LCD-дисплеи со светодиодной подсветкой.

LCD-дисплеи со светодиодной подсветкой.

На рис. 1 показана конструк­ция цветного LCD-дисплея со светодиодной подсветкой. Дисбаланс яркости светодиодов разных цветов можно скомпенсировать подборам числа светодиодов каждого цвета в массиве или регулировкой тока по каждому цвету.

 Рис. 1

 Рис. 2                                                                                       

 Для получения равномерного распределения света от точечных ис­точников с малыми оптическими по­терями используются рассеиватели 1 и 2 (на рис. 1), которые выполнены на основе линз Френеля и позволяют при очень малой толщине конструкции управлять подмассивами светодиодов обычными токовыми транзисторными ключами. Сигналы управления токовыми клю­чами формируются на основе сигналов субкадровой развертки частотой 180 Гц (рис. 2). На рис. 3 по­казаны временные соотношения для фаз последовательной цветовой моду­ляции.

Рис. 3

 На рис. 4 показана структура управления ЖК-дисплеем с последо­вательной цветовой модуляцией. Этот ме­тод подсветки пока имеет серьезный недостаток – фликкер (глаз за­мечает мерцание яркости, возникающее в процессе развертки и импульсной подсветки). Фликкер можно уменьшить, повышая частоту субкадровой развертки, однако для этого необходимо обеспечивать и большее быстродействие ЖК-ячеек. Решение этой проблемы существенно усложняет и удорожает стоимость дисплея. И все это из-за того, что фазы протекают последовательно во времени, а самая важная для нашего зрения фаза, в течение которой и производится полезная модуляция по цвету и яркости, занимает слишком малую долю времени.

Поэтому решили увеличить полезное время модуляции за счет совмещения прохождения фаз по времени. Для этого экран разбили на секторы (сектор – это несколько строк) и сделали источник подсвета по секторам экрана с возмож­ностью раздельного включения и выключения секторов-линеек. Теперь можно, не дожидаясь, пока закончит­ся полная загрузка кадра, произво­дить посекторное включение той части экрана, для которой процесс релаксации ЖК-ячеек уже завершился. Таким образом создается «волна» подс­вета, бегущая следом за загрузкой (разверткой) данных изображения по кадру (на рис. 5 показана структура этого варианта динамической светодиодной подсветки LCD-дисплея).

Рис. 4        

 Так как время релаксации, загрузки данных, скорость развертки, а также порядок выбора цветов известны, то процесс синхронизация включения цвет­ных секций вдоль направления развертки не представляет проблемы (на рис. 6 показаны фазы конвейерной системы развертки с секторной подсветкой).

Конвейерный ме­тод управления подсветкой дает воз­можность в течение одного кадра последовательно включать источники подсвета всех трех цветов для разных блоков строк, а это дает еще одну воз­можность уменьшения паразитного фликкера, на этот раз связанного с модуляцией но одному цвету в тече­ние одного кадра (поэтому можно обеспечить более однородную по времени под­светку и уменьшить дрожжание яркос­ти и цвета).

Однако первой на промышленный уровень использования технологий светодиодной подсветки в LCD-мониторах вышла обычная светодиодная подсветка. Фирмы Lumileds Lighting и Mitsubishi Electric Corporation производят линейки мониторов с обычной светодиодной подсвет­кой. Модули светодиодной подсветки по своей новой технологии (Luxeon) производит фирма Lumileds. Собирает и реализует мониторы фирма Mitsubishi. Яркость мо­дулей светодиодной подсветки Luxeon не уступает яркости люминесце­нтных ламп с холодным катодом,  долговечность светодиодов значительно выше. Технология Luxeon обеспечивает и бо­лее широкую цветовую гамму и насыщенность цвета LCD-монитора. Это достигается за счет более эффективного согласования спектральных характе­ристик цветных фильтров и спектров излучения цветных светодиодов, а также благодаря уникальной конструкции модуля подсветки.

Рис. 5                                                      

 Рис. 6. Фазы конвейерной системы развертки с секторной подсветкой

 Особенность конструкции модуля подсветки — в применении прямого метода подсветки. Две линейки светодиодов по 48 шт. располагаются не в торце модуля подсветки, а прямо под ЖК-панелъ; пластиковый све­товод не используется. Вместо него применяется полая коробка с отражающими стенками. За счет этого снижаются потери светового потока в модуле подсветки. Равномерная яркость и цветовое смешение достигаются благодаря патентованной конструкции светорассеивающих линз светодиодов. Спе­циальная форма линзы обеспечивает распространение светового потока от кристалла светодиода в горизон­тальной плоскости. Пространство над светодиодами блокируется специальным диф­фузным фильтром. За счет многок­ратного прохождения и отражения от боковых стенок «коробки» модуля обеспечивается равномерное переме­шивание цветов и достигается равно­мерность яркости подсветки.

LCD-мониторы  с светодиодной подсветкой в первую очередь востребованы для приме­нения в мультимедийных, меди­цинских и торговых терминалах

Рис. 7.

Пример типовой схемы включения драйвера семейства STP (STP24DP05). Так же, как и все драйверы семейства STP, STP24DP05 выполнен на основе сдвигового регистра, интерфейс которого, как известно, совместим с популярным протоколом SPI (рис.7). Это означает, что несколько ИС STP24DP05 можно включить каскадно для управления требуемым числом пикселей. Важно обратить внимание, что, помимо линий последовательного интерфейса, управляющий контроллер связан с ИС еще рядом линий. Линия DG позволяет ввести небольшую задержку (20 нс) для разнесения по времени моментов активизации каждой из восьми RGB-групп светодиодов. Это позволяет снизить пусковой ток и использовать блокировочные конденсаторы меньшей емкости. Еще две линии, TF и EF, могут использоваться для сигнализации контроллеру о перегреве ИС и неисправностях в цепях подключения светодиодов, соответственно. При необходимости передачи данных для каждого из портов в определенной последовательности (BGR, RGB или GBR) необходимо задействовать входы DF0, DF1. Для диагностики состояния выводов драйвер необходимо перевести в специальный режим на время не менее 1 мкс, после чего драйвер выведет на линию SDO код ошибки. Для входа в режим диагностики и выхода из него используется еще две линии, LE/DM и OE-R/DM, а также, при необходимости, вход DM.