Công nghệ màn hình hiển thị

Nguyên lý hiển thị hình ảnh Màn hình CRT sử dụng phần màn huỳnh quang dùng để hiển thị các điểm ảnh, để các điểm ảnh phát sáng theo đúng màu sắc cần hiển thị cần các tia điện tử tác động

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ I

ĐỀ TÀI CÔNG NGHỆ MÀN HÌNH HIỂN THỊ

Giảng viên: Nguyễn Quốc Dinh Nhóm 2: Phạm Đức Tâm

Nguyễn Văn Tưởng

Nguyễn Hữu Tư

Vũ Trung Nghĩa

Lớp: D11XLTH

Hà Nội, 2015

MỤC LỤC

Contents

LỜI MỞ ĐẦU

Tại thời điểm 2012 có 04 loại công nghệ chính đang phổ biến ở các thiết bị màn hình dân dụng: LCD, Plasma, LCD-LED ( thực chất là LCD cải tiến công nghệ đèn nền), OLED Trong đó:

• CRT: màn huỳnh quang và ống phóng tia cathode tác động vào các điểm ảnh để tạo sự phản xạ ánh sáng, đang trở thành dĩ vãng

• LCD (Liquid Crystal Display) - màn hình tinh thể lỏng truyền thống đang

chuyển dần sang LCD-Led với độ dày giảm đáng kể, màu đen sâu hơn

• PDP – Plasma vẫn có ưu điểm về chất lượng hình ảnh nhưng vẫn không thể khắc phục giới hạn truyền thống về độ dày

• LED - màn hình diode phát quang ( là LCD nhưng khác công nghệ đèn nền)

• OLED: Được gọi là LEP (Light Emitting Polymer) hoặc OEL (Organic Electro-Luminescence), sử dụng hợp chất hữu cơ để sản sinh ánh sáng khi tương tác với dòng điện OLED hiện là ngôi sao đang lên

Các công nghệ như SED - kỹ thuật phát xạ điện tử dẫn bề mặt, TV laser - màn hình chiếu sáng bằng laser, AMOLED - điốt phát quang hữu cơ ma trận động, … vẫn chưa trở thành thương mại đại trà

Ngành công nghiệp màn hình gần đây liên tục phát triển và chứng kiến sự ra đời của hàng loạt công nghệ mới Trong đó, các công nghệ màn hình mới gồm OLED, 4K, màn hình cong, màn hình dẻo và 3D không kính, dù chỉ mới được giới thiệu hay

đã có sản phẩm được tung ra thị trường, nhưng được kỳ vọng sẽ thật sự phổ biến trong tương lai gần

CHƯƠNG I: CÔNG NGHỆ MÀN HÌNH CRT

1.1 Giới thiệu về màn hình CRT

CRT là loại màn huỳnh quang dùng ống phóng tia điện tử va đập vào mặt phốt pho trên màn hình để phát sáng Tivi CRT được chia làm hai loại: màn hình mặt nạ và màn hình Trinitron Màn hình mặt nạ là loại màn hình có bề mặt hơi cong, chủ yếu dùng kỹ thuật hạt màu, do đó có hình ảnh sắc nét, độ chính xác cao Màn hình Trinitron được sử dụng chủ yếu trong kỹ thuật dải màu, màn phẳng, khi sử dụng cho màu sắc trung thực, độ tương phản cao Một màn hình CRT có thể hoạt động ở nhiều tần số quét và độ phân giải khác nhau

Các nhà sản xuất hiện cũng chú trọng đến việc "làm mỏng" tivi CRT Mặc dù không đem lại sự thích thú mới lạ như 2 loại kia, nhưng chúng rẻ hơn và có nhiều tính năng tốt hơn Thế hệ màn hình CRT có chất lượng cao sử dụng công nghệ xử lý ánh sáng kỹ thuật số Ngoài màu sắc trung thực, độ tương phản tinh tế, một đặc điểm mà người dùng thích nhất ở loại tivi này là chúng ít bị giảm chất lượng và hư hỏng theo quá trình hoạt động Sau vài năm sử dụng, trông chúng vẫn như mới

