Chạy đua chất lượng các công nghệ 3D

TV 3D giờ không còn là sản phẩm thử nghiệm mà đang ngày càng xâm lấn sang địa hạt gia đình với doanh số bán hàng tăng trưởng mạnh mẽ và không hề có dấu hiệu chững lại. Xu hướng này đã dấy lên một cuộc cạnh tranh mới về chất lượng hiển thị hình ảnh 3 chiều.

Chạy đua chất lượng các công nghệ 3D ảnh 1

Các nhà sản xuất chạy đua công nghệ 3D. Ảnh: Reiko Kusumoto.

TV 3D với khả năng hiển thị hình ảnh 3 chiều đầu tiên mới xuất hiện trên thị trường khoảng 6 tháng trước đây mang theo những hy vọng mới sau khi các nhà sản xuất đã quá mệt mỏi trong cuộc chiến hạ giá thành các phiên bản 2D của mình. Bằng việc tung ra các sản phẩm ban đầu thăm dò thị trường, các nhà sản xuất đều nhất trí rằng doanh số khởi đầu vô cùng thuận lợi.

Đại diện của Panasonic, quan chức điều hành bộ phận tiếp thị sản phẩm nghe nhìn kỹ thuật số Shiro Nishiguchi cho biết, hiện hãng này mới ra mắt một vài phiên bản, nhưng không ngờ là doanh số thu được tốt hơn cả mong đợi.

Samsung là hãng điện tử Hàn Quốc mở màn đầu tiên với doanh số bán tới 600.000 chiếc tính đến cuối tháng 6/2010 và sẽ nâng thêm mục tiêu doanh số bán hàng hàng năm của mình. Hãng này đã liên tiếp tung ra tới 15 phiên bản khác nhau, từ TV LCD tới Plasma tại các thị trường Mỹ. Trong lĩnh vực LCD, hệ thống màn hình với tần số quét 240Hz chiếm vị trí chủ đạo và tất cả đều có thể hỗ trợ hiển thị hình ảnh 3D. Tất nhiên là giá thành của thế hệ mới này cũng theo đó mà không hề rẻ.

Các hãng khác đến từ Nhật Bản như như Panasonic, Sony hay từ xứ sở Kim Chi như LG tuy không công bố doanh số bán hàng cụ thể, nhưng đều cho biết rất lạc quan về xu thế đón nhận của thị trường. Đại diện của Panasonic cho biết "trong quý II/2010, TV 3D chiếm khoảng 40% doanh số bán hàng đối với các màn TV 50 inch có khả năng hiển thị 3D". Sony cũng đang trong tình trạng lạc quan tương tự với nhận định của ông Satoru Kuge, Giám đốc phòng tiếp thị sản phẩm nghe nhìn dân dụng, "kể từ lúc bắt đầu bán vào tháng 6/2010, chúng tôi liên tục nắm giữ thị phần lớn nhất tại thị trường nội địa nếu tính theo sản lượng". Hiện mục tiêu doanh số tối thiểu cho năm 2010 của Sony được đặt ra ở mức 2,5 triệu sản phẩm, Samsung là 2 triệu sản phẩm, còn Panasonic và LG mỗi hãng một triệu.

Với thành công quá mong đợi của TV 3D, các nhà sản xuất TV một lần nữa bị đặt vào cuộc cạnh tranh mới là làm sao tăng cường chất lượng hình ảnh 3D lên cao hơn.

Hiện tại, hầu hết nhà sản xuất đều sử dụng cùng một cách thức hiển thị hình ảnh 3D thông qua phương pháp chiếu hình tuần tự. Hình ảnh độ phân giải cao Full HD (1.920 x 1.280 pixel) sẽ được lần lượt hiển thị ở mắt phải và mắt trái nhờ màn trập tinh thể trên kính xem phim đóng tuần tự mắt phải và trái, đồng bộ với hình ảnh hiển thị, từ đó tạo nên hình ảnh 3D thực thụ. Về nguyên tắc, bất kỳ ai cũng có thể tạo một TV có thể hiển thị 3D với một màn hình có tốc độ quét 120Hz trở lên, một kính với màn trập tinh thể lỏng và một cảm biến giúp đồng bộ giữa kính và TV này.

