18 Oktober 2015

MEMAHAMI PANEL/LAYAR LIQUID CRYSTAL DISPLAY (LCD)

Pahami Matrik Terlebih Dahulu (LCD, Plasma dan Running Text)

Matrik adalah susunan dari piksel/titik yang membentuk layar LCD. Deretan LED seperti yang sering dijumpai sebagai penampil running text dengan lampu LED yang juga disusun membentuk matrik. Contoh display running text LED ukuran 6x6, itu berarti totalnya ada 36 led (6 kolom dikali 6 baris). Masing-masing led ini dihubungkan secara matrik berdasarkan kolom dan barisnya. Dalam gambar, yang diberi warna hijau adalah kolom, sedang yang diberi warna kuning adalah baris.

Matrik juga bisa ditemukan di rangkaian tombol keyboard, tujuannya adalah meringkas jumlah kabel. Contoh seperti pada gambar di bawah ini (adalah rangkaian remote control, dari datasheet HT6221), terdiri dari 4 baris x 8 kolom, total 32 tombol. Bisa dibayangkan bila satu-persatu tombol diberi kabel terpisah, maka akan terdapat 32 kabel yang terpisah dan ini menjadikan sangat tidak efektif (sedangkan pada gambar hanya 4 + 8 kabel saja). Pada keyboard matrik ini, IC akan melakukan scanning/pencarian tombol yang ditekan dengan cara membaca kondisi kolom/baris. Misalnya IC akan memilih baris 1, lalu membaca kolom, bila tidak ada yg dipencet, maka IC akan bergeser ke baris ke 2, lalu membaca kolom, bila tidak ada yg dipencet, maka IC akan memilih baris 3 dan seterusnya. Bila ada tombol yang terpencet, pastilah tahu tombol/piksel mana yang dipencet dengan mencatat “kordinat”nya.

Bahkan printer DOT-MATRIK seperti EPSON LX-300+ juga berkerja berdasarkan matrik yang terdiri dari 9 pin/dot vertikal. Jadi secara teknis LCD, LED matrik dan keyboard matrik adalah sama. kata kuncinya adalah jumlah piksel/tombol/dot, kolom, baris dan cara scanningnya.
Layar LCD adalah kumpulan titik-titik (dots) kristal cair yang membentuk matrik dengan ukuran tertentu. Matrik tersusun dari kolom dan baris, seperti pada pelajaran matematika tentang matrik. Bila dianalogikan dengan persegi, maka anggap saja kolom adalah lebar, sedang baris adalah panjangnya. Sedangkan 1 titik elemen tersebut disebut piksel. Jadi bila ada LCD dengan ukuran 320x240 piksel, berarti lebar ada 320 titik dikalikan dengan panjang 240 titik, total ada 76.800 titik/piksel.
Karena terdiri dari kolom dan baris, maka dibutuhkan pengontrol kolom dan baris. Sering disebut sebagai Row Driver dan Column Driver. Bila column driver bermasalah, tentunya akan tampil gambar dengan kerusakan garis lurus dari atas/bawah (sebagian atau keseluruhan). Bila kerusakan pada row driver, maka akan tampil kerusakan dengan garis dari kiri/kanan (sebagian atau keseluruhan).

Area Memori juga Terdiri Susunan Matrik

Memori (flash, eeprom, ram, dll), juga menggunakan matrik di dalamnya. Ambil contoh memori eeprom 24C01 dalam datasheet berkapasitas 128 Byte (1 byte = 8 bit) jadi total keseluruhan menjadi 8 kolom x 128 baris sehingga total 1024 bit/titik. Matrik 8x128 ini dihubungkan ke bagian Address Decoder (penerjemah alamat) dan Buffer data, jadi pengakses memori dapat secara langsung membaca/menulis isi memori pada alamat tertentu. Seperti halnya pada layar LCD, data yang diterima oleh t-con akan diterjemahkan menjadi data column dan row, akhirnya dapat ditampilkan. Pada panel/layar lcd, sistem hanya menulis saja, tidak perlu ada pembacaan. Tidak seperti pada jenis memori RAM yg bisa baca dan tulis.

Sel Liquid Crystal (Sel Kristal Cair)

Tidak seperti led, lampu pijar atau neon, kristal cair tidak bisa menghasilkan cahaya sendiri. Kristal cair adalah sejenis kristal/kaca persegi yang dicampur dengan minyak dan kristalnya disusun bertingkat/tumpuk. Karena ukuran kristalnya begitu kecil ditambah lagi adanya minyak, maka secara kasat mata lebih mendekati cair. Seperti pasir secara fisik adalah padat, akan tetapi bila pasir dicampur dengan air, tentunya akan disebut pasir cair.
Pada LCD monochrome (1 warna) seperti pada layar kalkulator lama, kristal tersebut hanya membuka dan menutup sel. Sedangkan polariser akan menampilkan perubahannya (gelap/terang) sehingga tampil efek cahaya/nyala (dari cahaya luar yang dipantulkan oleh lapisan belakang LCD. Karena kristal dibentuk mempunyai sudut (kotak persegi), maka kristal mempunyai kutub/polar. Untuk memahami cara kerja kutub LCD adalah sebagai berikut (tidak perlu dipraktekkan bila tidak ada bahan, cukup dibayangkan saja):
  1. Ambil kaca bening dengan ukuran 3x9 cm persegi dengan ketebalan kaca 1 cm.
  2. Berdirikan kaca dengan sisi 3 cm sebagai dasarnya, sejajar dengan mata.
  3. Letakkan senter dengan ukuran lebar/besar sorot lampu kurang dari 1cm dibelakang kaca, nyalakan senter. Maka dengan mudah cahaya senter akan tembus melalui kaca tersebut.
  4. Lalu putar kaca dengan memutar kaca sedikit ke kiri/kanan, amati cahaya senter yang melewati kaca. Sorot lampu akan mengikuti arah kemiringan kaca, bukan lagi lurus ke depan.
  5. Lalu putar kaca hingga lurus terhadap mata/senter. Maka lampu senter akan tertahan oleh ketebalan kaca, susah tembus.
Yang terdapat di dalam sel LCD adalah seperti kaca di atas, beberapa buah batang kristal yang ditumpuk dengan ukuran yang sangat kecil yang bisa diputar secara elektrik, sehingga cahaya dari lampu latar (back light) bisa diatur intensitasnya dan sudutnya, tembus total ataukah tertutup. Bila sel LCD dalam keadaan menyala, maka cahaya lampu latar akan tembus total, bila mati/off maka akan menutup cahaya lampu latar dan ini terjadi dalam sel/dot LCD.
Karena sel LCD terdiri dari cairan dan kristal, maka secara elektrik sel ini bertindak sebagai kapasitor, mempunyai kemampuan untuk menyimpan tegangan. Seperti halnya kapasitor biasa yang memerlukan proses charging/pengisian dan discharging/pengosongan muatan.
Contoh gambar simbolis piksel dan matrik sel LCD (dari sumber luar):

