Что такое светодиодная подсветка в телевизоре

Светодиодная подсветка (LED-подсветка) используется во многих (в последнее время в подавляющем количестве) устройствах с ЖК-экранами (телевизоры, мониторы, мобильные устройства и пр.).

Содержание

Типы светодиодной подсветки [ править | править код ]

Светодиодная (LED) подсветка для ЖК-дисплеев в зависимости от цвета свечения может быть:

по способу управления свечением:

по конструктивному исполнению:

• торцевая (боковая, краевая) — Edge LED. В ней светодиоды располагаться по бокам, сверху и снизу или по периметру, а свет распределяется по всему экрану с помощью специальных рассеивателей;
• матричная или прямая (по всей площади экрана) — Direct LED. Обеспечивает равномерный засвет всей LCD-панели и позволяет реализовать динамическое управление.

В торцевой подсветке устанавливают только светодиоды белого свечения [1] . В большинстве LED-телевизоров для белой подсветки используют синие диоды и желтое фосфорное покрытие, что позволяет создавать достаточно широкий спектр белого света. Для улучшения цветопередачи в подсветке WLED с 2013 года стали использовать объединённые синий и зеленый светодиоды, покрытые красным люминофором (GB-LED или GB-R LED) [2] . Также для увеличения цветового охвата в последние годы появилась светодиодная подсветка на квантовых точках (QLED).

Достоинства и недостатки [ править | править код ]

С потребительской точки зрения ЖК-телевизоры и мониторы со светодиодной (LED) подсветкой отличают четыре улучшения относительно ЖК c подсветкой люминесцентными лампами:

• Улучшенная контрастность (не реализовано на Edge-LED);
• Улучшенная цветопередача, больший цветовой охват (только с RGB-матрицей);
• Пониженное энергопотребление. Если сравнивать с телевизорами с подсветкой CCFL, то на 40 % [3] (с RGB-матрицей — потребление выше);
• Малая толщина (только у Edge LED) и уменьшенный вес;
• Низкая себестоимость.

Недостатки [ править | править код ]

Множество пользователей мониторов с подсветкой на белых светодиодах жалуется на то, что при высокой яркости «выгорают глаза» (возможно, это связано с воздействием интенсивного коротковолнового сине-фиолетового света на сетчатку глаза). Из недостатков телевизоров с WLED отмечается некоторая «синеватость» изображения в сравнении с подсветкой на основе люминесцентных ламп. Для решения данной проблемы LG Electronics в 2010 году представила технологию «Nano full LED», позволяющую получить более глубокий уровень черного цвета, равномерное изображение и экономию электроэнергии [4] .

Если управление яркостью подсветки осуществляется широтно-импульсной модуляцией, экран едва заметно мерцает (частота мерцания составляет обычно до 200 герц, максимум до 400). Это можно проверить, быстро покачав ручкой или карандашом на фоне экрана. Если частота слишком маленькая, силуэт ручки распадётся на несколько (стробоскопический эффект). Если отдельных контуров ручки не видно, значит, мерцания нет [5] . Органы зрения и мозг способны воспринимать невидимую пульсацию света с частотой до 300 Гц [5] . У людей, чувствительных к мерцанию, устают глаза и может начаться мигрень [6] [7] . В СанПиН 2.2.2/2.4.1340-03 «Гигиенические требования к персональным электронно-вычислительным машинам и организации работы» указывается, что коэффициент пульсаций освещения при работе на ПЭВМ не должен превышать 5 % [8] .

История [ править | править код ]

Изначально в жидкокристаллических телевизорах и компьютерных мониторах в качестве подсветки ЖК-матрицы использовались люминесцентные лампы (CCFL (Cold Cathode Fluorescent Lamp), HCFL, EEFL). Для их работы нужен источник переменного напряжения, который не требуется для светодиодов. Кроме того современные сверхъяркие светодиоды позволяют достичь той же светимости при меньших энергетических затратах. Однако внедрению светодиодной подсветки мешали технологические и экономические трудности. К началу 90-x годов была известна простейшая боковая светодиодная подсветка (СД-подсветка) ЖК-дисплеев и ЖК-индикаторов малых размеров, которую невозможно было использовать в экранах больших размеров.

Первый коммерческий ЖК-телевизор со светодиодной подсветкой (массивом RGB) — Sony Qualia 005 — появился в 2004 году [9] . Затем эта светодиодная технология стала использоваться в телевизорах Sony BRAVIA. В 2005 году компанией NEC был выпущен первый монитор с LED-технологией подсветки — SpectraView Reference 21 [10] . Начиная с 2007 года на рынке появились модели планшетов, мониторов, телевизоров и ноутбуков [11] со светодиодной подсветкой.

