¿Qué es TFT LCD y cuál es su significado? ¿Qué se debe tener en cuenta al utilizar la retroiluminación LED en la pantalla LCD?

En los dispositivos de pantalla plana (FED) actuales, los dispositivos de pantalla LCD ocupan la posición principal y la mayoría de los dispositivos LCD existentes son transmisivos. Para estos dispositivos LCD transmisivos, la luz de fondo es una parte indispensable de ellos.

En la retroiluminación de LCD, aunque actualmente dominan las lámparas fluorescentes de cátodo frío (CCFL), los LED tienen las ventajas de una amplia gama de colores, un punto blanco ajustable, una alta tasa de atenuación y una larga vida útil, por lo que recientemente se han desarrollado como un nuevo tipo de fuente de retroiluminación de LCD. bien se ha utilizado en algunos monitores LCD de escritorio y televisores LCD.

La retroiluminación LED para LCD (en lo sucesivo, retroiluminación LED) es un nuevo tipo de tecnología de retroiluminación con muchos tipos, pero no se ha utilizado ampliamente en dispositivos LCD porque todavía hay problemas técnicos o de costos por resolver. Para algunas fuentes de retroiluminación LED más prácticas, este artículo las presentará en los siguientes párrafos.

Mejorar la eficiencia de la luz, aumentando así la relación entre la luz de salida de la pantalla y la luz de salida de la fuente de luz, es una forma importante de mejorar la luz de fondo de la pantalla LCD. La retroiluminación LCD de iluminación estática es uno de ellos. El principio principal es que cada subpíxel de la pantalla LCD está iluminado solo por su elemento de color correspondiente (Figura 1), eliminando así la necesidad de filtros de color y mejorando la eficiencia de la luz. .

En una pantalla LCD con retroiluminación de iluminación estática, se instala una matriz de microlentes debajo de la capa de píxeles, y cada píxel corresponde a una microlente. El sistema de iluminación de la fuente de luz de fondo que se utiliza aquí son los tres colores primarios que miran directamente a la fuente de luz de fondo, y la fuente de luz de cada color se representa en el subpíxel correspondiente, y el pozo se proyecta en la pantalla a través de una lente de proyección.

Para obtener suficiente brillo en la pantalla y mejorar la uniformidad de la pantalla: En este dispositivo LCD, se utiliza un elemento de refracción de luz y una placa de guía de luz en forma de cuña con reflector interno total (TIR), y la placa de guía de luz tiene una capa de refracción adecuada.

La luz de fondo de la iluminación estática generalmente usa tres CCFL, rojo, verde y azul. La pantalla LCD de retroiluminación estática desarrollada recientemente utiliza LED como fuente de retroiluminación.

En un dispositivo LCD con retroiluminación estática, la salida del ángulo de distribución de luz por el tubo de luz de cuña TIR es de 70 ° -90 °. El uso de este tipo de retroiluminación elimina la pérdida de luz provocada por el filtro de color (se omite el filtro de color), y la transmitancia del dispositivo alcanza tres veces la del LCD tradicional. Al mismo tiempo, esta luz de fondo puede simplificar la estructura del dispositivo y reducir el consumo de energía.

Para reducir aún más la pérdida de luz de la fuente de luz y mejorar el ángulo de distribución de luz para eliminar la contaminación ambiental causada por el uso de mercurio, el reemplazo de CCFL con LED como fuente de luz de fondo del dispositivo se ha convertido en la tendencia de desarrollo de estática. iluminación de fondo LCD. En la actualidad, la retroiluminación LED de iluminación estática se ha utilizado con éxito en dispositivos LCD con una resolución XGA de 33 cm en diagonal. Debido a que el consumo de energía de este dispositivo se reduce en gran medida, es muy adecuado para aplicaciones de alto brillo.

El uso de LED rojos, verdes y azules como fuentes de luz de fondo de la pantalla LCD puede lograr una excelente calidad de color, reducir el consumo de energía y evitar la contaminación ambiental causada por el uso de mercurio. Es necesario controlar la temperatura de color de la luz blanca para lograr una vida suficientemente larga.

