Из Википедии, свободной энциклопедии
  (Перенаправлен со светодиодной подсветки )
Перейти к навигации Перейти к поиску
Эта статья посвящена подсветке жидкокристаллических дисплеев. Чтобы узнать о заднем стекле автомобиля, см. Автомобильное стекло . Чтобы узнать о практике светового дизайна, см. Подсветка (дизайн освещения) . Для использования в других целях, см Подсветка (значения) .
Виды жидкокристаллического дисплея с включенной электролюминесцентной подсветкой (вверху) и выключенной (внизу)

Подсветки является формой освещения используется в жидкокристаллических дисплеев (LCD). Поскольку ЖК-дисплеи сами по себе не излучают свет - в отличие, например, от дисплеев с электронно-лучевой трубкой (ЭЛТ) - им требуется освещение ( окружающий свет или специальный источник света) для создания видимого изображения. Подсветки освещает LCD с боковой или задней панели дисплея, в отличие от frontlights , которые размещены в передней части ЖК - дисплея. Backlights используются в небольших дисплеев для повышения читаемости в условиях низкой освещенности условиях , таких как в наручных часах , [1] и используются в смартфонах , компьютерных дисплеев и ЖК - телевизоровдля получения света аналогично дисплею с электронно-лучевой трубкой. Обзор некоторых ранних схем подсветки для ЖК-дисплеев дается в отчете « История инженерии и технологий » Питера Дж. Уайлда. [2]

Простые типы ЖК-дисплеев, такие как карманные калькуляторы , построены без внутреннего источника света, поэтому для передачи отображаемого изображения пользователю требуются внешние источники света. Однако большинство ЖК-экранов построено с внутренним источником света. Такие экраны состоят из нескольких слоев. Подсветка обычно первый слой сзади. Затем световые клапаны изменяют количество света, попадающего в глаз, каким-то образом блокируя его прохождение. Большинство из них используют фиксированный поляризационный фильтр и переключающийся, чтобы блокировать нежелательный свет.

Типы источников света [ править ]

Источник света может состоять из:

ELP излучает равномерный свет по всей своей поверхности, но в других источниках задней подсветки часто используется рассеиватель для обеспечения равномерного освещения от неравномерного источника.

Подсветка бывает разных цветов. Монохромные ЖК-дисплеи обычно имеют желтую , зеленую , синюю или белую подсветку, в то время как цветные дисплеи используют белую подсветку, которая покрывает большую часть цветового спектра .

Использование [ править ]

Цветная светодиодная подсветка чаще всего используется в небольших недорогих ЖК-панелях. Белая светодиодная подсветка становится доминирующей. Подсветка ELP часто используется для больших дисплеев или когда важна даже подсветка; он также может быть цветным или белым. ELP должен приводиться в действие мощностью переменного тока относительно высокого [ указать ] напряжения , которое обеспечивается схемой инвертора . CCFLподсветка используется на больших дисплеях, таких как компьютерные мониторы, и обычно белого цвета; они также требуют использования инвертора и диффузора. Подсветка лампами накаливания использовалась в ранних ЖК-панелях для достижения высокой яркости, но ограниченный срок службы и избыточное тепло, производимое лампами накаливания, были серьезными ограничениями. Тепло, выделяемое лампами накаливания, обычно требует установки лампочек подальше от дисплея, чтобы предотвратить повреждение.

Подсветка CCFL [ править ]

18 параллельных CCFL для подсветки ЖК-телевизора
ЖК-дисплей с боковой подсветкой CCFL

В течение нескольких лет (примерно до 2010 г.) предпочтительной подсветкой для больших ЖК-панелей с матричной адресацией, таких как мониторы и телевизоры, служила люминесцентная лампа с холодным катодом (CCFL) с использованием двух CCFL на противоположных краях ЖК-дисплея или массив CCFL за ЖК-дисплеем (см. изображение массива из 18 CCFL для 40-дюймового ЖК-телевизора). Из-за недостатков по сравнению со светодиодной подсветкой (более высокое напряжение и мощность, более толстая конструкция панели, отсутствие высокоскоростного переключения, более быстрое старение), светодиодная подсветка становится все более популярной.

