Mis on TFT LCD ja mis on selle tähendus? Mida tuleb lcd-ekraanil LED-taustvalgustuse kasutamisel jälgida?

Praegustes lamepaneeli kuvarites (FED) asuvad LCD-kuvarid peavoolu asendis ja enamik olemasolevaid LCD-seadmeid on edasikanduvad. Nende transmissiivsete LCD-seadmete puhul on taustvalgustus nende asendamatu osa.

LCD-taustvalgustustes, kuigi praegu domineerivad külmad katoodluminofoorlambid (CCFL), on LEDidel laia värvigammi, reguleeritava valge punkti, kõrge hämardussageduse ja pika eluea eelised, nii et need on hiljuti välja töötatud uut tüüpi LCD taustvalgustuse allikana, mida on hästi kasutatud mõnedes lcd-lauamonitorides ja LCD-telerites.

LCD-taustvalgustus (edaspidi "LED-taustvalgustus") on uut tüüpi taustvalgustuse tehnoloogia, millel on palju tüüpe, kuid seda ei ole LCD-seadmetes laialdaselt kasutatud, kuna lahendada tuleb veel tehnilisi või kuluprobleeme. Mõne praktilisema LED-taustvalgustuse allika jaoks tutvustab see artikkel neid järgmistes punktides.

Valguse tõhususe parandamine, suurendades seeläbi ekraani väljundvalguse ja valgusallika väljundvalguse suhet, on oluline viis LCD taustvalgustuse parandamiseks. Staatilise valgustusega LCD taustvalgustus on üks neist. Peamine põhimõte on, et LCD iga alampikslit valgustab ainult vastav värvielement (joonis 1), kõrvaldades seega värvifiltrite vajaduse ja parandades valguse tõhusust. .

Staatilise valgustusega taustvalgustusega LCD-ekraanil paigaldatakse pikslikihi alla mikrolensi massiiv ja iga piksel vastab mikroleenidele. Siin kasutatav taustvalgustussüsteem on kolm põhivärvi, mis vaatavad otse taustvalgustuse allikat, ja iga värvi valgusallikas on kujutatud vastaval alampikslil ja kaev projitseeritakse ekraanile projektsiooniobjektiivi kaudu.

Ekraani piisava heleduse saavutamiseks ja ekraani ühtlikkuse parandamiseks: selles LCD-seadmes kasutatakse valguse murdumiselementi ja täielikku sisemist helkurikujulist valgusjuhikut ning valgusjuhikul on sobiv murdumiskiht.

Staatilise valgustusega taustvalgustuses kasutatakse tavaliselt kolme CCFL-i, punast, rohelist ja sinist. Hiljuti välja töötatud staatiline taustvalgustusega LCD kasutab taustvalgustuse allikana LED-e.

Staatilise taustvalgustusega LCD-seadmes on TIR-kiilu valgustoru valguse jaotusnurga väljund 70°-90°. Sellise taustvalgustuse kasutamine kõrvaldab värvifiltri põhjustatud valguse kadumise (värvifilter jäetakse välja) ja seadme läbilaskvus ulatub kolmekordse traditsioonilise LCD-ekraani omani. Samal ajal võib see taustvalgustus lihtsustada seadme struktuuri ja vähendada energiatarbimist.

Selleks et veelgi vähendada valgusallika valguskadu ja parandada valguse jaotusnurka, et kõrvaldada elavhõbeda kasutamisest põhjustatud keskkonnareostus, on CCFLi asendamine LED-iga seadme taustvalgustuse allikana muutunud staatilise valgustuse LCD taustvalgustuse arengutrendiks. Praegu on LED-i staatilisi valgustusega taustvalgustusi edukalt kasutatud 33cm diagonaalse XGA eraldusvõimega LCD-seadmetes. Kuna selle seadme energiatarve on oluliselt vähenenud, sobib see väga hästi suure heledusega rakendustele.

Punaste, roheliste ja siniste LEDide kasutamine LCD taustvalgustuse allikatena võib saavutada suurepärase värvikvaliteedi, vähendada energiatarbimist ja vältida elavhõbeda kasutamisest tulenevat keskkonnareostust. Piisavalt pika eluea saavutamiseks on vaja kontrollida valge valguse värvitemperatuuri.

