Luận văn điện tử: Nghiên cứu cải tiến bộ nguồn ti vi đời mới

1
LỜI NÓI ĐẦU
Thế kỷ 21 đã chứng kiến sự phát triển vượt bậc của các ngành công
nghệ. Một trong số các công nghệ đó chúng ta phải kể đến đó là công nghệ
LCD. Nhà vật lý người Áo Frinitzen Reinitzer đã phát hiện ra các tinh thể
lỏng vào năm 1888. Màn hình tinh thể lỏng đầu tiên được sản xuất vào những
năm 70 của thế ký 20 với những ứng dụng ban đầu trong máy tính, đồng hồ
và quan sát phần tử . Công nghệ màn hình tinh thể lỏng phát triển rất
mạnh mẽ với giá thành ngày càng thấp, tiêu hao ít năng lượng kiểu dáng gọn
nhẹ với rất nhiều các ứng dụng trong thực tế như : tivi, màn hình máy tính,
màn hình điện thoại
Màn hình LCD Monitor có rất nhiều hãng sản xuất khác nhau và
không ngừng cải tiến các nhược điểm của nó để LCD ngày càng đáp ứng tốt
hơn nhu cầu của người sử dụng. Trong đồ án tốt nghiệp “ Nghiên cứu cải
tiến bộ nguồn của ti vi đời mới ” được sự hướng dẫn của
thạc sĩ : Lê Bình Minh đã giúp em đi sâu nghiên cứu về cấu tạo và nguyên
tắc hoạt động của màn hình, các mạch trên màn hình và các khắc phục một
số hư hỏng thường gặp trong màn hình LCD.
Do màn hình LCD ngày càng phát triển và không ngừng đổi mới.Do
khả năng tìm hiểu còn hạn chế chưa đầy đủ và xác thực, đồ án của em
còn
nhiều thiếu sót mong được sự đ ng góp ý kiến của các thầy cô và các bạn
để đồ án được hoàn thiện hơn.
2
1
3
CHƯƠNG I :
CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG MÀN HÌNH LCD
1.1 CẤU TẠO MÀN HÌNH LCD
Hình 1.1 : Hình dạng màn hình LCD
Màn hình tinh thể lỏng mang đặc tính kết hợp giữa chất rắn và chất

lỏng. Trong tinh thể lỏng, trật tự xắp xếp của các phân tử giữ vai trò quyết
định mức độ ánh sáng xuyên qua. Dựa trên trật tự xắp xếp phân tử và tính đối
xứng trong cấu trúc, tinh thể lỏng được phân làm ba loại : smectic,
nematic
(chiral nematic) và cholesteric, nhưng chỉ tinh thể nematic được sử dụng trong
màn hình tinh thể lỏng hay LCD.
Sự kết hợp của hai bộ lọc phân cực và sự xoay của tinh thể lỏng tạo lên
một màn hình tinh thể lỏng :
4
2
5
Hình 1.2 : Kết hợp của bộ lọc và sự xoay của tinh thể lỏng
là :
Dựa trên kiến trúc cấu tạo , màn hình 2 loại chính
- LCD ma trận thụ động (DSTN LCD - Dual Scan Twisted Nematic)
- LCD ma trận chủ động (TFT LCD - Thin Film Transistor)
a. LCD ma trận thụ động
6
Hình 1.3 : Ma trận thụ động
3
LCD ma trận thụ động (dual scan twisted nematic, DSTN LCD) : Có
đặc điểm là đáp ứng tín hiệu khá chậm (300ms) và dễ xuất hiện các điểm sáng
xung quanh điểm bị kích hoạt khiến cho hình có thể bị nhòe. Các công nghệ
được Toshiba và Sharp đư a ra là HPD ( hybrid passive display ), cuối năm 1990,
bằng cách thay đổi công thức vật liệu tinh thể lỏng để rút ngắn thời gian
chuyển đổi trạng thái của phân tử, cho phép màn hình đạt thời gian đáp ứng
150ms và độ tương phản 50:1. Sharp và Hitachi cũng đi theo một hướng khác,
cải tiến giải thuật phân tích tín hiệu đầu vào nhằm khắc phục các hạn chế của
DSTN LCD, tuy nhiên hướng này về cơ bản chưa đạt được kết quả đáng chú ý.
b. LCD ma trận chủ động

