a. Nguyờn lý của màn hỡnh LCD
Tinh thể lỏng là tờn trạng thỏi của một vài hợp chất hữu cơ đặc biệt. Cỏc chất này núng chảy ở 2 trạng thỏi: lỳc đầu ở trạng thỏi núng chảy liờn tục, sau đú nếu nhiệt độ tiếp tục tăng thỡ chuyển sang chất lỏng đẳng hƣớng bỡnh thƣờng. Pha trung gian giữa hai trạng thỏi này là trạng thỏi tinh thể lỏng (vừa cú tớnh chất lỏng vừa cú tớnh chất tinh thể).
● Cỏc phần tử tinh thể lỏng sắp xếp dọc theo khe rónh.
- Ở trạng thỏi tự nhiờn, cỏc phần tử tinh thể lỏng sắp xếp khụng theo trật tự nào cả. - Khi đƣợc tiếp cận với bề mặt cú khe rónh, cỏc phần tử tinh thể lỏng sắp xếp song song dọc theo khe rónh.
78
- Trạng thỏi tự nhiờn Khi tiếp cận với bề mặt cú khe rónh
● Khi cỏc tinh thể lỏng đan xen vào giữa cỏc phiến trờn và phiến dƣới chỳng sắp xếp thẳng hàng với khe rónh lần lƣợt theo hƣớng "a" và "b".
- Sắp xếp phõn cực của tinh thể lỏng
Cỏc phần tử phớa trờn dọc theo chiều "a" cũn phớa dƣới dọc theo chiều khỏc là "b" đẩy tinh thể lỏng sắp xếp theo một cấu trỳc xoay 90o
.
● Ánh sỏng xuyờn qua vựng khụng gian (khoảng trống) của phần tử sắp xếp.
a. Khi chƣa cú nguồn phõn cực b. Khi cú nguồn phõn cực
● Ánh sỏng xuyờn qua cỏc tinh thể lỏng, tiếp đú hƣớng vào cỏc phần tử đó sắp xếp xoay 900 nhƣ hỡnh vẽ => ỏnh sỏng cũng xoay 90o xuyờn qua cỏc tinh thể lỏng.
● Ánh sỏng bẻ uốn cong 90o nhƣ cỏc phõn tử khi xoay. ● Cỏc phần tử sắp xếp khi cú điện trƣờng đặt vào.
Khi cú điện trƣờng đặt vào, tinh thể lỏng cấu trỳc lại làm xoay ỏnh sỏng khi xuyờn qua.
● Cấu trỳc phõn tử trong cỏc tinh thể lỏng sắp xếp một cỏch dễ dàng khi cú điện trƣờng đặt vào hoặc điện cực Anot ngoài tỏc dụng. Khi cú điện ỏp đặt, cỏc phõn tử tự sắp xếp theo chiều dọc (dọc theo điện trƣờng) và ỏnh sỏng cũng xuyờn suốt dọc theo chiều sắp xếp của phõn tử.
● Chắn sỏng với 2 bộ lọc phõn cực (Polarizing filters - bộ lọc phõn cực)
- Khi cú điện ỏp đặt vào, kết hợp cả 2 bộ lọc phõn cực làm xoay tinh thể lỏng trở thành 1 hiển thị LCD.
- Ánh sỏng sẽ xuyờn qua khi hai bộ lọc phõn cực sắp xếp với trục phõn cực nhƣ hỡnh vẽ trỏi.
- Ánh sỏng sẽ bị chặn khi 2 bộ lọc phõn cực sắp xếp với trục phõn cựn nhƣ hỡnh vẽ phải.
80
Kết hợp cả hai bộ lọc phõn cực và sự xoay của tinh thể lỏng tạo lờn một màn hỡnh tinh thể lỏng.
- Nguyờn lý cấu tạo màn hỡnh LCD
Polarizing Filters: Bộ lọc phõn cực.
Alighnment layers: Sắp xếp lớp.
Voltage: Điện ỏp.
Light: Ánh sang.
Khi hai bộ lọc phõn cực sắp xếp dọc suốt theo hƣớng vuụng gúc với trục điện cực, ỏnh sỏng đi vào từ phớa trờn, đổi hƣớng 90o
dọc theo hƣớng đƣờng hỡnh soắn ốc của cỏc phõn tử tinh thể lỏng, vỡ vậy ỏnh sỏng xuyờn qua bộ lọc dƣới.
Khi cú điện ỏp đặt vào, cỏc phõn tử tinh thể lỏng nắn thẳng trờn đƣờng ra từ hỡnh đƣờng soắn ốc và dừng, đổi hƣớng rẽ của ỏnh sỏng, do vậy đó ngăn cản ỏnh sỏng xuyờn qua bộ lọc dƣới (bộ lọc thấp)
Hỡnh vẽ miờu tả nguyờn lý điển hỡnh cỳa sự xoay màn hỡnh tinh thể lỏng trong LCD, cỏc tinh thể lỏng nơi mà cỏc phõn tử xoay hỡnh đƣờng soắn ốc là đan xen giữa hai bộ lọc điện cực (phõn cực). Khi cú điện ỏp đặt vào ỏnh sỏng bị chắn và màn hỡnh xuất hiện đen.
c. Cỏc hệ thống hiển thị.
