.

QDOG

Hình thái tiếp theo được mong đợi là QDOG (ảnh: Nanosys)

Thế nhưng đó vẫn chưa phải điểm dừng. Một hình thái cấp cao hơn nữa và có thể xem là giới hạn cuối cùng của vật liệu chấm lượng tử trên các TV LCD sắp xuất hiện trong tương lai: QDCF (quantum dot color filter).

Ở hai hình thái cấp thấp trên, chung quy vẫn là đặt chấm lượng tử lên một tấm nhựa hoặc kính có vai trò “khung xương” cố định các chấm lượng tử. Người ta mong muốn có thể tiến xa hơn khi dùng chính chấm lượng tử tạo nên bộ lọc màu, loại bỏ bộ lọc cũ đang được sử dụng. Công nghệ này mang lại hiệu quả đáng kể và mở đường cho chất lượng hiển thị trên TV LCD có bước nhảy vọt.

Ở QDCF, chấm lượng tử sẽ được chế tạo thành chính bộ lọc màu. Khác với hình thái cũ, chấm lượng tử bố trí theo trật tự tự do, không cố định, ở hình thái cuối cùng, chúng sẽ được cố định theo từng khuôn mẫu Red – Green và mẫu Blue thì trong suốt. Ánh sáng xanh dương từ đèn nền LED sẽ đi trực tiếp qua khuôn Blue, trong khi ở mẫu Red và Green thì là các chấm lượng tử cố định chặt chẽ để hấp thu 100% ánh sáng từ đèn nền, sau đó chuyển đổi ra ánh sáng đỏ, xanh lá.

OL.quantum dot tv 5

Hình thái cuối cùng của chấm lượng tử trên TV LCD (ảnh: James Provost)

Hiện nay bộ lọc màu chỉ đơn giản là loại thụ động, trong khi với chấm lượng tử cố định, người ta có thể tạo ra bộ lọc màu năng động với hiệu quả cao hơn. Thách thức kĩ thuật khiến loại này chưa thể xuất hiện mà mới chỉ tồn tại ở lí thuyết là bởi công nghệ định hình chấm lượng tử chưa hoàn thiện. Cần phải đảm bảo các chấm lượng tử sắp xếp chặt chẽ và hấp thụ chính xác 100% ánh sáng từ đèn nền, không rò rỉ, không ô nhiễm. Kĩ thuật này khó hơn nhiều so với việc để chúng tự do như hai hình thái cũ.

Vì sự phức tạp, hiện QDCF cũng chưa được thương mại hóa, một số đưa ra dự đoán muộn nhất 2019 thì công nghệ này mới chính thức xuất hiện trên TV. So với hai hình thái ở trên, QDCF sẽ cải thiện chất lượng hình ảnh của TV LCD vượt bậc, đỉnh sáng vượt trội, cải thiện hiệu suất tiêu thụ điện hơn công nghệ cũ, góc nhìn rộng, tương thích với cơ sở hạ tầng chế tạo tấm nền LCD hiện nay.

A8F official 1

Các TV OLED năm 2018 tập trung vào việc hạ giá thay vì cải tiến tấm nền, trong ảnh là mẫu OLED A8F của Sony có giá niêm yết từ $3,000

Vậy là bạn đã hiểu vì sao chúng ta chưa thể vội kết luận LCD “thua đứt đuôi” OLED rồi! Bởi chúng ta vẫn chưa có những chiếc flagship LCD xịn nhất sử dụng hình thái cuối cùng của vật liệu chấm lượng tử. Chúng ta mới chỉ đang khai thác chúng theo cách “nguyên thủy” nhất. Tất nhiên OLED là màn hình tự phát sáng, trong khi LCD là truyền dẫn, lợi thế về độ sâu màu đen, tương phản của OLED là tuyệt đối. Nhưng ai mà biết được, LCD hoàn toàn có thể “lật kèo” ở một hạng mục riêng nào khác như là hiển thị nội dung HDR thì sao? Nếu OLED nắm chắc hai lợi thế kia, thì LCD cũng có ưu thế về đỉnh sáng và sản lượng màu đặc biệt khi có thêm QDCF giúp sức.

Năm nay, các hãng Sony và LG Electronics tập trung vào giảm giá thành TV OLED với mức khởi điểm từ $3,000 USD, nhằm mở rộng thị phần, đây sẽ là cơ hội để TV LCD với chất lượng cải thiện hơn có thể làm điều gì đó. Cuộc chiến về chất lượng hiển thị giữa LCD và OLED vẫn còn ở phía trước!

Tại sao lại chọn chấm lượng tử?

