LCD Monitor Nhóm SV lớp KSTN-DTVT-K52
1
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
Trung tâm đào tạo Tài Năng
-------
ثث
------
CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ CHUYÊN ĐỀ : MÀN HÌNH LCD Giảng viên hướng dẫn: Thạc sĩ Đinh Thị Nhung.
theo thời gian; mạch điện cao áp và từ trường mạnh tạo ra vùng sóng điện từ có hại;
kích thước cồng kềnh (màn hình CRT 20' chiếm không gian lớn hơn cả thùng
CPU).LCD đã ra đời theo đà phát triển của công nghệ số.
Tinh thể lỏng (liquid crystal) mang đặc tính kết hợp giữa chất rắn và chất lỏng
được Friedrich Reinitzer, nhà thảo mộc học người Áo, phát hiện vào năm 1898. 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 thành 3 loại: nematic, cholesteric (chiral nematic) và smectic; nhưng
chỉ tinh thể nematic được sử dụng trong màn hình LCD (Liquid Crystal Display).
Ngành công nghiệp sản xuất LCD chỉ thật sự bắt đầu phát triển vào năm 1960, khi
giới khoa học phát hiện ra phương pháp điều khiển hướng phân bố phân tử tinh thể
lỏng bằng điện trường. Dựa trên kiến trúc cấu tạo, LCD được phân chia thành dòng
sản phẩm DSTN (Dual Scan Twisted Nematic) và TFT (Thin Film Transistor) lần
lượt hướng đến môi trường ứng dụng phổ thông và cao cấp.
Trong bài viết này,chúng em sẽ tìm hiểu “Tổng quan về công nghệ LCD :các
thuộc tính và những bộ mạch cơ bản”..Trong quá trình học môn Cấu kiện điện tử
và lựa chọn đề tài bài tập lớn ,bài viết không tránh khỏi những thiếu sót,chúng em xin
gửi lời cám ơn Thạc sĩ Đinh Thị Nhung,giảng viên khoa ĐTVT đã đọc và tư vấn để
bài viết này được hoàn chỉnh.
Nhóm sinh viên
KSTN-ĐTVT-K52.
LCD Monitor Nhóm SV lớp KSTN-DTVT-K52
3
MỤC LỤC
I. TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT LCD. Trang
1. Lịch sử phát triển...............................................................................................4
2. Đặc tính kỹ thuật. .............................................................................................5
3. Phân loại. ........................................................................................................10
cứu tính chất của tinh thể lỏng.
• Mặc dù tìm ra tinh thể lỏng tương đối sớm nhưng bắt
đầu từ năm 1958, bằng bài báo của Dr. Glenn Brown
người ta mới chú ý đến vật liệu này.
• Kỷ nguyên của tinh thể lỏng bắt đầu từ năm 1963 khi
lần đầu tiên Richard và Geogre Heilmeier đưa ra đề
xuất dùng vật liệu tinh thể lỏng trong hiển thị hình
ảnh
• Năm 1967 đánh dấu bởi sự kiện James Fergason tìm
ra “twisted nematic”. Ông là người đầu tiên chế tạo ra
màn hình hiển thị đầu tiên
• Tiếp theo đó chiếc LCD vận hành đầu tiên dựa trên chế độ Dynamic Scattering
Mode (DSM) được nhóm của George Heilmeier (Mỹ) công bố năm 1968.
1.3.
Thời kỳ 1970 – 1980.
Thập kỷ 70 đánh dấu bởi việc ứng dụng của nó trong việc
hiển thị chữ số.
• Năm 1972, công ty International Liquid Crystal
(ILIXCO) sản xuất ra chiếc đồng hồ sử dụng ý
tưởng của Fergasom
• Năm 1973, công ty Sharp sản xuất ra máy tính bỏ túi sử dụng màn hình DSM
LCD
• Năm 1979, Walter Spear và Peter Le Comber chế tạo ra màn hình màu đầu tiên
dùng công nghệ TFT LCD
1.4.