Hình 1.4 : Ma trận chủ động
LCD ma trận chủ động thay thế lưới điện cực điều khiển bằng loại ma
trận transistor phiến mỏng (thin film transistor, TFT LCD) có thời gian đáp
ứng nhanh và chất lượng hình ảnh vượt xa DSTN LCD. Các điểm ảnh
được
điều khiển độc lập bởi một transistor và được đánh dấu địa chỉ phân biệt, khiến
trạng thái của từng điểm ảnh có thể điều khiển độc lập, đồng thời và tránh
được hiện tượng bóng ma thường gặp ở DSTN LCD.
4
1.2 MÀN HÌNH TFT LÀ GÌ ?
TFT (Thin Film Transistor) l m n h nh tinh thể lỏng sử dụng c ng nghệ
Transistor m ng mỏng
- Tr n m n h nh được cấu tạo n n từ c c điểm mầu R, G v B
- Cứ ba điểm mầu RGB đứng cạnh nhau tạo n n một điểm ảnh (1 pixel)
- Tr n mỗi điểm mầu người ta sử dụng một Transistor để điều khiển c c
tinh thể lỏng sao cho cường độ nh s ng xuy n qua c thể thay đổi được.
- Với Transistor th ng thường n chiếm mất diện t ch của điểm mầu, v
vậy phần trong suốt cho ph p nh s ng xuy n qua bị thu hẹp lại, cường độ nh
s ng bị giảm.
- Hiện nay người ta sử dụng c c Transistor m ng mỏng, c c cực của
Transistor trở n n trong suốt v cho ph p nh s ng xuy n qua, khi đ c c
Transistor vẫn điều khiển được c c điểm mầu nhưng ch ng kh ng che khuất nh
s ng, v vậy diện t ch nh s ng hiệu dụng tăng l n, chi tiết ảnh c thể thu nhỏ
hơn trước, với c ng nghệ n y người ta c thể sản xuất được c c m n h nh c độ
s ng tốt hơn v n t hơn.
Hình 1.5 – M n h nh TFT sử dụng c c Transistor c điện cực trong suốt
5
1.3. CẤU TẠO CỦA CÇC ĐIỂM ẢNH TRÊN MÀN HÌNH
- Nếu độ ph n giải của m n h nh tối đa l 1024 x 768 th c nghĩa l m n
h nh đ c 1024 điểm ảnh xếp theo chiều ngang v 768 điểm ảnh xếp theo chiều

dọc.
- C c chi tiết nhỏ nhất tr n m n h nh bao giờ cũng sử dụng t nhất l một
điểm ảnh: V dụ một dấu chấm ( . ) n y sử dụng một điểm ảnh.
- Mỗi điểm ảnh c độ rộng khoảng 250 đến 300 micro m t (khoảng 0,25
đến 0,3mm), k ch thước nhỏ như vậy nhưng ch ng lại được cấu tạo n n từ 3
điểm mầu R, G, B (đỏ, xanh l c y v xanh lơ)
- Trong mỗi điểm mầu c một Transistor điều khiển, dữ liệu được đưa v o
cực S c n lệnh bật tắt transistor được đưa v o cực G
- C c điểm mầu c cấu tạo giống nhau v chỉ kh c nhau ở tấm lọc mầu đặt
tr n c ng để tạo ra mầu đỏ hay mầu xanh l c y hoặc mầu xanh lơ.
.
Hình 1.6 - Cấu tr c của một điểm ảnh tr n m n h nh LCD
6
- C c điểm mầu c cấu tạo giống nhau v chỉ kh c nhau ở tấm lọc mầu đặt
tr n c ng để tạo ra mầu đỏ hay mầu xanh l c y hoặc mầu xanh lơ.
1.4 Sự khác nhau về nguyên lý phát sáng giữ hai loại màn hình.
Trong đ n h nh CRT người ta d ng tia điện tử qu t qua lớp chất ph t
quang để tạo ra nh s ng c n trong đ n h nh LCD th người ta sử dụng tinh thể
lỏng c sự điều khiển của điện p để điều khiển lượng nh s ng xuy n qua điểm
mầu nhiều hay t, b n ngồi c c điểm mầu người ta sử dụng tấm lọc mầu để lọc ra
c c mầu cơ bản như đỏ, xanh l c y hoặc xanh lơ.
Hình 1.7 - Sự kh c nhau về nguy n lý giữa hai loại m n h nh CRT v LCD
1.5 Cấu trúc của màn hình tinh thể lỏng.
Hình 1.8 - Cấu tr c của m n h nh tinh thể lỏng
7
M n h nh tinh thể lỏng c nhiều lớp nhưng được chia l m hai phần ch nh:
- Phần tạo nh s ng nền: c chức năng tạo ra nguồn nh s ng trắng chiếu
từ ph a sau (Backlight) chiếu qua tấm LCD để soi s ng h nh ảnh mầu.
- Tấm LCD l nơi m c c điểm mầu được điều khiển để cho nh s ng
xuy n qua nhiều hay t, từ đ t i tạo lại nh s ng của h nh ảnh l c ban đầu.

