Wat is TFT LCD en wat is de betekenis ervan? Waar moet op gelet worden bij het gebruik van LED-achtergrondverlichting op LCD?

In de huidige flat panel display (FED)-apparaten nemen LCD-weergave-apparaten de hoofdpositie in, en de meeste van de bestaande LCD-apparaten zijn doorlatend. Voor deze doorlatende LCD-apparaten is de achtergrondverlichting een onmisbaar onderdeel ervan.

In LCD-achtergrondverlichting, hoewel koude kathode fluorescentielampen (CCFL) momenteel domineren, hebben LED's de voordelen van een breed kleurengamma, instelbaar witpunt, hoge dimsnelheid en een lange levensduur, dus zijn ze onlangs ontwikkeld als een nieuw type LCD-achtergrondverlichting. goed is gebruikt in sommige desktop-LCD-monitoren en LCD-tv's.

LED-achtergrondverlichting voor LCD (hierna LED-achtergrondverlichting genoemd) is een nieuw type achtergrondverlichtingstechnologie met vele soorten, maar wordt niet veel gebruikt in LCD-apparaten omdat er nog steeds technische of kostenproblemen moeten worden opgelost. Voor wat meer praktische LED-achtergrondverlichtingsbronnen, zal dit artikel ze in de volgende paragrafen introduceren.

Het verbeteren van de lichtefficiëntie, waardoor de verhouding van het schermuitvoerlicht tot het lichtbronuitvoerlicht wordt vergroot, is een belangrijke manier om de LCD-achtergrondverlichting te verbeteren. Statische verlichting LCD-achtergrondverlichting is er een van. Het belangrijkste principe is dat elke subpixel van het LCD-scherm alleen wordt verlicht door het bijbehorende kleurelement (Afbeelding 1), waardoor er geen kleurfilters nodig zijn en de lichtefficiëntie wordt verbeterd. .

In een LCD met een statische verlichtingsachtergrondverlichting is een microlens-array onder de pixellaag geïnstalleerd en elke pixel komt overeen met een microlens. Het achtergrondverlichtingssysteem dat hier wordt gebruikt, is dat de drie primaire kleuren rechtstreeks naar de achtergrondverlichtingsbron kijken, en de lichtbron van elke kleur wordt afgebeeld op de overeenkomstige subpixel en de put wordt door een projectielens op het scherm geprojecteerd.

Om voldoende helderheid op het beeldscherm te verkrijgen en de uniformiteit van het beeldscherm te verbeteren: In dit LCD-apparaat worden een lichtbrekingselement en een totale interne reflector (TIR) ​​wigvormige lichtgeleidingsplaat gebruikt, en de lichtgeleidingsplaat heeft een geschikte brekingslaag.

De statische verlichtingsachtergrondverlichting gebruikt meestal drie CCFL's, rood, groen en blauw. De recent ontwikkelde statische achtergrondverlichting LCD gebruikt LED's als achtergrondverlichting.

In een LCD-apparaat met een statische achtergrondverlichting is de uitvoer van de lichtverdelingshoek door de TIR-wigvormige lichtpijp 70°-90°. Het gebruik van dit soort achtergrondverlichting elimineert het lichtverlies dat wordt veroorzaakt door het kleurenfilter (het kleurenfilter is weggelaten) en de transmissie van het apparaat bereikt drie keer die van het traditionele LCD-scherm. Tegelijkertijd kan deze achtergrondverlichting de structuur van het apparaat vereenvoudigen en het stroomverbruik verminderen.

Om het lichtverlies van de lichtbron verder te verminderen en de lichtverdelingshoek te verbeteren om de milieuvervuiling veroorzaakt door het gebruik van kwik te elimineren, is de vervanging van CCFL door LED als achtergrondverlichtingsbron van het apparaat de ontwikkelingstrend geworden van statische elektriciteit. verlichting LCD-achtergrondverlichting. Op dit moment zijn LED-achtergrondverlichting voor statische verlichting met succes gebruikt in LCD-apparaten met een 33 cm diagonale XGA-resolutie. Omdat het stroomverbruik van dit apparaat sterk wordt verminderd, is het zeer geschikt voor toepassingen met hoge helderheid.

Het gebruik van rode, groene en blauwe LED's als LCD-achtergrondverlichting kan een uitstekende kleurkwaliteit bereiken, het stroomverbruik verminderen en milieuvervuiling door het gebruik van kwik voorkomen. Het is noodzakelijk om de kleurtemperatuur van wit licht te regelen om een ​​voldoende lange levensduur te bereiken.