Термин LED TV был введен корпорацией Samsung для продвижения собственной линейки жидкокристаллических телевизоров с СВ-подсветкой. Свою технологию локального затемнения компания назвала «LED SmartLighting™» (умное освещение), возможно, с целью частичного использования эйфории вокруг появившейся технологии органических светодиодов OLED. Первым LED-телевизором был Samsung LN-t4681f с подсветкой массивом светодиодов и коэффициентом контрастности до 500 000:1. В дальнейшем разработчики перешли на подсветку линейкой светодиодов сбоку от LCD панели, чтобы уменьшить толщину экрана [12] . В 2009 году в Калужской области была запущена производственная линия по выпуску плоскопанельных телевизоров Samsung со светодиодной подсветкой.

Для повышения эффективности подсветки ЖК-телевизионных панелей через световодные (светонаправляющие), а также светоотражающие слои можно дополнительно использовать в них оптоэлектронный модуль, выполняющий функции устройства управления световыми потоками, в виде узла, обрабатывающего оптическую информацию, пирамидальной или конической, или эллипсоидной, или тороидальной, или спиралевидной, или клиновидной, или крестообразной, или выпуклой, или вогнутой, или волнообразной формы, или в виде U-образного световодного «отражателя-возвращателя».

Улучшению потребительских свойств ЖК-телевизоров с СД-подсветкой способствовали компании Sharp, Sony, Nokia, Kodak, Принстонский университет и др. Основные направления работы — повышения яркости при солнечном свете и повышение контрастности, увеличение диагонали монитора при уменьшении его толщины. При этом основные технические решения и способы изготовления LED TV, как правило, защищались патентами, которые обеспечивают надёжную защиту товарных рынков.

Хотя технология СД-подсветки не решает всех проблем, связанных с отображением информации, сейчас именно такие экраны занимают лидирующее положение на рынке, конкурируя с новыми поколениями плазменных и OLED-телевизоров.

LED TV [ править | править код ]

Эта статья — о ЖК-телевизорах со светодиодной подсветкой. О телевизорах с настоящим LED-дисплеем см. OLED-телевизор, также Светодиодный графический экран.

ЖК-телевизоры со светодиодной подсветкой экрана в быту, а также в рекламных и маркетинговых материалах, именуются LED TV, хотя по факту «светодиодными» (свечение каждого пикселя осуществляется непосредственно светодиодом) не являются. В них лишь используется светодиодная подсветка жидкокристаллической матрицы.

Устройство LED-дисплея [ править | править код ]

Ячейки жидких кристаллов сами по себе не светятся, но, в зависимости от уровня поданного на них напряжения пропускают через себя разное количество света. Чтобы изображение, сформированное жк-экраном, воспринималось глазом человека, его нужно освещать или естественным внешним светом (это не всегда возможно), или искусственным источником света. В первых LCD-телевизорах таким источником были люминесцентные лампы с холодным катодом (CCFL). Им на смену и пришли светодиоды.

В LED телевизорах может быть подсветка белыми светодиодами по краям экрана (Edge), матричная подсветка белыми светодиодами или динамическая матричная RGB подсветка (в самых дорогих телевизорах). Хотя по качеству изображение наилучшие результаты показывает подсветка Direct, по соотношению качество—цена производителями телевизоров в основном используется Edge.

Светодиодная подсветка (LED-подсветка) используется во многих (в последнее время в подавляющем количестве) устройствах с ЖК-экранами (телевизоры, мониторы, мобильные устройства и пр.).

Содержание

Типы светодиодной подсветки [ править | править код ]

Светодиодная (LED) подсветка для ЖК-дисплеев в зависимости от цвета свечения может быть:

по способу управления свечением:

по конструктивному исполнению:

• торцевая (боковая, краевая) — Edge LED. В ней светодиоды располагаться по бокам, сверху и снизу или по периметру, а свет распределяется по всему экрану с помощью специальных рассеивателей;
• матричная или прямая (по всей площади экрана) — Direct LED. Обеспечивает равномерный засвет всей LCD-панели и позволяет реализовать динамическое управление.

В торцевой подсветке устанавливают только светодиоды белого свечения [1] . В большинстве LED-телевизоров для белой подсветки используют синие диоды и желтое фосфорное покрытие, что позволяет создавать достаточно широкий спектр белого света. Для улучшения цветопередачи в подсветке WLED с 2013 года стали использовать объединённые синий и зеленый светодиоды, покрытые красным люминофором (GB-LED или GB-R LED) [2] . Также для увеличения цветового охвата в последние годы появилась светодиодная подсветка на квантовых точках (QLED).

