Đề tài Tổng quan về công nghệ LCD :các thuộc tính và những bộ mạch cơ bản

LỜI NÓI ĐẦU. Màn hình là thiết bị ngoại vi không thể thiếu đối với rất nhiều nguồn phát tín hiệu, từ các vật dụng nhỏ bé như đồng hồ, điện thoại, máy tính cầm tay cho đến những thứ lớn hơn như TV, máy tính cá nhân, bảng báo hiệu, giải trí điện tử . Hòa vào “luồng gió số hóa”, công nghệ màn hình đang tạo nên cơn cuồng phong mới để lột bỏ lớp áo “tương tự” đã mặc suốt hơn 100 năm qua. Ra đời cách nay hơn 100 năm, công nghệ CRT (đèn tia âm cực) đã tạo ra bước ngoặt lịch sử cho ngành truyền thông. Không đơn thuần trao đổi cho nhau những hàng chữ tĩnh lặng hoặc giọng nói, con người đã có thể truyền hình ảnh cho nhau ở những khoảng cách vượt xa khỏi trí tưởng tượng. Máy tính ra đời, màn hình CRT cũng đã mang lại những dòng chữ, hình ảnh trực quan thay thế cho lối giao tiếp thô sơ qua giấy đục lỗ trước đó. Ưu điểm là vậy song CRT vẫn mang nhiều khuyết điểm cố hữu như tiêu thụ nhiều điện năng; điều khiển tia điện tử rất khó chính xác; độ hội tụ và màu sắc thay đổi không đồng đều 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.

pdf55 trang | Chia sẻ: lvcdongnoi | Lượt xem: 4428 | Lượt tải: 1download
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Đề tài Tổng quan về công nghệ LCD :các thuộc tính và những bộ mạch cơ bản, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
or 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 2.7. Kết nối số và kết nối tương tự: Hai kiểu giao tiếp thông dụng hiện nay giữa màn hình máy tính và máy tính (thông qua bo mạch đồ hoạ) là: D-Sub và DVI: · D-Sub là kiểu truyền theo tín hiệu tương tự ( cổng giao tiếp D-SUB có 15 chân xắp xếp thành 3 hàng ), tất cả các màn hình CRT và rất nhiều mh sử dụng giao tiếp này. · DVI là kiểu truyền theo tín hiệu số( cổng giao tiếp gồm 24 chân), đa phần màn hình LCD hiện nay sử dụng chuẩn này, phần còn lại vẫn sử dụng theo D-Sub. Kiểu giao tiếp này có ưu điểm hơn so với kiểu D-Sub là có thể cho chất lượng ảnh tốt hơn. Tuy nhiên để sử dụng kiểu DVI đòi hỏi bo mạch đồ hoạ phải hỗ trợ chuẩn này (đa số các bo mạch đồ hoạ rời đều có cổng DVI, tuy nhiên bo mạch đồ hoạ tích hợp sẵn trên bo mạch chủ phần nhiều là không hỗ trợ chuẩn này). Giao tiếp DVI Giao tiếp D-SUB Ngoài ra trên một số mh cao cấp hay tivi LCD, để truyền tải phim ảnh hay game có độ nét cao (chuẩn HD , độ phân giải của hình ảnh là 1920*1080) thường sủ dụng giao tiếp HDMI. Trên thực tế, HDMI là DVI cộng thêm những tính năng sau đây: - Âm thanh (tối đa 8 kênh âm thanh không nén). LCD Monitor Nhóm SV lớp KSTN-DTVT-K52 9 - Đầu cắm nhỏ hơn. - Hỗ trợ dải màu YUV. - CEC (Consumer Electronics Control). - CEA-861B InfoFrame. - Vậy nên ưu điểm lớn nhất của HDMI là tích hợp tín hiệu âm thanh và cho hình ảnh rõ nét hơn 2.8. Tuổi thọ màn hình Tuổi thọ màn hình là thời gian sủ dụng cảu màn hình để đèn nền mất đi 50% độ 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 hiển thị trên một nền có màu sắc nào đó không phải hoàn toàn là màu trắng. · Điểm chết trắng là các điểm mà lúc nào cũng phát ra một màu trắng, chúng rất dễ lộ nên thường gây ra sự khó chịu từ người sử dụng. Tôi nhận thấy rằng nếu Một điểm chết đen LCD Monitor Nhóm SV lớp KSTN-DTVT-K52 10 như chỉ soạn thảo văn bản hoặc duyệt web thì có lẽ các điểm chết trắng có lẽ không quan trọng, nhưng nếu xem một bức ảnh tối màu thì điều đó thật tệ. Để kiểm tra các điểm chết trên các màn hình LCD, tốt nhất dùng các phần mềm chuyên dụng (rất dễ tìm các phần mềm kiểu này bởi chúng thường miễn phí do sự đơn giản của nó có thể chỉ là hiển thị các màu sắc khác nhau thay đổi theo thời gian), hoặc nếu không có các phần mềm, người sử dụng có thể tạo các ảnh toàn một màu đen, toàn một màu trắng, toàn một màu khác và xem nó ở chế độ chiếm đầy màn hình (full screen) để kiểm tra và đếm các điểm chết. 3. PHÂN LOẠI. Có 2 kiểu hiện thị màu sắc cơ bản của LCD là :ma trận thụ động và ma trận chủ động. Trên bảng điều khiển màu sắc của LCD,mỗi điểm ảnh được tạo bởi 3 ô tinh thể lỏng.Những điểm ảnh không chắc sẽ tạo ra những màu sắc ta nhìn thấy.Tia sáng trắng chuyển qua mỗi điểm ảnh,được lọc để lấy màu sắc chỉ định.Mặt trước của màn hình được phủ lớp chất lọc màu ,trước mỗi ô màu đỏ -lục-xanh (dot). Tia sáng chiếu tới ô lọc tạo ra màu sắc hiển thị trên LCD. Mỗi ô hoặc điểm ảnh phụ (subpixel -1 pixel bao gồm 3 điểm phụ hợp lại) ,có thể được định vị một cách riêng rẽ với một điện áp điều khiển.Chẳng hạn, như 1 pannel chuẩn SXGA ( 1280 x 1024 ) có khoảng 4 triệu điểm phụ ( sub pixel) :1280 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 Tiếp theo là lớp phân cực được gắn mặt ngoài của mỗi tấm kính để định hướng của lớp liên kết . Đối với DSTN , lớp định hướng liên kết lớp giữa 90 độ và 270 độ , phụ thuộc vào sự quay của lớp tinh thể bên trong . Có ánh sáng đằng sau ( Backlight )được đưa thêm vào , thông thường là ống huỳnh quang Cold-Cathode được gắn ở sườn trên và sườn dưới của Panel . Hình ảnh xuất hiện trên màn hình được tạo ra do ánh sáng xuyên qua