Onlangs is een LCD-achtergrondverlichtingsbron van het feedbacktype ontwikkeld die rode, groene en blauwe LED's als lichtbron en een kleurensensor en een feedbackcontroller gebruikt. Met dit soort achtergrondverlichting zijn de kleurstabiliteit en continue helderheidsstabiliteit van"0,02 bereikt, en het witpunt en de helderheid van het apparaat kunnen er ook willekeurig door worden geregeld.

Het feedback LED-achtergrondverlichtingssysteem bestaat uit vier functionele hoofdmodules, namelijk een sensor met een kleurenfilter, een feedbackcontroller, een pulsbreedtemodulatie (PWM) LED-driver en een rode, groene en blauwe lux-eonTM LED-lichtbron array-element.

De LED's die hier in de LED-lichtbron worden gebruikt, zijn luxeon-type indium gallium nitride (InGaN) blauwe lichtbuizen en groene lichtbuizen, en aluminium indium gallium fosfide (AllnGaP) rode lichtbuizen, die allemaal zeer krachtig en zeer efficiënt zijn . Afbeelding 5 is de emissiespectraallijnprestatie van deze LED-achtergrondverlichtingsbronnen en Afbeelding 6 is de typische levensduurprestatie bij een temperatuur van 85 °C. Dit soort achtergrondverlichting heeft een zeer lage dynamische weerstand en wordt aangedreven door een constante PWM-stroom, en de lichtopbrengst van de lichtbron is evenredig met de pulsbreedte van de PWM. Deze lichtbron heeft de voordelen van een breed kleurengamma, instelbare kleurkwaliteit en milieubescherming.

De hier gebruikte sensor is samengesteld uit drie fotodiodes met in één element een kleurfilterlaag gemonteerd en een printplaat met onderlinge impedantieversterking. De kleurfilterlaag van de sensor heeft een geschatte waarde van CIE193lXyzCMF's. Met deze sensor kan de uitgangsspanning voor het meten van het stralingsvermogen worden verkregen. Voordat de verkregen spanning naar de controller wordt gevoerd, wordt de spanning gemiddeld door het systeem.

Deze driver is een schakelende voeding die de ingangsspanning kan verhogen en verlagen. Het is samengesteld uit een schakelende spanning-stroomversterker en noodzakelijke circuits, die de 600 Hz hoogfrequente PWM die in LCD-systemen wordt gebruikt, kunnen voorbewerken. Om geen overmatige elektromagnetische interferentie, vermogensverlies en hogere kosten te veroorzaken, is er geen feedbacklus op deze drive.

De feedbackcontroller bestaat uit drie delen, namelijk de kleurcontroller, de duty-factorcontroller en de lichtintensiteitscontroller. De kleurcontroller heeft een gevoelige geïntegreerde array om de outputfout van de sensor te compenseren, waardoor de outputchromaticiteit constant blijft. De kern van de lichtintensiteitsregelaar is een gevoelige matrix, die de functie heeft om de sensoruitgang om te zetten in de LED-stroomfactor, en de relatie tussen de helderheid en temperatuur van de uitgang en de kleurkwaliteit te allen tijde constant te houden. Dit kan worden gemeten vanaf Instappen.

Met behulp van de LED-achtergrondverlichting van het feedbacktype kan het LED-apparaat een kleurafwijking van"0.003A△u'v" in het temperatuurbereik van 25℃～70℃, en kan een acceptabele kleurstabiliteit verkrijgen: bij het verwerken van het optische feedbacksignaal Op dit moment is er geen grote voorverwerkingskracht nodig. Bovendien heeft dit, zoals hierboven vermeld, de voordelen van kleurengamma en milieubescherming.

Als rode, groene en blauwe LED's met hoge helderheid worden gebruikt in het LCD-achtergrondverlichtingssysteem, is een apparaat voor het mengen van kleuren nodig om kleuren te mengen voordat het licht van de lichtbron het LCD-paneel bereikt. In een traditionele LCD-achtergrondverlichting wordt kleurmenging uitgevoerd in een lichtgeleider die de structuur (witte coating of microlens) onafhankelijk van de optische as extraheert. Om het hele weergavegebied te verlichten, is het noodzakelijk om twee lichtgeleiderplaten te gebruiken, waardoor de achtergrondverlichtingsbron zwaar en dik wordt, en ook de nadelen van de helderheid en kleurkwaliteit van de lichtgeleiderplaat die moeilijk te evenaren is.

