Cấu Tạo Và Nguyên Lý Màn Hình Lcd Là Gì? Nguyên Lý Hoạt Động Của Màn Hình Lcd

Màn hình LCD (Liquid Crystal Display) hay còn gọi là màn hình tinh thể lỏng, thường được ứng dụng rộng rãi trong các thiết bị điện tử như dùng làm màn hình quảng cáo, máy tính, tivi, điện thoại,… Trong bài viết này, mời bạn cùng kiemthetruyenky.vn tìm hiểuxem màn hình LCD là gì, có cấu tạo và đặc tính như thế nào.

Đang xem: Cấu Tạo Và Nguyên Lý Màn Hình Lcd Là Gì? Nguyên Lý Hoạt Động Của Màn Hình Lcd

I. Màn hình LCD là gì?

LCD (Màn hình tinh thể lỏng) là một loại màn hình phẳng sử dụng các tinh thể lỏng ở dạng hoạt động chính của nó. Đèn LED có một loạt các trường hợp sử dụng khác nhau cho người tiêu dùng và doanh nghiệp, vì chúng thường được tìm thấy trong điện thoại thông minh, TV, màn hình máy tính và bảng điều khiển thiết bị.

LCD là một bước tiến lớn về mặt công nghệ mà chúng thay thế, bao gồm đi-ốt phát quang (LED) và màn hình plasma khí. Màn hình LCD mỏng hơn nhiều so với công nghệ ống tia âm cực (CRT). Màn hình LCD tiêu thụ ít điện hơn nhiều so với màn hình LED và màn hình hiển thị khí vì chúng hoạt động trên nguyên tắc ngăn ánh sáng chứ không phát ra. Khi đèn LED phát ra ánh sáng, các tinh thể lỏng trong màn hình LCD tạo ra hình ảnh sử dụng đèn nền.

Khi màn hình LCD đã thay thế các công nghệ màn hình cũ, thì màn hình LCD đã bắt đầu được thay thế bằng các công nghệ màn hình mới như OLED.

II. Cấu tạo màn hình LCD.

Cấu tạo màn hình LCD bao gồm:

Khung dưới: Khung dưới bảo vệ các thành phần màn hình LCD và hoạt động như một nền tảng chứa các thành phần lại với nhau.Đèn nền: Các tinh thể lỏng không tự tạo ra ánh sáng, vì vậy cần phải có một phương tiện cung cấp ánh sáng khác để có thể xem được màn hình. Nguồn sáng có thể là ánh sáng xung quanh hoặc nguồn sáng nhân tạo nằm phía sau hoặc bên cạnh màn hình. Màn hình LCD là một màn hình truyền dẫn, do đó nó cần một nguồn sáng bên ngoài.

