LCD Alphabet Soup là gì? Tìm hiểu các loại công nghệ LCD

LCD Alphabet Soup – Tìm hiểu các loại công nghệ LCD

Từ những phát minh vào năm 1888 đến ứng dụng trong màn hình vào thập niên 1960, tinh thể lỏng đã dần trở thành vật liệu chủ đạo với vô số ứng dụng quan trọng đối với ngành điện tử – công nghệ.

Nhờ vai trò thiết yếu trong màn hình tinh thể lỏng (LCD), những vật liệu này có khả năng biến đổi độ phân cực của ánh sáng, tạo ra các hình ảnh sống động và có độ phân giải cao trên các thiết bị kỹ thuật số. Sự phát triển của công nghệ LCD đã và đang góp phần thúc đẩy mạnh mẽ thị trường hiển thị, với dự đoán giá trị ngành lên đến khoảng 178,20 tỷ USD vào năm 2026.

Bài viết này sẽ giúp bạn khám phá thế giới đa dạng của màn hình LCD, tìm hiểu các loại công nghệ LCD hiện có trên thị trường cũng như những ứng dụng của chúng.

Các loại công nghệ LCD và thuật ngữ

Rất nhiều loại màn hình LCD đã được phát triển để đáp ứng tốt nhất các trường hợp sử dụng và môi trường cuối cùng của chúng. Màn hình có thể được tối ưu hóa về mức tiêu thụ điện năng, tỷ lệ tương phản, tái tạo màu sắc, góc nhìn tối ưu, phạm vi nhiệt độ, chi phí, v.v.

Khi chọn loại LCD phù hợp nhất cho dự án, hãy xem xét những điều sau:

Màn hình LCD được chia làm 3 loại

 PM LCDs: Passive Matrix LCDs – Màn hình LCD ma trận thụ động

Màn hình LCD ma trận thụ động được xử lý bằng các điện cực chung và phân đoạn. Một pixel hoặc một biểu tượng được hình thành tại giao điểm nơi điện cực thông thường và điện cực phân đoạn chồng lên nhau. Các điện cực thông thường được xử lý lần lượt theo trình tự. Các điện cực phân đoạn được đánh địa chỉ đồng thời với thông tin tương ứng với tất cả các pixel hoặc biểu tượng được kết nối với điện cực chung hiện tại. Phương pháp này được gọi là ghép kênh.

Để ghép kênh hoạt động, cấu trúc tinh thể lỏng phải có điện áp ngưỡng (dưới ngưỡng này, nó không phản ứng với điện áp được áp dụng) và ‘độ dốc’ đáng kể trong hiệu ứng quang học theo hàm của điện áp được áp dụng khi điện áp ngưỡng bị vượt quá. Độ dốc quang học này liên quan trực tiếp đến số lượng điện cực chung có thể được giải quyết. Sự xoắn của tinh thể lỏng giúp tạo ra cả điện áp ngưỡng và phản ứng dốc.

Hơn nữa, các quy trình được sử dụng để sản xuất màn hình LCD Ma trận Hoạt động có thể tạo ra các chi tiết tốt hơn nhiều trên cấu trúc điện cực. Điều này cho phép chia mỗi pixel thành ba pixel phụ với màu sắc khác nhau. Điều này cùng với việc kiểm soát điện áp tốt hơn cho phép hiển thị đầy đủ màu sắc.

Màn hình LCD ma trận thụ động mang lại lợi thế về chi phí (cả bộ phận và dụng cụ) và có khả năng tùy biến cao. Bản sao của màn hình Ma trận thụ động là màn hình Ma trận chủ động.

 AM LCDs: Active-Matrix LCDs – Màn hình LCD ma trận hoạt động

Màn hình LCD ma trận chủ động được phát triển để khắc phục một số hạn chế của màn hình LCD ma trận thụ động – cụ thể là độ phân giải, màu sắc và kích thước:

• Trong màn hình LCD Ma trận Hoạt động, một “phần tử hoạt động” được thêm vào từng vị trí pixel (điểm giao nhau giữa hàng ngang và điện cực cột dọc). Các phần tử hoạt động này, có thể là điốt hoặc bóng bán dẫn, tạo ra một ngưỡng và cho phép kiểm soát phản ứng quang học của cấu trúc tinh thể lỏng với điện áp đặt vào.
• Các bóng bán dẫn được sử dụng làm công tắc để sạc tụ điện, sau đó cung cấp điện áp cho pixel. Bất cứ khi nào một hàng được bật, lần lượt, tất cả các công tắc bóng bán dẫn trong hàng đó sẽ đóng và tất cả các tụ điện pixel đều được sạc với điện áp thích hợp.
• Sau đó, tụ điện sẽ giữ điện áp cấp cho pixel sau khi tắt hàng cho đến chu kỳ làm mới tiếp theo.