Светодиодная подсветка [ править ]

См. Также: ЖК-дисплей со светодиодной подсветкой
ЖК-дисплей со светодиодной матричной подсветкой

Светодиодная подсветка в цветных экранах бывает двух видов: белая светодиодная подсветка и светодиодная подсветка RGB. [3] Белые светодиоды чаще всего используются в экранах ноутбуков и настольных компьютеров и составляют практически все мобильные ЖК-экраны. Белый светодиод, как правило, представляет собой синий светодиод с желтым люминофором широкого спектра, который излучает белый свет. Однако, поскольку пики спектральной кривой имеют желтый цвет, это плохо согласуется с пиками пропускания красных и зеленых цветных фильтров ЖК-дисплея. Это приводит к смещению основных цветов красного и зеленого в сторону желтого, уменьшая цветовую гамму дисплея. [4] Светодиоды RGB состоят из красного, синего и зеленого светодиода.и им можно управлять для получения белого цвета с разной цветовой температурой. Светодиоды RGB для подсветки используются в высококачественных цветопробах, таких как монитор HP DreamColor LP2480zx или некоторых ноутбуках HP EliteBook , а также в более современных дисплеях потребительского уровня, таких как ноутбуки серии Dell Studio, которые имеют дополнительный светодиодный дисплей RGB.

RGB-светодиоды могут отображать на экранах огромную цветовую гамму . [5] При использовании трех отдельных светодиодов ( аддитивный цвет ) подсветка может создавать цветовой спектр, который близко соответствует цветовым фильтрам в самих пикселях ЖК-дисплея . Таким образом, полоса пропускания фильтра может быть сужена, так что каждый цветовой компонент пропускает через ЖК-дисплей только очень узкую полосу спектра. Это повышает эффективность отображения, поскольку при отображении белого цвета блокируется меньше света. Кроме того, фактические красные, зеленые и синие точки можно сдвинуть дальше, чтобы дисплей мог воспроизводить более яркие цвета.

Новый [ укажите ] метод дальнейшего улучшения цветовой гаммы ЖК-панелей со светодиодной подсветкой основан на использовании синих светодиодов (таких как GaN), освещающих слой нанокристаллических люминофоров, так называемых квантовых точек (QD) , [6] которые преобразуют от синих длин волн до желаемых более длинных волн, а также от зеленого и красного цветов с узкой полосой пропускания для оптимального освещения ЖК-дисплея сзади. Производитель, Nanosys , утверждает, что цветовую отдачу точек можно точно настроить, контролируя размер нанокристаллов. Другими компаниями, использующими этот метод, являются Nanoco Group PLC (Великобритания), QD Vision , 3M, лицензиат Nanosys и Avantama ofШвейцария . [7] [8] Sony адаптировалась Quantum Dot технологии от американской компании QD зрения [9] , чтобы ввести ЖК - телевизоры с улучшенным краю освещенной светодиодной подсветкой , продаваемый под термином Triluminos в 2013 году с синим светодиодом и оптимизированы для нанокристаллов зеленый и красные цвета перед ним, полученный комбинированный белый свет обеспечивает эквивалентную или лучшую цветовую гамму, чем та, которая излучается более дорогим набором из трех светодиодов RGB. На выставке Consumer Electronics Show 2015 компании Samsung Electronics , LG Electronics , китайская корпорация TCL.и Sony продемонстрировала улучшенную QD светодиодную подсветку ЖК-телевизоров. [10] [11]

Подсветка CCFL также улучшилась в этом отношении. Многие модели ЖК-дисплеев, от дешевых TN-дисплеев до цветопробных панелей S-IPS или S-PVA, имеют CCFL с широкой гаммой, составляющие более 95% цветовой спецификации NTSC .

