Устройство и ремонт панелей ЖКИ

В этом материале автор подробно рассматривает устройство и конструктивные особенности модулей ЖКИ производства AU Optronics, LG Philips, Hitachi, Samsung. Приводятся типовые неисправности панелей и порядок их устранения.

Общие сведения

Спецификация ЖК панелей производства фирм Philips LG, Samsung, Hitachi на основе тонкопленочных транзисторов(TFT)приведена в табл. 1.

Таблица 1. Спецификация ЖК панелей

Как видно из таблицы,более современные панели имеют улучшенные эксплутационные характеристики.

Для точности изложения определим различие между модулем ЖКИ и памятью ЖКИ.

• Модуль ЖКИ - это функционально законченное устройство, подключаемое к основной плате устройства и инвертору (монитора, телевизора и др.).

• Панель ЖКИ - это конструктивно законченный узел, включающий плату управления и стеклянную многослойную подложку - ЖК матрицу.

Конструкция модулей ЖКИ

Рассмотрим конструкцию модулей ЖК на примере M170EG01 производства AU Optronics, как наиболее современного из представленных в табл. 1. Матрица представляет собой склеенный из 4-х слоев стекла "пирог" (рис. 1). Жидкий кристалл на основе аморфного кремния в виде суспензии молекул цилиндрического вида "заливается" между двумя слоями стекла, на внутренних плоскостях которых вырезаны бороздки, расположенные перпендикулярно друг к другу. На внутренней стороне стеклянного слоя 2 наносится рисунок электродов, связанных с затворами (Gate) по короткой стороне матрицы и истоками (Source) по длинной стороне матрицы. Структура матрицы TFT показана на рис. 2. На внешней стороне верхнего стеклянного слоя 3 с помощью фотолитографии наносится пленка RGB-фильтра с расположенными вдоль столбцов(в виде вертикальных штрихов) пикселами цветовых элементов. Сверху на это стекло наклеивается полупрозрачная темная защитная пленка, выполняющая функцию выходного поляризационного фильтра. Входной поляризационный фильтр 1 в виде гибкой стеклянной пленки приклеивается к стеклу 2 слоя матрицы.

Рис. 1. Структура ЖК матрицы

Плата управления TFT-транзисторами матрицы соединяется со стеклянной подложкой, на которую наклеены драйверы управления затворами и истоками транзисторов, с помощью гибкого пленочного кабеля. На рис. 3 видно, что гибкий шлейф приклеивается с одной стороны к выходным электродам платы управления, а с другой - к стеклянной подложке, а точнее, - к входным выводам драйверов.

Составной частью модуля ЖКИ являются две флуоресцентные лампы холодного свечения, обеспечивающие равномерную подсветку матрицы. Как правило, они крепятся на фланце по длинной стороне ЖК матрицы, с короткой стороны на фланец наклеивается белая непрозрачная пленка. На поверхность световодов накладываются пленки диффузоров поляризационного фильтра. Для обеспечения правильной ориентации накладываемых фильтров на световоде имеются установочные "шипы". Панель ЖКИ вместе с лампами подсветки устанавливается в металлический(пластмассовый) корпус и крепится в нем с помощью винтов.

Принцип работы модуля ЖКИ

Структура контроллера модуля ЖКИ на примере M170EG01 показана на рис. 2, а на рис. 3 показан внешний вид платы контроллера.

Рис. 2. Блоксхема контроллера модуля ЖКИ

Рис. 3. Внешний вид платы контроллера

На основной плате видеоустройства, не входящей в состав модуля, установлен SXGA-контроллер LCD производства фирмы MSTAR Semiconductor TSU16AK со встроенным выходным передатчиком (transmitter), который преобразует аналоговые сигналы интерфейса VGA в цифровые сигналы интерфейса LVDS (Low-Voltage Differentiol Signaling), которые поступают на плату матрицы. Преимущество использования данного интерфейса в том, что при высокой скорости передачи данных (до 1 Гб/с) используется небольшое количество линий (витых пар), что позволяет избежать потерь цифровых сигналов при большой скорости передачи. Кроме того, использование малых уровней сигналов с размахом всего 250 мВ позволяет достичь экономичности и высокой помехозащищенности интерфейса. Каждому графическому контроллеру ЖКИ в мониторах или телевизорах соответствует свой набор микросхем, установленных в контроллере матрицы. Для некоторых модулей ЖКИ совместимые микросхемы, упоминаемые в статье, приведены в табл. 2. Подробное описание интерфейса LVDS приведено в [1].

