Jak działa monitor LCD

Monitory LCD już kilka lat temu całkowicie wyparły swoich kineskopowych poprzedników. Są lżejsze, mają mniejsze gabaryty, a przy tym większe, całkowicie płaskie ekrany, mniejszy apetyt na energię, a przede wszystkim, jeśli są odpowiedniej jakości, zdecydowanie mniej męczą wzrok. Mimo, że są do siebie podobne potrafią się bardzo różnić. W niniejszym artykule pokażemy jak zbudowane są monitory ciekłokrystaliczne. Oczywiście nie obyło się bez ich rozbierania. Niektóre wróciły do pracy. Były jednak i takie, których nasza wiwisekcja wykończyła.

Na łamach naszego magazynu nie po raz pierwszy mamy okazję publikować artykuł wyjaśniający zasadę działania powszechnie używanego urządzenia. Były aparaty fotograficzne, teraz przyszedł czas na monitory. Lustrzanki i kompakty rozbebeszyliśmy do najmniejszej śrubki. Nie inaczej było z monitorami. Naszym narzędziom poddał się nie jeden model. Co więcej, to w jaki sposób potraktowaliśmy niektóre podzespoły skończyło się dla nich nieciekawie. Czego się jednak nie robi by zaspokoić ciekawość odpowiadając sobie na pytanie "jak to jest zrobione". Demolce sprzętu towarzyszył też inny cel - wyjaśnienie czym różnią się modele lepsze od słabszych (czy jak ktoś woli: droższe od tańszych).

Główne komponenty

Niezależnie od klasy monitora, po jego rozebraniu można wyodrębnić trzy główne podzespoły: płytę główną, matrycę zintegrowaną z modułem podświetlenia oraz zasilacz. Do nich mogą dochodzić jeszcze dodatkowe komponenty elektroniczne (na przykład moduł zasilania podświetlenia) czy elementy chłodzące, jak powszechnie wykorzystywane w pecetach wentylatory.

Monitor graficzny po zdjęciu obudowy przypomina peceta.

Monitor graficzny po zdjęciu obudowy przypomina peceta.

Przede wszystkim matryca

Gdy wybieramy monitor, podstawowym kryterium są na ogół właściwości jego matrycy, czyli elementu który jest odpowiedzialny za wyświetlanie obrazu składającego się z pewnej ilości punktów o ściśle określonej barwie. Niezależnie od tego czy wykonano ją w technologii PVA, MVA, IPS czy TN jest nią płyta stworzona ze ściśle przylegających do siebie dwóch tafli cienkiego szkła. Między nimi zatopiona jest "siatka" komórek zawierających molekuły ciekłych kryształów, dzięki którym na ekranie może tworzyć się obraz. To rzeczone tworzenie obrazu następuje poprzez "odsłanianie" i "przysłanianie" poszczególnych komórek przez odrobinę znajdującej się w jej wnętrzu substancji o konsystencji oleistej mazi.

Matryca zespolona z modułem podświetlania

Matryca zespolona z modułem podświetlania

To czy przepuszcza światło czy też częściowo lub całkowicie je zatrzymuje, nie jest dziełem przypadku. Dzięki podatności molekuł ciekłych kryształów na wpływ napięcia elektrycznego, można sterować ich położeniem. Do każdej komórki doprowadzone są elektrody (widoczne na zdjęciu powiększonego fragmentu matrycy), dzięki którym do ciekłego kryształu, za pośrednictwem tranzystora, doprowadzane jest napięcie o ściśle określonym potencjale.

