Màn hình tinh thể lỏng được phát minh như thế nào? Lịch sử phát triển của công nghệ màn hình hiển thị

Hàng ngày, chúng ta xem nội dung phát trực tuyến thông qua màn hình của các thiết bị như TV, máy tính và điện thoại di động. Với sự phát triển và cập nhật liên tục của các thiết bị phần cứng và công nghệ truyền thông phát trực tuyến, công nghệ hiển thị màn hình cũng không ngừng phát triển. Hôm nay, chúng ta hãy cùng theo dõi bước chân của lịch sử và xem lại những cột mốc quan trọng trong quá trình phát triển của công nghệ hiển thị màn hình.

1. Sự ra đời của CRT

Tia âm cực lần đầu tiên được các nhà vật lý người Đức Julius Plücker và Johann Wilhelm Hittorf quan sát vào năm 1869. Năm 1897, nhà vật lý người Đức Karl Ferdinand Braun (Braun cũng giành giải Nobel Vật lý năm 1909) đã phát minh ra CRT (ống tia âm cực, ống tia âm cực), ban đầu được gọi là ống Braun.), một trong những màn hình điện tử đầu tiên trên thế giới.

CRT là một ống chân không đặc biệt chứa một hoặc nhiều súng điện tử, phát ra các chùm electron đập vào màn hình huỳnh quang để tạo ra hình ảnh. Các tivi, máy tính, máy ATM, máy ảnh, màn hình và màn hình radar đầu tiên đều có tích hợp CRT.

Năm 1907, nhà khoa học người Nga Boris Rosing (người làm việc với nhà phát minh truyền hình Vladimir Zworykin) đã sử dụng ống tia cathode (CRT) để truyền một hình ảnh hình học đơn giản lên màn hình TV. Công trình tiên phong của Rosing cũng biến ông trở thành một nhà phát minh quan trọng trong lĩnh vực truyền hình. Kể từ đó, công nghệ CRT tiếp tục phát triển và được thương mại hóa lần đầu tiên vào năm 1922. Trước khi các công nghệ như LED, plasma và OLED xuất hiện , CRT được sử dụng làm màn hình cho hầu hết các thiết bị.

Trong suốt giữa đến cuối thế kỷ 20, ống tia âm cực thường được sử dụng trong tivi và màn hình máy tính. Trong thời gian này, các nhà sản xuất đã tiếp tục cải thiện hiệu suất và độ phân giải. Hầu hết các màn hình máy tính trong những năm 1970 chỉ có thể hiển thị văn bản màu xanh lá cây trên màn hình đen. Đến năm 1990, màn hình Mảng đồ họa mở rộng (XGA) của IBM có khả năng hiển thị 16.8 triệu màu ở độ phân giải 800 x 600 pixel.

Một màn hình màu 14 inch

2. Màn hình Plasma

Năm 1936, kỹ sư người Hungary Kálmán Tihanyi đã mô tả hệ thống màn hình plasma phẳng này trong bài báo của mình. Năm 1964, Donald Bitzer, H. Gene Slottow và sinh viên cao học Robert Willson của Đại học Illinois tại Urbana-Champaign đã phát triển màn hình plasma đơn sắc đầu tiên để sử dụng trong hệ thống máy tính PLATO.

Nguyên lý phát sáng của plasma là phun khí trơ hoặc hơi thủy ngân vào ống thủy tinh chân không. Sau khi áp dụng điện áp, khí tạo ra hiệu ứng plasma, phát ra tia cực tím và kích thích phốt pho để tạo ra ánh sáng khả kiến. Độ dài của thời gian kích thích được sử dụng để tạo ra độ sáng khác nhau. Trong màn hình plasma, mỗi điểm ảnh được tạo ra bởi ba bộ phát plasma (chính) có màu khác nhau. Nó đặc biệt rõ ràng và khác biệt vì mỗi đèn chiếu sáng riêng lẻ được chiếu sáng cùng một lúc. 

