Cấu tạo – nguyên tắc hoạt động một số loại màn hình LCD – Plasma – LED – Laser [P3]


Màn hình Plasma:


Plasma: Plasma là một trong các pha (trạng thái) của vật chất. Ở trạng thái plasma, vật chất bị ion hoá rất mạnh, phần lớn các phân tử hoặc nguyên tử chỉ còn lại hạt nhân, các electron chuyển động tương đối tự do giữa các hạt nhân. Ứng dụng đặc tính này của plasma, người ta đã chế tạo ra màn hình plasma.

Ở trạng thái bình thường, các ion dương và electron chuyển động hỗn loạn. Vận tốc tương đối của chúng so với nhau không lớn. Khi đặt khí plasma vào giữa hai điện cực, điện trường tác dụng lên các hạt mang điện sẽ làm cho chúng chuyển động có hướng: các electron bị hút về phía cực dương, các ion dương bị hút về phía cực âm. Trong quá trình chuyển động ngựoc chiều nhau như vậy, các hạt mang điện va chạm vào nhau với vận tốc tương đối rất lớn. Va chạm sẽ truyền năng lượng cho các electron ở lớp ngoài cùng của nguyên tử khí, làm cho các electron này nhẩy lên mức năng lượng cao hơn, sau một khoảng thời gian rất ngắn, các electron sẽ tự động chuyển xuống mức năng lượng thấp hơn và sinh ra một photon ánh sáng theo định luật bức xạ điện từ. Trong màn hình plasma, người ta sử dụng khí xenon hoặc khí neon. Các chất khí này khi bị kích thích sẽ phát ra tia cực tím, không nhìn được trực tiếp bằng mắt thường, nhưng có thể gián tiếp tạo ra ánh sáng khả kiến.

Cũng giống như màn hình LCD, màn hình Plasma cũng có cấu tạo từ các điểm ảnh, trong mỗi điểm ảnh cũng có ba điểm ảnh con thể hiện ba màu đỏ, xanh lá, xanh lam. Mỗi điểm ảnh là một buồng kín, trong đó có chứa chất khí xenon hoặc neon. Tại mặt trước của buồng có phủ lớp phôt pho. Tại hai đầu buồng khí cũng có hai điện cực. Khi có điện áp được đặt vào hai điện cực, chất khí bên trong buồng kín sẽ bị ion hoá, các nguyên tử bị kích thích và phát ra tia cực tím. Tia cực tím này đập vào lớp phôt pho phủ trên mặt trước của buồng kín sẽ kích thích chất phôt pho, làm cho chúng phát sáng. Ánh sáng phát ra sẽ đi qua lớp kính lọc màu đặt trước mỗi buồng kín và cho ra một trong ba màu cơ bản: đỏ, xanh lá, xanh lam. Phối hợp của ba ánh sáng này từ ba điểm ảnh con trong mỗi điểm anh sẽ cho ra màu sắc của điểm ảnh. Nhược điểm chủ yếu của màn hình Plasma so với màn hình LCD là chúng không hiển thị được một độ phân giải cao như màn hình LCD có cùng kích thước. Điều này do trong màn hình LCD, mỗi điểm ảnh con chỉ cần một lớp tinh thể lỏng khá bé cũng có thể thay đổi phương phân cực của ánh sáng một cách dễ dàng, từ đó tạo điều kiện để chế tạo các điểm ảnh với kích thước bé, tạo nên một số lượng lớn điểm ảnh trên một đơn vị diện tích (độ phân giải cao). Còn với màn hình Plasma, mỗi điểm ảnh con thực chất là một buồng kín chứa khí. Thể tích của lượng khí chứa trong một buồng kín này phải đạt một giá trị nhất định để có thể phát ra bức xạ tử ngoại đủ mạnh khi bị kích thích lên trạng thái plasma. Chính vì thế, kích thước một điểm ảnh của màn hình Plasma khá lớn so với một điểm ảnh của màn hình LCD, dẫn đến việc với cùng một diện tích hiển thị, số lượng điểm ảnh của màn hình Plasma ít hơn LCD, đồng nghĩa với độ phân giải thấp hơn.