Достоинства и недостатки [ править | править код ]

С потребительской точки зрения ЖК-телевизоры и мониторы со светодиодной (LED) подсветкой отличают четыре улучшения относительно ЖК c подсветкой люминесцентными лампами:

• Улучшенная контрастность (не реализовано на Edge-LED);
• Улучшенная цветопередача, больший цветовой охват (только с RGB-матрицей);
• Пониженное энергопотребление. Если сравнивать с телевизорами с подсветкой CCFL, то на 40 % [3] (с RGB-матрицей — потребление выше);
• Малая толщина (только у Edge LED) и уменьшенный вес;
• Низкая себестоимость.

Недостатки [ править | править код ]

Множество пользователей мониторов с подсветкой на белых светодиодах жалуется на то, что при высокой яркости «выгорают глаза» (возможно, это связано с воздействием интенсивного коротковолнового сине-фиолетового света на сетчатку глаза). Из недостатков телевизоров с WLED отмечается некоторая «синеватость» изображения в сравнении с подсветкой на основе люминесцентных ламп. Для решения данной проблемы LG Electronics в 2010 году представила технологию «Nano full LED», позволяющую получить более глубокий уровень черного цвета, равномерное изображение и экономию электроэнергии [4] .

Если управление яркостью подсветки осуществляется широтно-импульсной модуляцией, экран едва заметно мерцает (частота мерцания составляет обычно до 200 герц, максимум до 400). Это можно проверить, быстро покачав ручкой или карандашом на фоне экрана. Если частота слишком маленькая, силуэт ручки распадётся на несколько (стробоскопический эффект). Если отдельных контуров ручки не видно, значит, мерцания нет [5] . Органы зрения и мозг способны воспринимать невидимую пульсацию света с частотой до 300 Гц [5] . У людей, чувствительных к мерцанию, устают глаза и может начаться мигрень [6] [7] . В СанПиН 2.2.2/2.4.1340-03 «Гигиенические требования к персональным электронно-вычислительным машинам и организации работы» указывается, что коэффициент пульсаций освещения при работе на ПЭВМ не должен превышать 5 % [8] .

История [ править | править код ]

Изначально в жидкокристаллических телевизорах и компьютерных мониторах в качестве подсветки ЖК-матрицы использовались люминесцентные лампы (CCFL (Cold Cathode Fluorescent Lamp), HCFL, EEFL). Для их работы нужен источник переменного напряжения, который не требуется для светодиодов. Кроме того современные сверхъяркие светодиоды позволяют достичь той же светимости при меньших энергетических затратах. Однако внедрению светодиодной подсветки мешали технологические и экономические трудности. К началу 90-x годов была известна простейшая боковая светодиодная подсветка (СД-подсветка) ЖК-дисплеев и ЖК-индикаторов малых размеров, которую невозможно было использовать в экранах больших размеров.

Первый коммерческий ЖК-телевизор со светодиодной подсветкой (массивом RGB) — Sony Qualia 005 — появился в 2004 году [9] . Затем эта светодиодная технология стала использоваться в телевизорах Sony BRAVIA. В 2005 году компанией NEC был выпущен первый монитор с LED-технологией подсветки — SpectraView Reference 21 [10] . Начиная с 2007 года на рынке появились модели планшетов, мониторов, телевизоров и ноутбуков [11] со светодиодной подсветкой.

Термин LED TV был введен корпорацией Samsung для продвижения собственной линейки жидкокристаллических телевизоров с СВ-подсветкой. Свою технологию локального затемнения компания назвала «LED SmartLighting™» (умное освещение), возможно, с целью частичного использования эйфории вокруг появившейся технологии органических светодиодов OLED. Первым LED-телевизором был Samsung LN-t4681f с подсветкой массивом светодиодов и коэффициентом контрастности до 500 000:1. В дальнейшем разработчики перешли на подсветку линейкой светодиодов сбоку от LCD панели, чтобы уменьшить толщину экрана [12] . В 2009 году в Калужской области была запущена производственная линия по выпуску плоскопанельных телевизоров Samsung со светодиодной подсветкой.