Cho đến đầu những năm 2000, màn hình plasma là lựa chọn phổ biến nhất cho HDTV màn hình phẳng lớn. Tuy nhiên, cần lưu ý rằng vì màn hình plasma dễ bị lưu ảnh, đồng thời do hạn chế về vật liệu và cấu trúc nên không thể giảm kích thước, do đó không phù hợp với máy tính, máy tính bảng và điện thoại di động. Đây cũng là lý do chính khiến màn hình plasma thua kém trên thị trường cạnh tranh.

Đến năm 2013, nó đã bị vượt qua bởi màn hình LCD giá rẻ, vốn đang cạnh tranh về chất lượng hiển thị với màn hình phẳng OLED đắt tiền nhưng có độ tương phản cao hơn. Màn hình Plasma đã mất gần như toàn bộ thị phần. Việc sản xuất màn hình Plasma cho thị trường bán lẻ Hoa Kỳ đã kết thúc vào năm 2014 và việc sản xuất cho thị trường Trung Quốc đã kết thúc vào năm 2016.

Màn hình plasma

3. Kỷ nguyên màn hình tinh thể lỏng (LCD)

Năm 1888, nhà thực vật học người Áo F·Reinetzer đã vô tình phát hiện ra tinh thể lỏng khi nghiên cứu cholesterol benzoat trong cà rốt, nhưng nó không mang lại nhiều lợi ích cho con người trong một thời gian dài. Mãi đến những năm 1960, một số nhà khoa học điện tử trẻ mới phá vỡ sự im lặng.

Năm 1961, một học giả điện tử trẻ tuổi George Heilmeier đang chuẩn bị bảo vệ luận án tiến sĩ của mình tại Phòng thí nghiệm Princeton của Tập đoàn RCA tại Hoa Kỳ. Chuyên ngành của ông là các thành phần rắn vi sóng. Ông rất thành thạo trong lĩnh vực này.

Một ngày nọ, một người bạn của ông kể cho ông nghe về nghiên cứu hiện tại của ông về chất bán dẫn hữu cơ, và các chủ đề liên ngành đã khơi dậy sự quan tâm lớn của ông. Ông đã tìm kiếm lời khuyên của người hướng dẫn, và với sự hỗ trợ và khuyến khích của người hướng dẫn, ông đã kiên quyết từ bỏ lĩnh vực chuyên môn mà ông đã học được rất nhiều và bước vào một lĩnh vực mới mà ông vẫn còn biết rất ít. Ông đã áp dụng kiến ​​thức về điện tử của mình vào hóa học hữu cơ và nhanh chóng đạt được kết quả.

Chẳng bao lâu sau, ông lại hứng thú với một chủ đề mới khác---laser, và do đó lại làm quen với tinh thể. Để nghiên cứu tác động của trường điện bên ngoài lên trường điện bên trong tinh thể, ông đã nghĩ đến tinh thể lỏng. Ông kẹp một tinh thể lỏng nematic pha thuốc nhuộm giữa hai lớp kính dẫn điện trong suốt. Khi áp một điện áp vài vôn vào cả hai mặt của lớp tinh thể lỏng, lớp tinh thể lỏng sẽ chuyển từ màu đỏ sang trong suốt. Sinh ra trong ngành điện tử, ông nhận ra ngay rằng đây là TV màn hình phẳng màu! Các thành viên trong nhóm phấn khích và ông ngay lập tức bắt đầu nghiên cứu ngày đêm, và họ lần lượt phát hiện ra một loạt các hiệu ứng điện quang của tinh thể lỏng, chẳng hạn như tán xạ động và chuyển pha của tinh thể lỏng. Và đã phát triển thành công một loạt các thiết bị hiển thị kỹ thuật số và ký tự, cũng như đồng hồ hiển thị tinh thể lỏng, màn hình cầu và các sản phẩm thực tế khác.