Tuy nhiên chất lượng hình ảnh hiển thị 3D vẫn cần tiếp tục được cải thiện. Vấn đề lớn nhất đối với phương pháp chiếu hình tuần tự trong công nghệ 3D là hiện tượng chồng hình (crosstalk) và độ sáng bị suy giảm.

Chồng hình là hiện tượng hình ảnh hiển thị ở mắt trái và hình ảnh mắt phải bị chồng lên nhau. Hiện tượng này không chỉ làm giảm chất lượng hình ảnh 3D mà còn gây cảm giác khó chịu và có thể tác động đến cảm xúc gây mệt mỏi. Nhiều nhà sản xuất đã coi việc tìm ra cá biện pháp giảm hiện tượng chồng hình là những ưu tiên hàng đầu.

Vấn đề thứ hai là hiện tượng độ sáng bị suy giảm. Ông Shigeaki Mizushima, một quan chức điều hành của Sharp, cho biết, "độ sáng trên màn hình Plasma và LCD có thể giảm tới 10% so với độ sáng trên các màn 2D thông thường". Nguyên nhân gây giảm độ sáng là ngoài việc ánh sáng bị suy giảm phụ thuộc vào độ trong của lớp kính phân cực, độ sáng còn mất đi do chính các biện pháp nhằm khắc phục nhược điểm chồng hình của các hãng sản xuất. Một điều đáng nói là sự suy giảm chất lượng từ hai hiện tượng này hoàn toàn có thể nhận thấy bằng mắt thường rất dễ dàng.

Trước đây, các nhà sản xuất TV vẫn còn mải mê cạnh tranh về những công nghệ hiển thị mà hầu hết khách hàng bình thường đều không nhận ra được sự khác biệt. Nhưng với công nghệ 3D, cuộc cạnh tranh đã đi vào chiều hướng thực tế hơn, dễ nhận biết hơn.

Giờ đây, các nhà sản xuất TV lại chia thành hai phe: LCD và Plasma và bắt đầu quảng cáo về chất lượng vượt bậc của các sản phẩm 3D TV của mình. Một lần nữa, cuộc chiến giữa hai phe LCD và Plasma lại được khuấy động và hứa hẹn sẽ căng thẳng hơn bao giờ hết.

Chạy đua chất lượng các công nghệ 3D ảnh 2

Công nghệ giảm chồng hình của Sony và Samsung. Hiện tượng chồng hình có thể được giảm trên màn LCD bằng cách chế tạo những tấm nền với tần số quét 240Hz và sử dụng công nghệ quét đèn nền LED. Sony đã khắc phục hiện tượng này bằng việc hiển thị 1 khung hình hai lần trên một dòng (a), trong khi Samsung chèn thêm một màn hình đen (b).

Vấn đề lớn nhất được các nhà sản xuất TV quan tâm chính là hiện tượng chồng hình, và để khắc phục vấn đề này cần phải có một màn hình với tốc độ hồi đáp đủ nhanh.

Panasonic vốn vẫn kiên trì theo đuổi công nghệ Plasma đang tiếp tục cải tiến công nghệ hồi đáp tốc độ cao của màn hình này. Các tấm Plasma vốn là công nghệ hiển thị chủ động nên tốc độ hồi đáp nhanh hơn LCD gấp nhiều lần. Vì thế, theo như đại diện của hãng, hiện tượng giao thoa trên các màn hình Plasma sẽ ít có vấn đề hơn so với LCD.