Tấm phản xạ: Tấm phản xạ cung cấp khả năng tái chế đèn nền LCD. Nó thường được gọi là DBEF (phim tăng cường độ sáng kép). DBEF tăng độ sáng trên trục và do đó có nhiều ánh sáng hơn để truyền qua màn hình LCD. Thông thường, một BEF có thể tăng độ sáng lên 40% -60%. Trong một số ứng dụng, hai BEF được sử dụng để tăng cường độ truyền sáng.Tấm dẫn sáng (LGP): LGP là một tấm acrylic thường được làm từ nhựa PMMA (poly metyl methacrylate) nguyên chất. PMMA cực kỳ trong suốt và có khả năng chống chịu thời tiết cao. Hướng dẫn ánh sáng là một tấm nhựa được khắc với một mô hình các vết lồi phản chiếu ánh sáng theo một hướng cụ thể. LGP chuyển đổi nguồn sáng hình đường thẳng thành nguồn sáng hình phẳng. Một ma trận các đường được khắc trên đáy của bảng điều khiển LPG để hướng ánh sáng ra phía trước, được gọi là cắt chữ V. Ánh sáng đi vào lớp dẫn sáng từ hai bên sẽ thoát ra phía trước.Tấm khuếch tán: Tấm khuếch tán được thiết kế để chia nhỏ và phân phối ánh sáng đồng đều để tạo ra ánh sáng dịu nhẹ. Tấm khuếch tán ánh sáng trải đều khắp các kích thước của màn hình tạo thành một hình vuông chắc chắn, chiếu sáng đồng đều và giảm các điểm nóng của đèn LED.Tấm lăng kính: Một tấm lăng kính được cung cấp trên bề mặt trên của tấm dẫn sáng của màn hình tinh thể lỏng. Tấm lăng kính có các đường gờ nhỏ, góc cạnh trên bề mặt phía trước của nó có chức năng tái chế ánh sáng ngoài trục cho đến khi nó được phát ra ở góc nhìn tối ưu. Các sóng ánh sáng thoát ra ở góc sáng nhất đối với người xem hoặc chúng được gửi lại qua các lớp chiếu sáng phía sau cho đến khi chúng thoát ra một cách chính xác.Máy phân cực đáy: Máy phân cực được tạo ra bằng cách kéo căng một vật liệu giống như nhựa để kéo dài các sợi của nó, sau đó nhúng vật liệu vào iốt để kéo dài thêm và tổ chức các sợi của vật liệu thành một mạng lưới các đường thẳng song song tối mà mắt người không nhìn thấy được. Điều này giống như một bộ lọc chỉ cho phép sóng ánh sáng theo phương thẳng đứng đi qua, và phần còn lại của sóng ánh sáng sẽ bị chặn lại.Chất nền thủy tinh đáy (Backplane): Thủy tinh đặc biệt được sử dụng làm chất nền khởi đầu cho quy trình sản xuất bóng bán dẫn màng mỏng (TFT). Tinh thể lỏng thường được “kẹp” giữa hai bộ lọc phân cực ở góc 90 độ với nhau. Ánh sáng phân cực đi vào mặt sau của tinh thể lỏng từ đèn LED chiếu sáng phía sau. Khi tinh thể nematic không được cung cấp năng lượng, nó “xoắn” ánh sáng phân cực 90 độ để nó đi qua bộ lọc phân cực thứ hai. Khi đặt một điện trường vào tinh thể lỏng, ánh sáng không bị xoắn nên bị chắn bởi bộ lọc phân cực thứ hai.Bóng bán dẫn màng mỏng: Một bóng bán dẫn có lớp hoạt động, mang dòng điện là một màng mỏng (thường là màng silicon – Si), trái ngược với MOSFET, được làm trên các tấm silicon và sử dụng silicon số lượng lớn làm lớp hoạt động. Trong màn hình phẳng, ánh sáng phải có thể đi qua vật liệu nền để đến được với người xem. Các tấm silicon trắng đục rõ ràng sẽ không phù hợp với những màn hình truyền qua này. Thủy tinh là chất nền ban đầu được sử dụng phổ biến nhất vì nó có độ trong suốt cao và tương thích với các bước xử lý chất bán dẫn thông thường. Vì thủy tinh không phải là một chất bán dẫn như silicon, một lớp mỏng silicon được lắng đọng ở trên và các bóng bán dẫn được chế tạo bằng cách sử dụng lớp mỏng này. TFT giúp điều khiển điện áp tại mỗi subpixel để điều chỉnh hình ảnh hiển thị.Tinh thể lỏng: Các tinh thể lỏng thay đổi định hướng dưới điện trường tác dụng và do đó có thể chặn hoặc truyền ánh sáng. Tinh thể lỏng là các phân tử hình que, xoắn khi có dòng điện tác dụng vào chúng. Mỗi tinh thể hoạt động giống như một màn trập, cho phép ánh sáng đi qua hoặc chặn ánh sáng. Mô hình của các tinh thể trong suốt và tối tạo thành hình ảnh. Các tinh thể lỏng trong màn hình LCD ở dạng xoắn tự nhiên.Điện cực chung: Nó được làm từ indium-thiếc-oxit (ITO) trong suốt để đặt điện áp lên lớp tinh thể lỏng. Điện cực chung đóng một vai trò quan trọng trong việc duy trì điện áp pixel đồng nhất trên toàn bộ màn hình LCD. Trong màn hình màu, ITO hiện được chia thành ba màu: đỏ, lục và lam (RGB).Bộ lọc màu (RGB): Bộ lọc màu tạo ra màu sắc cho hình ảnh trên màn hình LCD. Bộ lọc màu bao gồm sắc tố đỏ, lục và lam và được căn chỉnh với một subpixel cụ thể trong ô. Bộ lọc này bao gồm chất nền thủy tinh mỏng và chống màu. Ba mẫu kháng màu (đỏ, xanh lá cây và xanh lam) được hình thành trên nền thủy tinh. Các mẫu R, G, B được gọi là subpixel. Một màn hình LCD có thể hiển thị màu sắc phải có ba điểm ảnh phụ với các bộ lọc màu đỏ, xanh lá cây và xanh lam để tạo ra mỗi pixel màu. Thông qua sự kiểm soát cẩn thận và sự thay đổi của điện áp được áp dụng, cường độ của mỗi subpixel có thể dao động trên 256 sắc thái. Kết hợp các subpixel tạo ra một bảng màu có thể có 16,8 triệu màu (256 màu đỏ x 256 màu xanh lục x 256 màu xanh lam với độ sâu màu 8 bit). Những màn hình màu này chiếm một số lượng lớn bóng bán dẫn (TFT’s). Một máy tính xách tay điển hình hỗ trợ độ phân giải lên đến 1.920×1.080. Nếu chúng ta nhân 1.920 cột với 1.080 hàng với 3 subpixel, chúng ta sẽ có 6.220.800 bóng bán dẫn được khắc trên kính bảng nối đa năng.Lớp nền thủy tinh trên cùng: Loại thủy tinh đặc biệt được sử dụng cho quá trình sản xuất bộ lọc màu.Bộ phân cực trên cùng: Ánh sáng được phân cực theo chiều ngang ở bộ phân cực trên cùng. Chức năng của bộ phân cực là cải thiện màu sắc và độ nét, giúp bạn có thể nhìn thấy màn hình của LCD. Nếu các bộ phân cực bị loại bỏ khỏi màn hình LCD, nó sẽ không thể nhận dạng được các chữ cái hoặc hình ảnh. Khi đặt song song hai phim phân cực chồng lên nhau thì màn hình LCD sẽ sáng nhất. Tuy nhiên, khi đặt ở trên cùng và vuông góc với nhau, màn hình sẽ trông như thể nó có màu đen. Do đó, như đã mô tả, các đặc tính quang học của LCD, chẳng hạn như độ sáng và độ tương phản, bị ảnh hưởng rất nhiều bởi các đặc tính của phim phân cực.Khung hoặc Khung gầm trên cùng: Khung trên cùng nằm trên cùng và sử dụng khung mở.

