4 chế độ hiển thị LCD phổ biến: TN, IPS, VA, FFS

Công nghệ LCD dựa trên hiệu ứng lưỡng chiết của các phân tử tinh thể lỏng. Tùy thuộc vào trạng thái chuyển động của phân tử, LCD được phân loại thành bốn chế độ chính:

• TN (Xoắn Nematic)
• IPS (Chuyển mạch trong mặt phẳng)
• VA (Căn chỉnh theo chiều dọc)
• FFS (Chuyển mạch trường rìa)

Bạn có nắm rõ các nguyên tắc và đặc điểm chính của màn hình hiển thị không? Doitvision sẽ hướng dẫn bạn chi tiết về những điều này.

Liên quan:

Chi phí nâng cấp màn hình LCD lên màn hình LED

4 chế độ hiển thị LCD phổ biến:

Chế độ TN (xoắn Nematic)

Chế độ TN, thường được gọi trong ngành là "màn hình mềm". Đây là loại tấm nền đầu tiên và hoàn thiện về mặt công nghệ trong các sản phẩm LCD.

Nguyên lý hiển thị:

Không có điện áp đặt vào: Ánh sáng tự nhiên từ đèn nền đi qua bộ lọc phân cực phía dưới, trở thành ánh sáng phân cực tuyến tính. Ánh sáng này đi vào tế bào tinh thể lỏng. Do các lớp định hướng (PI) trên bề mặt bên trong của các lớp nền thủy tinh phía trên và phía dưới, các phân tử tinh thể lỏng xoắn 90 độ từ dưới lên trên.

Khi ánh sáng phân cực lan truyền qua tế bào, hướng phân cực của nó quay đồng bộ với các phân tử. Khi ánh sáng phân cực này đến bộ phân cực phía trên, hướng của nó quay 90 độ, song song với trục quang học của bộ phân cực phía trên. Do đó, ánh sáng truyền qua và màn hình LCD sáng (trạng thái BẬT).

Điện áp đặt vào (Điện trường thẳng đứng): Sự tương tác giữa tính chất dị hướng điện môi của tinh thể lỏng và điện trường đặt vào làm phá vỡ cấu trúc xoắn. ​​Trục dài của các phân tử tinh thể lỏng sẽ thẳng hàng song song với hướng điện trường. Hướng phân cực của ánh sáng phân cực tuyến tính chiếu vào không còn xoay nữa. Khi ánh sáng này đến bộ phân cực phía trên, hướng phân cực của nó vuông góc với trục quang học của bộ phân cực, ngăn cản sự truyền ánh sáng. Do đó, màn hình LCD sẽ tối.

Tóm lại, màn hình chế độ TN sáng (BẬT) khi không có điện áp và tối (TẮT) khi có điện áp. Vì màn hình thường sáng ngay cả khi không có điện áp, nên nó được gọi là chế độ Trắng Bình Thường (NW).

Giới hạn góc nhìn:

Chế độ TN dựa trên điện trường thẳng đứng, khiến trục dài của các phân tử tinh thể lỏng nghiêng theo phương thẳng đứng. Do đó, nó tạo ra sự khác biệt đáng kể về độ dài đường truyền quang học khi nhìn từ các góc khác nhau. Do đó, hình ảnh hiển thị thay đổi rất nhiều tùy thuộc vào vị trí của người xem, với hình ảnh chính xác nhất chỉ có thể nhìn trực diện. Mặc dù phim bù góc nhìn có thể giảm thiểu một phần vấn đề này, nhưng tấm nền TN luôn có hướng nhìn tối ưu, thường được mô tả là vị trí 6 giờ hoặc 12 giờ.

Ưu điểm :

• Thời gian đáp ứng nhanh: Tấm nền TN thường sử dụng độ sâu màu 6-bit, dẫn đến ít mức xám hơn. Kết hợp với chuyển động phân tử tương đối đơn giản, nó cho phép thời gian phản hồi điểm ảnh nhanh hơn.
• Chi phí thấp hơn: Quy trình sản xuất tương đối đơn giản, hiện đại và tiết kiệm chi phí. Do đó, TN phù hợp cho việc ưu tiên chi phí hơn là chất lượng hình ảnh tối ưu.
• Tiêu thụ điện năng thấp hơn: Với cùng độ sáng, tấm nền TN thường tiêu thụ ít điện năng hơn. Do đó, nó phù hợp với các thiết bị cần thời lượng pin dài.

