Danas je nabavljen TFT kolor LCD TV prijemnik i monitor kineskog proizvođača Jinkedi iz 2003. godine.
Natpis na kineskom jeziku u prijevodu daje samo generički naziv proizvoda “Kolor LCD TV” i upozorenje da LCD zaslon moguće neće dobro raditi na niskim vanjskim temperaturama i da je tada treba pričekati oko 10 minuta da se displej zagrije i počne normalno raditi. Na dnu je ime proizvođača koje se može prevesti kao “Jinkedi Technology Electronic”. Čini se da je pod ovom markom tvrtka prodavala samo nekoliko modela ovakvih malih LCD TV prijemnika/monitora.
S obzirom da je riječ o kineskom elektroničkom uređaju široke potrošnje proizvedenom nakon 2000-tih godina teško je pronaći bilo kakve podatke koji bi upućivali na originalno porijeklo ovog uređaja. Moguće da je riječ o kineskoj tvrtki JKD – Guangdong Jinkedi Intelligent Technology Co., Ltd koja se od 2012. godine bavi preciznom CNC izradom raznih metalnih dijelova za robu široke potrošnje. Vidjeti ćemo kasnije da su unutrašnjosti za LCD displej ugrađene komponente većinom japanskog porijekla (Panasonic, Hitachi, Citizen), a za TV dio specijalni čipovi Philipsa i Samsunga.
Ovo je prvi LCD TV prijemnik/monitor kojim se bavimo u našim objavama. Tekući kristali otkriveni su još 1888. godine, prvi pokusi sa tekućim kristalima zatvorenim između dvije ploče potječu iz 1911. godine, prva kontrola svjetlosti pomoću tekućih kristala osmišljena je 1927. godine, a prvu praktičnu primjenu te tehnologije patentirala je britanska tvrtka Marconi Wireless Telegraph 1936. godine (Liquid Crystal Light Valve). Početkom 1960-tih godina predstavljeni su prvi MOSFET tranzistori, a dvije godine kasnije i TFT (Thin-Film Transistor), odnosno tankoslojni MOSFET tranzistor kojim se upravljaju svi LCD displeji. Glede široke primjene LCD tehnologije, od 1970. godine počeli su se pojavljivati prvi LCD displeji za ručne satove, a od 1973. godine LCD displeji su ugrađivani i u kalkulatore. Iste godine je demonstriran i prvi TFT LCD, no trebalo je proći još deset godina da se isti usavrši za praktičnu primjenu. Tako je tek 1982. godine izašao prvi mali LCD televizor (Seiko Epson), a veliki kolor LCD displeji (14″) počeli su se proizvoditi tek krajem 1980-tih godina. U 1990-tim godinama razvijale su različite tehnologije za ubrzanje odziva te poboljšanje kontrasta i vidljivog kuta LCD ekrana, a tek 2007. godina se smatra prijelomnom kada je kvaliteta slike LCD televizora nadmašila kvalitetu slike televizora s katodnom cijevi (CRT) i kada je prodaja LCD televizora nadmašila prodaju CRT televizora. Možemo reći da je tehnologija LCD-monitora posljednjih 40 godina neprekidno u razvoju i kroz to vrijeme je razvijeno niz različitih tehnologija izrade i kontrole prikaza slike na LCD ekranima.
Izučavanje principa rada i načina kontrole modernih LCD-a je prilično opsežno gradivo i otprilike jednako složeno za razumijevanje kao i princip rada CRT ekrana. Mi ovdje nećemo opisivati različite LCD tehnologije jer o tome na internetu ima već bezbroj članaka, videa i tutorijala pa tko želi ima iz čega učiti. One koji nemaju volje za hvatanje u koštac sa novim tehnologijama, možemo ohrabriti činjenicom da je osnovni princip rada LCD ekrana zapravo lako shvatljiv i čak se može usporediti sa CRT ekranima.