Thời kỳ 1980 – 2000
Bắt đầu thời đại của màn hình LCD dùng trong thương mại
• Năm 1985, Seiko – Epson giới thiệu chiếc ti vi thương
mại đầu tiên sử dụng màn hình màu LCD. Nhưng lúc
này chúng chỉ có 2 inch đường chéo.
hiển thị trên một vùng rộng khoảng 16 inch( vùng nhìn thấy) hay hơn 1 chút tùy theo
LCD Monitor Nhóm SV lớp KSTN-DTVT-K52
6
nhãn hiệu và nhà sản xuất. Sự khác biệt giữa kích thước màn hình và kích thước
“vùng nhìn thấy” liên quan đến cấu tạo của màn hình CRT : thông thường bóng đèn
hình của màn hình CRT luôn có khung viền đen bao quanh làm giảm độ rộng vùng
nhìn thấy.
Không giống màn hình CRT, kích thước của màn hình lcd là kích thước thực sự
, tức là nếu bạn mau 1 màn hình 17’’ lcd, bạn sẽ thực sự có 17’’ vùng nhìn thấy. Đây
là kích thước vùng hiển thị của màn hình được đo từ góc dưới đến góc trên đối diện.
Dưới đây là một số so sánh về kích thước giữa CRT và LCD:
17” CRT = 15” TFT
19” CRT = 17”-18.4” TFT
21” CRT = 19”-20” TFT
Lưu ý quy đổi trên không luôn luôn chính xác nhưng đúng cho hầu hết các
trường hợp. Ngày nay, màn hình 15’’ và 17’’ LCD đang ngày càng hiếm trên thị
trường bởi vì các nhà sản xuất hiện đang tập trung vào loại 19’’ hoặc hơn nữa. Đồng
thời họ cũng nghiêng về ưu tiên các loại màn hình rộng ( Widescreen ) hơn. Kích
thước của một màn hình rộng ( wide) LCD
2.2. Thời gian đáp ứng:
Thời gian đáp ứng là chỉ số mà rất nhiều người , đặc biệt là các game thủ , quan
tâm hàng đầu khi chọn mua 1 chiếc màn hình. Nó là khoảng thời gian cần thiết để một
diểm ảnh chuyển từ màu đen ( không hoạt động) sang màu trắng ( hoạt động hoàn
toàn) rồi lại quay về màu đen một lần nữa. Một cách dễ hiểu, đó là tốc độ của điểm
ảnh từ chuyển từ một màu này sang một màu khác đồng thời nó cũng là tốc độ mà
hình ảnh được vẽ lại tren màn hình. Sự biến chuyển này càng nhanh càng tốt. Điều
này làm giảm hiệu ứng bóng mờ trong phim và game ( rất hay xảy ra với các màn
hình co thời gian đáp ứng chậm) đặc biệt trong những pha hành động nhanh.
LCD Monitor Nhóm SV lớp KSTN-DTVT-K52
là thứ mà khách hàng không dễ nắm rõ. Độ tương phản liên quan đến sự khác biệt khi
so sánh giá trị màu trắng ở mức sáng nhất của màn hình với mức màu đen tối nhất của
nó. Tất nhiên, độ tương phản càng lớn càng tốt. Độ tương phản cao hơn sẽ có màu sắc
trung thực hơn vói ít hơn. Tiêu chuẩn cho các model cấp thấp thông thường là 700:1.
Còn các chuyên gia khuyên cáo đô tương phản nên là 1000:1 hoặc cao hơn,
Tuy nhiên bạn hãy cẩn thận với giới kinh doanh vì đôi khi họ có thể đánh lừa
bạn. Một số công nghệ thổi phồng khả năng điều khiển động độ tương phản và đưa ra
độ tương là 30000:1 hoặc hơn nữa.
