Hail the Judge
Ta chơi xong không trả tiền, vậy đâu có gọi là bán
Các đèn LED perovskite kích thước nano (nano-PeLEDs) này có chiều dài điểm ảnh chỉ nhỏ tới 90 nanomet, cho phép đạt mật độ điểm ảnh chưa từng có là 127.000 pixel mỗi inch (PPI). Để so sánh, một màn hình chơi game 4K 27 inch thông thường chỉ có mật độ điểm ảnh 163 PPI.
"Việc làm cho các thiết bị điện tử nhỏ hơn là một mục tiêu không ngừng theo đuổi của các nhà khoa học và kỹ sư," Giáo sư Di Dawei, Phó Giám đốc Trung tâm Nghiên cứu Quốc tế về Quang tử Tiên tiến tại Đại học Chiết Giang, cho biết. Ông giải thích rằng mặc dù micro-LED dựa trên chất bán dẫn III-V được coi là công nghệ tiên tiến nhất, hiệu suất của chúng giảm mạnh khi kích thước pixel giảm xuống dưới 10 micromet – một hạn chế đã cản trở việc sử dụng chúng trong các màn hình có độ phân giải siêu cao.
Không giống như micro-LED thông thường, nano-PeLEDs cho thấy sự suy giảm hiệu suất tối thiểu ngay cả ở quy mô hiển vi. Khả năng phục hồi này được cho là do thành phần độc đáo của chúng: perovskite halogenua – một loại chất bán dẫn thường được liên kết nhiều hơn với các tế bào năng lượng mặt trời. "Perovskite halogenua là một loại chất bán dẫn mới," Giáo sư Zhao Baodan thuộc Đại học Chiết Giang lưu ý.
Tuy nhiên, việc tạo ra nano-PeLED không phải là một nhiệm vụ đơn giản. Vật liệu perovskite nổi tiếng là mỏng manh và dễ bị hư hại trong các quy trình quang khắc (photolithography) thông thường được sử dụng để tạo mẫu cho màn hình LED. Để khắc phục điều này, nhóm nghiên cứu đã phát triển một phương pháp chế tạo mới lạ liên quan đến việc tạo các cửa sổ được khắc bằng kỹ thuật lithography trong một lớp cách điện. Kỹ thuật này bảo vệ vật liệu perovskite tinh tế đồng thời bảo tồn chất lượng hình ảnh cao.
"Các quy trình quang khắc thông thường không phù hợp để tạo mẫu trực tiếp các lớp perovskite – nó sẽ làm hỏng vật liệu," Lian Yaxiao, tác giả đầu tiên của nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature, cho biết. "Vấn đề này được khắc phục bằng phương pháp chế tạo tiếp xúc cục bộ của chúng tôi."
Nhóm đã chứng minh rằng các nano-PeLED màu xanh lá cây và cận hồng ngoại của họ duy trì hiệu suất lượng tử bên ngoài (external quantum efficiencies - EQE) khoảng 20% trên các kích thước pixel khác nhau, từ vài trăm micron xuống chỉ còn 3,5 micron. Ngay cả ở mức độ thu nhỏ cực đoan khoảng 180 nanomet, sự sụt giảm hiệu suất cũng ít hơn đáng kể so với mức thấy ở micro-LED truyền thống. Điều này cho thấy nano-PeLEDs có thể vượt trội hơn micro-LED dựa trên chất bán dẫn III-V trong các ứng dụng đòi hỏi pixel siêu nhỏ.
Mặc dù nano-PeLEDs mang lại triển vọng to lớn cho màn hình độ phân giải cao, việc triển khai thực tế đòi hỏi phải tích hợp với các mạch có thể lập trình có khả năng cung cấp nội dung động. Để đạt được mục tiêu đó, Đại học Chiết Giang đã hợp tác với LinkZill, một công ty có trụ sở tại Hàng Châu chuyên về công nghệ bóng bán dẫn màng mỏng (TFT). Cùng nhau, họ đã phát triển một nguyên mẫu màn hình micro-PeLED ma trận động (active-matrix) được điều khiển bởi một tấm nền TFT (TFT backplane). Nguyên mẫu này rất quan trọng để thương mại hóa công nghệ nano-PeLED và khai thác tiềm năng của nó cho hình ảnh phức tạp và phát lại video.
