Công Nghệ & Ứng Dụng

Sơ lược về màn hình tinh thể lỏng LCD

Wikicabinet – Kênh thông tin tri thức nhân loại kính chào quý độc giả ở kỳ trước chúng tôi đã giới thiệu các chủ đề về:

Sự phản chiếu hấp dẫn của Trái đất khiến mặt trăng yếu đi vào tháng 11

Kỳ này wikicabinet xin giới thiệu đến độc giả một chủ đề thú vị về Sơ lược về màn hình tinh thể lỏng LCD. Mời quý độc giả đón theo dõi chủ đề này cùng wikicabinet nhé.

Bạn có thể không nhận ra mắt mình mất bao lâu mỗi ngày để thu nhận thông tin qua các màn hình và thiết bị hiển thị khác nhau.

Theo một cuộc khảo sát, vào năm 2019, trung bình một người có gần 7 giờ mỗi ngày với đôi mắt nhìn chằm chằm vào nhiều màn hình khác nhau. Ví dụ: điện thoại di động, đồng hồ thông minh, màn hình máy tính, máy đọc sách điện tử và các thiết bị điện tử có thể đeo khác nhau,… Điều này có nghĩa là ngoài thời gian ngủ, mọi người trong xã hội hiện đại dành gần một nửa thời gian trong ngày để nhìn chằm chằm vào các màn hình và thiết bị hiển thị khác nhau. Trung bình cứ 2 giây thì có gần một giây bạn đang nhìn vào màn hình điện tử. Trong xã hội hiện đại, các loại thiết bị điện tử ngày càng trở nên phổ biến, bạn sẽ ngày càng chỉ dành nhiều thời gian hơn để tiếp xúc với các loại màn hình. Bạn có thể suy nghĩ về nó một cách nghiêm túc, có phải bạn dành quá lâu mỗi ngày để nhìn chằm chằm vào màn hình. Nhưng bạn đã không nhận ra điều đó. Trên thực tế, bạn không biết rõ về các loại màn hình mà bạn đang nhìn hàng ngày.

Sơ lược về màn hình tinh thể lỏng LCD

Sau khi đọc bài viết này, bạn sẽ có hiểu biết đầy đủ và có hệ thống về các nguyên tắc cũng như đặc điểm của các màn hình khác nhau.

Hiện tại, màn hình thương mại phổ biến nhất có thể được chia thành hai loại chính về nguyên lý kỹ thuật, đó là màn hình tinh thể lỏng, màn hình tinh thể lỏng LCD và điốt phát sáng hữu cơ OLED. Nguyên tắc hiển thị hiện tại của hai loại màn hình này dựa trên nguyên lý quang học là kết hợp ba màu cơ bản thành pixel.

Các điểm ảnh rất nhỏ và rất dày đặc, và không thể nhìn thấy các điểm ảnh trong khoảng cách thị giác bình thường của mắt người. Phần này là khu vực của màn hình LCD độ phân giải 4k mà tôi đã chụp bằng ống kính macro.

Mặc dù nguyên tắc giống nhau, nhưng nguyên tắc của đơn vị phát sáng nhỏ nhất bao gồm LCD và OLED về cơ bản là khác nhau. Tiếp theo, chúng tôi xin nói về nguyên lý hoạt động của công nghệ màn hình LCD.

Trước hết, tấm nền màn hình tinh thể lỏng LCD có cấu tạo nhiều lớp, nguyên lý phát sáng của tấm nền LCD là phát ra ánh sáng trắng xuyên qua lớp tấm nền ở dưới cùng của tấm nền hiển thị. Ánh sáng xuyên qua cấu trúc nhiều lớp của bảng hiển thị để chiếu sáng toàn bộ bảng hiển thị để đạt được sự phát sáng. Mỗi pixel pixel vật lý bao gồm các pixel phụ với 3 màu rgb. Mỗi điểm ảnh phụ là một đơn vị truyền ánh sáng có thể được điều khiển riêng. Bản thân điểm ảnh phụ không có màu, mà là ánh sáng trắng phát ra qua tấm đèn nền, được ánh sáng trắng chiếu qua lớp sơn màu rgb 3 ngoài cùng và hiển thị màu sắc.

Trong quá trình này, ba điểm ảnh phụ vàng được sử dụng để kiểm soát lượng ánh sáng đi vào để đạt được sự kết hợp của ba màu cơ bản với độ sáng khác nhau. Nếu khoảng cách đủ xa, mắt người không thể phân biệt ba điểm ảnh phụ của các màu khác nhau và có thể kết hợp các điểm ảnh có màu cụ thể.

