Материал: 516_Mamchev, G. V. Televidenie Vysokoj Chetkosti

Рис. 10.13. Конструкция модуля задней подсветки ЖКЭ с боковым расположением одной лампы

Рис. 10.14. Схема использования линз и зеркал Френеля в устройстве задней подсветки

Повышение эффективности использования светового потока. Большая часть светового потока теряется за счет поглощения на цветных фильтрах (до 30%) и 50% теряется за счет того, что свет от источника подсветки не поляризован, то есть имеет равномерную поляризацию по всем плоскостям. После прохождения через нижний поляроид около 50% светового потока бесполезно теряются. Таким образом, если найти метод для получения изначально поляризованного света с вектором поляризации, в основном совпадающего с вектором поляризации нижнего поляроида, то можно значительно увеличить эффективность использования светового потока от источника подсветки, соответственно,

повысить КПД использования электрической энергии всего устройства. И такой метод был найден. На рис. 10.15 показана конструкция световода, в котором используется микроструктура, позволяющая получить анизотропную поляризацию исходного светового потока [65].

Анизотропный отражающий слой получен посредством нанесения на поверхности PMMA (PolyMetilMetaAcrilat) полиметилметаакрилата микроканавок глубиной около 10 мкм и шагом 100 мкм, с определенной ориентацией. При отражении от такой поверхности происходит частичная анизотропная поляризация исходного потока. В итоге часть светового потока изменяет плоскость поляризации на ту, которая уже совпадает с плоскостью ориентации нижнего поляроида. Конечно, не все 100% света удается конвертировать в нужную ориентацию, что было бы идеальным решением. Но даже при достижении коэффициента конвертирования, равного 0,75, получается выигрыш энергии в 1,5 раза.

Другой способ повышения эффективности светового потока основан на использовании голографического диффузного рассеивателя. В «обычном» световом рассеивателе, как показано на рис. 10.16, используется система из двух рассеивателей на основе линз Френеля с взаимно перпендикулярным расположением призматических бороздок. Такая конструкция приводит к неизбежной потере части светового потока за счет поглощения материалом обоих фильтров и к тому же сложная и дорогая. Предложенный вариант гораздо проще – для достижения аналогичного рассеивания света применяется голографический микроструктурный рассеиватель. Структура в виде выпуклых микролинз может быть получена штамповкой. Топология расположения микролинз рассчитывается с учетом физических размеров световода [65].

Рис. 10.15. Конструкция световода с анизотропной поляризацией светового потока

Рис. 10.16. Схема использования голографического рельефа для диффузного рассеяния светового потока в световоде

Люминесцентные лампы с холодным катодом. Люминесцентные лампы

схолодным катодом получили свое название благодаря отсутствию нитей накала на электродах. Это двухэлектродная конструкция, и оба электрода равноправны, поскольку лампы этого типа работают на переменном токе. Эффективность и ресурс работы люминесцентных ламп, работающих на переменном токе, выше, чем у ламп, работающих на постоянном токе. Физика работы ламп этого класса близка неоновым лампам.

Люминесцентные лампы с холодным катодом (CCFL – Cold Cathode Fluorescent Lamp), используемые в устройствах подсветки жидкокристаллических дисплеев, могут иметь цилиндрическую, U-образную и Г-образную формы. Типичная конструкция цилиндрической люминесцентной лампы с холодным катодом представляет собой стеклянную колбу, наполненную парами ртути при определенном давлении. Электрический разряд в парах ртути сопровождается излучением в ультрафиолетовой области (длина волны около 257 нм). Коэффициент преобразования электрической мощности в ультрафиолетовое излучение для люминесцентных ламп, работающих на переменном токе, составляет до 60%. На стенках цилиндрической колбы нанесено люминофорное покрытие, которое преобразует ультрафиолетовое излучение в излучение видимого спектра. Характеристики люминофора ламп подсветки подбираются в соответствии

схарактеристиками цветных фильтров ЖКЭ. В конструкциях переносных телевизоров использовались в основном лампы, имеющие U-образную форму. Для подсветки ЖКЭ ноутбуков и мониторов в настоящее время применяются цилиндрические лампы. Длина и диаметр ламп бывает различной. Диаметр колбы лампы может быть от 2,6 до 9 мм, а длина составлять от 25 до 360 мм.