Komponen Aktif Sel LCD

Di atas disebutkan bahwa kristal harus bisa diatur sudutnya, diputar-putar berdasarkan kondisi elektrik. Komponen aktifnya dalam bentuk Transistor atau FET. Untuk menggerakkan 1 sel/piksel berarti butuh 1 set transistor/fet untuk mengisi dan mengosongkan muatan dalam sel LCD. Sering disebut sebagai TFT (Thin Flat Transistor) karena memang dalam kaca layar LCD terdiri dari susunan matrik transistor yang sangat tipis untuk tiap selnya. Misalnya LCD dengan ukuran 320x240 piksel, berarti ada 76.800 set transistor super kecil dan tipis yang ditanam di dalam layar/kaca.
Kelebihan transistor daripada FET adalah ketahanannya. Transistor mempunyai impedansi masukan rendah jadi tidak mudah terganggu sinyal-sinyal liar, akan tetapi butuh daya yang besar (boros), sehingga jalur harus lebar. Kekurangan lainnya adalah frekuensi switching transistor rendah dan linearitas buruk. Sehingga LCD dengan penggerak transistor akan lebih sedikit dalam menghasilkan warna, begitu juga sudut tampilannya yang sempit seperti pada layar/panel tipe-tipe lama. Karena menggunakan jalur dan ukuran yang cukup besar, layar/panel TFT menjadi cenderung lebih awet. Sedangkan yang berbasis FET, warna lebih banyak, kecepatan tinggi, akan tetapi impedansi tinggi sehingga mudah terganggu dan tentu saja jalur lebih kecil karena daya lebih efisien dibandingkan dengan berbasis transistor.
Gambar penggerak sel dan blok sel/piksel LCD, dalam gambar memakai jenis FET dan perhatikan hubungan kolom/barisnya. (gambar dari sumber lain)

P0.0, P1.0, P1.1 dan seterusnya adalah piksel/sel. Sedang C-LC dan C-ST dalam gambar adalah liquidnya (atau cairan kristalnya) yang membentuk kapasitor. VCOM dan FET/TR yang aktif akan mencharge dan mendischarge kapasitor tersebut.
Tegangan VCOM (Source) adalah DC, sedang tegangan Drain dari column driver adalah DC yang temodulasi digital (pulsa) dengan kecepatan tinggi tergantung dari gambar yang mau ditampilkan.
Foto di atas adalah TV LCD dengan kondisi panel pecah, ketebalan total kaca panel kurang dari 3 mm, cukup beresiko dan mudah pecah/retak. Di dalam panel terdapat jalur halus dan jalur-jalur ini tidaklah fleksibel seperti kabel di ruang terbuka.

Polariser dan Gamma

Seperti telah disinggung dan dipraktekkan di atas, kristal adalah kaca yang akan meneruskan sinar bila sudutnya tepat. Kristal ini diputar/dikontrol sesuai dengan gambar, bila warna hitam berarti kristal pada posisi di sisi (tidak tembus), kemiringan atau derajat putaran kristal ini diatur oleh gamma, derajat putaran kristal ini disebut polaritas/kutub.
Polariser adalah lapisan yang terdiri dari beberapa lapisan warna yang disusun bertumpuk dengan kemiringan masing-masing warna berbeda dengan sudut tertentu. Misalnya ada lapisan polariser dengan 3 warna merah, hijau dan biru. Polariser tersebut akan disusun dengan urutan warna merah pada sudut 45 derajat, hijau pada sudut 90 derajat dan biru pada sudut 135 derajat. Ketika kristal dalam sel LCD miring 45 derajat, maka sorot lampu yang dilewatkan akan jatuh tepat di polariser warna merah sehingga tampil titik merah di bagian depan layar/panel. Bila kristal miring 90 derajat maka cahaya akan jatuh di lapisan warna hijau sehingga tampil hijau di layar, dan seterusnya. Bila cahaya yang ditembuskan tidak tepat atau berbelok, maka yang terjadi adalah warna pelangi, karena menampilkan beberapa warna sekaligus.
Atau contoh lain teknologi polariser adalah gambar mainan anak-anak yang bila dipandang dari depan bergambar kucing, bila dilihat dari 45 derajat sisi kiri berubah menjadi gambar harimau dan bila dilihat dari 45 derajat sisi kanan bergambar singa.
Pengaturan sudut putaran kristal dalam LCD diatur oleh gamma yaitu sebuah tahapan tegangan yang berjangkah dari kecil hingga ukuran tertentu (derajat greyscale). Derajat putaran kristal diatur oleh gamma. Semakin banyak jumlah tegangan gammanya maka warna yang dihasilkan akan semakin banyak.
Karena gamma berperan penting dalam menghasilkan jumlah warna, maka kerusakan gamma jelas bisa diprediksi, yaitu cacat warna. Kerja gamma diatur oleh data warna dari timing control (T-CON), jadi bila format warna tidak tepat, maka gamma juga tidak tepat dalam menghasilkan warna.
Pada beberapa produk, tegangan referensi gamma bisa diprogram atau tersimpan. Gunanya untuk mengatur White Balance, seperti setelan white balance pada TV CRT.
Foto di atas adalah panel yang mengalami kerusakan lapisan polariser (keriput). Kerusakan ini disebabkan karena suhu yang terlalu tinggi ketika beroperasi atau dalam penyimpanan. Solusi dengan penggantian polariser baru atau mengambil polariser bekas dari panel lain yang rusak. Bila tanpa polariser sama sekali, maka gambar sangat samar atau greyscale (hitam-putih) bahkan bila dari depan hampir tidak kasat mata.