Есть несколько проблем со светодиодной подсветкой. Трудно добиться единообразия, особенно когда светодиоды стареют с разной скоростью. Кроме того, использование трех отдельных источников света для красного, зеленого и синего означает, что белая точка дисплея может перемещаться по мере старения светодиодов с разной скоростью; белые светодиоды также подвержены этому явлению, при этом регистрируются изменения на несколько сотен градусов Кельвина . Белые светодиоды также страдают от синего сдвига при более высоких температурах, варьирующихся от 3141K до 3222K при 10–80 ° C соответственно. [12] Энергоэффективность также может быть проблемой; Реализации первого поколения потенциально могут потреблять больше энергии, чем их аналоги CCFL, хотя светодиодный дисплей может быть более энергоэффективным. [необходимая цитата ]В 2010 году светодиодные экраны текущего поколения могут иметь значительные преимущества в энергопотреблении. Например, не-светодиодная версия 24-дюймовогопотребительского дисплеяBenq G2420HDBпотребляет 49 Вт по сравнению с 24 Вт светодиодной версии того же дисплея (G2420HDBL).

Чтобы преодолеть вышеупомянутые проблемы с RGB-подсветкой и белой светодиодной подсветкой, компания NDF Special Light Products разработала «усовершенствованную технологию удаленного люминофора» [13] , специально для высокотехнологичных и долговечных ЖК-приложений, таких как дисплеи в кабине экипажа , [14] Управления воздушным движениемдисплеи и медицинские дисплеи. В этой технологии используются синие светодиоды насоса в сочетании с листом, на котором печатаются фосфорные люминесцентные материалы для преобразования цвета. Принцип аналогичен квантовым точкам, но применяемые люминофоры намного более надежны, чем наночастицы квантовых точек, для приложений, требующих длительного срока службы в более сложных условиях эксплуатации. Поскольку люминофор расположен на расстоянии (удалении) от светодиода, он испытывает гораздо меньшую температурную нагрузку, чем люминофор в белых светодиодах. В результате точка белого меньше зависит от отдельных светодиодов и деградации отдельных светодиодов в течение срока службы, что приводит к более однородной задней подсветке с улучшенной согласованностью цвета и меньшим износом светового потока.

Использование светодиодной подсветки в портативных компьютерах постоянно растет. Sony использовала светодиодную подсветку в некоторых своих тонких ноутбуках VAIO более высокого класса с 2005 года, а Fujitsu представила ноутбуки со светодиодной подсветкой в ​​2006 году. В 2007 году Asus , Dell и Apple внедрили светодиодную подсветку в некоторые модели своих ноутбуков. С 2008 года Lenovo также анонсировала ноутбуки со светодиодной подсветкой. В октябре 2008 года Apple объявила, что будет использовать светодиодную подсветку для всех своих ноутбуков и новый 24-дюймовый дисплей Apple Cinema Display , а год спустя представила новый светодиодный iMac., что означает, что все экраны новых компьютеров Apple теперь светодиодные. Почти каждый ноутбук с дисплеем 16: 9, представленный с сентября 2009 года, использует панели со светодиодной подсветкой. Это также относится к большинству ЖК-телевизоров, которые продаются в некоторых странах под вводящим в заблуждение названием LED TV , хотя изображение по-прежнему генерируется ЖК-панелью.

Большинство светодиодных фонарей для ЖК-дисплеев имеют боковую подсветку , т. Е. Несколько светодиодов размещаются по краям световода (световодная пластина, LGP), который распределяет свет за ЖК-панелью. Преимущества этой техники - очень тонкая плоская конструкция и невысокая стоимость. Более дорогая версия называется full-array или direct LED и состоит из множества светодиодов, размещенных за ЖК-панелью ( массив светодиодов), так что большие панели могут освещаться равномерно. Такое расположение позволяет использовать локальное затемнение для получения более темных черных пикселей в зависимости от отображаемого изображения.

Затемнение подсветки [ править ]

Светодиодная подсветка часто динамически управляется с помощью видеоинформации [15] (динамическое управление подсветкой или динамическое «локальное затемнение» светодиодной подсветки, также продаваемое как HDR, телевидение с широким динамическим диапазоном, изобретенное исследователями Philips Дугласом Стэнтоном, Мартинусом Стромером и Адрианусом де Вааном [ 16] [17] [18] ).

