LCD S-LCD AMOLED... công nghệ mới hay chỉ là chiêu thức kinh doanh (Phần 2)

LCD là cụm từ có lẽ đã trở nên quá phổ thông với người tiêu dùng Việt Nam, nó phổ biến đến mức mà bất kì khi nào bạn nhắc tới màn hình mỏng với một người không mấy quan tâm về lĩnh vực phần cứng thì gần như chắc chắn người đó sẽ gọi nó là một chiếc màn hình LCD hay chiếc TV LCD. Âu đây cũng là hệ quả của sự phát triển quá vượt trội của dòng màn hình LCD so với 2 loại còn lại của thị trường là Plasma và OLED.

Chính vì chiếm tỉ lệ lớn trên thị trường nên bản thân bên trong các dòng sản phẩm LCD cũng có đến 3 dạng công nghệ khác nhau phân biệt dựa trên 3 loại panel mà màn hình sử dụng là TN, IPS và VA.

LCD - TN (Twisted Nematic)

Có những ưu điểm vượt trội về mặt giá thành cũng như điện năng tiêu thụ nhưng bù lại chất lượng màu sắc thể hiện trên loại panel TN chỉ ở mức vừa đủ nhìn.

Nguyên lý hoạt động

Trước tiên chúng ta hãy bàn tới nguồn sáng dùng trong màn hình. Với những loại màn hình LCD đơn sắc và đơn giản như màn hình đen trắng trên những chiếc máy tính bỏ túi thì ánh sáng được cấp từ bên ngoài (ánh đèn học, ánh sáng mặt trời v.v...) và ở dưới đáy của tấm màn hình người ta đặt 1 lớp phủ kim loại giúp phản quang giống như gương để phản chiếu chính ánh sáng bên ngoài lại mắt chúng ta khiến chúng ta nhìn được hình ảnh hiển thị trên màn hình. Loại thứ 2 là các loại LCD thông dụng ngày nay không thể chỉ dùng ánh sáng phản chiếu để tạo hình ảnh được nên mỗi loại màn này phải gắn kèm theo một bộ phận gọi là đèn nền, đèn nền này có tể sử dụng các loại đèn huỳnh quang hay đèn LED để tạo nguồn sáng cho màn hình.

Những nguồn sáng này trước tiên sẽ phải đi qua một lớp kính lọc phân cực, lớp kính này có đặc điểm chỉ cho các tia sáng đi qua theo 1 hướng nhất định. Sau đó những tia sáng này sẽ đi qua lớp tinh thể lỏng TN. Đặc tính của lớp tinh thể lỏng này là nó có có khả năng vặn xoắn các tia sáng đi ra từ lớp kính lọc phân cực đầu tiên một góc 90 độ, sau khi đi ra khỏi lớp tinh thể lỏng này ánh sáng tiếp tục chạy qua một lớp kính lọc màu để tạo ra 3 màu đỏ, xanh da trời và xanh lá. Những ánh sáng sau khi đã có màu sắc cơ bản này sẽ tiếp tục đi qua một lớp kính phân cực thứ 2 có chiều lọt sáng vuông góc với tấm thứ nhất. Với những tia sáng không bị xoắn 90 độ khi đi qua lớp tinh thể lỏng do lỗi kỹ thuật thì ánh sáng sẽ bị chặn lại ở lớp kính lọc phân cực.

Khi có dòng điện cấp cho lớp tinh thể lỏng này, các tia sáng đi qua sẽ tháo xoắn và ánh sáng đi qua sẽ bị chặn lại ở lớp lọc phân cực phía trên. dòng điện chạy qua càng lớn thì độ tháo xoắn càng cao đồng nghĩa với việc ánh sáng đi qua sẽ càng ít, việc điều khiển dòng điện vô hình chung sẽ làm thay đổi độ sáng tối của ánh sáng đi tới mắt chúng ta. Mỗi điểm ảnh trên màn hình bao gồm 3 điểm ảnh phụ với 3 màu sắc cơ bản như đã nói ở trên kết hợp với sự thay đổi độ sáng trên mỗi điểm ảnh phụ này chúng ta sẽ được một điểm ảnh có đầy đủ màu sắc.