Resolusi/ukuran Gambar LCD dan Refresh Rate

Resolusi layar LCD mempunyai ukuran tetap, itu berarti data yang ditampilkan besarnya akan selalu sama. Misalnya bila panel RGB dengan ukuran matrik 1366x768 berarti ada 1366x768 = 1.049.088 titik RGB. Bila berbasis transistor, berarti ada transistor aktif sejumlah itu dilayar. Bila berbasis FET berarti ada fet yang aktif sejumlah itu dilayar/panel.
Dengan jumlah 1.049.088 piksel, berarti setiap periode penampilan gambar, layar akan memuat/menampilkan data digital sebesar 1.049.088 bit RGB (dalam satu periode). Karena ukuran layar tetap dan ukuran data tetap, maka data ukuran kordinat layar ini disimpan di dalam firmware, bila berubah atau tidak cocok, maka gambar akan ditampilkan lebih kecil atau terpotong-potong (karena ukuran data gambar lebih besar dari ukuran layar).
Secara teknis dalam proses TV LCD, data gambar yang ditangkap oleh antenna/sumber lain, ukurannya akan diresize (disesuaikan) terlebih dulu sesuai ukuran layar sebelum data dikirim di layar. Bila gambar aslinya ukuran lebih kecil dari layar maka di-zoom, bila lebih besar maka diperkecil. Blok pemrosesnya disebut sebagai scaler. Scaler dan CPU membutuhkan RAM untuk proses ini.
Refresh rate adalah berapa kali layar dihapus dan digambar lagi dalam satu detik. Kecepatan ini tergantung dari kualitas layar dan kualitas gambar yang akan ditampilkan. Semakin cepat refresh rate, maka semakin tidak berkedip. Akan tetapi lebih boros daya. Dalam sistem PAL, refresh rate memakai 50Hz, artinya setiap detik gambar dihapus dan digambar sebanyak 25 kali.
Foto di atas adalah jenis kerusakan yang disebabkan tidak sesuainya data panel antara data panel yang diset dalam firmware dengan ukuran atau spesifikasi panel. Gambar terlihat terpotong dan tidak tepat satu layar penuh.