I kod CRT-a i kod LCD-a slika se ispisuje točku po točku (piksel po piksel) u vodoravnim redovima (linijama) od početka ekrana do dna ekrana. Kada ispisivanje jedne slike (ili poluslike) završi, počinje ispisivanje nove slike opet od početka ekrana. To znači da CRT i LCD imaju neku svoju horizontalnu frekvenciju osvježavanja (brzinu ispisivanja redaka) i vertikalnu frekvenciju osvježavanja (brzinu izmjena ispisanih slika). Horizontalna frekvencija kod standardnog analognog TV prijenosa je 15,625 kHz, no kod boljih računalnih CRT monitora (visoke rezolucije) ta frekvencija je išla i do 100 kHz. Isto tako standardna vertikalna CRT frekvencija je 50 Hz no kod boljih CRT monitora ona je išla i do 100 Hz. Kod LCD displeja vertikalna frekvencija (broj izmijenjenih slika u sekundi) je obično oko 60 Hz, no neki monitori idu i do 120, 144, pa i do 200 Hz. Ovdje moramo reći da ista frekvencija osvježavanja CRT-a i LCD-a ne znači i isti vizualni efekt za onoga tko gleda u takav monitor. CRT točka na ekranu kad se jednom osvježi, ona odmah počinje polako gubiti na jačini svjetla (ovisno o perzistenciji premaza ekrana). Stoga, ako osvježavanje nije dovoljno brzo, jednom osvijetljena točka će izgubiti previše početnog svjetla do novog osvježavanja te će slika “treperiti, titrati”, jer neće moći zadržavati zadani intenzitet osvjetljenja. Kod LCD-a nema tog problema jer se kod njega svaki pojedinačni piksel osvježava u kratkom vremenu određenim naponom, a taj napon se onda dalje zadržava preko svakom pikselu paralelno spojenog kondenzatora. Tako jednom osvježeni piksel ostaje jednako osvijetljen (proziran) čitavo vrijeme do novog osvježavanja. Stoga ovdje veća rezolucija osvježavanja ne utječe na “titranje” već samo na mogućnost prikaza više sličica u sekundi (fps) što kod nekih aplikacija rezultira boljom oštrinom i detaljima slike.
Ispisivanje redaka slike kod LCD ekrana može biti interpolacijsko isto kao i kod CRT TV ekrana, dakle ispisuju se dvije poluslike (svaki drugi redak) 50 puta u sekundi da bi se dobila jedna cijela slika 25 puta u sekundi. Iako se cijela slika dobiva samo 25 puta u sekundi, izmjena rastera je 50 puta u sekundi pa je i treperenje za ljudsko oko vidljivo kao na frekvenciji 50 Hz, a ne na 25 Hz. Kasnije se kod LCD televizora počelo sve više koristiti tzv. “progresivno” skeniranje, gdje se u jednom prolazu ispisuje cijela slika, što daje bolju kvalitetu slike.
Svaki piksel na LCD ekranu mora imati svoj tranzistor (TFT) za električnu polarizaciju tekućeg kristala (određivanje prozirnosti) i svoj kondenzator za zadržavanje te električne vrijednosti do ponovnog osvježavanja. Broj tih elemenata dakle ovisi o rezoluciji i veličini LCD ekrana. Današnji komercijalni LCD televizori imaju najveću rezoluciju 7 680 x 4 320 piksela (Ultra HD 8k) što znači nešto preko 33 milijuna piksela. Međutim, svaki kolor piksel sastoji se od kombinacije tri piksela, svaki sa filtrom za jednu osnovnu boju (RGB), što daje ukupan broj od gotovo 100 milijuna tranzistora i kondenzatora potrebnih za pogon takvog displeja. Najnoviji (AM)OLED displeji pak trebaju pet tranzistora za kontrolu jednog kolor piksela uključujući krugove za kompenzaciju napona čime dolazimo do boja od gotovo pola milijarde tranzistora po panelu. Svi ovi tranzistori i kondenzatori naneseni su u tankom sloju na foliju iza tekućih kristala, a ukupna debljina svih slojeva TFT LCD-a ne prelazi 2 mm ni kod najvećih TV displeja što ih svakako čini vrlo krhkima.
Osim ovoga, na vanjske rubne dijelove folije najčešće su također površinski montirani integrirani krugovi (COF – Chip on Film) za vremensku kontrolu uključivanja, odnosno osvježavanja redom svakog pojedinačnog piksela (Timing Control), što znači da na njih vodi mreža izvoda iz svakog pojedinačnog TFT tranzistora. Ti čipovi često nisu izravno vidljivi prije nego se ne rastavi čitav ekran. Mogu biti montirani uz sva četiri ruba displeja, no obično su oni za vertikalnu kontrolu (TFT Source driver) montirani uz donji rub ekrana, a oni za horizontalni tajming (TFT Gate Driver) na jednom od bočnih rubova ekrana. Sve ovisi i veličini i rezoluciji ekrana te načinu na koji je podijeljeno vertikalno i horizontalno vremensko opsluživanje redova piksela (Timing Control). Ovi čipovi za horizontalni i vertikalni tajming pak u sebi implementiraju čitav niz digitalnih sklopova. To su posmični registri i razne podatkovne i latch memorije koje ulazne digitalne podatke video slike razvrstavaju i pripremaju na način da ih pravodobno pošalju pojedinom pikselu LCD-a, naravno preko različitih bufera nakon što ih prethodno pretvore u analogni naponski signal (DAC).
