Технология ремонта LCD-дисплеев

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И МОЛОДЕЖНОЙ ПОЛИТИКИ СТАВРОПОЛЬСКОГО КРАЯ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ СРЕДНЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ГЕОРГИЕВСКИЙ РЕГИОНАЛЬНЫЙ КОЛЛЕДЖ «ИНТЕГРАЛ»

КУРСОВАЯ РАБОТА На тему: «Технология ремонта LCD-дисплеев»

Специальность: 210 414 «Техническое обслуживание и ремонт радиоэлектронной техники»

Выполнил студент четвертого курса группы РТ-11 Шишманян Д.А.

Георгиевск 2015 г.

ВВЕДЕНИЕ

Жидкокристаллический монитор очень популярен в последнее время. Технология вывода изображения с помощью эффекта преломления света жидкими кристаллами активно развивается и улучшается. Значительный вклад в этот процесс привносит компьютерная индустрия, где LCD-мониторы (ЖК-мониторы) полностью вытеснили своих конкурентов — лучевые трубки.

Что же послужило причиной такой популярности этих устройств? Ну, во-первых, это их безвредность. В отличие от тех же кинескопных дисплеев, технология не приводит к усталости глаз и не обладает вредным излучением. Во-вторых, они довольно тонкие, что позволяет сильно сэкономить место в комнате. При желании, такой монитор можно даже повесить на стену. В-третьих, они довольно дешёвые и при этом обладают приличной диагональю. К тому же именно в этих телевизорах применяются такие технологии, как led-подсветка. Кроме того, ЖК-мониторы очень долговечные.

За мониторами LCD достаточно прочно закрепилась репутация изделий, в которых нечему ломаться. Однако в мире пока еще не появилось ни одного электронного устройства, которое вообще не ломалось бы, и поэтому ремонтировать LCD-мониторы все-таки приходится. Однако экономика ремонта подсказывает, что ремонт выгоден там, где его можно осуществить быстро и с наименьшими временными затратами. В то же самое время, основу основ любого ремонта составляет диагностика, на которую и уходит зачастую до 90% временных затрат специалиста. Для быстрой и эффективной работы по ремонту необходимо знать устройство монитора, иметь понятие о его составных элементах и выполняемых ими функциях. Кроме того, специалист должен представлять, как проявляется неисправность того или иного модуля монитора.

1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1.1 Основные блоки Плюсы и минусы жк-мониторов формируются именно под спецификой работы этих устройств. В основе ЖК-мониторов лежит ЖК-матрица, тонкое устройство, состоящее из слоёв стекл-электродов и жидких кристаллов между ними. Жидкие кристаллы имеют интересную особенность — при подаче напряжения, они разворачиваются в направлении электрического поля.

В целом принцип действия такой — источник света, лампа с холодным катодом или матрица светодиодов излучают свет. Если к кристаллам не приложено напряжение, они не пропускают свет. При подаче тока, они разворачиваются, и в зависимости от величины тока, регулируется и количество света, проходящее через них. Свет попадает на экран, состоящий из пикселей, и заставляет его светиться. Пиксели состоит из трёх подпикселей (красного, синего, зелёного) и в зависимости от того, на какие подпиксели подаётся свет, формируется цвет самого пикселя.

Итак, в целом можно выделить следующие основные части ЖК-монитора: ЖК-матрица, источник света, блок питания, схемы управления. Каждая из этих частей является достаточно сложным функциональным блоком телевизора и каждая из них может выйти из строя.

Конечно же, каждый LCD-монитор имеет свои особенности и определенные схемотехнические решения, применение которых обусловлено характеристиками, функциями и конструктивом монитора, однако подавляющая часть этого класса электронной техники в высочайшей степени однообразна. Причин, приводящих к однообразию в построении LCD-мониторов несколько.

Во-первых, основным элементом монитора является жидкокристаллическая панель, которая, в свою очередь — есть законченное функциональное устройство с вполне определенным набором входных управляющих сигналов, т. е. функциональная схема всего монитора определяется именно архитектурой ЖК-панели. А так как практически все панели имеют весьма похожее построение, то это и приводит к тому, что различные схемы, управляющие LCD-панелью, должны формировать одни и те же сигналы, то есть должны строится примерно одинаково.

Во-вторых, производителей LCD-панелей в мире не так уж и много (их можно пересчитать по пальцам одной руки) и поэтому в мониторах различных фирм и торговых марок используются одни и те же ЖК-панели.

В-третьих, практически все современные интерфейсы между монитором и компьютером, а также между схемой управления и LCD-панелью стандартизированы, т. е. производители мониторов и панелей находятся в достаточно узких рамках этих стандартов.

Таким образом, для жидкокристаллических мониторов действительно подойдут общения, типа: «Да, все они одинаковые …».