Hiljuti töötati välja tagasiside tüüpi LCD taustvalgustuse allikas, mis kasutab valgusallikana punaseid, rohelisi ja siniseid LED-e ning värviandurit ja tagasisidekontrollerit. Sellise taustvalgustusega on saavutatud "0.02" värvistabiilsus ja pidev heleduse stabiilsus ning seadme valget punkti ja heledust saab ka meelevaldselt kontrollida.

Tagasiside LED-taustvalgustuse süsteem koosneb neljast peamisest funktsionaalsest moodulist, mis on värvifiltriga andur, tagasiside kontroller, impulsi laiuse modulatsiooni modulatsiooni (PWM) LED-draiver ning punane, roheline ja sinine lux-eonTM LED-valgusallika massiivi element.

LED-valgusallikas kasutatavad LED-id on luxeon-tüüpi indium-galliumnitriid (InGaN) sinised valgustorud ja rohelise tule torud ning alumiiniumist indium galliumfosfiidi (AllnGaP) punased valgustorud, mis kõik on suure võimsusega ja suure tõhususega. Joonisel 5 on nende LED-taustvalgustuse allikate emissiooni spektraaljoone jõudlus ja joonis 6 on tüüpiline eluiga, kui temperatuur on 85 °C. Sellisel taustvalgustusel on väga madal dünaamiline takistus ja seda juhib PWM-konstantne vool ning valgusallika valgusväljund on proportsionaalne PWM-i impulsi laiusega. Sellel valgusallikal on laia värvitooni, reguleeritava värvuse ja keskkonnakaitse eelised.

Siin kasutatav andur koosneb kolmest fotodioodist, mille värvifiltrikiht on paigaldatud ühte elementi, ja trükkplaadist, millel on vastastikune impedantsvõimendus. Anduri värvifiltrikihi ligikaudne väärtus on CIE193lXyzCMFs. Selle anduriga on võimalik saada kiirgusvõimsuse mõõtmise väljundpinge. Enne omandatud pinge söötmist kontrollerile arvutab pinge süsteemi.

See juht on lülitustoiteallikas, mis võib sisendpinget tõsta ja vähendada. See koosneb lülituspinge võimendist ja vajalikest vooluahelatest, mis suudavad eeltöödelda LCD-süsteemides kasutatavat 600Hz kõrgsageduslikku PWM-i. Et mitte põhjustada liigseid elektromagnetilisi häireid, voolukadu ja suurendada kulusid, ei ole sellel draivil tagasisideahelat.

Tagasiside kontroller koosneb kolmest osast, nimelt värvikontrollerist, tööteguri kontrollerist ja valgustugevuse kontrollerist. Värvikontrolleril on tundlik integreeritud massiiv anduri väljundvea kompenseerimiseks, hoides seeläbi väljundkromaatilisuse konstantsena. Valgustugevuse regulaatori südamik on tundlik maatriks, mille ülesanne on teisendada anduri väljund LED-voolu tööteguriks ning hoiab väljundi heleduse ja temperatuuri ning kromaatilisuse vahelise seose kogu aeg konstantsena. Seda saab mõõta get in.-ist.

Kasutades tagasiside tüüpi LED-taustvalgustust, võib LED-seade saavutada värvitriivi "0,003A△u'v" temperatuurivahemikus 25 °C ~ 70 °C ja võib saavutada vastuvõetava värvistabiilsuse: optilise tagasiside signaali töötlemisel Ei ole praegu vaja suurt eeltöötlusvõimsust. Lisaks, nagu eespool mainitud, on sellel värvigamuti ja keskkonnakaitse eelised.

Kui LCD taustvalgustuse süsteemis kasutatakse kõrge heledusega punaseid, rohelisi ja siniseid LED-e, on värvide segamiseks vaja värvisegamisseadet enne, kui valgusallika valgus jõuab LCD-paneelile. Traditsioonilises LCD-taustvalgustuses toimub värvisegamine valgusjuhikus, mis eraldab optilisest teljest sõltumatu struktuuri (valge kate või mikroleenid). Kogu kuvariala valgustamiseks on vaja kasutada kahte valgusjuhikut, mis muudavad taustvalgustuse allika raskeks ja paksuks ning tekitavad ka valguse juhtplaadi heleduse ja värvuse puudused, mida on raske sobitada.