Tấm LCD l nơi tạo l n h nh ảnh mầu ch ng được cấu tạo từ c c lớp như
sau:
- M ng ph n cực ph a tr n.
- Tấm CF (Đ y l tấm điện cực chung)
- Lớp LC (Lyquied Crystal) - Lớp tinh thể lỏng
- Tấm TFT (Thin Film Transistor) - C c Transistor m ng mỏng
- M ng ph n cực ph a dưới
Phần tạo nh s ng nền, bao gồm c c lớp:
- Lăng k nh - đ y l lớp tăng cường độ nh s ng l n 1,5 đến 1,8 lần
- Lớp khuếch t n nh s ng - lớp n y tập trung nh s ng thu được từ sau
lớp dẫn s ng.
- Tấm dẫn s ng - truyền nh s ng từ một ph a ra khắp m n h nh
- Lớp phản xạ - phản xạ tồn bộ nh s ng về ph a trước
- Đ n cao p - tạo nh s ng nền cho m n h nh
Hình 1.9 – M n h nh tinh thể lỏng gồm hai phần ch nh -
Phần tạo nh s ng nền v phần LCD Panel
8
1.6. Cấu trúc và chức năng của bộ phận tạo ánh sáng nền.
Hình 1.10 - Cấu tr c của bộ phận tạo nh s ng nền.
Hình 1.11 - Chức năng của c c lớp trong bộ phận tạo nh s ng nền
9
1.7 Tấm lọc mầu trên tấm LCD
Mỗi điểm ảnh c ba điểm mầu giống hệt nhau cả về k ch thước v cấu tạo,
điểm khác nhau duy nhất l tấm lọc mầu đặt ở ph a tr n mỗi điểm mầu đ .
- Khi nh s ng trắng xuy n qua tấm lọc mầu đỏ sẽ cho một điểm mầu đỏ.
- Khi nh s ng trắng xuy n qua tấm lọc mầu xanh l sẽ cho một điểm mầu
xanh lá
- Khi nh s ng trắng xuy n qua tấm lọc mầu xanh lơ sẽ cho một điểm mầu
xanh lơ. Ba điểm mầu đỏ - xanh lá - xanh lơ xếp cạnh nhau sẽ tạo n n một điểm
ảnh (1 Pixel)