Mặc dù vậy, trên thực tế, Panasonic cũng đã áp dụng một số công nghệ nhằm giảm thiểu hiện tượng chồng hình trên TV 3D của mình. Hãng này đã phát triển một chất phosphor mới với thời gian tắt chỉ bằng một phân ba so với trước đây trên các dòng sản phẩm năm 2009. Dải tương phản trên màn hình Plasma cũng được cải thiện thông qua việc thêm một xung ánh sáng. Trước đây, công nghệ này kích hoạt các xung ngắn nhất trước (màu tối) rồi chồng lớp ánh sáng theo từng cấp độ lên mức sáng nhất, nhưng ở các phiên bản mới, trình tự kích hoạt được đảo ngược, các xung dài nhất (màu sáng) được kích hoạt trước. Công nghệ mới do đó đã rút ngắn đáng kể thời gian lưu ảnh, từ đó giảm thiểu hiện tượng chồng hình giữa hình ảnh mắt trái và hình ảnh mắt phải.

Do các tấm LCD thường hiển thị hình ảnh với thời gian sáng lên và tối đi khá dài nên nói chung các màn hình này dễ bị hiện tượng chồng hình hơn là công nghệ Plasma. Hiện các nhà sản xuất đã tăng tần số quét hình từ 120Hz lên gấp đôi, đạt 240Hz, cũng như phát triển thêm các biện pháp khác, như cải tiến phương pháp phát ánh sáng nền bằng đèn LED.

Mỗi một công ty khác nhau lại có những biện pháp khắc phục hiện tượng chồng hình khác nhau. Sony chẳng hạn, chọn cách hiển thị một hình ảnh hai lần trên một dòng cho mắt phải và mắt trái. Đèn nền chỉ được bật trên những vùng không có hiện tượng chồng hình giữa mắt phải và mắt trái, đồng thời màn trập tinh thể trên kính sẽ ở chế độ mở ở những khung hình này.

Sharp cũng sử dụng cách tiếp cận tương tự, nhưng với bộ điều khiển đèn nền LED tinh vi hơn. Hình ảnh sẽ được chia thành 5 hoặc 6 vùng theo chiều dọc, và ánh sáng mỗi vùng được điều khiển độc lập để hạn chế tối thiểu hiện tượng chồng hình.

Cách tiếp cận của Samsung lại khác. Hãng này chèn xen kẽ một khung hình đen vào giữa hình ảnh của mắt phải và mắt trái (hình b). Đèn nền LED sẽ phát sáng đồng bộ với hình ảnh. Hiện tại hệ thống đèn nền LED cũ của hãng không điều khiển sáng theo vùng nên hãng này đang dự định trên các tấm nền mới sẽ chia thành 8 vùng để điều chỉnh độc lập.

Toshiba cũng sử dụng công nghệ chèn một khung hình đen và các hình ảnh mắt phải và trái. Theo chuyên gia hình ảnh Yuji Motomura, "cách tiếp cận này giảm thiểu hiện tượng chồng hình hiệu quả hơn là hiển thị cùng một khung hình 2 lần liên tiếp". Đèn nền LED của Toshiba được điều khiển theo 16 vùng dọc đối với các màn công nghệ đèn LED hậu chiếu trực tiếp hoặc 2 vùng đối với các màn công nghệ đèn LED cạnh.

Về hiện tượng giảm độ sáng, rất nhiều nhà sản xuất từ chối không muốn tiết lộ những biện pháp cụ thể để giải quyết vấn đề. Sony cho rằng họ giải quyết theo hướng tăng hiệu quả phát sáng của nguồn LED trên các hình ảnh 3D cao hơn là so với 2D. Số màn LCD phân cực trên kính xem cũng được giảm từ 2 xuống còn một để tăng cường thêm độ sáng, ngoài ra không có biện pháp cụ thể nào. Công ty duy nhất chịu công bố những dữ liệu về độ sáng trên TV 3D là Sharp. Hãng này cho biết màn hình của mình có độ sáng 100cd/m2 hoặc hơn, cao nhất so với chuẩn công nghiệp xem qua kính thông dụng hiện tại. Đại diện của Sharp cho biết, so với hình ảnh 2D, độ sáng trên hình ảnh 3D sẽ bị giảm khoảng 18% khi nhìn qua kính phân cực. "Độ sáng phải tăng ít nhất là 90cd/m2 mới đạt được như TV 2D (thông thường là 500cd/m2). Ngay cả những TV 3D sáng nhất của các hãng khác cũng chỉ đạt chừng 60cd/m2", ông này cho biết.

