Ремонт подсветки монитора силой мысли

Недавно я получил возможность познакомиться с технологией LCD поближе, во время моего первого ремонта POS-монитора. В результате получилось не только быстро отремонтировать подсветку с использованием… сгоревшей лампочки и китайского модуля за 20 рублей, но и получить неоценимые знания о самой технологии. Под катом рассмотрим и устройство конкретного экземпляра, и LCD-мониторов в целом. А еще посмотрим, как удалось его оживить. Поехали!

Историческая справка

Истоки технологии: жидкие кристаллы и первые шаги

Жидкие кристаллы были открыты в 1888 году австрийским ботаником Фридрихом Райнитцером, но их применение в дисплеях началось лишь спустя почти 80 лет.


В 1927 году русским физиком В. К. Фредериксом был открыт переход Фредерикса, ныне широко используемый в жидкокристаллических дисплеях.


В 1968 году компания RCA представила первый прототип монохромного ЖК-экрана, основанный на динамическом рассеянии — технологии, при которой кристаллы меняли ориентацию под напряжением, формируя контрастные изображения. Однако коммерческий успех пришёл позже, с появлением TN-матриц в 1970-х. Они использовались в калькуляторах, цифровых часах и портативных устройствах вроде Game Boy. Эти экраны отличались низкой контрастностью, медленным откликом и ограниченными углами обзора, но стали первым шагом к массовости.

Революция TFT: активные матрицы и эра цветных дисплеев

Прорыв произошёл в 1980-х с внедрением тонкоплёночных транзисторов (TFT), которые позволили создать активные матрицы. Каждый пиксель получил индивидуальное управление, что резко улучшило цветопередачу, скорость отклика и углы обзора. Некоторые модели дожили до наших дней в почти неизменном виде, и теперь их можно встретить в Arduino-проектах.


В 1988 году Sharp выпустила первый 14-дюймовый цветной TFT-монитор, а к середине 1990-х LCD начали конкурировать с ЭЛТ-экранами. Ключевыми преимуществами стали компактность, отсутствие мерцания и сниженное энергопотребление — особенно критичное для ноутбуков.

Эволюция подсветки: от CCFL к LED

Первые ЖК-дисплеи использовали люминесцентные лампы с холодным катодом (CCFL) для подсветки. Они располагались по краям экрана, а свет распределялся через световодную панель.


Однако CCFL имели недостатки:

1. Высокое энергопотребление;
2. Нагрев;
3. Постепенное выгорание люминофора, искажающее цветопередачу;

В 2000-х начался переход на светодиодную подсветку (LED), которая оказалась тоньше, экономичнее и долговечнее. LED позволили создавать экраны толщиной менее 5 мм, а также реализовать локальное затемнение (в моделях с прямой подсветкой), улучшив контрастность. К 2010-м LED полностью вытеснили CCFL в массовом сегменте.

Устройство

LCD-экран — это «сэндвич» из функциональных слоёв, каждый из которых выполняет свою роль:

1. Защитное покрытие — стекло или плёнка, защищающая экран от царапин и ударов.
2. Поляризационные фильтры — два слоя (верхний и нижний), пропускающие свет только в определённой ориентации.
3. Слой жидких кристаллов — ключевой элемент. Кристаллы меняют ориентацию под напряжением, регулируя прохождение света.
4. Цветовые фильтры — RGB-субпиксели, формирующие цвета путём смешения красного, зелёного и синего.
5. TFT-матрица — сетка тонкоплёночных транзисторов, управляющая подачей напряжения на каждый пиксель.
6. Подсветка — источник света (LED или CCFL), без которого кристаллы остаются невидимыми в темноте.

Как управляются пиксели

Каждый пиксель контролируется отдельным транзистором на TFT-матрице. При подаче напряжения жидкие кристаллы поворачиваются, меняя поляризацию света. Взаимодействие с верхним и нижним фильтрами определяет, сколько света пройдёт через субпиксель. Например:

• Без напряжения — кристаллы расположены так, что свет блокируется (чёрный цвет).
• С напряжением — кристаллы пропускают свет, создавая яркость и цвет.

Цвет формируется за счёт RGB-фильтров: интенсивность каждого субпикселя регулируется отдельно, что позволяет отображать миллионы оттенков.

Совершенствование матриц: TN, IPS, VA

TN (Twisted Nematic) — самая ранняя и дешёвая технология. Кристаллы закручиваются спиралью при отсутствии напряжения. Отличается быстрым откликом (1-5 мс), но узкими углами обзора и плохой цветопередачей. Используется в бюджетных мониторах и игровых моделях.

IPS (In-Plane Switching) — разработана Hitachi в 1996 году. Кристаллы поворачиваются в одной плоскости, что обеспечивает широкие углы обзора (до 178°) и точную цветопередачу. Недостатки — более высокое время отклика и стоимость.

VA (Vertical Alignment) — компромисс между TN и IPS. Кристаллы выравниваются вертикально без напряжения. Лучшая контрастность, но дольше время отклика.


К 2020-м IPS стала доминировать в среднем и премиальном сегментах, а разрешения достигли 8K в профессиональных решениях. Несмотря на конкуренцию с OLED, ЖК-экраны сохраняют позиции благодаря:

1. Простоте производства и низкой стоимости.
2. Отсутствию выгорания пикселей (важно для статичных изображений).
3. Высокой пиковой яркости, необходимой для HDR-контента.

Наши бараны

Вернемся немного с небес на землю к чудесному Salepos SMP-10, который был мне безвозмездно подарен одним хорошим человеком.


Выдержка из описания:
«Salepos SMP-10 — стационарный POS-монитор для отображения системной информации и работы на расчетно-кассовом узле и в других подразделениях компании. Монитор устанавливают на кассах в супермаркетах, магазинах формата дрогери, в организациях сферы услуг и прочих. Диагональ в 10 дюймов имеет хороший обзор с разрешением 800х600 пикселей. На передней панели расположены кнопки настройки изображения. POS-монитор Salepos SMP-10 подключается к ПК по интерфейсу VGA. На задней панели расположены пазы для крепежа на вертикальной поверхности. Таким образом устройство может выполнять монитора для отображения акций и специальных предложений компании.»

Ну посмотрим, какой хороший обзор он дает!

Процесс ремонта

Когда монитор попал ко мне в руки, заявленной неисправностью было «не работает». Однако при подключении монитора на секунду слабо высвечивалась, помаргивая, надпись: «Нет сигнала». Значит, матрица в порядке.

Это делает ремонт целесообразным, поскольку если проблема в матрице или плате обработке сигнала, скорее всего, смысла возиться с устройством нет. Запчасти или время копания все равно того не стоит.


Итак, выкрутив видимые винты, я снял с монитора крышку с кнопками. Но что делать дальше? Никаких других винтов внутри не было, а матрица стояло плотно.


Повертев тушку в руках, я заметил по бокам матрицы металлические крепления, не имеющие к самой матрице никакого отношения. Потыкав отверткой, мне удалось поддеть их, и… вуаля! Матрица была отсоединена, обнажив винты крепления подложки к корпусу.


Пару вращений отверткой, и внутренности устройства, наконец, обнажились.


Довольно… скудно. Имеем небольшую плату с входом питания и сигнала VGA и какой-то аппендикс, соединенный с подсветкой. С первого взгляда показалось, что это плата питания с повышением напряжения. На выходе платы значилось «9V», но при включении подсветки я намерил 5, как на входе монитора. Я не стал долго морочить голову, и просто подкинул 9 вольт с регулируемого источника напрямую на подсветку. При этом на экране намного ярче высветилось.


Значит, все-таки, неисправность питания? Ну, она неисправна 100%, но при подкидывании 9В я заметил, что монитор помаргивает, причем в одном месте. При этом большая часть подсветки как будто испорчена. Разбираемся дальше!


Поддев плоской отверткой металлические защелки по бокам экрана, я расщепил корпус, обнажив рассеивающие и отражающие слои подсветки, матрицу и саму LCD-ленту, покоящуюся снизу. Подкинув питание снова, я убедился, что стабильно работает лишь одна секция, и помаргивает еще одна.


Подсветка состоит из параллельных троек диодов, рассчитанных где-то на 3 вольта питания каждый. Так что итоговое питание составляет 9 Вольт. Если перегорает один диод из тройки — все три не горят. В данном случае третий нестабилен, оттого все три моргают.


Это было неприятное открытие, потому что менять подсветку нужно было как минимум лентой той же ширины, то есть 3мм. Такой форм-фактор крайне редкий и достаточно дорогой. Но тут меня посетила светлая идея!


Да-да, обычная светодиодная лампочка имеет такой же форм-фактор светодиодов.
Ремонт в таком случае сводится к напаиванию этих светодиодов на существующую подложку с предварительным выпаиванием сгоревших заводских. Воодушевленный, я быстро выпаял все диоды из подсветки и лампочки, и попытался запаять все на место.

Не тут-то было! Оказалось, что напаянные диоды сели криво, и из 8 троек горела всего одна. Взяв в зубы фен, я снова прошелся по всем диодам. В этот раз поправлял по три за проход, после чего сразу проверял результат. Теперь горели все!


Свет получился намного теплее (и ламповее) исходного, но на корректность цветопередачи мне начхать, поэтому и так сойдет (если Вам нет, берите диоды из лампочки с «холодным» светом). Осталось разобраться с питанием.

Я не стал сильно мучать себя дешевой схемотехникой этого монитора. Не хочет 9В выдавать — значит таков путь. Для себя же я путь определил в виде добавление дешевого преобразователя на sx1308 между входом питания монитора и аппендиксом питания подсветки, предварительно выставив на нем 9В (все равно мощность подсветки мизерная). Режем только красный (иначе будет бум! (шутка((нет)))) провод, желтый управляет включением подсветки, черный — земля, общая для всех. Плюс питания берем с платы преобразователя.


В итоге монитор, наконец, заработал как надо.


Что имеем в итоге? Ремонт прошел почти без вложений (как времени, так и денег), удалось утилизировать сгоревшую лампочку, немного разобрались с устройством мониторов. В дальнейшем планирую засунуть это в собираемый мною лазерный станок CO2, отлично там будем смотреться. Всем добра!