Cała siatka takich ultracienkich tranzystorów sterujących, nosi oznaczenie TFT (ang. Thin Film Transistor). Warto wspomnieć, że ów symbol jest często mylony z typami matryc. Oczywiście przysłanianiem każdej komórki steruje procesor obrazu. Z tysięcy czy milionów odpowiednio przysłoniętych i odsłoniętych komórek tworzy się obraz. Tylko tyle, że monochromatyczny. Aby możliwe było wyświetlanie kolorów potrzebne są jeszcze filtry RGB (ang Red, Green, Blue). To powoduje pewną komplikację - poszczególna komórka jest przez to zabarwiana na jeden z trzech kolorów: czerwony, zielony lub niebieski. Nie może zatem stanowić samodzielnego piksela czyli najmniejszego punktu barwnego, z którego składa się obraz. Z nałożonym filtrem wyświetla bowiem tylko odcienie jednej barwy lub nie wyświetla niczego i jest czarna. Aby piksel mógł przybierać dowolny kolor (a przynajmniej jeden z iluś tam milionów, jakie umożliwia dany model monitora) musi składać się z 3 komórek - tak zwanych subpikseli - z których każda jest zabarwiona na jeden z trzech kolorów (R- czerwony, G - zielony i B - niebieski). Poprzez zmianę stopnia przepuszczania światła przez każdy z subpikseli można tworzyć punkt świecący niemal dowolną barwą. Obserwujące piksele z pewnej odległości oko "miesza" barwy subpikseli i odnosimy wrażenie, że widzimy punkt o jednorodnej barwie. W rzeczywistości widzimy kwadratowe lub wielokątne piksele, składające się z trzech "pasków". Gdy piksel ma świecić na biało, wszystkie trzy paski RGB są odsłonięte i świecą jednakowo mocno. Gdy ma być wyświetlana zieleń, paski (subpiksele) czerwony i niebieski są całkowicie zasłaniane. Analogicznie jest z czerwienią i niebieskim. Gdy jednak chcemy uzyskać inne barwy, tworzona jest kombinacja: żółty, tworzą subpiksele czerwony i zielony (niebieski wówczas jest przysłaniany). Jak chcemy uzyskać fiolet, świecą subpiksele czerwony i niebieski. Odpowiednie odcienie uzyskuje się większym lub mniejszym stopniem przysłonięcia poszczególnych subpikseli. Czerń uzyskać jest najprościej - zamykając wszystkie subpiksele. Jak nasz monitor tworzy barwy łatwo można zaobserwować przyglądając się poszczególnym pikselom przez szkło powiększające.

Powiększony fragment matrycy. Widoczne są subpiksele z filtrami RGB.

Powiększony fragment matrycy. Widoczne są subpiksele z filtrami RGB.

Samo przysłanianie poszczególnych komórek jeszcze nie zapewni nam możliwości oglądania obrazu tworzonego na matrycy. Elementem koniecznym są jeszcze folie polaryzacyjne, które odpowiednio zarówno wyprowadzają światło na panel z ciekłymi kryształami, ja również wyprowadzają je na zewnątrz. Mówiąc w sporym uproszczeniu ukierunkowują one światło, dzięki czemu proces "zasłaniania" i "odsłaniania" komórek przez ciekły kryształ jest widoczny. Zewnętrzny filtr pełni także dodatkową rolę - stanowi zabezpieczenie przed mechanicznym uszkodzeniem. Na matrycy, którą wymontowaliśmy z naszego monitora wyraźnie widać dwie folie polaryzacyjne - by je pokazać brutalnie odkleiliśmy je od matrycy niszcząc ją bezpowrotnie (zatem nie róbcie tego ze swoimi matrycami dając wiarę, że wyglądają jak te na zdjęciu zamieszczonym w niniejszym artykule).

Oderwane od matrycy folie polaryzacyjne.

Oderwane od matrycy folie polaryzacyjne.

Aby sterować przymykaniem poszczególnych subpiskeli do elektrod znajdujących się w każdej komórce trzeba jakoś doprowadzić sygnał. Na przedstawionej na ilustracji matrycy (jej dłuższej krawędzi) znajdują się taśmy wyprowadzone do złącza na płycie głównej. Z boku matrycy wystają zaś tak zwane terminatory. Stanowią zakończenie linii sygnałowych i służą do zabezpieczenia docierającego do matrycy sygnału przed tzw odbiciami, które mogą być widoczne w obrazie jako zakłócenia.

Terminatory umieszczone na krawędzi matrycy. Chronią przed zakłóceniami.

Terminatory umieszczone na krawędzi matrycy. Chronią przed zakłóceniami.


Zobacz również