Om bovenstaande tekortkomingen te verhelpen heeft Nederland onlangs een nieuwe LED-achtergrondverlichting ontwikkeld, die een aparte lichtgeleidingsplaat in gemengde kleuren combineert met een traditionele lichtpompende lichtgeleidingsplaat.

De achtergrondverlichting bestaat uit een LED-lichtbron ①, eerste elliptische spiegel ②, lichtgeleiderplaat met gemengde kleuren ③, tweede elliptische spiegel ④, reflecterende film ⑤, hoofdlichtgeleiderplaat ⑥, kalibratie- en polarisatiecontrolefilm ⑦, frame ⑧ en koellichaam . Deze onderdelen worden weergegeven door de bovenstaande nummers in de figuren 7 en 8.

Tijdens het werken wordt het door de LED-lichtbron ① uitgestraalde licht door de eerste ellips ② op 90° gereflecteerd en gekoppeld aan de meerkleurige lichtgeleidingsplaat ③. Het licht wordt gemengd in het overeenkomstige witte licht door de lichtgeleiderplaat met gemengde kleuren en vervolgens gekoppeld in de tweede ellips ④ voor 90° ° Gereflecteerd in de hoofdlichtgeleider ⑥. De hoofdlichtgeleiderplaat heeft een patroon van schermpixels, dat is geoptimaliseerd voor de lichtverdeling van de LED-lichtbron. Het licht van de tweede elliptische spiegel wordt via de hoofdlichtgeleidingsplaat naar het LCD-paneel geleid.

Om de kleuruniformiteit verder te verbeteren, is er ook een microprisma aangebracht aan de lichtingangszijde van de hoofdlichtgeleidingsplaat, die dient om de hoekverdeling van het licht te vergroten, waardoor de menging van lichtkleuren wordt verbeterd.

Op het elliptische spiegeloppervlak wordt een hoogreflecterende aluminiumfilm gemaakt en lijnen met een hoog reflectievermogen worden gebruikt om de reflectiviteit te vergroten. De elliptische spiegel zorgt ervoor dat de optische as die wordt uitgezonden door de LED 90° draait ten opzichte van het lichtgeleidingsvlak, waardoor de structuur van de achtergrondverlichtingsbron compacter wordt.

De lichtgeleiderplaat gecombineerde type LED-achtergrondverlichting in dit artikel heeft een diagonaal van 38 cm, heeft 34 LuxeomTM LED's, een buisafstand van 9 mm en een aandrijfvermogen van 45W. Met behulp van deze LED-achtergrondverlichting is een piekhelderheid van 4300cd/m2 bereikt.

De nieuwe lichtgeleiderplaat in combinatie met LED-achtergrondverlichting heeft de volgende voordelen:

●Lichtgewicht, dunne dikte, sterk en duurzaam;

●Compatibel met de bestaande achtergrondverlichtingstechnologie en het fabricagemechanisme;

●Het kan worden gecombineerd met verschillende lichtgeleidingsplaten, zelfs flatscreens met geprefabriceerde pixelpatronen en wigvormige lichtgeleidingsplaten met micro-face lensstructuur;

●Het toepasselijke scherm heeft een groot formaatbereik (25,4 cm-5 lcm), maar de pitch van de LED en de lengte van de lichtgeleiderplaat kunnen ongewijzigd blijven;

●De uitgangslichtstroom van elke LED kan gestaag worden verhoogd, zodat een bepaalde helderheid kan worden bereikt zonder het aantal LED's te vergroten en de LED-pitch te verminderen;

●De kleurmengprestaties kunnen eenvoudig worden verbeterd door de lengte van de lichtgeleiderplaat te verlengen.

De LED-achtergrondverlichting is een edge-light-achtergrondverlichting. Als achtergrondverlichting met randverlichting heeft het de volgende drie kenmerken:

●Het lichtemitterende oppervlak kan 360 ° langs zijn optische as uitstralen;

●Een groter gebied kan worden afgedekt met een dunnere lens;

●Kan kleuren mengen met een eenvoudige structuur.

