6. Phương pháp nghiên cứu
2.2.1. Màn hình tinh thể lỏng đơn giản và công nghệ trình chiếu phim 3D
a. Màn hình tinh thể lỏng LCD( liquid crystal display)
tay, màn hình máy tính, đồng hồ bấm giờ, đồng hồ treo tường và nhiều vật dụng khác.
Màn hình tinh thể lỏng mang đặc tính kết hợp giữa chất rắn và chất lỏng. Trong tinh thể lỏng trật tự sắp xếp của các phân tử giữ vai trò quyết định mức độ ánh sáng xuyên qua. Dựa trên trật tự sắp xếp phân tử và tính đối xứng trong cấu trúc tinh thể lỏng được phân làm ba loại: Smectic, nematic và cholesteric nhưng chỉ tinh thể nematic được sử dụng trong màn hình tinh thể lỏng.
Sự kết hợp của hai bộ lọc phân cực và sự xoay của tinh thể lỏng tạo nên một màn hình tinh thể lỏng.
LCD là loại thiết bị hiển thị cấu tạo bởi các tế bào (các điểm ảnh) chứa tinh thể lỏng có khả năng thay đổi tính phân cực của ánh sáng và do đó thay đổi cường độ ánh sáng truyền qua khi kết hợp với các kính lọc phân cực. Chúng có ưu điểm là phẳng, cho hình ảnh sáng, chân thật và tiết kiệm năng lượng.
Tinh thể lỏng không có cấu trúc mạng tinh thể cố định như các vật rắn, mà các phân tử có thể chuyển động tự do trong một phạm vi hẹp như một chất lỏng. Các phân tử trong tinh thể lỏng liên kết với nhau theo từng nhóm và giữa các nhóm có sự liên kết và định hướng nhất định, làm cho cấu trúc của chúng có phần giống cấu trúc tinh thể. Vật liệu tinh thể lỏng có một tính chất đặc biệt là có thể làm thay đổi phương phân cực của ánh sáng truyền qua nó, tuỳ thuộc vào độ xoắn của các chùm phân tử. Độ xoắn này có thể điều chỉnh bằng cách thay đổi điện áp đặt vào hai đầu tinh thể lỏng.
Có hai kiểu cấu tạo màn hình tinh thể lỏng chính, khác nhau ở thiết kế nguồn sáng:
* Trong kiểu thứ nhất: Màn hình tinh thể lỏng đen trắng không tự phát sáng - thường là đèn huỳnh quang.
LCD được cấu tạo bởi các xếp chồng lên nhau. Lớp dưới cùng là đèn nền, có tác dụng cung cấp ánh sáng nền (ánh sáng trắng) đèn nền dùng trong các màn hình thông thường có độ sáng dưới 1000cd/m2.
Lớp thứ 2 là lớp kính lọc phân cực có quang trục phân cực dọc, kế đến là 1 lớp tinh thể lỏng được kẹp chặt giữa 2 tấm thủy tinh mỏng, tiếp theo là lớp kính lọc phân cực có quang trục phân cực ngang.
Mặt trong của 2 tấm thủy tinh kẹp tinh thể lỏng có phủ một lớp các điện cực trong suốt.
Hình 2.3.Cấu trúc của một màn hình tinh thể lỏng đen trắng không tự phát sáng
Ở loại màn hình tinh thể lỏng này, chúng sử dụng ánh sáng tự nhiên đi vào từ mặt trên và có gương phản xạ nằm sau, dội ánh sáng này lại cho người xem. Đây là cấu tạo thường gặp ở các loại màn hình tinh thể lỏng đen trắng trong các thiết bị bỏ túi. Do không cần nguồn sáng nên chúng tiết kiệm năng lượng. Cấu trúc các lớp của một màn hình tinh thể lỏng đen trắng không tự phát sáng (thường thấy trên máy tính bỏ túi).
1. Kính lọc phân cực thẳng đứng để lọc ánh sáng tự nhiên đi vào. 2. Lớp kính có các điện cực ITO. Hình dáng của điện cực là hình cần hiển thị.
3. Lớp tinh thể lỏng.
4. Lớp kính có điện cực ITO chung. 5. Kính lọc phân cực nằm ngang.
6. Gương phản xạ lại ánh sáng cho người quan sát. * Màn hình tinh thể lỏng dùng nguồn sáng tự cấp:
Ánh sáng được phát ra từ một đèn nền, có vô số phương phân cực như các ánh sáng tự nhiên. Ánh sáng này được cho lọt qua lớp kính lọc phân cực thứ
phân cực phẳng này được tiếp tục cho truyền qua tấm thủy tinh và lớp điện cực trong suốt để đến lớp tinh thể lỏng. Sau đó, chúng tiếp tục đi tới kính lọc phân cực thứ hai; có phương phân cực vuông gócvới kính lọc thứ nhất, rồi đi tới mắt người quan sát. Kiểu màn hình này thường áp dụng cho màn hình màu ở máy tính hay TV. Để tạo ra màu sắc, lớp ngoài cùng, trước khi ánh sáng đi ra đến mắt người, có kính lọc màu.