В качестве типовой схемы построения LCD-монитора можно предложить схему, изображенную на рис. 1. На этой схеме можно найти все основные функциональные узлы монитора.

Рассмотрим функции каждого модуля «типового» жидкокристаллического монитора, что позволит правильно проводить его диагностику.

регулятор монитор преобразователь блок

1.1.1 LCD-панель Несомненно, это самый основной элемент монитора, определяющий и его качество, и его стоимость. Как уже говорилось, LCD-панель является функционально законченным устройством, т. е. кроме самой матрицы жидких кристаллов, в панели имеется еще целый ряд компонентов, позволяющих функционировать ей при минимальном количестве внешних управляющих сигналов. В состав LCD-панели обычно интегрированы следующие элементы:

1. Матрица жидких кристаллов, положение каждого из которых определяется двумя координатами — номер строки и номер столбца.

2. Набор транзисторов (обычно TFT), обеспечивающих «включение» и «выключение» соответствующей ячейки жидких кристаллов. Эти транзисторы фактически можно назвать коммутирующими ключами, и каждой ячейке матрицы кристаллов соответствует свой транзистор, т. е. их будет столько же, сколько точек на экране. Эти транзисторы в свою очередь являются неотъемлемой частью матрицы жидких кристаллов. Для коммутации транзистора необходимо «указать» номер строки и номер столбца, в котором он находится, т. е. коммутация транзистора осуществляется двумя сигналами.

3. Схема выборки, позволяющая включить нужную ячейку матрицы. Схема выборки формирует сигналы для включения транзистора TFT. Схема выборки состоит из двух элементов: строчных драйверов и столбцовых драйверов.

4. Управляющий контроллер TCON. Этим контроллером, который является интегральной микросхемой, обеспечивается обработка входных сигналов, поступающих от платы управления. Из этих управляющих сигналов формируются команды для столбцовых и строчных драйверов.

5. Интерфейсная схема, которая в современных панелях обычно представляет собой приемник дифференциальных сигналов. Интерфейсная схема принимает сигналы от платы управления в последовательном виде и преобразует их в параллельный код.

6. Регулятор и преобразователь входного питающего напряжения.

1.1.2 Лампа задней подсветки Лампой задней подсветки осуществляется формирование светового потока, который, проходя через матрицу жидких кристаллов, создает видимую «картинку». В качестве ламп задней подсветки чаще всего используются люминесцентные лампы. Это могут быть как традиционные лампы с нитью накала, так и лампы с холодным катодом (CCFL), которые используется чаще всего в современных мониторах. Количество ламп задней подсветки колеблется от 2 до 6. В некоторых мониторах яркость свечения ламп может управляться для обеспечения регулировки контрастности изображения и регулировки градаций серого цвета. Лампы задней подсветки выполнены обычно в виде отдельного модуля, который можно поменять.

1.1.3 Инвертор К функциям инвертора относятся создание питающего и пускового напряжения для ламп задней подсветки. Инвертор является преобразователем напряжения, называемым еще источником питания или электронным балластом. Инвертор — это импульсный преобразователь, работающий на высоких частотах.

В начальный момент пуска на выходе инвертора формируется напряжение в 1.5 — 2 кВ, которое должно «зажечь» лампу. После пробоя разрядного газового промежутка таким высоковольтным напряжением начинается генерация импульсного преобразователя на частотах 30 — 150 кГц. В рабочем режиме амплитуда переменного напряжения находится в диапазоне от 150 до 800 Вольт. Лампа во включенном состоянии является индуктивной нагрузкой для генератора напряжения. Функцией инвертора является получение этих высоковольтных импульсных напряжений из низковольтного напряжения постоянного тока, обычно номиналом +12 В. Функцией инвертора также является обеспечение стабильности напряжения, прикладываемого к лампам, что позволяет создавать ровный, не мерцающий свет. Кроме того, в составе инвертора имеется токовая защита, блокирующая работу схемы в аварийных режимах.

Включение и выключение инвертора осуществляется управляющими сигналами от платы управления. Если регулировка контрастности изображения и регулировка градаций серого цвета осуществляется лампами задней подсветки, то от платы управления на инвертор должны приходить соответствующие регулирующие сигналы, а не только сигнал включения/выключения лампы.

1.1.4 Плата управления Плата управления обеспечивает формирование сигналов управления для LCD-панели и для инвертора. Плата управления — это именно тот модуль, построение которого отличается в различных мониторах, т.к. именно его и проектируют производители мониторов, закупая стандартные LCD-модули. На плате управления размещаются обычно следующие элементы:

— интерфейсные схемы для обработки сигналов от персонального компьютера (ПК);

— аналого-цифровой преобразователь (ADC);

— дисплейный контролер (микропроцессор);

— передатчик сигналов для LCD-модуля.

