ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP:“ Nghiên cứu bộ nguồn ngắt mở trong các tivi LCD đời mới ”

MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU CHƢƠNG I : CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG MÀN HÌNH LCD 1.1 CẤU TẠO MÀN HÌNH LCD 1.2 MÀN HÌNH TFT LÀ GÌ? 1.3 CẤU TẠO CỦA CÁC ĐIỂM ẢNH TRÊN MÀN HÌNH 1.4 SỰ KHÁC NHAU VỀ NGUYÊN LÝ PHÁT SÁNG GIỮ HAI LOẠI MÀN HÌNH 1.5 CẤU TRÚC CỦA MÀN HÌNH TINH THỂ LỎNG 1.6 CẤU TRÚC VÀ CHỨC NĂNG CỦA BỘ PHẬN TẠO ÁNH SÁNG NỀN 1.7 TẤM LỌC MẦU TRÊN TẤM LCD 10 1.8 TẤM PHÂN CỰC TRÊN MỖI ĐIỂM MÀU 11 1.9 ÁNH SÁNG NỀN 11 1.10 IC ĐIỀU KHIỂN DRIVE 12 1.11 MẠCH LVDS ĐIỀU KHIỂN MÀN HÌNH 15 CHƢƠNG II : SƠ ĐỒ KHỐI VÀ CHỨC NĂNG CÁC KHỐI TRONG TIVI LCD 24 2.1 SƠ ĐỒ KHỐI MÀN HÌNH LCD 24 2 PHÂN TÍCH CHỨC NĂNG CỦA CÁC KHỐI TRÊN TIVI LCD 25 CHƢƠNG III : PHÂN TÍCH KHỐI NGUỒN TIVI LCD 36 3.1 SƠ ĐỒ KHỐI NGUỒN TỔNG QUÁT 36 3.2 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA KHỐI NGUỒN 37 3.3 SƠ ĐỒ KHỐI MỘT SỐMẠCH NGUỒN TRONG THỰC TẾ 52 KẾT LUẬN 70 TÀI LIỆU THAM KHẢO 71 LỜI NÓI ĐẦU Thế kỷ 21 chứng kiến phát triển vượt bậc nghành công nghệ Một số cơng nghệ phải kể đến công nghệ LCD Nhà vật lý người Áo Frinitzen Reinitzer phát tinh thể lỏng vào năm 1888 Màn hình tinh thể lỏng sản xuất vào năm 70 ký 20 với ứng dụng ban đầu máy tính, đồng hồ quan sát phần tử… Cơng nghệ hình tinh thể lỏng phát triển mạnh mẽ với giá thành ngày thấp, tiêu hao lượng kiểu dáng gọn nhẹ với nhiều ứng dụng thực tế : tivi, hình máy tính, hình điện thoại… Màn hình LCD Monitor có nhiều hãng sản xuất khác không ngừng cải tiến nhược điểm để LCD ngày đáp ứng tốt nhu cầu người sử dụng Trong đồ án tốt nghiệp “ Nghiên cứu nguồn ngắt mở tivi LCD đời ” hướng dẫn thạc sĩ : Đỗ Anh Dũng giúp em sâu nghiên cứu cấu tạo nguyên tắc hoạt động hình, mạch hình khắc phục số hư hỏng thường gặp hình LCD Do hình LCD ngày phát triển không ngừng đổi mới.Do khả tìm hiểu cịn hạn chế chưa đầy đủ xác thực, đồ án em cịn nhiều thiếu sót mong đóng góp ý kiến thầy bạn để đồ án hồn thiện CHƢƠNG I : CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG MÀN HÌNH LCD 1.1 CẤU TẠO MÀN HÌNH LCD Hình 1.1 : Hình dạng hình LCD Màn hình tinh thể lỏng mang đặc tính kết hợp chất rắn chất lỏng Trong tinh thể lỏng, trật tự xắp xếp phân tử giữ vai trò định mức độ ánh sáng xuyên qua Dựa trật tự xắp xếp phân tử tính đối xứng cấu trúc, tinh thể lỏng phân làm ba loại : smectic, nematic (chiral nematic) cholesteric, tinh thể nematic sử dụng hình tinh thể lỏng hay LCD Sự kết hợp hai lọc phân cực xoay tinh thể lỏng tạo lên hình tinh thể lỏng : Hình 1.2 : Kết hợp lọc xoay tinh thể lỏng Dựa kiến trúc cấu tạo , hình loại : - 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 Hình 1.3 : Ma trận thụ động LCD ma trận thụ động (dual scan twisted nematic, DSTN LCD) : Có đặc điểm đáp ứng tín hiệu chậm (300ms) dễ xuất điểm sáng xung quanh điểm bị kích hoạt khiến cho hình bị nhịe Các cơng nghệ Toshiba Sharp đưa HPD ( hybrid passive display ), cuối năm 1990, cách thay đổi công thức vật liệu tinh thể