Nhược điểm :

• Góc nhìn hạn chế: Tấm nền TN có góc nhìn hẹp, đặc biệt là theo chiều dọc. Hiện tượng đổi màu, giảm độ tương phản, thay đổi độ sáng và méo hình thường xảy ra khi nhìn lệch trục.
• Tái tạo màu kém hơn: Tấm nền TN tiêu chuẩn thường sử dụng giao diện 6 bit cho mỗi điểm ảnh phụ RGB, chỉ cho phép hiển thị 64 sắc thái cho mỗi màu (2^6). Điều này giới hạn tổng số màu có thể hiển thị ở mức 262,144 (64 x 64 x 64), dẫn đến màu sắc kém sống động, kém chính xác và độ sâu màu giảm so với các tấm nền có độ sâu bit cao hơn.
• Tỷ lệ tương phản thấp hơn: Tỷ lệ tương phản điển hình vào khoảng 800:1. Vì vậy, màu đen trông kém sâu hơn và màu trắng kém sáng hơn, làm giảm chiều sâu, chi tiết và chất lượng hình ảnh tổng thể.

Vị thế thị trường:

Do những hạn chế đáng kể này, đặc biệt là góc nhìn và hiệu suất màu kém, tấm nền TN khó đáp ứng nhu cầu màn hình chất lượng cao của người tiêu dùng. Thị phần của chúng đã giảm đáng kể. Hiện nay, chúng chủ yếu được tìm thấy trong các sản phẩm cấp thấp và đang đối mặt với nguy cơ lỗi thời.

Chế độ IPS (Chuyển mạch trong mặt phẳng)

Chế độ IPS thường được biết đến trong ngành công nghiệp với tên gọi "tấm nền cứng". Đây là công nghệ màn hình tinh thể lỏng tiên tiến. Ban đầu được Hitachi phát triển vào đầu những năm 2000, sau đó được các công ty như LG quảng bá và cải tiến. Công nghệ IPS đã trở nên phổ biến đáng kể trên thị trường nhờ hiệu suất hiển thị vượt trội và phạm vi ứng dụng rộng rãi. Nó đã khẳng định vị thế là một trong những công nghệ màn hình chủ đạo hiện nay.

Nguyên lý hiển thị:

Không có điện áp đặt vào: Ánh sáng tự nhiên từ đèn nền đi qua bộ phân cực phía dưới, trở thành ánh sáng phân cực tuyến tính thẳng hàng với trục của bộ phân cực. Khi không có điện áp, các phân tử tinh thể lỏng vẫn ở trạng thái ban đầu và không làm xoay mặt phẳng phân cực của ánh sáng. Do đó, khi ánh sáng phân cực này đến bộ phân cực phía trên, hướng phân cực của nó vuông góc với trục quang học của bộ phân cực phía trên. Bộ phân cực phía trên chặn ánh sáng, khiến màn hình LCD tối (trạng thái TẮT).

Điện áp đặt vào: Khi đặt điện áp vào, nó tạo ra một điện trường nằm ngang (trong mặt phẳng). Điện trường này làm cho các phân tử tinh thể lỏng quay song song với chất nền thủy tinh. Sự quay này làm thay đổi hướng phân cực của ánh sáng phân cực tuyến tính chiếu vào khoảng 90 độ.

Ánh sáng xoay giờ đây được căn chỉnh song song với trục quang học của bộ phân cực phía trên, cho phép nó đi qua. Nhờ đó, màn hình LCD sáng rõ (ở trạng thái BẬT). Bằng cách kiểm soát chính xác điện áp được áp dụng, tấm nền IPS điều chỉnh góc quay của các phân tử tinh thể lỏng, từ đó điều chỉnh lượng ánh sáng truyền qua để đạt được các mức xám và màu sắc khác nhau.

Tóm lại, tấm nền IPS sẽ tối (TẮT) khi không có điện áp và sáng (BẬT) khi có điện áp. Vì màn hình thường tối khi không có điện áp, nên chế độ này được gọi là chế độ Thường Đen (NB).

Hiệu suất góc nhìn:

Chế độ IPS sử dụng trường điện nằm ngang, khiến các trục dài của các phân tử tinh thể lỏng quay trong mặt phẳng của tấm nền. Thiết kế này tạo ra sự khác biệt tối thiểu về độ dài đường truyền quang học (độ trễ) khi nhìn từ các góc khác nhau. Do đó, tấm nền IPS hầu như không có sự thay đổi đáng kể về chất lượng hình ảnh hoặc màu sắc trên các góc nhìn rộng.