Для повышения эффективности подсветки ЖК-телевизионных панелей через световодные (светонаправляющие), а также светоотражающие слои можно дополнительно использовать в них оптоэлектронный модуль, выполняющий функции устройства управления световыми потоками, в виде узла, обрабатывающего оптическую информацию, пирамидальной или конической, или эллипсоидной, или тороидальной, или спиралевидной, или клиновидной, или крестообразной, или выпуклой, или вогнутой, или волнообразной формы, или в виде U-образного световодного «отражателя-возвращателя».

Улучшению потребительских свойств ЖК-телевизоров с СД-подсветкой способствовали компании Sharp, Sony, Nokia, Kodak, Принстонский университет и др. Основные направления работы — повышения яркости при солнечном свете и повышение контрастности, увеличение диагонали монитора при уменьшении его толщины. При этом основные технические решения и способы изготовления LED TV, как правило, защищались патентами, которые обеспечивают надёжную защиту товарных рынков.

Хотя технология СД-подсветки не решает всех проблем, связанных с отображением информации, сейчас именно такие экраны занимают лидирующее положение на рынке, конкурируя с новыми поколениями плазменных и OLED-телевизоров.

LED TV [ править | править код ]

Эта статья — о ЖК-телевизорах со светодиодной подсветкой. О телевизорах с настоящим LED-дисплеем см. OLED-телевизор, также Светодиодный графический экран.

ЖК-телевизоры со светодиодной подсветкой экрана в быту, а также в рекламных и маркетинговых материалах, именуются LED TV, хотя по факту «светодиодными» (свечение каждого пикселя осуществляется непосредственно светодиодом) не являются. В них лишь используется светодиодная подсветка жидкокристаллической матрицы.

Устройство LED-дисплея [ править | править код ]

Ячейки жидких кристаллов сами по себе не светятся, но, в зависимости от уровня поданного на них напряжения пропускают через себя разное количество света. Чтобы изображение, сформированное жк-экраном, воспринималось глазом человека, его нужно освещать или естественным внешним светом (это не всегда возможно), или искусственным источником света. В первых LCD-телевизорах таким источником были люминесцентные лампы с холодным катодом (CCFL). Им на смену и пришли светодиоды.

В LED телевизорах может быть подсветка белыми светодиодами по краям экрана (Edge), матричная подсветка белыми светодиодами или динамическая матричная RGB подсветка (в самых дорогих телевизорах). Хотя по качеству изображение наилучшие результаты показывает подсветка Direct, по соотношению качество—цена производителями телевизоров в основном используется Edge.

LED-подсветка дисплеев – это один из многочисленных способов применения светодиодов. В промышленных масштабах её стали использовать начиная с 2008 года. На сегодняшний день светодиоды монтируют в подавляющее большинство жидкокристаллических (LCD) экранов: телевизоров, мониторов, мобильных устройств.

С 2008 года подсветка на светодиодах активно совершенствовалась и улучшалась. В данной статье поговорим о том, что такое led подсветка, какой она бывает и насколько оправдано ее внедрение в электронику.

Немного теории

Ещё 10 лет назад основным источником света в LCD-экранах были люминесцентные лампы типа CCFL, HCFL, которые проигрывали плазменным телевизорам по качеству изображения. Появление белых SMD светоизлучающих диодов с большой светоотдачей, малым энергопотреблением и габаритами в корне изменило ситуацию, благодаря чему появилось новое поколение мониторов.

В магазинах стали активно предлагать LED TV, не объясняя при этом, что на светодиодах выполнена только подсветка, а экран по-прежнему остаётся жидкокристаллическим. Масштабные рекламные акции и красивые рассказы консультантов о преимуществах светодиодного варианта способствовали резкому росту продаж LED TV и мониторов, благодаря чему на сегодняшний день они имеют полное превосходство над другими видами подсветки.

Типы светодиодной подсветки

С изобретением компактных ультраярких светодиодов, перед производителями стал вопрос: «Как их разместить, чтобы одновременно получить изображение высокого качества и сэкономить?» В поисках ответа появилось несколько типов светодиодной подсветки, среди которых выделяют два основных:

• торцевая (Edge), именуемая также боковой или краевой;
• матричная (Direct), собранная на wled или rgb led.

По способу управления свечением также существует два типа подсветки: статическая и динамическая. В первом случае яркость всех светодиодов меняется одинаково независимо от изображения. Во втором случае каждый светодиод или группа индивидуально взаимодействуют с соответствующим участком LCD-матрицы.

Светодиоды в боковой подсветке располагают одним из способов:

• по бокам;
• сверху и снизу;
• по периметру.

Выбор того или иного способа размещения зависит от размера экрана и технологии производства. В этот тип подсветки устанавливают только белые светодиоды (white LED). Излучаемый ими световой поток проходит через рассеиватель и систему из световодов, освещая, таким образом, весь экран.