Напряжение зажигания зависит от длины лампы, чем длиннее лампа, тем больше напряжение пробоя. Питание и начальный пуск ламп обеспечиваются специальным преобразователем напряжения. В начальный момент на выходе преобразователя напряжения (холостой ход – лампа погашена) формируется

напряжение в несколько кВ (1500…2000 В). После пробоя разрядного газового промежутка начинается генерация преобразователя на частотах от 30 до 75 кГц. Следует заметить, что лампа в зажженном состоянии представляет собой индуктивную нагрузку для генератора напряжения, и параметры этой индуктивности отчасти и определяют частоту генератора. В рабочем режиме амплитуда переменного напряжения составляет от 165 до 800 В, а яркость свечения – от

7000 до 35000 кд/м2.

Цилиндрические лампы могут использоваться как для торцевой, так и для задней подсветки. Торцевая схема подсветки обычно применяется для матричных ЖКЭ небольших размеров. В ноутбуках и цветных ЖКЭ больших размеров используется группа цилиндрических люминесцентных ламп вместе со специальной оптической системой – отражателем, диффузным светорассеивателем и светораспределителем. Для того чтобы избежать излишнего нагрева жидкокристаллического материала, в конструкции светорассеивателя используется инфракрасный фильтр.

Деградация люминесцентных ламп сопровождается уменьшением яркости свечения и связана с действием следующего фактора: часть люминофора под действием бомбардировки тяжелыми ионами ртути разрушается. Номинальный срок службы люминесцентной лампы, при котором яркость уменьшается вдвое, составляет около 20000 часов.

Напряжение пробоя при зажигании лампы в сильной степени зависит от температуры окружающей среды. При понижении температуры напряжение пробоя увеличивается. Поскольку преобразователь может обеспечивать только определенное максимальное пусковое напряжение, то эта величина может оказаться недостаточной при низких температурах и лампа не будет зажигаться.

Схемотехника преобразователей напряжения для люминесцентных ламп с холодным катодом. Схема реализации конвертора для питания люминесцентной лампы с холодным катодом показана на рис. 10.17 [65]. Преобразователь напряжения для люминесцентной лампы с холодным катодом представляет собой автогенератор, работающий на частоте 30…65 кГц. В момент запуска на выходе повышающей обмотки трансформатора формируется импульс напряжением более 1 кВ. Импульс высокого напряжения обеспечивает начальную ионизацию разрядного промежутка и лавинный пробой. После перехода лампы в рабочий режим на выходах обмотки W1 трансформатора Т1 можно наблюдать сигнал переменного напряжения амплитудой Uрр около 300 В (для длины разрядного промежутка около 100 мм). Конденсатор С2 высоковольтный с рабочим напряжением не менее 2 кВ. Транзисторы, должны быть высокочастотными и для получения максимального КПД преобразователя должны иметь как можно меньшее напряжение насыщения. Чтобы избежать пробоя между витками высоковольтной вторичной обмотки, трансформатор должен иметь каркас, состоящий из нескольких секций. Первичная обмотка W2/W3 должна быть намотана на отдельной секции, а вторичная обмотка размещена на нескольких (2…4) соседних секциях каркаса. Магнитопровод трансформатора Ш-образный, с зазором. Схема контроллера фирмы Linear Technology LT1182 обеспечивает регулировку яркости за счет возможности управления током в цепи лампы (рис. 10.18).

Рис. 10.17. Схема конвертора для питания люминесцентных ламп с холодным катодом

Рис. 10.18. Практическая схема преобразователя для управления люминесцентной лампой с холодным катодом

(с функцией регулировки яркости)