Ví dụ: tất cả ba pixel phụ trong một pixel đều cho phép đèn nền lớn nhất đi qua. Màu đỏ, xanh lá cây và xanh lam đạt độ sáng cao nhất cùng một lúc. Khi đó, một pixel bao gồm ba pixel con này sẽ được mắt người nhận biết là màu trắng ở một khoảng cách nhất định.

Nếu các điểm ảnh phụ màu đỏ và xanh lá cây không truyền ánh sáng, thì điểm ảnh có ánh sáng xanh lam sẽ có màu xanh lam khi nhìn từ xa.

Cả hai màu đỏ và xanh lá cây đều truyền ánh sáng, nhưng màu xanh lam không truyền ánh sáng. Sau đó, pixel này được hiển thị bằng màu vàng.

Làm thế nào màu đen được hiển thị?

Rất đơn giản, cả ba điểm ảnh phụ đều được che chắn khỏi đèn nền và chúng trông có màu đen.

Vậy pixel phụ che chắn đèn nền trắng như thế nào? Đây là một tính năng của màn hình tinh thể lỏng LCD. Đó là, hai bộ phim phân cực được sử dụng. Chức năng của phim hoang tưởng là lọc bỏ ánh sáng lạc vào từ nhiều góc độ và chỉ giữ lại ánh sáng lọt vào từ một góc nhất định.

Một là phân cực trên ống kính máy ảnh. Một là cặp kính phân cực cho phim 3D. Bạn có thể hiểu hai cái này như một tấm phim dệt hai lớp của một điểm ảnh phụ. Mình đặt bảng led dạ quang này ở phía dưới, bạn có thể hiểu nó là đèn nền của bảng hiển thị. Ánh sáng phát ra từ tấm đèn nền được lọc ra bởi hai lớp phim phân cực. Khi góc phân cực đạt đến 90 độ, ánh sáng về cơ bản được lọc hết.

Khi ánh sáng phát ra từ đèn nền, chỉ có ánh sáng có góc phân cực nhất định đi qua và đến lớp phim phân cực thứ 2. Vì góc phân cực vuông góc với lớp thứ nhất nên ánh sáng không thể xuyên qua. Màu đen được hiển thị theo cách này. Mỗi điểm ảnh phụ sử dụng nguyên tắc phân cực ánh sáng để đạt được sự kiểm soát riêng của lượng ánh sáng để điều chỉnh độ sáng, cuối cùng là hiển thị màu và đen trắng.

Sự thể hiện này chỉ là nguyên lý, nhưng có một sự khác biệt lớn trong tình hình thực tế, đó là, các pixel trên màn hình LCD bao gồm hàng chục triệu hoặc thậm chí hàng trăm triệu, và mỗi pixel bao gồm ba pixel phụ của ba màu cơ bản. Vậy làm thế nào chúng ta có thể xoay một số lượng lớn các phim phân cực như vậy để kiểm soát riêng lượng ánh sáng đi vào mỗi điểm ảnh phụ?

Đây là điểm mấu chốt, đó là lý do tại sao LCD được gọi là màn hình tinh thể lỏng. Vì lý do này, có một lớp vật liệu đặc biệt giữa hai màng phân cực, lớp tinh thể lỏng huyền thoại có thể điều khiển cấu trúc xoắn ốc của tinh thể lỏng thông qua hiệu điện thế để thay đổi các đặc tính quang học của sóng ánh sáng truyền qua lớp tinh thể lỏng, và thay đổi góc phân cực của ánh sáng. Kiểm soát xem ánh sáng có thể đi qua tấm phim phân cực thứ hai hay không.

Nói một cách đơn giản, nó được so sánh với bộ phim phân cực quay vừa được chứng minh. Một màn hình LCD thực sử dụng điện áp để điều khiển cấu trúc xoắn ốc của lớp tinh thể lỏng giữa hai màng phân cực để thay đổi góc phân cực của ánh sáng. Phần quay nằm trong lớp tinh thể lỏng, không nằm trong màng phân cực.