Таблица 2. Применяемость микросхем контроллера и LVDS-интерфейса

Передатчик интерфейса LVDS формирует сигналы для четных и нечетных столбцов матрицы. Число пар проводов интерфейса соответствует определенному цифровому представлению сигналов - так 4 пары соответствует 8-битовому представлению величины аналогового сигнала. Кроме того, передатчик формирует импульсы синхронизации как для четных, так и для нечетных столбцов матрицы.

Приемник сигналов LVDS и тактовый контроллер размещены в одной микросхеме, которая установлена на плате матрицы. Там же установлена микросхема гамма-коррекции.

В рассматриваемом модуле сигналы интерфейса LVDS с основной платы по 10-ти витым парам проводов через 30-контактный разъем (рис. 4) поступают на плату панели. В табл. 3 приведены сигналы интерфейса модуля ЖКИ.

Рис. 4. Блоксхема модуля ЖКИ

Таблица 3. Интерфейс модуля ЖКИ

Передача сигналов LVDS по 10-ти витым парам соответствует воспроизведению на экране 16,7 миллионов цветовых оттенков.

Сигналы LVDS через интерфейсный разъем поступают на приемник, который одновременно является тактовым контроллером (timing controller). В данном случае это микросхема фирмы AU Optronics AUO-003 (выполнена в 144-вывод-ном корпусе). Она преобразует сигналы LVDS четных (EVEN) и нечетных (ODD) столбцов последовательного интерфейса в сигналы параллельного интерфейса, которые поступают на драйверы столбцов и строк. На выходе микросхемы также формируются импульсы "старт" (включение драйвера), "стоп" (выключение драйвера), "строб" (разбиение столбцов и строк по драйверам) и импульсы синхронизации. В качестве драйверов столбцов используются микросхемы UPD16750 фирмы NEC или ее аналоги, а в качестве драйверов строк - UPD161644 той же фирмы.

Драйверы формируют аналоговые разноуровневые сигналы и наклеиваются на стеклянную подложку матрицы: 10 драйверов столбцов по длинной стороне с 384 выводами каждый (всего 3840), а 4 драйвера строк - по короткой стороне матрицы с 256 аналоговыми выводами каждый (всего 1024). Напряжение, поступающее на драйверы столбцов, предварительно обрабатывается микросхемой гамма-коррекции, в данном случае - AU AS15F фирмы Optronics. Она управляет уровнем опорного напряжения Vcom, обеспечивая соответствие между приложенным напряжением к истокам TFT и яркостью каждого пиксела. Это напряжение в виде постоянного уровня поступает на драйверы столбцов. Расположение драйверов на матрице показано на рис. 5.

Рис. 5. Расположение драйверов строк и столбцов на модуле ЖКИ

Для обеспечения 256 уровней серого драйверы строк питаются от трех источников: VGH = +24 В, VGL = -7 В, VDD = 12 В. Эти напряжения вырабатываются из +5 В с помощью DC/DC-конвертора типа 9743A (в некоторых панелях используются преобразователи типа AAT1101, AAT1107). Напряжение питания преобразователя +5 В поступает через предохранитель B1 на выв. 9 конвертора, с выв. 7 и 10 снимаются сигналы ШИМ, из которых формируются напряжения -7 В (VGL, питание драйверов строк) и +12 В (питание драйверов столбцов, из него же формируется напряжение Vcom). Из напряжения + 12 В с помощью удвоителя напряжения формируется напряжение +24 В (VGH, питание драйверов строк). Общий предохранитель F1 обеспечивает защиту элементов матрицы. Для питания логических и цифровых схем платы управления матрицы из напряжения +5 В формируется напряжение +3,5 В стабилитроном APL5508.