Điểm mạnh của loại màn hình LCD sử dụng panel TN này chính là giá thành rất rẻ và có khả năng sản xuất hàng loạt. Ngoài ra loại màn này còn có tốc độ đáp ứng rất cao (khoảng 2 phần nghìn giây), khái niệm về tốc độ đáp ứng đã được trình bày trong bài trước nên người viết xin phép không nhắc lại. Tốc độ đáp ứng cao khiến cho hình ảnh hiển thị không bị mờ viền ở những cảnh hành động với tốc độ cao, đồng thời cũng cho phép các nhà sản xuất có thể đẩy tốc độ refresh khung hình lên cao hơn, đây là một lợi thế cho các loại công nghệ hiển thị 3D sử dụng kính màn trập. Thế nhưng tốc độ đáp ứng của màn hình thường được các nhà sản xuất đẩy lên quá đáng để trở thành một công cụ quảng cáo nghe khá oai với những người không hiểu về công nghệ, bởi lẽ các loại màn hình có tốc độ đáp ứng thấp hơn 10 phần nghìn giây là mắt người đã gần như không thể cảm nhận được sự khác biệt rồi nên dù đó là 2 ms (mili giây) hay 8 ms thì trải nghiệm của chúng ta vẫn không có gì thay đổi cả.

Mặt khác một phần cũng vì chất lượng hình ảnh của các loại màn hình này thuộc loại thấp nhất trong số các công nghệ màn hình hiện nay và dải màu hiển thị trên những chiếc TV LCD loại TN này rất hẹp (hay có nghĩa là nhiều gam màu gần giống nhau sẽ được thể hiện thành 1 màu).

Bởi lẽ, mỗi điểm ảnh phụ trong 1 điểm ảnh sẽ chỉ có thể thể hiện được 6 bit độ sáng khác nhau, nghĩa là với một pixel phụ màu đỏ chẳng hạn, khi điều chỉnh điện cấp vào tinh thể độ sáng của ánh sáng khi ra khỏi lớp lọc sẽ chỉ có thể thể hiện được 64 sắc đỏ khác nhau (6bit = 2^6). Tương tự với 2 màu xanh còn lại nên khi pha trộn những màu sắc như vậy chúng ta sẽ thu được kết quả là dải màu sắc bị hẹp như đã nói ở trên. Khi 2 màu khác nhau đặt rất sát nhau, mắt người sẽ có cơ chế tự hòa 2 màu đó lại để tạo ra một vùng màu ở giữa giúp màu sắc biến đổi đều hơn, đó là cách mà loại màn hình TN sử dụng để tạo ra được dải màu sắc liên tục.

Một nhược điểm nữa chính là góc nhìn của loại màn hình TN này rất tệ, chỉ cần nhìn từ các hướng không phải hướng chính diện là màu sắc đã gần như bị thay đổi hoàn toàn. Đây có lẽ cũng chính là lý do loại panel này thường được dùng trong các loại màn hình máy tính hay laptop ngày trước, cái thời mà giá các loại LCD cao cấp chưa được như bây giờ, bởi người dùng máy tính cá nhân thường ngồi chính diện.

LCD IPS (In Plane Switching)

IPS là loại công nghệ được hãng Hitachi phát triển vào năm 1996, mục đích chính của công nghệ này chính là để khắc phục những nhược điểm lớn của loại panel TN nói trên.

Nguyên lý hoạt động

Cấu tạo của panel IPS không khác nhiều so với loại TN từ các lớp lọc phân cực, lớp lọc màu và lớp tinh thể. Điểm khác biệt nằm ở lớp tinh thể lỏng, các lớp này giờ đây được xếp theo hàng ngang (đây là nguồn gốc của cụm từ "In Plane") song song với 2 lớp kính phân cực ở trên và dưới. Các điện cực cũng phải xếp trên mặt dưới chứ không xếp ở 2 bên như màn TN. Ban đầu khi không có dòng điện chạy qua các điện cực, mạng tinh thể này xếp theo chiều ngang và chắn ánh sáng, khi cho dòng điện chạy vào 2 điện cực ở mặt dưới, dòng điện sẽ tạo ra 1 từ trường giống như nam châm khiến cho các tinh thể quay đi 1 góc 90 độ nhưng vẫn song song với mặt màn hình. Lượng điện cấp vào càng nhiều thì tinh thể sẽ quay 1 góc càng lớn, ở vị trí 90 độ ánh sáng của đèn nền có thể lọt qua nhiều nhất và thể hiện được độ sáng cao nhất của màu sắc.

Mỗi subpixel (điểm ảnh phụ) trong một điểm ảnh của panel IPS có thể thể hiện tới 8 bit (2^8 =256 cấp) độ sáng tương đương 256 mức sáng khác nhau nên khi pha trộn 3 màu chúng ta sẽ được những dải màu rộng và liên tục hơn rất nhiều so với màn TN mà không cần dùng đến thủ thuật đánh lừa mắt của loại TN. Đây cũng là lý do chính khiến màn hình IPS trở thành sự lựa chọn số một cho những người làm công việc thiết kế vì nó cho màu sắc trung thực hơn rất nhiều so với màn TN.