Используя ШИМ (широтно-импульсная модуляция, технология, при которой интенсивность светодиодов поддерживается постоянной, но регулировка яркости достигается путем изменения временного интервала мигания этих источников света с постоянной интенсивностью света [19] ), яркость подсветки снижается до самый яркий цвет, который появляется на экране, при одновременном повышении контрастности ЖК-дисплея до максимально достижимого уровня

Если частота широтно-импульсной модуляции слишком низкая или пользователь очень чувствителен к мерцанию, это может вызвать дискомфорт и утомление глаз, подобное мерцанию ЭЛТ-дисплеев . [20] [21] Пользователь может проверить это, просто взмахнув рукой или предметом перед экраном. Если кажется, что объект имеет четко очерченные края при движении, подсветка включается и выключается с довольно низкой частотой. Если объект выглядит размытым, дисплей либо имеет постоянно освещенную подсветку, либо работает с частотой, превышающей воспринимаемую мозгом. Мерцание можно уменьшить или устранить, установив полную яркость дисплея, хотя это может отрицательно сказаться на качестве изображения и времени автономной работы из-за повышенного энергопотребления.

Диффузоры [ править ]

Чтобы подсветка без ELP обеспечивала равномерное освещение, что имеет решающее значение для дисплеев, свет сначала проходит через световод (световодную пластину, LGP) - специально разработанный слой пластика, который рассеивает свет через ряд неровно расположенных выступов. . Плотность выступов увеличивается при удалении от источника света в соответствии с уравнением диффузии . Затем рассеянный свет проходит по обе стороны от диффузора; лицевая сторона обращена к ЖК-панели, на задней стороне имеется отражатель, который направляет рассеянный свет обратно к ЖК-панели. Отражатель иногда изготавливают из алюминиевой фольги или простой поверхности, окрашенной в белый цвет.

Отражающие поляризаторы [ править ]

Системы задней подсветки ЖК-дисплея являются высокоэффективными за счет применения оптических пленок, таких как призматическая структура, для получения света в желаемых направлениях зрителя и отражающих поляризационных пленок, которые рециркулируют поляризованный свет, который ранее поглощался первым поляризатором ЖК-дисплея (изобретенным исследователями Philips Adrianus de Vaan и Paulus Schaareman) [22], как правило, достигается с использованием так называемых пленок DBEF, производимых и поставляемых 3M. [23] Эти поляризаторы состоят из большого пакета одноосно ориентированных двулучепреломляющих пленок, которые отражают поглощенную ранее моду поляризации света. [24]Такие отражающие поляризаторы, использующие одноосно ориентированные полимеризованные жидкие кристаллы (двупреломляющие полимеры или двулучепреломляющий клей), были изобретены в 1989 году исследователями Philips Дирком Броером, Адрианусом де Вааном и Йоргом Брамбрингом. [25] Комбинация таких отражающих поляризаторов и управления динамической светодиодной подсветкой [16] делает современные ЖК-телевизоры намного более эффективными, чем наборы на основе ЭЛТ, что приводит к экономии энергии во всем мире в размере 600 ТВтч (2017 г.), что составляет 10% потребление электроэнергии всеми домохозяйствами во всем мире или в 2 раза больше, чем производство энергии всеми солнечными батареями в мире. [26] [27]

Потребляемая мощность [ править ]

Развитие энергетических стандартов и растущие ожидания общественности в отношении энергопотребления заставили системы подсветки управлять своей мощностью. Что касается других товаров бытовой электроники (например, холодильников или лампочек), для телевизоров применяются категории энергопотребления. [28] Стандарты номинальной мощности для телевизоров были введены, например, в США, ЕС и Австралии [29], а также в Китае. [30] Более того, исследование 2008 года [31] показало, что среди европейских стран потребление энергии является одним из самых важных критериев для потребителей при выборе телевизора, столь же важным, как размер экрана. [32]

Ссылки [ править ]

