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

Преобразователи могут иметь различное конструктивное исполнение: в виде плат с разъемами для подключения ламп и входного источника напряжения, а также в виде отдельных корпусных модулей. Преобразователи рассчитаны на различные мощности ламп. Один преобразователь может обеспечивать питание от одной до восьми ламп. Преобразователи обеспечивают возможность одновременной регулировки яркости нескольких ламп.

Модуль задней подсветки большеформатных ЖКЭ. Типовая конструк-

ция модуля задней подсветки для большеформатных цветных ЖКЭ состоит из светорассеивающего экрана (LGP – Light-Guide Plate), одной или нескольких люминесцентных ламп с холодным катодом и светоотражающего экрана. Для питания ламп необходим специальный источник – конвертор напряжения.

Типовая конструкция модуля задней подсветки большеформатных цветных ЖКЭ показана на рис. 10.19 [65]. Применяемые в этой конструкции лампы могут иметь цилиндрическую или U-образную форму. Диаметр колбы может составлять от 3 до 8 мм, а длина лампы достигает 25…30 см. Для питания системы ламп используется либо один мощный, либо несколько источников – преобразователей напряжения. Частота сигнала, питающего лампы, устанавливается в пределах от 30 до 65 кГц. Амплитуда напряжения в момент зажигания ламп достигает несколько киловольт, а в рабочем режиме величина эффективного напряжения составляет до 780 В. Все лампы развязаны между собой по переменному току так, чтобы ток, протекающий через одну из них, не влиял на все остальные. Ток потребления одной лампы достигает десятков мА.

Структурная схема источника питания для модуля задней подсветки, состоящего из нескольких ламп, приведена на рис. 10.20 [65].

Равномерность яркости устройства задней подсветки, достигаемой по обычной схеме (несколько цилиндрических ламп + светорассеиватель + светоотражатель), в лучшем случае составляет 80%. Глаз человека не способен заметить такую неравномерность, поскольку яркостные переходы плавные и находятся в основном на периферии рабочей площади. Наличие неравномерности по яркости вызывает у наблюдателей дополнительное напряжение глаз и утомление при работе.

Рис. 10.19. Конструкция задней подсветки большеформатных цветных ЖКЭ

Рис. 10.20. Схема питания для десяти ламп источника задней подсветки ЖКЭ

Плоская люминесцентная лампа для задней подсветки ЖКЭ. Кон-

струкция плоской люминесцентной лампы, использующей пары инертного газа ксенона, приведена на рис. 10.21 [65].

Рис. 10.21. Конструкция плоской люминесцентной лампы

Лампа состоит из двух плоскопараллельных стекол, между которыми создан узкий разрядный газовый промежуток. Толщина переднего стекла составляет 2,3 мм, а заднего – 3 мм. Люминофорное покрытие нанесено на внутренних стенках обоих стекол. Равномерность зазора выдерживается за счет использования шариков – спейсеров диаметром 1 мм. Размеры лампы составляют 287 395 мм. Прозрачный верхний электрод – низкоомный слой In2O3. Используется люминофор белого свечения.

Толщина слоя люминофора на переднем и заднем стеклах различна. Толщина люминофорного слоя на переднем стекле составляет 10 мкм, а на заднем – 30 мкм. Основной источник излучения должен находиться на подложке, за которой находится отражатель. Для бóльшей прозрачности при прохождении конвертированного излучения в видимом диапазоне слой люминофора на передней поверхности должен иметь несколько меньшую толщину.

Нижний светоотражающий металлический электрод создан на основе вжигания серебряной пасты при температуре 520 С. Слой серебра сверху защищен слоем диэлектрика. Шарики спейсеров должны выдерживать достаточно высокое атмосферное давление, поэтому выполнены из твердого материала ZrO2. Толщина диэлектрического слоя из BaTiO3 составляет 60 мкм. Толщина газового промежутка задается спейсерами и равна 1 мм.

Физика работы такой лампы аналогична особенностям работы лампы с холодным катодом при использовании паров ртути. Приложенное высокое переменное напряжение вызывает пробой разрядного газового промежутка толщиной в 1 мм и дуговой разряд. Разряд в газе возбуждает тяжелые ионы ксенона. При возбуждении происходит испускание ультрафиолетового излучения, которое при поглощении в слое люминофора преобразуется в видимое излучение. Спектр излучения определяется химическим составом компонентов люминофора. Цветовая температура лампы соответствует 9000 К. Спектральные пики интенсивности излучения по основным цветам распределены следующим образом: 467 нм для голубого, 543 нм для желтого, для красного цвета имеется два пика – 585 нм и 611 нм.

Эффективное напряжение приближается к 1050 В, а частота сигнала возбуждения разряда в лампе составляет 20 кГц. Форма сигнала – синусоидальная. При таких параметрах была получена максимальная яркость свечения – около 7430 кд/м2. Однако для достижения более высокой равномерности по яркости пришлось применить пластину внешнего светорассеивателя толщиной около 3 мм.

