Техническое обслуживание ЖК- мониторов

Содержание

Введение

ЖК-мониторы — это мониторы, сделанные с использованием технологии жидких кристаллов. В последнее время они полностью вытеснили с компьютерного рынка мониторы с электронно-лучевой трубкой и стали единственным средством визуального представления информации. Такое положение вещей объясняется несомненными преимуществами этих устройств – они тонкие и занимают мало места, при работе не возникает никакого вредного излучения, а при работе с ними не устают глаза. Ещё одним несомненным преимуществом является разнообразие матриц – от недорогих TN и до профессиональных EPS.  Жидкокристаллические матрицы нашли своё применения не только в качестве основы для ЖК-мониторов, но и в качестве дисплеев для портативных устройств и ЖК-телевизоров.

В основе работы любого ЖК-монитора лежит взаимодействие жидких кристаллов со светом, проходящим через них. При определённый углах поворота, жидкие кристаллы могут как полностью пропускать свет, так и полностью его поглощать, формируя светящиеся пиксели и регулируя их яркость. Поворот самих кристаллов зависит от напряжения, поданного к ним.[1]

Поскольку сборка выполняется из деталей разных производителей и на разных заводах при разных условия, 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.

  В данной работе рассмотрены основные неисправности ЖК-мониторов, признакам и причинам их возникновения, а также способам их устранения.

Практика показывает, что большинство случаев выхода из строя приходятся на долю электроники. В частности, выходят из строя транзисторы инвертора, электролитические конденсаторы, неправильно подобранные разработчиком и брак и дефекты пайки. 

Ремонт же заключается в нахождении этих неисправностей и устранении их путем замены деталей, если это необходимо.

1. Принцип работы ЖК-мониторов.

Экраны LCD-мониторов (Liquid Crystal Display, жидкокристаллические мониторы) сделаны из вещества (цианофенил), которое находится в жидком состоянии, но при этом обладает некоторыми свойствами, присущими кристаллическим телам. Фактически это жидкости, обладающие анизотропией свойств (в частности оптических), связанных с упорядоченностью в ориентации молекул. [3]

  Как ни странно, но жидкие кристаллы старше ЭЛТ почти на десять лет, первое описание этих веществ было сделано еще в 1888 г. Однако долгое время никто не знал, как их применить на практике: есть такие вещества и все, и никому, кроме физиков и химиков, они не были интересны. Итак, жидкокристаллические материалы были открыты еще в 1888 году австрийским ученым Ф. Ренитцером, но только в 1930-м исследователи из британской корпорации Marconi получили патент на их промышленное применение. Впрочем, дальше этого дело не пошло, поскольку технологическая база в то время была еще слишком слаба. Первый настоящий прорыв совершили ученые Фергесон (Fergason) и Вильямс (Williams) из корпорации RCA (Radio Corporation of America). Один из них создал на базе жидких кристаллов термодатчик, используя их избирательный отражательный эффект, другой изучал воздействие электрического поля на нематические кристаллы. И вот в конце 1966 г. корпорация RCA продемонстрировала прототип ЖК-монитора – цифровые часы. Значительную роль в развитии ЖК-технологии сыграла корпорация Sharp. Она и до сих пор находится в числе технологических лидеров. Первый в мире калькулятор CS10A был произведен в 1964 г. именно этой корпорацией. В октябре 1975 г. уже по технологии TN LCD были изготовлены первые компактные цифровые часы. Во второй половине 70-х начался переход от восьмисегментных жидкокристаллических индикаторов к производству матриц с адресацией каждой точки. Так, в 1976 г. Sharp выпустила черно-белый телевизор с диагональю экрана 5,5 дюйма, выполненного на базе ЖК-матрицы разрешением 160х120 пикселов. [3]