Hơn nữa, các quy trình được sử dụng để sản xuất màn hình LCD Ma trận Hoạt động có thể tạo ra các chi tiết tốt hơn nhiều trên cấu trúc điện cực. Điều này cho phép chia mỗi pixel thành ba pixel phụ với màu sắc khác nhau. Điều này cùng với việc kiểm soát điện áp tốt hơn cho phép hiển thị đầy đủ màu sắc.

TFT: Thin-Film Transistor – Transistor màng mỏng

Các công tắc bóng bán dẫn được sử dụng trong Màn hình ma trận hoạt động không được nhô ra quá nhiều so với bề mặt của đế hiển thị để tránh chúng có thể ảnh hưởng đến độ dày lớp tinh thể lỏng đồng nhất. Chúng phải được thực hiện trong các màng mỏng bằng vật liệu phù hợp. Do đó, có tên là Transistor màng mỏng (TFT: Thin-Film Transistor).

Mặc dù AM và TFT có ý nghĩa khác nhau nhưng chúng thường được sử dụng thay thế cho nhau để biểu thị màn hình có hiệu suất cao hơn.

TFT có thể được hình thành bằng silicon vô định hình (ký hiệu là α-Si TFT), bằng silicon đa tinh thể (LTPS cho Poly Silicon nhiệt độ thấp) hoặc bằng các oxit kim loại bán dẫn (Ox-TFT hoặc IGZO-TFT cho Indium Gallium Zinc Oxide).

Hiện nay, Công nghệ hiển thị điện tử phổ biến nhất trên thị trường là công nghệ LCD và trong số các công nghệ LCD, công nghệ hiển thị TFT được sử dụng rộng rãi nhất trong các ứng dụng tiêu dùng (máy tính xách tay, máy tính bảng, TV, điện thoại di động, v.v.) cũng như nhiều ứng dụng công nghiệp, ô tô và y tế.

Cấu hình tinh thể lỏng cho màn hình PM

 TN: Twisted Nematic( Nematic xoắn)

Nematic đề cập đến một trong những pha phổ biến của tinh thể lỏng (Liquid Crystals – LC). Trong giai đoạn này, các phân tử dạng que có xu hướng tự sắp xếp ít nhiều song song với nhau.

Là công nghệ LCD thành công về mặt thương mại đầu tiên, màn hình LCD Ma trận xoắn thụ động (TN – Twisted Nematic) sử dụng độ xoắn 90° của chất lỏng nematic LC giữa hai bản phân cực để hiển thị thông tin.

Vòng xoắn của chất lỏng LC chặn ánh sáng đi qua tế bào LCD hoặc cho phép ánh sáng đi qua, tùy thuộc vào điện áp đặt vào. Điện áp đặt vào làm thay đổi hướng nematic xoắn thành hướng không làm thay đổi độ phân cực chặt. Đây được gọi là hiệu ứng TN.

Màn hình TN thường có màu trắng (NW – Normally White) khi chúng sử dụng hai bản phân cực lót trực giao hoặc thường có màu đen (NB – Normally Black) khi sử dụng bản phân cực tuyến tính song song. ‘Normally’ – thông thường – đề cập đến những gì xảy ra khi không có điện áp được áp dụng.

Ban đầu, màn hình LCD TN thụ động được sử dụng trong màn hình phân đoạn, biểu tượng hoặc ký tự trong đó phần tử hình ảnh được “bật” và “tắt” tùy thuộc vào cách chất lỏng được điều khiển. Những cải tiến đã được thực hiện trong quá trình giải quyết góc nhìn hạn chế của công nghệ TN, có thể bị mất độ tương phản hoặc thậm chí đảo ngược ở các góc nông.

Hiệu ứng TN cũng được sử dụng trong một số màn hình tinh thể lỏng Active Matrix (AM-LCD).

