Как устроена подсветка ЖК-дисплея

Обновлено: 21.11.2024

Выбор системы подсветки для ЖК-дисплеев является важным фактором. Это во многом определит ваш опыт работы с дисплеем и требования во время производства. Различные варианты подсветки обеспечивают самые разные эффекты контрастности и яркости дисплея. Кроме того, в зависимости от того, какой вариант подсветки вы выберете, он повлияет на некоторые или все из следующих параметров: стоимость продукта в целом; сколько продуктов вам придется заказать из-за производственных ограничений; и насколько безвредны для окружающей среды компоненты, из которых состоит продукт.

Начнем с ЖК-дисплеев

Слово ЖК-дисплей используется для описания многих технологий отображения. Часто люди считают, что ЖК-дисплеи такие же, как ЭЛТ (электронно-лучевая трубка), светодиодный дисплей (светоизлучающий диод) или плазменный дисплей. Это не тот случай! Давайте обсудим, что такое LCD является и чем он не является.

Что такое ЖК-дисплеи?

Жидкокристаллический дисплей, ЖК, состоит из двух кусков стекла с жидкостью между слоями стекла.

Думайте о жидкокристаллическом дисплее (ЖК-дисплее) как о оконной шторке. Повернутые в одну сторону жалюзи пропускают свет, а повернутые в другую - блокируют свет. Подобно жалюзи, ЖК-экран не создает собственного света, а только блокирует или пропускает его.

Как вы знаете, вы можете отрегулировать жалюзи, чтобы изменить желаемое количество света. Полностью закрытые жалюзи полностью блокируют свет; в открытом состоянии проходит весь свет; а под углом попадает частичный свет. ЖК-дисплей работает аналогично этому, с одним существенным улучшением: ЖК-дисплей имеет возможность блокировать свет в некоторых областях и пропускать свет в других местах стекла. Примером этого является дисплей, используемый на газовом насосе. Покупатель видит числа, где свет заблокирован, и свободную область, через которую свет может проходить.

Чем не являются ЖК-дисплеи:

ЖК-дисплеи — это не ЭЛТ, не светодиоды и не плазменные дисплеи. Каждый из этих типов дисплеев излучает собственный свет и называется эмиссионными дисплеями. Эмиссионные дисплеи потребляют больше энергии, чем ЖК-дисплеи.

Эмиссивные дисплеи имеют явное преимущество в том, что их можно четко видеть ночью, в то время как ЖК-дисплеи — нет. Однако решение этой проблемы видимости при слабом освещении заключается в установке подсветки за ЖК-дисплеем. Для подсветки требуется больше энергии, чем для самого ЖК-дисплея, но ее можно включать только при необходимости. У многих продуктов, работающих от батареек, подсветка тускнеет или отключается через определенное время. Это можно увидеть на мобильных телефонах и часах. Следовательно, хотя для подсветки используется немного больше энергии, чем для автономного ЖК-дисплея, поскольку она не включена постоянно, ЖК-дисплеи с подсветкой в конечном итоге потребляют меньше энергии, чем их конкуренты с излучающими дисплеями. ЖК-дисплеи с подсветкой становятся очевидным выбором.

ЖК-экраны без подсветки

Этот вариант наиболее популярен для продуктов с низким энергопотреблением. Продукты, работающие от батареи, должны экономить электроэнергию, а подсветка с самым низким энергопотреблением должна вообще не иметь подсветки.

Прекрасным примером является Amazon Kindle. Kindle использует технологию отображения под названием «электронная бумага», которая больше похожа на печатную страницу, чем любое другое устройство на рынке в настоящее время. Эта конкретная электронная книга не имеет подсветки. Поскольку в нем отсутствует подсветка, он может работать до одного месяца без подзарядки. Представьте, вы можете взять его в круиз на Фиджи и обратно и никогда не беспокоиться о его подзарядке!

Вспоминая ваш продукт, не во всех продуктах можно обойтись без подсветки. на самом деле это может потребовать один. Если ему нужна подсветка, наиболее популярным вариантом является светодиод.