Ukoliko dođe do kvara, napuknuća ili bilo kojeg drugog električnog ili mehaničkog oštećenja i najsitnijeg dijela displeja ili veza sa TFT tranzistorima i COF čipovima, ekran na tom području neće biti funkcionalan i to je kvar koji je nemoguće popraviti. Po tome su CRT i LCD također slični: električna ili fizička oštećenja na ovim komponentama praktično je nemoguće više popraviti. Naravno, LCD je daleko krhkiji od CRT-a i danas ogroman broj kvarova televizora otpada na mehanička oštećenja LCD-a. Čak ako i uspijete naći dobavljača za zamjenski LCD, cijena istog može biti i 80% cijene novog televizora, da ne govorimo koliko i sam postupak transporta i zamjene velikih LCD panela opet nosi rizik od oštećenja, zaprljanja i sličnih neželjenih pojava za što je dovoljan samo trenutak nepažnje. Isto tako ako dođe do kvara na Timing Control ploči, bez obzira da li je ona u obliku COF čipova na samoj foliji displeja ili na zasebnoj pločici u blizini displeja, tu se ne može ništa napraviti osim eventualno provjeriti spojne konektore ako su izvedeni u kakvom tehnički popravljivom obliku.
Općenito gledano, tehnologija izrade modernih LCD televizora i monitora je toliko minijaturizirana i robotizirana da se popravci svode isključivo na zamjenu čitavih modula (napajanje, TV ploča, LCD, pozadinsko osvjetljenje, eventualno Timing Control). Neki elektroničar entuzijasta može uspješno riješiti neki uobičajeni problem u napajanju (kondenzatori, izlazni regulacijski poluvodiči) ili u pozadinskom osvjetljenju LCD ekrana (zamjena LED panela), te provjeriti hladne spojeve na konektorima. Oni bolje posvećeni tome možda će čak pokušati napraviti “reballing” kakvog čipa, zamijeniti ili reprogramirati kakav EEPROM i slično, no općenito gledano modeli televizora se mijenjaju tolikom brzinom da je nemoguće skupiti sve te silne upravljačke programe (firmware), sve tipove ploča i u konačnici sve tipove pozadinskih osvjetljenja kod kojih je pregaranje neke LED diode praktično otpisalo televizor u otpad.
Naravno, sve ove teškoće oko popravka nisu razlog da otpišemo svaku mogućnost ciljane dijagnostike kvara na modernim LCD televizorima. Postoji desetak standardnih upravljačkih signala, takt (clock) signala, te drugih digitalnih signala i analognih upravljačkih napona za pravilnu i pravovremenu rednu kontrolu svakog piksela za koje su na gotovo svakoj ploči televizora ostavljane testne točke označene određenim oznakama. Naravno, svaki proizvođač voli svoje oznake no ako znamo što tražimo te donekle različite kratice nisu problem da se shvati o kakvom se signalu na pojedinoj mjernoj točki radi. Mjerenjem (prikazom na osciloskopu) oblika i odnosa tih signala može se prilično točno utvrditi u kojoj komponenti (čipu) bi mogao biti problem. No i dalje moramo prvo biti dobro upoznati sa tehnologijom koja je ugrađena u pojedini televizor, a to nije lak zadak bez originalne servisne dokumentacije koja nije lako dostupna izvan originalnih tvorničkih servisa. Netko tko se bavi popravkom televizora sigurno si ne može priuštiti mjesece istraživanja da bi napokon izolirao određeni kvar na određenom televizoru i pri tome ustanovio da je kvar u nekom čipu koji se ne može nigdje nabaviti ili barem ne po isplativoj cijeni. Zato klasični “univerzalni” RTV servisi danas više nisu popularni i detaljno bavljenje specifičnostima određenog tipa LCD televizora danas je uglavnom privilegija onih koji rade na njihovom razvoju i proizvodnji jer se svaka novo razvijena tehnologija glede detalja drži u tajnosti od konkurencije.
Mi smo ovdje iskopali jedan stari mali TFT LCD televizor čisto da vidimo da li radi i da li se može razlučiti išta od njegovih unutrašnjih sklopova.