HTN: Hyper Twisted Nematic (Màn hình tinh thể lỏng siêu xoắn)

Việc xoắn các phân tử của pha tinh thể lỏng (nematic phase) một góc hơn 90 độ nhưng nhỏ hơn 180 độ có thể mang lại lợi thế nhất định. Các màn hình sử dụng phương pháp này là một tập hợp con của màn hình TN và đôi khi được gọi là Màn hình Hyper Twisted Nematic (Màn hình tinh thể lỏng siêu xoắn)

STN: Super Twisted Nematic (Nematic siêu xoắn)

Số lượng hàng hoặc biểu tượng có thể được xử lý trong màn hình TN mà không có địa chỉ Ma trận hoạt động là rất hạn chế. Điều này liên quan đến mức độ phản ứng mạnh mẽ của tinh thể lỏng với điện áp đặt vào. Xoay chất lỏng chủ đề LC hơn 180 độ (thường là từ 210 đến 270 độ) khiến màn hình yêu cầu chênh lệch điện áp nhỏ hơn nhiều giữa các pixel bật và tắt.

Điều này cho phép hiển thị nhiều hàng hơn mà không cần ma trận chủ động. Màn hình có độ xoắn từ 210 đến 270 độ được gọi là màn hình Super Twisted Nematic (STN).

Độ phân giải màn hình cao hơn của màn hình STN sẽ có giá trị riêng của nó. Hiệu ứng quang học không còn là màu đen trắng trung tính như trên màn hình TN. Thay vào đó, những màn hình này có màu vàng và đen hoặc xanh và trắng tự nhiên. Màu sắc có thể được bù đắp phần nào bằng các bản phân cực màu, nhưng điều đó làm giảm độ sáng và độ tương phản.

FSTN: Film Compensated Super Twisted Nematic

Màu sắc của màn hình STN (Super Twisted Nematic) xuất hiện do hiện tượng lưỡng chiết (ánh sáng bị tách thành các tia có tần số khác nhau). Để khắc phục nhược điểm này, người ta có thể bổ sung thêm một lớp vật liệu có tính chất lưỡng chiết theo hướng ngược lại với màn hình STN.

Giải pháp ban đầu là xếp chồng hai màn hình STN lên nhau, tạo thành màn hình Double STN (DSTN). Tuy nhiên, phương pháp này khiến màn hình trở nên dày hơn và đắt đỏ hơn.

Khả năng lưỡng chiết của màn hình STN có thể được tính gần đúng bằng một màng nhựa trong suốt kéo dài. Việc thêm phim như vậy vào màn hình STN thay vì màn hình STN thứ 2 sẽ hấp dẫn hơn rất nhiều và có hiệu suất gần như tương tự. Điều này được gọi là màn hình STN bù phim (FSTN hoặc đôi khi nếu hai phim được sử dụng làm FFSTN).

Một cách hiệu quả và tiết kiệm hơn là sử dụng phim bù đắp (compensating film) thay cho màn hình STN thứ hai. Màng phim trong suốt này được tích hợp vào màn hình STN, tạo ra màn hình FSTN (Film Compensated STN) – tức là màn hình STN bù phim. Nếu sử dụng hai màng phim bù đắp, màn hình được gọi là FFSTN.

Màn hình FSTN trở thành lựa chọn phổ biến trong các ứng dụng màn hình tiêu dùng, y tế và công nghiệp đòi hỏi chi phí thấp và không cần hình ảnh có độ phân giải cao hoặc đầy đủ màu sắc.

WVTN: Wide View Twisted Nematic (Chế độ xem rộng theo chủ đề xoắn)

WVTN (viết tắt của Wide View Twisted Nematic) là một công nghệ màn hình tinh thể lỏng (LCD) được phát triển dựa trên màn hình TN (Twisted Nematic) truyền thống. Mục tiêu của WVTN là cải thiện góc nhìn của màn hình TN, vốn là điểm yếu của loại màn hình này.

Thay vì sử dụng một lớp polymer đơn giản như FSTN, WVTN sử dụng một cấu trúc tinh thể lỏng xoắn được polymer hóa thành màng bù đắp cho màn hình TN. Cấu trúc tinh thể lỏng xoắn này được thiết kế đặc biệt để tối ưu hóa hiệu suất hiển thị ở góc nhìn nông trong khi vẫn duy trì hiệu suất tuyệt vời khi xem thẳng, nên công nghệ này được gọi là Wide View Twisted Nematic (WVTN).