Hình 2.4. Cấu tạo màn hình tinh thể lỏng dùng nguồn sáng tự cấp * Nguyên lí hoạt động của LCD gồm các hoạt động sau:
a. Hoạt động bật tắt cơ bản:
Nếu điện cực của một điểm ảnh con không được áp một điện thế, thì phần tinh thể lỏng ở nơi ấy không bị tác động gì cả, ánh sáng sau khi truyền qua chỗ ấy vẫn giữ nguyên phương phân cực, và cuối cùng bị chặn lại hoàn toàn bởi kính lọc phân cực thứ hai. Điểm ảnh con này lúc đó bị tắt và đối với mắt đây là một điểm tối.
Để bật một điểm ảnh con, cần đặt một điện thế vào điện cực của nó, làm thay đổi sự định hướng của các phân tử tinh thể lỏng ở nơi ấy; kết quả là ánh sáng sau khi truyền qua phần tinh thể lỏng ở chỗ điểm ảnh con này sẽ bị xoay phương phân cực đi, có thể lọt qua lớp kính lọc phân cực thứ hai, tạo ra một điểm màu trên tấm kính trước.
Hình ảnh hiện ra trên tấm kính trước là do sự cảm nhận tổng thể tất cả các điểm ảnh, ở đấy mỗi điểm ảnh mang một màu sắc và độ sáng nhất định, được qui định, theo quy tắc phối màu phát xạ, bởi mức độ sánh của ba điểm ảnh con của nó (tỉ lệ của ba màu đỏ, lục và lam), tức được quy định bởi việc bật/tắt các điểm ảnh con ấy. Để làm điều này, cùng một lúc các điện thế thích hợp sẽ được đặt vào các điểm ảnh con nằm trên cùng một hàng, đồng thời phần mềm trong máy tính sẽ ra lệnh áp điện thế vào những cột có các điểm ảnh con cần bật.
Ở mỗi thời điểm, các điểm ảnh ở một trạng thái bật/tắt nhất định - ứng với một ảnh trên màn hình. Việc thay đổi trạng thái bật/tắt của các điểm ảnh tạo ra một hình ảnh chuyển động. Điều này được thực hiện bằng cách áp điện thế cho từng hàng từ hàng này đến hàng kế tiếp (gọi là sự quét dọc) và áp điện thế cho từng cột từ cột này đến cột kế tiếp (sự quét ngang). Thông tin của một ảnh động từ máy tính được chuyển thành các tín hiệu quét dọc và quét ngang và tái tạo lại hình ảnh đó trên màn hình.
* Phân loại
LCD gồm 2 loại :
+ LCD ma trận thụ động (Dual scan twisted nematic, DSTN LCD): Đáp ứng tín hiệu khá chậm và dễ xuất hiện các điểm sáng xung quanh điểm bị kích hoạt khiến cho hình có thể bị nhòe.
+ LCD ma trận chủ động (Hybrid passive display): Có thời gian đáp ứng nhanh và chất lượng hình ảnh vượt xa LCD ma trận thụ động.
* Ưu điểm của công nghệ LCD: Là tái hiện màu sắc tốt, độ sắc nét hoàn hảo với độ phân giải tự nhiên, màn hình nhẹ và rất mỏng, tuổi thọ cao, không hề bị hiệu ứng cháy màn hình.
* Khuyết điểm của công nghệ LCD :
Hiệu ứng "ca-rô" làm hình ảnh trông bị "vỡ hạt".
Cấu tạo lớn hơn, vì có nhiều thành phần bên trong hơn.
Hiện tượng "điểm chết" - các ảnh điểm có thể luôn tắt hay luôn mở, được gọi là điểm chết. Nếu máy chiếu có nhiều điểm chết, nó sẽ gây khó chịu cho
Độ phân giải không thay đổi, độ tương phản kém, khó tạo độ đen sẫm, góc quan sát của màn hình cũng có thể bị hẹp nếu dùng các model cũ.
Các tấm kính LCD có thể bị hỏng và thay thế rất đắt tiền.
b. Hệ thống chiếu phim 3D phân cực
Thời đại truyền thông, giải trí đa phương tiện với sự góp sức của công nghệ 3D đã mang đến cho con người những trải nghiệm tuyệt vời. Giờ đây, 3D đã trở nên phổ biến, ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như thiết kế mỹ thuật, in ấn, phim ảnh, game, truyền thông, quảng cáo, giáo dục,… Và thị trường ứng dụng
của nó dường như chưa có dấu hiệu dừng lại, đặc biệt là trong lĩnh vực giải trí.