Кроме этих, практически обязательных, элементов достаточно часто на плате управления можно найти микросхемы оперативной памяти, специализированные контролеры, микросхемы ПЗУ и FLASH-памяти.

Соединение платы управления с LCD-модулем осуществляется шлейфом, исправность которого в значительной степени определяет правильную работу монитора.

1.1.5 Панель управления Панелью управления обеспечивается связь между пользователем и монитором. На панели управления размещаются кнопки, с помощью которых обеспечивается вход в режимы настройки параметров монитора. Кроме того, на панели управления имеется еще и световой индикатор, с помощью которого отображаются режим работы монитора и могут выводиться сообщения о неисправностях монитора. Сообщения выводятся в виде определенного алгоритма включения и выключения светодиода.

1.1.6 Преобразователь напряжения Преобразователь напряжения фактически выполняет функции блока питания, обеспечивая все элементы монитора соответствующими напряжениями. Можно выделить два варианта обеспечения ЖК-монитора питающими напряжениями:

1. С внешним сетевым адаптером и внутренним регулятором и стабилизатором напряжения.

2. С внутренним импульсным источником питания.

Первый вариант используется чаще. В этом случае на вход монитора от внешнего сетевого адаптера подается постоянное напряжение номиналом 12 …24 В. Внутренним преобразователем обеспечивается получение напряжений 5 В, 3.3 В, 2.5 В и других из выходного напряжения адаптера. В составе монитора для этих целей могут использоваться линейные интегральные стабилизаторы или импульсные преобразователи. Данный вариант организации питания, несомненно, уменьшает габариты и вес монитора и, пожалуй, приводит к возрастанию надежности.

Второй вариант подразумевает, что в составе монитора имеется самый обычный импульсный источник питания, что дает некоторые преимущества — отсутствие внешних блоков, и возможность подключать монитор напрямую к сети. С другой стороны, увеличение габаритов монитора и снижение надежности изделия может не нравиться некоторым пользователям.

Чаще всего преобразователь напряжения находится на плате управления, поэтому неисправности преобразователя очень часто относят именно к неисправностям схемы управления.

2. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

2.1 Основные проблемы, возникающие при эксплуатации монитора Современные ЖК-мониторы — сложные устройства, конструируемые из активной ЖК-матрицы, платы питания, платы инвертора и системы подсветки матрицы. Поскольку сборка выполняется из деталей разных производителей (их не более 8) и на разных заводах при разных условиях, то и качество, соответственно, очень сильно отличается у моделей даже одной фирмы-производителя.

Встречаются как случаи заводского брака, так и дефекты пайки, сборки и ошибки проектирования электронной схемы устройства. Ремонт ЖК-мониторов сводится к анализу симптомов неисправности, локализации отказа и отладке путем замены деталей при необходимости.

Основные типы неисправностей:

1. Неисправность платы блока питания. При этом выгорают первичные электрические цепи, внутренние цепи часто остаются целыми.

2. Выход из строя инвертора напряжения. Инвертор отвечает за подачу высокого напряжения на лампы подсветки. При этом экран будет темным, при засвечивании под настольной лампой — блеклым.

3. Выход из строя ламп подсветки. Дисплей или тусклый или полностью темный. Лампы могут «умереть» из-за механического повреждения, «сесть», а также просто выгореть из-за их работы при повышенной яркости.

4. Выход из строя платы управления с процессором. При этом изображение может геометрически искажаться, выводиться сообщение о неправильном разрешении, частоте, или параметрах, изображение может двигаться.

5. Механические повреждения матрицы, попадание внутрь устройства воды или прочих жидкостей и посторонних предметов. Может выводиться часть изображения, полосы, разводы. Попадание предметов внутрь может привести к летальному исходу для монитора.

Практика показывает, что большинство случаев выхода из строя приходятся на долю электроники. В частности, выходят из строя транзисторы инвертора, электролитические конденсаторы, неправильно подобранные разработчиком, брак и дефекты пайки. Матрица сама по себе не выходит из строя никогда, только вследствие механических повреждений.

2.2 Типовые неиправности, их причины и методы устранения

1. Монитор не включается, индикатор питания не светится

— Возможная причина неисправности — выход из строя блока питания (если не используется сетевой адаптер). В этом случае, необходимо проверить выходные цепи источника питания на наличие коротких замыканий, провести проверку входных цепей, ключевого транзистора, микросхемы ШИМ-контроллера и при необходимости заменить неисправные элементы. Либо полностью заменить плату блока питания. Если он выполнен в виде отдельного модуля, или плату управления, если блок питания установлен на этой плате.