ЖК-экраны со светодиодной подсветкой

Светодиодные фонари намного прочнее и выдерживают удары гораздо лучше, чем другие типы фонарей.
Светодиоды можно затемнить.
Светодиоды работают от 3 до 32 вольт и от 20 до 150 мА (или миллиампер).
Светодиоды продолжают работать в широком диапазоне температур. От -40 C до +80 C.
Для светодиодов требуется постоянный ток, что устраняет необходимость в инверторе.

Светодиодная подсветка состоит из массива светодиодов. Они бывают разных цветов, включая красный, зеленый, желтый, янтарный, синий, белый и R/G/B (красный/зеленый/синий). Из трио R/G/B можно получить любой цвет радуги.

Большинство цветов светодиодной подсветки имеют период полураспада от 50 000 до 70 000 часов. (Помните, период полураспада — это когда свет становится вдвое ярче, чем при первом включении.Это не тот случай, когда светодиод перегорит.) Синие и белые светодиоды имеют более короткий период полураспада, чем другие цвета. В настоящее время они рассчитаны на 30 тысяч часов. Это означает, что если вы включите их сегодня и оставите включенными, через 3,4 года они будут в два раза ярче, чем сегодня! Следует учитывать, что по мере совершенствования технологий срок службы светодиодов будет увеличиваться, что также увеличит период полураспада. Ниже приведена фотография синей светодиодной подсветки.

Чтобы светодиоды отображались правильно, их размещают за ЖК-дисплеем в виде массива. Проблема заключается в том, что светодиоды, похожие на лампочку, излучают луч света, который может отображать световые пятна. Эти точки называются горячими точками. Это может быть проблемой со светодиодами, поскольку они делают дисплей похожим на горошек. Ниже фото светодиода за стеклом LCD. Эта проблема будет решена с использованием диффузора.

Для ЖК-дисплеев со светодиодной подсветкой требуется рассеиватель.

Рассеиватель похож на абажур и помещается между стеклом и светодиодами. Цель — рассеять свет или сделать его более ровным. Ниже фото диффузора. В нижней части рассеивателя вы увидите светодиоды. Здесь вы можете увидеть горячие точки. Но по мере того, как свет проходит дальше в рассеиватель, свет становится более равномерным. Рассеиватель решает проблему с горячими точками и делает светодиоды очень привлекательным вариантом.

ЖК-дисплеи с электролюминесцентной подсветкой

Один из наиболее распространенных примеров подсветки EL можно увидеть в версии технологии EL корпорации Timex под названием Indiglo.

Подсветка EL (электролюминесцентная), также известная как ELP (электролюминесцентная панель), уже несколько лет используется для подсветки ЖК-дисплеев. Они доступны в различных цветах, наиболее популярным из которых является белый. Технология EL использует цветные люминофоры для генерации света. Для них требуется переменный ток с номинальным напряжением 100 В переменного тока при частоте 400 Гц.

Технология EL имеет два основных преимущества:

Электронная подсветка очень тонкая, примерно толщиной с кредитную карту.
Подсветка EL имеет очень равномерный поток. Они обеспечивают равномерный свет по всему дисплею. Нет горячих точек и нет необходимости в диффузоре.

Оба вышеупомянутых преимущества позволяют сделать дисплей очень тонким и поместиться в небольших и ограниченных пространствах, таких как часы или дисплеи на приборной панели.

За последние три-четыре года популярность ЭЛ-подсветки снизилась. Причин такого падения популярности несколько.

Для подсветки EL требуется инвертор для преобразования постоянного тока в переменный. Стоимость инвертора увеличивает стоимость ЖК-дисплея в целом.
Период полураспада EL составляет от 3000 до 5000 часов. (Опять же, период полураспада — это когда яркость подсветки вдвое меньше, чем при первом включении.)
Дисплей создает электрические помехи. Этот шум может вызвать помехи в других схемах, находящихся в непосредственной близости.

Производителям ЖК-дисплеев теперь требуется MOQ (минимальный объем заказа) не менее 500 дисплеев для заказов, включающих электролюминесцентную подсветку. Это число MOQ, вероятно, увеличится в будущем, поскольку этот тип подсветки становится менее популярным. Кроме того, по мере падения спроса цена, естественно, будет расти.