Với việc TV 3D ngày càng thông dụng, các nhà sản xuất tấm nền LCD tại Hàn Quốc và Đài Loan đang đẩy mạnh phát triển về công nghệ để cải tiến tốc độ hồi đáp và độ sáng cho các TV sử dụng công nghệ mành dọc (VA_ vertical alignment) vốn vẫn là công nghệ thông dụng nhất. Thiết kế kiểu công nghệ mành dọc vẫn được coi là tối ưu hơn so với thiết kế công nghệ IPS (in-plane switching) về mặt hiển thị, tuy nhiên, các tấm nền IPS hiện nay đã được cải tiến để có chất lượng không hề thua kém nếu không muốn nói là còn tốt hơn.

Một số các nhà sản xuất khác cũng đang đặc biệt chú trọng tới việc phát triển và sản xuất màn hình công nghệ mới với tên gọi PSA (polymer sustained alignment). Hiện đã có một số hãng đã đưa vào sản xuất hàng loạt như liên minh AU Optronics Corp. (AUO) của Đài Loan và Samsung, và hiện cũng đang được hãng Chimei Innolux Corp. (CMI) của Đài Loan cân nhắc.

PSA sử dụng ánh sáng cực tím để điều hướng polymer tinh thể lỏng. Ở công nghệ này, các chất tinh thể lỏng được trộn kèm với các monomer thân cực tím. Khi tấm nền được áp điện kèm với chiếu tia cực tím, các monomer cùng các phân tử sẽ theo đó quay theo. Theo một nguồn tin từ hãng AUO, hình ảnh hiển thị của chúng không thua gì so với photo-alignment, đồng thời đạt tốc độ hồi đáp tới 4ms và độ sáng tới 20% so với công nghệ hiện tại. Thêm vào đó, giá thành cho việc áp dụng lên các dây chuyền sản xuất LCD còn rẻ hơn là đầu tư dây chuyền sản xuất theo công nghệ mới.

Sony không chịu thua kém khi phát triển công nghệ hiển thị của riêng mình với tên gọi FPA (field-induced photo-reactive alignment). Tương tự như PSA, công nghệ này sử dụng cực tím cùng với điện áp để điều khiển phân tử tinh thể lỏng theo hàng. Do các tấm nền điều hướng được hãng phát triển nội tại nên quy trình công nghệ cụ thể không được tiết lộ. Chỉ biết rằng với bản tấm nền mẫu, hình ảnh hiển thị cho thấy chất lượng không thua kém PSA, thậm chí còn hơn.

Một trong những lợi thế của công nghệ FPA là các tấm nền này có thể được sản xuất với cùng dây chuyển sản xuất màn PSA. Sony đang hy vọng, nếu thành công hãng có thể chuyển giao công nghệ cho bất kỳ nhà sản xuất nào hiện đang áp dụng công nghệ PSA dưới dạng các hợp đồng li-xăng để tăng thêm lợi nhuận.

Chạy đua chất lượng các công nghệ 3D ảnh 3

Công nghệ ứng dụng trên TV 3D tốn nhiều thời gian quảng cáo. Ảnh: Planet-techno-science.