Recientemente, se ha desarrollado una fuente de retroiluminación LCD de tipo retroalimentación que utiliza LED rojos, verdes y azules como fuente de luz y un sensor de color y un controlador de retroalimentación. Con este tipo de luz de fondo, se ha logrado la estabilidad del color y la estabilidad del brillo continuo de" 0.02, y el punto blanco y el brillo del dispositivo también se pueden controlar arbitrariamente.

El sistema de retroiluminación LED de retroalimentación se compone de cuatro módulos funcionales principales, que son un sensor con un filtro de color, un controlador de retroalimentación, un controlador LED de modulación de ancho de pulso (PWM) y una fuente de luz LED lux-eonTM roja, verde y azul. elemento de matriz.

Los LED utilizados en la fuente de luz LED aquí son tubos de luz azul de nitruro de galio indio (InGaN) tipo luxeon y tubos de luz verde, y tubos de luz roja de fosfuro de galio indio y aluminio (AllnGaP), todos los cuales son de alta potencia y alta eficiencia . La Figura 5 es el rendimiento de la línea espectral de emisión de estas fuentes de retroiluminación LED, y la Figura 6 es el rendimiento típico de por vida cuando la temperatura es de 85 ° C. Este tipo de luz de fondo tiene una resistencia dinámica muy baja y es impulsada por una corriente constante PWM, y la salida de luz de la fuente de luz es proporcional al ancho de pulso del PWM. Esta fuente de luz tiene las ventajas de una amplia gama de colores, cromaticidad ajustable y protección del medio ambiente.

El sensor utilizado aquí está compuesto por tres fotodiodos con una capa de filtro de color montada en un elemento y una placa de circuito impreso con amplificación de impedancia mutua. La capa de filtro de color del sensor tiene un valor aproximado de CIE193lXyzCMFs. Con este sensor se puede obtener la tensión de salida para medir la potencia radiante. Antes de alimentar el voltaje adquirido al controlador, el sistema promedia el voltaje.

Este controlador es una fuente de alimentación conmutada que puede subir y bajar el voltaje de entrada. Está compuesto por un amplificador de voltaje-corriente de conmutación y los circuitos necesarios, que pueden preprocesar el PWM de alta frecuencia de 600Hz utilizado en los sistemas LCD. Para no causar una interferencia electromagnética excesiva, pérdida de energía y aumentar los costos, este variador no tiene un circuito de retroalimentación.

El controlador de retroalimentación se compone de tres partes, a saber, el controlador de color, el controlador del factor de trabajo y el controlador de intensidad de la luz. El controlador de color tiene una matriz integrada sensible para compensar el error de salida del sensor, manteniendo constante la cromaticidad de salida. El núcleo del controlador de intensidad de luz es una matriz sensible, que tiene la función de convertir la salida del sensor al factor de trabajo de corriente del LED, y mantiene la relación entre el brillo y la temperatura de salida y la cromaticidad constante en todo momento. Esto se puede medir desde Get in.

Usando la retroiluminación LED de tipo retroalimentación, el dispositivo LED puede lograr una desviación de color de" 0.003A △ u' v" en el rango de temperatura de 25 ℃ ～ 70 ℃, y puede obtener una estabilidad de color aceptable: al procesar la señal de retroalimentación óptica En este momento, no hay necesidad de una gran potencia de preprocesamiento. Además, como se mencionó anteriormente, esto tiene los beneficios de la gama de colores y la protección del medio ambiente.

Si se utilizan LED rojos, verdes y azules de alto brillo en el sistema de retroiluminación de la pantalla LCD, se necesita un dispositivo de mezcla de colores para mezclar los colores antes de que la luz de la fuente de luz llegue al panel LCD. En una retroiluminación LCD tradicional, la mezcla de colores se realiza en una guía de luz que extrae la estructura (recubrimiento blanco o microlente) independiente del eje óptico. Para iluminar toda el área de visualización, es necesario utilizar dos placas de guía de luz, lo que hará que la fuente de luz de fondo sea pesada y gruesa, y también producirá las desventajas del brillo y la cromaticidad de la placa de guía de luz es difícil de igualar.

