Đã 8 năm kể từ nguyên mẫu đầu tiên, vì sao chưa thương mại được TV microLED?

MicroLED là công nghệ mới nổi có nhiều tiềm năng, hứa hẹn sẽ thay thế LCD và OLED trong một tương lai xa xăm không ai biết được. Vậy chúng có ưu điểm gì hơn các công nghệ màn hình hiện nay, và vì sao lại khó thương mại trên TV đến vậy?

Công nghệ microLED là gì?

Giống như tên gọi, microLED là một phiên bản của công nghệ màn hình phát quang LED, ngay cả OLED cũng được xem là một nhánh khác nằm trong LED. Màn hình LED đang hiện hữu rất phổ biến xung quanh bạn, sử dụng gallium nitride (GaN) vô cơ làm chất phát sáng. Ứng dụng có rất nhiều, ví dụ làm màn hình quảng cáo, bảng hiệu kỹ thuật số, màn hình tại hành lang, phông nền hội trường,... Còn LED hữu cơ (OLED) thì được dùng nhiều trên smartphone, smartwatch, TV.

Quy ước chung trong ngành công nghiệp về LED truyền thống, miniLED và microLED (ảnh: LEDinside)

Theo quy ước chung ngành công nghiệp, microLED ám chỉ loại chip LED có kích cỡ dưới 100 micron, trong khi chip LED truyền thống thì lớn hơn 200 micron. Loại LED nằm giữa khoảng này là miniLED, từ 100 đến 200 micron. Hiện tại, có những chip LED đã đạt tới kích thước chỉ 3 micron. Chip LED tự điều khiển bật tắt phát sáng, do vậy microLED có đủ cả ba ưu điểm của OLED về góc nhìn, màu đen và tương phản, trong khi lại không bị burn-in do dùng vật liệu vô cơ.

Các nhà nghiên cứu ban đầu nhắm microLED cho các ứng dụng như màn hình smartwatch, thiết bị đeo VR/AR. Chúng có kích thước nhỏ, tiêu thụ năng lượng thấp và có nhiều dư địa phát triển trong tương lai. Tuy nhiên, ứng dụng có nhiều ý nghĩa hơn là làm màn hình TV thì lại gặp nhiều rào cản. Một TV 4K sẽ yêu cầu khoảng 25 triệu chip LED, mỗi điểm ảnh R-G-B cấu tạo từ ba chip LED tương ứng. Đối với 8K, sẽ cần 100 triệu chip LED, sản xuất chắc chắn rất phức tạp và tốn kém.

Một chiếc TV microLED 4K sẽ yêu cầu khoảng 25 triệu chip LED (ảnh: FlatpanelsHD)

Thách thức của TV microLED

Người ta phải chế tạo ra các chip microLED trên từng phiến silicon gọi là wafer. Sau đó vận chuyển chúng đặt vào vị trí định trước trên bề mặt bảng điều khiển mà không được có sai sót. Mỗi điểm ảnh tạo nên từ một nhóm chip theo mẫu RGB, sau đó nối với mạch điều khiển dòng điện. Công đoạn kiểm thử được tiến hành để xác định xem có chip nào bị lỗi hay không, bởi việc đặt chip vào đúng vị trí cực kỳ khó khăn nên cả với những cánh tay robot siêu chính xác, vẫn không đảm bảo hoàn hảo 100%.

Những chip LED bị lỗi sẽ được thay thế và kiểm thử lại tiếp tục, cho đến khi đảm bảo màn hình hoạt động đạt yêu cầu. Việc thử nghiệm và sửa chữa như vậy có thể tốn hàng giờ, còn quá trình vận chuyển chip đặt vào bảng điều khiển có thể tốn hàng tuần hay hàng tháng. Theo thời gian, cánh tay robot mỗi phút có thể vận chuyển chip LED càng nhiều và càng chính xác, sẽ càng rút ngắn thời gian chế tạo và giảm chi phí.

Nguyên mẫu TV Crystal LED có góc nhìn gần như hoàn hảo, hình ảnh bảo toàn cả khi nhìn từ góc xiên rất hẹp (ảnh: The Verge)

Nguyên mẫu microLED đầu tiên được giới thiệu năm 2012 tuy chỉ có hơn 6 triệu chip LED nhưng đã phải mất đến 3 tháng để hoàn thiện. Chiếc TV Crystal LED đó của Sony vẫn được xem là TV LED "thực" đầu tiên, tức màn hình gồm các chip LED vô cơ phát sáng và hiển thị, phân biệt với TV LCD dùng đèn nền LED và TV OLED. Đến nay, quy trình sản xuất đã tiến xa hơn rất nhiều so với thời điểm đó, nhưng người ta vẫn chưa thành công trong việc thương mại hóa microLED. Đủ cho thấy mức độ phức tạp của việc sản xuất.

Bên cạnh khó khăn của công đoạn vận chuyển chip LED số lượng lớn, cực kỳ tinh vi và tốn nhiều thời gian, còn phải kể đến khoảng cách điểm ảnh cực kỳ nhỏ trên màn hình. Như đã nói ở trên, vị trí của mỗi chip LED phải chính xác tuyệt đối, chính bởi giới hạn vật lý của mạch điện liên kết. Khoảng cách điểm ảnh (pitch pixel) sẽ tác động đến kích thước của màn hình TV. Tất nhiên chúng ta cần các kích thước thực tế dễ lắp đặt và ứng dụng, chứ không phải khổng lồ như một bức tường chỉ phù hợp với trình diễn, triển lãm hoặc một không gian phòng cực rộng.