ЖК-дисплеи с подсветкой CCFL

Флуоресцентная лампа с холодным катодом (CCFL) похожа на длинные люминесцентные лампы, которые можно увидеть на потолках офисов. Ниже представлены фотографии различных типов.

Эта технология используется уже много лет, но в последние несколько лет популярность этого типа подсветки снизилась. Есть несколько причин, почему это так.

Как и электролюминесцентная подсветка, эта технология работает от сети переменного тока.
Для подсветки CCFL требуется инвертор для преобразования постоянного тока в переменный. Стоимость инвертора увеличивает стоимость ЖК-дисплея в целом.
Для них требуется установить диффузор между трубкой CCFL и стеклом.
Дисплей создает электрические помехи. Этот шум может вызвать помехи в других схемах, находящихся в непосредственной близости.
Подсветка CCFL содержит ртуть, которая не является экологически чистой.
Они плохо переносят шок. Известно, что они разбиваются.

Большинство производителей ЖК-дисплеев больше не предлагают CCFL в качестве опции. Слишком много минусов и мало плюсов в их использовании. Поставщики, которые предлагают это, теперь требуют очень высокого MOQ (минимального количества заказа).

При выборе типа подсветки для ваших ЖК-дисплеев важно учитывать минимальный объем заказа и доступность в будущем. Убедитесь, что вы выбираете технологию с будущим, чтобы оно было и у вашего продукта!

Подсветка ЖК-дисплея

ЖК-дисплеи создают свой дисплей с манипуляцией, если видимый окружающий свет.В отсутствие этого света мы должны добавить подсветку, чтобы сделать эти ЖК-дисплеи видимыми. Есть много вариантов, которые следует учитывать при подсветке ЖК-дисплея. И снова выбор сводится к внешнему виду, стоимости и характеристикам. Каждый подход имеет свои преимущества и недостатки, и ни один метод не подходит для всех приложений. В приведенных ниже данных представлены только основные моменты каждой технологии с общими комментариями. Для наших ЖК-модулей мы интегрируем большинство этих типов подсветки в наши дисплеи. Если вы хотите добавить свою собственную подсветку в приложение LCD Glass, поставщиков подсветок можно найти на нашей странице ссылок. Эти поставщики могут предоставить каталоги и актуальную техническую информацию для использования в вашем проекте.

Вот 5 наиболее распространенных методов подсветки и информация о том, как управлять светодиодной подсветкой.

Светодиодная подсветка

Светодиодная, или светодиодная, подсветка — наиболее популярная подсветка для небольших и средних ЖК-дисплеев. Преимуществами светодиодной подсветки являются ее низкая стоимость, длительный срок службы, невосприимчивость к вибрациям, низкое рабочее напряжение и точный контроль ее интенсивности. Главный недостаток заключается в том, что он требует большей мощности, чем большинство других методов, и это серьезный недостаток, если размер ЖК-дисплея достаточно велик. Светодиодная подсветка бывает разных цветов, наиболее распространенным является желто-зеленый, а теперь белый становится экономически выгодным и очень популярным. Светодиодная подсветка обеспечивает более длительный срок службы — минимум 50 000 часов — и ярче, чем ELP. Будучи полупроводниковыми устройствами, они сконфигурированы для работы, как правило, с питанием +5 В постоянного тока (и опционально с питанием 12 В постоянного тока), поэтому им не требуется инвертор. Светодиодная подсветка имеет две основные конфигурации; Массив и края освещены. В обоих типах источником света являются светодиоды, сфокусированные в рассеивателе, который равномерно распределяет свет за областью просмотра. В конфигурации с подсветкой Array за дисплеем равномерно установлено множество светодиодов, что обеспечивает более равномерное и яркое освещение и потребляет больше энергии. В конфигурации с боковым освещением светодиоды устанавливаются на боковой (обычно верхний) сфокусированный край рассеивателя, что обеспечивает более тонкий корпус и меньшее энергопотребление.