Sistem Penampil Digital (TV LCD, Plasma) dan Scaler

Sekilas tentang teknologi penampil analog (TV/monitor CRT). Tabung atau CRT warna/RGB hanya memiliki 3 katoda (R, G, B). Fungsi katoda ini adalah sebagai penembak elektron atau sebut saja pensil yang memiliki ujung 3 warna. Sedangkan bagian depan CRT adalah kanvas/kertas gambar. Yoke (Deflection Yoke) adalah tangan yang melukis (karena yoke berfungsi sebagai pembelok elektron). Berarti bila tanpa yoke/tangan, ujung pensil akan diam saja ditengah kanvas sehingga hanya melukis 1 titik rgb saja.
Pada sistem video format PAL, kecepatan pelukisan adalah 25 fps (frame per-second, yaitu satu kanvas penuh dilukis dalam waktu seper dua lima detik atau kanvas dihapus lalu dilukis kembali sebanyak 25kali tiap detik. Awal atau gerakan pelukisannya bisa progressive atau interlace. Ambil saja yang termudah, yaitu dimulai dari baris teratas bagian kiri, lalu pensil jalan ke kanan (pindah kolom) hingga sampai paling ujung, lalu pensil geser ke baris kedua bawah dari kolom paling kiri lalu jalan ke kanan sampai ujung dan seterusnya. Bila sampai pada baris terakhir dan kolom terakhir, kanvas akan diganti baru (dikosongkan) bersamaan dengan pindahnya ujung pensil ke baris paling atas kolom/titik paling kiri dan seterusnya hingga mendapatkan 25 gambar per detik [format PAL].
Pada keterangan di atas, yoke akan menggeser dan melukis secara horisontal, lalu secara vertikal, oleh sebab itu keluaran penguat horisontal dan vertikal digunakan untuk mengontrol yoke. Bila sinkronisasi tepat, maka yoke akan melukis gambar dengan benar (kordinat tepat, karena pergerakan yoke sesuai dengan sumber gambar, tersinkronisasi).
Pada TV Proyektor, teknisnya sama dengan CRT, bedanya adalah pemakaian satu CRT untuk satu warna. Bila RGB, maka butuh 3 CRT yang terpisah. Sinar yang keluar dari ketiga CRT ini dicampur di bagian pemantul (atau dibagian depan layar). TV proyektor adalah solusi untuk CRT layar lebar hingga 100 inch, karena sangat tidak efektif bila ada CRT RGB utuh dalam ukuran 100 inch.
Pelukisan gambar pada CRT tidak membutuhkan data-data digital, murni analog yang dikontrol oleh sinyal sinkronisasi dan chrominance/warna dalam sinyal video yang akan ditampilkan. Ingat, sinyal video CVBS adalah composite, maksudnya dalam sinyal video tersebut ada sinyal sinkronisasi H+V dan sinyal warna (chroma). Atau bila mengamati colokan input dari monitor akan terdiri dari sinyal R, G, B, H dan V (bila kelima sinyal ini digabungkan jadi satu, maka bisa menjadi sinyal CVBS).
Sedangkan pada Sistem Penampil Digital (seperti yg diterapkan di TV LCD dan Plasma), sangat jauh berbeda dengan sistem analog. Yang terjadi dalam proses penampilan gambar digital secara ringkasnya seperti berikut ini:
  1. Semua sinyal analog yang akan diproses diterjemahkan dahulu ke data digital (ADC, analog to digital). Sinyal analog contohnya video dan audio, atau bahkan sinyal IF keluaran dari tuner. Sebagai contoh disini adalah sinyal gambar/video karena yang akan diulas di sini tentang sistem penampil digital video.
  2. CPU akan mengambil sampel lalu mengecek format dan mengukur berapa resolusi/ukuran gambar yang terdapat dalam data digital hasil ADC. Misalnya terbaca adalah format PAL 25fps, berarti CPU akan mengambil 1 gambar/frame (atau gambar/data sepanjang seperdualima detiknya). Karena berformat PAL, maka diketahui ukuran gambar adalah 720 x 576 (720 kolom x 576 baris).
  3. Lalu CPU akan mengatur ukuran (me-resize) data gambar yang diambil tadi sehingga sesuai dengan ukuran layar/panel. Alat/bagian pengatur ukuran ini disebut SCALER. Jadi, misalnya panel LCD/Plasma yang dipakai berukuran 1366x768 piksel, maka CPU akan memerintahkan kepada bagian Scaler untuk me-resize gambar dari 720x576 piksel menjadi 1366x768 piksel (jadi tidak heran bila ada yang bilang gambarnya jadi kelihatan pendek-pendek dan gemuk-gemuk).
  4. Setelah data gambar selesai di-resize, maka data gambar yang sudah tepat dengan ukuran layar/panel tersebut selanjutnya dikirim ke panel/layar untuk ditampilkan.
  5. Proses 1 sampai dengan 4 di atas, pada format PAL, dikerjakan dalam waktu seperdualima detik untuk 1 frame/gambar, sehingga dalam satu detik bisa memproses sebanyak 25 gambar/frame. Karena di atas sudah diterangkan bahwa 1 piksel sama dengan 1 bit, maka layar/panel akan menerima data sebesar 1366x768 bit sebanyak 25 kali tiap detik. Yang bila ditotal menjadi sekitar 25Mbps (25 megabitper-second), untuk format PAL 25fps.
Frame per-second adalah roll film bioskop yang diputar dan disorot oleh lampu lalu cahaya yang melewati filem dijatuhkan ke layar. 1 gambar dalam roll film tersebut adalah 1 frame, sedang untuk durasi 1 detik terdiri dari 25 gambar “yg kelihatannya” sama semua. Ada juga yang 30 gambar/detik atau kecepatan frame lain, misalnya untuk merekam ledakan granat dibutuhkan kamera dengan kecepatan merekam sampai 300 fps (300 frame per-second), artinya kejadian sepertigaratus detik bisa terrekam.

Timing Control (T-CON)