Eespool nimetatud puuduste ületamiseks on Madalmaad hiljuti välja töötanud uue LED-taustvalgustuse, mis ühendab eraldi segavärvilise valgusjuhiplaadi traditsioonilise valguspumbatava valgusjuhikuga.

Taustvalgustus koosneb LED-valgusallikast(1), esimesest elliptilisest peeglist (2), segavärvilisest valgusjuhiplaadist (3), teisest elliptilisest peeglist (4), peegeldavast kilest (5), põhivalguse juhtplaadist (6), kalibreerimis- ja polarisatsiooni kontrollkilest (7), raamist (8) ja soojuskraanikausist (9). Neid osi esindavad joonistel 7 ja 8 esitatud arvud.

Töötamisel peegeldub LED-valgusallika (1) kiiratav valgus esimese ellipsi (2) poolt 90° juures ja ühendatakse segavärvilise valgusjuhikuplaadiga (3). Valgus segatakse segavärvilise valgusjuhikuga vastavasse valgesse valgusesse ja seejärel ühendatakse teise ellipsi (4) 90° °Reflected in the main light guide (6). Põhivalguse juhtplaadil on ekraanipikslite muster, mis on optimeeritud LED-valgusallika valguse jaotumiseks. Teise elliptilise peegli valgus suunatakse LCD-paneeli suunas läbi põhivalguse juhtplaadi.

Värvi ühtluse edasiseks parandamiseks on mikroprism varustatud ka peamise valgusjuhiku valguse sissepääsupoolele, mis toimib valguse nurkjaotuse suurendamiseks, parandades seeläbi heledate värvide segamist.

Elliptilisel peegelpinnal valmistatakse kõrge peegeldusvõimega alumiiniumkile ja peegeldusvõime suurendamiseks kasutatakse kõrge peegeldusvõimega jooni. Elliptiline peegel muudab LED-i poolt kiiratava optilise telje 90° valgusjuhitasapinna suhtes, muutes seega taustvalgustusallika struktuuri kompaktsemaks.

Käesolevas artiklis on valgusjuhikuga kombineeritud LED-taustvalgustusega diagonaal 38cm, sellel on 34 LuxeomTM LED-i, torukõrgus 9mm ja sõiduvõimsus 45W. Selle LED-taustvalgustuse abil on saavutatud tippheledus 4300cd/m2.

Uuel valgusjuhikul koos LED-taustvalgustusega on järgmised eelised:

●Light kaal, õhuke paksus, tugev ja vastupidav;

●Compatible with the existing backlight technology and manufacturing mechanism;

●Seda saab kombineerida erinevate valgusjuhiplaatidega, isegi lamedate ekraanidega, millel on kokkupandavad pikslimustrid ja kiilukujulised mikronäolise objektiivi struktuuriga valgusjuhtplaadid;

●Kohaldataval ekraanil on suur suurusvahemik (25,4cm-5lcm), kuid LED-i kõrgus ja valgusjuhiku pikkus võivad jääda samaks;

●Iga LED-i väljundvalgust saab pidevalt suurendada, nii et antud heledust on võimalik saavutada ilma LED-ide arvu suurendamata ja LED-pigi vähendamata;

●Värvisegamise jõudlust saab hõlpsasti parandada, pikendades valgusjuhiku pikkust.

LED-taustvalgustus on servavalgustusega taustvalgustus. Servavalguse taustvalgustusena on sellel kolm omadust:

●Valgust kiirgav pind võib eralduda 360° piki optilist telge;

●Suurem ala võib olla kaetud õhema läätsega;

●Saab segada värve lihtsa struktuuriga.

Eelmisel servavalgustusega LCD taustvalgustusega tulel on järgmised puudused:

●Kuna valgusjuhiplaat on valmistatud akrüülist, suurendab see kaalu ja suurendab kulusid, kui seda kasutatakse suurtes LCD-telerites (LCD-teler);

●Alla suruda ja absorbeerida ultraviolettkiirgust;

●Kui seda kasutatakse värvikuvaris, on otseses taustvalgustuses raske kasutada suure võimsusega punaseid, rohelisi ja siniseid LED-e.