Ưu điểm:

• Góc nhìn đặc biệt: Tấm nền IPS duy trì hình ảnh rõ nét và tái tạo màu sắc chính xác ở nhiều góc nhìn, cả theo chiều ngang và chiều dọc.
• Độ chính xác và độ sâu màu cao: Tấm nền IPS tiêu chuẩn thường có độ sâu màu 8-bit trên mỗi điểm ảnh phụ RGB, cho phép hiển thị 256 sắc thái trên mỗi màu (2^8). Điều này cho phép hiển thị lên đến 16.77 triệu màu (256 x 256 x 256), giúp kiểm soát màu sắc và độ sáng tốt hơn. Nhờ đó, màn hình có thể tái tạo màu sắc phong phú hơn, sắc thái hơn và chuyển tiếp mượt mà hơn giữa các vùng sáng và tối.
• Độ bền và tuổi thọ: Tấm nền IPS thường có độ bền cao hơn màn hình OLED. Chúng ít bị hiện tượng lưu ảnh vĩnh viễn (burn-in) và có yêu cầu xử lý cũng ít khắt khe hơn. Hư hỏng vật lý nhỏ trên màn hình LCD thường không ảnh hưởng đến chức năng, trong khi hư hỏng trên tấm nền OLED khiến hơi ẩm hoặc oxy xâm nhập thường khiến màn hình không thể sử dụng được.

Ưu điểm :

• Tỷ lệ tương phản gốc thấp hơn: So với tấm nền VA, tấm nền IPS thường có tỷ lệ tương phản tĩnh thấp hơn, thường vào khoảng 1500:1.
• Tràn đèn nền (IPS Glow): Khi hiển thị nội dung tối hoặc đen, hiện tượng rò rỉ ánh sáng, thường thấy dưới dạng ánh sáng mờ, có thể xảy ra. Điều này làm giảm độ tinh khiết của màu đen, ảnh hưởng tiêu cực đến độ tương phản và độ trung thực hình ảnh tổng thể trong các cảnh tối.
• Giá cao hơn: Do quy trình sản xuất phức tạp hơn nên giá thành của tấm nền IPS thường cao hơn tấm nền TN.

Chế độ VA (Căn chỉnh theo chiều dọc)

Chế độ VA vốn dĩ đạt được tỷ lệ tương phản cao hơn so với cả chế độ hiển thị TN và IPS. Ưu điểm này xuất phát từ cấu trúc tấm nền VA không yêu cầu xử lý định hướng lớp căn chỉnh. Do đó, bạn có thể đạt được độ tương phản cực cao. Ở trạng thái tĩnh: các phân tử tinh thể lỏng của tấm nền VA được căn chỉnh theo chiều dọc, trong khi các phân tử tấm nền IPS thể hiện độ nghiêng trước theo hướng căn chỉnh của lớp PI.

Tấm nền VA là một công nghệ hiển thị chính thống khác. Nó chủ yếu được sử dụng trên TV cỡ lớn và màn hình cong. Loại VA có thể được chia thành các loại như MVA, PVA, PSVA và UV2A.

Nguyên lý hiển thị:

Không có điện áp đặt vào: Khi không có điện áp, các phân tử tinh thể lỏng sẽ sắp xếp theo chiều dọc. Ánh sáng tự nhiên từ đèn nền đi qua bộ phân cực phía dưới, trở thành ánh sáng phân cực tuyến tính. Do sự sắp xếp phân tử theo chiều dọc, hướng phân cực của ánh sáng này vẫn không thay đổi. Khi đến bộ phân cực phía trên, hướng phân cực của nó vuông góc với trục quang học của bộ phân cực, ngăn chặn sự truyền ánh sáng. Do đó, màn hình LCD sẽ tối (trạng thái TẮT).

Điện áp đặt vào: Khi đặt điện áp vào, nó tạo ra một điện trường thẳng đứng. Điện trường này làm cho các phân tử tinh thể lỏng nghiêng khỏi hướng thẳng đứng của chúng, trở nên nằm ngang so với chất nền. Độ nghiêng phân tử này làm xoay hướng phân cực của ánh sáng phân cực tuyến tính chiếu vào 90 độ.

Ánh sáng xoay giờ đây được căn chỉnh song song với trục quang học của bộ phân cực phía trên, cho phép nó đi qua. Nhờ đó, màn hình LCD sáng (ở trạng thái BẬT). Tương tự như IPS, tấm nền VA điều khiển góc quay của các phân tử tinh thể lỏng bằng cách thay đổi điện áp được áp dụng. Nhờ đó, nó có thể hiển thị các mức xám và màu sắc khác nhau.