Cú hai kiểu cấu tạo màn hỡnh tinh thể lỏng chớnh, khỏc nhau ở thiết kế nguồn sỏng. Trong kiểu thứ nhất, ỏnh sỏng đƣợc phỏt ra từ một đốn nền, cú vụ số phƣơng phõn cực nhƣ cỏc ỏnh sỏng tự nhiờn. Ánh sỏng này đƣợc cho lọt qua lớp kớnh lọc phõn cực thứ
phẳng này đƣợc tiếp tục cho truyền qua tấm thủy tinh và lớp điện cực trong suốt để đến lớp tinh thể lỏng. Sau đú, chỳng tiếp tục đi tới kớnh lọc phõn cực thứ hai; cú phƣơng phõn cực vuụng gúc với kớnh lọc thứ nhất, rồi đi tới mắt ngƣời quan sỏt. Kiểu màn hỡnh này thƣờng ỏp dụng cho màn hỡnh màu ở mỏy tớnh hay TV. Để tạo ra màu sắc, lớp ngoài cựng, trƣớc khi ỏnh sỏng đi ra đến mắt ngƣời, cú kớnh lọc màu.
Ở loại màn hỡnh tinh thể lỏng thứ hai, chỳng sử dụng ỏnh sỏng tự nhiờn đi vào từ mặt trờn và cú gƣơng phản xạ nằm sau, dội ỏnh sỏng này lại cho ngƣời xem. Đõy là cấu tạo thƣờng gặp ở cỏc loại màn hỡnh tinh thể lỏng đen trắng trong cỏc thiết bị bỏ tỳi. Do khụng cần nguồn sỏng nờn chỳng tiết kiệm năng lƣợng.
Cỏc nguyờn lý hiển thị
● Cỏc ký tự, chữ số và đồ hoạ đƣợc hiển thị cơ bản dựa theo 3 phƣơng phỏp hiển thị:
1. Hệ thống thanh đoạn
Hiển thị độ dài sắp xếp theo dạng hỡnh số "8" để hiển thị số.
2. Hệ thống ma trận điểm (hiển thị ký tự)
Hiển thị sắp xếp thao cỏc hàng và cỏc cột để hiển thị ký tự.
3. Hệ thống ma trận điểm (hiển thị đồ hoạ)
82
● Mầu đƣợc hiển thị nhờ cỏc bộ lọc mầu dành cho mỗi thành phần hiển thị, trong hệ thống ma trận điểm, cỏc điểm mầu đỏ (R), xanh lỏ (G), xanh dƣơng (B) nhận đƣợc do sử dụng cỏc bộ lọc mầu, ba mầu cơ bản trờn kết hợp lại cho ta một điểm ảnh, mỗi điểm mầu sẽ cho một mầu cú cƣờng độ sỏng khỏc nhau, một điểm ảnh cú thể cho vụ số mầu và là mầu tổng hợp đƣợc từ ba mầu cơ bản trờn.
Cấu trỳc màn hỡnh LCD
- Cấu trỳc màn hỡnh LCD mầu
Cấu trỳc màn hỡnh LCD mầu nhƣ 0, trong đú gồm:
1. Polarizing filter (Bộ lọc phõn cực) Điều khiển ỏnh sỏng đi vào và thoỏt ra. 3. Glass substrate (Hợp chất thuỷ tinh đặc biệt) Lọc chặn điện từ cỏc điện cực. 3. Transparent electrodes (Điện cực trong suốt) Là cỏc thanh dẫn điện trong suốt cho phộp ỏnh sỏng xuyờn qua.
4. Alignment layer (Sắp xếp lớp) Là hai bề mặt cú rónh, ở giữa là cỏc phõn tử tinh thể lỏng, Cỏc phõn tử đƣợc sắp xếp theo hỡnh xoắn ốc 90o.
5. Liquid crystals (Cỏc tinh thể lỏng).
6. Spacer (Khoảng trống) Duy trỡ khoảng cỏch đều giữa cỏc tấm kớnh.
7. Color filter (Bộ lọc mầu) Mầu đƣợc lọc và thể hiện khi dựng cỏc bộ lọc R, G và B.
xuyờn qua cỏc lớp trờn, ở màn hỡnh điện thoại, ngƣời ta sử dụng ỏnh sỏng chiếu từ xung quanh sau đú dựng lớp phản xạ để hƣớng ỏnh sỏng chiếu thẳng gúc với màn hỡnh từ sau về phớa trƣớc.
Nguyờn tắc hoạt động
+ Active element (Transistor) - Phần tử tớch cực (Transistor). + X Electronic - Điện cực X.
+ Y Electronic - Điện cực Y. + Light - Ánh sang.