Типичные неисправности модуля ЖКИ и способы их устранения

При диагностике вначале необходимо определить, что является причиной неисправности - элементы основной платы, формирующие цифровые сигналы интерфейса LVDS или элементы ЖК панели - микросхемы или лампы подсветки. Ниже будут рассмотрены только случаи, связанные с неисправностями самой ЖК панели.

При включении монитора (телевизора) экран остается темным

Будем считать, что инвертор исправен. Вопросы ремонта инверторов подробно рассмотрены в [2].

Подобная неисправность может быть связана со следующими причинами:

• Отсутствие питания у матриц, имеющих характеристику "типично черный"(см.табл. 1)

В этом случае проверяют наличие напряжения питания на крайних контактах разъема матрицы. Если его нет, отключают кабель и вновь проверяют напряжение. При его отсутствии проверяют источник на основной плате (обычно его формирует сборка 9435). Если напряжение появляется, проверяют, нет ли короткого замыкания по шине питания, и внешним осмотром определяют неисправный (сгоревший) элемент, в подобном случае чаще выходит из строя регулятор напряжения по шине +5 В (например, APL5508).

• Неисправность электролюминесцентных ламп подсветки

В этом случае проверяют кабели питания ламп внешним осмотром на изгиб, изломы и перетяжки.

Если подозрительное место находится около разъема подключения к инвертору и позволяет длина проводов, кабель обрезают (и для восстановления используют разъем от старого кабеля). Контактное гнездо с остатками проводов выдавливают из пластмассового разъема с помощью тонкого шила или иголки через отверстие в нем. Из этих контактов удаляют старые провода и напаивают новые. Затем вставляют их в свободный разъем.

Если требуется замена ламп подсветки, их заменяют в описанной ниже последовательности.

Не все производители модулей ЖКИ допускают замену ламп, в некоторых случаях это технологически невозможно без разборки всего узла панели.

В сервисных мануалах производителей модулей LG Philips и Optex подобная процедура подробно описана. Для ее выполнения потребуются антистатические резиновые перчатки, ровная антистатическая поверхность. Матрицу ставят на ребро по длинной стороне панели, берут тонкую отвертку (или шило) и утапливают вниз пластмассовые защелки, которые удерживают ламповый блок внутри корпуса матрицы. Медленно и осторожно вытягивают влево лампу сначала за один из проводов (как правило, более толстый), а как только корпус лампы появится из панели - за корпус лампового блока. Вытягивать лампу нужно равномерно и осторожно, исключая изгибы и давление на ее корпус. Аналогичную операцию проводят и с другой лампой. После извлечения ламп их осматривают. Если на стекле ламп не видно темных полос и механических повреждений, скальпелем надрезают резиновый колпачок в месте подключения проводов к электродам лампы. Проверяют чистоту пайки и целостность контактов. Если контакты повреждены, их восстанавливают. Для этого зачищенные контакты проводов припаивают к электродам матрицы и сверху одевают разрезанный колпачок, предварительно смазанный резиновым клеем. Такие контакты служат долго.

Монтаж блока ламп производится в обратном порядке. Устанавливают корпус матрицы на ребро по короткой стороне, при этом отверстие для лампового блока окажется перед глазами. Блок ламп равномерно, без перегибов и больших усилий вводят в корпус панели. Перед началом этой операции убеждаются, что отражающий рефлектор блока был расположен справа, а сами лампы "смотрят" внутрь панели. Если блок вставляется с сильным усилием, во избежание поломки при монтаже, наносят на направляющие канавки корпуса блока ламп тонкий слой силиконовой смазки на концах металлического корпуса. Следует учитывать, что большое количество смазки под воздействием высокой температуры приведет к ее растеканию и возможному повреждению ламп. Поэтому пользоваться таким способом надо крайне редко и осторожно, обычно достаточно лишь "увлажнить" корпус лампового блока.