Pada umumnya data keluaran dari mainboard TV/Monitor LCD mempunyai level LVDS (Low-voltage Differential Signalling) dengan data serial. Kata differential berarti berpasangan antara data Plus dan Minus. Teknologi LVDS memungkinkan untuk mengirimkan data dengan kecepatan transfer tinggi. Karena semakin banyak pair/pasangan maka kecepatan transfer akan semakin cepat. Beberapa jenis konfigurasi kabel LVDS pada TV LCD, antara lain:
  1. 6 bit Single Channel, terdiri dari 1 pasang kabel Clock dan 3 pasang kabel Data (ClkP, ClkN, Rx0P, Rx0N, Rx1P, Rx1N, Rx2P, Rx2N).
  2. 6 bit Dual Channel, terdiri dari 1 pasang kabel Clock genap, 1 pasang kabel Clock ganjil, 3 pasang kabel data genap, 3 pasang kabel data ganjil (OClkP, OClkN, ORx0P, ORx0N, ORx1P, ORx1N, ORx2P, ORx2N, EClkP, EClkN, ERx0P, ERx0N, ERx1P, ERx1N, ERx2P, ERx2N).
  3. 8 bit Single Channel, terdiri dari 1 pasang kabel CLK dan 4 pasang kabel Data (ClkP, ClkN, Rx0P, Rx0N, Rx1P, Rx1N, Rx2P, Rx2N, Rx3P, Rx3N).
  4. 8 bit Dual Channel, terdiri dari 1 pasang Clock genap, 1 pasang Clock ganjil, 4 pasang data genap dan 4 pasang data ganjil (OClkP, OClkN, ORx0P, ORx0N, ORx1P, ORx1N, ORx2P, ORx2N, ORx3P, ORx3N, EClkP, EClkN, ERx0P, ERx0N, ERx1P, ERx1N, ERx2P, ERx2N, ERx3P, ERx3N).
  5. 10 bit Single Channel.
  6. 10 bit Dual Channel. Dan lain-lain.
O dan E di atas singkatan dari Odd dan Even (ganjil dan genap). Teknologi LVDS adalah pengembangan dari kabel LAN yang terdiri dari 4 kabel yaitu TxP (hijau putih), TxN (hijau), RxP (biru putih) dan RxN (biru) yang disusun berpasangan (dipelintir, satu pasang terdiri dari 2 kabel). Dengan susunan semacam itu, kecepatan transfer pada LAN mencapai kecepatan 100Mbps cukup mudah direalisasikan bila dengan kawat terbuka dengan diameter 0,5 mm yang dipelintir dengan aturan tertentu (ma’af tidak penulis bahas di sini tentang kelebihan kabel yang dipelintir).
Sedangkan format data yang dikirim dari mainboard/controller TV/Monitor LCD adalah Normal LVDS dan JEIDA. Pada TCON, sering dijumpai fasilitas untuk mengubah format penerimaan data, JEIDA ataukah Normal LVDS (baca datasheet panel/layar untuk lebih jelasnya).
Fungsi TCON adalah menerima kemudian menerjemahkan data gambar hasil dari CPU berupa data gambar RGB digital yang dikirim melalui LVDS. Data gambar RGB digital ini kemudian diterjemahkan menjadi data piksel yang terdiri dari :
  1. Data baris (ROW) dan data kolom (COLUMN) RGB (LVDATA-RGB).
  2. Sinyal-sinyal/pulsa-pulsa kontrol sinkronisasi yang terdiri dari STV (vertikal/blanking/erase), OE (output enable), CPV (clock) dan lain-lain. Data sinkronisasi ini dibuat untuk mengontrol ic-ic driver pada panel/layar agar gambar bisa ditampilkan/dilukis dengan tepat.
  3. Data warna yang mengambil referensi dari daftar tabel greyscale (yg umumnya tersimpan dalam eeprom), hasilnya adalah tegangan Gamma.
  4. Sinyal-sinyal kontrol lainnya, misalnya kontrol power supply panel, blanking, test patern dan lain-lain.
Untuk bisa bekerja, TCON harus memiliki clock. Kebanyakan TCON menggunakan clock dari LVDS, ada juga yang mempunyai clock generator sendiri. TCON juga menggunakan RAM untuk buffer data ketika proses dekoding. Kerusakan RAM pada TCON menyebabkan gangguan sinyal-sinyal yang dihasilkan oleh TCON bahkan gagalnya kerja TCON itu sendiri (hang).
Foto beberapa bentuk fisik blok Timing Control (T-CON)

Karena TCON adalah “tukang gambar” atau pengontrol clock/waktu, maka harus dengan kecepatan dan akurasi yang cukup tinggi. Bila ada kesalahan data atau kesalahan penterjemahan (dekoding) maka gambar bisa tidak tampil atau tampil cacat, berbintik acak, terbelah, warna cacat, tidak tepat kordinat pikselnya dan lain-lain.
Secara ringkasnya, TCON menghasilkan sinyal-sinyal penting untuk menampilkan gambar ke matrik sekaligus driver/pengontrol matrik. Blok TCON pada umumnya dilengkapi dengan sirkuit power supply DC to DC yang menyediakan supply tegangan bagi panel dan TCON itu sendiri (pembahasan power supply ini dibagian lain).
Data baris adalah data yang dikirim ke bagian row driver atau sering disebut sebagai gate driver. Sedangkan data kolom adalah data yang dikirim ke column driver atau sering disebut sebagai data driver. Data kolom berupa data RGB yang terdekode dengan data greyscale/gamma sehingga LCD dapat menampilkan gambar berwarna. Greyscale adalah skala warna acuan yang terdiri warna dari putih ke hitam yang dibagi beberapa langkah/step. Satu tegangan gamma, mewakili satu warna skala greyscale. Sebagai gambaran, warna yang dihasilkan oleh CRT hitam putih adalah greyscale.
Foto di atas adalah kerusakan LCD pada blok TCON, data dan sinyal dari T-CON mengalami gangguan, sehingga gambar terlipat (geser) karena kehilangan sinkronisasi, begitu juga warna mengalami kerusakan/tidak normal.

Panel Reguler/konvensional (Row/Gate Driver dan Column Driver)

Penampil LCD konvensional terdiri dari panel matrik kristal cair, row driver (sering disebut kuping, karena berbentuk COF atau tertanam) dan column driver (sering salah kaprah disebut COF). Matrik/area sel LCD dalam gambar ilustrasi diberi warna pink/magenta. Row driver menghasilkan sinyal ON/OFF untuk tiap baris matrik (sinyal Gate ON/OFF). Sedangkan column driver menghasilkan sinyal/warna untuk tiap kolom matrik. Berikut ini bagan sederhana panel konvensional :

