Màn hình LCD

Công nghệ màn hình LCD (viết tắt của Liquid-Crystal Display) là công nghệ hiển thị dựa trên các tế bào chứa tinh thể lỏng, có khả năng thay đổi sự phân cực của ánh sáng. Sự thay đổi này kết hợp với các kính lọc phân cực giúp điều chỉnh cường độ ánh sáng truyền qua. Màn hình LCD nổi bật với đặc điểm mỏng nhẹ, hình ảnh sắc nét, chân thực và tiết kiệm điện năng.

Truy xuất ngày 01 tháng 4 năm 2015.</ref>

Lịch sử

Kể từ năm 1970, màn hình LCD được chế tạo từ vật liệu phản xạ ánh sáng khi có sự thay đổi điện áp. Nguyên lý hoạt động dựa trên ánh sáng nền (Back Light), với cấu trúc bao gồm một lớp chất lỏng giữa hai lớp kính phân cực. Khi không có điện áp, các tinh thể lỏng xếp thẳng hàng giữa hai lớp kính, cho phép ánh sáng truyền qua theo hình xoắn ốc. Hai bộ lọc phân cực, hai bộ lọc màu và hai bộ điều chỉnh xác định cường độ ánh sáng và màu sắc của từng điểm ảnh. Khi có điện áp, lớp điều chỉnh tạo ra vùng điện tích, làm thay đổi sự sắp xếp của tinh thể lỏng, ngăn ánh sáng đi qua tại điểm ảnh đó. Các điểm ảnh trong màn hình LCD là các transistor nhỏ, hoạt động trong hai chế độ: cho ánh sáng đi qua hoặc không. Màn hình LCD trước đây tiêu tốn nhiều điện năng và có độ tương phản thấp, nhưng sự phát hiện của vật liệu 'Biphenyl' đã giúp LCD trở nên phổ biến hơn. LCD đầu tiên được sử dụng trong máy tính cầm tay, trò chơi điện tử, đồng hồ điện tử, và ngày nay đã được cải tiến để trở nên nhỏ gọn, nhẹ, tiết kiệm không gian, chất lượng hình ảnh tốt và tiêu thụ ít năng lượng, dần thay thế màn hình CRT.

Cấu tạo

Có hai kiểu cấu tạo màn hình LCD chính, khác nhau ở thiết kế nguồn sáng.

Trong kiểu cấu tạo đầu tiên, ánh sáng được phát ra từ một đèn nền, với nhiều phương phân cực giống như ánh sáng tự nhiên. Ánh sáng này đi qua lớp kính lọc phân cực đầu tiên, chuyển thành ánh sáng phân cực theo phương thẳng đứng. Ánh sáng phân cực này tiếp tục đi qua lớp thủy tinh và lớp điện cực trong suốt để đến lớp tinh thể lỏng. Sau đó, ánh sáng đi qua kính lọc phân cực thứ hai, có phương phân cực vuông góc với lớp kính đầu tiên, và cuối cùng đến mắt người quan sát. Kiểu màn hình này thường được sử dụng cho màn hình màu của máy tính và TV. Để tạo ra màu sắc, lớp kính lọc màu được thêm vào trước khi ánh sáng ra ngoài đến mắt người.

Trong loại màn hình LCD thứ hai, ánh sáng tự nhiên đi vào từ mặt trên và được phản xạ trở lại người xem bởi một gương nằm phía sau. Đây là thiết kế phổ biến ở các màn hình LCD đen trắng trên các thiết bị bỏ túi. Vì không cần nguồn sáng riêng nên loại màn hình này tiết kiệm năng lượng.

Phân loại sản phẩm

LCD ma trận thụ động

Màn hình LCD ma trận thụ động (dual scan twisted nematic, DSTN LCD) nổi bật với thời gian đáp ứng tín hiệu chậm (300ms) và dễ xuất hiện hiện tượng điểm sáng xung quanh khu vực kích hoạt, làm hình ảnh có thể bị mờ. Toshiba và Sharp đã phát triển công nghệ HPD (hybrid passive display) vào cuối những năm 1990, bằng cách điều chỉnh công thức vật liệu tinh thể lỏng để giảm thời gian chuyển đổi trạng thái của phân tử, đạt thời gian đáp ứng 150ms và độ tương phản 50:1. Sharp và Hitachi đã thử nghiệm cải tiến thuật toán phân tích tín hiệu đầu vào để khắc phục nhược điểm của DSTN LCD, nhưng kết quả đạt được vẫn chưa đáng kể.

LCD ma trận chủ động

Màn hình LCD ma trận chủ động sử dụng công nghệ ma trận transistor phiến mỏng (TFT LCD) thay vì lưới điện cực điều khiển, mang lại thời gian đáp ứng nhanh và chất lượng hình ảnh vượt trội so với DSTN LCD. Mỗi điểm ảnh được điều khiển độc lập bởi một transistor riêng biệt, cho phép kiểm soát trạng thái của từng điểm ảnh một cách độc lập và đồng thời, giúp giảm thiểu hiện tượng bóng ma thường thấy ở DSTN LCD.

Hoạt động bật tắt cơ bản

Khi không có điện áp đặt vào điện cực của một điểm ảnh, tinh thể lỏng tại điểm đó không bị ảnh hưởng, ánh sáng truyền qua vẫn giữ nguyên phương phân cực và bị kính lọc phân cực thứ hai chặn lại hoàn toàn. Do đó, điểm ảnh này sẽ bị tắt và hiển thị dưới dạng điểm tối đối với mắt người.

Để bật một điểm ảnh, cần áp một điện áp vào điện cực của nó, thay đổi định hướng của các phân tử tinh thể lỏng tại đó. Kết quả là ánh sáng truyền qua điểm ảnh sẽ bị xoay phương phân cực, có thể xuyên qua lớp kính lọc phân cực thứ hai và tạo ra điểm màu trên màn hình trước mắt.

Hiển thị màu sắc và sự chuyển động

Hình ảnh hiển thị trên màn hình là kết quả của việc tổng hợp tất cả các điểm ảnh, mỗi điểm ảnh có màu sắc và độ sáng riêng, được xác định theo quy tắc phối màu phát xạ dựa trên tỷ lệ của ba điểm ảnh cơ bản (đỏ, xanh lá, xanh dương). Màu sắc của điểm ảnh được điều chỉnh bằng cách bật hoặc tắt các điểm ảnh con tương ứng.

Để thực hiện điều này, điện áp thích hợp sẽ được áp dụng cho các điểm ảnh con trên cùng một hàng đồng thời, trong khi phần mềm máy tính chỉ định điện áp cho các cột có điểm ảnh con cần bật.

Tại mỗi thời điểm, các điểm ảnh có trạng thái bật/tắt nhất định để hiển thị một hình ảnh trên màn hình. Việc thay đổi trạng thái của các điểm ảnh tạo ra hình ảnh chuyển động bằng cách quét điện áp từ hàng này sang hàng kế tiếp (quét dọc) và từ cột này sang cột kế tiếp (quét ngang). Dữ liệu hình ảnh động từ máy tính được chuyển thành tín hiệu quét dọc và quét ngang để tái tạo hình ảnh trên màn hình.

• Phối màu phát xạ