- Cấu tạo cỏc phần tử điều khiển điểm ảnh
Cấu tạo cỏc phần tử điều khiển điểm ảnh cho màn hỡnh LCD nhƣ 0. Trong đú: - Cỏc điện cực X và Y sắp xếp thành hàng và dóy, mỗi điểm giao nhau cú một Transistor trƣờng, chõn S đấu vào điện cực Y, chõn G đấu vào điện cực X , khi Transistor dẫn thỡ chõn D sẽ cú điện ỏp bằng điện cực Y tạo ra một điện ỏp chờnh lệch với đế trờn của LCD.
- Mỗi Transistor sẽ điều khiển một điểm mầu, cỏc tớn hiệu ngắt mở đƣợc đƣa đến điện cực X, tớn hiệu Video đƣợc đƣa đến điện cực Y, điện ỏp chờnh lệch giữa điện cực X và Y sẽ làm Transistor dẫn tạo ra một điểm mầu cú cƣờng độ sỏng nhất định.
84
● Mỗi điểm mầu do một Transistor điều khiển, mỗi điểm mầu sẽ phỏt ra một mầu cú cƣờng độ sỏng khỏc nhau, cƣờng độ sỏng phụ thuộc vào tớn hiệu Video đặt vào điện cực Y.
● Ba điểm mầu mang ba mầu khỏc nhau R (đỏ), G (Xanh lỏ) và B (Xanh lơ) tạo lờn một điểm ảnh, khi thay đổi cƣờng độ sỏng của cỏc điểm mầu sẽ tạo ra cho điểm ảnh cú vụ số mầu sắc khỏc nhau (Nguyờn lý trộn mầu trong tự nhiờn).
● Màn hỡnh điện thoại cú độ phõn giải là 96 x 128 nghĩa là sẽ cú 96 x 128 = 12338 điểm ảnh <=> hoặc cú 12338x3 = 37014 điểm mầu.
d. Phõn loại màn hỡnh LCD
LCD ma trận thụ động
LCD ma trận thụ động (Dual Scan Twisted Nematic, DSTN LCD) cú đặc điểm là đỏp ứng tớn hiệu khỏ chậm (300ms) và dễ xuất hiện cỏc điểm sỏng xung quanh điểm bị kớch hoạt khiến cho hỡnh cú thể bị nhũe. Cỏc cụng nghệ đƣợc Toshiba và Sharp đƣa ra là HPD (hybrid passive display), cuối năm 1990, bằng cỏch thay đổi cụng thức vật liệu tinh thể lỏng để rỳt ngắn thời gian chuyển đổi trạng thỏi của phõn tử, cho phộp màn hỡnh đạt thời gian đỏp ứng 150ms và độ tƣơng phản 50:1. Sharp và Hitachi cũng đi theo một hƣớng khỏc, cải tiến giải thuật phõn tớch tớn hiệu đầu vào nhằm khắc phục cỏc hạn chế của DSTN LCD, tuy nhiờn hƣớng này về cơ bản chƣa đạt đƣợc kết quả đỏng chỳ ý.
LCD ma trận chủ động
LCD ma trận chủ độn thay thế lƣới điện cực điều khiển bằng loại ma trận Transistor phiến mỏng (thin film transistor, TFT LCD) cú thời gian đỏp ứng nhanh và chất lƣợng hỡnh ảnh vƣợt xa DSTN LCD. Cỏc điểm ảnh đƣợc điều khiển độc lập bởi một transistor và đƣợc đỏnh dấu địa chỉ phõn biệt, khiến trạng thỏi của từng điểm ảnh cú thể điều khiển độc lập, đồng thời và trỏnh đƣợc búng ma thƣờng gặp ở DSTN LCD.
Một số hỡnh ảnh Màn hỡnh LCD trong thực tế + Màn hỡnh ký tự LCD 4x16
86
Màn hỡnh ma trận LCD
CÂU HỎI ễN TẬP
1. Trong cơ cấu đo chỉ thị kim, kim chỉ thị sẽ dừng lại ở vị trớ cõn bằng khi cú sự cõn bằng của 2 mụmen nào, viết phƣơng trỡnh cõn bằng của 2 mụmen đú.
2. Nờu nguyờn tắc hoạt động của bộ chỉ thị kiểu từ điện? 3. Nờu nguyờn tắc hoạt động của bộ chỉ thị kiểu điện từ? 4. Nờu cấu tạo, hoạt động và đặc điểm của cơ cấu đo điện từ? 5. Nờu cấu tạo, hoạt động và đặc điểm của cơ cấu đo từ điện? 6. Sơ đồ khối và nguyờn lớ hoạt động chung của cơ cấu chỉ thị số? 7. Cỏc ƣu điểm, nhƣợc điểm của cơ cấu chỉ thị số?
8. Kể tờn 2 lọai bộ chỉ thị số thƣờng dựng?
9. Khỏi niệm LED 7 đoạn sỏng Katốt chung? Muốn hiển thị số 0, 5 thỡ phải làm gỡ? 10. Khỏi niệm LED 7 đoạn sỏng Anốt chung? Muốn hiển thị số 3, 6 thỡ phải làm gỡ? 11. Khỏi niệm LCD và cỏc ƣu, nhƣợc điểm của LCD? (chỳ ý: khụng cần nờu nguyờn lớ hoạt động)