Tấm nền IPS

IPS là viết tắt của In-plane switching (tạm dịch: chuyển mạch trong mặt phẳng), là một công nghệ màn hình được sử dụng cho các màn hình tinh thể lỏng (LCD). Trong công nghệ IPS, các phân tử tinh thể lỏng được kẹp giữa và sắp xếp song song với hai tấm (mặt phẳng) đế thủy tinh. Các phân tử này được tái định hướng bằng cách áp dụng điện trường, trong khi về cơ bản vẫn song song với các bề mặt để tạo ra hình ảnh. Công nghệ này được thiết kế nhằm khắc phục các vấn đề về góc nhìn hạn chế và khả năng tái tạo màu sắc kém của các màn hình LCD ma trận hiệu ứng trường nematic xoắn (TN) thịnh hành vào cuối thập niên 1980.

Lịch sử 
Màn hình máy tính bắt đầu sử dụng các tấm nền TFT LCD ma trận chủ động vào thập niên 1980 và đầu thập niên 1990, như một công nghệ thay thế cho ống tia âm cực. Những màn hình LCD thuở sơ khai này thường gặp phải hiện tượng đảo ngược thang độ xám, mất độ tương phản và độ chính xác trong khả năng tái tạo màu sắc khi nhìn từ các góc hẹp, đồng thời gặp tình trạng nhòe chuyển động trên màn hình đáng kể do thời gian phản hồi kém. Công nghệ IPS và căn chỉnh dọc (VA) được thiết kế ra nhằm giảm thiểu những vấn đề này.

Một màn hình IPS-LCD thử nghiệm thời kỳ đầu đã được mô tả trong một bằng sáng chế năm 1974. Nó sử dụng các điện cực lồng vào nhau chỉ trên một đế thủy tinh duy nhất, nhằm tạo ra điện trường về cơ bản song song với các đế thủy tinh. Tuy nhiên, nhà phát minh đã không thể hiện thực hóa các màn hình IPS-LCD với chất lượng vượt trội hơn so với màn hình TN đương thời.

Sau quá trình phân tích kỹ lưỡng, thông tin chi tiết về các cấu trúc phân tử mang lại lợi thế đã được Guenter Baur cùng các cộng sự đệ trình tại Đức và được cấp bằng sáng chế ở nhiều quốc gia, bao gồm cả Hoa Kỳ vào ngày 9 tháng 1 năm 1990. Hiệp hội Fraunhofer ở Freiburg, nơi các nhà phát minh công tác, đã chuyển nhượng những bằng sáng chế này cho Merck KGaA, Darmstadt, Đức.

Không lâu sau đó, Hitachi của Nhật Bản đã nộp các bằng sáng chế về những cải tiến đối với công nghệ này. Năm 1992, các kỹ sư tại Hitachi đã tìm ra nhiều chi tiết thực tiễn khác nhau của công nghệ IPS nhằm kết nối mảng transistor màng mỏng thành một ma trận và tránh được các trường nhiễu không mong muốn giữa các pixel. Hitachi cũng cải thiện sự phụ thuộc vào góc nhìn hơn nữa bằng cách tối ưu hóa hình dạng của các điện cực (Super IPS). NEC và Hitachi đã trở thành những nhà sản xuất đầu tiên sản xuất màn hình LCD ma trận chủ động dựa trên công nghệ IPS. Đây là một cột mốc quan trọng trong việc triển khai các màn hình LCD kích thước lớn có hiệu suất hình ảnh đạt mức chấp nhận được dành cho màn hình máy tính phẳng và màn hình truyền hình. Năm 1996, Samsung đã phát triển kỹ thuật tạo mẫu quang học (optical patterning) cho phép sản xuất màn hình LCD đa miền (multi-domain). Thiết kế LCD đa miền và chuyển đổi trong mặt phẳng sau đó vẫn là những thiết kế LCD thống trị cho đến năm 2006.

Về sau, LG Display cùng các nhà sản xuất màn hình LCD khác của Hàn Quốc, Nhật Bản và Đài Loan cũng bắt đầu áp dụng công nghệ IPS.

Công nghệ IPS được sử dụng rộng rãi trong các tấm nền dành cho TV, máy tính bảng và điện thoại thông minh. Cụ thể, hầu hết các sản phẩm của IBM được tiếp thị dưới tên gọi Flexview từ năm 2004 đến 2008 đều có màn hình IPS LCD sử dụng đèn nền CCFL, và tất cả các sản phẩm của Apple Inc. được tiếp thị với nhãn hiệu Màn hình Retina đều trang bị màn hình IPS LCD với đèn nền LED kể từ năm 2010.