Ülaltoodud probleemide lahendamiseks ja LED-taustvalgustuse jõudluse parandamiseks. Ameerika Ühendriigid on teinud koostööd Jaapani, Hollandi ja Malaisiaga, et töötada välja uudne suure heledusega otsevalgustusega LCD-TV LED-taustvalgustus. Sellises taustvalgustuses ei kasutata valguse juhtplaati, vaid LED-massiiv paigutatakse selle asemel LCD-paneeli taga olevasse õõnsusse. Sellise LED-taustvalgustusega on võimalik heleduse ja värvi ühtsust paremini kontrollida, säilitades samal ajal hea valguse efektiivsuse.

Suure heledusega otsene LED-taustvalgustus koosneb järgmistest osadest:

(1) Kaks lineaarset massiivi, mis koosnevad 48-st LEDist, mis on paigaldatud metallsüdamiku trükkplaadile;

(2) Eespool nimetatud LED-massiiviga varustatud metallkarp on kaetud hajuspeegelkilega kasti sisepinnal. LED-i mittevalguspinna liigutamine kile taga võib vähendada valguse rebsorptsiooni ja saavutada kõrge valguse efektiivsuse;

(3) LED-massiivi kohal asuv kommutaator, selle ülesanne on vältida LED-i kõrvalekaldumist teljevalgusest ekraanil. Kommutaatori saab teha väga väikeseks, näiteks 6 mm, et varjestus ei mõjutaks LCD-ekraani, sest see efekt mõjutab LCD heledust. Kuna kommutaatori suurus on erinev, mõjutab see LED-ist kiiratavat valgust 6–40%. Samal ajal, kui kommutaator on tehtud väikeseks, saab LED-massiivi paigutada tavalisesse ja lühikesse õõnsusse. Niikaua kui kommutaator on reguleeritud, on võimalik saada nõutavad kõrge heledusega omadused;

(4) Kata hajusheitkile eespool nimetatud metallkarbi sisepinnal, mille peegeldusvõime on 30–40%;

(5) LCD-de vahel asuvat heleduse suurendamise kilet kasutatakse ekraani heleduse suurendamiseks;

(6) LCD-paneeli taga oleval Lamberti peegeldusõõnsusel on peegeldatud külgsein. 80% LED-massiivi kiiratavast valgusest jääb optilise teljega risti ±20° piiresse ja süstitakse peegeldusõõnde 360° juures. Kui valgus siseneb tõhusalt taustvalgustuse auku, on selle vaba tee maksimeeritud ja sobiva LED-pigi vastuvõtmisel on võimalik saavutada hea värvisegamine kõigis suundades vahetult LED-massiivi kohal. Ainult umbes 5% valgusest on otse LED-i kohal ekraani ala suunas. Selleks, et minimeerida värvi mõju otse LED-i kohal, kasutatakse kommutaatorit valguse ümbersuunamiseks ja LED-i ja Lamberti õõnsuse taastamiseks, nii et selle valguse osa keskmine käik suureneb, tekitades seeläbi täiendavat värvisegamist, vähendades värvi otse LED-i kohal Värviefekt.

Ameerika Ühendriikide, Jaapani, Hollandi ja Malaisia välja töötatud suure heledusega otsest LED-taustvalgustust kasutatakse 56cm diagonaalekraaniga LCD-telerite jaoks ja selle suurus on 503mm×282mm. Sellel on kaks servavalgusmassiivi, mis koosnevad 48 LED-ist, kahe massiivi vaheline kaugus on 150 mm ja LED-ide vaheline kaugus 9mm. Kasutatavate LED-ide hulgas on 24 punase LED-i kogu valgusvoog 1039lm, 48 rohelise LED-i kogu valgusvoog on 2436lm ja 24 sinise LED-i kogu valgusvoog on 109lm. Kõigi LEDide ajamivool on 350mA. Kui valge punkti värvi temperatuur toatemperatuuril on 9000K, on valguse kasutegur 33,2lm/W. Kui heledust suurendavat kilet ei kasutata, võib taustvalgustus saavutada kõrge heleduse üle 5000cd/m2: heleduse suurendamise kile kasutamisel on võimalik saavutada heledus 10000cd/m2. Kui seda LED-taustvalgustust kasutatakse LCD-teleris, mille LCD-paneeli edastus on 5%, võib viimase heledus olla 500cd/m2. Sellise taustvalgustuse ja LCD-teleri jõudlust, mis sellist taustvalgustust kasutavad, on näidatud tabelis 1.