Màn hình thế hệ mới: LED display và Laser TV

Nếu như khoảng vài năm trước đây, màn hình tinh thể lỏng và màn hình Plasma được coi là hai định dạng màn hình thế hệ mới, thay thế cho màn hình CRT đã quá cũ kĩ. So với màn hình CRT, màn hình tinh thể lỏng và plasma có những ưu điểm vượt trội: kích thước nhỏ gọn, kiểu dáng ấn tượng, thiết kế tấm phẳng, và có thể chế tạo được những màn hình với kích thước khổng lồ. Màn hình tinh thể lỏng, plasma, kết hợp với công nghệ truyền hình độ nét cao HDTV đang mở ra một kỉ nguyên mới trong lĩnh vực nghe nhìn, giải trí. Nhưng, không dừng lại ở đó, trong khi màn hình tinh thể lỏng và plasma đang từng bước chiếm lĩnh thị trường, thì tin tức về những thế hệ màn hình mới, với ưu điểm vượt trội hơn đã xuất hiện. Màn hình LED và Laser đang được coi là hai định dạng màn hình thế hệ mới, sau kỉ nguyên LCD và Plasma.

Chiếm ưu thế so với màn hình CRT truyền thống bởi nhiều ưu điểm, nhưng màn hình LCD và Plasma cũng có những nhược điểm không thể chối cãi. Thời gian đáp ứng, góc nhìn và độ tương phản luôn là điểm yếu chết người của màn hình LCD trong bất cứ cuộc cạnh tranh nào với những loại màn hình khác. Mặc dù công nghệ sản xuất tấm panel màn hình ngày càng phát triển, nhưng do đặc tính kĩ thuật của màn hình LCD, sẽ không có một cải tiến nào có thể xoá bỏ hoàn toàn những nhược điểm của loại màn hình này. Với màn hình plasma, độ phân giải, khó khăn khi sản xuất những màn hình kích thước bé, giá thành cao là những nhược điểm lớn. Một cách tổng quát, tại mảng đồ hoạ cao cấp, màn hình tinh thể lỏng và plasma vẫn chưa thể cung cấp một chất lượng hình ảnh, độ chân thực màu sắc như những màn hình CRT truyền thống.

Đánh vào những điểm yếu đó của, màn hình LED và Laser ra đời, kết hợp được ưu điểm của màn hình tinh thể lỏng, plasma là kích thước nhỏ gọn, kiểu dáng đẹp, và của màn hình CRT là chất lượng hình ảnh tuyệt hảo.
Nhược điểm của màn hình LCD và Plasma, bắt nguồn từ chính cấu tạo của hai loại màn hình này. Để tạo ra được màu sắc tại mỗi điểm ảnh, cần phải tổng hợp màu sắc từ ba điểm ảnh con. Màu sắc của ba điểm ảnh con này có được nhờ lọc màu từ ánh sáng trắng phát ra từ đèn nền. Việc lọc được chính xác ba màu xanh lá, xanh lam, đỏ là không hề dễ dàng. Rất khó để chế tạo được những kính lọc màu hoàn hảo, có thể lọc được toàn bộ ánh sáng, chỉ cho một ánh sáng đơn sắc đi qua. Bao giờ cũng có một lượng nhỏ những ánh sáng đơn sắc có màu khác lọt qua được kính lọc màu. Chính những ánh sáng lọt qua ngoài mong muốn này khiến cho màu sắc của mỗi điểm ảnh con không đạt độ chính xác tuyệt đối, dẫn đến việc hiển thị màu sắc tại điểm ảnh cũng không chính xác. Hơn nữa, nhược điểm này còn khiến phổ màu mà màn hình LCD cùng với Plasma có khả năng tái tạo là không lớn. Một màn hình LCD với panel TN chỉ có khả năng hiển thị thực 262 000 màu sắc, ngay cả với panel PVA cao cấp, cũng chỉ hiển thị được 16.7 triệu màu. So với phổ màu mà mắt người cảm nhận được, khả năng hiển thị màu sắc của màn hình LCD và Plasma chỉ đạt 35-40%.

Hai loại màn hình thế hệ mới, LED và Laser, về cấu tạo chung cũng tương tự như màn hình LCD và Plasma, bao gồm các điểm ảnh, mỗi điểm ảnh cũng có ba điểm ảnh con, mỗi điểm ảnh con hiển thị một màu cơ bản trong hệ màu RGB. Tuy nhiên, khác với màn hình tinh thể lỏng và plasma, màn hình LED và Laser không sử dụng phương pháp lọc ánh sáng từ ánh sáng đèn nền để cho ra ánh sáng đơn sắc, mà sử dụng phương phát phát trực tiếp ra ánh sáng có bước sóng mong muốn. Nhờ việc phát ra trực tiếp ánh sáng đơn sắc, mỗi điểm ảnh con sẽ cho ra một màu sắc chính xác, và màu sắc tổng hợp hiển thị tại mỗi điểm ảnh cũng chính xác. Màn hình LED và Laser đang trong giai đoạn nghiên cứu nên hầu như rất ít nhà sản xuất công bố các đặc tính kĩ thuật, nguyên lý chi tiết, nhưng về cơ bản có thể phân tích hoạt động của hai loại màn hình trên như sau:

Màn hình LED
Màn hình LED, hiện đang được hỗ trợ phát triển bởi tập đoàn Samsung. LED – Light emitting Diode, điôt phát quang, là một loại điốt bán dẫn có khả năng phát ra ánh sáng khả kiến, cũng như các loại bức xạ hồng ngoại và tử ngoại. Cấu tạo của LED gồm hai khối bán dẫn, một khối loại p, và một khối loại n ghép với nhau. Khi đặt một điện áp thuận vào hai đầu LED, lỗ trỗng trong khối bán dẫn p và electron trong khối bán dẫn n chuyển động về phía nhau. Tại mặt tiếp xúc xảy ra một số tương tác giữa lỗ trống và electron. Trong quá trình tương tác này có thể giải phóng năng lượng dưới dạng ánh sáng khả kiến hoặc các bức xạ điện từ khác như tia hồng ngoại, tử ngoại. Bước sóng của ánh sáng khả kiến phát ra phụ thuộc vào mức năng lượng được giải phóng. Mức năng lượng được giải phóng phụ thuộc vào cấu trúc nguyên tử của chất làm bán dẫn. Ngày nay, nhờ nghiên cứu về vật liệu bán dẫn, con người có thể chế tạo được những LED có khả năng phát ra màu sắc như mong muốn, trong đó có ba màu cơ bản của hệ màu RGB là xanh, xanh lá, đỏ.

Ứng dụng LED trong việc sản xuất màn hình, mỗi điểm ảnh sẽ được cấu tạo từ ba LED: xanh, xanh lá, đỏ. Nhờ điều chỉnh cường độ sáng của từng LED, có thể thay đổi cường độ sáng tỉ đối của ba LED so với nhau, nhờ đó tạo ra màu sắc tổng hợp tại mỗi điểm ảnh. Khi muốn điểm ảnh tắt, chỉ cần tắt toàn bộ 3 LED là có thể thu được màu đen tuyệt đối, không gặp phải hiện tượng màu đen không chân thực do lộ sáng từ đèn nền như với màn hình LCD.

Màn hình Laser
Màn hình Laser đang được coi là công nghệ màn hình thế hệ mới nhiều triển vọng nhất, được hỗ trợ phát triển bởi Mitsubishi. Laser là viết tắt của cụm: Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, khuếch đại ánh sáng bằng các phát xạ kích thích. Ánh sáng laser phát ra cũng dựa trên nguyên lý bức xạ điện từ, tuy nhiên có nhiều tính chất đặc biệt so với ánh sáng thông thường. Ánh sáng laser có cường độ mạnh là laser được tạo thành từ chất rắn. Một chất rắn thích hợp, khi nhận được kích thích từ bên ngoài, các electron bên trong sẽ nhảy lên mức năng lượng cao hơn, sau đó lại nhanh chóng chuyển về mức năng lượng thấp hơn và giải phóng một photon ánh sáng. Photon này bay ra, chuyển động trong lòng khối chất rắn, lại va chạm với những nguyên tử khác, kích thích electron của nguyên tử này lên trạng thái cao hơn, sau khi nhảy xuống trạng thái thấp lại tiếp tục phát ra một photon khác. Cứ như vậy tạo ra một phản ứng dây chuyền, càng ngày càng giải phóng ra nhiều photon. Tại một đầu của khối chất rắn có gắn một gương bán mạ. Photon gặp gương này sẽ đi ra ngoài, tạo thành tia Laser. Các photon của tia laser, do có cùng tần số, cùng pha, lại chuyển động song song với nhau nên tia laser có năng lượng rất lớn, lại được tập trung trong một diện tích nhỏ. Một đặc điểm quan trọng của tia laser, là các photon của nó sinh ra từ phản ứng dây chuyền, nên năng lượng của các photon giống nhau tuyệt đối, dẫn đến bước sóng của tia laser là đồng nhất tuyệt đối.

Laser heli-neon

Một màn hình laser, yêu cầu phải có ba tia laser với ba màu sắc xanh, xanh lá, đỏ. Hiện nay, mới chỉ có tia laser đỏ (còn gọi là laser hồng ngọc) là phổ biến và có khả năng ứng dụng trong sản xuất màn hình, còn laser xanh và xanh lá, do có năng lượng cao hơn nên gần như không thể tạo được trong điều kiện hoạt động của một màn hình. Thay vào đó, phải sử dụng một quá trình biến đổi tần số để thu được laser có tần số cao hơn tần số của tia laser gốc. Quá trình này gọi là Second Harmonic Generation, lợi dụng sự tương tác của các photon với vật liệu phi tuyến đặc biệt để kết hợp năng lượng vào một photon mới, có năng lượng gấp đôi photon ban đầu, hay có bước sóng nhỏ bằng một nửa. Second Harmonic Generationi được tìm ra vào năm 1961, một thời gian sau khi các nhà khoa học tìm được phương pháp tạo ra tia laser đỏ bằng hồng ngọc. Nhờ phương pháp này, có thể tạo ra được tia laser xanh và xanh lá.