Công nghệ

Triển khai 
Trong trường hợp này, cả hai kính lọc phân cực tuyến tính P và A đều có trục truyền sáng nằm cùng một hướng. Để thu được cấu trúc nematic xoắn 90 độ của lớp tinh thể lỏng (LC) giữa hai tấm thủy tinh mà không có điện trường áp dụng (trạng thái TẮT), các bề mặt bên trong của các tấm thủy tinh được xử lý để căn chỉnh các phân tử tinh thể lỏng tiếp giáp ở một góc vuông. Cấu trúc phân tử này về cơ bản giống hệt như trong các màn hình TN LCD. Tuy nhiên, cách sắp xếp của các điện cực e1 và e2 lại khác biệt. Các điện cực nằm trên cùng một mặt phẳng và trên một tấm thủy tinh duy nhất, do đó chúng tạo ra một điện trường chủ yếu song song với tấm này. Sơ đồ không theo tỷ lệ: lớp tinh thể lỏng chỉ dày vài micrômét, rất mỏng so với khoảng cách giữa các điện cực.

Các phân tử tinh thể lỏng có tính dị hướng điện môi dương và tự căn chỉnh với trục dài của chúng song song với một điện trường được áp dụng. Ở trạng thái TẮT (hiển thị ở bên trái), ánh sáng đi vào L1 bị phân cực tuyến tính bởi bộ phân cực P. Lớp tinh thể lỏng nematic xoắn làm quay trục phân cực của ánh sáng truyền qua 90 độ, sao cho lý tưởng nhất là không có ánh sáng nào đi qua bộ phân cực A. Ở trạng thái BẬT, một điện áp đủ lớn được áp dụng giữa các điện cực và một điện trường E tương ứng được tạo ra nhằm tái định hướng các phân tử tinh thể lỏng như hiển thị ở bên phải của sơ đồ. Tại đây, ánh sáng L2 có thể truyền qua bộ phân cực A.

Trong thực tế, có những sơ đồ triển khai khác với cấu trúc khác nhau của các phân tử tinh thể lỏngví dụ như không có bất kỳ sự xoắn nào ở trạng thái TẮT. Do cả hai điện cực đều nằm trên cùng một đế, chúng chiếm nhiều không gian hơn so với các điện cực ma trận TN. Điều này cũng làm giảm độ tương phản và độ sáng.

Ưu điểm 
 Các tấm nền IPS hiển thị màu sắc nhất quán và chính xác từ mọi góc nhìn. Một so sánh vào năm 2014 giữa các tấm nền IPS và TN về tính nhất quán của màu sắc dưới các góc nhìn khác nhau có thể được xem trên trang web của Japan Display Inc. Ngoài ra, so với các tấm nền TN, tấm nền IPS có thể hiển thị nhiều không gian màu hơn.
 Không giống như các màn hình TN LCD, tấm nền IPS không bị sáng lên hay hiển thị vệt đuôi khi chạm vào. Điều này rất quan trọng đối với các thiết bị màn hình cảm ứng, chẳng hạn như điện thoại thông minh và máy tính bảng.
 Tấm nền IPS mang đến hình ảnh rõ nét và sắc sảo không bị phản chiếu, dải góc nhìn rộng, thời gian phản hồi ổn định và khả năng lên màu tốt hơn.

Nhược điểm 
So với các màn hình TN, màn hình IPS có thể tiêu thụ nhiều điện năng hơn, chi phí sản xuất đắt đỏ hơn, thời gian phản hồi chậm hơn và dễ gặp phải tình trạng độ sáng đèn nền không đồng đều (hiện tượng "hở sáng đèn nền" - backlight bleeding) hơn.

Tên gọi khác 
Samsung Electronics sử dụng thuật ngữ tiếp thị Super PLS (Plane-to-Line Switching) để chỉ các công nghệ tấm nền IPS có tính năng và đặc điểm hiệu suất tương tự như sản phẩm của LG.

Xem thêm 
 Màn hình máy tính
 Giấy điện tử
 TV LCD
 Màn hình tinh thể lỏng
 Đồng hồ thông minh
 TFT LCD

Tham khảo

Liên kết ngoài 

Các công nghệ Tấm nền
Tấm nền IPS vs. VA
Dạng Đầy đủ của Màn hình IPS 

Công nghệ hiển thị
Màn hình tinh thể lỏng
Phát minh của Đức
Phát minh của Nhật Bản
Phát minh của Hàn Quốc

de:Flüssigkristallbildschirm#In-Plane Switching (IPS)