Nano-pixel - công nghệ tiềm năng cho các loại màn hình phân giải siêu
cao, dẻo và điện năng thấp
Các ảnh tĩnh được vẽ bằng công nghệ nano-pixel.
Màn hình Retina trên iPhone 4 và 5 có mật độ điểm ảnh 326 ppi (326 pixel trên mỗi inch) và mỗi pixel riêng lẻ có kích thước 78 µm (micromet). Với kích thước điểm ảnh này thì mắt người thông thường không thể phân biệt được giữa các điểm ảnh do đó hình ảnh trên màn hình vẫn đảm bảo độ sắc nét cao. Tuy nhiên, các nhà khoa học tại Anh đã vừa phát triển một công nghệ có thể mở đường cho loại màn hình độ phân giải siêu cao với kích thước điểm ảnh ở tỉ lệ nm (nanomet) (1 nm = 0,001 µm).
Dẫn đầu bởi các nhà khoa học tại đại học Oxford, nhóm nghiên cứu đã tạo ra một nguyên mẫu thiết bị hiển thị với kích thước điểm ảnh 30 x 30 nm. Tiềm năng phân giải cực cao của công nghệ được phát hiện khá tình cờ khi nhóm nghiên cứu tìm hiểu về mối liên hệ giữa các đặc tính điện và quang học của vật liệu biến đổi pha (PCM). Loại vật liệu này có thể chuyển đổi từ dạng không kết tinh thành dạng kết tinh.
Bằng cách đặt các lớp vật liệu PCM Germanium-Antimony-Tellurium (Ge2Sb2Te5 hay GST) dày 7 nm giữa 2 lớp điện cực trong suốt làm bằng Indium tin oxide (ITO), các nhà khoa học đã phát hiện ra rằng họ có thể vẽ các ảnh tĩnh giữa các lớp vật liệu bằng lực nguyên tử hiển vi. Sau đó, nhóm nghiên cứu nhận thấy các nano-pixel có thể được bật/tắt bằng điện, qua đó tạo ra các chấm màu cơ bản cho một chiếc màn hình phân giải siêu cao.
Giáo sư Harish Bhaskaran đến từ khoa vật liệu thuộc đại học Oxford, chỉ đạo nghiên cứu cho biết: "Chúng tôi không có ý định phát minh một loại màn hình mới. Chúng tôi chỉ đơn thuần là tìm hiểu về mối quan hệ giữa các đặc tính điện và quang học của vật liệu biến đổi pha và sau đó chúng tôi có ý tưởng tạo ra cấu trúc vật liệu GST với nhiều lớp dày chỉ vài nm. Chúng tôi nhận thấy rằng không chỉ có thể tạo ra hình ảnh trong lớp vật liệu mà điều đáng ngạc nhiên là các lớp GST mỏng hơn có thể mang lại độ tương phản tốt hơn. Chúng tôi cũng phát hiện ra việc thay đổi kích thước của lớp điện cực dưới cùng cho phép thay đổi màu sắc của hình ảnh."
Tuy nhiên, độ phân giải siêu cao không chỉ là thứ duy nhất gây ấn tượng với công nghệ này. Cấu trúc xếp lớp của vật liệu GST được chế tạo bằng kỹ thuật thổi hạt do đó, các vật liệu có thể được lắng đọng thành các tấm film mỏng bên trên các chất nền siêu mỏng và dẻo.
"Chúng tôi đã chứng minh rằng công nghệ có thể thực hiện trên các tấm chất nền Mylar dẻo với độ dày khoảng 200 nm. Điều này mở ra tiềm năng ứng dụng cho các loại kính thông minh, màn hình gập được, màn hình hiển thị trên kính chắn gió và thậm chí là võng mạc nhân tạo mô phỏng khả năng của các tế bào cảm nhận kích thích ánh sáng trong mắt người," giáo sư Bhaskaran cho biết.
Thêm vào đó, cũng giống như loại màn hình tiết kiệm năng lượng E-Ink hiện đang được sử dụng trên các thiết bị đọc sách (eReader), tất cả các pixel trên màn hình không đòi hỏi phải được làm tươi liên tục như màn hình LCD truyền thống. Điều này có nghĩa chỉ các pixel cần được thay đổi để hiển thị trên màn hình mới được làm tươi, qua đó giảm mức tiêu thụ năng lượng đáng kể.
Hơn nữa, các nhà khoa học tin rằng các màn hình được chế tạo dựa trên công nghệ của họ có thể chuyển đổi giữa các chế độ đơn sắc như máy đọc sách để tiết kiệm pin, dùng ánh sáng phản chiếu từ môi trường và chế độ hiển thị bình thường dùng ánh sáng từ đèn nền. Một tiềm năng nữa của công nghệ là màn hình có thể được sản xuất từ các vật liệu rẻ tiền và có thể đạt độ tin cậy cao nếu được chế tạo dạng thể rắn. Trong số rất nhiều tiềm năng ứng dụng, nhóm nghiên cứu nhấn mạnh rằng công nghệ sẽ mang lại lợi ích nhiều nhất nếu được sử dụng làm các loại kính thông minh. Lúc này, các điểm ảnh nano sẽ cho phép hình ảnh được trình chiếu ở kích thước lớn hơn với độ phân giải cao hơn.
Giáo sư David Wright đến từ khoa kỹ thuật thuộc đại học Exeter, đồng tác giả bài báo cáo chi tiết về công nghệ cho hay: "Cùng với nhiều nhà nghiên cứu khác trên thế giới, chúng tôi đã và đang tìm cách sử dụng các vật liệu biến đổi pha như GST cho các ứng dụng về bộ nhớ máy tính trong nhiều năm qua. Tuy nhiên, chưa ai nghĩ rằng sự kết hợp giữa các chức năng điện và quang của nó lại tạo ra các loại màn hình mới với độ phân giải cao, không khả biến, màu sắc điện tử. Do đó, nghiên cứu của chúng tôi thật sự là một bước đột phá."
Mặc dù nghiên cứu trên vẫn nằm trong giai đoạn ban đầu nhưng nhóm nghiên cứu đã đệ đơn xin cấp bằng sáng chế cho công nghệ này. Đồng thời, họ cũng đang tiến hành thảo luận về loại màn hình mới với các công ty và nhà đầu tư qua Isis Innovation - công ty công nghệ thương mại của đại học Oxford.
Một báo cáo chi tiết về công nghệ màn hình nói trên cũng đã được đăng tải trên tạp chí Nature.
