Nhà sản xuất di động Kyocera của Mỹ là người đã tiên phong sớm cho ra mắt chiếc smartphone đầu tiên trang bị màn hình sapphire trên thế giới với một sức chịu đựng đáng nể qua các bài thử nghiệm. Vậy màn hình này đặc biệt như thế nào?
Bài viết dưới đây sẽ giải thích và cung cấp cho bạn cái nhìn chân thực và sâu sắc hơn về công nghệ màn hình màn hình sapphire và sự khác biệt giữa nó với công nghệ màn hình khá phổ biến hiện nay là Gorilla Glass.
Màn hình Sapphire là gì và nó được sản xuất như thế nào?
Sapphire là một loại đá quý được tìm thấy trong tự nhiên với nhiều dạng thù hình và màu sắc khác nhau. Về bản chất thì nó chính là một trạng thái tinh thể của oxit nhôm có pha với một số vật chất khác như sắt, crôm và titan, do đó về mặt mỹ quan, sapphire nhìn rất óng ánh với nhiều màu sắc đẹp mắt.
Trong khi các viên đá sapphire màu đỏ hay màu xanh da trời thường gọi tắt là đá ruby và được ứng dụng vào gia công trang sức. Bên cạnh đó, sapphire vẫn còn một dạng thù hình khác ít màu sắc và đạt độ trong suốt tốt hơn để có thể ứng dụng vào việc sản xuất màn hình smartphone.
Tuy nhiên, nếu chỉ có những đặc tính như vậy thì sapphire có thực sự đặc biệt? Đó không phải là một câu hỏi quá khó phản bác bởi các nghiên cứu khoa học trước đây cũng đã chứng minh rằng, sapphire là một trong những vật liệu cứng nhất trên TG với thứ hạng 9/10 trong thang đo độ cứng Mohr, chỉ xếp sau kim cương.
Trong thực tế, điều này có thể hiểu như là kim cương mới có khả năng làm trầy xước và làm hỏng hình thái của sapphire.
Về công nghệ sản xuất loại vật liệu này, hiện nay đang có hai phương pháp. Một là phương pháp khai thác truyền thống từ các mỏ quặng, mặc dù có thể đạt độ nguyên chất cao nhưng thực sự đây chỉ được coi như là bài toán sản xuất tạm thời bởi số lượng sapphire trên Trái Đất cũng không hẳn là vô tận.
Với phương pháp thứ hai, đó là việc sản xuất sapphire tổng hợp trong các lò luyện. Quá trình này được thực hiện bằng cách làm nóng chảy một phần nhỏ quặng trộn với bột oxit nhôm ở nhiệt độ cao lên tới 3300 độ F (1815 độ C) và sau đó là để nguội và kết tinh lại thành một khối sapphire lớn. Trên thực tế, bởi oxit nhôm và sapphire đều có cấu tạo hóa học tương đồng nên việc nung nóng oxit nhôm này cũng hoàn toàn giống với quá trình tạo thành sapphire trong tự nhiên.
Trong khi đó, với công nghệ màn hình kính cường lực Gorilla Glass của Corning, đây là một công nghệ chế tạo ra được các lớp kính có thể chịu lực tác động tốt hơn so với các lớp kính thông thường. Do đó, nếu như có tác động vượt ngoài ngưỡng giới hạn, kính vẫn thể vỡ như bình thường.
Công nghệ sản xuất kính Gorilla Glass được bắt đầu bởi việc nung chảy Silicon-dioxide kết hợp với các hóa chất khác để tạo thành một dạng thủy tinh lỏng mà Corning gọi là aluminosilicate (một loại thủy tinh kết hợp với nhôm, silicon và oxy).
Loại kính này có chứa ion Natri, một thành phần quan trọng trong giai đoạn sản xuất tiếp theo khi các tấm kính sau khi được cắt theo hình dáng mong muốn sẽ được nhúng vào các bể muối chứa ion Kali. Dựa trên các phản ứng hóa học xảy ra, các ion Kali sẽ lần lượt thay thế các ion Natri trong mạng tinh thể để tạo nên các lớp bảo vệ vững chắc bên ngoài.