Row driver berupa IC (Chip on-Film, COF) yang terletak di samping matrik dan keluarannya terhubung langsung dengan tiap baris dari matrik (dengan kaki GATE fet penggerak kristal dalam matrik). Sedangkan column driver juga berupa IC (Chip on-Film, COF) yang terletak di bagian atas/bawah matrik dan keluarannya terhubung langsung dengan tiap kolom dari matrik (kaki Source fet penggerak kristal dalam matrik).
Data kolom dari TCON dikirim ke column driver secara cascade untuk matrik dengan column driver lebih dari 1. Secara teknisnya, TCON akan mengisi data column driver pertama, bila sudah penuh maka column driver pertama data akan memberitahu column driver berikutnya melalui COL_FLAG_OUT dan seterusnya hingga semua column driver terset/terisi.
Data baris dari TCON dikirim ke row/gate driver secara cascade untuk matrik dengan row driver lebih dari 1. Secara teknisnya, TCON akan mengisi data row driver pertama, bila sudah penuh maka row driver pertama akan memberitahu row driver berikutnya melalui ROW_FLAG_OUT dan seterusnya hingga semua row driver terset/terisi.
Untuk transmisi LVDATA dibutuhkan sinyal CLOCK dan sinyal STATUS/kontrol. Data yang dikirim bisa berupa serial atau paralel. Pada kontroller panel lcd, sering dijumpai berupa LVDATA RGB paralel untuk kolom. Sedangkan data baris sering dijumpai dalam bentuk serial (karena lokasi dari row driver berada di sisi matrik sehingga area sangat terbatas). Pengiriman data serial membutuhkan sinyal CLOCK (CKV), SET/RST/STV, OE dan DATA. Kadang data ada yg dicampur dengan sinyal CKV. Row dalam matrik tersusun secara vertikal, berarti bila semua row driver sudah terisi penuh, maka data akan dihapus, lalu diisi lagi dari baris pertama lagi dan seterusnya. Satu kali periode pengisian data semua baris ini sering disebut juga waktu STV atau start Vertical (satu kali periode pulsa STV).
Besar tegangan gate adalah mendekati atau sama dengan VGL ketika kondisi OFF dan mendekati atau sama dengan VGH ketika kondisi ON. Jadi row driver membutuhkan tegangan VGH/VON dan VGL/VOFF untuk menggerakkan gate. Oleh sebab itu tegangan VGL dan VGH disisipkan langsung ke Row Driver.
VCOM atau tegangan bersama adalah tegangan supply source matrik. Tegangan VCOM adalah DC. Tegangan ini disisipkan langsung ke dalam matrik melalui column driver. Karena tegangan ini digunakan bersama dalam satu grup matrik, maka brightness dapat disetel dengan mengatur besar tegangan matrik.
Untuk mempermudah pengelompokan sel, jumlah area sel dibagi dengan jumlah COF yang terpasang. Misalnya sebuah panel dengan 4 COF column driver, berarti secara kolom layar terbagi menjadi 4 bagian. Jadi bila ada 1 COF yang tidak bekerja (rusak/mati) maka akan blank seperempat bagian kolom layar. Begitu juga dengan COF row/gate Driver.

Jenis Panel in-Plane

Bila dibandingkan dengan jenis panel konvensional di atas, perbedaan yang jelas terdapat pada konfigurasi row driver (atau gate driver). Kekurangan panel konvensional adalah memakai IC jenis COF untuk row driver yang bisa menyebabkan kegagalan kontak, mudah korosi dan pekerjaan lebih banyak. Kekurangan ini dari segi produsen akan menaikkan biaya produksi. Untuk menutup kekurangan ini, pihak produsen membuat ic row driver secara langsung jadi satu pada panel dan dibuat bersamaan ketika panel/matrik dibuat (IC row/gate driver dibuat menempel dan didalam kaca panel). Karena dibuat menjadi satu dengan layar, maka sering disebut sebagai teknologi in-plane. Beriring dengan teknologi ini, dikembangkan pula peningkatan kualitas gambar dengan cara mengubah bentuk sel lcd agar sudut tampilan lebih lebar (sel dibuat mengerucut, bukan lagi datar seperti sel sebelumnya). Berikut ini adalah gambar blok sederhana panel in-Plane (dengan satu set CKV, CKVB saja):

Menyisipkan tegangan VGH secara langsung ke IC row/gate driver yang ditanam di dalam panel sangat beresiko dan memiliki kegagalan tinggi, karena ukuran dan spesifikasi IC yang dibuat sangat kecil. Untuk mengatasinya, dibuatlah sistem clock dan data tersendiri yang mengolah tegangan VGH dan VGL yang akan dikirim ke dalam ic row/gate driver di dalam panel.
Blok pengolah tegangan VGH dan VGL menjadi data clock dan data gate ini disebut Gate Clock Generator, yang menghasilkan sinyal/pulsa STVP (start vertikal sync), CKV (clock), CKVB (clock bar atau row data) dan VSS (minus, sedikit lebih besar dari VGL, sekitar -7V5). Sinyal-sinyal dari generator ini benar-benar harus tersinkronisasi dengan gambar yang akan ditampilkan.
IC yang berfungsi sebagai clock gate generator sering dijumpai terpisah dari power supply ada juga yang menjadi satu dengan ic power supply panel misalnya BD8193 (panel merk Samsung).
Karena level sinyal dari gate clock generator dibawah tegangan VON/VOFF untuk normalnya sel, maka dibuatlah IC row/gate driver yang mengapit matrik, berada di kanan dan dikiri matrik. Tujuannya tak lain agar sel bisa sempurna ON dan OFF karena secara paralel gate disupply dari kanan dan kiri layar.
Sering ditemui beberapa panel in-Plane yang menggunakan lebih dari 1 set sinyal clock dan data gate. Misalnya memakai 3 pasang CKV & CKVB (CKV1, CKV2, CKV3, CKVB1, CKVB2, CKVB3). Pada clock dan data gate tunggal, tiap baris/gate mendapatkan drive dari 1 ic row/gate driver. Sedangkan pada 3 pasang clock dan data gate menggunakan 3 ic row/gate driver (berarti 3 ic di kanan, dan 3 ic di kiri panel). IC pertama akan mendrive gate/baris 1, 4, 7, 10, 13, dst. IC kedua akan mendrive baris 2, 5, 8, 11, 14, dst. Dan IC ketiga akan mendrive baris 3, 6, 9, 12, 15, dst. Kerja keenam ic gate driver ini benar-benar harus tersinkronisasi. Ketika satu layar penuh sudah tergambar, maka sinyal STVP akan menghapus layar dan memulai gambar/scanning baru. Tegangan STVP adalah pulsa sekitar minus -11V, dibutuhkan level yang tinggi karena STVP juga digunakan untuk mengosongkan satu layar penuh tiap periode scanning.
Foto di atas adalah kerusakan panel tipe in-Plane, bila salah satu ic row/gate driver dalam panel mengalami kerusakan konslet, maka data dalam ic gate driver akan terganggu. Misalnya output gate driver yang jatahnya mengisi baris ke 10 akan berpindah mengisi/mendrive baris lainnya. Konslet antar jalur karena korosi atau karena lembab juga bisa mengakibatkan terganggunya data keluaran gate driver. Ada 2 blok ic gate driver yang berada di kanan dan kiri panel, dimungkinkan hanya salah satu ic gate driver saja yang rusak.