Para superar las deficiencias anteriores, los Países Bajos han desarrollado recientemente una nueva luz de fondo LED, que combina una placa guía de luz de colores mezclados separada con una placa guía de luz de bombeo de luz tradicional.

La luz de fondo se compone de una fuente de luz LED ①, primer espejo elíptico ②, placa guía de luz de colores mezclados ③, segundo espejo elíptico ④, película reflectante ⑤, placa guía de luz principal ⑥, película de control de calibración y polarización ⑦, marco ⑧ y disipador de calor ⑨ . Estas partes están representadas por los números anteriores en las Figuras 7 y 8.

Durante el funcionamiento, la luz emitida por la fuente de luz LED ① se refleja en la primera elipse ② a 90 ° y se acopla a la placa de guía de luz de colores mezclados ③. La luz se mezcla con la luz blanca correspondiente mediante la placa de guía de luz de colores mezclados y luego se acopla a la segunda elipse ④ para 90 ° ° Reflejada en la guía de luz principal ⑥. La placa de guía de luz principal tiene un patrón de píxeles de pantalla, que está optimizado para la distribución de luz de la fuente de luz LED. La luz del segundo espejo elíptico se dirige hacia el panel LCD a través de la placa guía de luz principal.

Para mejorar aún más la uniformidad del color, también se equipa un microprisma en el lado de entrada de luz de la placa guía de luz principal, que funciona para aumentar la distribución angular de la luz, mejorando así la mezcla de colores claros.

Se hace una película de aluminio de alta reflectividad en la superficie del espejo elíptico y se utilizan líneas de alta reflectividad para aumentar la reflectividad. El espejo elíptico hace que el eje óptico emitido por el LED gire 90 ° con respecto al plano de guía de luz, lo que hace que la estructura de la fuente de luz de fondo sea más compacta.

La placa de guía de luz con retroiluminación LED de tipo combinado en este artículo tiene una diagonal de 38 cm, tiene 34 LED LuxeomTM, un paso de tubo de 9 mm y una potencia de conducción de 45 W. Con esta retroiluminación LED, se ha logrado un brillo máximo de 4300 cd / m2.

La nueva placa de guía de luz combinada con retroiluminación LED tiene las siguientes ventajas:

● Peso ligero, grosor fino, fuerte y duradero;

● Compatible con la tecnología de retroiluminación y el mecanismo de fabricación existentes;

● Puede combinarse con varias placas de guía de luz, incluso pantallas planas con patrones de píxeles prefabricados y placas de guía de luz en forma de cuña con estructura de lente de micro-caras;

● La pantalla aplicable tiene un rango de tamaño grande (25,4 cm-5 lcm), pero el paso del LED y la longitud de la placa de guía de luz pueden permanecer sin cambios;

● El flujo de luz de salida de cada LED se puede aumentar de manera constante, de modo que se puede lograr un brillo determinado sin aumentar el número de LED y reducir el tono del LED;

● El rendimiento de la mezcla de colores se puede mejorar fácilmente alargando la longitud de la placa de guía de luz.

La luz de fondo LED es una luz de fondo de borde. Como luz de fondo de luz de borde, tiene las siguientes tres características:

● La superficie emisora ​​de luz puede emitir 360 ° a lo largo de su eje óptico;

● Se puede cubrir un área más grande con una lente más delgada;

● Puede mezclar colores con una estructura simple.

La retroiluminación anterior para LCD con iluminación de borde tiene las siguientes desventajas:

● Debido a que la placa de guía de luz está hecha de acrílico, aumentará el peso y aumentará el costo cuando se usa en televisores LCD de gran tamaño (LCD-TV);

● Suprimir y absorber los rayos ultravioleta;

● Cuando se utiliza para visualización en color, es difícil utilizar LED rojos, verdes y azules de alta potencia en la luz de fondo directa.