Cấu trúc của màn hình LCD là đặt một tế bào tinh thể lỏng trên hai tấm kính song song, một bóng bán dẫn màng mỏng (TFT) được bố trí trên tấm kính nền phía dưới, và một bộ lọc màu được bố trí trên tấm kính nền phía trên. Xoay theo hướng này để điều khiển việc phát ra ánh sáng phân cực của mỗi điểm ảnh nhằm đạt được mục đích hiển thị.

Tập đoàn RCA rất coi trọng nghiên cứu của mình và luôn xếp loại nghiên cứu này là dự án tuyệt mật của công ty. Mãi đến năm 1968, công ty mới công bố với thế giới những thành tựu khoa học công nghệ mới nhất trong một bản báo cáo phát sóng. Bản báo cáo này ngay lập tức thu hút sự chú ý của giới khoa học công nghệ và giới công nghiệp Nhật Bản. Nhật Bản đã kết hợp mạch tích hợp quy mô lớn và tinh thể lỏng đang nổi lên vào thời điểm đó, lấy thị trường "điện tử cá nhân" làm kim chỉ nam, nhanh chóng phát triển một loạt các sản phẩm thương mại, mở ra tình hình thực tế của màn hình tinh thể lỏng và chủ động, dẫn đến động lực này đã góp phần vào sự tăng trưởng đáng kinh ngạc của ngành công nghiệp vi điện tử Nhật Bản.

Tại Hoa Kỳ, các nhà lãnh đạo của một số bộ phận sản xuất tại Công ty RCA, một mặt, chỉ giới hạn ở các sản phẩm bán dẫn truyền thống, mặt khác, họ lại nhấn mạnh quá mức vào những thiếu sót của các thiết bị hiển thị tinh thể lỏng còn non trẻ và cố gắng hết sức để phá hủy các thiết bị hiển thị tinh thể lỏng với lý do thị trường vẫn chưa phát triển. công nghiệp hóa. Vì lý do này, các thành viên của nhóm "tinh thể lỏng" bắt đầu chảy ra ngoài và bằng sáng chế cho "màn hình tinh thể lỏng" cũng đã được bán. Người ta nói rằng vào giữa những năm 1970, khi màn hình tinh thể lỏng đã hình thành một ngành công nghiệp, Công ty RCA đã buồn bã kết luận tại một cuộc họp hội đồng quản trị rằng việc mất đi công nghệ màn hình tinh thể lỏng trong lịch sử phát triển kéo dài một thế kỷ của RCA là một sai lầm lớn.

Trong khi màn hình tinh thể lỏng đã xuất hiện từ những năm 1970 (thường thấy trong máy tính, đồng hồ, đồng hồ treo tường và nhiều thiết bị gia dụng khác), chúng không được sử dụng rộng rãi cho đến những năm 1990. Do mức tiêu thụ điện năng thấp, kích thước nhỏ và trọng lượng nhẹ, nên chúng được sử dụng rộng rãi trong máy tính xách tay. Khi công nghệ LCD tiếp tục được cải thiện, việc sử dụng màn hình LCD trong máy tính và tivi ngày càng trở nên phổ biến. Vào năm 2007, doanh số bán TV LCD đã vượt qua TV CRT trên toàn thế giới lần đầu tiên.

4. Từ LED đến OLED

Năm 1962, kỹ sư Nick Holonyack của General Electric đã phát minh ra đèn LED ánh sáng khả kiến ​​đầu tiên trên thế giới. Từ năm 1962 đến năm 1968, Howard C. Borden và Gerald P. Pighini của Công ty Hewlett-Packard đã lãnh đạo công tác nghiên cứu và phát triển đèn LED. Vào tháng 1969 năm 5082, họ đã giới thiệu Máy tính HP Model 7000-XNUMX, thiết bị LED đầu tiên sử dụng công nghệ mạch tích hợp và màn hình LED thông minh đầu tiên trên thế giới. Việc thương mại hóa đèn LED của HP đã tạo nên một cuộc cách mạng trong công nghệ hiển thị kỹ thuật số và đặt nền tảng cho sự phát triển của công nghệ hiển thị LED sau này.