Электролюминесцентная панель (ELP) Подсветка

Электролюминесцентная панель, или ELP, представляет собой твердотельное явление, в котором для генерации света используются цветные люминофоры, а не тепло. Подсветка EL очень тонкая, легкая и обеспечивает равномерный свет. Они доступны в различных цветах, причем белый цвет наиболее популярен для использования с ЖК-дисплеями. Хотя их энергопотребление довольно низкое, им требуется напряжение 100 В переменного тока при 400 Гц. Это обеспечивается инвертором, который преобразует входное напряжение 5, 12 или 24 В постоянного тока в выходное напряжение переменного тока. Информацию об этих инверторах можно найти в разделе «Электропитание» нашего сайта. ELP также имеют ограниченный срок службы от 3000 до 5000 часов при половинной яркости. Самым большим недостатком панели EL является то, что для нее требуется инвертор для выработки 100 В переменного тока, постоянной яркости и ограниченного срока службы. .

Флуоресцентная лампа с холодным катодом (CCFL) Подсветка

Подсветка из тканого волокна

Тканая волоконно-оптическая сетка обеспечивает чрезвычайно равномерную подсветку без необходимости использования инвертора. Срок службы зависит от типа используемой лампы: галогенные (которые выделяют сильное тепло) или светодиодные источники обеспечивают до 100 000 часов. Сами лампочки обычно устанавливаются вдали от ЖК-дисплея, где их можно легко заменить при необходимости. Тканые волоконно-оптические панели, как правило, несколько дороги, но однородность и яркость стоят дополнительных затрат в некоторых случаях. Подсветка из тканого волокна не предлагается напрямую компанией Pacific Display Devices.

Подсветка лампами накаливания

Подсветка лампами накаливания используется только там, где стоимость является основным фактором. Хотя лампы накаливания очень яркие, они неоднородны, выделяют значительное количество тепла (что может вызвать проблемы при высоких температурах), имеют короткий срок службы и потребляют значительную мощность для достижения достигнутой яркости. Они могут излучать очень белый свет, но цвет может меняться при изменении напряжения питания, и они могут быть чувствительны к ударам и вибрации.

ШИМ — метод управления светодиодной подсветкой

Светодиодная подсветка на ЖК-модулях обычно питается постоянным напряжением через токоограничивающий резистор. Этот простой подход вполне приемлем для большинства приложений. Когда основное внимание уделяется сверхъяркому дисплею, минимально возможному энергопотреблению или подсветке, которой можно управлять в очень широком диапазоне яркости, необходим другой метод.
Используя схему широтно-импульсной модуляции (ШИМ), можно реализовать несколько преимуществ по сравнению с простым методом постоянного напряжения, основное преимущество заключается в эффективности всех схем.

Максимальная яркость подсветки
Давайте рассмотрим модуль светодиодной подсветки, в котором номинальный ток управления светодиодом для этого дисплея составляет 120 мА, что обеспечивает типичную яркость 50 НИТ.Если вместо постоянного или постоянного тока мы применяем 5-кратный ток, 600 мА, в течение 1/5 времени, средний ток будет таким же, 120 мА.

Средняя яркость светодиода также будет одинаковой при электронном измерении. Разница в воспринимаемой яркости. Человеческий глаз обладает определенной настойчивостью. При воздействии яркого света глаз «запомнит» свет в течение короткого периода времени. Это позволяет нам рассматривать движущееся изображение или экран телевизора как устойчивое изображение, хотя на самом деле оно мерцает с частотой от 24 до 30 раз в секунду. Когда светодиод ярко вспыхивает на короткое время, а затем выключается, глаз «запоминает» свет на высоком уровне яркости. В результате воспринимаемая яркость задней подсветки ближе к высокой импульсной яркости, чем к более низкой средней яркости постоянного тока.

Этот эффект можно использовать несколькими способами. Если требуется максимально яркая подсветка, дисплей может пульсировать с коэффициентом включения/выключения 1:4 при 5-кратном типичном токе. Частота повторения импульсов должна быть больше 100 Гц, чтобы мерцание было
не заметно глазу, но не превышало примерно 1 кГц.