Работа ЖК-дисплея основана на явлении поляризации светового потока. Известно, что так называемые кристаллы поляроиды способны пропускать только ту составляющую света, вектор электромагнитной индукции которой лежит в плоскости, параллельной оптической плоскости поляроида. Для оставшейся части светового потока поляроид будет непрозрачным. Таким образом поляроид как бы "просеивает" свет, данный эффект называется поляризацией света. Когда были изучены жидкие вещества, длинные молекулы которых чувствительны к электростатическому и электромагнитному полю и способны поляризовать свет, появилась возможность управлять поляризацией. Эти аморфные вещества за их схожесть с кристаллическими веществами по электрооптическим свойствам, а также за способность принимать форму сосуда, назвали жидкими кристаллами. [3]

Основываясь на этом открытии и в результате дальнейших исследований, стало возможным обнаружить связь между повышением электрического напряжения и изменением ориентации молекул кристаллов для обеспечения создания изображения. Первое свое применение жидкие кристаллы нашли в дисплеях для калькуляторов и в электронных часах, а затем их стали использовать в мониторах для портативных компьютеров. Сегодня, в результате прогресса в этой области, начинают получать все большее распространение ЖК-дисплеи для настольных компьютеров. [3]

Экран ЖК-монитора представляет собой массив маленьких сегментов (называемых пикселями), которыми можно манипулировать для отображения информации. ЖК-монитор имеет несколько слоев, где ключевую роль играют две панели, сделанные из свободного от натрия и очень чистого стеклянного материала, называемого субстрат или подложка, которые собственно и содержат тонкий слой жидких кристаллов между собой (см. рис.1.1). На панелях имеются бороздки, которые направляют кристаллы, сообщая им специальную ориентацию. Бороздки расположены таким образом, что они параллельны на каждой панели, но перпендикулярны между двумя панелями. Продольные бороздки получаются в результате размещения на стеклянной поверхности тонких пленок из прозрачного пластика, который затем специальным образом обрабатывается. Соприкасаясь с бороздками, молекулы в жидких кристаллах ориентируются одинаково во всех ячейках. Молекулы одной из разновидностей жидких кристаллов (нематиков) при отсутствии напряжения поворачивают вектор электрического (и магнитного) поля в световой волне на некоторый угол в плоскости, перпендикулярной оси распространения пучка. Нанесение бороздок на поверхность стекла позволяет обеспечить одинаковый угол поворота плоскости поляризации для всех ячеек. Две панели расположены очень близко друг к другу. Жидкокристаллическая панель освещается источником света (в зависимости от того, где он расположен, жидкокристаллические панели работают на отражение или на прохождение света). [3]

Рисунок 1.1 – Слои ЖК-монитора.

Плоскость поляризации светового луча поворачивается на 90° при прохождении одной панели (см. рис. 1.2). [3]

Рисунок 1.2 - Плоскость поляризации светового луча.

 При появлении электрического  поля, молекулы жидких кристаллов  частично выстраиваются вертикально  вдоль поля, угол поворота плоскости  поляризации света становится  отличным от 90 градусов и свет  беспрепятственно проходит через  жидкие кристаллы (см. рис. 1.3). [3]

Рисунок 1.3 – Выстраивание вертикально молекул жидких кристаллов.

 Поворот плоскости  поляризации светового луча незаметен  для глаза, поэтому возникла необходимость  добавить к стеклянным панелям  еще два других слоя, представляющих  собой поляризационные фильтры. Эти фильтры пропускают только  ту компоненту светового пучка, у которой ось поляризации  соответствует заданному. Поэтому  при прохождении поляризатора  пучок света будет ослаблен  в зависимости от угла между  его плоскостью поляризации и  осью поляризатора. При отсутствии  напряжения ячейка прозрачна, так  как первый поляризатор пропускает  только свет с соответствующим  вектором поляризации. Благодаря  жидким кристаллам вектор поляризации  света поворачивается, и к моменту  прохождения пучка ко второму  поляризатору он уже повернут  так, что проходит через второй  поляризатор без проблем. [3]