De vorige achtergrondverlichting voor edge-lit LCD heeft de volgende nadelen:

●Omdat de lichtgeleiderplaat is gemaakt van acryl, zal het gewicht en de kosten toenemen bij gebruik in grote lcd-tv's (lcd-tv);

●Onderdruk en absorbeer ultraviolette stralen;

●Bij gebruik voor kleurenweergave is het moeilijk om krachtige rode, groene en blauwe LED's in de directe achtergrondverlichting te gebruiken.

Om de bovenstaande problemen op te lossen en de prestaties van de LED-achtergrondverlichting te verbeteren. De Verenigde Staten hebben samengewerkt met Japan, Nederland en Maleisië om een ​​nieuwe, zeer heldere, direct edge-lit LCD-TV LED-achtergrondverlichting te ontwikkelen. Bij dit soort achtergrondverlichting wordt niet de lichtgeleiderplaat gebruikt, maar wordt in plaats daarvan een LED-array in de holte achter het LCD-paneel geplaatst. Met dit soort LED-achtergrondverlichting is het mogelijk om de uniformiteit van helderheid en kleur beter te regelen met behoud van een goede lichtefficiëntie.

De directe LED-achtergrondverlichting met hoge helderheid bestaat uit de volgende onderdelen:

(1) Twee lineaire arrays bestaande uit 48 LED's gemonteerd op een printplaat met metalen kern;

(2) De metalen doos die is uitgerust met de bovengenoemde LED-array is gecoat met een diffuse reflectiefilm op het binnenoppervlak van de doos. Door het niet-lichtgevende oppervlak van de LED achter de film te verplaatsen, kan de reabsorptie van licht worden verminderd en een hoge lichtefficiëntie worden bereikt;

(3) De commutator die zich boven de LED-array bevindt, zijn functie is om te voorkomen dat de LED afwijkt van het aslicht op het pad naar het scherm. De commutator kan heel klein worden gemaakt, zoals 6 mm, om te voorkomen dat de afscherming het LCD-scherm aantast, omdat dit effect de helderheid van het LCD-scherm beïnvloedt. Omdat de grootte van de commutator verschilt, heeft deze een effect van 6% tot 40% op het licht dat door de LED wordt uitgestraald. Tegelijkertijd, als de commutator klein wordt gemaakt, kan de LED-array in een gewone en beknopte holte worden geplaatst. Zolang de commutator is afgesteld, kunnen de vereiste hoge helderheidskarakteristieken worden verkregen;

(4) Breng een diffuse emissiefilm aan op het binnenoppervlak van de bovengenoemde metalen doos, die een reflectiviteit van 30% tot 40% kan bereiken;

(5) De helderheidsverhogende film die zich tussen de LCD's bevindt, wordt gebruikt om de helderheid van het scherm te verhogen;

(6) De Lambertiaanse reflectieholte achter het LCD-paneel heeft een gespiegelde zijwand. 80% van het door de LED-array uitgestraalde licht bevindt zich binnen ± 20° loodrecht op de optische as en wordt geïnjecteerd in de reflecterende holte met een azimut van 360°. Wanneer het licht effectief het gat voor de achtergrondverlichting binnenkomt, wordt het vrije pad gemaximaliseerd en wanneer een geschikte LED-pitch wordt aangenomen, kan een goede kleurmenging worden bereikt in alle richtingen direct boven de LED-array. Er is slechts ongeveer 5% van het licht direct boven de LED naar het schermgebied. Om het effect van de kleur direct boven de LED te minimaliseren, wordt de commutator gebruikt om het licht om te leiden en terug te keren naar de LED en Lambertiaanse holte, zodat de gemiddelde slag van dit deel van het licht toeneemt, waardoor extra kleurmenging wordt gegenereerd, het verminderen van de kleur direct boven de LED Het kleureffect.

De directe LED-achtergrondverlichting met hoge helderheid, ontwikkeld door de Verenigde Staten, Japan, Nederland en Maleisië, wordt gebruikt voor lcd-tv's met een schermdiagonaal van 56 cm en heeft een afmeting van 503 mm x 282 mm. Het heeft twee randlichtarrays bestaande uit 48 LED's, de afstand tussen de twee arrays is 150 mm en de afstand tussen de LED's is 9 mm. Van de gebruikte leds bedraagt ​​de totale lichtstroom van 24 rode leds 1039 lm, de totale lichtstroom van 48 groene leds 2436 lm en de totale lichtstroom van 24 blauwe leds 109 lm. De aandrijfstroom van alle LED's is 350mA. Wanneer de witpuntkleurtemperatuur bij kamertemperatuur 9000K is, is de lichtefficiëntie 33,2 lm/W. Wanneer de helderheidsverhogende film niet wordt gebruikt, kan de achtergrondverlichting een hoge helderheid bereiken van meer dan 5000 cd/m2: als de helderheidsverhogende film wordt gebruikt, kan de helderheid van 10000 cd/m2 worden bereikt. Wanneer deze LED backlight gebruikt wordt in een LCD-TV met een LCD paneel transmissie van 5%, kan deze een helderheid hebben van 500cd/m2. De prestaties van dit soort achtergrondverlichting en LCD-TV's die dit soort achtergrondverlichting gebruiken, worden weergegeven in Tabel 1.