Para resolver los problemas anteriores y mejorar el rendimiento de la retroiluminación LED. Estados Unidos ha cooperado con Japón, los Países Bajos y Malasia para desarrollar una novedosa retroiluminación LED de TV LCD con iluminación de borde directa de alto brillo. En este tipo de luz de fondo, no se usa la placa de guía de luz, sino que se coloca una matriz de LED en la cavidad detrás del panel LCD. Con este tipo de retroiluminación LED, es posible controlar mejor la uniformidad del brillo y el color mientras se mantiene una buena eficiencia lumínica.

La retroiluminación LED directa de alto brillo se compone de las siguientes partes:

(1) Dos matrices lineales compuestas por 48 LED montados en una placa de circuito impreso de núcleo metálico;

(2) La caja de metal equipada con la matriz de LED antes mencionada está recubierta con una película de reflexión difusa en la superficie interior de la caja. Mover la superficie no luminosa del LED detrás de la película puede reducir la reabsorción de luz y lograr una alta eficiencia lumínica;

(3) El conmutador ubicado sobre la matriz de LED, su función es evitar que el LED se desvíe de la luz del eje en el camino hacia la pantalla. El conmutador se puede hacer muy pequeño, como 6 mm, para evitar que el blindaje afecte la pantalla LCD, ya que este efecto afectará el brillo de la LCD. Dado que el tamaño del conmutador es diferente, tiene un efecto del 6% al 40% en la luz emitida por el LED. Al mismo tiempo, si el conmutador se hace pequeño, la matriz de LED se puede colocar en una cavidad ordinaria y concisa. Siempre que se ajuste el conmutador, se pueden obtener las características de alto brillo requeridas;

(4) Recubra una película de emisión difusa en la superficie interior de la caja de metal mencionada anteriormente, que puede lograr una reflectividad del 30% al 40%;

(5) La película de mejora de brillo ubicada entre las pantallas LCD se utiliza para aumentar el brillo de la pantalla;

(6) La cavidad reflectante lambertiana detrás del panel LCD tiene una pared lateral espejada. El 80% de la luz emitida por la matriz de LED está dentro de ± 20 ° perpendicular al eje óptico y se inyecta en la cavidad reflectante en un acimut de 360 ​​°. Cuando la luz entra en el orificio de la luz de fondo de manera efectiva, su camino libre se maximiza y cuando se adopta un tono de LED apropiado, se puede lograr una buena mezcla de colores en todas las direcciones inmediatamente por encima de la matriz de LED. Solo hay alrededor del 5% de la luz directamente sobre el LED hacia el área de la pantalla. Con el fin de minimizar el efecto del color directamente sobre el LED, el conmutador se utiliza para redirigir la luz y regresar al LED y la cavidad lambertiana, de modo que el trazo promedio de esta parte de la luz aumenta, generando así una mezcla de color adicional. reduciendo el color directamente sobre el LED El efecto de color.

La retroiluminación LED directa de alto brillo desarrollada por los Estados Unidos, Japón, Holanda y Malasia se utiliza para televisores LCD con una pantalla de 56 cm en diagonal y su tamaño es de 503 mm × 282 mm. Tiene dos matrices de luces de borde compuestas por 48 LED, la distancia entre las dos matrices es de 150 mm y la distancia entre los LED es de 9 mm. Entre los LED utilizados, el flujo luminoso total de 24 LED rojos es 1039lm, el flujo luminoso total de 48 LED verdes es 2436lm y el flujo luminoso total de 24 LED azules es 109lm. La corriente de excitación de todos los LED es de 350 mA. Cuando la temperatura de color del punto blanco a temperatura ambiente es de 9000 K, la eficiencia lumínica es de 33,2 lm / W. Cuando no se usa la película de mejora de brillo, la luz de fondo puede alcanzar un brillo alto por encima de 5000 cd / m2: si se usa la película de mejora de brillo, se puede lograr un brillo de 10000 cd / m2. Cuando esta retroiluminación LED se utiliza en un televisor LCD con una transmitancia del panel LCD del 5%, este último puede tener un brillo de 500 cd / m2. El rendimiento de este tipo de retroiluminación y de televisores LCD que adoptan este tipo de retroiluminación se muestra en la Tabla 1.