III. Nguyên lý hoạt động.

Màn hình được tạo thành từ hàng triệu pixel. Chất lượng của màn hình thường đề cập đến số lượng pixel; ví dụ: màn hình 4K được tạo thành từ 3840 x2160 hoặc 4096×2160 pixel. Một pixel được tạo thành từ ba subpixel; màu đỏ, xanh lam và xanh lục – thường được gọi là RGB. Khi các subpixel trong một pixel thay đổi kết hợp màu, có thể tạo ra một màu khác. Với tất cả các pixel trên màn hình cùng hoạt động, màn hình có thể tạo ra hàng triệu màu khác nhau. Khi các pixel được bật và tắt nhanh chóng, một bức ảnh sẽ được tạo ra.

Cách một pixel được kiểm soát ở mỗi loại màn hình là khác nhau; CRT, LED, LCD và các loại màn hình mới hơn, tất cả các điểm ảnh điều khiển đều khác nhau. Nói tóm lại, màn hình LCD được chiếu sáng bằng đèn nền và các điểm ảnh được bật và tắt bằng điện tử trong khi sử dụng các tinh thể lỏng để xoay ánh sáng phân cực. Một bộ lọc kính phân cực được đặt ở phía trước và phía sau tất cả các điểm ảnh, bộ lọc phía trước được đặt ở góc 90 độ. Ở giữa cả hai bộ lọc là các tinh thể lỏng, có thể được bật và tắt bằng điện tử.