De snelle ontwikkeling van de LCD-TV-markt heeft het onderzoek en de ontwikkeling van LCD-achtergrondverlichting enorm gestimuleerd. Omdat de LED-achtergrondverlichting voor LCD de voordelen heeft van levensduur, kleurengamma, modulatiesnelheid en andere prestaties en milieubescherming, is het een populaire nieuwe generatie LCD-achtergrondverlichting geworden, die zich momenteel krachtig ontwikkelt. De ontwikkelingsrichting van LED-achtergrondverlichting is lager stroomverbruik en lagere kosten, hogere lichtintensiteit, langere levensduur, helderder, dunner en lichter. Met de vooruitgang van micromechanica, micro-elektronica en materiaaltechnologie, zullen er meer nieuwe LED-achtergrondverlichting voor LCD's zijn in de bovengenoemde ontwikkelingsrichting.

TFT (Thin Film Transistor) LCD, of dunne film veldeffecttransistor LCD, is een van de actieve matrix-type liquid crystal displays (AM-LCD).

Anders dan de TN-technologie, gebruikt het TFT-scherm een ​​GG-quot;back-through" verlichtingsmethode - het denkbeeldige lichtbronpad is niet van boven naar beneden zoals TN vloeibaar kristal, maar van onder naar boven. Deze methode is om een ​​speciale lichtpijp op de achterkant van het vloeibare kristal te installeren en de lichtbron zal bij bestraling naar boven door de onderste polarisator doordringen. Aangezien de bovenste en onderste tussenlaagelektroden worden veranderd in FET-elektroden en gewone elektroden, zullen de prestaties van de vloeibaar-kristalmoleculen ook veranderen wanneer de FET-elektroden worden ingeschakeld. Het doel van weergave kan worden bereikt door lichtafscherming en lichttransmissie, en de responstijd wordt aanzienlijk verhoogd tot ongeveer 80 ms. Omdat het een hogere contrastverhouding en rijkere kleuren heeft dan TN-LCD, is de schermupdatefrequentie ook sneller, dus TFT is algemeen bekend als"true colour".

In vergelijking met DSTN is het belangrijkste kenmerk van TFT-LCD het configureren van een halfgeleiderschakelapparaat voor elke pixel. Omdat elke pixel direct kan worden bestuurd door puntpulsen. Daarom is elk knooppunt relatief onafhankelijk en kan het continu worden bestuurd. Deze ontwerpmethode verbetert niet alleen de reactiesnelheid van het scherm, maar kan ook het grijsniveau van het scherm nauwkeurig regelen, daarom is de TFT-kleur realistischer dan DSTN.

Momenteel gebruiken de meeste fabrikanten van notebookcomputers TFT-LCD in hun producten. Vroege TFT-LCD's werden voornamelijk gebruikt bij de vervaardiging van notebooks. Hoewel TFT destijds om technische redenen grote voordelen had ten opzichte van DSTN, had TFT-LCD nog steeds een grote kloof met traditionele CRT-schermen in responstijd, helderheid en kijkhoek. Bovendien heeft het extreem lage rendement geleid tot de hoge prijs, waardoor de desktop TFT-LCD een onbereikbare knaller is.

Met de voortdurende ontwikkeling van technologie, de voortdurende verbetering van de opbrengst en de opkomst van enkele nieuwe technologieën, hebben TFT-LCD's echter grote vooruitgang geboekt op het gebied van responstijd, contrast, helderheid en kijkhoeken, waardoor ze dichter bij de traditionele De kloof van CRT-monitoren. Tegenwoordig is de responstijd van de meeste reguliere LCD-monitoren verbeterd tot minder dan 50 ms, wat de weg heeft vrijgemaakt voor LCD om mainstream te worden.