LED là viết tắt của Light Emitting Diodes, nghĩa là "Light Emitting Diode", nói một cách chính xác, nó cũng là một loại LCD (Liquid Crystal Display). CCFL (Cold Cathode Fluorescent Lamp, Cold Cathode Fluorescent Lamp, v.v.) truyền thống là nguồn sáng nền của thiết bị LCD chỉ có thể chiếu sáng toàn bộ màn hình đồng đều và không thể thay đổi cường độ chiếu sáng. So với CCFL, các thiết bị LCD có đèn nền LED có thể sử dụng chế độ làm mờ cục bộ, mang lại độ tương phản tốt hơn và màn hình sống động hơn trong khi tiêu thụ ít điện năng hơn.

Hầu hết màn hình LCD của điện thoại thông minh và máy tính bảng đều sử dụng đèn LED vì tính linh hoạt và trọng lượng nhẹ hơn.

Năm 1987, dựa trên các nghiên cứu trước đó, hai nhà hóa học tại Eastman Kodak là Deng Qingyun và Steven Van Slyke đã cùng nhau phát triển thiết bị OLED thực tế đầu tiên.

OLED (Điốt phát quang hữu cơ) , còn được gọi là "Màn hình phát quang điện hữu cơ" . OLED là thiết bị sử dụng cấu trúc màng mỏng hữu cơ nhiều lớp để tạo ra hiện tượng phát quang điện, phát ra ánh sáng mạnh khi có dòng điện chạy qua. Không giống như LCD, OLED không cần đèn nền, có thể sử dụng chất nền phát xạ nhẹ hơn (thay vì chất nền thủy tinh được sử dụng bởi LCD và LED), và có góc nhìn rộng hơn cũng như tốc độ phản hồi nhanh hơn.

Sự xuất hiện của OLED là một bước tiến lớn trong công nghệ phát quang điện. So với đèn LED, OLED mỏng hơn, nhẹ hơn và linh hoạt hơn, và thường được sử dụng trong màn hình TV, màn hình máy tính và các thiết bị như điện thoại thông minh, đồng hồ thông minh và máy chơi game cầm tay.

Kể từ khi iPhone X bắt đầu sử dụng màn hình OLED , công nghệ OLED đã nhanh chóng chiếm lĩnh thị trường thiết bị đầu cuối toàn cầu, với sự xuất hiện liên tiếp của các loại màn hình tràn viền, màn hình gập và màn hình dẻo, điều này đã thúc đẩy mạnh mẽ sự phát triển của công nghệ màn hình.

5. Phát minh ra giấy điện tử

Vào những năm 1970, Nick Sheridon của Xerox Parc đã phát triển loại giấy điện tử đầu tiên trên thế giới - Gyricon.

Giấy điện tử là một lớp màng mỏng được phủ bằng mực điện tử—một vật liệu lỏng trong đó có hàng trăm viên nang siêu nhỏ có đường kính bằng một sợi tóc người được treo lơ lửng, mỗi viên nang siêu nhỏ được tạo thành từ các hạt tích điện dương và âm. Khi một trường điện dương hoặc âm được áp dụng cho một điện cực duy nhất, các hạt màu có điện tích tương ứng sẽ di chuyển lên trên hoặc dưới của viên nang, tạo cho bề mặt của giấy điện tử hiển thị một màu nhất định.

Giống như OLED, giấy điện tử cũng phát ra ánh sáng khả kiến ​​nhưng vẫn giữ được độ bóng của "giấy".