Mỗi điểm ảnh phụ có một mạch logic để điều khiển điện áp riêng lẻ, giúp giải quyết vấn đề kiểm soát truyền ánh sáng của điểm ảnh phụ này ở mức hàng chục triệu. Phim phân cực cũng sử dụng nguyên tắc này để lọc ánh sáng đi lạc trên ống kính máy ảnh, lọc phản xạ trên mặt nước và lá cây, thậm chí cả ánh sáng đi lạc trên bầu trời để làm cho cảnh vật sạch hơn, bầu trời xanh hơn và trong suốt hơn. Kính phân cực phim 3D cũng lọc ánh sáng để mắt trái và mắt phải có thể nhìn thấy các hình ảnh khác nhau tương ứng, nhận ra độ sâu của 3D. Tất nhiên, có nhiều cách để hiện thực hóa phim 3D, và việc sử dụng phân cực chỉ là một trong số đó. Bởi vì tôi không nói nhiều,

Những chia sẻ trên đây là nguyên lý hoạt động của một điểm ảnh phụ của màn hình tinh thể lỏng LCD. Ba pixel phụ tạo thành một pixel và hàng nghìn pixel được xếp với nhau để tạo thành màn hình LCD. Ưu điểm của LCD là công nghệ và nền công nghiệp đã phát triển rất mạnh và có thể sản xuất hàng loạt với giá thành tương đối thấp. Do đó, dù là điện thoại di động, máy tính hay các sản phẩm điện tử khác nhau thì màn hình LCD vẫn chiếm phần lớn. LCD cũng có nhược điểm. Một trong những nhược điểm là không có cách nào để hiển thị màu đen tuyền. Mặc dù phần lớn ánh sáng đã được lọc qua hai tấm phim phân cực, nhưng dù sao thì một lượng nhỏ ánh sáng sẽ đi qua tấm phim phân cực. Đây là lý do tại sao ngay cả khi màn hình LCD hiển thị hình ảnh hoàn toàn đen, hình ảnh dường như vẫn hoạt động.

Điều này cũng dẫn đến khuyết điểm thứ hai, đó là độ tương phản của bức tranh không đủ lớn, bạn có thể hiểu độ tương phản của bức tranh là tỷ lệ giữa màu trắng sáng nhất và màu đen đậm nhất. Vì LCD không có cách nào hiển thị màu đen theo đúng nghĩa đen. Vì vậy tỷ lệ này tương đối thấp.

Ngoài ra, có một nhược điểm thứ ba, đó là ít nhất 80% ánh sáng phát ra từ đèn nền bị lọc bỏ. Ngay cả khi nó hiển thị màu trắng, bởi vì tấm nền LCD có hai lớp phim phân cực và một lớp tinh thể lỏng, có các lớp điện cực, tấm phân cực, lớp thủy tinh, v.v. Ánh sáng đi qua các lớp này sẽ làm mất độ sáng đáng kể nên điện năng tiêu thụ sẽ tương đối lớn. Ngay cả khi công suất của toàn bộ bảng đèn nền màu đen được hiển thị là không đổi, hầu hết đèn nền sẽ bị lãng phí một cách vô ích. Nếu tấm nền LCD cần hiển thị hình ảnh sáng hơn, nó cần tấm nền có đèn nền để cung cấp đèn nền có độ sáng lớn hơn. Độ sáng càng cao sẽ khiến độ đen của các điểm ảnh đen không đủ. Vì vậy, bạn thấy, đây là sự bối rối mà các tấm nền LCD phải đối mặt, nếu độ sáng cao hơn, độ tương phản sẽ giảm xuống. Việc cải thiện độ tương phản đòi hỏi một tấm phim phân cực tốt hơn để lọc ra màu đen thuần khiết hơn, trong khi độ sáng không thể quá cao. Hiện tại, các đại gia lớn về panel màn hình, bao gồm Samsung và LG, đang không ngừng tìm giải pháp, tập trung giải quyết những bất cập vừa nêu. Hiện tại, công nghệ LCD cần được tối ưu hóa chủ yếu về độ tương phản, điện năng tiêu thụ và độ sáng. Một câu cuối cùng về LCD, TV led phổ biến cách đây vài năm là một điểm rất dễ bị rỗ. Có vẻ như TV LED không liên quan gì đến LCD. Trên thực tế, TV LED là bảng điều khiển LCD, nhưng bảng đèn nền sử dụng bảng phát sáng LED. Về cơ bản, nó là một TV LCD.

Trong kỳ tiếp theo, Wikicabinet trân trọng mời độc giả đón đọc chủ đề Tại sao màn hình OLED của Apple lại đắt như vậy?

Nếu có những thắc mắc hay muốn tìm hiểu về bất kỳ chủ đề nào, hãy liên hệ với Wikicabinet bằng cách bình luận ở phía dưới nhé.

Leave a Reply