El rápido desarrollo del mercado de televisores LCD ha estimulado enormemente la investigación y el desarrollo de retroiluminación LCD. Debido a que la retroiluminación LED para LCD tiene las ventajas de la vida útil, la gama de colores, la tasa de modulación y otro rendimiento y protección del medio ambiente, se ha convertido en una nueva generación popular de retroiluminación de LCD, que actualmente se está desarrollando vigorosamente. La dirección de desarrollo de la retroiluminación LED es menor consumo de energía y costo, mayor intensidad de luz, mayor duración, más brillante, más delgada y más liviana. Con el avance de la micromecánica, la microelectrónica y la tecnología de materiales, habrá más luces de fondo LED nuevas para LCD en la dirección de desarrollo anterior.

TFT (Thin Film Transistor) LCD, o LCD de transistor de efecto de campo de película delgada, es una de las pantallas de cristal líquido de tipo matriz activa (AM-LCD).

A diferencia de la tecnología TN, la pantalla TFT adopta un" back-through" Método de iluminación: la trayectoria de la fuente de luz imaginaria no es de arriba hacia abajo como el cristal líquido TN, sino de abajo hacia arriba. Este método consiste en instalar un tubo de luz especial en la parte posterior del cristal líquido, y la fuente de luz penetrará hacia arriba a través del polarizador inferior cuando se irradie. Dado que los electrodos de la capa intermedia superior e inferior se cambian a electrodos FET y electrodos comunes, cuando se encienden los electrodos FET, el rendimiento de las moléculas de cristal líquido también cambiará. El propósito de la visualización se puede lograr mediante el blindaje de la luz y la transmisión de la luz, y el tiempo de respuesta aumenta considerablemente a aproximadamente 80 ms. Debido a que tiene una relación de contraste más alta y colores más ricos que TN-LCD, la frecuencia de actualización de la pantalla también es más rápida, por lo que TFT se conoce comúnmente como&"color verdadero GG".

En comparación con DSTN, la característica principal de TFT-LCD es configurar un dispositivo de conmutación de semiconductores para cada píxel. Porque cada píxel se puede controlar directamente mediante pulsos de puntos. Por lo tanto, cada nodo es relativamente independiente y se puede controlar de forma continua. Este método de diseño no solo mejora la velocidad de respuesta de la pantalla, sino que también puede controlar con precisión el nivel de gris de la pantalla, por lo que el color TFT es más realista que el DSTN.

En la actualidad, la mayoría de los fabricantes de ordenadores portátiles utilizan TFT-LCD en sus productos. Los primeros TFT-LCD se utilizaron principalmente en la fabricación de computadoras portátiles. Aunque TFT tenía grandes ventajas sobre DSTN en ese momento, debido a razones técnicas, TFT-LCD todavía tenía una gran brecha con las pantallas CRT tradicionales en cuanto a tiempo de respuesta, brillo y ángulo de visión. Además, el rendimiento extremadamente bajo ha llevado a su alto precio, lo que convierte a la TFT-LCD de escritorio en una maravilla inalcanzable.

Sin embargo, con el desarrollo continuo de la tecnología, la mejora continua de la tasa de rendimiento y la aparición de algunas nuevas tecnologías, los TFT-LCD han avanzado mucho en el tiempo de respuesta, el contraste, el brillo y los ángulos de visión, acercándolos a los tradicionales. La brecha de los monitores CRT. Hoy en día, el tiempo de respuesta de la mayoría de los monitores LCD convencionales se ha mejorado a menos de 50 ms, lo que ha allanado el camino para que LCD se convierta en algo común.