lỏng để rút ngắn thời gian chuyển đổi trạng thái phân tử, cho phép hình đạt thời gian đáp ứng 150ms độ tương phản 50:1 Sharp Hitachi theo hướng khác, cải tiến giải thuật phân tích tín hiệu đầu vào nhằm khắc phục hạn chế DSTN LCD, nhiên hướng chưa đạt kết đáng ý b LCD ma trận chủ động Hình 1.4 : Ma trận chủ động LCD ma trận chủ động thay lưới điện cực điều khiển loại ma trận transistor phiến mỏng (thin film transistor, TFT LCD) có thời gian đáp ứng nhanh chất lượng hình ảnh vượt xa DSTN LCD Các điểm ảnh điều khiển độc lập transistor đánh dấu địa phân biệt, khiến trạng thái điểm ảnh điều khiển độc lập, đồng thời tránh tượng bóng ma thường gặp DSTN LCD 1.2 MÀN HÌNH TFT LÀ GÌ ? TFT (Thin Film Transistor) hình tinh thể lỏng sử dụng cơng nghệ Transistor màng mỏng - Trên hình cấu tạo nên từ điểm mầu R, G B - Cứ ba điểm mầu RGB đứng cạnh tạo nên điểm ảnh (1 pixel) - Trên điểm mầu người ta sử dụng Transistor để điều khiển tinh thể lỏng cho cường độ ánh sáng xuyên qua thay đổi - Với Transistor thơng thường chiếm diện tích điểm mầu, phần suốt cho phép ánh sáng xuyên qua bị thu hẹp lại, cường độ ánh sáng bị giảm - Hiện người ta sử dụng Transistor màng mỏng, cực Transistor trở nên suốt cho phép ánh sáng xuyên qua, Transistor điều khiển điểm mầu chúng khơng che khuất ánh sáng, diện tích ánh sáng hiệu dụng tăng lên, chi tiết ảnh thu nhỏ trước, với công nghệ người ta sản xuất hình có độ sáng tốt nét Hình 1.5 – Màn hình TFT sử dụng Transistor có điện cực suốt 1.3 CẤU TẠO CỦA CÁC ĐIỂM ẢNH TRÊN MÀN HÌNH - Nếu độ phân giải hình tối đa 1024 x 768 có nghĩa hình có 1024 điểm ảnh xếp theo chiều ngang 768 điểm ảnh xếp theo chiều dọc - Các chi tiết nhỏ hình sử dụng điểm ảnh: Ví dụ dấu chấm ( ) sử dụng điểm ảnh - Mỗi điểm ảnh có độ rộng khoảng 250 đến 300 micro mét (khoảng 0,25 đến 0,3mm), kích thước nhỏ chúng lại cấu tạo nên từ điểm mầu R, G, B (đỏ, xanh xanh lơ) - Trong điểm mầu có Transistor điều khiển, liệu đưa vào cực S lệnh bật tắt transistor đưa vào cực G - Các điểm mầu có cấu tạo giống khác lọc mầu đặt để tạo mầu đỏ hay mầu xanh mầu xanh lơ Hình 1.6 - Cấu trúc điểm ảnh hình LCD - Các điểm mầu có cấu tạo giống khác lọc mầu đặt để tạo mầu đỏ hay mầu xanh mầu xanh lơ 1.4 Sự khác nguyên lý phát sáng giữ hai loại hình Trong đèn hình CRT người ta dùng tia điện tử quét qua lớp chất phát quang để tạo ánh sáng cịn đèn hình LCD người ta sử dụng tinh thể lỏng có điều khiển điện áp để điều khiển lượng ánh sáng xuyên qua điểm mầu nhiều hay ít, bên ngồi điểm mầu người ta sử dụng lọc mầu để lọc mầu đỏ, xanh lácây xanh lơ Hình 1.7 - Sự khác nguyên lý hai loại hình CRT LCD 1.5 Cấu trúc hình tinh thể lỏng Hình 1.8 - Cấu trúc hình tinh thể lỏng Màn hình tinh thể lỏng có nhiều lớp chia làm hai phần chính: - Phần tạo ánh sáng nền: có chức tạo nguồn ánh sáng trắng chiếu từ phía sau (Backlight) chiếu qua LCD để soi sáng hình ảnh mầu - Tấm LCD nơi mà điểm mầu điều khiển ánh sáng xuyên qua nhiều hay ít, từ tái tạo lại ánh sáng hình ảnh lúc ban đầu Tấm LCD nơi tạo lên hình ảnh mầu chúng cấu tạo từ lớp sau: - Màng phân cực phía - Tấm CF (Đây điện cực chung) - Lớp LC (Lyquied Crystal) - Lớp tinh thể lỏng - Tấm TFT (Thin Film Transistor) - Các Transistor màng mỏng - Màng phân cực phía Phần tạo ánh sáng nền, bao gồm lớp: - Lăng kính - lớp tăng cường độ ánh sáng lên 1,5 đến 1,8 lần - Lớp khuếch tán ánh sáng - lớp tập trung ánh sáng thu từ sau lớp dẫn sáng - Tấm dẫn sáng - truyền ánh sáng từ phía khắp hình - Lớp phản xạ - phản xạ tồn ánh sáng phía trước - Đèn cao áp - tạo ánh sáng cho hình Hình 1.9 – Màn hình tinh thể lỏng gồm hai phần Phần tạo ánh sáng phần LCD Panel 1.6 Cấu trúc chức phận tạo ánh sáng Hình 1.10 - Cấu trúc phận tạo ánh sáng Hình 1.11 - Chức lớp phận tạo ánh sáng 1.7 Tấm lọc mầu LCD Mỗi điểm ảnh có ba điểm mầu giống hệt kích thước cấu tạo, điểm khác lọc mầu đặt phía điểm mầu - Khi ánh sáng trắng xuyên qua lọc mầu đỏ cho điểm mầu đỏ - Khi ánh sáng trắng xuyên qua lọc mầu xanh cho điểm mầu xanh - Khi ánh sáng trắng xuyên qua lọc mầu xanh lơ cho điểm mầu xanh lơ Ba điểm mầu đỏ - xanh - xanh lơ xếp cạnh tạo nên điểm ảnh (1 Pixel) Một điểm mầu cho mầu có cường độ sáng thay đổi từ tắt sáng bão hồ, điểm mầu hình 16 triệu mầu thay đổi 256 mức sáng, mức thấp tắt mức cao sáng bão hồ Nhưng điểm ảnh lại cho vô số mầu sắc, điểm mầu thay đổi 256 mức sáng điểm ảnh cho số mầu sắc tích ba điểm mầu = 256 x 256 x 256 = 16772216 mầu (16,7 triệu mầu) Hình 1.12 - Tấm lọc mầu chức lọc mầu 10 1.8 Tấm phân cực điểm màu Trên điểm mầu, phần tử tinh thể lỏng đặt hai phân cực dưới, thông thường hai phân cực sẻ rãnh vng góc với o nhau, trạng thái tự tinh thể lỏng bị soắn góc 90 , ánh sáng xuyên qua, ánh sáng bị soắn theo lớp tinh thể lỏng kết ánh sáng qua hai lớp phân cực Khi đặt điện áp chênh lệch vào hai phân cực, tác dụng điện trường tinh thể lỏng duỗi thẳng ánh sáng theo đường thẳng, ánh sáng qua lớp phân cực phía lại bị phân cực phía chặn lại Hình 1.13 - Tấm phân cực điểm mầu thường sẻ rãnh vng góc 1.9 Ánh sáng Để tạo nguồn sánh trắng từ phía sau, người ta sử dụng đèn huỳnh quang Katot lạnh, đèn tương tự bóng khơng có sợi đốt hoạt động điện áp cao gọi bóng cao áp, đèn có điện áp hoạt động từ 600VAC đến 1000V với hình 14" 15" từ 1300V đến 1500V với hình 17" 19" Trên máy thường có cáo áp (INVERTER) có chức tạo điện áp 11 cao để cung cấp cho bóng cao áp hình Hình 1.14– Bóng cao áp (CCFL) hai kiểu thết kế ánh sáng Người ta sử dụng bóng cao áp (đèn huỳnh quang katot lạnh) để tạo ánh sáng nền, để giảm độ dầy hình bóng cao áp thường thiết kế đặt bên cạnh, cạnh cạnh hình, nhiên với kiểu thiết kế hình có cấu trúc phức tạp cho hiệu xuất ánh sáng Với hình đặt bóng cao áp từ phía sau cho hiệu xuất ánh sáng tốt hơn, cấu trúc hình đơn giản hơn, nhiên kích thước hình dầy 1.10 IC điều khiển Drive IC điều khiển cực cổng (V.Drive) bố trí cạnh bên trái bên phải LCD, thơng thường có IC điều khiển hàng ngang, IC điều khiển khoảng 256 hàng ngang hình IC điều khiển cực nguồn (H.Drive) bố trí cạnh cạnh LCD, thơng thường có IC điều khiển đường cột, IC điều khiển khoảng 384 đường cột dọc hình 12 Hình 1.15 – IC – Drive điều khiển cực cổng cực nguồn transistor điểm mầu, thực chất IC chuyển mạch tín hiệu Hình 1.16 – Màn hình thường có IC – V.Drive điều khiển đường ngang (hàng) có IC – H.Drive điều khiển đường dọc (cột) - Mỗi điểm mầu hình có Transistor điều khiển, cực D tất transistor hình đấu chung với điện áp VLCD -Cực G tất transistor hàng đấu chung với đấu vào hàng ngang, cực G Transistor đấu với điện áp điều khiểnđể bật tắt phần tử TFT - Cực S tất transistor cột đấu chung với đấu vào đường cột dọc hình, cực S Transistor nối với nguồn tín hiệu để xác lập mức độ ánh sáng xuyên qua lớp tinh thể lỏng IC- H.Drive V.Drive thực chất IC chuyển mạch, H.Drive chuyển mạch đóng tín hiệu VS vào đường cột từ trái qua phải với tốc độ khoảng 60 MHz, xung Pixel Clock điều khiển cho mạch LVDS thực trình này, xung Pixel Clock cịn gọi xung Dot Clock xung điều khiển 13 quét sang điểm ảnh theo phương ngang từ trái qua phải hình, quét ngang với tốc độ 60MHz nghĩa giây IC- H.Drive quét qua 60.000.000 điểm ảnh từ trái qua phải hình V.Drive IC chuyển mạch điều khiển đóng điện áp VG vào hàng (đường ngang) hình theo phương từ xuống với tốc độ khoảng 50KHz, xung Hs điều khiển cho mạch LVDS thực trình này, quét với tốc độ 50KHz nghĩa giây IC- V.Drive đóng điện áp điều khiển từ xuống với tốc độ 50.000 dịng / giây Hình 1.17 – Chân S Transistor đấu chung vào đường cột, chân đấu chung vào đường hàng ngang Trên hình điểm mầu xếp xen kẽ theo phương ngang theo thứ tự R- G-B, điểm RGB liên tiếp tạo nên điểm ảnh, đứt mạch ngang hình sinh tượng hình có đường kẻ ngang hình mầu đen trắng xám Thông thường đường cột thường bồ trí điểm mầu có chung mấu sắc bị đứt mạch đường cột hình thường 14 đường kẻ sợi xanh đỏ dọc hình Hình 1.18 – Các điểm mầu hình xếp xen kẽ theo phương ngang RGB theo phương dọc RRR GGG BBB 1.11 Mạch LVDS điều khiển hình LVDS mạch vi phân điện áp thấp, mạch gắn liền với LCD nằm vỉ máy kết nối với LCD thơng qua cáp tín hiệu, LVDS có nhiệm vụ điều khiển điểm ảnh hình thông qua IC chuyển mạch H.Drive V.Drive Sơ đồ mạch điều khiển hình – LVDS 1) Các đường liệu hình ảnh số R, G, B tín hiệu điều khiển từ mạch SCALER sang mạch LVDS 15 Hình 1.19 – Các liệu video số tín hiệu điều khiển hình Các tín hiệu điều khiển hình bao gồm: - Tín hiệu En (Enable) lệnh cho phép mạch LVDS hoạt động để điều khiển hình - Tín hiệu Pixel Clock hay gọi xung Dot Clock, tín hiệu điều khiển đóng tín hiệu vào đường cột để từ điều khiển cực nguồn (cực S) phần tử TFT, tín hiệu có tần số khoảng 60MHz, tương đương với tốc độ quét qua điểm ảnh khoảng 60 triệu điểm ảnh / giây - Tín hiệu Hs có tần số xung H.Syn, hình CRT xung dịng (Horyontal) lại điều khiển cho cuộn lái tia quét hình theo chiều ngang, hình LCD xung dịng Hs lại điều khiển cho mạch LVDS đóng điện áp vào đường mạch ngang hình từ xuống (hay gọi quét dọc), tần số Hs số dòng quét gây - Tín hiệu Vs có tần số xung V.Syn, hình CRT xung quát mành (Vertical) điều khiển cho cuộn lái tia quét hình từ xuống (quét dọc), hình LCD xung Vs xung đánh dấu kết thúc hình, số Vs số hình ảnh hình quét giây 16 Hiện có nguyên lý quét dọc quét quét xen kẽ - Nếu quét xung Vs tương đương với hình ảnh hồn chỉnh - Nếu quét xen kẽ xung Vs tương đương với ½ hình ảnh hồn chỉnh Các liệu hình ảnh số bao gồm: - bít liệu mầu đỏ (R) mang thông tin mức sáng điểm mầu R hình, liệu tạo nên ảnh mầu đỏ - bít liệu mầu xanh (G) mang thơng tin mức sáng điển mầu G hình, liệu tạo nên ảnh mầu xanh hình - bít liệu mầu xanh lơ (B) mang thơng tin mức sáng điểm ảnh mầu B hình, liệu tạo nên ảnh mầu xanh lơ Màn hình hiển thị đồng thời ảnh điểm ảnh tổng hợp mầu sắc từ mầu R-G-B để tái tạo lại mầu sắc ban đầu Hình 1.19 - Mạch LVDS nằm vỉ máy, từ LVDS kết nối với đèn hình thơng qua cáp giắc kết nối Các thông số kỹ thuật Tivi LCD Chất lượng hình ảnh thường phụ thuộc vào thơng số kỹ thuật hình, sau thơng số kỹ thuật hình LCD mà cần quan tâm: 17 Thông số kỹ thuật: - Loại hình TFT LCD - Kích thước hình 17" - Kích thước điểm ảnh - Cường độ sáng 400cd/m2 (Candela / m2 ) - Độ tương phản 10.000:1 - Góc nhìn ( Dọc/ Ngang) 150° / 135° - Thời gian đáp ứng 5ms - Độ phân giải tối đa 1600 Pixel x 1200 Pixel - Chuẩn hình Tivi LCD - Hổ trợ màu 16 triệu mầu - Các kiểu kết nối hỗ trợ : AV in, Component, PC, S – Video, HDMI Sau ý nghĩa thông số kỹ thuật trên: - Loại hình TFT LCD TFT từ viết tắt Thin Film Transistor loại hình sử dụng cơng nghệ Transistor màng mỏng, với cơng nghệ độ sáng điển mầu tăng lên, Transistor điều khiển điểm mầu rát mỏng giúp cho ánh sáng xun qua dễ dàng Transistor khơng cịn cản trở phần ánh sáng xuyên qua, mầu sắc trở lên trung thực góc nhìn hình tăng lên LCD viết tắt Lyquied Crystal Display tức hiển thị tinh thể lỏng, mối điểm ảnh hình cấu tạo nên từ điểm mầu điểm mầu lại sử dụng tinh thể lỏng để điều khiển cường độ ánh sáng xuyên qua Kích thước hình (Active Screen Size): Kích thước hình thường tính theo chiều dài đường chéo hình tính theo đơn vị chiều dài Anh “inch”, “inch” tương đương với 2,54cm 18 Kích thước hình 17 inch nghĩa chiều dài đường chéo hình 17 inch (17”), nhiên có hai loại hình hình có tỷ lệ ngang:dọc 4:3 16:9 Nếu hai hình có số inch (ví dụ 17”) hình có tỷ lệ 4:3 có diện tích rộng hơn, điều đồng nghĩa với số điểm ảnh nhiều giá thành cao Hình 15 – Hai hình A B có kích thước 17 inch, hình A có tỷ lệ 4:3 nên có diện tích rộng hình B có tỷ lệ 16:9 hình 4:3 có diện tích gấp khoảng 1,125 lần hình 16: Kích thước hình lớn cho ảnh rộng độ nét lại phụ thuộc vào độ phân giải – Kích thước điẻm ảnh (Pixel Pitch): đơn vị mm Kích thước điểm ảnh thơng số cho biết chi tiết hình ảnh nhỏ nào, kích thước điểm ảnh nhỏ hình hiển thị chi tiết ảnh bé hình ảnh sắc nét, nhiên để đạt kích thước điểm ảnh nhỏ độ phân giải hình phải tăng lên kích thước hình khơng tăng Ví dụ hai hình có kích thước 17 inch hình có độ phân giải cao có kích thước điểm ảnh nhỏ Kích thước điểm ảnh nhỏ tốt - Cường độ sáng (Brightness) đơn vị Candela / m2, viết tắt cd/m2 Cường độ sáng thể cường độ chiếu sáng ánh sáng đặt phía sau lớp hiển thị LCD, cường độ sáng hình phụ thuộc vào số 19