Đối với hình ảnh 3D sử dụng công nghệ hiển thị tuần tự, việc cải tiến chất lượng hình ảnh màn hình sẽ phải đi kèm với việc cải tiến cả kính xem đi kèm. Các tấm nền LCD sử dụng trong kính 3D thường là dạng STN (super-twisted nematic) vốn vẫn được sử dụng trong màn đơn sắc của máy tính điện tử trước đây. Chúng tuy rẻ tiền nhưng để có thể có được độ hồi đáp cỡ vài ms cần phải có một điện áp khoảng 20V, thêm vào đó góc nhìn cũng rất hẹp.

Nhằm giải quyết vấn đề này, Toshiba đã phát triển một tấm nền LCD mới chuyên cho kính 3D sử dụng phương pháp uốn cong nhờ quang học (optically compensated bend_OCB) để tăng độ hồi đáp. Với công nghệ này, độ hồi đáp chỉ còn 0,1ms. Theo Toshiba, mặc dù các màn STN cũng có thể đạt độ hồi đáp cao nếu có điện áp thích hợp nhưng việc đẩy điện áp lên tới 20V là phi thực tế. Các kính OCB chỉ cần một nguồn khoảng 6V để đạt được hiệu quả tương tự với độ tương phản đạt 5000:1 từ mặt trước và 1000:1 từ góc nhìn tối đa ±30°. Độ trong của tấm nền cũng hơn công nghệ cũ tới 33%, giúp cải thiện đáng kể độ sáng của hình ảnh.

Toshiba đã đưa vào sản xuất hàng loạt các màn OCB cho kính từ 2004 nhưng hiện giá cả vẫn còn khá cao. Đại diện hãng này tin rằng với nhu cầu sử dụng 3D ngày càng tăng, giá thành kính sẽ giảm khi lượng sản xuất đạt tới khoảng 10 triệu sản phẩm.

Bên cạnh phương pháp chiếu hình tuần tự, còn có nhiều công nghệ hiển thị khác được thiết kế chuyên cho sử dụng TV 3D tại gia. Một trong số đó là phương pháp Xpol sử dụng phim phân cực tròn.

Xpol không bị hiện tượng chồng hình do một phim phân cực đặc biệt gọi là Xpol đặt ở phía trước tấm nền LCD được công ty Arisawa Manufacturing (Nhật) phát triển. Ở công nghệ này, các đường pixel lẻ (chạy ngang) được quay theo chiều kim đồng hồ, còn các đường pixel chẵn quay hướng ngược lại. Kính xem cũng sử dụng phim phân cực, sẽ chỉ cho phép mắt phải nhìn thấy đường lẻ, còn mắt trái nhìn thấy đường chẵn, từ đó sinh ra hình ảnh 3D. Công nghệ này hiện đã được sử dụng trên các màn TV 3D của LG, Hyundai cũng như các màn 3D thương mại của Panasonic, Sony và Victor (Nhật).

Ở công nghệ Xpol, hình ảnh của cả mắt phải và mắt trái đều trong một khung hình nên độ chồng hình là thấp nhất. Kính xem 3D cũng chỉ nhẹ khoảng 20 gram, chỉ bằng một nửa so với các kính đang được sử dụng theo công nghệ hiển thị tuần tự hiện nay.

Công nghệ này chỉ gặp vấn đề ở chỗ độ phân giải theo chiều dọc chỉ còn một nửa. Mặc dù giải pháp khắc phục có thể dùng các màn phân giải "4K x 2K" (hiển thị 4.000 x 2.000 pixel) nhằm bù đắp độ phân giải mất đi, nhưng việc ứng dụng nó không khả thi do quá trình sản xuất sẽ phức tạp và khó khăn hơn.

Hiện cả Arisawa và Victor đang hợp tác phát triển công nghệ mới HR-Xpol có khả năng hiển thị hình ảnh 3D với độ phân giải Full HD mà không cần tới các màn 4K x 2K. Công nghệ này đã chính thức được công bố vào tháng 5 năm nay, tận dụng một lớp tinh thể lỏng có thể chuyển đổi để quay được cả trái và phải cũng với phân cực tròn.

Theo Nguyễn Hà (Sohoa)

Đọc thêm