Khi các nhà nghiên cứu tiếp tục hoàn thiện công nghệ này, các ứng dụng tiềm năng của nó đang nhanh chóng mở rộng. Độ phân giải siêu cao do nano-PeLEDs mang lại có thể định nghĩa lại các tiêu chuẩn hiển thị trên nhiều ngành công nghiệp khác nhau, từ chơi game và thực tế tăng cường đến hình ảnh y tế.
"Việc làm cho các thiết bị điện tử nhỏ hơn là một mục tiêu không ngừng theo đuổi của các nhà khoa học và kỹ sư," Giáo sư Di Dawei, Phó Giám đốc Trung tâm Nghiên cứu Quốc tế về Quang tử Tiên tiến tại Đại học Chiết Giang, cho biết. Ông giải thích rằng mặc dù micro-LED dựa trên chất bán dẫn III-V được coi là công nghệ tiên tiến nhất, hiệu suất của chúng giảm mạnh khi kích thước pixel giảm xuống dưới 10 micromet – một hạn chế đã cản trở việc sử dụng chúng trong các màn hình có độ phân giải siêu cao.
Không giống như micro-LED thông thường, nano-PeLEDs cho thấy sự suy giảm hiệu suất tối thiểu ngay cả ở quy mô hiển vi. Khả năng phục hồi này được cho là do thành phần độc đáo của chúng: perovskite halogenua – một loại chất bán dẫn thường được liên kết nhiều hơn với các tế bào năng lượng mặt trời. "Perovskite halogenua là một loại chất bán dẫn mới," Giáo sư Zhao Baodan thuộc Đại học Chiết Giang lưu ý.
Tuy nhiên, việc tạo ra nano-PeLED không phải là một nhiệm vụ đơn giản. Vật liệu perovskite nổi tiếng là mỏng manh và dễ bị hư hại trong các quy trình quang khắc (photolithography) thông thường được sử dụng để tạo mẫu cho màn hình LED. Để khắc phục điều này, nhóm nghiên cứu đã phát triển một phương pháp chế tạo mới lạ liên quan đến việc tạo các cửa sổ được khắc bằng kỹ thuật lithography trong một lớp cách điện. Kỹ thuật này bảo vệ vật liệu perovskite tinh tế đồng thời bảo tồn chất lượng hình ảnh cao.
"Các quy trình quang khắc thông thường không phù hợp để tạo mẫu trực tiếp các lớp perovskite – nó sẽ làm hỏng vật liệu," Lian Yaxiao, tác giả đầu tiên của nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature, cho biết. "Vấn đề này được khắc phục bằng phương pháp chế tạo tiếp xúc cục bộ của chúng tôi."
Nhóm đã chứng minh rằng các nano-PeLED màu xanh lá cây và cận hồng ngoại của họ duy trì hiệu suất lượng tử bên ngoài (external quantum efficiencies - EQE) khoảng 20% trên các kích thước pixel khác nhau, từ vài trăm micron xuống chỉ còn 3,5 micron. Ngay cả ở mức độ thu nhỏ cực đoan khoảng 180 nanomet, sự sụt giảm hiệu suất cũng ít hơn đáng kể so với mức thấy ở micro-LED truyền thống. Điều này cho thấy nano-PeLEDs có thể vượt trội hơn micro-LED dựa trên chất bán dẫn III-V trong các ứng dụng đòi hỏi pixel siêu nhỏ.
Mặc dù nano-PeLEDs mang lại triển vọng to lớn cho màn hình độ phân giải cao, việc triển khai thực tế đòi hỏi phải tích hợp với các mạch có thể lập trình có khả năng cung cấp nội dung động. Để đạt được mục tiêu đó, Đại học Chiết Giang đã hợp tác với LinkZill, một công ty có trụ sở tại Hàng Châu chuyên về công nghệ bóng bán dẫn màng mỏng (TFT). Cùng nhau, họ đã phát triển một nguyên mẫu màn hình micro-PeLED ma trận động (active-matrix) được điều khiển bởi một tấm nền TFT (TFT backplane). Nguyên mẫu này rất quan trọng để thương mại hóa công nghệ nano-PeLED và khai thác tiềm năng của nó cho hình ảnh phức tạp và phát lại video.
Khi các nhà nghiên cứu tiếp tục hoàn thiện công nghệ này, các ứng dụng tiềm năng của nó đang nhanh chóng mở rộng. Độ phân giải siêu cao do nano-PeLEDs mang lại có thể định nghĩa lại các tiêu chuẩn hiển thị trên nhiều ngành công nghiệp khác nhau, từ chơi game và thực tế tăng cường đến hình ảnh y tế.