những lớp của Panel . Khi không có nguồn cung cấp qua tấm LCD Panel , ánh sáng từ Backlight phan cực thẳng đứng bằng bộ lọc phía sau và khúc xạ bằng những móc xích phân tử trong tinh thể lỏng mà hiện lên từ lọc phân cực nằm ngang ra phía trước . Khi cung cấp một điện áp những tinh thể được tập hợp lại do đó ánh sáng không thể đi qua kết quả là những Pixel bị tối . Màn hình hiển thị LCD màu dùng thêm bộ lọc màu : Đỏ , Xanh nước biển , Xanh lá cây thành những thành phần tách rời và tạo nên Pixel nhiều màu khác nhau . LCD Monitor Nhóm SV lớp KSTN-DTVT-K52 13 Chính vì lẽ đó mà đáp ứng của LCD rất chậm đối với màn hình Passive .Trong khi đó sự thay đổi nội dung xuất hiện trên màn hình đối với tín hiệu Video hoặc do tốc độ của chuột máy tính rất nhanh nên tạo thành những bóng ma , vết bóng trên màn hình tại những điểm mà thời gian đáp ứng không kịp thay đổi . Vào cuối năm 1990 , có vài phương án thay đổi đối với LCD để tăng tốc độ thời gian đáp ứng và tăng cường độ tương phản . Toshiba và Sharp cùng phát triển kiểu màn hình LCD có tên là HPD (Hybrid passive display) dùng côngthức khác của vật liệu tinh thể lỏng để nâng cao chất lượng hình ảnh và có tăng giá thành một chút . Tính dẻo ( tính nhầy ) của tinh thể lỏng giảm xuống có nghĩa là có thể thay đổi trạng thái của phân tử tinh thể lỏng tăng lên nó cho phép HPD có chất lượng hình tốt hơn so với DSTN những chưa bằng màn hình LCD với ma trân Active . Ví dụ , mỗi điểm 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 15 phân giải 640 x 480 cần tới 921.000 transistor ( 640x480x3) , với độ phân giải 1024 x 768 cần tới 2.359.296 transistor ( 1024x768x3 ). Với một Panel ma trận transistor đầu đủ trọn vẹn không bị hỏng một transistor nào là một bài toán khó , cho nên sản xuất ra một tấm Panel TFT đắt hơn so với DSTN hiện tại . Đó cũng là nguyên nhân tại sao mà màn hình TFT sẽ có một vài Pixel trên đó bị lỗi , tuỳ theo nhà sản xuất mà công bố số điểm lỗi tối đa trên màn hình của họ . Có hai hiện tượng mà những Pixel của màn hình TFT bị thiếu sót : · Điểm Pixel ánh sáng tại đó xuất hiện một hoặc một vài chỗ ngẫu nhiên màu Đỏ , Xanh nước biển hoặc những thành phần Pixel màu Xanh lá cây trên tấm Panel khi màn hình ở chế độ tối hoàn toàn . · Những Pixel bị lỗi hoặc bị chết tại đó sẽ xuất hiện những điểm màu đen trên nền trắng. Những lỗi chung trước kia hầu hết là do thỉnh thoảng Transistor tại vị trí trên màn bị hỏng ở trạng thái bị ngắn mạch và kết quả tại vị trí đó Pixel sẽ sáng ( Đỏ , Xanh lá cây hoặc Xanh nước biển ) . Thật không may mắn những transistor bị hỏng đó chúng ta không thể sửa chữa được sau khi lắp ráp thành phẩm . Nó chỉ bị Disable những Transistor bị hỏng bằng tia Laser , khi đó tại những điểm này sẽ là những điểm đen trên nền trắng . Nhà sản xuất sẽ công bố những điểm Pixel bị hỏng tối đa trên tấm Panel của họ để người dùng có thể chấp nhận được . Ví dụ đối với màn hình có độ phân giải 1024 x 768 tương đương với 2.359.296 transistor mà có 20 Pixel bị lỗi tương đương với 0.0008% . 4. NGUYÊN LÝ MÀN HÌNH LCD. 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 900. ● 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 90o như Hình vẽ => ánh sáng cũng xoay 90o xuyên qua các tinh thể lỏng. ● Ánh sáng bẻ uốn cong 90o như các phân tử khi xoay. ● Các phần tử sắp xếp khi có điện trường đặt vào. Khi có điện trường đặt vào, tinh thể lỏng cấu trúc lại làm xoay ánh sáng khi xuyên qua. ● Cấu trúc phân tử trong các tinh thể lỏng sắp xếp một cách dễ dàng khi có điện trường đặt vào hoặc điện cực Anot ngoài tác dụng. Khi có điện áp đặt, các phân tử tự sắp xếp theo chiều dọc (dọc theo điện trường) và ánh sáng cũng xuyên suốt dọc theo chiều sắp xếp của phân tử. ● Chắn sáng với 2 bộ lọc phân cực (Polarizing filters - bộ lọc phân cực) - Khi có điện áp đặt vào, kết hợp cả 2 bộ lọc phân cực làm xoay tinh thể lỏng trở thành 1 hiển thị LCD. LCD Monitor Nhóm SV lớp KSTN-DTVT-K52 18 - Ánh sáng sẽ xuyên qua khi hai bộ lọc phân cực sắp xếp với trục phân cực như hình vẽ trái. - Ánh sáng sẽ bị chặn khi 2 bộ lọc phân cực sắp xếp với trục phân cựn như hình vẽ phải. ● Màn hình LCD Kết hợp cả hai bộ lọc phân cực và sự xoay của tinh thể lỏng tạo lên một màn hình 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 Hiển thị độ dài sắp xếp theo dạng hình số "8" để hiển thị số. b) Hệ thống ma trận điểm (hiển thị ký tự) Hiển thị sắp xếp thao các hàng và các cột để hiển thị ký tự. LCD Monitor Nhóm SV lớp KSTN-DTVT-K52 20 c) Hệ thống ma trận điểm (hiển thị đồ hoạ) Hiển thị sắp xếp theo các hàng và các cột để hiển thị đồ hoạ. Nguyên lý hiển thị mầu Mầu được hiển thị nhờ các bộ lọc mầu dành cho mỗi thành phần hiển thị, trong hệ thống ma trận điểm, các điểm mầu đỏ (R) , xanh lá (G), xanh dương (B) nhận được do sử dụng các bộ lọc mầu, ba mầu cơ bản trên kết hợp lại cho ta một điểm ảnh, mỗi điểm mầu sẽ cho một mầu có cường độ sáng khác nhau, một điểm ảnh có thể cho vô số mầu và là mầu tổng hợp được từ ba mầu cơ bản trên. LCD Monitor Nhóm SV lớp KSTN-DTVT-K52 21 4.3. CẤU TRÚC LCD VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG. Tiếp theo là miêu tả tóm tắt cấu trúc vật liệu tinh thể lỏng và quá trình chế tạo LCD. a) Cấu trúc LCD : 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 900. 