Chương 7: Màn hình LCD

Chương 7: Màn Hình LCD Bài-1: Nguyên lý của màn hình LCD Nội dung: Nguyên lý của màn hình LCD, Các hệ thống hiển thị, Cấu trúc LCD và nguyên tắc hoạt động. 1. Nguyên lý của màn hình LCD LCD (Liquid Crystal Display) Màn tinh thể lỏng ● Trong chương này, chúng ta sẽ tìm hiểu về nguyên lý của màn hình tinh thể lỏng, tìm hiểu cấu tạo và nguyên lý hoạt động của màn hình LCD nói chung và màn hình LCD cho điện thoại nói riêng, thực chất màn hình LCD của Điện thoại và của Máy tính là một, chúng chỉ khác nhau về kích thước. ● 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. 1 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 90o. ● Ánh sáng xuyên qua vùng không gian (khoảng trống) của phần tử sắp xếp. ● 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. 2 ● 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 - 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. 3 ● 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. ● 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. 2. Các hệ thống hiển thị. Các nguyên lý 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. 4 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. 3. Cấu trúc LCD và nguyên tắc hoạt động ● Tiếp theo là miêu tả tóm tắt cấu trúc vật liệu tinh thể lỏng và quá trình chế tạo LCD. ● Cấu trúc LCD 1. Polarizing filter (Bộ lọc phân cực) Điều khiển ánh sáng đi vào và thoát ra.  5 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 90o. 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 từ xung quanh sau đó dùng lớp phản xạ để hướng ánh sáng chiếu thẳng góc với màn hình từ sau về phía trước. ● 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: - Các điện cực X và Y sắp xếp thành hàng và dãy, mỗi điểm giao nhau có một Transistor trường, 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. - 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. 6 ● 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.