В присутствии электрического поля поворота вектора поляризации происходит на меньший угол, тем самым второй поляризатор становится только частично прозрачным для излучения. Если разность потенциалов будет такой, что поворота плоскости поляризации в жидких кристаллах не произойдет совсем, то световой луч будет полностью поглощен вторым поляризатором, и экран при освещении сзади будет спереди казаться черным (лучи подсветки поглощаются в экране полностью). Если расположить большое число электродов, которые создают разные электрические поля в отдельных местах экрана (ячейки), то появится возможность при правильном управлении потенциалами этих электродов отображать на экране буквы и другие элементы изображения. Электроды помещаются в прозрачный пластик и могут иметь любую форму. Технологические новшества позволили ограничить их размеры величиной маленькой точки, соответственно на одной и той же площади экрана можно расположить большее число электродов, что увеличивает разрешение ЖК-монитора, и позволяет нам отображать даже сложные изображения в цвете. Для вывода цветного изображения необходима подсветка монитора сзади, таким образом, чтобы свет исходил из задней части ЖК-дисплея. Это необходимо для того, чтобы можно было наблюдать изображение с хорошим качеством, даже если окружающая среда не является светлой. Цвет получается в результате использования трех фильтров, которые выделяют из излучения источника белого света. Комбинируя три основных цвета для каждой точки или пикселя экрана, появляется возможность воспроизвести любой цвет. [3]

2. Основные неисправности и их внешние признаки.

Основные поломки и неисправности делятся на несколько основных групп: неисправность блока питания, проблемы с матрицей, с инвертором, с лампой подсветки и проблемы со шлейфами.

1. Неисправность блока питания.

Блок питания предназначен для формирования стабильных напряжений (+12 V, +3 V или +5 V). Как правило, этот блок ломается чаще всего из-за конденсаторов.

 Конденсаторы теряют  свою емкость и вздуваются. Из-за  этого напряжения становятся  нестабильными. В тот момент, когда  включается монитор, срабатывает  защита, либо не хватает напряжения  для запуска.

Неисправные конденсаторы почти всегда вздутые и их сразу видно при визуальном осмотре. Но при замене конденсаторов, рекомендую менять сразу все. Иногда конденсаторы не вздуваются, но теряют свою емкость.

Ни в коем случае не пытайтесь сами отремонтировать данную поломку, чаще всего это приводит к выходу из строя дополнительных узлов, а иногда и к полной невозможности ремонта монитора. [4]

Неисправности блока питания могут выражаться:

1. Монитор не реагирует на кнопку включения.

2. Монитор загорается на несколько секунд и тухнет.

3. Вместе с этими проявлениями  слышен свист.

2. Поломки и повреждения матрицы.

Повреждаются матрицы довольно легко – от удара об землю, при сильном надавливании на плоскость экрана и прочих причинах. Ремонту разбитая или повреждённая матрица не подлежит, можно только осуществить её замену. Внешними признаками повреждённой матрицы являются трещины на её поверхности или подтеки. Подбор и замену матрицы осуществляют в сервисных центрах. Учитывая то, что её стоимость довольно высокая, а сама операция тонкая, не рекомендуется проводить её в домашних условиях, либо поручать непроверенным мастерам. Лучше сразу отнести её в специализированный сервисный центр, где в кратчайшие сроки произведут замену и дадут гарантию её работы. [4]

Дефектом матрицы можно считать битые пиксели. Это светящиеся определённым светом или полностью тёмные точки на экране. Они могут присутствовать даже на новой матрице, и их наличие в малых количествах не является неисправностью. Со временем они могут появляться на старых матрицах и иногда их можно заставить работать. К примеру, если пиксель светиться одним светом, его можно восстановить специальными программами, тёмные пиксели восстановлению не подлежат.

3. Выход из строя инвертора.

В структуре инвертора лежат два основных компонента – трансформатор и плата управления. Трансформатор выполняет основную функцию – он преобразовывает подаваемое напряжение в высоковольтное. Плата управления регулирует яркость изображения, осуществляет защиту от короткого замыкания и выполняет ещё ряд управляющих функций. В зависимости от того, какая часть вышла из строя, внешние признаки тоже отличаются.