В случае, если производителем не предусмотрена замена ламп, можно попытаться их заменить при наличии аналогичного комплекта ламп. Предварительно их проверяют, подключая к инвертору.

Обязательное условие при выполнении подобных работ - все действия производят в чистой комнате, на чистой антистатической поверхности, покрытой батистовой салфеткой. Необходимо запастись также баллончиком со сжатым воздухом, дополнительными батистовыми салфетками и батистовыми перчатками, на которые надеваются тонкие резиновые.

В качестве инструмента необходимо иметь отвертку с тонким лопаточным жалом, шило, тонкую металлическую лопаточку (хорошо подходит лопаточка, используемая в медицине), крестообразные отвертки из набора часового мастера, тонкую пластмассовую или деревянную лопатку. Демонтируют лампы в описанной ниже последовательности:

• Освобождают корпус панели от липких укрепляющих и светоотражающих лент, выкручивают винты и снимают металлическую крышку платы панели.

• Снимают внешний металлический бандаж по периметру панели, для чего, если есть винты по краям панели - выворачивают их, вводят лопаточку между корпусом бандажа и пластмассовым обрамлением на панели и легкими нажатиями освобождают его от металлических застежек.

Примечание. На некоторых панелях корпуса блока лампы крепятся к корпусу матрицы с помощью винтов, их необходимо отвинтить.

• После снятия металлического бандажа (для некоторых типов модулей (Samsung, Hitachi...) этой операции достаточно, чтобы добраться до блока ламп) дальнейшие операции проводят как описано выше, вытягивая блок ламп из пазов.

Для других типов панелей разбирают модуль ЖКИ полностью. Снимают пластмассовый бандаж тем же способом, что и металлический. Нужно учитывать, что он непосредственно контактирует с тонкой пластмассовой лентой, с помощью которой плата матрицы соединяется с драйверами и электродами TFT-транзисторов матрицы, а с другой стороны - со стеклом световода. Использование металлических предметов для отжимания защелок нежелательно и потому используют деревянные или пластмассовые лопатки. Освобожденную от скрепляющих бандажей панель укладывают на ровную чистую поверхность экраном вниз и снимают заднюю крышку. Корпуса блоков ламп закреплены на гранях световода и легко снимаются при легком покачивании.

Монтаж новых или отремонтированных ламп - операция более сложная. Запоминают расположение фильтров, которые накладываются на световод со стороны экрана. Блок лампы накладывают на длинные грани световода, чтобы свет распространялся в него. Укладывают на ровную поверхность конструкцию, состоящую из световода с укрепленными на нем задней и боковыми отражающими пленками (для надежности можно зафиксировать их клеящим веществом по самому краю световода) и с установленными блоками ламп. Сверху укладывают фильтры в установленном порядке, ориентируя их по выступам на световоде. Затем укладывают ЖКИ матрицу экраном вверх, при этом плата панели должна огибать световод и закрепляться на ее обратной стороне. Устанавливают пластмассовый бандаж, помещают в металлический корпус заднюю крышку модуля и затем устанавливают металлический бандаж. Следят, чтобы провода ламп не испытывали давления от выступающих частей задней и передней крышек панели.

Примечание. Если при монтаже обнаружится, что поверхность фильтров загрязнена, их нужно очистить. Мягкой сухой колонковой кисточкой убирают наиболее крупные пылинки, затем продувают поверхность пленки сжатым воздухом. Если загрязнена внутренняя сторона матрицы, то поступают аналогичным образом. Если видны загрязнения в виде разводов грязи или жидкости, поверхность протирают изопропиловым спиртом и сушат сжатым воздухом. После этого надевают пластмассовый бандаж.