2.5. Độ sáng
Độ sáng cho thấy màu trắng tại mức sáng nhất mà màn hình có thể hiển thị. Độ
sáng của 1 màn hình lcd thông thường cũng là quá sáng để cảm thấy thoải mái khi dử
dụng. Chúng ta có thể chỉnh độ sáng trên OSD (On Screen Display). Độ sáng cao
không chỉ giúp năng cao đô tương phản mà còn rất có ích trong các cảnh tối trong
phim/game ( khi đó rát khó để phân biệt giữa các cảnh vật/
LCD Monitor Nhóm SV lớp KSTN-DTVT-K52
8
2.6. Góc nhìn
Màn hình CRT có thể nhìn ở hầu như mọi góc nhưng đó là vấn đề với màn hình
LCD. Góc nhìn thực sự đáng quan tâm nếu bạn muốn cho phép nhiều người cùng xem
1 man hình. Khi bạn sử dụng màn hình LCD, hình ảnh bạn thấy thay đổi theo góc và
khoảng cách đến màn hình. Ở tại góc nào đó, bạn có thể nhận ra hnhf ảnh trên màn
hình mờ đi thậm chí biến mất hoặc thay đổi màu sắc. Nguyên nhân của hiện tượng
này là màn hình LCD tạo nên hình ảnh bởi 1 tấm phim mà khi có dòng điên chạy qua
mỗi điểm ảnh, nó sẽ phát ra màu sắc. vấn đề với tấm phim của mh là màu sắc của tấm
phim chỉ có thể được hiển thị chính xác nếu nhìn thẳng vào.
Màn hình thường được đánh giá bởi góc nhìn lớn nhất có thể trước khi hình ảnh
bắt đầu mờ đi hoặc đổi màu theo cả phương ngang va phương dọc. góc nhìn 180 độ
tức là hnhf ảnh trên màn hình có thể trông thấy rõ ràng từ bất cứ góc độ nào trước
màn hình. Đa số mh hiện nay đều có góc nhìn tối thiểu theo phương ngang là 10 độ và
theo phương dọc là 120 độ. Góc nhìn càng rộng càng thuận lợi cho bạn làm việc
sáng như lúc ban đầu. Thông thường mh có tuổi thọ cao hơn màn hình CRT. Trung
bình tuổi thọ của 1 màn hình LCD là 50000 giờ so sánh với từ 15000 đến 20000 giờ
của màn hình CRT. Do đó sử dụng màn hình LCD là kinh tế hơn nếu xét về lâu dài.
2.9. Điểm chết trong màn hình LCD
Do công nghệ chế tạo các loại màn hình cũng như các sản phẩm khác thì đều có
các lỗi sai hỏng, tuy nhiên điểm chết trong màn hình LCD thì lại là các lỗi có thể
được chấp nhận ở một số lượng nhất định nhằm tránh loại bỏ các sản phẩm mà chi phí
sản xuất của nó còn cao. Số lượng điểm chết thì là một tiêu chí rất quan trọng trong
đánh giá một màn hình LCD, bởi vì một màn hình xuất hiện các điểm chết thì không
thể sửa chữa được, và nó tồn tại suốt đời của chiếc màn hình đó
Ở màn hình loại CRT thì không có khái niệm về điểm chết bởi nguyên lý hiển
thị của chúng không phụ thuộc vào các điểm ảnh cố định như ở màn hình LCD.
Điểm chết có thể là điểm chết đen hoặc điểm chết trắng, loại
điểm chết này rất quan trọng trong chế độ bảo hành của các loại màn
hình máy tính, chẳng hạn như với một số hãng sản xuất cho phép 3
điểm chết trắng và 5 điểm chết đen, nhưng một số hãng đã kiểm tra
và loại bỏ các điểm chết trước khi bán sản phẩm (hoặc cho phép đổi
lại các sản phẩm trước đó)
[1]
. Trong thời gian trước đây thì tỷ lệ xuất
hiện điểm chết của màn hình LCD chiếm khoảng 30% tổng sản
phẩm xuất xưởng nên các hãng sản xuất có các thái độ riêng về vấn
đề này.