Thuộc tính
Màn hình sapphire đã được khoa học chứng minh như là một trong mười loại vật liệu cứng nhất trên thế giới tuy nhiên, nhiều người vẫn lầm tưởng khái niệm này và cho rằng sapphire cứng như vậy thì không thể vỡ được.
Đó là một quan niệm sai lầm bởi sapphire vẫn có thể bị vỡ dễ dàng nếu như người dùng vô tình đánh rơi mạnh điện thoại xuống bề mặt cứng bởi hầu như kính sapphire với độ bền dù gấp 4 lần kính thông thường chỉ có tính năng ưu việt là bảo vệ tốt,chống trầy xước và tăng độ nhạy cho màn hình nhờ đạt hằng số điện môi lớn hơn thuỷ tinh thông thường tới 30%, ngoài ra, trong một số thử nghiệm về áp lực, sapphire thậm chí còn thua cả Gorilla Glass.
Trong bảng thông số kĩ thuật được cung cấp bởi nhà sản xuất sapphire GT Advanced, các thuộc tính cũng cho thấy sự vượt trội của màn hình sapphire tuy nhiên cũng có nhiều ưu điểm lại vô tình là nhược điểm cố hữu của loại vật liệu này.
Với thông số được quan tâm nhất là "fracture toughness" được hiểu như là "hệ số bền chống gãy", sapphire đạt điểm số cao nhất trong danh sách cùng với các đối thủ khác là kính và gốm sứ thêu kết với 2.3 MPa√m, gần gấp 3 lần so với kính Gorilla Glass.
Ngoài ra, các thông số còn lại, sapphire cũng vượt trội hơn hẳn. Chỉ có điều là loại vật liệu này lại nặng hơn gấp 70% so với kính thủy tinh do khối lượng riêng của nó là 3,98 gram/cm3, nặng hơn 1,6 lần so với 2,54 gram/cm3 của thủy tinh. Do vậy, nếu như sapphire được ứng dụng vào sản xuất màn hình smartphone thì một trong những nhược điểm lớn nhất của nó chính là trọng lượng và độ dày.
Giá thành và triển vọng tương lai
Một trở ngại lớn hiện nay khi quyết định ứng dụng vật liệu sapphire và sản xuất màn hình chính là vấn đề giá thành.
Theo ước tính, chi phí bỏ ra để sản xuất mỗi tấm màn hình kính Gorila Glass hiện nay là 3 USD trong khi với mỗi tấm sapphire được sản xuất, chi phí có thể đội lên đến 30 USD. Tuy nhiên, cũng rất may là với những thành quả công nghệ hiện nay, chi phí sản xuất đã được rút xuống chỉ còn 10 USD.
Thế nhưng, con số đó vẫn chưa thể là con số tối ưu cho việc sản xuất đại trà ở quy mô lớn. Do đó, việc gia tăng năng lực sản xuất và cung cấp loại vật liệu này là đang một yêu cầu vô cùng cấp thiết với rất nhiều các hãng công nghệ có mối quan tâm tới loại vật liệu này.
Một trong số đó có thể kể đến là Apple, hãng được cho là đã đầu tư với số tiền hơn 700 triệu USD vào một nhà máy ở Mesa, bang Arizona, Hoa Kỳ để gia tăng năng lực sản xuất sapphire tổng hợp lên gấp đôi so với công suất của các nhà máy trên toàn thế giới.
Do đó, nếu như dây chuyền trên của Apple được hoàn thiện sớm và sẵn sàng cung cấp ra thị trường thì trong tương lai không xa, vấn đề giá thành của màn hình sapphire sẽ không còn là điều đáng quan tâm nữa đặc biệt đến lúc đó, sapphire nhiều khả năng sẽ còn trở thành loại vật liệu màn hình phổ biến nhất giúp mở ra một kỉ nguyên mới cho các thiết bị thông minh.
Nguồn Phonearena.
Bình luận