Về mặt kĩ thuật, đèn nền của TV LCD có hai loại là RGB LED và White LED. TV LCD dùng RGB LED đầu tiên là mẫu Qualia 0005 của Sony ra mắt 2004, loại này về sau dần bị loại bỏ vì giá thành sản xuất cao nên các màn hình LCD hiện nay chúng ta sử dụng đều là White LED.

sony z series 15

TV Bravia Z9D sử dụng hệ thống đèn nền White LED

Hệ thống đèn nền LED là các bóng LED xanh dương phát ra ánh sáng xanh dương. Ánh sáng này sẽ đi qua một lớp phosphor ánh sáng vàng. Hai ánh sáng này kết hợp và cung cấp ánh sáng trắng để đi đến bộ lọc màu, tuy nhiên kết quả là bước sóng của màu xanh lá cây và đỏ yếu hơn bình thường. Khi đi đến bộ lọc màu, hệ quả dẫn đến là màu đỏ và xanh lá cây không đủ để tái tạo. Bộ lọc màu xử lí bằng cách cho thêm nhiều bước sóng đi qua, mở rộng dải màu tiếp nhận. Việc này dẫn đến màu sắc không còn tinh khiết nữa, màu xanh lá cây không còn “đặc sệt” nguyên chất mà pha thêm chút xanh dương, tương tự màu đỏ có thêm chút cam. Theo nguyên tắc, các kĩ sư càng muốn màu sắc thu được phải tinh khiết, thì càng phải thu hẹp dải màu tiếp nhận, bước sóng đẩy lên cao hình ngọn núi là lí tưởng vì nó gần nhất với bước sóng mong muốn, còn tệ hơn là dải màu rộng tràn ra và bước sóng mong muốn thu được thấp, bị pha tạp nhiều bước sóng khác.

Chắc chắn chúng ta sẽ không sử dụng kết quả kém như vậy để hiển thị hình ảnh, màu sắc sẽ vô cùng tồi tệ. Và đây là lúc mà các kĩ sư đưa chấm lượng tử vào TV LCD để thúc đẩy sản sinh màu sắc chính xác và dồi dào.

Như đã nói ở trên, ta có thể chọn chính xác bước sóng phát ra là màu gì bằng cách sản xuất đúng loại chấm lượng tử ta cần. Bằng cách bố trí vào làm một thành phần của TV LCD, các chấm lượng tử sẽ tăng cường sản sinh màu sắc đỏ và xanh lá, cũng như tận dụng ánh sáng xanh dương một cách chính xác.

QD color spectrum

Bước sóng thu được tinh khiết hơn và dồi dào hơn, nhờ có chấm lượng tử (ảnh: Samsung)

Các kĩ sư sẽ dùng hệ thống đèn nền LED để tạo ra ánh sáng xanh dương ở bước sóng 450nm. Tấm màng nhựa hoặc kính có tráng chấm lượng tử sẽ gồm hai loại chấm cho hai mục đích sử dụng khác nhau. Một có kích thước 1.5 đến 2.5 nanomet để tạo ra ánh sáng xanh lá cây bước sóng 527nm, loại kia là chấm 3-5 nm phát ra ánh sáng đỏ 638nm. Đối với hình thái cuối cùng của chấm lượng tử, bộ lọc màu sẽ chia làm ba phần Red – Green – Blue tương ứng với hai loại chấm đã nói, Blue sẽ trong suốt để tận dụng hoàn toàn ánh sáng từ đèn nền. Mục đích cuối cùng là hấp thu trọn ánh sáng xanh dương và đưa ra một lượng màu sắc phong phú, tinh khiết, giúp hình ảnh trở nên sống động hơn.

Bên cạnh đó, còn tiết kiệm điện hơn nhờ tận dụng được nhiều ánh sáng từ đèn nền hơn. Bộ lọc màu thụ động đang sử dụng trên TV hấp thụ một phần đáng kể ánh sáng, do vậy phải tăng năng lượng để bù cho phần mất mát trong quá trình lọc màu.

Chấm lượng tử giúp TV LCD trở nên phải hoàn hảo?

Dĩ nhiên KHÔNG!

Q8C VS A1E

TV OLED với lợi thế của màn hình phát quang đã chứng tỏ sự vượt trội so với LCD truyền thống là loại truyền dẫn (ảnh: Caynam, HDVietnam)

Dù có chấm lượng tử giúp sức với hình thái cao nhất, TV LCD vẫn không thể thoát khỏi bản chất là màn hình truyền dẫn ánh sáng. Vì thế, vẫn gặp những vấn đề sau:

  • Góc nhìn hẹp (hơn OLED).
  • Tiêu tốn nhiều năng lượng.
  • Không thể kiểm soát màu đen chặt chẽ, dẫn đến tương phản kém.
  • Thời gian phản hồi chậm, bất lợi với những cảnh hành động, thể thao,…
  • Không thể tùy biến linh hoạt (bẻ cong, cuộn tròn,…).
  • Vật liệu chấm lượng tử có cadmium rất độc hại cho môi trường (thế hệ đầu năm 2013 trên TV Sony). Sau này người ta chuyển sang indium hoặc loại hàm lượng cadmium thấp để giảm tác hại. Tuy nhiên, loại có cadmium mới lại cho mức tinh khiết màu sắc tốt nhất, hai loại kia thì kém hơn.

 

Nguồn: IEEE.

Check Also

Sony hợp tác với Seiko, ra mắt đồng hồ điện tử và đồng hồ cơ với dây đeo thông minh wena

Sony vừa thông báo hợp tác với thương hiệu đồng hồ nổi tiếng Seiko, phát …

Trên tay “đèn dầu” kiêm loa thông minh Sony LSPX-S1 gây sốt tại Sony Show

Mỗi năm Sony Show lại luôn có một sản phẩm mang tính trình diễn công …

Leave a Reply