Nguyên mẫu TV microLED đầu tiên được giới thiệu tại CES 2012, hơn 6 triệu chip LED, độ phân giải FHD, 55 inch

Các hệ thống CLEDIS của Sony hay The Wall của Samsung hiện nay vẫn chưa giải quyết được rào cản này. Bởi chúng được tạo nên từ các module hiển thị, dùng cơ chế lắp ghép giống màn hình LED truyền thống. Mỗi module đó lại được cấu thành từ các tấm nền microLED nhỏ hơn nữa, chứ không phải một tấm nền hiển thị hoàn chỉnh như TV LCD và OLED hiện nay.

Chính bởi vì khoảng cách điểm ảnh còn quá lớn, hạn chế lượng chip LED của mỗi tấm nền dẫn tới độ phân giải còn thấp. Thực tế xét theo kích thước, mật độ điểm ảnh, độ phân giải, tấm nền microLED trên CLEDIS hay The Wall còn không bằng cả nguyên mẫu TV Crystal LED từ 8 năm trước của Sony! Mỗi tấm nền này không lớn hơn một chiếc smartphone, độ phân giải cũng chưa tới FHD, để có kích thước và độ phân giải mong muốn chỉ còn cách ghép nhiều tấm lại với nhau. Trong khi nguyên mẫu Sony tại CES 2012 đã là tấm nền 55 inch Full HD.

Đến CES 2020, đã có nhiều hơn các nguyên mẫu hoặc màn hình thương mại microLED đến từ Samsung, Sony, LG,... (ảnh: Trusted Review)

Việc đặt chip LED theo mẫu R-G-B một cách chính xác và cân chỉnh để chúng có khoảng cách đúng không đơn giản. Người ta đã nghĩ đến một hướng đi khác, lợi dụng chấm lượng tử để giúp đơn giản hóa quá trình sản xuất. Thay vì sản xuất ba loại chip và đặt chúng theo mẫu tương ứng R-G-B để tạo nên điểm ảnh, tại sao chúng ta không chỉ sản xuất một lại LED Blue rồi dùng chấm lượng tử tái tạo màu Red và Green, tạo thành điểm ảnh RGB như mong muốn? Cách làm này sẽ giúp giảm chi phí đáng kể dù màn hình không chất lượng bằng loại RGB ban đầu.

Tương lai

Vận chuyển chip số lượng lớn và cân chỉnh khoảng cách điểm ảnh chỉ là hai khó khăn nổi cộm trong nhiều vấn đề mà microLED phải đối mặt. Với một công nghệ giàu tiềm năng nhưng phức tạp như microLED, có lẽ 8 năm là chưa đủ để tiến tới thương mại trên TV. Trong bối cảnh LCD và OLED đang cạnh tranh quyết liệt, và LCD vẫn ở thế thượng phong nhờ quy trình sản xuất trưởng thành hơn, cơ hội cho microLED khá nhỏ.;

Với tốc độ phát triển rất nhanh, TV OLED đang dần có chỗ đứng trên thị trường, trong khi microLED còn quá non trẻ (ảnh: Yonhap) 

Các hệ thống khổng lồ được ghép từ nhiều module chắc chắn không phải cách để TV microLED cạnh tranh với hai công nghệ kia. Thậm chí so về tỉ lệ kích thước trên giá tiền, bất cứ công nghệ LCD hay LED nào cũng không có cửa với máy chiếu tại gia (home cinema). Hệ thống lớn nhất hiện nay được Sony lắp đặt là 790 inch, độ phân giải 16K, tại Nhật Bản. Với người dùng phổ thông, việc lắp đặt một hệ thống vài trăm inch như vậy kém khả thi hơn một chiếc TV sử dụng tấm nền vài chục inch hoàn chỉnh, cả về không gian lẫn chi phí. 

Samsung cho biết sẽ thương mại TV microLED vào cuối năm nay với kích thước từ 75 đến 150 inch, dùng giải pháp ghép module. Sony cũng đang tìm cách giảm chi phí sản xuất để đưa giá màn hình microLED xuống thấp hơn. Đó đều là những nỗ lực rất có ý nghĩa của các hãng để người dùng tiếp cận với công nghệ mới dễ hơn. Tuy nhiên, mấu chốt vẫn nằm ở việc khi nào công nghệ này đủ trưởng thành để đáp ứng nhu cầu của khách hàng cá nhân. Hệ thống lớn sẽ cần cho các doanh nghiệp hay tổ chức, chứ không phải chúng ta.

8 năm chỉ đủ để Sony và Samsung tạo ra những hệ thống khổng lồ với giá vài trăm ngàn đến cả triệu USD, còn rất lâu nữa mới có thể sản xuất TV với kích thước 55 hay 65 inch bằng công nghệ microLED (ảnh: nguyên mẫu TV Crystal LED 55 inch, Cnet)

Từ kích thước phù hợp (hiện nay, kích cỡ TV tăng trưởng mạnh chủ yếu là 55 và 65 inch), giá cả vừa tầm (không quá vài ngàn USD), dễ vận chuyển và lắp đặt, độ phân giải cao (4K và 8K),... Vẫn còn một chặng đường dài với TV microLED. Hoặc nếu bạn thuộc thiểu số đã sở hữu biệt phủ với tài khoản ngân hàng nhiều triệu USD, có sẵn một bức tường khổng lồ cần được lấp đầy bởi các khung hình sắc nét nhất, hãy liên hệ ngay với Sony hoặc Samsung để đặt hàng từ bây giờ.

Ambitious Man