Меньшая мощность для нормальной яркости подсветки
Эту технику также можно использовать для придания «нормальному» уровню яркости дисплея, но при более низком среднем токе для экономии энергии. Средняя мощность может быть снижена как минимум на 30% для получения заданного воспринимаемого уровня яркости. Это может быть большим преимуществом для оборудования с батарейным питанием.

Управление яркостью подсветки
Можно также регулировать яркость подсветки светодиодов, просто изменяя постоянный ток, подаваемый на светодиоды, но при малом токе отдельные светодиодные излучатели начинают становиться видимыми, что приводит к неравномерному виду задней подсветки. Третье использование метода ШИМ заключается в обеспечении широкого диапазона управления яркостью светодиодной подсветки, без неравномерного заднего освещения. Изменяя коэффициент включения/выключения управляющей волны ШИМ, можно получить очень широкий диапазон яркости, сохраняя при этом очень равномерную подсветку.

● Что бы ни требовалось вашему дизайну, у Pacific Display Devices есть решение для ЖК-дисплеев ●

Жидкокристаллический дисплей (ЖКД) в настоящее время является ведущей технологией отображения в мире. Вы можете найти компьютерные мониторы, телевизоры, смартфоны, информационно-развлекательные системы и бесчисленное множество других устройств отображения с ЖК-технологией. На самом деле устройства отображения, которые продаются как «LED», обычно используют ЖК-технологию.

Хотя ЖК-экран очень эффективен при создании устройств отображения, он по-прежнему требует использования подсветки. Прочитав эту информацию, вы можете задаться вопросом, зачем ЖК-дисплеям нужна подсветка.

Объяснение подсветки

Чтобы лучше понять важность подсветки в ЖК-дисплеях, вы должны сначала понять назначение подсветки. Термин «подсветка» просто относится к использованию системы подсветки в устройстве отображения. Подсветка установлена за слоем дисплея, что позволяет ему освещать дисплей. Без подсветки или любой другой формы освещения устройства отображения оставались бы тусклыми и, следовательно, отображали бы изображения низкого качества.

Не для всех устройств отображения требуется подсветка. Устройства с электронно-лучевой трубкой (CTR), например, производят собственное освещение, поэтому добавление подсветки не дает реальной пользы. В прошлом ЭЛТ была наиболее распространенным типом технологии отображения, и ее использовали в большинстве телевизоров и компьютерных мониторов. Однако в последние годы ЖК-дисплеи превзошли ЭЛТ и стали ведущей технологией отображения в мире.

Почему в ЖК-дисплеях используется подсветка

В отличие от своих ЭЛТ-аналогов, ЖК-дисплеи не способны сами создавать подсветку. ЖК-дисплеи, конечно же, характеризуются использованием жидких пикселей из органического материала. Жидкие пиксели внутри ЖК-устройства не загораются сами по себе. Скорее, они требуют освещения от отдельного компонента, известного как подсветка.

Суть в том, что подсветка является важным компонентом ЖК-дисплеев. Без подсветки ЖК-дисплей останется черным, что сделает его недоступным для просмотра.

Типы подсветки ЖК-экрана

Все виды подсветки предназначены для выполнения одной и той же основной операции по освещению устройства отображения, но существуют разные типы подсветки, каждая из которых работает по-своему.

В ЖК-устройствах некоторые из наиболее часто используемых видов подсветки включают светодиодную, CCFL, EL-WLED, матричную WLED и RGB-LED. За исключением CCFL, все эти технологии подсветки используют светодиоды (LED). Электрический ток подается на светодиоды для освещения ЖК-дисплея, формируя таким образом изображение устройства.

Вы часто будете видеть устройства отображения, которые продаются как "LED". Многие люди не знают, что светодиодные дисплеи на самом деле представляют собой ЖК-устройства со светодиодной подсветкой.В результате многие люди с удивлением узнают, что их светодиодный дисплей на самом деле является ЖК-устройством со светодиодной подсветкой.

Этот простой метод позволяет сделать подсветку ЖК-дисплея любого цвета и размера, чтобы придать новый вид старому устройству.

Шаг 1. Давайте что-нибудь придумаем.

Для этой работы вам понадобится кусок прозрачного пластика, светодиоды, резисторы и немного провода плюс хороший набор различных инструментов и пара прямых рук ;-)

Шаг 2. Разберите его.