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 dẫn thì chân D sẽ có điện áp bằng điện cực Y tạo ra một điện áp chênh lệch với đế trên của LCD. LCD Monitor Nhóm SV lớp KSTN-DTVT-K52 23 o Mỗi Transistor sẽ điều khiển một điểm mầu , các tín hiệu ngắt mở được đưa đến điện cực X, tín hiệu Video được đưa đến điện cực Y, điện áp chênh lệch giữa điện cực X và Y sẽ làm Transistor dẫn tạo ra một điểm mầu có cường độ sang nhất định. · Mỗi điểm mầu do một Transistor điều khiển, mỗi điểm mầu sẽ phát ra một mầu có cường độ sáng khác nhau, cường độ sáng phụ thuộc vào tín hiệu Video đặt vào điện cực Y. · Ba điểm mầu mang ba mầu khác nhau R(đỏ), G (Xanh lá) và B (Xanh lơ) tạo lên một điểm ảnh, khi thay đổi cường độ sáng của các điểm mầu sẽ tạo ra cho điểm ảnh có vô số mầu sắc khác nhau (Nguyên lý trộn mầu trong tự nhiên). · Màn hình điện thoại có độ phân giải là 96 x 128 nghĩa là sẽ có 96 x 128 = 12338 điểm ảnh hoặc có 12338x3 = 37014 điểm mầu. H×nh 8 : Nguyªn lý ho¹t ®éng cña mµn LCD mµu • Nguyªn lý ho¹t ®éng M¹c h ®iÖn ®iÒu khiÓn Tr•êng hîp 1 : §iÖn ¸p ®iÒu khiÓn ë møc nhá nhÊt (0V) Tr•êng hîp 1 : §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) Khối vi xử lý có chức năng điều khiển các hoạt động chung của máy, bao gồm các điều khiển: - Điều khiển tắt mở nguồn - Điều khiển tắt mở khối cao áp LCD Monitor Nhóm SV lớp KSTN-DTVT-K52 25 - Điều khiển thay đổi độ sáng, độ tương phản - Xử lý các lệnh từ phím bấm - Xử lý tín hiệu hiển thị OSD - Tích hợp mạch xử lý xung đồng bộ 3. INVERTER (Bộ đổi điện – Khối cao áp) - Có chức năng cung cấp điện áp cao cho các đèn huỳnh quang Katot lạnh để chiếu sáng màn hình - Thực hiện tắt mở ánh sáng trên màn hình - Thực hiện thay đổi độ sáng trên màn hình 4. ADC (Mạch Analog Digital Converter) Mạch này có chức năng đổi các tín hiệu hình ảnh R, G , B từ dạng tương tự sang tín hiệu số rồi cung cấp cho mạch Scaling 5. SCALING (Xử lý tín hiệu Video, chia tỷ lệ khung hình) Đây là mạch xử lý tín hiệu chính của máy, mạch này sẽ phân tích tín hiệu video thành các giá trị điện áp để đưa lên điều khiển các điểm ảnh trên màn hình, đồng thời nó cũng tạo ra tín hiệu Pixel Clock – đây là tín hiệu quét qua các điểm ảnh 6. LVDS (Low Voltage Differential Signal) Đây là mạch xử lý tín hiệu vi phân điện áp thấp, mạch thực hiện đổi tín hiệu ảnh số thành điện áp đưa lên điều khiển các điểm ảnh trên màn hình, tạo tín hiệu quét ngang và quét dọc trên màn hình, mạch này thường gắn liền với đèn hình. 7. LCD PANEL (Màn hình tinh thể lỏng) - Đây là toàn bộ phần hiển thị LCD và các lớp tạo ánh sáng nền của đèn hình -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. LCD Monitor Nhóm SV lớp KSTN-DTVT-K52 26 2. POWER SUPPLY BOARD. Việc chuyển đổi chế độ năng lượng để sử dụng cho màn hình LCD là cần thiết. Nó có thể được tiến hành bên ngoài hoặc trong (đính kèm) màn hình LCD. Ở đây thông dụng là loại đính kèm máy nên ta sẽ tìm hiểu sâu về nó 2.1. Chức năng của khối nguồn: Bộ chuyển đổi có chức năng chuyển dòng xoay chiều (~220V AC) thành một chiều để cung cấp cho các thiết bị cần thiết trong màn hình LCD. Khối nguồn cung cấp các mức điện áp một chiều cho các bộ phận của máy, bao gồm các điện áp: 12V cung cấp cho mạch INVERTER (Mạch cao áp) 5V cung cấp cho Vi xử lý 3,3V cung cấp cho mạch xử lý hình ảnh 2.2. Các mạch trong khối nguồn (loại trong LCD) Sơ đồ giản lược khối nguồn Hình ảnh khối nguồn trong màn hình LCD LCD Monitor Nhóm SV lớp KSTN-DTVT-K52 27 Mạch lọc nhiễu - Có chức năng lọc bỏ nhiễu cao tần bám theo đường dây điện không để chúng lọt vào trong máy làm hỏng linh kiện và gây nhiễu trên màn hình Mạch chỉnh lưu - Có chức năng đổi điện áp AC 220V thành điện áp DC 300V (ở Mỹ là điện áp DC 155V) cung cấp cho nguồn xung hoạt động Mạch dao động - Có chức năng tạo ra xung dao động cao tần để điều khiển đèn Mosfet ngắt mở tạo ra dòng biến thiên chạy qua cuộn biến áp xung. Đèn Mosfet Q - Ngắt mở dưới sự điều khiển của xung dao động để tạo ra dòng điện sơ cấp chạy qua biến áp xung Mạch hồi tiếp - Lấy mẫu điện áp đầu ra rồi tạo ra điện áp sai lệch hồi tiếp về mạch dao động để tự động điều khiển đèn công suất hoạt động sao cho điện áp ra được ổn định khi điện áp vào hoặc dòng tiêu thụ thay đổi. Biến áp xung - Ghép giữa cuộn sơ cấp, hồi tiếp và thứ cấp để thực hiện điều khiển điện áp đồng thời lấy ra nhiều mức điện áp khác nhau theo ý muốn 2.3. Hình ảnh khối nguồn trên một số máy thực tế Ta lấy ví dụ với màn hình Acer và AOC. Ngay dưới đây là hình ảnh khối nguồn trong màn hình Acer LCD Monitor Nhóm SV lớp KSTN-DTVT-K52 28 Khối nguồn và khồi cao áp trên Monitor LCD AOC 2.4. Nguyên lý hoạt động của khối nguồn Khối nguồn Monitor LCD thường hoạt động theo nguyên lý nguồn xung, sử dụng cặp IC dao động kết hợp với đèn công suất Mosfet Nguồn chia làm hai phần là sơ cấp và thứ cấp, hai phần này có điện áp chênh lệch khoảng 300V, bên sơ cấp thường có cảnh báo “Nguy hiểm” sờ vào sẽ bị giật, còn bên thứ cấp được nối với mass của máy. Như sơ đồ bộ nguồn ở dưới đây, bên sơ cấp có mầu hồng và bên thứ cấp có mầu xanh. Do trình độ còn hạn chế, em xin trình bày cụ thể các mạch trong dịp khác. LCD Monitor Nhóm SV lớp KSTN-DTVT-K52 29 Loại riêng bên ngoài (bên ngoài màn hình hay đính kèm máy) Dòng ra của bộ nguồn ngoài thường là 12, 14 hoặc 18 V với amperes khác nhau, từ 2 đến 4A. Điện áp và cường độ dòng điện ra của bộ nguồn tốt nhất là phù hợp với điện áp và cường độ dòng điện vào của màn hình LCD. Sau khi vào màn hình, các điện áp và cường độ này một lần nữa sẽ đi qua vài bộ điều chỉnh điện áp để đưa ra điện áp 5, 3,3 và 2,5V như bộ nguồn trong. 3. INVERTER BOARD – BOARD CAO ÁP. Ở các LCD đời mới, bo cao áp nằm chung với bo nguồn. Còn các LCD đời củ thì bo cao áp có thể nằm riêng như hình bên dưới. LCD Monitor Nhóm SV lớp KSTN-DTVT-K52 30 Board cao áp trong LCD được thiết kế theo 4 dạng thông dụng như sau: 1) Kiểu Buck Royer 2) Kiểu kéo đẩy (Lái trực tiếp) 3) Kiểu Nữa cầu -Half bridge (Lái trực tiếp) 4) Toàn cầu – Full bridge (Lái trực tiếp) Các kiểu 2, 3, 4 hiện nay được dùng nhiều hơn do tính ổn định và ít tốn linh kiện hơn. 3.1. Buck Royer Inverter: Sơ đồ khối kiểu Buck Yoyer LCD Monitor Nhóm SV lớp KSTN-DTVT-K52 31 - Để đốt sáng các bóng cao áp (back light), nhiệm vụ của bo cao áp là chuyển điện áp 12V DC từ mạch nguồn lên đến hàng trăm thậm chí hàng ngàn vôn AC. - Mỗi mạch cao áp cấp cao áp cho từng bóng cao áp riêng biệt (đối với các LCD có 2 hay 4 bóng cao áp). Mạch dạng này bao gồm: IC điều xung (hay còn gọi IC inverter), Mosfet Buck kênh P, cuộn dây Buck và Diode Buck, cặp Transistor kéo đẩy… LCD Monitor Nhóm SV lớp KSTN-DTVT-K52 32 Nói cho phức tạp, thực chất nó như dạng một cái “tăng phô” điện tử. Tuy nhiên, ở đây nó được thiết kế để họat động ở tần số từ 30 đến 70 Khz với mạch hồi tiếp để họat động ổn định. Các MOSFET thì đạng đôi và đóng gói như dạng IC 8 chân cắm hoặc 8 chân dán SMD. 3.2. Dạng kéo đẩy (Lái trực tiếp) Lọai này chủ yếu sử dụng 1 cặp mosfet ngược kênh và trên thực tế thì 2 mosfet này cũng được đóng gói như 1 IC 8 chân cắm hoặc 8 chân dán SMD. LCD Monitor Nhóm SV lớp KSTN-DTVT-K52 33 3.3. Dạng nửa cầu – Half Bridge Inverter (Lái trực tiếp). Dạng này thì cũng tương tự như như dạng kéo đẩy nhưng khác nhau ở chổ chỉ cần 1 cuộn dây bên sơ mà thôi. LCD Monitor Nhóm SV lớp KSTN-DTVT-K52 34 3.4. Dạng toàn cầu – Full Bridge Inverter (Lái trực tiếp) Lọai này thường thấy trong các LCD đời mới, nó chạy đến 2 MOSFET đôi 8 chân cho 1 bóng cao áp. Mạch toàn cầu thực tế: LCD Monitor Nhóm SV lớp KSTN-DTVT-K52 35 MOFET đổi: LCD Monitor Nhóm SV lớp KSTN-DTVT-K52 36 4. MẠCH KHỞI ĐỘNG: START CIRCUIT TÍNH KỸ THUẬT. Hầu hết các Màn hình LCD đều có một mạch khởi động (On/off signal) để gởi một tín hiệu điều khiển việc đóng ngắt mạch nguồn của board ao áp. Tín hiệu này mức thấp ~ 0v (tắt) và mức cao trong khoảng từ 2v – 5v (mở). Nếu là tín hiệu là 0 Volts (tức tắt), thì board cao áp sẽ không họat động và dĩ nhiên bóng cao áp sẽ không sáng lên. Tương ứng nếu tín hiệu này = 2v-5v (là “mở”) thì board cao áp sẽ họat động và bóng cao áp sẽ sáng lên. (Mạch khởi động): Ở sơ đồ thực tế dưới đây, khi ta cắp cáp VGA và bật nguồn LCD, board xử lý hình sẽ gởi tín hiệu “ON signal” về cho board cao áp (khoảng 2-5V tùy Màn hình LCD) qua R751 kích dẫn Q751. Q751 dẫn kéo theo Q752 dẫn. Nguồn 12 Volts sẽ chạy qua Q752 và cấp cho chân VCC của IC TL1451ACN (Inverter IC). Trong đó 12V từ nguồn chính sẽ qua cầu chì F751 loại linh kiện dán SMD (2A/125V). Nếu không có tín hiệu “On signal” này thì Q751 sẽ không dẫn, Q752 cũng sẽ không dẫn, không có điện áp sẽ chạy vào cấp nguồn VCC cho IC, IC không họat động -> Màn hình LCD sẽ không họat động. LCD Monitor Nhóm SV lớp KSTN-DTVT-K52 37 LCD Monitor Nhóm SV lớp KSTN-DTVT-K52 38 5. ĐÈN CHIẾU SÁNG NGƯỢC (BACKLIGHT LAMPS ) LCD panel không thể tự phát sáng được. Vì vậy, một đèn nền (đèn backlight) cung cấp ánh sáng từ phía sau là yêu cầu bình thường. Các nền hệ thống bao gồm một đèn pháp sáng; một bảng điều khiển phân phối ánh sáng đều cho toàn bộ bề mặt hình LCD; và một nguồn cung cấp. Đèn backlights có thể có trong nhiều loại và hình dạng khác nhau. Hinh ảnh bên trong màn hình LCD (đèn backlight phía sau nằm bên phải) Hiện nay, hầu hết các đèn đều sử dụng bộ phận phát sáng là bóng huỳnh quang được gọi là đèn huỳnh quang cathode lạnh (CCFL – cold cathode fluorescent lamp). LCD Monitor Nhóm SV lớp KSTN-DTVT-K52 39 Nó được gọi như vậy vì CCFL không cần thiết đốt nóng những sợi tóc để tạo ra ánh sáng (phân biệt với đèn huỳnh quang cathode nóng). Hơn nữa, điện cực ở đầu bóng có nhiệt độ tương đối thấp trong khi phát sáng. CCFL có tuổi thọ dài (khoảng 50000 giờ). Nguồn cung cấp điện áp xoay chiều cho CCFL. Hiện tượng màn hình đỏ (Display Reddish) và nhấp nháy (Display Flicker) Thông thường hiện tượng màn hình đỏ và nhấp nháy trong LCD gây ra bởi một số lỗi của đèn backlight. Trong những màn hình LCD không có mạch phản hồi (Feedback Circuit) ở mạch cao áp (inverter board); mặc dù đèn backlight bị trục trặc, màn hình LCD vẫn hoạt động tiếp và không bao giờ tắt. Điều này khác hẳn với những màn hình LCD có mạch phản hồi. Bởi vì nếu màn hình có một chút nhấp nháy (gây ra bởi đèn backlight) cũng khiến cho màn hình LCD tăt ngay lập tức Hiện tượng đen ở đầu đèn có thể làm màn hình LCD nhấp nháy và tắt Mạch cao áp có mạch phản hồi (từ phía trước và phía sau) LCD Monitor Nhóm SV lớp KSTN-DTVT-K52 40 6. MAIN BOARD-A/D BOARD. Theo tiếng Việt thì gọi là bo mạch chính nhiệm vụ chính là nhận tín hiểu RGB Analog rồi chuyển đổi thành tín hiệu Digital cấp cho mạch điều khiển, mạch lái rồi xuất lên LCD Panel. Trên bo gồm có: IC giao tiếp (Scalar), MCU (microcontroller unit), EEprom, thạch anh, mạch ổn áp, và một số linh kiện dán (SMD). Các mạch ổn áp nguồn trên bo bao gồm: 2v5, 3v3 và 5v. Trên bo còn có các đường tín hiệu khác như: không hiển thị (no display), tự động cân chỉnh… Mô hình chung của main board của LCD LCD Monitor Nhóm SV lớp KSTN-DTVT-K52 41 6.1. IC giao tiếp: Nó bao gồm Pre-Amp, ADC (chuyển đổi analog sang digital), tự động cân chỉnh (Auto Adjustment), PLL (Phase Locked Loop), các hiển thị trên màn hình (On Screen Display -OSD)… Chuyển đổi tín hiệu màu RGB sang 8 bit hay 16 bit tùy thuộc vào MCU đang dùng để cấp cho IC điều khiển panel LCD. Chức năng tự động cân chỉnh tần số, phase, vị trí ngang / dọc và cân bằng trắng… khi chuyển đổi độ phân giải. Ở các monitor LCD đời củ, các chức năng này không nằm chung 1 IC mà chia thành nhiều IC khác nhau. 6.2. MCU (Microcontroller Unit): MCU giống như một máy tính nhỏ có chứa trong nó một IC và một chương trình để các nhiệm vụ cụ thể. Nó bao gồm một CPU, SRAM, DAC, bộ chuyển đổi dòng điện (A/D conveter) và một Flash ROM chuyên dụng (chứa một chương trình 64k-byte) Vị trí của MCU trong mạch 6.3. EEprom: EEPROM viết tắt của Electrical Erasable Programmable Đặc điểm: Dữ liệu của nó không bị mất ngay cả khi bị mất điện, do đó có thể lưu lại trong nhiều năm. EEPROM mới thường không có dữ liệu trong đó. Và phải viết dữ liệu trước khi đem sử dụng. Như tên gọi của mình, khi bị lỗi EEPROM có thể được xả ra nạp lại bằng các máy nạp ROM thông dụng như PCB50 của TME hay Máy ProTool U580…tính mà không cần tháo nó ra khỏi mạch. Hoạt động EEPROM hoạt động như một BIOS máy tính LCD Monitor Nhóm SV lớp KSTN-DTVT-K52 42 Khi màn hình máy tính được bật lên, EEPROM sẽ sao chép chuyển đổi trên các bản sao tất cả các dữ liệu hay thông tin từ EEPROM đến microcontroller (MCU). Ví dụ, EEPROM sẽ cho phép các microcontroller biết tần số mà màn hình là đang hoạt động. Các EEPROM được sử dụng để lưu trữ các cài đặt hiện thời của các Màn hình LCD. Các cài đặt của màn hình; nó sẽ không bị xoá hoàn toàn, ngay cả khi màn hình bị tắt. Bất cứ lúc nào thay đổi được thực hiện trong cài đặt màn hình, bộ vi điều khiển sẽ cập nhật các cài đặt trong EEPROM. Khi bật lại màn hình, các thông tin này được dùng để thiết lập khởi động. Nếu lỗi EEprom: · Tệ nhất sẽ không lên hình. · Sai khuông hình ngang dọc · Không thể lưu các cài đặt, cân chỉnh của người dùng. Không hiển thị các màn hình chức năng điều khiển hoặc hiện các màn hình chức năng hòai mà không tắt. · Một số chức năng điều chỉnh âm thanh (nếu đính kèm), ánh sáng không họat động, Các chip EEprom thông dụng là: 24C02, 24C21, 24C04, 24C08, 24C16 24C02 hoặc 24C21-EEprom này chứa DDC (Display Data Channel) và giao tiếp với PC thông qua cáp tín hiệu. Các DDC tiêu chuẩn hỗ trợ tính năng Plug and Play. Ngoài ra DDC tiêu chuẩn sẽ đơn giản hoá việc cài đặt màn hình cho người sử dụng. 24C04, 24C08 hay 24C16-EEprom chứa các cài đặt hiện tại của màn hình LCD. Nếu có thay đổi cài đặt cho màn hình LCD, các microcontroller sẽ cập nhật các thông số cài đặt trong EEprom IC. Vì vậy, khi các màn hình LCD được bật trở lại, các thiết lập được lưu trữ được sử dụng để thiết lập cho màn hình. LCD Monitor Nhóm SV lớp KSTN-DTVT-K52 43 6.4. Thạch Anh (Crystal): Cấp giao động cho MCU. Nó hiểu nôm na giống như chiếc đồng hồ đếm; xác định thời điểm cho phép LCD hiện hình mới. Nếu các tín hiệu từ các đồng hồ này ngừng, hoặc là yếu, hoặc xung thay đổi, các Màn hình LCD có thể hiển thị bị giật vấn đề hoặc có thể dừng lại. Hãy chắc chắn rằng xung phải có hình sin khi kiểm tra với một oscilloscope. 6.5. Các mạch ổn áp 2v5, 3v3, 5v: Để cấp nguồn cho tòan bộ bo mạch. Điện áp thấp hoặc mất, mạch sẽ không hoạt động hoặc hoạt động không như mong muốn. Màn hình sẽ không thể hiển thị và đèn LED sẽ không lên. 7. MẠCH MÀN HÌNH (LCD Monitor Panel). Có 2 kiểu dòng sản phẩm sử dụng 2 công nghệ khác nhau. Một là LCD ma trận thụ động (dual scan twisted nematic, DSTN LCD) và Một là LCD ma trận tích cực (chủ động) sử dụng điện cực điều khiển bằng một loại ma trận transistor phiến mỏng(TFT LCD). Do loại thứ 2 phổ biến hơn nhờ có thời gian đáp ứng nhanh và chất lượng vượt xa DSTN LCD nên ở đây ta chỉ nghiên cứu loại này. Như vậy, ta xem xét tới các bộ phận chính của màn hình LCD TFT sau: · Khung cơ khí (Mechanical frame) · Mạch điều khiển (Controller Board) · Câu ghép nối thông tin (TCP – Tape Carrier Package) · Ghép nối băng từ tự động (TAB – Tape Automatic Bonding) · Chỗ để đèn nền (Backlight) · Tấm phân cực (Polarizer) · Màn khuếch tán (Diffuser film) · Tấm dẫn sáng (Light Guide Plate). · Màn phản xạ (Reflector) LCD Monitor Nhóm SV lớp KSTN-DTVT-K52 44 Thứ tự bên trong của màn hình LCD TFT 7.1. Khung cơ khí (Mechanical frame) Đơn giản là giá đỡ của Panel, đồng thời làm giảm hiện tượng nhiễu điện từ (EMI – electromagnetic interference) gây ra từ bên ngoài. 7.2. Mạch điều khiển (Controller Board) Chức năng của mạch điều khiển là lấy thông tin hiển thị từ mạch chủ (Main board); sau đó điều khiển điểm ảnh trên màn sáng hay tắt (thông các transitor dòng và Đèn (Back- light) Màn phản xạ (Reflector) Màn dẫn sáng (Light Guided light) Màn khuếch tán (Diffuser film) Cụm phân cực (gồm nhiều bộ phận) Màn bảo vệ. Mạch điều khiển (Controller Board) Câu ghép nối thông tin (TCP) Ghép nối băng từ tự động (TAB) Sơ đồ các bộ phận của LCD Panel Ánh sáng LCD Monitor Nhóm SV lớp KSTN-DTVT-K52 45 cột). Cụ thể, những transitor này được điều khiển bởi IC điều khiển; thông qua tín hiệu số điều khiển phát ra từ một IC chạy (LCD Driver IC’s). Sơ đồ: IC điều khiển => IC chạy => transitor điều khiển => điểm ảnh. Ta có thể thấy rõ trong 2 hình sau (đặc biệt là hình thứ hai): Hình ản của LCD Controller Board Vị trí của các bộ phận LCD controller, controller board và TCP LCD Monitor Nhóm SV lớp KSTN-DTVT-K52 46 7.3. Câu ghép nối thông tin (TCP – Tape Carrier Package) Là cầu nối giữa màn hình LCD (theo nghĩa screen) với modun điều khiển màn hình. Trên mỗi TCP có các IC chạy. Xem thêm hình ngay trên và hình phóng to bên dưới. 7.4. Ghép nối băng từ tự động (Tape Automatic Bonding – TAB) TAB là phần kết nối giữa màn hình (theo nghĩa LCD screen) và IC (trên TCP). Nó sử dụng một thanh đồng phù hợp với IC thay vì làm bằng dây dẫn. Phần trong ô vàng bên dưới. LCD Monitor Nhóm SV lớp KSTN-DTVT-K52 47 7.5. Đèn nền (Backlight) Đặt ngay sau màn hình (screen) để tạo sáng. Đã giới thiệu ở trên. 7.6. Tấm phân cực (Polarizer) Polarizer là một màng mỏng cho phép ánh sáng đi qua chỉ theo một hướng. Giữa 2 lớp phân cực dọc và ngang có bộ lọc màu (color filter và color filter glass), tinh thể lỏng(liquid crystal) và lớp transistor phiến mỏng (TFT – thin film transistor) như hình vẽ. Mỗi khi có hiệu điện thế, các tinh thể lỏng ở mỗi điểm xếp theo 1 trật tự nhất định, từ đó ánh sáng qua nó sẽ có cường độ khác nhau. Chính công nghệ TFT phân biệt giữa 2 loại màn hình. Mổi điểm ảnh có một transistor riêng để điều khiển, và đối với màn hình màu thì có đến 3 transistor cho mổi điểm (mổi transistor cho một màu cơ bản). Màn hình thực chất là một tập hợp (array) hình chữ nhật bao gồm nhiều transistor ở dạng lớp mỏng (thin film). Vì vậy còn có tên gọi là TFT (Thin film transistor). 7.7. Màn khuếch tán (Diffuser film) Màn khuếch tán được sử dụng trong cấu tạo của LCD panel để chắc chắn rằng ánh sáng được chiếu đồng bộ khắp màn hình. Hình dưới. 7.8. Tấm dẫn sáng (Light Guide Plate). Phân phối ánh sáng từ đèn backlight. 7.9. Màn phản xạ (Reflector) Nhận ánh sáng từ đèn backlight; hướng ánh sáng nhận được vào tấm dẫn sáng. LCD Monitor Nhóm SV lớp KSTN-DTVT-K52 48 Như vậy ta đã tìm hiểu được các lớp bên trong LCD Panel. Có thể xem lại hình sau. Nó gần với mô hình ban đầu của phần LCD Panel này. III.SỰ KHÁC NHAU GIỮA CÁC CÔNG NGHỆ 8. LCD & CRT 8.1. Khác biệt về kích cỡ Với màn hình ống phóng (CRT), kích cỡ thực thường nhỏ hơn trên giấy tờ. Ví dụ một màn hình 32” tức là chiều dài đường chéo là 32”. Tuy nhiên, một màn hình CRT loại 17” chỉ có 15,7” chiều dài đường chéo phần hiển thị hình ảnh. Màn hình tinh thể lỏng LCD không có hạn chế này. LCD Monitor Nhóm SV lớp KSTN-DTVT-K52 49 8.2. Ứng dụng Nếu bạn là người cực kì khó tính về game hay công việc của bạn yêu cầu khả năng đồ họa ưu việt, sống động hơn, thì màn hình CRT cỡ lớn là một lựa chọn tốt. Còn màn hình LCD với chất lượng hình ảnh nổi trội, kiểu dáng hiện đại và ít hại mắt sẽ làm hài lòng người dùng thông thường. Khi mua một chiếc CRT, hãy mua từ 17” trở lên. Tương tự, hãy mua màn hình LCD loại 17” thay vì 15” bởi giá bán chênh nhau không nhiều. 8.3. Giá thành Giá cả của màn hình LCD ngày cảm giảm: chỉ cần chi 200 USD để mua một màn hình LCD loại 19”. Tuy nhiên, với những loại từ 21” trở lên, giá tăng gấp rưỡi tới gấp đôi. Ví dụ một màn hình LCD loại 21” có giá 250 USD, trong khi các loại lớn hơn có giá từ 400 USD trở lên. 8.4. Không phải tất cả đều phẳng Khi mua màn hình, đừng đánh đồng màn hình phẳng là LCD. Cách duy nhất để biết là hãy hỏi rõ đó là loại màn hình LCD hay CRT trước khi mua . 8.5. Những điểm quan trọng của LCD Tính thẩm mỹ: So với CRT, màn hình LCD có kiểu dáng hợp thời trang và thanh mảnh rất ưa nhìn. Các sản phẩm hiện nay đều có kiểu dáng trang nhã, thanh điều khiển được bố trí gọn gàng. Khối lượng một chiếc màn hình LCD 15” chỉ tầm hơn 1kg, nặng hơn một chút với cỡ 17”, rất tiện cho việc di chuyển. Ngoài ra, các nhà sản xuất đã thiết kế nguồn điện ở ngoài nên độ dày tối thiếu của nền màn hình hiện nay là dưới 1,5cm. Góc nhìn: Mặc dù CRT dẫn đầu về mặt này, góc nhìn của LCD ngày càng được mở rộng hơn. Hiện nay góc nhìn tối đa của LCD đã lớn hơn 160 độ - quá đủ cho bất kỳ mục đích nào. LCD Monitor Nhóm SV lớp KSTN-DTVT-K52 50 Về hiển thị màu sắc: Màn hình CRT chiếm ưu thế rõ rệt. Tuy nhiên, những chiếc LCD tốt nhất hiện nay cũng đáp ứng khá tốt và đối với người sử dụng bình thường thì khó có thể nhận ra sự khác biệt khi so sánh. Sự khác biệt về hiển thị màu này có thể tăng giảm tùy chất lượng màn hình LCD so sánh. Độ tương phản: CRT truyền thống luôn có độ tương phản tốt hơn so với LCD. Gần đây một số sản phẩm LCD đã theo kịp màn hình CRT về khả năng này. Độ tương phản giúp hiển thị tông màu một cách chân thực ngay cả khi ánh sáng yếu. Do vậy, đây là yếu tố quan trọng nhất đối với các ứng dụng về game hay phim ảnh. Điểm chết: Điểm chết là những điểm ảnh không hoạt động trên màn hình LCD. Không thể khắc phục được lỗi điểm chết của màn hình. Điểm chết sẽ hiện rõ với màu nền trắng hay ngay khi khởi động. Vẫn còn nhiều nhà sản xuất băn khoăn về điều khoản bảo hành thay thế đối với các màn hình có điểm chết. Ngược lại, các hãng sản xuất hàng đầu không ngần ngại đổi lại các màn hình có lỗi trong thời gian bảo hành. Do đó, khi chọn mua một chiếc LCD, hãy kiểm tra các điều khoản bảo hành liên quan đến điểm chết. Nhanh chóng cài đặt thử ngay sau khi mua để đảm bảo có thể được bảo hành trong thời gian quy định. Tiêu thụ năng lượng: Màn hình LCD tiêu thụ điện năng rất ít - từ 25 - 50 W. Trong khi với một màn hình CRT 15 “, mức điện năng tiêu thụ lên tới 60 - 80 W và khoảng 70 - 150 đối với màn hình 17” và 19”. Về hiển thị hình ảnh: Màn hình LCD hiển thị hình ảnh sáng rõ gấp 2 lần so với CRT. Nên chọn LCD khi sử dụng màn hình trong môi trường nhiều ánh sáng. Nhiễu từ: Những chiếc LCD không hề bị ảnh hưởng bởi nhiễu từ - không như CRT. Rất nhiều màn hình LCD có hệ thống âm thanh nổi đi kèm và không phải ngăn nhiễu từ. Do đó giảm thiếu chi phí cho người tiêu dùng và nhà sản xuất. Tốc độ đáp ứng: Đối với màn hình LCD, tốc độ đáp ứng là một yếu tố quan trọng liên quan đến các ứng dụng về game hay phim ảnh. Đó là thời gian một điểm ảnh trên màn hình có thể đổi màu. Hiện nay đa số màn hình đều có tốc độ đáp ứng cao. Bạn nên chọn màn có tốc độ đáp ứng (response time) ít nhất 2ms nếu có nhu cầu chơi game. Rung hình: Điều bất tiện nhất của màn hình CRT là bị rung hình, hay tần số quét thấp, có thể gây ra đau đầu khi sử dụng hàng ngày. Điều này khiến loại màn hình CRT được sản xuất hạn chế hơn. Tần số quét mặc định trong Window là 60 Hz, cho đến khi cài đặt màn hình, hệ điều hành sẽ tiếp nhận tập tin cài đặt và điều chỉnh tần số theo các thông số của màn hình. Theo chuẩn VESA thì tần số quét tối thiểu là 72 để tránh hiện trượng nhức mỏi mắt. 85 Hz là tần số lý tưởng cho người sử dụng màn hình CRT loại 17”. Tần số quét hoàn toàn không phải là vấn đề đối với màn hình LCD. LCD Monitor Nhóm SV lớp KSTN-DTVT-K52 51 Thông thường có hai loại tần số quét để lựa chọn đối với các màn hình LCD, nên tuân theo khuyến cáo của nhà sản xuất. 9. LCD và plasma 9.1. Nhược điểm của LCD so với Plasma TV LCD Toshiba, 42”, 42WL, giá 38 triệu đồng. Độ tương phản, góc nhìn: Bên cạnh độ tương phản kéo theo khả năng thể hiện màu đen sâu tốt hơn, màn hình Plasma còn tự hào cho góc nhìn rộng hơn LCD. Góc nhìn được tính bằng vị trí của người ngồi tại hai bên màn hình so với vị trí trung tâm mà khi xem chất lượng (màu sắc, độ rõ nét) của hình ảnh vẫn còn được đảm bảo. Góc nhìn: Thông thường bạn sẽ thấy độ sáng và màu sắc của hình ảnh trên màn hình LCD sẽ mờ nhạt hẳn khi xem ở các góc nhìn hẹp trong khi ở TV Plasma vẫn nguyên vẹn. Tuy nhiên, điểm yếu này của LCD đang ngày càng được cải thiện, bởi LCD Monitor Nhóm SV lớp KSTN-DTVT-K52 52 trên thị trường ngày một nhiều các TV LCD có góc nhìn rộng ngang bằng thậm chí là tốt hơn Plasma. Màu sắc: Plasma cũng có thể tái tạo màu sắc sáng hơn cũng bởi vì LCD bị hiện tượng rò rỉ ánh sáng giữa các điểm ảnh dẫn tới ảnh hưởng đến độ bão hoà màu. Hiển thị hành động: Các chuyên gia về màn hình Plasma cũng sẽ cho bạn biết Plasma hơn hẳn LCD về khả năng hiển thị các cảnh phim hành động và nội dung thể thao. Điều này là hoàn toàn đúng với các thế hệ TV LCD đời cũ. Tuy nhiên, những màn hình LCD mới đã được cải tiến đáng kể, do đó sai khác về khả năng hiển thị các thước video chuyển động nhanh giữa LCD và Plasma không còn, thậm chí LCD còn tỏ ra tốt hơn. Điều này được minh chứng bằng thông số thời gian đáp ứng của điểm ảnh tính bằng đơn vị miligiây (ms), chỉ số này càng thấp chất lượng hiển thị phim hành động càng tốt. Giá cả: Trước đây, lợi thế lớn nhất của Plasma so với LCD là giá cả, đặc biệt là ở tầm màn hình lớn. Tuy nhiên, trong vòng một năm gần đây, cục