Màn hình laser, với nguyên lý hoạt động dựa vào việc phát ra các tia laser thay cho việc dùng đèn cường độ cao (HID: high intensity discharge) trong các màn hình projector, có nhiều ưu điểm so với các loại màn hình hiện nay như có khả năng tái tạo lại một phổ màu rất rộng với độ chính xác màu sắc cao (có thể đạt đến hơn 90% phổ màu mà mắt người có thể cảm nhận), tiêu thụ ít năng lượng hơn màn hình LCD hay Plasma, kích thước gọn nhẹ, tuổi thọ lâu (có thể lên đến hơn 50000 giờ). Màn hình Laser đang được nhanh chóng hoàn thiện trong việc nghiên cứu, có khả năng sẽ ra mắt vào cuối năm 2007, và dần phổ biến vào nửa sau năm 2008 và đầu 2009. Theo dự đoán, một khi đưa vào sản xuất ở quy mô lớn, giá thành của màn hình Laser sẽ rẻ hơn rất nhiều so với giá màn hình LCD và Plasma hiện tại, có thể chỉ bằng một nửa

Màn hình SED:

Mẫu trưng bày thử nghiệm màn hình SED năm 2004

Màn hình SED, một thời gian đã từng được coi là công nghệ màn hình thế hệ mới triển vọng nhất, so với các công nghệ khác như màn hình Laser, màn hình OLED… Tuy nhiên, từ sau năm 2004, với vụ rắc rối giữa nano-proprietary (hãng phát minh ra công nghệ SED) và Canon (hãng mua bản nguyền sản xuất màn hình SED) do Canon đã tự ý chia sẻ công nghệ với Toshiba, các hoạt động nghiên cứu và đưa vào sản xuất màn hình SED chậm hẳn lại. Ban đầu, Canon dự định tung ra mẫu trưng bày chính thức màn hình SED vào triển lãm CES 2006 và sản xuất đại trà vào cuối năm 2006, đầu năm 2007. Sau đó kế hoạch này đã bị huỷ bỏ. Việc công bố màn hình SED được dời sang triển lãm CES 2007. Tuy nhiên, một năm sau, thêm một lần nữa, kế hoạch công bố màn hình SED bị trì hoãn, rất đáng tiếc khi mà công nghệ màn hình và truyền hình độ nét cao chính là tiêu điểm nóng nhất của hội chợ CES 2007. Màn hình SED đánh mất vị thế là công nghệ màn hình thế hệ mới triển vọng nhất vào màn hình Laser. Nguyên nhân chủ yếu là giá của màn hình SED khi sản xuất hàng loạt sẽ không thể cạnh tranh được trên thị trường, sau cơn sốt giảm giá chóng mặt hai loại màn hình LCD và Plasma.

Màn hình SED: Surface-conduction electron-emitter display: màn hình phát xạ điện tử dẫn bề mặt. Công nghệ SED thực chất đã được nghiên cứu từ rất lâu, vào năm 1986. Ngay sau khi màn hình CRT trở nên phổ biến, giới khoa học đã nhận ra một số điểm yếu của loại màn hình này, trong đó rõ rệt nhất là tần số quét quá thấp với một số sản phẩm có kích thước khung hình lớn. Một ý tưởng ban đầu được đưa ra, đó là sử dụng nhiều súng phóng điện tử thay cho một súng phóng điện tử để cải thiện tần số quét. Đó chính là ý tưởng bắt nguồn cho việc nghiên cứu công nghệ màn hình SED, một cải tiến lớn từ màn hình CRT.