Tóm lại, tấm nền VA sẽ tối (TẮT) khi không có điện áp và sáng (BẬT) khi có điện áp. Vì màn hình thường tối khi không có điện áp, nên nó được gọi là chế độ Thường Đen (NB).

Hiệu suất góc nhìn:

Giống như tấm nền TN, chế độ VA sử dụng điện trường thẳng đứng, khiến trục dài của các phân tử tinh thể lỏng nghiêng theo chiều dọc. Tuy nhiên, tấm nền VA thường sử dụng cấu trúc miền kép bù trừ sự khác biệt về đường truyền quang học trên các góc nhìn khác nhau. Thiết kế này làm giảm đáng kể sự thay đổi về chất lượng hình ảnh và màu sắc khi nhìn từ các hướng khác nhau so với tấm nền TN cơ bản.

Ưu điểm:

• Tỷ lệ tương phản cao: Tấm nền VA thường đạt tỷ lệ tương phản tĩnh 3000:1 hoặc cao hơn. Điều này mang lại màu đen sâu hơn và màu trắng sáng hơn. Nhờ đó, nó có thể cải thiện độ sâu hình ảnh, độ nổi khối và độ chi tiết trong cả cảnh tối và sáng.
• Góc nhìn rộng: Mặc dù góc nhìn thường hẹp hơn một chút so với tấm nền IPS, công nghệ VA vẫn mang lại góc nhìn rộng hơn và ổn định hơn đáng kể so với tấm nền TN.
• Tái tạo màu sắc tốt: Giống như tấm nền IPS tiêu chuẩn, tấm nền VA thường có độ sâu màu 8 bit trên mỗi điểm ảnh phụ RGB (256 sắc thái trên mỗi màu). Điều này cho phép hiển thị khoảng 16.77 triệu màu. Nhờ đó, bạn sẽ có được màu sắc phong phú và chính xác ở mức độ vừa phải.

Ưu điểm:

• Thời gian phản hồi chậm hơn: So với tấm nền TN và một số tấm nền IPS phản hồi nhanh, tấm nền VA thường có thời gian phản hồi điểm ảnh chậm hơn, đặc biệt là khi chuyển đổi từ xám sang xám. Điều này có thể dẫn đến hiện tượng nhòe chuyển động hoặc bóng mờ trong nội dung chuyển động nhanh.
• Tiêu thụ điện năng cao hơn: Tấm nền VA thường yêu cầu điện áp điều khiển cao hơn để đạt được độ nghiêng phân tử cần thiết, dẫn đến mức tiêu thụ điện năng tương đối cao hơn trong quá trình vận hành so với TN và một số biến thể IPS.
• Các vấn đề tiềm ẩn về tính đồng nhất: Việc đạt được độ đồng đều hoàn hảo của màn hình có thể là một thách thức với tấm nền VA. Bạn có thể gặp phải các vấn đề như chuyển màu. Hiện tượng này dễ nhận thấy hơn so với các công nghệ khác, đặc biệt là khi lệch trục.

Chế độ FFS (Chuyển mạch trường rìa)

FFS là công nghệ được cấp bằng sáng chế thuộc sở hữu của Hydis (Hàn Quốc). Công nghệ FFS được phát triển như một phần mở rộng tiên tiến của công nghệ góc nhìn rộng IPS. Chế độ FFS tạo ra một trường điện biên giữa các điện cực điểm ảnh trên cùng một mặt phẳng. Trường điện này cho phép các phân tử tinh thể lỏng nằm giữa và ngay phía trên các điện cực quay trong một mặt phẳng song song với tấm nền. Cơ chế này cải thiện đáng kể độ sáng của tấm nền và chất lượng hình ảnh.

Công nghệ FFS khắc phục nhược điểm hiệu suất truyền dẫn thấp vốn có của IPS thông thường. Nó đạt được hiệu suất truyền dẫn cao trong khi vẫn duy trì góc nhìn rộng và đồng thời tránh được hiệu ứng Mura thường thấy ở một số công nghệ IPS. Do đó, nó có thể mang lại hình ảnh chân thực hơn và tái tạo màu sắc gần như trung thực. Nguyên lý hoạt động cơ bản của nó, giống như IPS, dựa trên trường điện ngang.

Sự khác biệt chính so với IPS:

Trong IPS thông thường, việc áp dụng điện áp chủ yếu làm quay các phân tử tinh thể lỏng nằm giữa các điện cực. Ở chế độ FFS, việc áp dụng điện áp làm quay các phân tử tinh thể lỏng cả giữa các điện cực VÀ ngay phía trên các điện cực do trường vân được tạo ra.