•
Điểm chết đen được coi là một điểm ảnh chỉ xuất hiện màu đen trong mọi
trường hợp hiển thị, tức là nó như một chấm bẩn nhỏ trên màn hình LCD bình
thường mà ta có thể thỉnh thoảng nhìn thấy - nhưng nó hoàn toàn màu đen. Các
điểm chết đen chúng ít lộ và dễ lẫn vào hình ảnh bởi đa phần các hình ảnh được
x1024 x3 .Nếu có 7 điểm chết thì tỉ lệ điểm chết là cực nhỏ : 0.00018 % trên tổng số 4
triệu sub pixel
(1280 Horizontal Pixels) x (1024 Vertical Pixels) x (3 sub-pixels per pixel) =
3,932,160 sub-pixels
[(7 non-performing pixels) / (3,932,160 sub-pixels)] x 100% = 0.00018 %
LCD Monitor Nhóm SV lớp KSTN-DTVT-K52
11
LCD được chia thành 2 dòng sản phẩm chính:
3.1. LCD MA TRẬN THỤ ĐỘNG (DSTN)
Những màn hình LCD dùng ma trận thụ động - Passive (DSTN , CSTN ... )
dùng trong máy tính xách tay có chất lượng hình ảnh không sắc nét và không có góc
nhìn rộng như những màn hình Active . Thành phần của chúng có nhiều lớp .
Đầu tiên là tấm kính phủ lớp Oxide kim loại. Vật chất có độ trong suốt cao để
không gây cản trở tính trung thực của hình ảnh. Hoạt động này là những lưới gồm hàn
và cột điện cực cho dòng điện đi qua cần thể kích hoạt những thành phần trên màn
hình . Có một lớp Polyme có những khe song song với nhau để định hướng những
phân tử tinh thể lỏng theo hướng thích hợp và cung cấp thành phần cơ bản là những
phân tử tinh thể lỏng trong đó .
Sườn của nó được dán bằng Epoxy , bên trong nó được phủ đầy bằng những
tinh thể lỏng giữa những tấm ( trạng thái chân không ) trước khi chúng được dán
lại.Trước kia quá trình này hay bị lỗi và kết quả là nhiều điểm Pixel bị lỗi tại những vị
trí mà tinh thể lỏng bị lỗi trên màn hình hiển thị.
LCD Monitor Nhóm SV lớp KSTN-DTVT-K52
12
DSTN có thời gian đáp ứng là 300ms , của HPD là 150ms và của TFT ( LCD với ma
trận Active ) là 25ms . Độ tương phản tử 40:1 tới 50:1 và nhiễu xuyên âm cũng được
cải thiện . Hướng giải quyết thứ hai tập trung cải tiến giải thuật phân tích tín hiệu hình
ở đầu vào, gồm Sharp Addressing của Sharp và High Performance Addressing (HPA)
của Hitachi, nhưng kết quả thu được chưa đủ sức thuyết phục.
3.2. LCD MA TRẬN CHỦ ĐỘNG (TFT-Thin film transistor).
Trong màn hình TFT , hay còn gọi là ma trận Active ( Active Matrix ) , ma trận
Transistor được nối tới tấm LCD - một transistor ứng với một màu (RGB) của mỗi
một Pixel . Những Transistor này điều khiển những Pixel nó laọi trừ vấn đề bóng ma
và tốc độ đáp ứng chậm của những màn hình LCD mà không phải kiểu TFT . Kết quả
LCD Monitor Nhóm SV lớp KSTN-DTVT-K52
14
khi sử dụng màn hình kiểu TFT thì thời gian đáp ứng giảm xuống còn 25ms , độ
tương phản lên tới từ 200:1 tới 400:1 và cường độ sáng từ 200 cd/m2 tới 250cd/m2
( candela per square metre ).. Những thành phần tinh thể lỏng của mỗi một Pixel được sắp xếp trong trạng
thái bình thường của chúng ( khi không có điện áp cung cấp ) ánh sáng đi qua bộ lọc
Passive bị phân cực và đi qua màn hình . Khi có điện áp cung cấp qua những thành
phần tinh thể lỏng , chúng bị xoắn 90 độ tương ứng với điện áp cung cấp , sự thay đổi
phân cực như vậy mà chúng ngăn không cho ánh sáng đi qua . Những transistor điều
khiển độ xoắn và do đó thay đổi cường độ của Đỏ , Xanh lá cây , Xanh nước biển
tương ứng với mỗi thành phần của Pixel để hiển thị những điểm của hình ảnh .