ЖК-дисплей состоит из печатной платы, металлического каркаса и жидкокристаллического стекла в сборе.

Шаг 3. Снимите кожу.

Задняя сторона стекла LCD покрыта очень тонкой отражающей пленкой, которую необходимо удалить.

Шаг 4. Ой! Не спешите! Сначала подумай.

Шаг 5. Обрезка.

Далее вырезаем прямоугольный кусок пластика.
Отшлифуйте лицевую и обратную стороны пластиковой пластины мелкой наждачной бумагой, чтобы рассеять свет, затем сделайте надрезы по бокам пластины, где вы планируете установить светодиоды.
Форма светодиода должна быть сформирована напильником, чтобы вписаться в выемку

Шаг 6. Давайте попрактикуемся в LEGO ;-)

Что-то в этом роде.
Вы можете использовать горячий клей, чтобы закрепить его на месте.

Шаг 7. Давайте попробуем.

Шаг 8. Соберите всех кроликов в клетку.

Теперь все готово к сборке:
-печатная плата;
-белый лист бумаги для отражения света назад;
-поляризационный фильтр (если вы его удалили по ошибке);
-пластиковая пластина со встроенными светодиодами;
-стеклоподъемники;
-кадр.

ПРИМЕЧАНИЕ:
Будьте очень осторожны с золотыми контактными площадками на печатной плате и эластомерном разъеме (зебра). Используйте чистый спирт, чтобы очистить его, если вы касались контактных площадок пальцами.
Еще одна важная вещь – правильное выравнивание.
Если после включения питания на ЖК-дисплее пропали строки (символы), значит разъем сместился из исходного положения. Аккуратно разберите его и снова выровняйте.

Шаг 9: Заключительный шаг.

Надеюсь, вы уже рассчитали номинал резисторов, которые вам нужны.
Итак, припаивайте.
Есть две точки для подачи питания на светодиод.
Вы можете подключить его напрямую к источнику питания логики (контакт 0 - GND, контакт 1 - 5В) ЖК-дисплея.
Или можно сделать отдельное подключение (у меня на LCD были неиспользуемые площадки для опциональной подсветки) и тогда можно будет использовать ШИМ-сигнал для управления яркостью светодиода.

Шаг 10. Еще один пример

Я использовал аналогичную технику, чтобы модифицировать старинный аналоговый счетчик для своего следующего проекта.

Поделиться первым

Вы сделали этот проект? Поделитесь с нами!

65 комментариев

Я попробовал это с моим ЖК-дисплеем 16x1. Подсветка работает и все такое, но когда свет горит, я не вижу текст. когда свет выключен, я могу прочитать текст. Есть идеи, почему это делается?

Ответить 5 лет назад

Может быть, я слишком поздно, возможно, вы используете один и тот же источник тока для светодиодов и дисплея. попробуйте использовать резисторы с более высоким номиналом, чтобы еще больше ограничить ток, или используйте источник с более высоким током для освещения светодиодов.

Ответить 1 год назад

Как сказал Феликс, резисторы с более высоким номиналом уменьшают яркость до приемлемого уровня для вашего ЖК-дисплея. Кроме того, если у вас есть возможность настроить контрастность ЖК-дисплея, поэкспериментируйте и с этим.

Вопрос 3 года назад о введении

Вы все еще здесь? Хочу убедиться, прежде чем задавать вопросы.

Мне бы очень хотелось сделать что-то подобное, когда я дополню старинное радио циферблатом. Где взять материалы для этого?

Ответить 7 лет назад на введение

Вам нужны светодиоды и прозрачный акрил. Посетите местный магазин электроники для хобби.

очень хорошо, я поставлю это завтра на mu diy proyects 4.

Еще один совет.
Если вы обернете края пластика/плексигласа блестящим материалом (алюминиевой фольгой/лентой), он будет отражать свет обратно в пластик и создавать более сильную и равномерную подсветку.
Это было обнаружено после вскрытия ЖК-дисплея моих радиочасов и наблюдения за тем, как они это сделали.

Читайте также: