Что внутри матрицы телевизора

Что такое матрица ТВ и какие они бывают?

Содержание

Содержание

Практически в каждом обзоре телевизоров говорят про такой параметр, как тип матрицы. О ней же часто задают вопросы и в комментариях к товарам. Что это такое и как выбрать правильную матрицу для телевизора мы и попробуем разобраться.

Сегодня на рынке основную массу телевизоров низкого и среднего ценового сегмента составляют различные LED‑телевизоры с ЖК (LCD) экраном, которые используют матрицы IPS или VA. В верхней части среднего ценового сегмента, а также в премиальном сегменте появляются телевизоры на базе органических светодиодов (OLED), а также экраны с технологией квантовых точек (например, ULED-телевизоры компании Hisense) и особняком стоят так называемые лазерные телевизоры (Laser TV).

Что такое матрицы ТВ, зачем они нужны и какие бывают

Современный экран телевизора (за исключением лазерного ТВ) представляет собой многослойный сэндвич.

На рисунке ниже приведена упрощённая схема строения экрана ЖК-телевизора. Цель которого сформировать на изображение, состоящее из отдельных точек – пикселей. При этом каждая точка формируется из трёх субпикселей красного, синего и зелёного цветов (в некоторых случаях из четырёх, но об этом чуть позже). Количество пикселей на экране определяет его разрешение, например Full HD (1920 на 1080) или 4K (3 840 на 2 160). Каждый пиксель формируется отдельными жидкими кристаллами и связанными с ними электродами, которые и формируют матрицу экрана.

Для формирования изображения свет последовательно проходит через поляризационную плёнку, слой жидких кристаллов с управляющими электродами, светофильтр и вторую поляризационную плёнку. Данная схема актуальна практически для всех современных типов ЖК-матриц: TN, IPS и VA, а также различных их модификаций (например TN+Film или MVA). Эти матрицы принципиально отличаются друг от друга строением слоя с жидкими кристаллами, которые определяют особенности каждого из них.

Структура ЖК-экрана представляет собой сэндвич

В качестве подсветки обычно используется светодиодная (LED) подсветка белого цвета. В случае если кристалл, через который проходит свет находится в закрытом состоянии, то свет не проходит через него, если же он открыт, то в зависимости от светофильтра он окрашивается в красный, синий или зелёный цвет. Смешиваясь данные цвета формируют 1 пиксель нужного цвета.

Телевизоры на квантовых точках (QLED или ULED) отличаются от обычных ЖК наличием дополнительного «слоя», содержащего квантовые точки красного и зелёного цвета, а также подсветкой из синих светодиодов. Таким образом обеспечивается спектрально чистый белый свет и в результате расширяется спектр отображаемых цветов.

Телевизоры на квантовых точках имеют специальный слой с квантовыми точками

OLED-телевизоры имеют принципиально другую конструкцию, они лишены подсветки, а изображение формируется самими элементами матрицы – органическими светодиодами. Пиксель здесь образуется тремя светодиодами, также красного, синего и зелёного цвета. Но часто в продаже можно встретить и модификацию с дополнительным белым светодиодом, который позволяет повысить яркость экрана, но при этом уменьшает реальное количество пикселей.

Ну и наконец лазерные телевизоры (Laser TV), которые принципиально отличаются от всех рассмотренных выше, тем, что фактически представляют собой специальный проектор и экран. Пожалуй, это единственный вид телевизоров, в отношении которого понятие матрицы не применимо. Здесь нужно говорить об источнике света, технологиях проектора и параметрах экрана.

Лазерный телевизор это ультракороткофокусный проектор и специальный экран

Какие бывают типы матриц и какие у каждого типа плюсы и минусы

TN-матрицы в настоящий момент практически вытеснены с рынка телевизоров и остались только в самом бюджетном сегменте. Их особенностью является то, что в выключенном состоянии жидкий кристалл пропускает свет. Поэтому «битый» пиксель данной матрицы белый, а чёрный обычно виден как тёмно-серый. Другим большим недостатком данной матрицы является угол обзора среди всех существующих на рынке ТВ-матриц, он в настоящий минимален, то есть если вы будете смотреть телевизор под углом к экрану, то картинка очень сильно теряет в контрасте и становится практически не читаемой.

IPS и VA­-матрицы – самые распространённые на рынке современных телевизоров в настоящий момент. У обеих из них выключенный кристалл не пропускает свет, а значит и «битый» пиксель будет чёрным. Преимуществами VA-матрицы являются более чёткие чёрные оттенки и более высокая контрастность, что позволяет при прочих равных получать более «яркую» картинку, в тоже время IPS-матрицы, как правило обладают лучшими углами обзора.

ULED(QLED)-матрицы имеют дополнительный слой с квантовыми точками, для того, чтобы на ЖК-матрицу и светофильтры пошёл действительно чистый белый свет. Благодаря этому обеспечивается отображение большего количества цветов и более точная цветопередача.

Эти телевизоры (например, Hisense U7QF) способны показать как чёрный цвет близкий к настоящему, так и реальный белый. При прочих равных данные матрицы имеют преимущество перед ранее рассмотренными, но и выше цене.

Телевизоры на квантовых точках имеют более широкую цветовую гамму

OLED-телевизоры обладают реальным чёрным цветом и обладают практически бесконечной контрастностью, обладают лучшими углами обзора. Они одни из лучших по энергопотреблению и имеют меньшие габариты, но при этом достаточно дороги в производстве. Ещё одним недостатком OLED является разный срок службы светодиодов. Так у синих светодиодов он составляет около 15 000 часов, в то время как у зелёного более 100 000 часов. Таким образом со временем у данных экранов проявляется эффект «выгорания». Для компенсации высокой стоимости OLED-матрицы часто используется вариант с белым светодиодом (так называемые RGBW-матрицы), но так как при этом общее количество субпикселей не меняется, эффективное разрешение 4K-панелей падает с 3840 на 2160 до 2880 на 2160 пикселей. Соответственно изображение становится менее детальным. А применяемое при этом смещение пикселей приводит к невозможности отразить ровные вертикальные линии.

Laser TV или лазерный телевизор, например Hisense L5F с диагональю в 100 дюймов – остаётся в стороне от всех этих нюансов за счёт использования совершенно другой технологии, свойственной скорее кинопроекторам, а не телевизорам.

Специальный экран защищает от окружающего света и не создаёт дополнительную нагрузку на глаза, как это делают светящие в глаза классический телевизоры. Высокое качество изображение и широчайший цветовой диапазон. Практически всё говорит в пользу данного варианта, за исключением, пожалуй, двух вещей. Первая – это яркость, отражая свет, всё же сложно быть настолько же ярким как светя напрямую в глаза, а вторая – это цена.

На какие параметры нужно обратить внимание при выборе матрицы

К сожалению, обращать внимание на параметры в данном случае имеет смысл только при выборе продуктов одного производителя. В остальном есть значительное количество моментов, которые просто невозможно показать цифрами. Так, невозможно определить цветовую гамму телевизоров по цифрам в характеристиках, а параметры угла обзора, часто не позволяют понять о чём именно идёт речь: когда уже совсем ничего не видно или когда начинает снижаться контрастность. Поэтому часто самым действенным вариантом остаётся сравнение выставленных рядом на витрине различных моделей телевизоров.

Тем не менее, если средства позволяют стоит обратить внимание на лазерный телевизор. Если вы хотите классические варианты, то рекомендую выбирать между ULED и OLED-телевизорами, только в случае с последними, обязательно уточните, чтобы не было белых субпикселей. Последние два также подойдут для того, чтобы получить максимально детализированное изображение, например, если вы планируете подключать к телевизору игровые приставки.

Если же хочется найти максимально бюджетный, но при этом качественный вариант, то лучше всего обратить внимание на телевизоры с VA-матрицей, но крайне желательно, чтобы контрастность у него была не менее 4000:1. А вот на матрицы IPS имеет смысл обратить внимание, если вы планируете использовать телевизор как монитор, или если размеры помещения требуют больших углов обзора.

Источник

Сайт Виктора Королева

Простыми словами о ремонте телевизоров и домашней бытовой техники своими руками

Матрица – принцип работы, проверка и восстановление

Матрица – принцип работы, проверка и восстановление

Основной элемент LCD-панели или попросту монитора – жидкокристаллическая матрица, представляющая собой законченный функциональный модуль с набором входных сигналов, определяемых его архитектурой. Поэтому все образцы этих устройств построены примерно одинаково, а их проверка и ремонт проводятся в виде стандартных процедур.

Устройство и порядок работы

Матрица представляет собой комбинацию большого числа жидких кристаллических ячеек, располагающихся системно. Характерным для нее является то, что положение каждого из этих элементов описывается двумя координатами: номерами строк и столбцов.

С другой стороны, в ее конструкции предусмотрены следующие модули (смотрите фото ниже):

Обратите внимание: Последний компонент имеется не у всех моделей LCD-панелей.

Первый из модулей (интерфейс LVDS) обеспечивает высокую скорость приема данных и существенное снижение линейных помех. Благодаря этому узлу панель приобретает универсальные свойства, позволяющие эксплуатировать ее с любой управляющей платой, имеющей аналогичный интерфейс.

При его использовании информация на ЖК-панель передается в последовательном виде – поэтому в ее составе предусмотрен специальный чип, преобразующий данные в параллельный код. Он представляет собой интегральную микросхему, выполняющую функцию приемника. Далее данные в параллельном коде поступают на микросхему контроллера TCON.

Вторая составляющая матрицы обеспечивает выполнение следующих операций:

На выходном шлейфе контроллера формируется столько сигналов, сколько необходимо для управления транзисторами, встроенными в панель. Общее их количество определяется разрешением, которое поддерживается данным конкретным образцом матрицы. При разрешении 1600х1200, например, на экране будет 1200 строк и 4800 столбцов (1600х3).

Дополнительная информация: Умножение на 3 означает, что каждый цветной элемент формируется на базе трех располагающихся рядом точек.

В панелях большинства марок используется полосковая топология, называемая Stripe. Пример расположения точек на поверхности матрицы приводится на фото снизу.

Характерные неисправности

К числу основных проблем, чаще всего возникающих при эксплуатации матриц, следует отнести:

Рассмотрим каждую из неисправностей более подробно.

В первом случае, возможно, вышел из строя внутренний источник питания, который можно попробовать отремонтировать. Однако специалисты советуют при наличии возможностей сразу заменить его новым изделием (сделать это можно, если он оформлен как отдельный модуль). В ситуации, когда источник входит в состав управляющей платы – придется полностью обновить этот узел. Причиной этой неполадки также могут быть:

Для устранения этих нарушений сначала нужно проверить «подозрительную» деталь, модуль или плату с помощью тестера (на предмет наличия нужных напряжений и отсутствия обрывов в рабочих цепях). При обнаружении поврежденных узлов или элементов плату, адаптер или кнопку придется заменить.

При выявлении неисправности второго рода (изменился уровень яркости) причину следует искать в нарушениях в работе инвертора, лампочек задней подсветки или ПУ. После проверки импульсных напряжений на выходе инвертора и управляющей платы можно будет убедиться в их состоянии.

Важно! Для получения полной картины с управляющими сигналами удобнее всего воспользоваться цифровым осциллографом.

Если нужные импульсные напряжения на выходе этих узлов отсутствуют – потребуется заменить их исправными. При наличии всех сигналов можно попробовать обновить лампочки подсветки. В ряде моделей следует начинать с проверки соединительного шлейфа между инвертором и ПУ на предмет его целостности.

При мигающем экране неисправными могут быть инвертор или лампа задней подсветки. Для устранения этой неисправности придется проделать все те же операции, что и в предыдущем случае. При обнаружении нарушений в формировании импульсных сигналов или обрыва шлейфа – необходимо заметь эти элементы новыми изделиями. Неисправную лампочку подсветки также потребуется обновить.

При наличии опыта соответствующих работ можно попытаться отремонтировать инвертор своими руками. Однако в этом случае надеяться на положительный результат можно не всегда. Если экран потемнел и ни изменяет свое состояние (фото ниже) – нужно проверить преобразователь в плате ПУ или инвертор.

В первом случае следует убедиться с помощью тестера в наличии напряжений у всех стабилизаторов и при обнаружении нарушений заменить неисправный элемент новой деталью. При выявлении отклонений в работе инвертора проще всего заменить его рабочим аналогом.

Если экран выключается через неопределенное время – нарушение, скорее всего, кроется в срабатывании токовой защиты инвертора. Другой причиной может быть неисправность лампочки задней подсветки. Для решения вопроса в этом случае рекомендуется заменить оба узла.

В ситуации, когда отсутствует один из цветов в изображении – неисправность может скрываться в нарушении работы интерфейса или ПУ. Если их проверка подтвердила эти предположения – вышедшие из строя узлы следует заменить. В заключение отметим, что к самостоятельному ремонту матрицы монитора не следует приступать, если вы полностью не уверены в своих силах.

Источник

Как работает ЖК-экран монитора и телевизора

Содержание

Содержание

Каждый день вы видите самые разнообразные экраны. В их числе рекламные дисплеи на улице, состоящие из светодиодов, а также читалки, в пикселях которых черный пигмент перемещается во взвеси белого пигмента. Или экран кинотеатра, который вовсе не простой кусок ткани, а холст со специальной фактурой и покрытием. Но сейчас речь пойдет не о них, а о жидкокристаллических экранах и о том, каким образом электричество превращается в конечное изображение.

Источник света

Изначально источником света для ЖК-экранов были газоразрядные лампы с холодным электродом (CCFL).

Под действием газового разряда ртуть излучает ультрафиолетовое свечение, которое, в свою очередь, возбуждает люминофор на стенках колбы и превращается в видимый свет. В отличие от обычных ламп дневного света, у таких ламп электрод без подогрева (что становится ясно из названия). Для нормальной работы им нужно высокое напряжение — до 900 вольт.

Сейчас вместо газоразрядных ламп используют светодиоды. От их типа сильно зависит конечная цена монитора. Так, в бюджетном сегменте используются обычные белые светодиоды W-Led. Основой для белых светодиодов служат синие светодиоды.

Они покрыты слоем люминофора, который преобразует часть синего спектра в другие цвета. В результате из синих светодиодов получаются белые светодиоды.

Обычный люминофор для белых светодиодов состоит из множества редкоземельных металлов: иттрий, гадолиний, церий, тербий, лантан.

В профессиональных устройствах подсветку из белых светодиодов дополняют зелеными светодиодами (GB-LED). Это дешевле люминофора, дающего нужный спектр. Использование же RGB-светодиодов даже в профессиональных устройствах — редкость, хотя это позволяет регулировать цветовую температуру и яркость без нарушения калибровки гамма-кривых монитора.

В последнее время производители обратили внимание не только на обычные люминофоры, изготавливаемые из редкоземельных металлов, но и на квантовые точки.

Квантовые точки не требуют использования редких компонентов и просты в производстве: достаточно в правильных условиях смешать два дешевых реактива. Из-за того, что идеально выдержать условия невозможно, квантовые точки имеют небольшие различия в размере, поэтому ширина спектра излучения составляет порядка 20 нм.

Такой ширины спектра недостаточно для того, чтобы перекрыть REC.2020 на 100%, но это значение находится очень близко.

Подсветка

Подсветка может быть как боковой (Edge), так и прямой (Direct). Изначально боковая подсветка появилась для ртутных ламп. Потом на нее перешли и светодиоды.

Прямая подсветка ограничена довольно маленькими зонами, за которые отвечают отдельные светодиоды. Она более требовательна к качеству светодиодов, но позволяет хоть как-то реализовать технологию HDR не в OLED-устройствах.

Некоторых производителей при реализации HDR не останавливает наличие боковой подсветки, что приводит к большой площади изменения локальной яркости подсветки.

Полноценный HDR возможен только на OLED — это типичное заблуждение. В студиях кинопроизводства используют все те же самые дисплеи TFT LСD, но с одним маленьким отличием. В таких мониторах дополнительная матрица TFT обеспечивает попиксельное затенение подсветки, за счет чего получается монитор, превосходящий OLED почти по всем показателям, включая нескромную цену.

Рассеиватель

Как можно понять из названия, задача этой части ЖК-экрана — получить равномерное освещение, выдаваемое источником света. Первый слой — отражающий, обычно представляет из себя комбинацию белого пластика и фольги. Следующим идет световод.

Тут используется эффект полного отражения света в диэлектрике, а чтобы свет хоть как-то мог выйти, на поверхность световода наносят мельчайшие линзы.

Аналогичный способ используют и в акриловых вывесках и указателях.

Третий и шестой слои — рассеивающая пленка. Она обладает настолько мелкой и хаотичной структурой поверхности, что снимок был сделан на грани возможностей обычного объектива.

Четвертый и пятый слои отражают большую часть света и обладают либо призматическим, либо полуцилиндрическим рельефом.

Здесь снова используется принцип полного отражения в диэлектрическом материале, но уже как в катафотах.

Свет поочерёдно отражается от двух поверхностей, образованных микроклиньями на плёнке, и возвращается обратно.

Использование двух световозвращающих пленок обусловлено тем, что на производстве, чтобы получить более качественный рельеф, проще вытягивать пленку, чем пытаться штамповать заготовку и получить что-то непригодное.

Прямая подсветка устроена по тому же принципу, только вместо световода установлены рассеивающие линзы на светодиодах.

TFT-панель

Можно подумать, что эффект «капель воды» дает антибликовое покрытие, но нет. Это вид со стороны подсветки. Мельчайшие неровности находятся на поверхности первого слоя TFT-панели — поляризующей пленки, которая приклеена к стеклянной подложке.

Основную работу по поляризации в дешевой поляризующей пленке выполняют атомы йода, вшитые внутрь полимера. А за счет 15-кратного вытягивания пленки молекулы полимера ориентируются в пространстве, и пленка получает свойства линейного поляризатора.

В отличие от демонстрационных моделей со шнурком в решетке, в реальности небольшая проводимость йода вдоль цепочки вызывает поглощение в видимом спектре вдоль ориентации.

После первого слоя преполяризатора идет непосредственно матрица TFT (тонкоплёночных транзисторов). Принцип работы всех панелей заключается в изменении поляризации света на тонкопленочных транзисторах. В зависимости от конфигурации электродов получаются разновидности TN(+film), IPS, VA. Современные панели настолько оптимизированы, что в конечном результате могут иметь как достоинства, так и недостатки панелей других типов.

Расположение слоя жидких кристаллов можно увидеть на приведенной выше схеме. Под действием электрического поля жидкие кристаллы меняют ориентацию и тем самым вращают плоскость поляризации проходящего через них света.

За ним следуют светофильтры. Они обеспечивают разбиение белого цвета на цвета субпикселей. В зависимости от полосы пропускания фильтра, меняется конечная цветопередача всего монитора. Поэтому не факт, что, заменив подсветку W-LED на RGB, вы получите монитор, который станет пригоден для решения полиграфических задач.

Анализатор — это та же самая поляризационная пленка, но ориентированная перпендикулярно поляризатору. Она превращает изображение в видимое. Удалив эту пленку с экрана, можно скрыть изображение от посторонних глаз.

Антибликовое покрытие — последний слой. Вариантов его реализации множество, но основных — не так уж много. В первую очередь, это использование пластика с низким коэффициентом преломления света, что, в свою очередь, уменьшает коэффициент отражения от экрана.

Гладкое покрытие дает более контрастную картинку при условии, что за спиной нет сильных источников света. Матовое покрытие рассеивает свет равномерно и независимо от угла падения, что снижает контраст изображения, но при этом не создает отвлекающих бликов на экране.

Компромиссом является полуматовое/глянцевое покрытие, степень рассеивания отраженного света которого зависит от угла падения.

В самых дорогих моделях встречаются и другие типы антибликовых покрытий: с поляризацией, интерференцией и переменным эффективным коэффициентом преломления.

Ну, и какой экран без управляющей электроники. От электроники зависит интерфейс подключения монитора, частота обновления, глубина цветопередачи и маленькие фичи – разгон матрицы, хранение калибровки в самом мониторе, управление подсветкой, наличие технологий синхронизации и не только.

Несмотря на кажущуюся простоту, жидкокристаллические экраны — это очень сложные устройства, объединяющие в себе множество достижений в области химии, физики и электроники.

Источник