Tegangan-tegangan Supply Layar/panel LCD

LCD monochrome hanya memerlukan tegangan pengatur ON, OFF dan intensitas saja yang berarti hanya perlu 3 kondisi tegangan, yaitu tegangan ON, OFF dan COMmon (brightness), seperti pada LCD kalkulator (sering juga ditemukan jenis LCD tanpa VCOM). Sedangkan pada LCD warna, banyak jenis tegangan yang diperlukan. Untuk memahami tegangan-tegangan dalam LCD warna, sebaiknya diulas dulu istilah-istilah tegangan yang sering dijumpai/dipakai. Antara lain:
  1. VCC adalah tegangan supply Colector, lawannya adalah VEE. C dan E adalah singkatan dari Colector dan Emitor yang berarti komponen aktif pada rangkaian yang disupply tersebut adalah sebuah Transistor/igbt. Sedangkan VDD adalah tegangan supply Drain, lawannya adalah VSS. D dan S adalah singkatan dari Drain dan Source yang berarti komponen aktif pada rangkaian yang disupply adalah FET/MOSFET.
  2. GND adalah netral, bukan VEE atau pun VSS, meskipun sering dijumpai VEE atau VSS dijadikan satu dengan jalur GND. Contohnya adalah pada rangkaian amplifier OCL, outputnya adalah Emitor, sedang supply masing-masing pada kolektor transistor. Jadi masukan supplynya bisa disebut VCC+ dan VCC-, sedang netralnya adalah GND/0.
  3. VREF adalah tegangan referensi, tegangan ini dipakai untuk acuan regulasi/setelan.
  4. AVDD adalah tegangan supply Analog, sedangkan DVDD adalah tegangan supply digital. Begitu juga dengan istilah AVCC dan DVCC. Perbedaannya adalah di komponen aktifnya.
  5. HVDD adalah supply tegangan untuk IC column driver dan row driver (bila dipakai).
  6. VGH adalah tegangan gerbang positif/tinggi (Voltage of Gate High), sedangkan VGL adalah tegangan gerbang negatif/rendah (Voltage of Gate Low). Sedangkan GATE adalah nama dari salah satu kaki dari fet/mosfet, itu berarti yang disupply oleh VGH dan VGL berkomponen aktif berjenis FET/MOSFET.
  7. VCOM singkatan dari Voltage Common atau tegangan yang dipakai bersama. Di awal telah disinggung bahwa ada ribuan bahkan jutaan komponen aktif didalam layar LCD, komponen aktif ini membutuhkan tegangan bersama yang disebut VCOM.
  8. VGAMMA adalah tegangan gamma. Sering disingkat dengan istilah VGMA atau VGM.
Tegangan-tegangan untuk supply panel sebagian besar disupply dari regulator konverter DC to DC, sebagian kecilnya disupply dengan regulator LDO. Keterangan tentang LDO ada di blog ini juga. Blok power supply panel sering dijumpai menjadi satu dengan sirkuit TCON. Power supply ini umumnya menggunakan masukan 1 tegangan saja (PVDD) yang disupply dari mainboard atau PSU, kemudian tegangan dikonversi menjadi beberapa tegangan untuk konsumsi panel antara lain tegangan VREF, VCOM, VGH, VGL, AVDD, HVDD dan VDDC.
Berikut ini contoh IC dan skema power supply panel menggunakan ic CM501 dan TPS65161.