Màn hình LCD được chế tạo bằng ma trận thụ động hoặc lưới hiển thị ma trận chủ động. Màn hình LCD ma trận hoạt động còn được gọi là màn hình bóng bán dẫn màng mỏng (TFT). Màn hình LCD ma trận thụ động có một lưới các dây dẫn với các điểm ảnh nằm ở mỗi giao điểm trong lưới. Một dòng điện được gửi qua hai dây dẫn trên lưới để điều khiển ánh sáng cho bất kỳ pixel nào. Một ma trận hoạt động có một bóng bán dẫn nằm ở giao điểm của mỗi pixel, cần ít dòng điện hơn để kiểm soát độ chói của pixel. Vì lý do này, dòng điện trong màn hình ma trận hoạt động có thể được bật và tắt thường xuyên hơn, cải thiện thời gian làm mới màn hình.

Một số màn hình LCD ma trận thụ động có chức năng quét kép, nghĩa là chúng quét lưới hai lần với dòng điện trong cùng thời gian mà nó thực hiện cho một lần quét trong công nghệ gốc. Tuy nhiên, ma trận hoạt động vẫn là một công nghệ vượt trội hơn cả hai.

IV. Các loại màn hình LCD.

Các loại LCD bao gồm:

Xoắn Nematic (TN) – không tốn kém trong khi có thời gian phản hồi cao. Tuy nhiên, màn hình TN có tỷ lệ tương phản, góc nhìn và độ tương phản màu sắc thấp.Trong màn hình Chuyển đổi bảng điều khiển (Tấm nền IPS) – tự hào có tỷ lệ tương phản, góc nhìn và độ tương phản màu tốt hơn nhiều khi so sánh với TN LCD.Bảng căn chỉnh dọc (VA Panels) – được coi là chất lượng trung bình giữa màn hình TN và IPS.Chuyển đổi trường rìa nâng cao (AFFS) – là công cụ hoạt động hàng đầu so với các màn hình IPS trong phạm vi tái tạo màu.

V. Điều gì xảy ra bên trong màn hình LCD?

Hãy để chúng ta đi trên một chùm ánh sáng khi nó đi qua các thành phần khác nhau của màn hình LCD:

Khi màn hình được bật nguồn, đèn LED nền phát ra ánh sáng trắng.Ánh sáng đi vào tấm dẫn sáng (LGP), phản xạ bên trong và được phân bổ đều trên bề mặt trên của tấm.Tấm khuếch tán phân tán ánh sáng hơn nữa, vì vậy không có điểm nóng nào được quan sát bên ngoài LGP.DBEF tái chế ánh sáng tán xạ và tấm lăng kính đảm bảo rằng ánh sáng được tập trung và hướng về phía người xem.Bộ phân cực đáy cho phép ánh sáng có bước sóng dọc đi qua đồng thời chặn các hướng khác.Sau đó ánh sáng phân cực thẳng đứng đi qua lớp tinh thể lỏng.Các tinh thể lỏng sau đó được điều khiển bằng cách đặt điện áp thích hợp qua TFT và điện cực chung. Tinh thể lỏng có thể chặn ánh sáng trắng ở một mức độ thay đổi. Bộ lọc phía trước mỗi subpixel chỉ cho phép thông qua một loạt các bước sóng thích hợp với màu của nó. Để kiểm soát độ sáng của mỗi subpixel, tế bào tinh thể lỏng được cung cấp năng lượng hoặc khử năng lượng để chặn hoặc truyền ánh sáng.Ánh sáng đi qua các tinh thể lỏng và các bộ lọc màu để tạo ra các màu cơ bản là đỏ, lục và lam.Sau đó, ánh sáng phân cực được lọc bởi bộ phân cực trên cùng — chỉ truyền ánh sáng phân cực theo chiều ngang.Cuối cùng, người xem có thể tận hưởng màu sắc rực rỡ, độ tương phản cao và hình ảnh sắc nét trên màn hình kỹ thuật số.

Xem thêm: Phát Hiện Chồng Nói Dối, Đàn Bà Khôn Làm Gì? Chớ Im Lặng Rồi Tự Chuốc Họa Sau Này!