1.2 Nguyên lý hiển thị hình ảnh

Màn hình CRT sử dụng phần màn huỳnh quang dùng để hiển thị các điểm ảnh,

để các điểm ảnh phát sáng theo đúng màu sắc cần hiển thị cần các tia điện tử tác động vào chúng để tạo ra sự phát xạ ánh sáng Ống phóng CRT sẽ tạo ra các tia điện tử đập vào màn huỳnh quang để hiển thị các điểm ảnh theo mong muốn

Để tìm hiểu nguyên lý hiển thị hình ảnh của các màn hình CRT, ta hãy xem nguyên lý để hiển thị hình ảnh của một màn hình đơn sắc (đen trắng), các nguyên lý màn hình CRT màu đều dựa trên nền tảng này

1.2.1 Nguyên lí hiển thị hình ảnh của màn hình đen trắng

Ở các màn hình CRT cổ điển: Toàn bộ lớp huỳnh quang trên bề mặt chỉ hiển phát xạ một màu duy nhất với các mức thang xám khác nhau để tạo ra các điểm ảnh đen trắng Một điểm ảnh được phân thành các cường độ sáng khác nhau sẽ được điều khiển bằng chùm tia điện tử có cường độ khác nhau

Chùm tia điện tử được xuất phát từ một ống phát của đèn hình Tại đây có một dây tóc (kiểu giống dây tóc bóng đèn sợi đốt) được nung nóng, các điện tử tự do trong kim loại của sợi dây tóc nhảy khỏi bề mặt và bị hút vào điện trường tạo ra trong ống CRT Để tạo ra một tia điện tử, ống CRT có các cuộn lái tia theo hai phương (ngang và đứng) điều khiển tia này đến các vị trí trên màn huỳnh quang

Để đảm bảo các tia điện tử thu hẹp thành dạng điểm theo kích thước điểm ảnh thiết đặt, ống CRT có các thấu kính điện từ (hoàn toàn khác biệt với thấu kính quang học) bằng các cuộn dây để hội tụ chùm tia Tia điện tử được quét lên bề mặt lớp huỳnh quang theo từng hàng, lần lượt từ trên xuống dưới, từ trái qua phải một cách rất nhanh

để tạo ra các khung hình tĩnh, nhiều khung hình tĩnh như vậy thay đổi sẽ tạo ra hình ảnh chuyển động Cường độ các tia này thay đổi theo điểm ảnh cần hiển thị trên màn hình, với các điểm ảnh màu đen các tia này có cường độ thấp nhất (hoặc không có),

với các điểm ảnh trắng thì tia này lớn đến giới hạn, với các thang màu xám thì tuỳ theo mức độ sáng mà tia có cường độ khác nhau

1.2.2 Nguyên lý hiển thị hình ảnh của màn hình màu

Nguyên lý hiển thị hình ảnh của màn hình màu loại CRT giống với màn hình đen trắng đã trình bày ở trên Các màu sắc được hiển thị theo nguyên tắc phối màu phát xạ: Mỗi một màu xác định được ghép bởi ba màu cơ bản

Trên màn hình hiển thị lớp huỳnh quang của màn hình đen trắng được thay bằng các lớp phát xạ màu dọc từ trên xuống dưới màn hình (điều này hoàn toàn có thể quan sát được bằng mắt thường)

1.3 Ưu - nhược điểm của các loại màn hình CRT

• Ưu điểm:

 Thể hiện màu sắc rất trung thực

 Tốc độ đáp ứng cao, độ phân giải có thể đạt được cao Phù hợp với games thủ

và các nhà thiết kế, xử lý đồ hoạ

• Nhược điểm:

 Chiếm nhiều diện tích,nặng

 Tiêu tốn điện năng hơn các loại màn hình khác, thường gây ảnh hưởng sức khoẻ nhiều hơn với các loại màn hình khác

CHƯƠNG II: CÔNG NGHỆ MÀN HÌNH LCD

2.1 Giới thiệu về màn hình LCD

Được sản xuất từ năm 1970, LCD là một loại vật chất phản xạ ánh sáng khi điện thế thay đổi Màn hình LCD gồm một lớp tinh thể lỏng được chứa trong hai tấm polymer Khi dòng điện chạy qua các tinh thể, dựa trên tín hiệu hình ảnh do đèn phát

ra, tinh thể sẽ cho ánh sáng đi qua hay không Do các tinh thể không phát sáng nên công nghệ này được gọi là không phát xạ

Đối với loại màn hình này, khi chạm tay vào, bạn sẽ thấy màn hình lõm xuống, rất mềm TV LCD cần một đèn nền phía sau vì bản thân nó không tự phát sáng

2.2 Cấu tạo của màn hình LCD

Có hai kiểu cấu tạo màn hình tinh thể lỏng , khác nhau ở thiết kế nguồn sáng:

• Trong kiểu thứ nhất, ánh sáng được phát ra từ một đèn nền, có vô số phương phân cực như các ánh sáng tự nhiên Ánh sáng này được cho lọt qua lớp kính lọc phân cực thứ nhất, trở thành ánh sáng phân cực phẳng chỉ có phương thẳng đứng Ánh sáng phân cực phẳng này được tiếp tục cho truyền qua tấm thủy tinh

và lớp điện cực trong suốt để đến lớp tinh thể lỏng Sau đó, chúng tiếp tục đi tới kính lọc phân cực thứ hai; có phương phân cực vuông góc với kính lọc thứ nhất, rồi đi tới mắt người quan sát Kiểu màn hình này thường áp dụng cho màn hình màu ở máy tính hay TV Để tạo ra màu sắc, lớp ngoài cùng, trước khi ánh sáng

đi ra đến mắt người, có kính lọc màu

• Ở loại màn hình tinh thể lỏng thứ hai, chúng sử dụng ánh sáng tự nhiên đi vào

từ mặt trên và có gương phản xạ nằm sau, dội ánh sáng này lại cho người xem Đây là cấu tạo thường gặp ở các loại màn hình tinh thể lỏng đen trắng trong các thiết bị bỏ túi Do không cần nguồn sáng nên chúng tiết kiệm năng lượng

2.3 Đặc tính

2.3.1 Độ phân giải

Độ phân giải của màn hình tinh thể lỏng có thể đặt được theo người sử dụng, tuy nhiên để hiển thị rõ nét nhất phải đặt ở độ phân giải thiết kế của nhà sản xuất Nguyên nhân là các điểm ảnh được thiết kế cố định (không tăng và không giảm được

cả về số điểm ảnh và kích thước), do đó nếu thiết đặt độ phân giải thấp hơn độ phân giải thiết kế sẽ xảy ra tình trạng tương tự việc có 3 điểm ảnh vật lý (thực) dùng để hiển thị 2 điểm ảnh hiển thị (do người sử dụng thiết đặt), điều xảy ra lúc này là hai điểm ảnh vật lý ở sẽ hiển thị trọn vẹn, còn lại một điểm ảnh ở giữa sẽ hiển thị một nửa điểm ảnh hiển thị này và một nửa điểm ảnh hiển thị kia - dẫn đến chỉ có thể hiển thị màu trung bình, dẫn đến sự hiển thị không rõ nét

2.3.2 Điểm chết

Một trong các tiêu chí quan trọng để đánh giá về màn hình tinh thể lỏng là các điểm chết của nó (khái niệm điểm chết không có ở các loại màn hình CRT)

Điểm chết được coi là các điểm mà màn hình không thể hiển thị đúng màu sắc, ngay từ khi bật màn hình lên thì điểm chết chỉ xuất hiện một màu duy nhất tuỳ theo loại điểm chết Điểm chết có thể xuất hiện ngay từ khi xuất xưởng, có thể xuất hiện trong quá trình sử dụng Điểm chết có thể là điểm chết đen hoặc điểm chết trắng Với các điểm chết đen chúng ít lộ và dễ lẫn vào hình ảnh, các điểm chết trắng thường dễ nổi và gây ra sự khó chịu từ người sử dụng

Theo công nghệ chế tạo các điểm chết của màn hình tinh thể lỏng không thể sửa chữa được Thường tỷ lệ xuất hiện điểm chết của màn hình tinh thể lỏng chiếm khoảng 30% tổng sản phẩm xuất xưởng nên các hãng sản xuất có các chế độ bảo hành riêng Một số hãng cho phép đến 3 điểm chết (mà không bảo hành), một số khác là 5 điểm do

đó khi lựa chọn mua các màn hình tinh thể lỏng cần chú ý kiểm tra về số lượng các điểm chết sẵn có Để kiểm tra các điểm chết trên các màn hình tinh thể lỏng, tốt nhất dùng các phần mềm chuyên dụng (dẫn dễ tìm các phần mềm kiểu này bởi chúng thường miễn phí), 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

2.3.3 Đèn nền

Công nghệ màn hình tinh thể lỏng phải sử dụng các đèn nền để tạo ánh sáng đến các tinh thể lỏng Khi điều chỉnh độ sáng chính là điều chỉnh ánh sáng của đèn nền

Điều đáng nói ở đây là một số màn hình tinh thể lỏng có hiện tượng lọt sáng tại các viền biên của màn hình (do cách bố trí của đèn nền và sự che chắn cần thiết) gây ra cảm giác hiển thị không đồng đều khi thể hiện các bức ảnh tối

2.3.4 Màn hình rộng và màn hình chuẩn 4:3

Trong màn hình tinh thể lỏng thường có hai loại, màn hình theo chuẩn 4:3 thông thường và màn hình theo chuẩn rộng Với màn hình kiểu CRT thì thông dụng nhất vẫn theo chuẩn thông thường, rất cá biệt mới có màn hình rộng Màn hình theo chuẩn thông thường có tỷ lệ tính theo điểm ảnh đường ngang và điểm ảnh đường đứng

có tỷ lệ 4:3

Với màn hình theo chuẩn rộng sẽ có tỷ lệ (như trên) thường là 16:10

Tuỳ theo nhu cầu công việc mà nên chọn màn hình theo chuẩn nào Với chơi game thông thường, lướt web, soạn thảo văn bản thì nên chọn loại thường Với mục đích xem phim, dùng nhiều đến bảng tính excel thì nên chọn màn rộng để đảm bảo hiển thị được nhiều nội dung hơn

Tuy nhiên hiện nay xu thế người sử dụng đang dần chuyển sang sử dụng màn hình rộng bởi dần các game hỗ trợ màn hình rộng tốt hơn Vấn đề lựa chọn giữa loại thường và rộng hiện nay cũng hay gây nhiều tranh cãi trên các diễn đàn bởi thói quen

sử dụng của từng người

2.4 Nguyên lý hiển thị hình ảnh

Hình ảnh hiện ra trên tấm kính trước là do sự cảm nhận tổng thể tất cả các điểm ảnh, ở đấy mỗi điểm ảnh mang một màu sắc và độ sáng nhất định, được qui định, theo quy tắc phối màu phát xạ, bởi mức độ sánh của ba điểm ảnh con của nó (tỉ lệ của ba màu đỏ, lục và lam), tức được qui định bởi việc bật/tắt các điểm ảnh con ấy Để làm điều này, cùng một lúc các điện thế thích hợp sẽ được đặt vào các điểm ảnh con nằm trên cùng một hàng, đồng thời phần mềm trong máy tính sẽ ra lệnh áp điện thế vào

những cột có các điểm ảnh con cần bật Ở mỗi thời điểm, các điểm ảnh ở một trạng thái bật/tắt nhất định - ứng với một ảnh trên màn hình Việc thay đổi trạng thái bật/tắt của các điểm ảnh tạo ra một hình ảnh chuyển động Điều này được thực hiện bằng cách áp điện thế cho từng hàng từ hàng này đến hàng kế tiếp (gọi là sự quét dọc) và áp điện thế cho từng cột từ cột này đến cột kế tiếp (sự quét ngang) Thông tin của một ảnh động từ máy tính được chuyển thành các tín hiệu quét dọc và quét ngang và tái tạo lại hình ảnh đó trên màn hình

2.5 Ưu - nhược điểm của màn hình LCD

• Ưu điểm:

 Mỏng nhẹ, không chiếm diện tích trên bàn làm việc

 Ít tiêu tốn điện năng so với màn hình loại CRT, ít ảnh hưởng đến sức khoẻ người sử dụng so với màn hình CRT

 Màn hình phẳng, cho hình ảnh sáng, chân thật

• Nhược điểm:

 Màu sắc chưa trung thực bằng màn hình CRT

 LCD có độ tương phản thấp hơn CRT, thời gian phản ứng chậm hơn Plasma, hạn chế về góc nhìn và hay gặp lỗi chết điểm ảnh

 Một nhược điểm khác của LCD là màu đen không sâu và thật, vì bị ảnh hưởng lộ sáng của đèn nền huỳnh quang

