Nhật Bản “kích nổ” eLEAP, bom nguyên tử phá vỡ quy trình chế tạo OLED truyền thống, “out trình” cả LG và Samsung

[Nan Đắc Hữu Tình Nhân]

Mới đây, công ty Japan Display (JDI) đã công bố đưa vào thương mại hóa quy trình sản xuất mới eLEAP vào cuối năm nay. Đây là quy trình OLED đầu tiên trên thế giới sử dụng quang khắc không cần mặt nạ để chế tạo panel. Nhờ đó, khắc phục các điểm yếu về độ sáng và vòng đời của OLED truyền thống.
JDI cho biết ứng dụng đầu tiên là tấm nền eLEAP 14 inch cho laptop. Nó có thể đạt được độ sáng cực cao lên tới 1.600 nit gấp 3 lần OLED thông thường. Đây được dự báo là quả bom sẽ là rung chuyển quy trình chế tạo OLED truyền thống, có thể mở rộng ra nhiều ứng dụng như thiết bị đeo, smartphone, laptop,...

eLEAP là gì?​

Đây là tên viết tắt cho các đặc điểm sau:
e: thân thiện môi trường;
L: quang khắc với quá trình lắng đọng không cần mặt nạ;
E: hiệu suất phát xạ x2, đỉnh sáng x2 và vòng đời x3;
AP: bất kì hình dạng panel nào.

Hiện nay, vật liệu OLED mà chúng ta sử dụng là loại SMOLED, có từ thời khởi thủy khi OLED vừa mới phát minh ở Kodak. Vật liệu này sử dụng quy trình sản xuất lắng đọng chân không, cần có mặt nạ kim loại để tạo hình ma trận điểm ảnh RGB. Các lỗ trống trên mặt nạ sẽ cho vật liệu hữu cơ đi qua và lắng đọng lại thành điểm ảnh tương ứng.
Tuy nhiên, môi trường để vật liệu bay hơi rồi ngưng tụ này cực kì nóng, khiến tấm mặt nạ mỏng chỉ tính bằng micron bị biến dạng, sụt lún bởi nhiệt độ rất cao. Độ chính xác không còn đảm bảo cho việc tạo hình pixel nữa. Đây cũng là khúc mắc khiến Samsung và Sony từng phải bó tay khi muốn làm tấm nền RGB OLED cỡ hàng chục inch để sản xuất TV OLED.
Mặt nạ bóng sẽ quyết định độ phân giải của màn hình. Có nghĩa, muốn đạt ppi mong muốn thì cần có mặt nạ bóng phù hợp còn nếu không thì không thể làm được. Kĩ thuật chế tạo tiên tiến nhất hiện nay là FMM (Fine Metal Mask: mặt nạ siêu mịn). Tấm nền OLED mịn nhất thế giới chế tạo bằng FMM đang có trên Xperia 1 V.

FMM trong quy trình lắng đọng chân không
Chính vì không thể thách thức về mặt nạ bóng mà cả LG Display và Samsung Display phải chuyển sang công nghệ White OLED và Blue OLED để chế tạo panel TV, không cần mặt nạ bóng FMM mà dùng mặt nạ mở (Open Mask). Tấm nền RGB OLED giàu tiềm năng nhất chỉ tồn tại trên smartphone và laptop.
Đó là với quy trình lắng đọng chân không truyền thống sử dụng mặt nạ bóng để chế tạo tấm nền OLED. Trong khi đó, eLEAP của JDI không sử dụng thiết bị lắng đọng hơi hóa học (CVD) đắt đỏ, cũng không cần đến mặt nạ bóng. Họ sử dụng máy quang khắc để tạo hình pixel riêng lẻ, từ đó loại bỏ đáng kể chi phí mua sắm trang thiết bị và đơn giản hóa quy trình sản xuất.

Ưu điểm chính của eLEAP​

Ở mỗi điểm ảnh trên màn hình bất kể LCD hay OLED, bao giờ cũng có 2 vùng là vùng phát sáng khả dụng và vùng bảng đen. Vùng sáng khả dụng là diện tích mà ánh sáng phát ra được, phần còn lại là bảng đen chủ yếu chứa mạch điện điều khiển hoạt động phát sáng - tất nhiên vùng này không chiếu sáng được.

Tỉ lệ vùng sáng khả dụng trên tổng diện tích pixel được gọi là độ mở điểm ảnh - aperture ratio. Tương tự điểm ảnh của cảm biến camera, tỉ lệ này càng lớn càng tốt vì nó cho thấy hiệu quả chiếu sáng tốt hơn. Theo JDI, eLEAP cho phép tăng diện tích của vùng sáng so với quy trình lắng đọng chân không sử dụng FMM.
Nhờ tăng độ mở điểm ảnh, eLEAP OLED có thể đạt độ sáng mong muốn với lượng điện năng đầu vào thấp hơn. Còn nếu tăng cường độ dòng điện lên ngang nhau thì bên eLEAP lại sáng hơn.
Theo JDI, tấm nền laptop 14 inch của họ đạt độ sáng 1.600 nit chỉ với kiến trúc 1 lớp phát sáng. Nếu là OLED chế tạo bằng kiểu cũ thì phải sử dụng kiến trúc xếp chồng 2 lớp mới có thể đạt tới độ sáng này, khiến chi phí tăng lẫn sản xuất phức tạp hơn. Trong khi đó, nếu họ vẫn dùng eLEAP mà áp dụng kiến trúc xếp chồng 2 lớp phát sáng hữu cơ, độ sáng có thể tăng lên tới 3.000 nit - bất khả thi với công nghệ truyền thống.

Không chỉ vậy, JDI cho biết eLEAP khi loại bỏ mặt nạ FMM thì tận dụng nguyên vật liệu hiệu quả hơn. Do ở quy trình lắng đọng chân không kiểu cũ, rất nhiều vật liệu phải bỏ đi do bám lại trên mặt nạ, lại tốn công rửa trôi làm sạch bằng chất lỏng đặc biệt. Còn eLEAP thì không cần loại bỏ vật liệu bám lại nên giảm được chất thải và khí CO2 phát sinh từ quy trình sản xuất, thân thiện với môi trường hơn. Đồng thời, tránh gây lãng phí vật liệu hữu cơ trong quá trình lắng đọng.
Cuối cùng, eLEAP có thể sản xuất RGB OLED, công nghệ tấm nền giàu tiềm năng nhất trong 3 loại OLED, cao cấp hơn White OLED và Blue OLED (QD-OLED) của LG Display và Samsung Display. Việc thay đổi đến tận gốc rễ của quy trình sản xuất đã mang đến đột phá mà hàng chục năm qua ngành công nghiệp phải bó tay.

Thương mại hóa​

Việc sản xuất diễn ra ở fab G6 Mobara, Nhật Bản, hiện đã đạt sản lượng 60% so với công suất và có thể tăng tốc khai thác cho tới cuối năm khi sản xuất hàng loạt.

Quy trình sản xuất eLEAP hoàn toàn mới của JDI là 1 bước đột phá trong ngành công nghiệp OLED. Ngoài hàng loạt ưu điểm được phát huy từ nền tảng công nghệ cũ như mỏng nhẹ, tương phản cao, tốc độ phản hồi mau lẹ; nó lại cải thiện vượt bậc độ sáng và độ phân giải; đồng thời giảm bớt những lo ngại về tuổi thọ và burn-in. Đây chính là “chén thánh” mà người Nhật đang mang đến cho công nghệ OLED.

>>> Nhật công bố sản xuất đại trà tấm nền OLED mới, sáng và bền hơn vài lần OLED của LG và Samsung