На изображении появляется помеха в виде белых штрихов по горизонтали или "снега"

Подобная неисправность присуща всем видам панелей. Связана она с неправильной установкой шлейфа, соединяющего основную плату устройства (в данном случае монитора) с платой матрицы. При этом могут иметь место любые помехи на изображении, вплоть до его полного отсутствия. Поэтому в первую очередь обращают внимание именно на шлейф при любых проблемах изображения. Как правило, подобная неисправность исчезает, если правильно (чтобы не болтался и не было перекоса) установить шлейф в разъеме матрицы. Для того чтобы эта неисправность не проявилась вновь, кабель фиксируют в разъеме с помощью клеящего состава из термопистолета.

Экран светится белым цветом, изображение отсутствует

Подобная проблема возникает в панелях с "типично белым" экраном (см. табл. 1). Чаще всего причина подобного дефекта заключается в том, что на матрицу не поступает напряжение питания +5 (3,3) В. Это напряжение формируется на основной плате и по крайним проводам шлейфа поступает на плату панели. В первую очередь проверяют наличие этого напряжения на контактах шлейфа. Если его нет, проверяют исправность источника на основной плате. В противном случае отвинчивают винты на крышке закрывающей плату панели, снимают ее и проверяют напряжение уже на самой плате в точке Vss1. Если оно есть, проверяют исправность предохранителя F. Прежде чем заменить неисправный предохранитель, проверяют на короткое замыкание входы микросхемы преобразователя DC/DC (типа 9743) и нерегулируемого стабилизатора (5508). Неисправные детали заменяют и устанавливают новый предохранитель.

Изображение на экране слишком яркое, контрастность практически не регулируется

Подобный дефект относится к панелям производства SAMSUNG (LTM150...170), AU Optronics (M170EG01, M150XN07), SHUNGWA (CLA170EA03, CLA150EA02) и некоторым другим.

Вначале проверяют напряжение Vcom. Это напряжение является опорным для общего электрода матрицы (уровень, до которого заряжается емкость каждого пиксела). На плате панели установка опорного уровня определяется регулировочным резистором VR1 (2 кОм). Его движок доступен для регулировки через отверстие в крышке платы матрицы. Если при попытке регулировки напряжения Vcom неисправность не исчезает, проверяют уровень напряжения на выходе стабилизатора, который его вырабатывает. Здесь возможны два варианта:

• Если на плате матрицы в качестве DC/DC-конвертора установлена микросхема типа AAT1101 (ААТ1107) производства AATEC (имеет три выхода), то Vcom формируется на выв. 14 и должно составлять половину напряжения питания (при V_dd = 12 В на этом выводе должно быть 6 В).

• Если на плате матрицы установлен DC/DC-конвертор с двумя выходами типа BA9743, то напряжение Vcom формируется микросхемой гамма-коррекции (например, AS15-F, BUF07702 и др.). Так, для BUF07702 напряжение Vcom проверяют на выв. 13. Неисправные элементы заменяют, после замены устанавливают уровень этого напряжения резистором VR1 в режимах максимальной и минимальной яркости (при отсутствии мерцания изображения).

На изображении видна тонкая цветная полоса размером в один пиксел

Подобная неисправность может проявляться периодически с прогревом. В большинстве случаев проблема вызвана отказом одного из драйверов или из-за обрыва шины питания истоков TFT-транзисторов на матрице. В обоих случаях восстановление панели невозможно, ее заменяют. Ниже приведена табл. 4 с аналогами наиболее распространенных ЖК панелей.