Một điểm mầu th chỉ cho một mầu duy nhất c cường độ s ng thay đổi từ
tắt cho đến s ng bão hồ, một điểm mầu của m n h nh 16 triệu mầu n thay đổi
được 256 mức s ng, mức thấp nhất l tắt v mức cao nhất l s ng bão hồ.
Nhưng một điểm ảnh lại cho v số mầu sắc, nếu mỗi điểm mầu thay đổi
được 256 mức s ng th một điểm ảnh sẽ cho số mầu sắc bằng t ch của ba điểm
mầu = 256 x 256 x 256 = 16772216 mầu (16,7 triệu mầu)
Hình 1.12 - Tấm lọc mầu v chức năng của tấm lọc mầu
10
1.8 Tấm phân cực trên mỗi điểm màu.
Tr n mỗi điểm mầu, c c phần tử tinh thể lỏng được đặt giữa hai tấm ph n
cực tr n v dưới, th ng thường hai tấm ph n cực được sẻ rãnh vu ng g c với
nhau, ở trạng th i tự do th c c tinh thể lỏng sẽ bị soắn một g c 90
o
, khi ánh
s ng xuy n qua, nh s ng bị soắn theo lớp tinh thể lỏng v kết quả l nh s ng đi
qua được hai lớp của tấm ph n cực.
Khi đặt một điện p ch nh lệch v o hai tấm ph n cực, dưới t c dụng của
điện trường c c tinh thể lỏng duỗi thẳng ra v nh s ng đi theo một đường thẳng,
khi đ nh s ng đi qua lớp ph n cực ph a dưới nhưng lại bị tấm ph n cực ph a
tr n chặn lại.
Hình 1.13 - Tấm ph n cực tr n mỗi điểm mầu thường được sẻ rãnh vu ng g c.
1.9. Ánh sáng nền.
Để tạo ra nguồn s nh trắng từ ph a sau, người ta sử dụng đ n huỳnh quang
Katot lạnh, đ n n y tương tự như một b ng tu p nhưng kh ng c sợi đốt v hoạt
động ở điện p rất cao gọi l b ng cao p, đ n n y c điện p hoạt động từ
600VAC đến 1000V với m n h nh 14" v 15" hoặc từ 1300V đến 1500V với
màn hình 17" và 19".
Tr n m y thường c bộ c o p (INVERTER) c chức năng tạo ra điện p
11
cao thế để cung cấp cho c c b ng cao p tr n m n h nh.

Hình 1.14– B ng cao p (CCFL) v hai kiểu thết kế nh s ng nền.
Người ta sử dụng b ng cao p (đ n huỳnh quang katot lạnh) để tạo nh
s ng nền, để giảm độ dầy của m n h nh th c c b ng cao p thường được thiết kế
đặt ở b n cạnh, cạnh tr n v cạnh dưới của m n h nh, tuy nhi n với kiểu thiết kế
n y th m n h nh c cấu tr c kh phức tạp v cho hiệu xuất nh s ng k m.
Với c c m n h nh đặt b ng cao p từ ph a sau th c thể cho hiệu xuất nh
s ng tốt hơn, cấu tr c của m n h nh cũng đơn giản hơn, tuy nhi n k ch thước của
m n h nh sẽ dầy hơn.
1.10. IC điều khiển Drive
IC điều khiển cực cổng (V.Drive) được bố tr ở cạnh b n tr i hoặc b n
phải của tấm LCD, th ng thường c 3 IC điều khiển c c h ng ngang, mỗi IC
điều khiển được khoảng 256 h ng ngang m n h nh.
IC điều khiển cực nguồn (H.Drive) được bố tr ở cạnh tr n hoặc cạnh dưới
tấm LCD, th ng thường c 8 IC điều khiển c c đường cột, mỗi IC điều khiển
khoảng 384 đường cột dọc m n h nh.
12
Hình 1.15 – IC – Drive điều khiển cực cổng v cực nguồn của c c transistor
trên các điểm mầu, thực chất l c c IC chuyển mạch t n hiệu
Hình 1.16 – M n h nh thường c 3 IC – V.Drive điều khiển c c đường ngang
(hàng) và có 8 IC – H.Drive điều khiển c c đường dọc (cột).
- Mỗi điểm mầu tr n m n h nh c một Transistor điều khiển, cực D của
tất cả transistor tr n m n h nh được đấu chung với điện p VLCD.
-Cực G của tất cả c c transistor tr n c ng một h ng được đấu chung với
nhau v đấu v o một h ng ngang, cực G của Transistor sẽ được đấu với điện p
điều khiểnđể bật tắt phần tử TFT.
- Cực S của tất cả c c transistor tr n c ng một cột được đấu chung với
nhau v đấu v o đường cột dọc m n h nh, cực S của Transistor sẽ được nối với
nguồn t n hiệu để x c lập mức độ nh s ng xuy n qua lớp tinh thể lỏng.