Ожидаемый ресурс плоской лампы составляет около 10000 часов, что сравнимо с долговечностью обычных цилиндрических люминесцентных ламп с холодным катодом. Плоская лампа не содержит паров ртути, поэтому экологически безвредна.

Применение такой лампы в устройстве задней подсветки современных мониторов позволяет не только улучшить цветопередачу и достичь равномерности по яркости, но и дает дополнительную возможность для уменьшения толщины всего корпуса монитора.

Конструктивные особенности светодиодов. Светодиод – это полупро-

водниковый прибор, преобразующий электрический ток непосредственно в световое излучение. В англоязычной литературе светодиод получил название Light Emitting Diode (LED). Работа светодиодов основана на эффекте Лосева, характеризующего явление люминесценции, возникающего в области контакта некоторых полупроводников, точнее на границе области p и n.

Конструктивно светодиод состоит из полупроводникового кристалла на подложке, корпуса с выводами и оптической системы. Большинство светодиодов в своей конструкции содержат пластиковые линзы, однако некоторые производители (например, фирма Cree) – использует стеклянные. Прочность и качество у последних выше. В светодиоде, в отличие от лампы накаливания или люминесцентной лампы, электрический ток преобразуется непосредственно в световое излучение. Следовательно, светодиоды мало нагреваются. Светодиод механически прочен и исключительно надежен, срок его службы может достигать 100 тысяч часов, что почти в 5…10 раз больше, чем у люминесцентной лампы. Таким образом, светодиодная подсветка позволяет эксплуатировать жидкокристаллическое устройство отображения круглосуточно в течение многих лет. Рекордное значение коэффициента полезного действия – преобразование электрической энергии в световую – в лабораторных образцах светодиодов достигает 60%. Наконец, светодиод низковольтный электроприбор (для его эффективной работы достаточно иметь питающее напряжение величиной в пределах 5…32 В), а стало быть безопасный. В лабораторных условиях получено значение световой отдачи, равное 150 лм/Вт и выше. Для сравнения обычные лампы накаливания имеют световую отдачу около 18 лм/Вт. Световая отдача зависит от температуры, при повышении которой излучение светодиода смещается в «синюю» зону, одновременно падает мощность светового потока.

Для использования в устройствах задней подсветки ЖКЭ требуются светодиоды белого свечения с цветовыми температурами, приближенными к 3200 К или 5600 К, да еще и со спектральными характеристиками, близкими к спектрам ламп накаливания и дневного света соответственно. Но спектр излучения светодиодов по своей сути близок к монохроматическому, то есть имеет очень узкую область в видимом диапазоне. Комбинация R, G, B-светодиодов позволяет в определенной степени приблизиться к спектрам ламп накаливания или солнечному свету, но приближение оказывается достаточно грубым. Наиболее эффективным способом получения белого света оказалось покрытие синего светодиода желтым люминофором. В этом случае белым светом светится уже нанесенный на кристалл светодиода люминофор. Причем следует иметь ввиду, что спектр свечения как монохромных светодиодов, так и белых зависит от величины проходящего через них тока. При изменении тока происходит смещение цветовой температуры белого свечения, а также смещение доминантной части излучения монохромных светодиодов.

На практике могут фактически использоваться четыре варианта получения белого свечения с помощью светодиодов (рис. 10.22…10.25) [67]. Однако желаемого приближения к идеалу еще не достигнуто, поэтому работы по поиску но-

вых технологий улучшения цветопередачи активно продолжаются и сейчас. Степень приближения спектра любого светового прибора к спектру дневного света (5600 К) или лампы накаливания (3200 К) характеризуется индексом цветопередачи CRI (Colour Rendering Index), который может изменяться в пределах 0…100. Чем ближе этот показатель к 100, тем лучше спектральный состав излучения. Если у первых светодиодных приборов этот индекс едва достигал 80, то сейчас у некоторых образцов CRI уже приближается к 95. Принципиально новый шаг в направлении получения белого свечения с помощью светодиодов был сделан компанией Litepanels, специалисты которой в приборе BiColor совместили белые светодиоды двух цветовых температур – теплой и холодной. Изменяя интенсивность свечения тех и других, можно плавно перестраивать цветовую температуру. Технологически это оказалось достаточно простым и удачным решением с интенсивным световым потоком, небольшими габаритами и массой, а также приемлемой ценой.

Замена использовавшихся ранее люминесцентных ламп на светодиоды в устройстве задней подсветки позволяет улучшить показатели цветового охвата и контрастность (что достигается за счет динамического управления яркостью), также снизить уровень энергопотребления ЖКЭ. Светодиодная подсветка привлекательна и тем, что имеет значительно меньший уровень электромагнитного излучения, поскольку здесь отсутствует высокочастотный преобразователь напряжения (с частотой 36…60 кГц и амплитудой 250…300 В), необходимый для люминесцентных ламп.

Рис. 10.22. Спектр белого света, получаемого смешением излучения RGB-светодиодов

Рис. 10.23. Спектр белого света, получаемого с помощью синего светодиода с желтым люминофором