Данный метод имеет три важных преимущества, которые обеспечили ему популярность. Низкая себестоимость, достигаемая за счет минимального количества используемых светодиодов и простоты системы управления. Возможность создания ультратонких моделей мониторов с выносным блоком питания, которые за счет рекламы приобрели высокую популярность у покупателей. Малое потребление энергии, что невозможно реализовать в остальных вариациях. По световым характеристикам edge подсветка занимает средние позиции и сильно зависит от качества сборки и применяемой элементной базы. Но в целом цветопередача сравнима с CCFL технологией. В моделях телевизоров с боковой подсветкой нельзя достичь изображения высокой контрастности по двум причинам. Все светодиоды светят с одной яркостью, одинаково засвечивая тёмные и светлые участки экрана. Световоды, несмотря на свою продуманную конструкцию, не способны обеспечить равномерное распределение света по всей рабочей поверхности.

Direct

Тыльная (матричная) подсветка представляет собой матрицу, собранную из нескольких линеек со светодиодами, распределёнными по всей площади. Такой способ обеспечивает равномерный засвет всей LCD-панели, а главное позволяет реализовать динамическое управление. В результате разработчикам удалось достичь высокой контрастности изображения и насыщенности чёрного цвета.

Direct подсветку реализуют двумя способами. Первый, наиболее распространённый, собирают на белых LED или WLED, что в принципе одно и то же. Она может быть как статической, так и динамической, что зависит от модели телевизора.

Второй предполагает использовать вместо белых – RGB светодиоды. С их помощью удаётся регулировать не только яркость, но и задавать любой цвет из всего видимого спектра. За счёт высокой скорости переключения светодиоды прекрасно отрабатывают подаваемый сигнал и успевают за быстро меняющейся картинкой на экране. RGB-подсветку строят только по динамическому принципу.

Дисплеи с матричной подсветкой выделяются отличной контрастностью и цветопередачей по всей площади экрана. Это главный их плюс, который перекрывают сразу несколько недостатков, а именно:

• высокая стоимость;
• большое энергопотребление, сравнимое с CCFL технологией;
• толщина корпуса более одного дюйма.

При выходе из строя одного из светодиодов гаснет вся линейка. На экране это явление отразится в виде затемнения некоторой области. Самостоятельно заменить перегоревший элемент на аналогичный не получится, так как найти точную копию с такой же линзой практически невозможно. В итоге замене подлежит вся линейка.

О недостатках для здоровья

Сама по себе LED-подсветка независимо от способа реализации имеет несколько весомых недостатков, которые оказывают влияние не на качество изображения, а на зрение. В первую очередь – это функция широтно-импульсного модулирования. С её помощью пользователь регулирует яркость и, тем самым, ухудшает своё здоровье. Суть проблемы заключается в мерцании светодиодов с частотой выше 80 Гц, что проявляется во время снижения яркости. Зрительно такое мерцание человеческим глазом не фиксируется, но оно непрерывно раздражает нервные окончания, вызывая головную боль и усталость в глазах.

Во время просмотра телевизионных передач данный недостаток не доставляет особого дискомфорта из-за большого расстояния между зрителем и экраном, а также низкой концентрации внимания. А вот пользователи ПК и ноутбуков с LED-подсветкой оказались в тупиковой ситуации. С одной стороны, когда яркость монитора 100%, функция широтно-импульсной модуляции (ШИМ) отключена, но сильно страдает сетчатка глаза. С другой стороны, длительная работа с документами на пониженной яркости комфортнее воспринимается глазами, но теперь негатива добавляет ШИМ.

Кроме этого существуют и другие недостатки, ухудшающие зрение, проявление которых в той или иной степени зависит от технологии производства дисплеев. Например, завышенное излучение светодиодов в области близкой к ультрафиолетовому спектру.

Тем, кому дорого зрение, следует остановить свой выбор на профессиональной серии мониторов с CCFL лампами, которые по-прежнему выпускают для работы с изображениями. Они имеют высокий коэффициент цветопередачи и стоят меньше, чем продукция, собранная на RGB LED.

Несмотря на наличие недостатков, производители электронной техники не перестанут использовать led подсветку в своих устройствах, а крупные компании по-прежнему будут рекламировать так называемые LED TV. Потому что маркетинговые цели по-прежнему имеют высокий приоритет. Остаётся надеяться, что в ближайшем будущем массовое производство мониторов оснастят подсветкой более высокого качества, работающей на частоте безопасной для глаз.