Ưu điểm:

• Tỷ lệ truyền sáng/khẩu độ cao: FFS sử dụng điện cực trong suốt, tối đa hóa tỷ lệ khẩu độ điểm ảnh. Điều này làm tăng đáng kể khả năng truyền sáng của tấm nền so với IPS tiêu chuẩn.
• Góc nhìn rộng: Tối ưu hóa trường điện biên giúp mở rộng hiệu suất góc nhìn ổn định vượt xa IPS tiêu chuẩn.
• Tiêu thụ điện năng thấp hơn: Độ truyền dẫn cao hơn trực tiếp chuyển thành độ sáng đèn nền thấp hơn cần thiết để đạt được độ sáng trên màn hình tương tự, giúp giảm tổng mức tiêu thụ điện năng.

Ưu điểm:

• Chi phí sản xuất cao hơn: Sản xuất FFS liên quan đến các quy trình tương đối phức tạp, đòi hỏi thiết bị có độ chính xác cao và quy trình kiểm soát nghiêm ngặt. Do đó, chi phí sản xuất cao hơn so với IPS hoặc TN cơ bản.
• Đánh đổi về thời gian phản hồi: Mặc dù vượt trội về độ truyền dẫn và góc nhìn, tấm nền FFS đôi khi có thể có thời gian phản hồi chậm hơn một chút so với TN được tối ưu hóa hoặc một số biến thể IPS tiên tiến. Điều này có thể ảnh hưởng đến độ rõ nét của hình ảnh chuyển động nhanh, có khả năng gây ra hiện tượng nhòe chuyển động nhẹ.

Tóm tắt so sánh các chế độ TN, IPS, VA và FFS:

Tính năng	Chế độ TN	Chế độ IPS	Chế độ VA	Chế độ FFS
Xem Angles	Rất hẹp	Tuyệt vời (Rộng nhất)	Rất tốt (Rộng)	Tuyệt vời (Rất rộng)
Độ tương phản	Thấp (~800:1)	Trung bình (~1000-1500:1)	Cao (3000:1+)	Tốt (Tương tự như IPS)
Color Depth	Thông thường là 6-bit (262K)	Thông thường là 8-bit (16.7M)	Thông thường là 8-bit (16.7M)	Thông thường là 8-bit (16.7M)
Thời gian đáp ứng	Nhanh nhất	Tốt (Các biến thể IPS nhanh)	Chậm nhất (Đặc biệt là GtG)	Trung bình (Có thể chậm hơn)
Đen Cấp	Kém (Xám)	Tốt (Một số IPS Glow)	Tuyệt vời (Sâu sắc nhất)	tốt
truyền qua	tốt	Trung bình	Trung bình	Cao (Tốt nhất)
Công suất tiêu thụ	Giá thấp nhất	Trung bình	Cao hơn	Thấp (Do độ truyền dẫn cao)
Chi phí	Giá thấp nhất	Trung bình đến Cao	Trung bình	Cao hơn
Ứng dụng phổ biến	Màn hình cấp thấp, giá rẻ	Màn hình trung bình-cao, máy tính bảng,	Tivi, Màn hình cong	Điện thoại thông minh, máy tính bảng cao cấp
	máy tính xách tay, bảng điều khiển cũ hơn	điện thoại thông minh, chuyên nghiệp		màn hình cao cấp
Sức mạnh chủ chốt	Tốc độ, Chi phí	Góc nhìn, Màu sắc theo	Độ tương phản, Màu đen sâu	Độ truyền sáng, Góc nhìn
Điểm yếu chính	Góc nhìn, Màu sắc	Độ tương phản, IPS Glow, Chi phí	Thời gian phản hồi, tính đồng nhất	Chi phí, Thời gian phản hồi
Thông thường	Trắng (Tây Bắc)	Đen (NB)	Đen (NB)	Đen (NB)
Điện trường	Theo chiều dọc	Ngang	Theo chiều dọc	Rìa (có nguồn gốc từ đường ngang)

Kết luận:

Là một nhà sản xuất màn hình LED chuyên nghiệp , chúng tôi không chỉ sản xuất màn hình LED chất lượng cao mà còn có kiến ​​thức sâu rộng về màn hình LCD. Nếu bạn đang lên kế hoạch cho dự án màn hình LCD ghép, bạn cũng có thể liên hệ với chúng tôi để nhận được giải pháp tốt nhất.