VI. Các tính năng và thuộc tính của màn hình LCD.

Để đánh giá các thông số kỹ thuật của màn hình LCD, sau đây là một số điều bạn cần biết.

1. Độ phân giải gốc.

Không giống như màn hình CRT, màn hình LCD hiển thị thông tin tốt chỉ ở độ phân giải mà chúng được thiết kế, được gọi là độ phân giải gốc. Màn hình kỹ thuật số giải quyết từng pixel riêng lẻ bằng cách sử dụng ma trận cố định gồm các chấm ngang và dọc. Nếu bạn thay đổi cài đặt độ phân giải, màn hình LCD sẽ chia tỷ lệ hình ảnh và chất lượng sẽ bị ảnh hưởng. Độ phân giải gốc thường là:

17 inch = 1024×76819 inch = 1280×102420 inch = 1600×1200

2. Góc nhìn rộng.

Khi bạn nhìn vào màn hình LCD từ một góc, hình ảnh có thể mờ hơn hoặc thậm chí biến mất. Màu sắc cũng có thể bị mô tả sai. Để bù đắp cho vấn đề này, các nhà sản xuất màn hình LCD đã thiết kế góc nhìn rộng hơn. (Đừng nhầm lẫn điều này với màn hình rộng, có nghĩa là màn hình rộng hơn về mặt vật lý.) Các nhà sản xuất đưa ra thước đo góc nhìn theo độ (số độ càng lớn càng tốt). Nói chung, hãy tìm trong khoảng 120 đến 170 độ. Vì các nhà sản xuất đo góc nhìn khác nhau nên cách tốt nhất để đánh giá là tự kiểm tra màn hình. Kiểm tra góc từ trên xuống dưới cũng như các cạnh, ghi nhớ cách bạn thường sử dụng màn hình.

3. Độ sáng hoặc Độ chói.

Đây là phép đo lượng ánh sáng mà màn hình LCD tạo ra. Nó được tính bằng nits hoặc một candelas trên mét vuông (cd / m2). Một nit bằng một cd / m2. Xếp hạng độ sáng điển hình nằm trong khoảng từ 250 đến 350 cd / m2 cho các màn hình thực hiện các tác vụ có mục đích chung. Để hiển thị phim, đánh giá độ sáng sáng hơn như 500 cd / m2 là mong muốn.

4. Tỷ lệ tương phản.

Tỷ lệ tương phản đánh giá mức độ khác biệt của khả năng tạo ra màu trắng sáng và màu đen tối của màn hình LCD. Con số này thường được biểu thị dưới dạng tỷ lệ, ví dụ: 500: 1. Thông thường, tỷ lệ tương phản nằm trong khoảng từ 450: 1 đến 600: 1 và chúng có thể được xếp hạng cao tới 1000: 1. Tuy nhiên, tỷ lệ hơn 600: 1 cung cấp ít cải thiện so với tỷ lệ thấp hơn.

5. Tỷ lệ phản hồi.

Tỷ lệ phản hồi cho biết các pixel của màn hình có thể thay đổi màu sắc nhanh như thế nào. Nhanh hơn sẽ tốt hơn vì nó làm giảm hiệu ứng bóng mờ khi hình ảnh di chuyển, để lại một thử nghiệm mờ nhạt trong các ứng dụng như video hoặc trò chơi.

6. Khả năng điều chỉnh.

Không giống như màn hình CRT, màn hình LCD linh hoạt hơn nhiều để định vị màn hình theo cách bạn muốn. Màn hình LCD có thể xoay, nghiêng lên và xuống, và thậm chí xoay từ chế độ ngang (với mặt phẳng ngang dài hơn mặt phẳng dọc) sang chế độ dọc (với mặt phẳng dọc dài hơn mặt phẳng ngang). Ngoài ra, vì chúng có trọng lượng nhẹ và mỏng nên hầu hết các màn hình LCD đều có giá đỡ tích hợp để gắn trên tường hoặc cánh tay.

Xem thêm:

Bên cạnh những tính năng cơ bản, một số màn hình LCD còn có những tiện ích khác như loa tích hợp, cổng Universal Serial Bus (USB) tích hợp và khóa chống trộm.