  1. ^ Патент США 4096550 : В. Боллер, М. Донати, Дж Fingerle, П. Дикое, освещающее Устройство для дисплея полевого жидкого кристалла, а также изготовление и применение Устройства Illuminating , поданного 15 октября 1976.
  2. ^ «Истории из первых рук: эволюция жидкокристаллических дисплеев - вклад Швейцарии» . Вики по истории инженерии и технологий. Архивировано 3 июля 2017 года . Проверено 30 июня 2017 года .
  3. ^ "Что такое LED-телевизор?" . Ledtele.co.uk. Архивировано 11 февраля 2012 года . Проверено 19 февраля 2012 .
  4. ^ Эволюция светодиодной подсветки; Адам Симмонс; PCM PC monitors, Статьи Monitor, 12 ноября 2017 г .; «Эволюция светодиодной подсветки | Мониторы для ПК» . Архивировано 01 декабря 2017 года . Проверено 27 ноября 2017 .
  5. ^ Конкурирующие технологии отображения для наилучшего качества изображения; AJSM de Vaan; Журнал общества информационных дисплеев, том 15, выпуск 9 сентябрь 2007 г. Страницы 657–666; http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1889/1.2785199/abstract ?
  6. ^ "QDEF" . Пионеры квантовых точек . Архивировано 29 мая 2014 года.
  7. ^ Дисплей с квантовыми точками без кадмия. avantama.com. Дата обращения 17 августа 2019.
  8. ^ IEEE Spectrum, 2012, 8, стр.11-12, Квантовые точки за новыми дисплеями
  9. ^ "Архивная копия" . Архивировано из оригинала на 2013-09-02 . Проверено 23 июля 2013 .CS1 maint: заархивированная копия как заголовок ( ссылка )
  10. ^ IEEE Spectrum: CES 2015 - Что такое квантовые точки? , 2 января 2015 г. Архивировано 13 января 2015 г. в Wayback Machine.
  11. ^ IEEE Spectrum: CES 2015 - Ставки на новые телевизионные технологии. 7 января 2015 Архивировано 28 января 2017 в Wayback Machine
  12. ^ "Белые светодиоды - важность стандартов измерения" (PDF) . Архивации (PDF) с оригинала на 2012-02-25 . Проверено 19 февраля 2012 .
  13. ^ «ARPHOS®, революция в ЖК-подсветке» . Архивировано из оригинала на 2016-09-19 . Проверено 29 июля 2016 .
  14. ^ «Разработка технологии удаленного люминофора для дисплеев в кабине пилотов» . Архивировано 15 августа 2016 года.
  15. ^ LED-телевизоры: 10 вещей, которые нужно знать; Дэвид Карной, Дэвид Кацмайер; CNET.com/news; 3 июня 2010 г .; «LED-телевизоры: 10 вещей, которые нужно знать» . Архивировано 01 декабря 2017 года . Проверено 22 ноября 2017 .
  16. ^ a b Способ и устройство для создания изображения, имеющего желаемую яркость; Д.А. Стэнтон; MVC Stroomer; AJSM de Vaan; Патент США USRE42428E; 7 июня 2011 г .; https://worldwide.espacenet.com/publicationDetails/biblio?CC=US&NR=RE42428E
  17. ^ Объяснение местного затемнения светодиода; Г. Моррисон; CNET.com/news; 26 марта 2016 г .; «Объяснение местного затемнения светодиодов» . Архивировано 23 ноября 2017 года . Проверено 20 ноября 2017 .
  18. ^ Попиксельное локальное затемнение для жидкокристаллических дисплеев с расширенным динамическим диапазоном; Х. Чен; Р. Чжу; MC Li; С.Л. Ли и С.Т. Ву; Vol. 25, № 3; 6 февраля 2017 г .; Оптика Экспресс 1973; https://www.osapublishing.org/oe/viewmedia.cfm?uri=oe-25-3-1973&seq=0
  19. ^ Параметры затемнения яркости ЖК-дисплея; Я. Моронски; Electronicproducts.com; 3 января 2004 г .; «Параметры затемнения для регулировки яркости ЖК-дисплея» . Март 2004. Архивировано 28 июля 2017 года . Проверено 20 ноября 2017 .
  20. ^ Мерцающий светодиодный экран на моем планшете X200. Архивировано 29 ноября 2010 г.в статье Wayback Machine Post на форуме поддержки Lenovo, 17 марта 2009 г.