Một phương pháp trình chiếu mới ra đời, dựa trên kính phân cực. Kỹ thuật này dựa vào thực tế rằng ánh sáng có phân cực. Ánh sáng thường là tập hợp của các loại sóng cả ngang và dọc cùng với nhiều góc độ khác, nhưng khi dùng một bộ lọc đặc biệt, ta có thể khóa được các sóng này. Đây được gọi là bộ lọc phân cực và khi nhìn vào sự vật qua bộ lọc này, chỉ những ánh sáng có góc độ nhất định mới lọt qua được.
Với phim 3D, bộ lọc này sẽ được áp dụng với hai góc độ lên hai tấm phim, rồi chồng chúng lên nhau. Mắt thường sẽ chỉ nhận thấy hình ảnh mờ nhạt, nhưng sau khi đeo một cặp kính có bộ lọc tương ứng lên, ánh sáng từ hình ảnh bên trái sẽ đi theo một góc độ nhất định, còn ánh sáng từ hình ảnh bên phải sẽ đến từ một góc khác. Cả hai góc này đều đến được cả hai mắt, nhưng bộ lọc bên trái chỉ cho phép ánh sáng có góc độ số 1 lọt qua, còn bộ lọc bên phải chỉ cho phép ánh sáng có góc độ số 2 lọt qua. Kết quả cũng tương tự mỗi mắt chỉ nhìn thấy hình ảnh tương ứng với nó. Các bộ lọc này đều màu xám nên không có hiện tượng nhiễu màu, và việc lọc rất chính xác nên hình ảnh được chia tách rõ ràng và người xem không nhận thấy “bóng ma” nào cả.
* Cấu tạo
Máy chiếu (2 cái): máy chiếu LCD phải dùng loại thấu kính phù hợp. Sử dụng 2 thấu kính phân cực (bộ lọc phân cực DLP): Gồm 2 loại là linear (tuyến tính) và circular (vòng tròn), circular tiên tiến hơn và được nhiều người lựa chọn. Ngoài ra lựa chọn chất liệu thấu kính thủy tinh chịu nhiệt sẽ
đảm bảo. Một số loại thấu kính khác xem phim lâu sẽ bị nóng và bị biến dạng làm mất tính chất, dẫn tới không có hiệu ứng 3D.
Màn chiếu bạc chuyên dụng: Gồm loại màn sơn (điện hoặc kéo tay) và màn bạc nguyên tấm (chú ý việc tự ý sơn bằng tay lên thạch cao hoặc tường sẽ không đảm bảo tính chống khử cực và gây ra hiện tượng bóng ma rất khó chịu khi xem phim 3D).
Kính phân cực: Gồm 2 loại linear và circular, tùy vào thấu kính sẽ chọn loại phù hợp.
Nguồn phát phim 3D : Gồm PC cấu hình phù hợp và nguồn phim 3D.
Hình 2.5.Hệ thống phim 3D phân cực
* Nguyên lý hoạt động của một hệ thống chiếu phim phân cực:
Máy chiếu 3D sử dụng nguyên lý phân cực để tạo hiệu ứng nổi 3D, bao gồm hai máy chiếu giống hệt nhau đươc đồng bộ hóa và phân cực hóa, và cùng chiếu lên một màn ảnh (phủ một chất liệu đặc biệt chống khử cực) sao cho hai khuôn hình trùng khít vào nhau.
Để tạo ra hiệu ứng 3D thì trong cùng một thời điểm, mắt trái và phải của người xem phải nhìn thấy 2 hình ảnh khác nhau.
Hình ảnh từ 2 máy chiếu trái và phải sẽ đi qua 2 thấu kính - > từ đó sẽ mang tính chất phân cực -> màn bạc sẽ bảo đảm tính phân cực ánh sáng của 2
phân cực, mỗi tấm lọc mỗi bên tròng kính phân cực sẽ tương ứng với thấu kính và chỉ cho phép hình ảnh của máy chiếu trái hoặc phải đi qua. Từ đó người xem sẽ thấy 2 hình ảnh khác nhau.
* Ứng dụng công nghệ 3D
Bên cạnh ứng dụng trong lĩnh vực giải trí thì ứng dụng 3D trong giáo dục đang là xu hướng mở ra nhiều thú vị. Công tác dạy và học hiện nay rất quan tâm đến phương pháp trực quan sinh động để học sinh tiếp thu bài học dễ dàng và hiệu quả. Nhiều môn học sẽ được tiếp thu tốt hơn nếu học sinh được trải nghiệm cảm giác “như thật” thay vì hình dung qua sự mô tả “khô khan” của giáo viên. Các môn học có thể ứng dụng tốt 3D là sinh học, hóa học, địa lý, lịch sử, toán học,…