Prvi test je otkrio jedan veliki crveno-ljubičasti krug sa žutim obrubom na gornjem dijelu ekrana koji je kao takav potpuno mrtav i ne mijenja se bez obzira na ulazne video signale. Obično se na ekranima pojavljuju slični krugovi koji su potpuno crni i zapravo je prvi put da vidim jedan ovakav krug u boji. U svakom slučaju to upućuje na fizičko oštećenje samog LCD panela u dijelu tekućih kristala i/ili filtara (kolor i polarizacijskih). Da je u pitanju greška u TFT matrici ili upravljačkoj elektronici onda bi oštećenje bilo linijsko (vertikalne ili horizontalne crte), a ne kružno. Sasvim sigurno je ovaj dio ekrana doživio jači mehanički pritisak čime su se oštetile staklene stjenke i/ili filtri između kojih se nalaze tekući kristali. Popravak ovoga nije moguć iako ćete na internetu naći neke pokušaje fizičkog trljanja tog dijela ekrana ne bi li se kristali nekako vratili na svoje mjesto. To je slično pokušaju da razbijenu staklenu čašu punu vode pokušate metlom precizno skupiti na hrpu ne bi li se krhotine tako posložile da se u nju nekako opet sama od sebe vrati razlivena voda.
Doduše, ponekad ovakve kolor fleke može izazvati neki manji stalni pritisak na površinu ekrana (sa gornje ili donje strane) pa kad se pritisak oslobodi, ukoliko nije došlo do fizičkog oštećenja, obično se displej vrati u prvobitno stanje. Idemo stoga vidjeti pritišće li što naš displej s unutrašnje strane.
Uređaj se bazira na dvije tiskane pločice: jedna sa elementima TV prijemnika i druga sa elementima LCD displeja. Razgledajmo prvo TV pločicu.
TV prijemnik bazira se na tuneru TDQ-391-5 i integriranom krugu OM8361 (TDA8361) u kojem su sadržani praktično svi sklopovi analognog kolor TV prijemnika za sliku i zvuk po PAL i NTSC standardu RGB izlazom. Ovim čipom upravlja se preko mikrokontrolera S3F880AXZZ-AQBA što uključuje sučelje za vanjske kontrole i/ili kodove IC daljinskog upravljača (kojeg nemamo) i vrlo vjerojatno generiranje OSD prikaza. Mikrokontroleru je dodana vanjska EEPROM memorija 24C04, a osim ova tri čipa na pločici je još samo audio pojačalo sa čipom 386 (JRC). Kao što se vidi, od vanjskih elemenata ovim čipovima praktično treba dodati samo MF video i audio filtre za pojedini TV standard. Čak i da imamo shemu ovog TV prijemnika malo toga se može na njemu popraviti. Većini kvarova vjerojatno će biti uzrok potpuna ili djelomična neispravnost jednog od dva glavna čipa. Mikrokontroler i EEPROM nema smisla mijenjati ako nemamo originalan program za njih, a i sam TV čip 8361 je danas već teže nabaviti.
Što se tiče ekrana, ugrađen je 5″ TFT LCD kolor displej sa rezolucijom 640 x 480 točaka (VGA rezolucija slike). To znači da displej sadrži nešto manje od milijun TFT tranzistora (640x480x3), a jedan RGB piksel kod takvih displeja je dimenzija 0,0529 x 0,1587 mm. Kao driver za displej koristi se čip sa oznakom A71-3780 u SMD QFP-80 kućištu za koji nismo pronašli nikakve podatke. Ovaj čip digitalizira ulazni analogni RGB signal sa TV pločice, vremenski ih sinkronizira za slanje na matricu LCD-a (Timing Control) i šalje na displej preko FIFO memorije MN4777AS (265k x 8). FIFO memorija (First-In, First-Out) služi kako privremeni međuspremnik sa sinkronizirano slanje podataka za displej i ova memorija također može biti ugrađena i u sam drajver čip (TFT LCD Single Chip Driver) koji je u biti mikrokontroler. Od ostalih (pomoćnih) čipova na pločici su dva HTC244 koja sadrže po osam bufera (drivera), tri operacijska pojačala 10358, te dva logička integrirana kruga: CD4052 (analogni multiplekser/demultiplekser sa konverzijom logičkih naponskih razina) i CD4001 (četiri NOR vrata).
Danas kada kupite neki LCD displej svi drajverski čipovi su već tvornički integrirani sa TFT matricom displeja i jedino oko čega se trebate brinuti to je odabrati željeni protokol za ulazne podatke. Kakav god električki kvar ili mehaničko oštećenje zadesi displej i njegove pogonske (drajverske) čipove, to je gotovo uvijek nepopravljiv kvar i mijenja se čitav taj modul. Čak i na ovakvoj izvedbi drajverskih čipova koji nisu u COF nego u SMD izvedbi na čvrstoj tiskanoj pločici, iako se teoretski ti čipovi mogu zamijeniti,oni su najčešće nedostupni izvan ovlaštenih servisa.