Mặc dù giấy điện tử đã được phát triển vào những năm 1970, nhưng phải đến đầu những năm 2000, nó mới trở nên phổ biến. Được sử dụng rộng rãi nhất là các máy đọc sách điện tử, chẳng hạn như Kindle, BOOX, v.v. thông dụng của chúng ta. Trong số những thứ khác, nó được sử dụng trong nhãn giá điện tử, biển báo kỹ thuật số và một số màn hình điện thoại thông minh.

Báo điện tử

6. Công nghệ DLP

DLP (Digital Light Processing) là viết tắt của Digital Light Processing, nguyên lý hoạt động của nó là xử lý tín hiệu hình ảnh bằng kỹ thuật số và sau đó chiếu nó qua ánh sáng. Công nghệ này có độ trung thực hình ảnh cực cao và có thể chiếu hình ảnh màu sắc rõ nét, tươi sáng và sống động, chủ yếu được sử dụng trong các hệ thống máy chiếu.

Trọng tâm của công nghệ DLP là một chất bán dẫn quang học được gọi là thiết bị micromirror kỹ thuật số (DMD), sử dụng micromirror làm bằng nhôm để phản chiếu ánh sáng tạo ra hình ảnh. Thường được gọi là chip DLP, DMD có thể chứa hơn 2 triệu micromirror mỗi cái và có chiều rộng nhỏ hơn một phần năm chiều rộng của một sợi tóc người. Các micromirror được sắp xếp theo ma trận (giống như khảm ảnh), với mỗi micromirror đại diện cho một pixel.

Số lượng micromirror này tương ứng với độ phân giải của màn hình. Công nghệ DLP 1080p cung cấp hơn 2 triệu pixel cho độ phân giải thực 1920x1080p. Hiện đã có máy chiếu DLP 8K (sử dụng 3xDLP) trên thị trường.

DLP ban đầu được phát triển vào năm 1987 bởi nhà vật lý Larry Hornbeck của Texas Instruments. Năm 1997, Digital Projection giới thiệu máy chiếu DLP đầu tiên. Năm 1998, cả Texas Instruments và Digital Projection đều giành giải Emmy năm đó cho công nghệ DLP.

So với các thiết bị plasma và LCD, các thiết bị DLP rẻ hơn, có màn hình lớn hơn, mỏng hơn và nhẹ hơn. Có thể bạn không nhận ra rằng công nghệ DLP thực sự có trong cuộc sống của bạn. Nó phổ biến trong tất cả các loại máy chiếu (để đào tạo, giảng dạy), rạp hát tại nhà, tường video, hệ thống chiếu phim quy mô lớn như hòa nhạc và hội nghị.

Màn hình DLP & máy chiếu DLP

Trên đây là một cột mốc quan trọng trong sự phát triển của công nghệ màn hình hiển thị. Sự phát triển của công nghệ màn hình hiển thị liên quan đến sự kết hợp của vật liệu quang học vi cấu trúc, sản xuất tiên tiến, xử lý hình ảnh và các công nghệ khác, không chỉ cải thiện độ phân giải màn hình của thiết bị mà còn thể hiện sinh động trí tưởng tượng của con người. Việc giới thiệu một thế hệ công nghệ và sản phẩm mới, đặc biệt là việc giới thiệu các sản phẩm công nghệ cao đương đại, luôn được những người trẻ tuổi liên ngành, liên ngành và có tinh thần đổi mới và tiên phong khám phá và hoàn thiện. Việc khám phá ra một công nghệ mới và sự phát triển thực sự của nó dựa trên công nghệ ứng dụng thực tế và nhu cầu thị trường. Công nghệ ứng dụng là sự đảm bảo cho sự phát triển của các ngành công nghiệp công nghệ cao và nhu cầu thị trường là động lực thúc đẩy sự phát triển của các ngành công nghiệp công nghệ cao. Chúng tôi tin rằng với sự phát triển của các thiết bị phần cứng và sự tiến bộ không ngừng của công nghệ, công nghệ màn hình hiển thị sẽ một lần nữa đạt được những đột phá sáng tạo.