При выходе из строя трансформатора, экран не загорается. Иногда при этом слышны какие-то звуки. Трансформатор обычно меняется на новый в сервисном центре.

При поломке управляющей платы экран может не включаться или гаснуть через некоторое время после включения. В зависимости от неисправности плату можно починить или заменить.

Часть мониторов имеют инвертор, основанный на биполярных транзисторах типа 2SC5707. В этих инверторах обычно горит один из каналов, а не оба канала. Принцип поиска сводится к прозвонке транзисторов (в каждом канале стоит один полевой транзистор, который тоже иногда сгорает, и два транзистора 2SC5707). Почти всегда транзисторы сгорают из-за непропайки или отвалившихся высоковольтных конденсаторов на 0,22 мкФ или повышающих трансформаторов, которые расположены рядом с транзисторами. Реже выход из строя транзисторов связан со старением. Менять же советуют оба транзистора 2SC5707, даже если сгорел только один. Это связано с тем, что во время работы монитора оба транзистора изменили свои параметры и при замене только одного сгоревшего транзистора канала, его параметры будут сильно отличаться от уже стоящего (не замененного) транзистора. А это значит, что оба транзистора будут испытывать значительные перегрузки, в итоге чего сгорит старый транзистор. [4]

Инвертор в 90% случаях запитан через предохранитель в виде резистора или катушки. Несмотря на многообразие мониторов принцип у них один и тот же: постоянное напряжение преобразуется в переменное посредством генератора и транзисторов (конкретные схемные решения зависят от конкретной модели монитора), и подается на повышающий трансформатор. С трансформатора напряжение поступает на лампы, а так же напряжение через согласующие цепи в качестве сигнала нормальной работы инверторов и ламп матрицы подается на микросхему защиты.

Ремонт блока инвертора зависит от модели монитора. Часть мониторов имеют инвертор, основанный на биполярных транзисторах типа 2SC5707. В этих инверторах обычно горит один из каналов, а не оба канала. Принцип поиска сводится к прозвонке транзисторов (в каждом канале стоит один полевой транзистор, который тоже иногда сгорает, и два транзистора 2SC5707). Почти всегда транзисторы сгорают из-за непропайки или отвалившихся высоковольтных конденсаторов на 0,22 мкФ или повышающих трансформаторов, которые расположены рядом с транзисторами. Реже выход из строя транзисторов связан со старением. Менять же советую оба транзистора 2SC5707, даже если сгорел только один. Это связано с тем, что во время работы монитора оба транзистора изменили свои параметры и при замене только одного сгоревшего транзистора канала, его параметры будут сильно отличаться от уже стоящего (не замененного) транзистора. А это значит, что оба транзистора будут испытывать значительные перегрузки, в итоге чего сгорит старый транзистор.

 Неисправности инвертора  ламп могут выражаться в следующем:

1. Подсветка монитора  включается на несколько секунд и гаснет.

2. Монитор включается, но  нет подсветки вовсе. В этом  случае, если посветить небольшим  фонариком на монитор, то можно  увидеть изображение. Таким образом, монитор работает - не работает  подсветка.

4. Выход из строя лампы подсветки.

Система подсветки организована в мониторах различных производителей примерно одинаково:

• ЖК-матрица представляет собой набор ЖК-кристаллов, расположенных в виде матрицы-сетки.
• к каждой ячейке матрицы подключен тонкопленочный транзистор (TFT), который управляет открытием и закрытием ЖК-ячеек. Фактически, мы получаем матрицу проводников.
• за ней расположен отражающий слой и по краям - система подсветки матрицы, состоящая из 2 или 3 пар ламп с холодным катодом.

Лампа подсветки, как и любая другая лампа, имеет свой срок службы. Со временем она тускнеет и перегорает. Первыми признаками неисправности лампы является уменьшение яркости экрана и появление красноватого оттенка в изображении, особенно по углам. При перегорании лампы, изображение совсем перестаёт выводиться.