Na slikama se lijepo vidi kružni obris gdje je mehanički ili toplinski oštećena naša LCD matrica. Takvo oštećenje je nemoguće više popraviti. Također se može primijetiti niz tiskanih veza koje izlaze iz TFT folije i to na gornjoj strani za vertikalno adresiranje (TFT Source driver) i na lijevoj strani za horizontalno adresiranje (TFT Gate Driver) i osvježavanje svakog pojedinog piksela TFT matrice.
CCFL lampa za pozadinsko osvjetljenje oblikom prati rub debelog komada pravokutnog stakla/polimera (svojevrsni svjetlovod) u kojem se ravnomjerno raspršuje svjetlost sa CCFL lampe. Tako se preko ravnomjerno osvijetljene površine tog svjetlovodnog stakla svjetlost ravnomjerno prenosi na površinu LCD matrice.
Sama TFT matrica nije deblja od milimetra, no iza nje je potrebno osigurati ravnomjerno pozadinsko osvjetljenje jer tekući kristali ne mogu proizvesti vlastito svjetlo nego samo filtrirati svjetlo koje prolazi kroz njih. Za pozadinsko osvjetljenje ovdje se koristi CCFL lampa (cold cathode fluorescent lamp). Ove lampe rade na izmjenični napon frekvencije nekoliko desetaka do nekoliko stotina kHz. Za početno paljenje potreban je napon obično preko 1 kV, a nakon toga isti padne na nekoliko stotina volti. Potrošnja struje je nekoliko mA. Zbog toga se uz ovakve lampe mora koristiti poseban pretvarač napona koji se općenito nazivao inverter. Danas se CCFL lampe već rijetko koriste za pozadinska osvjetljenja LCD ekrana i istisnule su ih LED diode. Međutim, i CCFL i LED nisu vječne i nakon nekoliko godina rada može se očekivati njihov otkaz. Zamjena je uvijek bila problematična jer svaki tip displeja koristi vlastiti tip i oblik lampe (i invertera), a slično je i sa LED panelima. U oba slučaja potrebno je rastaviti čitavu šasiju uređaja i ukloniti LCD matricu da bi se uopće dobio pristup zamjeni pozadinskog osvjetljenja.
Kao naš prvi LCD TV odabrali smo ovaj jedan raniji (stariji) primjerak džepnog televizora jer smo se nadali da ćemo zateći nešto diskretniju tehnologiju koju je moguće razlučiti na sastavne sklopove. No, kao što smo vidjeli, u ovom uređaju s početka 2000-tih godina već su ugrađeni specijalizirani čipovi sa gotovim “single-chip” rješenjima i mikrokontroleri koji upravljaju svim ostalim funkcijama.
Kroz čitav tekst ponavljali smo kako je popravak ovakvih uređaja često nemoguć ili neisplativ, osim u nekim očitim spojnim kvarovima (konektori) ili u regulatorima napajanja. Ta “nepopravljivost” modernih uređaja dovela je do toga da se elektroničari hobisti sve manje trude izučavati neki takav moderan elektronički uređaj jer osim što je princip rada prilično složen, uloženo vrijeme u istraživanje i učenje svega toga rijetko će se vratiti kao neki praktični (naplativi) benefit. Radije se po internetu traže neka univerzalna, tipična i “instant” rješenja poput grijanja sklopova u pećnici ili otkrivanja tajnih i skrivenih tvorničkih kodova ne bi li to nekim čudom otklonilo neki kompleksni kvar na elektronici. Mi ovaj naš TV prijemnik sa velikim crvenim krugom na displeju nećemo pokušavati popraviti na nijedan od takvih predloženih načina i mirno ćemo prihvatiti činjenicu da je isti trajno uništen. Kako u svakom zlu ima i nešto dobroga, tako smo eto i mi iz svega toga izvukli ponešto općeg znanja i na praktičnom primjeru vidjeli još jedan korak u razvoju TV tehnike, koja i dalje ide nezaustavljivo naprijed prema novim tehnologijama 🙂
Casio-TV100CA (1993.), Intervision TV-4300 / Casio TV-430 (1990.), Roadstar LCD-2201 (1998), Casio TV-1750 (1994), Citizen TC53 (1987).