CHƯƠNG III: CÔNG NGHỆ MÀN HÌNH PLASMA

3.1 Giới thiệu về màn hình PLASMA

Công nghệ Plasma (Plasma Technology) vẫn còn được coi là 1 công nghệ mới trong những năm gần đây Tuy vậy nhưng màn hình Plasma đã được tạo ra và đưa vào

sử dụng từ trước đó rất lâu, vào năm 1964

Phía bên trong màn hình Plasma có chứa hỗn hợp khí Xenon và Neon được tạo

ra từ 2 điện cực Chúng chính là đơn vị cơ bản cấu tạo nên màn hình Plasma, 1 màn hình Plasma có thể chứa hàng nghìn cái "túi" chứa hỗn hợp khí như thế Quanh những

"túi" chứa các khí này chính là tấm kính mỏng có thể chạm vào bằng tay mà chúng ta vẫn gọi là "màn hình"

3.2 Nguyên lý hiển thị hình ảnh của màn hình PLASMA

Khi có tín hiệu hình ảnh, dòng điện tử di chuyển qua màn hình sẽ điều khiển các túi khí phát tia cực tím khiến cho màu của phốt pho thay đổi theo đúng màu của tín hiệu

Hỗn hợp khí trên chứa các ion tương tác với nhau và tạo ra các màu sắc trên màn hình Chúng được bao phủ trong 1 lớp photpho, 1 lớp vật liệu huỳnh quang, khi phản ứng với các tia sáng sẽ hiển thị thành các màu sắc Chúng ta hay nghe thấy từ

"megapixel (pixel)" khi nói đến màn hình Thuật ngữ "pixel" được sử dụng để mô tả 1 đơn vị bao gồm 3 thành phần có chất liệu photpho tạo màu, các thành phần này được tráng 3 màu cơ bản : xanh nước biển, đỏ và xanh lá cây

Quá trình tạo hình ảnh màu trên màn hình Plasma được mô tả như sau:

• Một lượng điện nhất định chạy qua các túi chứa hỗn hợp khí Xenon và Neon

• Dòng điện này khiến các điện cực trở nên linh động

• Các ion bị kích thích khi va chạm sẽ tạo ra các tia cực tím gọi là photon

• Các photon này phản ứng với các thành phần có chất liệu photpho tạo màu như

đã nêu ở trên (điểm ảnh)

• Từ những số lượng khác nhau của 3 màu cơ bản: xanh nước biển, đỏ và xanh lá cây, mà các điểm ảnh giải phóng ra, chúng ta nhìn thấy các màu sắc khác nhau trên màn hình

• Do vậy, nhờ điều chỉnh dòng điện chạy qua các túi chứa hỗn hợp khí của các điểm ảnh trên các khu vực khác nhau của màn hình, các màu sắc khác nhau được tạo ra Mỗi điểm ảnh có thể tạo ra hơn 16 triệu màu Màn hình Plasma có tốc độ hiển thị hình ảnh nhanh, độ tương phản và độ sáng cao với góc nhìn tương đối rộng

3.3 Ưu nhược - điểm của công nghệ màn hình Plasma

• Ưu điểm:

 Có kích thước lớn (hãng LG mới tung ra sản phẩm màn hình công nghệ Plasma 71’’ lớn nhất thế giới)

 Độ sáng tốt hơn và trung thực hơn màn LCD

 Plasma cung cấp một góc nhìn rộng hơn, có nghĩa là bạn không nhất thiết phải ngồi trực tiếp phía trước của màn hình để xem và đánh giá chất lượng hình ảnh

• Nhược điểm:

 Tuổi thọ chỉ bằng 1/3 so với màn LCD (20.000- 30.000 giờ), nó còn bị hiện tượng Burn-in, hình ảnh bị lưu lại trên màn hình nếu ấn nút tạm dừng quá lâu trong khi đang xem phim

 Màn hình Plasma khá bóng, vì vậy sẽ không phải là lý tưởng cho các phòng có nhiều cửa sổ hoặc nhiều ánh sáng Việc ánh sáng chiếu vào là màn hình bị phản chiếu khá đáng kể, thậm chí kể cả đèn trần tiêu chuẩn, ánh sáng phòng, đèn chụp,… TV Plasma mới hiện nay đã cải thiện tính năng này và đã trang bị thêm nhiều công nghệ để chặn lại các vấn đề