— В случае, если в мониторе используется сетевой адаптер, то возможная причина состоит в нем. Необходимо проверить шнур питания от вилки до адаптера и от адаптера до монитора на наличие коротких замыканий и обрывов. Проверить наличие напряжения на выходе адаптера 12−24 В и, в случае его отсутствия, проверить адаптер на наличие неисправных элементов или полностью заменить его.

— Возможно, неисправна кнопка питания монитора. Необходимо проверить ее тестером и, при необходимости, заменить.

— Также, может быть неисправен преобразователь напряжения на плате управления или вся плата. Необходимо проверить наличие выходных напряжений на всех стабилизаторах и соответствие их норме. В противном случае — заменить стабилизаторы, либо плату упраления.

2. Несоответствующая яркость изображения (слишком высокая или слишком низкая)

— Скорее всего, неисправен инвертор. Нужно проверить на выходе инвертора наличие импульсного высокочастотного напряжения (300−1900 В, точный номинал зависит от конкретного монитора). В случае его отсутствия необходимо проверить соединительный шлейф между инвертором и платой управления, если инвертор выполнен отдельным модулем. Если нет, то проверить на работоспособность элементы инвертора или полностью заменить его.

— Возможно неисправна плата управления, в этом случае ее следует просто заменить.

— Может быть неисправны лампы подсветки. Необходимо заменить неработающую лампу или весь модуль подсветки.

3. Мигающий экран (полностью весь экран или один из краев)

— Возможная причина, опять же, инвертор. Как и в предыдущем случае, необходимо проверить наличие импульсного высокочастотного напряжения на его выходе, проверить соединительный шлейф между ним и платой управления (при его наличии). Либо заменить его или плату управления в целом.

— Также, могут быть неисправны лампы задней подсветки. Их необходимо заменить на исправные.

4. Экран темный, индикатор питания светится.

— Одна из причин — неисправен интерфейсный кабель. Нужно включить монитор в автономном режиме. Не подключая к персональному компьютеру. Если на экране появится какое-либо сообщение, то неисправен интерфейсный кабель и его следует заменить.

— Возможно, неисправен преобразователь напряжения на плате управления. Как было описано выше, необходимо проверить напряжения на выходе всех стабилизаторов и в случае их отсутствия — заменить неработающий стабилизатор или весь преобразователь напряжения.

— Может выйти из строя вся плата управления и ее нужно заменить.

— И тут может подвести инвертор. Необходимо проверить наличие напряжения на его выходе, при его отсутствии отремонтировать или заменить инвертор. Проверить соединительный шлейф, если инвертор выполнен в виде отдельно модуля.

— Также, может выйти из строя сама ЖК-матрица. Она не подлежит ремонту и ее можно только заменить на аналогичную рабочую.

5. Экран выключается через некоторое время

— Неисправны лампы задней подсветки. Возможно, лампы изжили свой срок или попались бракованные и отслаивается катод в лампе. Следует заменить неисправную лампу или модуль задней подсветки.

— Неисправен инвертор, в нем срабатывает токовая защита. Нужно проверить на исправность его компоненты или заменить.

6. Отсутствует один из цветов

— Возможно, неисправен интерфейсный кабель между монитором и компьютером. Следует проверить его тестером на наличие коротких замыканий и обрывов и, в случае надобности, заменить.

— Может быть неисправен кабель между платой управления и LCD-панелью. Его нужно проверить тестером и, в случае обрыва, заменить.

— Может выйти из строя сама матрица. Заменяется вся панель на аналогичную новую.

— Возможная причина — панель управления. Если проблема в ней, ее следует заменить на рабочую.

7. Не выводится меню настройки

— Неисправна плата управления (в частности — микроконтроллер). Следует ее заменить на аналогичную исправную.

8. Кнопки панели управления не функционируют

— Неисправны кнопки модуля управления. Следует их проверить тестером на работоспособность и, при необходимости, заменить на рабочие.

— Возможен обрыв соединительного шлейфа между панелью и платой управления. Следует его проверить тестером на наличие обрыва и заменить, если требуется.

— Может выйти из строя плата управления и ее следует заменить.

Для большей наглядности и удобства, некоторые неисправности представлены в графическом виде (рис. 2−5).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ЖК-мониторы набирают все большую популярность и уже давно вытеснили своих электронно-лучевых конкурентов с рынка мониторов. Если еще совсем недавно ЭЛТ выигрывали у LCD-технологии в качестве изображения и цене, то сейчас ЖК-мониторы выигрывают во всем: они имеют высокое качество цветопередачи, эргономичны, безвредны для глаз. Производители попросту не оставили пользователю выбор, электронно-лучевые мониторы не сейчас уже не производятся, изготовители не хотят вкладывать средства в морально устаревшую технологию.

На сегодняшний день единственным конкурентом ЖК-мониторов являются плазменные мониторы, но в них используется совершенно другая технология.

.ur