Khi khắc phục được những nhược điểm lớn của loại panel TN như góc nhìn và màu sắc thì panel IPS lại vấp phải những nhược điểm mà màn TN có thể vượt qua dễ dàng.

Thời gian để 1 điểm ảnh chuyển từ đen sang trắng tren màn IPS chậm hơn nhiều so với màn TN (khoản từ 6 đến 16ms) nên khi thể hiện những hoạt cảnh tốc độ cao, màn hình IPS đời cũ thường để lại một vệt sáng của hình ảnh đáng lẽ phải tắt từ trước chạy theo mà chúng ta vẫn gọi là hiện tượng "bóng ma".

Chính tốc độ đáp ứng chậm nên đến nay các loại LCD sử dụng tấm nền IPS vẫn rất khó có thể đạt được tốc độ refresh tới 120 Hz để phục vụ cho các loại màn hình 3D hiện nay.

Và vì cách bố trí tinh thể của màn IPS khiến cho ánh sáng đi qua không nhiều ngay cả khi đang ở trạng thái mở nên loại màn hình này cần đèn nền sáng hơn bình thường để có thể tạo ra được màu sắc tươi sáng hơn nếu không màn sẽ bị cảm giác tối và u ám. Nên thời kì đầu của màn IPS người ta không dùng nó cho các loại thiết bị dùng pin như laptop hay điện thoại. Nhưng dù sao đó cũng chỉ là thời kì đầu của IPS, còn ngày nay những nhược điểm đó đã được cải tiến rất nhiều.

Các loại màn hình có mác Super IPS (S-IPS) hay Advanced Super IPS đều là những công nghệ nhỏ giúp cải thiện tối đa những nhược điểm của công nghệ IPS thông thường đối với loại TN nhưng đổi lại là giá thành đắt hơn kha khá so với các loại thông thường.

LCD VA (Vertically Aligned)

TN và IPS đều có những ưu nhược điểm riêng mà không thể khắc phục hoàn toàn, nên các hãng sản xuất đã cố gắng trung hòa cả 2 loại cộng nghệ này để tạo ra 1 thứ nằm ở giữa 2 loại panel này, một loại panel cho tốc độ đáp ứng vừa phải để không bị hiện tượng bóng ma nhưng vẫn có dải màu sắc trung thực và đẹp hơn màn hình TN và panel VA ra đời.

Nguyên lý hoạt động

Cấu trúc cơ bản của 1 điểm ảnh trong panel VA cũng không có gì khác so với cấu trúc chung của màn LCD nói chung hay màn LCD IPS nói riêng. Thay vì xếp các tinh thể song song với mặt kính thì màn VA lại xếp các tinh thể vuông góc với mặt kính lọc (cũng là nguồn gốc cho cụm từ "Vertically Aligned"). Các điện cực lại quay về cách sắp xếp của màn TN trước đây là 1 trên 1 dưới để có thể tạo ra từ trường theo chiều dọc. Khi không có dòng điện, các tinh thể sẽ chặn hoàn toàn ánh sáng từ đèn nền đi lên, khi cấp điện từ trường sẽ làm các tinh thể này nghiêng đi 1 chút để cho phép ánh sáng đi qua, góc nghiêng càng lớn thì ánh sáng đi qua càng nhiều.

Các loại công nghệ phụ khác

Thời gian gần đây rất nhiều hãng sản xuất TV dùng các chiêu thức maketing để khiến mọi người nhầm tưởng LED là một công nghệ màn hình mới hoàn toàn, nhưng thực chất nó chỉ là công nghệ đèn nền mới cho ánh sáng tốt hơn và tiết kiệm điện hơn so với đèn nền huỳnh quang vẫn được sử dụng trước đây. Công nghệ này hiện nay có 2 loại chính là Full LED và edge LED. Edge LED là loại màn hình mà đèn LED chỉ được bố trí xung quanh viền màn hình giống như đèn huỳnh quang và hắt sáng vào trung tâm nên loại màn này thường có giá không khác màn hình thường là mấy nhưng vẫn được nhiều nhà sản xuất gắn mác màn hình LED. Loại thứ 2 là Full LED, công nghệ này lợi dụng sự nhỏ bé của các bóng LED nên đã tạo ra 1 tấm đèn LED dày đặc đặt ngay sau các lớp lọc phân cực chứ không hắt sáng vào thông qua tấm plastic nữa nên ánh sáng ở loại màn này phủ đều đến mọi góc cạnh của màn hình và độ sáng cũng cao hơn rất nhiều so với Edge LED nhưng giá thành thì lại khác nhau 1 trời 1 vực.