Таблица 4. Аналоги наиболее распространенных ЖК панелей

После ремонта блока питания монитора на изображении видны темные полосы по вертикали и светлые полосы по горизонтали, наложенные на изображение

Причина подобного дефекта связана с неисправностью DC/DC-конвертора, который вышел из строя по причине скачка напряжения на выходе блока питания. Проверяют наличие напряжений на выходах конвертора ААТ1107 (9743) +24 (+18) В и -7 (-9) В. Сначала измеряют напряжение в точках платы,обозначенных VGH (+24/+18 В), VGL (-7/-9 В), затем Vcom (+6/+4,5 В), VCC1 (+5 В), VCC2 (+12/+9 В). Если эти напряжения занижены, то проверяют цепи их формирования и особенно - фильтрующие конденсаторы. Проверяют уровень ШИМ сигналов на выходах преобразователей (для 9743 - это выв. 7 и 10, для 1107 - выв. 13 и 14). Если амплитуда импульсов занижена или имеют место паразитные шумы, проверяют питание преобразователя +5 В и, если оно в норме, меняют преобразователь. Если напряжение питания преобразователя занижено, проверяют заменой сборку 9435 на основной плате.

Если преобразователь и схемы выпрямления исправны, заменяют панель.

Периодически меняется фон изображения

Эта неисправность характерна для ЖК мониторов Proview. RoverScan, AOC. Проверяют качество установки и крепления шлейфа, соединяющего основную плату с платой панели. Обращают внимание на возможность касания проводов шлейфа железных бандажей и крышек. Подозрительные места изолируют. Особенно часто встречается замыкание проводов шлейфа на краях металлического отверстия в корпусе основной платы. В этом случае достаточно надфилем расширить это отверстие.

При смене разрешения экран "заливает" белым цветом

Проверяют напряжение Vcom в точках платы управления панелью после смены разрешения. Если напряжение отсутствует, проверяют и меняют микросхему гамма-коррекции. Проверяют уровень сигнала RESET тактового контроллера (независимо от применяемой микросхемы на плате панели есть контрольная точка этого сигнала). Если сигнал RESET низкого уровня или отсутствует - заменяют контроллер. Проверяют наличие импульсов синхронизации (HSYNC, VSYNC) в контрольных точках. Если их нет при смене разрешения, проверяют контроллер ЖКИ на основной плате. Проверяют цепь автоматической подстройки частоты, в частности, частотозадающую RC-цепь, подключенную к выв. 15 AUO-003. Неисправные элементы меняют

Через 10-15 минут после включения справа появляется темная вертикальная полоса через весь экран

Эта неисправность может сопровождаться следующими дополнительными признаками - при нажатии на кнопку "Меню" и попытке отрегулировать смещение внизу изображения появляется сетка, на изображении видны помехи. При установке параметров по умолчанию изображение качественное, но справа видна полоса. Подобный дефект часто наблюдается на 14- и 15-дюймовых панелях. Проверку проводят в той же последовательности, как и в предыдущем случае. В большинстве случаев неисправность связана с микросхемой гамма-коррекции. Проверяют напряжения питания самого крайнего драйвера по столбцам на плате управления панели. Если напряжения в норме, то заменяют матрицу (внутренний обрыв проводников в многослойной плате, либо неисправен драйвер).

Недостаточный угол просмотра изображения

Здесь имеют место две проблемы: неправильное определение оптимального угла просмотра, заложенного производителем панели, и уменьшенный угол просмотра, не соответствующий спецификации на данное изделие вследствие неисправности.

Для правильного определения угла просмотра устанавливают панель перпендикулярно глазам наблюдателя и поворачивают ее относительно оси X (Y) до тех пор, пока контрастность изображения не снизится примерно на 10% от оптимальной. Замеряют угол между перпендикуляром и плоскостью, при которой контрастность уменьшилась на 10% - это и есть угол просмотра.

В случае если угол просмотра не соответствует спецификации производителя, проверяют уровень напряжения Vcom - он должен составлять половину опорного напряжения, вырабатываемого DC/DC-конвертором (обычно либо +9 или +12 В в зависимости от применяемой микросхемы) и с помощью резистора VR1 устанавливают номинальный уровень напряжения. Если это не удается, проверяют указанный регулировочный резистор и микросхему гамма-коррекции. Неисправные элементы заменяют

Литература

1. LVDS Owner's Manual. National Semiconductor.

2. "Ремонт & Сервис", № 3, 4, 2005 г.

Автор: Владимир Петров (г. Москва)

Источник: Ремонт и сервис