Màn hình TFT mỏng hơn LCD thông thường , cho cường độ sáng cao hơn , có
tần số làm tươi đạt được bằng với tần số của màn hình ống phóng điện tử CRT và
nhanh hơn gấp 10 lần so với màn hình DSTN hiện thời . Màn hình kiểu VGA với độ
LCD Monitor Nhóm SV lớp KSTN-DTVT-K52
4.1. TINH THỂ LỎNG.
● Các phần tử tinh thể lỏng sắp xếp dọc theo khe rãnh.
- Ở trạng thái tự nhiên, các phần tử tinh thể lỏng sắp xếp không theo trật tự nào cả.
- Khi được tiếp cận với bề mặt có khe rãnh, các phần tử tinh thể lỏng sắp xếp song
song dọc theo
khe rãnh.
LCD Monitor Nhóm SV lớp KSTN-DTVT-K52
16
Trạng thái tự nhiên Khi tiếp cận với bề mặt có khe rãnh
● Khi các tinh thể lỏng đan xen vào giữa các phiến trên và phiến dưới chúng sắp xếp
thẳng hàng với khe rãnh lần lượt theo hướng "a" và "b".
Các phần tử phía trên dọc theo chiều "a" còn phía dưới dọc theo chiều khác là "b"
đẩy tinh thể lỏng
sắp xếp theo một cấu trúc xoay 90
0
.
● Ánh sáng xuyên qua vùng không gian (khoảng trống) của phần tử sắp xếp.
LCD Monitor Nhóm SV lớp KSTN-DTVT-K52
17
● Ánh sáng cũng xoay khi xuyên suốt, hệt như các tinh thể lỏng xoay.
● Ánh sáng xuyên qua các tinh thể lỏng, tiếp đó hướng vào các phần tử đã sắp xếp
xoay 90
o
như
Hình vẽ => ánh sáng cũng xoay 90o xuyên qua các tinh thể lỏng.
LCD Monitor Nhóm SV lớp KSTN-DTVT-K52
19
● Polarizing Filters: Bộ lọc phân cực.
● Alighnment layers: Sắp xếp lớp.
● Voltage: Điện áp.
● Light: Ánh sang.
● Khi hai bộ lọc phân cực sắp xếp dọc suốt theo hướng vuông góc với trục điện cực,
ánh sáng đi vào
từ phía trên, đổi hướng 90o dọc theo hướng đường hình soắn ốc của các phân tử tinh
thể lỏng, vì
vậy ánh sáng xuyên qua bộ lọc dưới.
● Khi có điện áp đặt vào, các phân tử tinh thể lỏng nắn thẳng trên đường ra từ hình
đường soắn ốc
và dừng, đổi hướng rẽ của ánh sáng, do vậy đã ngăn cản ánh sáng xuyên qua bộ lọc
dưới (bộ lọc
thấp)
● Hình vẽ miêu tả nguyên lý điển hình xoay màn hình tinh thể lỏng trong LCD, các
tinh thể lỏng nơi
mà các phân tử xoay hình đường soắn ốc là đan xen giữa hai bộ lọc điện cực (phân
cực). Khi có điện
áp đặt vào ánh sáng bị chắn và màn hình xuất hiện đen. 4.2. CÁC HỆ THỐNG HIỂN THỊ.