Так как лампа подсветки является источником света для выводимого изображения, она находится под матрицей, являясь её часть. Поэтому замена лампы – очень тонкая операция, которую должны проводить только опытные специалисты с необходимым набором инструментов в идеально чистых условиях. [4]

Заменить выгоревшую лампу достаточно сложно.

Во-первых, они очень хрупкие и трескаются при любом неосторожном движении.

Во-вторых, на лампы подается напряжение порядка 1000 В, что требует снять статическое электричество со схемы управления лампами.

В-третьих, найти аналогичные лампы вышедшим из строя достаточно сложно.

Лампы могут гаснуть и в случае некачественной заводской пайки. В частности, такое может проявляться через некоторый период работы. Обычно выключаются сразу обе лампы, это связанно с особенностями подключения их по схеме. Во время работы монитора происходит нагрев плат и электронных элементов, и если есть дефекты пайки или микротрещины, и контакт становится «плавающим» из-за разной теплоёмкости элементов.

5. Проблемы со шлейфами.

Вся информация передаётся внутри корпуса монитора по шлейфам. Их повреждение или потеря контактов приводят к искажению или отсутствию изображения. При таком виде неисправности вначале проверяются контакты шлейфа, если это не помогло, меняется сам шлейф (если это возможно). [4]

Плохой контакт или перегиб шлейфа можно распознать по открытию или закрытию крышки ноутбука. Если в момент этого действия изображение меняется, появляются дефекты – скорее всего проблема в самом шлейфе.

Замена шлейфа – простая процедура, в большинстве случаев её можно провести дома, если же проблема в самих контактах на платах – то лучше доверить их замену или ремонт специалистам.

6. Проблемы с электроникой.

Последнее время все чаще в сервис-центры попадают мониторы с нарушением или окислением контактов, перегревом элементов, а также некачественной заводской пайкой, разъеденной пайкой.

В современном техпроцессе при пайке, используют «активный флюс», который в обязательном порядке после пайки должен быть удален. На некоторых заводах техпроцесс нарушается. Если флюс не убрать с платы, то спустя некоторое время он начинает разъедать элементы пайки. В результате через 1,5-3 года монитор выходит из строя.

Встречаются и случаи неисправностей процессора платы управления. Это самые тяжелые случаи ремонта. Иногда в случае непропая помогает прогрев контактов, процессора или платы паяльным феном.

 В частности, этим славятся  «глючные» процессоры MICOM, устанавливаемые  в некоторых линейках мониторов  Samsung и LG. Если же процессор перегрелся или вышел из строя, то его необходимо заменить на точно такой же, что порой бывает достаточно трудно.

Внешние признаки поломки управляющей схемы могут быть самыми разнообразными, поэтому диагностирование подобных неисправностей непростая задача. Внешне поломка одного из элементов может привести как к неработоспособности экрана, так и к появлению визуальных дефектов, таких как цветные полосы, рябь, инвертированные цвета. В таком случае поможет лишь ремонт в сервисном центре – нерабочий элемент просто выпаивается и на его место ставиться новая деталь, при серьезных поломках матрица меняется целиком.

Все эти неисправности электроники требует от инженера большого опыта работы и применения специальных инструментов, а иногда и целых комплексов. Все это можно найти в нашем сервисном центре.

Заключение.

За мониторами ЖК 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 ЖК-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 сервисного 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. [4]

Список литературы.

1. Леонтьев В. Персональный компьютер. Универсальный справочник пользователя 2000. - М . :ОЛМА-ПРЕСС , 2008.-589 c.
2. Основные неисправности ЖК-мониторов. URL: http://kuplyu-noutbuk.at.ua/publ/monitory/osnovnye_neispravnosti_zhk_monitorov/3-1-0-19 (дата обращения: 28.10.2014)
3. Принцип работы ЖК-мониторов. URL: http://master-tv.com/article/lcd/ (дата обращения 25.10.2014)
4. Ремонт жидкокристаллических мониторов. Основные направления и методы ремонта. URL: http://www.mirpu.ru/lcd/75-shtmatrcnics/68-2011-02-06-19-33-26.html (дата обращения 28.10.2014)