Ba chế độ hiển thị của TFT LCD
Chế độ hiển thị của TFT LCD chủ yếu được xác định bởi sự sắp xếp của các phân tử tinh thể lỏng, hướng tác dụng của điện trường và cấu hình của các bản phân cực. Hiện tại, các chế độ hiển thị phổ biến bao gồm TN (Twisted Nematic), IPS (In{1}}Chuyển đổi trong mặt phẳng) và VA (Căn chỉnh dọc), có sự khác biệt đáng kể về cấu trúc, đặc điểm quang học và kịch bản ứng dụng. Việc phân tích có hệ thống sau đây về ba chế độ từ cấp độ nguyên tắc:
Chế độ TN (Twisted Nematic)
Chế độ TN là công nghệ hiển thị tinh thể lỏng thương mại sớm nhất. Đặc điểm cốt lõi của nó là các phân tử tinh thể lỏng tạo thành cấu trúc xoắn ốc 90 độ giữa hai lớp chất nền thủy tinh và hướng ma sát của lớp định hướng chất nền trên và dưới là trực giao. Khi không có điện áp, các phân tử tinh thể lỏng được sắp xếp theo kiểu xoắn ốc và ánh sáng phân cực được quay 90 độ bằng cách sử dụng các đặc tính quay quang học. Nguyên tắc được thể hiện trong Hình 1.
The TN mode is driven by a longitudinal electric field (vertical substrate direction). After voltage is applied, the liquid crystal molecules are arranged vertically, destroying the optical rotation characteristics. The upper and lower polarizers are orthogonal, and light is transmitted when there is no voltage (normal white mode), and light is blocked when the voltage is fully turned on (normal black mode). The TN mode uses positive liquid crystal (Δε>0), điện áp ngưỡng thấp (1-2V), thời gian đáp ứng ngắn (1-5ms), nhưng độ tương phản thấp và rò rỉ ánh sáng dễ bị chuyển sang trạng thái tối. Chế độ hiển thị này sử dụng mảng TFT để kiểm soát khả năng truyền ánh sáng và độ mờ của từng pixel, từ đó đạt được mục đích hiển thị hình ảnh.
Chế độ hiển thị trong đó màn hình LCD sáng khi không cấp điện áp và chế độ hiển thị tối sau khi cấp điện áp được gọi là chế độ Trắng thông thường (NW). Chế độ hiển thị trong đó màn hình LCD ở trạng thái tối không có điện áp được áp dụng và điện áp ở trạng thái sáng được gọi là chế độ Đen thường (NB). Trong các ứng dụng thực tế, ngoài trạng thái sáng và tối, khi đặt một điện áp thích hợp vào tinh thể lỏng, tông màu trung gian giữa trạng thái sáng và tối sẽ được hiển thị, thường được gọi là thang màu xám.
Chế độ IPS (Chuyển đổi trên mặt phẳng)
Nguyên lý của màn hình LCD ở chế độ hiển thị IPS. Trong-Chế độ chuyển đổi trong bảng điều khiển là một chế độ chuyển đổi trong-mặt phẳng, sử dụng tinh thể lỏng âm, trong đó các phân tử tinh thể lỏng tồn tại trong mặt phẳng song song với chất nền thủy tinh. Cài đặt của bản phân cực trên và dưới giống như ở chế độ TN. Chúng chỉ có thể đi qua nếu hướng phân cực của ánh sáng bị lệch. Điểm khác biệt là ở chế độ hiển thị IPS, điện trường ngang được sử dụng để điều khiển độ lệch của các phân tử tinh thể lỏng.
Trục phân cực của các bản phân cực trên và dưới ở chế độ IPS vuông góc với nhau nên tấm tinh thể lỏng ở trạng thái tối khi không có điện áp. Khi điện áp đặt vào điện cực lớn hơn điện áp ngưỡng, các phân tử tinh thể lỏng quay theo hướng của điện trường trên mặt phẳng song song với chất nền và nằm ở một góc nhất định với trục phân cực của bản phân cực trên và dưới. Do hiệu ứng lưỡng chiết của tinh thể lỏng, xảy ra sự lệch pha giữa ánh sáng thông thường và ánh sáng bất thường truyền qua lớp tinh thể lỏng, do đó tấm tinh thể lỏng ở trạng thái sáng.
TFT-LCD ở chế độ hiển thị IPS có ưu điểm là độ tương phản tốt, góc nhìn rộng và hiệu ứng hiển thị tốt. Là phiên bản nâng cấp IPS, FFS (Fringe Field Switching) tạo ra điện trường biên thông qua các mảng vi điện cực, giúp các phân tử có ít góc nghiêng hơn, độ sáng cao hơn và mức tiêu thụ điện năng thấp hơn.
Chế độ VA (Căn chỉnh dọc)
Điện cực ở chế độ VA nằm ở đế trên và đế dưới, và các phân tử tinh thể lỏng bị lệch dưới tác dụng của điện trường thẳng đứng. Chế độ VA sử dụng tinh thể lỏng âm. Khi không có điện áp, vectơ chỉ tinh thể lỏng được sắp xếp theo chiều dọc. Trong trường hợp này, ánh sáng phân cực tuyến tính tới không trải qua hiện tượng lưỡng chiết khi truyền qua lớp tinh thể lỏng và trạng thái phân cực không thay đổi. Nếu trục phân cực của bản phân cực trên và dưới song song với nhau thì ánh sáng tới sẽ đi qua bản phân cực trên và dưới và màn hình hiển thị sáng. Nếu trục phân cực của bản phân cực trên và dưới vuông góc với nhau thì ánh sáng tới bị chặn ở bản phân cực thoát và màn hình hiển thị ở trạng thái tối.
Khi không có điện áp đặt vào, không có hiện tượng lưỡng chiết ở chế độ VA, do đó VA ở chế độ màu đen thông thường sẽ chặn ánh sáng ở mọi bước sóng và không phụ thuộc vào độ dày của hộp. Tính năng này cho thấy đặc tính trạng thái tối của chế độ đen thông thường rất tốt và độ tương phản cũng rất cao nên các sản phẩm VA thực tế thường chọn chế độ đen thông thường. Khi điện áp đặt giữa điện cực trên và điện cực dưới lớn hơn điện áp ngưỡng, các phân tử tinh thể lỏng sẽ lệch từ trạng thái thẳng đứng sang hướng nằm ngang. Hiện tượng lưỡng chiết của lớp tinh thể lỏng gây ra sự lệch pha và ánh sáng tới đi qua các bản phân cực trên và dưới, và bảng điều khiển sáng.
TFT-LCD ở chế độ hiển thị VA có ưu điểm là hiển thị màu đen tốt, độ tương phản, góc nhìn rộng, v.v.
Thông qua đổi mới công nghệ liên tục, ba chế độ hiển thị sẽ duy trì khả năng cạnh tranh trong các lĩnh vực có lợi thế tương ứng. Trong tương lai, TN sẽ bám sát thị trường ngách, IPS sẽ thống trị-thiết bị di động cao cấp và VA sẽ dẫn đầu màn hình kích thước-lớn.