Các ký tự , chữ số và đồ hoạ được hiển thị cơ bản dựa theo 3 phương pháp hiển thị:
a)
Hệ thống thanh đoạn
1. Polarizing filter (Bộ lọc phân cực): Điều khiển ánh sáng đi vào và thoát ra.
2. Glass substrate (Hợp chất thuỷ tinh đặc biệt) Lọc chặn điện từ các điện cực.
3. Transparent electrodes (Điện cực trong suốt) Là các thanh dẫn điện trong
suốt cho phép ánh sáng xuyên qua.
4. Alignment layer (Sắp xếp lớp) Là hai bề mặt có rãnh, ở giữa là các phân tử
tinh thể lỏng, Các phân tử được sắp xếp theo hình soắn ốc 90
0.
5. Liquid crystals (Các tinh thể lỏng).
6. Spacer (Khoảng trống) Duy trì khoảng cách đều giữa các tấm kính.
7. Color filter (Bộ lọc mầu) Mầu được lọc và thể hiện khi dùng các bộ lọc R, G
và B.
8. Backlighting (Ánh sáng phía sau) Ánh sáng được chiếu từ phía sau màn hình
xuyên qua các lớp trên, ở màn hình điện thoại, người ta sử dụng ánh sáng chiếu
LCD Monitor Nhóm SV lớp KSTN-DTVT-K52
22
từ xung quanh sau đó dùng lớp phản xạ để hướng ánh sáng chiếu thẳng góc với
màn hình từ sau về phía trước.
b) Nguyên tắc hoạt động
.
- Active element (Transistor) - Phần tử tích cực (Transistor).
- X Electronic - Điện cực X.
- Y Electronic - Điện cực Y.
- Light - Ánh sang.
• Cấu tạo:
o Các điện cực X và Y sắp xếp thành hàng và dãy, mỗi điểm giao nhau có
một Transistor trường,
o Chân S đấu vào điện cực Y, chân G đấu vào điện cực X , khi Transistor
§iÖn ¸p ®iÒu khiÓn
ë møc trung b×nh
(1.5V)
Tr-êng hîp 1 :
§iÖn ¸p ®iÒu
khiÓn ë møc lín
nhÊt(3.5V)
§iÓm s¸ng
tr¾ng
§iÓm s¸ng
trung b×nh
§iÓm tèi
®en
0V
LCD Monitor Nhóm SV lớp KSTN-DTVT-K52
24
II. TỔNG QUAN VỀ MÀN HÌNH LCD
1. Sơ đồ khối tổng quát của màn hình LCD. Sơ đồ khối tổng quát của Monitor LCD
1. POWER (Khối nguồn):
Khối nguồn của màn hình Monitor LCD có chức năng cung cấp các điện áp
DC ổn định cho cácc bộ phận của máy, bao gồm:
- Điện áp 12V cung cấp cho khối cao áp
- Điện áp 5V cung cấp cho Vi xử lý và các IC nhớ
- Điện áp 3,3V cung cấp cho mạch xử lý tín hiệu Video
Khối nguồn có thể được tích hợp trong máy cũng có thể được thiết kế ở dạng
Adapter bên ngoài rồi đưa vào máy điện áp 12V hoặc 19V DC
2. MCU (Micro Control Unit – Khối vi xử lý)
-Phần hiển thị LCD sẽ tái tạo lại ánh sáng cho các điểm ảnh, sau đó sắp
xếp chúng lại theo chật tự ban đầu để tái tạo hình ảnh ban đầu.
- Phần tạo ánh sáng nền sẽ tạo ra ánh sáng để chiếu sáng lớp hiển thị. NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA CÁC KHỐI.
Bài viết sẽ trình bày những điểm cơ bản về hoạt động của các khối mạch chính
của LCD.Theo các mục tóm lược cơ bản sau:
-Chức năng của khối.
-Các mạch trong khối.
-Hình ảnh thực tế.
-Nguyên lý hoạt động.
Copyright: Tài liệu đại học ©