Cấu tạo cơ bản của màn hình CRT bao gồm một súng phóng điện tử, một hệ thống tạo từ trường để biến đổi quỹ đạo electron, và một màn huỳnh quang. Ống phóng điện tử dựa theo hiệu ứng phát xạ nhiệt electron. Khi cung cấp năng lượng cho mẫu kim loại dưới dạng nhiệt, các electron sẽ được truyền năng lượng để bứt ra khỏi liên kết mạng tinh thể kim loại. Các electron này sau khi bứt ra được tăng tốc bởi một điện trường. Sau khi được tăng tốc bởi điện trường, electron có quỹ đạo thẳng hướng về phía màn huỳnh quang. Trước khi đập vào màn huỳnh quang, electron sẽ phải bay qua một vùng từ trường được tạo bởi hai cuộn dây, một cuộn tạo từ trường ngang và một cuộn tạo từ trường dọc. Tuỳ theo cường độ của hai từ trường này, quỹ đạo của electron trong từ trường sẽ bị lệch đi và đập vào màn huỳnh quang tại một điểm được định trước. Toạ độ của điểm này trên màn hình có thể được điều khiển bởi việc điều chỉnh cường độ dòng điện trong hai ống dây, qua đó điều chỉnh cường độ từ trường tác dụng lên electron. Electron đập vào màn huỳnh quang (thường là ZnS) sẽ khiến điểm đó phát sáng. Để tạo ra ba màu cơ bản trong hệ màu RGB, người ta sử dụng ba súng phóng điện tử riêng, mỗi súng tương ứng với một màu.

Công nghệ màn hình SED, về cơ bản khá giống với màn hình CRT, cũng dựa vào sự phát sáng của chất huỳnh quang khi bị electron đập vào. Tuy nhiên, màn hình SED có một cải tiến vượt bậc so với màn hình CRT, đó là thay vì sử dụng một súng phóng điện tử để điều khiển sự phát sáng của toàn bộ điểm ảnh, màn hình SED sử dụng riêng một súng phóng điện tử cho từng điểm ảnh. Với màn hình CRT, để có thể điều khiển một chùm tia electron quét khắp chiều ngang và chiều dọc màn hình, yêu cầu đầu tiên là quỹ đạo của chùm tia electron trong từ trường phải đủ dài, tương ứng với độ lớn của màn hình. Điều này gây ra nhược điểm của màn hình CRT là chiều dày quá lớn. Nhược điểm thứ hai của màn hình CRT, đó là tần số quét. Do chỉ với một chùm tia electron, lại phải quét suốt toàn bộ các điểm ảnh trên màn hình để hiển thị một khung hình, nên thời gian hiển thị một khung hình sẽ càng lớn khi số điểm ảnh càng lớn. Điều này gây trở ngại cho việc sản xuất các màn hình có kích thước lớn. Một nhược điểm nữa của màn CRT là do chùm tia electron phải quét xung quanh một tâm, nên bề mặt màn hình là bề mặt cong (đó là hồi trước, còn giờ đây thì đã có màn CRT phẳng). Bằng việc sử dụng một súng phóng điện tử cho một điểm ảnh riêng biệt, màn hình SED đã khắc phục hoàn toàn ba nhược điểm nói trên của màn hình CRT. Do mỗi điểm ảnh có một súng phóng điện tử riêng, nên chùm electron sau khi được tăng tốc bởi điện trường sẽ tới đập thẳng vào màn huỳnh quang mà không cần bay qua vùng từ trường, nên bề dày của màn hình SED rất bé, chỉ ngang ngửa với màn hình LCD và Plasma. Mỗi điểm ảnh được điều khiển độc lập bởi một súng phóng nên toàn bộ điểm ảnh trên khung hình sẽ hiển thị cùng một lúc, tần số hiển thị sẽ lớn hơn nhiều so với tần số quét của màn hình CRT. Và cuối cùng, không hề có bất cứ một quá trình “quét” nào với màn hình SED, nên hiển nhiên bề mặt màn hình sẽ là bề mặt phẳng. Như vậy, nhờ dựa trên công nghệ truyền thống của màn hình CRT nên màn hình SED sẽ có chất lượng hình ảnh ngang ngửa màn hình CRT, tuy nhiên có kích thước màn hình lớn hơn, độ phân giải cao hơn, và nhỏ gọn hơn.

member ThangMMM – HDVietNam.com

Phần 1 —-> nhấn chọn để xem

Phần 2 —> nhấn chọn để xem

Phần 3 —> nhấn chọn để xem

Advertisements

Trả lời

Mời bạn điền thông tin vào ô dưới đây hoặc kích vào một biểu tượng để đăng nhập:

WordPress.com Logo

Bạn đang bình luận bằng tài khoản WordPress.com Đăng xuất / Thay đổi )

Twitter picture

Bạn đang bình luận bằng tài khoản Twitter Đăng xuất / Thay đổi )

Facebook photo

Bạn đang bình luận bằng tài khoản Facebook Đăng xuất / Thay đổi )

Google+ photo

Bạn đang bình luận bằng tài khoản Google+ Đăng xuất / Thay đổi )

Connecting to %s