diện này đã thay đổi: LCD qua mặt Plasma cả về độ phân giải và giá cả. Các TV Plasma ở châu Á có kích thước phổ biến là 42 đến 63 inch, với giá bán dao động từ 1.500 USD (42") đến 63.000 USD. Trong khi đó, LCD với kích thước 52" cao cấp chỉ có giá 11.000 USD (tầm đại trà lớn nhất), hay phiên bản 65" bán theo đơn đặt hàng của Sharp cũng chỉ có giá khoảng 21.000 USD. Như vậy, về tỷ lệ giá thành trên một inch đường chéo, TV LCD Bravia cao cấp nhất loại 52" tương đương với TV Plasma 50" đầu bảng của Pioneer, chiếc PDP-5000EX. 9.2. Ưu điểm của LCD so với Plasma TV Plasma 50” mới nhất của Samsung, model 50Q9. LCD Monitor Nhóm SV lớp KSTN-DTVT-K52 53 Bên cạnh giá cả cạnh tranh, LCD vượt lên công nghệ đối thủ Plasma ở khá nhiều thông số chìa khoá khác. Độ phân giải: Ở cùng tầm kích thước, nó hơn hẳn Plasma về độ phân giải tự nhiên, tức là đạt được nhiều điểm ảnh hơn. Đặc biệt, các màn hình độ phân giải cao sẽ giúp hiển thị hình ảnh 1.080 dòng quét (1080i/p) trung thực hơn và LCD dường như là địa chỉ tin cậy hơn về tỷ trọng HDTV. Tuy nhiên, những TV Plasma hàng đầu cũng có thể hiển thị nội dung 1080p, do đó, ở tầng TV mỏng cao cấp cán cân độ phân giải dường như là cân bằng. Điện năng: Phe LCD còn cho rằng công nghệ của họ ngốn ít điện năng hơn màn hình Plasma, một số thống kê cho thấy nó tiết kiệm tới 30% so với công nghệ đối thủ. Kích thước: LCD cũng nhẹ hơn TV Plasma nếu so sánh ở cùng kích thước, nên dễ dàng hơn cho việc di chuyển cũng như gắn tường. Tuổi thọ: Màn hình LCD còn tự hào về tuổi thọ dài hơn. Trước đây, TV Plasma đời cũ chỉ đạt được tuổi thọ hơn 20.000 giờ xem nếu đặt ở độ sáng bằng một nửa độ sáng tối đa trong khi LCD luôn được cam đoan là đạt 60.000 giờ. Tuy nhiên, khoảng cách này đã được thu hẹp ở thế hệ các TV Plasma đời mới, với tuổi thọ trung bình được khẳng định là từ 30.000 đến 60.000 giờ. Cháy màn hình: Plasma dễ gặp hiện tượng cháy hình, trong khi ở LCD có thể được coi là miễn nhiễm. Hiện tượng cháy hình xảy ra khi một hình ảnh được hiển thị quá lâu trên màn hình, kết quả là tạo ra một bóng ma của hình ảnh vĩnh viễn lưu trên đó. Tuy nhiên, ở các TV Plasma mới, căn bệnh này đã được loại trừ nhờ các công nghệ cải tiến cũng như các chế độ bảo vệ màn hình hữu hiệu. Có thể hiện tượng cháy hình vẫn còn, nhưng chỉ sau một vài ngày chúng sẽ bị nhạt đi chứ không phải bị lưu và in lên vĩnh viễn. LCD Monitor Nhóm SV lớp KSTN-DTVT-K52 54 10. LCD và OLED 10.1. Các ưu điểm của LCD so với OLED Thời gian: Điểm yếu của OLED là thời gian tồn tại của sản phẩm khá ngắn .Thời gian sống - trong khi các tấm film OLED xanh và đỏ có thời gian sống lâu (khoảng 10 000 đến 40 000 giờ), thì các tấm film xanh da trời hiện tại có thời gian sống ít hơn nhiều (chỉ khoảng 1000 giờ). Ngoài ra, ngành công nghiệp sẽ cần nhiều thời gian để xây dựng những tấm nền lớn tương đương LCD. Giá thành: Hiện tại các công đoạn chế tạo OLED vẫn còn rất đắt.Vì vậy giá thành của LCD thấp hơn OLED đến 1,7 hoặc 1,8 lần. 10.2. Các nhược điểm của LCD so với OLED OLED không cần chiếu sáng nền như LCD. LCD hoạt động bằng cách chặn các vùng ánh sáng của đèn nền để tạo thành hình ảnh, trong khi OLED tự phát sáng. Bởi vì OLED không cần chiếu sáng nền nên chúng tiêu thụ ít điện năng hơn nhiều so với LCD (hầu hết điện năng cho LCD dùng cho chiếu sáng nền) và mang lại độ phân giải màu và độ tương phản cao hơn. Ưu điểm này đặc biệt quan trọng đối với các thiết bị sử dụng pin như điện thoại di động, PDA hay máy tính xách tay. Kích thước: Do các điểm ảnh của OLED tự phát sáng không cần tới dền hay hệ thống hỗ trợ khác nên màn hình OLED rất mỏng so với màn hình LCD. Góc nhìn: OLED có góc nhìn rộng hơn, vào khoảng 170°. Do các LCD hoạt động bằng cách chặn ánh sáng nên chúng có một tầm nhìn hạn chế ở những góc nhìn nhất định. Các OLED tự phát ra ánh sáng nên chúng có một góc nhìn rộng hơn nhiều. LCD Monitor Nhóm SV lớp KSTN-DTVT-K52 55 . KẾT LUẬN Theo bước tiến của công nghệ và xu hướng của thị trường màn hình ,LCD như là một công nghệ màn hình thế hệ thứ 2 đáp ứng những nhu cầu thiết yếu của người dùng.LCD với những ưu điểm vượt trội :khả năng cơ động ,thời gian đáp ứng nhanh,độ phân giải cao.Với các công nghệ mới được nghiên cứu và phát triển: Plasma,OLED,LED, E-paper - màn hình giấy điện tử....Đối thủ cạnh tranh chính :CRT ,Plasma đã trở nên nhạt nhòa.Công nghệ LCD đã áp đảo thị trường màn hình và linh kiện chiếm đến hơn 50% năm 2008. Bài viết đã trình bày một cách tổng quan về:những thuộc tính cơ bản của màn hình LCD,những tính năng và bộ mạch chính và có đánh giá so sánh các công nghệ hiện nay.Đây là một tài liệu hay để tìm hiểu về LCD.Nhóm sinh viên rất hi vọng sẽ được phát triển và tìm hiểu thêm về công nghệ LCD trong thời gian sắp tới. Hà Nội.Tháng 05/2009. Nhóm sinh viên . KSTN-ĐTVT-K52. TÀI LIỆU THAM KHẢO. 1. “LCD Monitor Repair” .Jestine Youg . 2. 3. Các tài liệu tải từ Internet và một số site :

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • pdfTổng quan về công nghệ LCD -các thuộc tính và những bộ mạch cơ bản.pdf