VA or VAN: Vertically Aligned Nematic liquid crystal displays

Các công nghệ hiển thị trên có các phân tử tinh thể lỏng được sắp xếp gần như song song với bề mặt hiển thị với độ xoắn nhiều hay ít khi đi từ chất nền này sang chất nền khác. Trong màn hình VA (còn gọi là VAN – Vertically Aligned Nematic), các phân tử tinh thể lỏng được sắp xếp theo chiều dọc so với bề mặt hiển thị. Áp dụng điện áp khiến các phân tử nằm phẳng, có hoặc không có độ xoắn.

Ưu điểm của cách sắp xếp này là trạng thái đen rất tối và rất ít rò rỉ ánh sáng. Điều này cho phép tạo màn hình với mặt nạ đen và các biểu tượng hoặc biểu tượng màu. Những màn hình này trông giống như màn hình màu với màu sắc rực rỡ, tuy nhiên mỗi thành phần hình ảnh hoặc biểu tượng chỉ có thể có màu được chỉ định hoặc màu đen.

Đôi khi những màn hình này được gọi là màn hình PMVA để phân biệt chúng với màn hình VA sử dụng ma trận hoạt động.

Cấu hình tinh thể lỏng cho màn hình AM

Do khả năng của màn hình AM xử lý một hàng trong khi các hàng khác bị cô lập nên yêu cầu về hiệu suất quang điện của Cấu hình tinh thể lỏng ít nghiêm ngặt hơn. Về nguyên tắc, tất cả các cấu hình nêu trên đều có thể được sử dụng trong màn hình AM. Trong thực tế, TN và WVTN thường được sử dụng cũng như một số phiên bản của công nghệ VA được mô tả dưới đây. (MVA, AIFF-MVA, PVA, ASV).

 IPS: Chuyển mạch trong mặt phẳng và FFS – Fringe Field Switching – FFS

Chuyển mạch trên mặt phẳng (In-Plane Switching – IPS) và Fringe Field Switching – FFS là các công nghệ áp dụng kích thích điện giữa các điện cực chỉ trên một đế, không giống như tất cả các công nghệ khác được mô tả ở đây trong đó kích thích điện được áp dụng giữa các điện cực trên cả hai đế.

Ưu điểm của những công nghệ này là góc nhìn rộng hơn và đối xứng hơn nhiều cùng với việc loại bỏ hiện tượng đảo ngược độ tương phản (hoặc dịch chuyển màu) thường thấy ở màn hình LCD TN TFT khi nhìn từ nhiều góc độ khác nhau. Màn hình IPS và FFS cũng ít nhạy cảm hơn với áp lực, đây là một lợi thế lớn của màn hình cảm ứng.

Trong suốt quá trình phát triển của các công nghệ này, đã có các phiên bản ban đầu, siêu, nâng cao, chuyên nghiệp, v.v., dẫn đến rất nhiều từ viết tắt như (S-IPS, AS-IPS, H-IPS, FFS-Pro)

MVA and PVA: (Patterned) Multidomain Vertically Aligned

PVA và MVA là những chất nền hoạt động tương đương với công nghệ VA hoặc VAN được mô tả ở trên.

Ở đây, mỗi pixel phụ màu được chia thành các vùng (được gọi là miền) có hướng chuyển động phân tử khác nhau khi có điện áp. Một lần nữa, mục đích là mang lại hiệu suất xem rộng hơn và đối xứng hơn nhiều cũng như loại bỏ hiện tượng dịch chuyển màu sắc và đảo ngược độ tương phản ở các góc nông. Công nghệ MVA đạt được điều đó nhờ các phần nhô ra được thiết kế cẩn thận trên bề mặt bên trong của màn hình, trong khi PVA sử dụng các điện cực tạo hình tinh tế trên cả hai đế.

Lưu ý: PMVA được dành riêng cho ma trận thụ động được căn chỉnh theo chiều dọc và không có nghĩa là căn chỉnh theo chiều dọc đa miền theo mẫu.

ASV: Axially Symmetric Vertically Aligned aka Advanced Super View

ASV là phiên bản của MVA, thay vì hai hoặc bốn miền trên mỗi pixel, tinh thể lỏng chuyển đổi theo hướng xuyên tâm xung quanh tâm pixel. Công nghệ này được Sharp phát triển và sử dụng độc quyền và hiện không còn được sản xuất nữa.