LCD-telerite turu kiire areng on oluliselt stimuleerinud LCD taustvalgustuse uurimist ja arendamist. Kuna LCD LED-taustvalgustusel on elu, värvigabari, modulatsioonikiiruse ja muu jõudluse ning keskkonnakaitse eelised, on sellest saanud populaarne uue põlvkonna LCD taustvalgustus, mis areneb praegu jõuliselt. LED-taustvalgustuse arendussuund on väiksem energiatarve ja -maksumus, suurem valguse intensiivsus, pikem eluiga, heledam, õhem ja kergem. Mikromehaanika, mikroelektroonika ja materjalitehnoloogia arenguga on LCD-de jaoks rohkem uusi LED-taustvalgustusi ülaltoodud arendussuunas.

TFT (Thin Film Transistor) LCD ehk õhukese kilevälja efektiga transistor LCD on üks aktiivsemaid maatriksi tüüpi vedelkristallkuvareid (AM-LCD).

Erinevalt TN tehnoloogiast võtab TFT-ekraan kasutusele "back-through" valgustusmeetodi - kujuteldav valgusallika tee ei ole ülevalt alla nagu TN vedelkristall, vaid alt üles. Selle meetodi abil paigaldatakse vedelkristalli tagaküljele spetsiaalne valgustoru ja valgusallikas tungib kiiritamisel ülespoole läbi alumise polarisaatori. Kuna ülemise ja alumise vahekihi elektroodid muudetakse FET-elektroodideks ja tavalisteks elektroodideks, muutub FET-elektroodide sisselülitamisel ka vedelkristallmolekulide jõudlus. Kuvamise eesmärki on võimalik saavutada valguse varjestamise ja valguse ülekande abil ning reageerimisaega suurendatakse oluliselt umbes 80ms-ni. Kuna sellel on suurem kontrastsuse suhe ja rikkalikumad värvid kui TN-LCD- l, on ka ekraani värskendamise sagedus kiirem, nii et TFT-d tuntakse tavaliselt kui "tõelist värvi".

Võrreldes DSTN-iga on TFT-LCD peamine omadus pooljuhtlülitusseadme konfigureerimine iga piksli jaoks. Kuna iga pikslit saab otse juhtida punktiimpulssidega. Seetõttu on iga sõlm suhteliselt sõltumatu ja seda saab pidevalt kontrollida. See kujundusmeetod mitte ainult ei paranda ekraani reageerimiskiirust, vaid suudab ka täpselt juhtida ekraani halli taset, mistõttu TFT värv on realistlikum kui DSTN.

Praegu kasutab enamik sülearvutitootjaid oma toodetes TFT-LCD-d. Varajasi TFT-LCD-sid kasutati peamiselt sülearvutite valmistamisel. Kuigi TFT-l oli sel ajal DSTN-i ees suuri eeliseid, oli TFT-LCD tehnilistel põhjustel endiselt suur lõhe traditsiooniliste CRT-ekraanidega reageerimisaja, heleduse ja vaatenurga poolest. Lisaks on äärmiselt madal saagikus viinud selle kõrge hinnani, muutes töölaua TFT-LCD kättesaamatuks uimastajaks.

Kuid tehnoloogia pideva arengu, saagikuse pideva paranemise ja mõnede uute tehnoloogiate tekkimisega on TFT-LCD-d teinud suuri edusamme reageerimisaja, kontrastsuse, heleduse ja vaatenurkade osas, tuues need lähemale traditsioonilisele CRT monitoride lõhele. Tänapäeval on enamiku tava-LCD monitoride reageerimisaega parandatud alla 50ms, mis on sillutanud teed LCD peavooluks saamisele.