Pada skema, tegangan masukan panel dari mainboard/psu adalah 12V. Pada beberapa jenis layer/panel ada yang menggunakan tegangan masukan 3V3 dan 5V. berikut ini masing-masing besar tegangan yang diukur berdasarkan standar panel (tidak menutup kemungkinan tegangan bisa berbeda, tergantung dari produsen/jenis panel):
  1. AVDD COF, yaitu tegangan supply ic COF panel, sekitar 15V.
  2. HVDD COF, yaitu tegangan supply ic COF panel, sekitar 8V.
  3. DVDD atau VDDC, yaitu tegangan supply ic COF panel dan ic TCON/controller, sekitar 3V3, ada juga supply TCON yang memakai 1V2.
  4. VGL atau VOFF, yaitu tegangan gate OFF, biasanya sekitar -6V5 (minus 6V5). Tegangan ini hasil regulasi dari tegangan VGL awalnya sekitar -12V.
  5. VGH atau VON, yaitu tegangan gate ON, ukuran tergantung inch/besar panel, pada 32in sekitar 27V, semakin besar ukuran layar maka tegangan VGH semakin besar juga.
  6. VGHM adalah tegangan VGH yang termanaged, artinya tegangan disini disensor/diprotek dan bisa di-on/off.
  7. VCOM adalah tegangan common, tegangan ini sebagai acuan sekitar 8V, karena VCOM adalah pengatur brightness, maka besar tegangan VCOM bisa bervariasi. Ada juga yang besar tegangannya tetap.
  8. VREF adalah tegangan referensi untuk acuan regulator/converter.
Pada umumnya, ic power supply panel dilengkapi dengan pin-pin control, antara lain proteksi OVP dan OCP, on/off, power good dan input voltage detector. Berikut ini beberapa contoh pin-pin kontrol power supply panel:
  1. OVP adalah proteksi tegangan lebih pada keluarannya, bila terdeteksi, maka ic akan OFF.
  2. OCP adalah proteksi beban lebih, misal output konslet atau kelebihan beban, maka ic akan OFF.
  3. Power good adalah sinyal/tegangan keluaran yang memberitahu/tanda bahwa ic bekerja dengan baik.
  4. ON/OFF adalah power kontrol ic, jadi ic bisa dikontrol dari luar, misalnya dari ic TCON.
  5. Input voltage detector (I VDET), akan mendeteksi cukup tidaknya tegangan inputnya.
Lebih jauh tentang cara kerja DC to DC bisa dipelajari di artikel tentang power supply dan tentang regulator.

VGH dan VGL

Sedikit menyinggung tentang VGH dan VGL, kenapa VGH tegangannya tinggi, sedang VGL malah dibawah 0 (minus). Alasan/tujuannya adalah :
  1. Sel LCD adalah kapasitor yang dicharge dan didischarge oleh komponen aktif FET/TR.
  2. Sifat kapasitor adalah menyimpan tegangan. Bila kapasitor diisi tegangan lalu dilepas maka tegangan dalam kapasitor akan berangsur-angsur menurun hingga hilang/kosong muatannya.
  3. VGH dibuat untuk mengisi kapasitor (melalui gate) bersamaan dengan sinyal on/off dari column driver, akibatnya sel/kapasitor akan terisi penuh, sehingga sel mati. Bila gate/VGH dilepas, maka nyala akan berangsur-angsur terang. Atau bisa dikatakan meninggalkan jejak, karena ini adalah sifat alami dari kapasitor.
  4. Agar tidak meninggalkan bekas, kapasitor harus didischarge/dikosongkan dengan cepat. Cara yang paling praktis adalah dengan mengisi transistor dengan tegangan yang terbalik (polaritas terbalik), yaitu dengan VGL.
  5. Karena komponen aktif berupa 1 FET/TR, maka sama dengan rangkaian pembalik polaritas, artinya ketika gate ON maka sel akan mati, bila gate OFF maka akan menyala.

Voltage Common (VCOM)

VCOM adalah tegangan bersama yang dipakai disemua komponen aktif sel dalam matrik yang mensupply kaki Source (Emitor pada TFT), sedang Drain (kolektor) di supply oleh column driver (COF) sehingga level/besar tegangan VCOM bisa digunakan untuk mengatur brightness gambar LCD.
Bila VCOM gangguan, maka terangnya gambar bisa berubah. Pada umumnya jalur VCOM disisipkan di tiap COF column driver, maka memungkinkan gambar gelap sebagian (misalnya adanya jalur VCOM pada COF yang bermasalah karena korosi atau retak).
Bila VCOM bermasalah di bagian pangkal (di bagian sumber tegangan VCOM), berarti akan ada gangguan brightness pada satu layar penuh akan tetapi tidak blank (karena ada bocoran kecil sekali dari VGL di layar).

Gambar-gambar Koleksi Contoh Kerusakan Layar LCD

Panel mengalami kerusakan COF yang tidak bekerja, rusak atau “hilang”. Karena yang hilang/rusak 1 cof, maka gambar akan terpotong pada jalur COF yang mengalami kerusakan saja dan tepat ¼ layar karena panel dalam gambar di atas memakai 4 COF column driver.
Panel mengalami kerusakan data di kedua drive (row/gate driver dan col driver), juga bisa dikarenakan row driver kehilangan clock dari tcon.
Garis vertikal tipis karena keluaran dari Column Driver ada yang terputus, sedang gambar terlihat zoom bisa dikarenakan terganggunya data TCON dan frimware di mainboard tidak tepat.
Gambar dobel, penjelasan ada di atas (di bagian pembahasan panel in-Plane).
COF Column Driver korosi
Jalur sinyal menuju row/gate driver inplane korosi didalam kaca/panel.
Korosi di dalam kaca/panel (jalur sinyal gate driver)
Data RGB (LVDATA) terganggu.
Data RGB (LVDATA) terganggu, tidak tersinkronisasi.
Jalur data ke row/gate driver panel terputus di tengah jalan.
Panel tompelen, sel kristal bocor ke samping (ke sel lainnya) sehingga polarisasi tidak lagi bisa ditampilkan.
Tegangan VCOM mengalami gangguan yang bisa disebabkan adanya jalur VCOM pada COF yang bermasalah karena korosi atau retak).
Tegangan VGH atau VGL kurang, mungkin ada yang ngorupsi di tengah jalan.
Tegangan VGH atau VGL kurang, mungkin ada yang ngorupsi di tengah jalan.

Diucapkan terima kasih kepada para sahabat Penulis yang telah ikut menyumbangkan foto-foto kerusakan LCD sebagai pendukung artikel ini.

Penulis 2011 - 2015

Kembali ke daftar isi