  21. ^ Мигрень из-за светодиодной подсветки в x200t Архивировано 16 июля 2011 г. всообщении Wayback Machine на форуме поддержки Lenovo, 12 марта 2008 г.
  22. ^ Система освещения и устройство отображения, включая такую ​​систему; AJSM de Vaan; П.Б. Шаареман; Европейский патент EP0606939B1; https://worldwide.espacenet.com/publicationDetails/biblio?CC=EP&NR=0606939B1&KC=B1&FT=D&ND=5&date=19980506&DB=EPODOC&locale=en_EP#
  23. ^ Брошюра 3M Display Materials & Systems Division Решения для больших дисплеев: правильный внешний вид имеет значение; «Архивная копия» (PDF) . Архивировано (PDF) из оригинала на 2017-08-02 . Проверено 20 ноября 2017 . CS1 maint: заархивированная копия как заголовок ( ссылка )
  24. ^ Широкополосные отражающие поляризаторы на основе двойного лучепреломления формы для ультратонких жидкокристаллических дисплеев; СУ Пан; Л. Тан и Х. С. Квок; Vol. 25, №15; 24 июля 2017 г .; Оптика Экспресс 17499; https://www.osapublishing.org/oe/viewmedia.cfm?uri=oe-25-15-17499&seq=0
  25. ^ Поляризационно-чувствительный светоделитель; DJ Broer; AJSM de Vaan; Дж. Брамбринг; Европейский патент EP0428213B1; 27 июля 1994 г .; https://worldwide.espacenet.com/publicationDetails/biblio?CC=EP&NR=0428213B1&KC=B1&FT=D#
  26. ^ История успеха в области энергоэффективности: потребление энергии телевизорами сокращается по мере роста размера экрана и производительности, результаты нового исследования CTA; Ассоциация потребительских технологий; пресс-релиз 12 июля 2017 г .; «CTA - История успеха в области энергоэффективности: потребление энергии телевизорами сокращается по мере роста размера экрана и производительности, результаты нового исследования CTA» . Архивировано из оригинала на 2017-11-04 . Проверено 20 ноября 2017 .
  27. ^ Тенденции энергопотребления ЖК-телевизоров с 2003 по 2015 год; Б. Урбан и К. Рот; Центр устойчивых энергетических систем им. Фраунгофера США; Заключительный отчет Ассоциации потребительских технологий; Май 2017 г .; «Архивная копия» (PDF) . Архивировано из оригинального (PDF) на 2017-08-01 . Проверено 20 ноября 2017 . CS1 maint: заархивированная копия как заголовок ( ссылка )
  28. ^ «Имплементационная директива 2005/32 / EC Европейского парламента и Совета в отношении требований экодизайна для телевизоров», 2009 г .; « Архивная копия» . Архивировано из оригинала 17 августа 2017 года . Проверено 22 ноября 2017 года. .CS1 maint: заархивированная копия как заголовок ( ссылка )
  29. ^ «Регламент ЕС, Австралии и США по потреблению энергии в телевизорах», 2008 г.
  30. ^ «Постановление Китая о потреблении энергии в телевизорах», 2010 г.
  31. ^ «Международное исследование важности энергоэффективности телевизионных приборов», 2008 г.
  32. ^ Контроль энергопотребления для дисплеев с затемнением подсветки; Клэр Мантел и другие; Журнал Display Technology; Том 9, Выпуск 12, декабрь 2013 г .; Мантел, Клэр; Бурини, Нино; Надернежад, Эхсан; Корхонен, Яри; Форчхаммер, Сорен; Педерсен, Джеспер Мельдгаард (2013). «Управление энергопотреблением дисплеев с затемнением подсветки». Журнал дисплейных технологий . 9 (12): 933–941. Bibcode : 2013JDisT ... 9..933M . DOI : 10.1109 / JDT.2013.2260131 . S2CID 24082090 . 

Внешние ссылки [ править ]

  • Анимационный учебник по ЖК-дисплею и технологии подсветки от 3M