AIFF MVA: Amplified Intrinsic Fringe-Field Multidomain Vertically Aligned

Kỳ lạ hơn nữa, AIFF-MVA là một công nghệ cố gắng kết hợp các lợi ích của màn hình loại VA với chuyển đổi trường rìa.

Ngoại vi LCD (LCD Periphery)

IC: Integrated Circuit (Mạch tích hợp)

Mạch tích hợp là một miếng silicon có hoa văn hoặc loại vật liệu bán dẫn khác. Một vi mạch hiện đại chứa hàng triệu, thậm chí hàng tỷ bóng bán dẫn nhỏ. Kích thước nhỏ bé của chúng cho phép chế tạo các mạch điện tử nhỏ hơn, nhanh hơn, hiệu quả hơn và ít tốn kém hơn. Các chip điều khiển xử lý màn hình điện tử là IC.

PCBA: Printed Circuit Board Assemble (Lắp ráp bảng mạch in)

Màn hình LCD cũ thường có IC điều khiển (mạch tích hợp – integrated circuit) được gắn trên bảng mạch in (PCBA – Printed Circuit Board) bao gồm một tấm vật liệu cách điện phẳng dùng để gắn và kết nối IC điều khiển cũng như thiết bị ngoại vi điện tử với màn hình LCD. PCB có thể là một mặt, hai mặt hoặc nhiều lớp.

FPC: Flexible Printed Circuit (Mạch in linh hoạt)

Thông thường PCBA được kết nối với màn hình bằng các mạch in linh hoạt. Cũng có thể gắn tất cả các thành phần cần thiết trên FPC mà không cần PCBA trong mô-đun hiển thị.

COG: Chip-On-Glass (Chip-trên-kính)

IC điều khiển màn hình thường được gắn trực tiếp lên kính màn hình. Điều này được thực hiện bằng chất kết dính màng dẫn điện dị hướng (ACF – Anisotropic Conductive Film).

LVDS: Low Voltage Differential Signaling (Tín hiệu chênh lệch điện áp thấp)

Tín hiệu chênh lệch điện áp thấp (LVDS – Low Voltage Differential Signaling) là một giao diện với màn hình chứ không phải là công nghệ hiển thị. Công nghệ này không dành riêng cho màn hình vì nó cũng được sử dụng trong nhiều ứng dụng khác. Đó là tín hiệu tốc độ cao cung cấp khả năng chống nhiễu cho màn hình. Nó cũng cho phép khoảng cách xa hơn so với giao diện song song.

Khi độ phân giải màn hình tăng lên, tốc độ truyền dữ liệu cũng phải tăng theo. Ở tần số cao, các mạch tín hiệu một đầu có thể bắt đầu hoạt động như ăng-ten để phát và nhận nhiễu bức xạ. Tín hiệu vi sai điện áp thấp (LVDS – Low Voltage Differential Signaling) giải quyết nhiều thiếu sót này bằng cách sử dụng tín hiệu vi sai ở điện áp thấp để truyền dữ liệu hiển thị ở tốc độ cao.

MIPI®: Mobile Industry Processor Interface (Giao diện bộ xử lý công nghiệp di động)

Giao diện bộ xử lý công nghiệp di động (MIPI ® – Mobile Industry Processor Interface) là Giao diện nối tiếp hiển thị (DSI – Display Serial Interface) tốc độ cao giữa bộ xử lý máy chủ và mô-đun hiển thị. Nó có số lượng chân cắm thấp, băng thông cao và nhiễu điện từ (EMI – Electro Magnetic Interference) thấp và thường được sử dụng trong máy ảnh, điện thoại di động và máy tính bảng.

Khả năng LCD của Vision Display mới

New Vision Display (NVD) có nhiều thập kỷ kinh nghiệm thiết kế và sản xuất cụm màn hình và bảng cảm ứng tùy chỉnh cho một số nhà sản xuất thiết bị gốc (OEM) lớn nhất thế giới trong thị trường ô tô, y tế, công nghiệp và tiêu dùng.

Các nhà máy hiện đại của NVD được trang bị để xây dựng các giải pháp sử dụng nhiều công nghệ màn hình và cảm ứng. Để xem danh mục mở rộng của chúng tôi, hãy truy cập Trang Sản phẩm của chúng tôi.