ЖК-матрица как фонарь на стол или подсветка в багажник

Время незаметно идет и казалось бы недавно купленная техника уже выходит из строя. Так, отработав свои 10000 часов, приказали долго жить лампы моего монитора (AOC 2216Sa). Вначале подсветка стала включаться не с первого раза (после включения монитора подсветка выключалась через несколько секунд), что решалось повторным включением/выключением монитора, со временем монитор приходилось выключать/выключать уже 3 раза, потом 5, потом 10 и в какой-то момент он не мог включить подсветку уже вне зависимости от числа попыток включения. Извлеченные на свет божий лампы оказались с почерневшими краями и законно отправились в утиль. Попытка поставить лампы на замену (были куплены новые лампы подходящего размера) успехом не увенчалась (несколько раз монитор смог включить подсветку, но быстро опять ушел в режим включился-выключился) и выяснение причин в чем может быть проблема уже в электронике монитора привели меня к мысли о том что проще будет собрать собственную подсветку монитора на светодиодах чем ремонтировать имеющуюся схему инвертора для CCFL ламп, тем более в сети уже попадались статьи показывающие принципиальную возможность такой замены.

Разбираем монитор

На тему разборки монитора уже написано немало статей, все мониторы очень похожи между собой, поэтому вкратце: 1. Откручиваем крепление поставки монитора и единственный болтик внизу, который придерживает заднюю стенку корпуса 2. В низу корпуса есть два пазика между передней и задней частью корпуса, в один из которых засовываем плоскую отвертку и начинаем снимать крышку с защелок по всему периметру монитора (просто проворачивая аккуратно отвертку вокруг своей оси и приподнимая этим крышку корпуса). Излишних усилий прилагать не надо, но тяжело снимается с защелок корпус только первый раз (за время ремонта я его открывал много раз, поэтому защелки стали сниматься со временем гораздо легче). 3. Нам открывается вид на монтаж внутренней металлической рамы в передней части корпуса: Вынимаем из защелок плату с кнопками, вынимаем (в моем случае) разъем динамиков и отогнув две защелки внизу вынимаем внутренний металлический корпус. 4. Слева виднеются 4 провода подключения ламп подсветки. Вынимаем их слегка сдавливая, т.к. для предотвращения выпадения разъем сделан в виде маленькой прищепки. Так же вынимаем широкий шлейф идущий к матрице (вверху монитора), сдавливая его разъем по бокам (т.к. в разъеме боковые защелки, хотя при первом взгляде на разъем это и не очевидно): 5. Теперь необходимо разобрать «сендвич» содержащий саму матрицу и подсветку: По периметру находятся защелки, которые открываются легким поддеванием той же плоской отверткой. Вначале снимается металлическая рама придерживающая матрицу, после чего можно открутить три меленьких болтика (обычная крестиковая отвертка не подойдет ввиду их миниатюрного размера, понадобится особо мелкая) удерживающих плату управления матрицей и матрицу можно снять (лучше всего положить монитор на твердую поверхность, например стол, покрытую тканью матрицей вниз, открутив плату управления положить ее на стол развернув через торец монитора и просто внять корпус с подсветкой подняв его вертикально вверх, а матрица так и останется лежать на столе. Ее можно накрыть чем-то чтобы не пылилась, а собирать точно в обратном порядке — т.е. накрыть лежащую на столе матрицу собранным корпусом с подсветкой, обернуть через торец шлейф к плате управления и прикрутив плату управления аккуратно поднять блок в собранном виде). Получается матрица отдельно: И блок с подсветкой отдельно: Блок с подсветкой разбирается аналогично, только вместо металлической рамы, подсветка удерживается пластмассовой рамкой, которая одновременно позиционирует оргстекло, используемое для рассеивания света подсветки. Большинство защелок находятся по бокам и похожи на те что удерживали металлическую раму матрицы (открываются поддеванием плоской отверткой), но по бокам есть несколько защелок открывающихся «вовнутрь» (на них отверткой нужно надавить, чтобы защелки ушли во внутрь корпуса). Вначале я запоминал положение всех снимаемых частей, но потом выяснилось, что «неправильно» их собрать не получится и даже если детали выглядят абсолютно симметричными расстояния между защелками на разных сторонах металлической рамы и фиксирующие выступы по бокам пластиковой рамы удерживающей подсветку не дадут собрать их «неправильно». Вот собственно и все — мы разобрали монитор.

Подсветка светодиодной лентой

Вначале решено было делать подсветку из светодиодной ленты с белыми светодиодами 3528 — 120 светодиодов на метр. Первое что оказалось — ширина ленты 9 мм, а ширина ламп подсветки (и посадочного места под ленту) — 7 мм (на самом деле бывают лампы подсветки двух стандартов — 9 мм и 7 мм, но в моем случае были 7 мм). Поэтому, после осмотра ленты, было принято решение обрезать по 1 мм с каждого края ленты, т.к. это не задевало токопроводящих дорожек на лицевой части ленты (а на обратной вдоль всей ленты идут две широкие жилы питания, которые от уменьшения на 1 мм своих свойств на длине подсветки 475 мм не потеряют, т.к. ток будет небольшой). Сказано — сделано: Точно так же аккуратно светодиодная лента обрезается по всей длине (на фотографии пример того что было до и что стало после обрезки). Нам понадобится две полоски ленты по 475 мм (19 сегментов по 3 светодиода в полоске). Хотелось чтобы подсветка монитора работала так же как и штатная (т.е. включалась и выключалась контроллером монитора), а вот яркость я хотел регулировать «вручную», как на старых CRT мониторах, т.к. это часто используемая функция и лазить по экранным меню каждый раз нажимая несколько клавиш мне надоело (в моем мониторе клавиши вправо-влево регулируют не режимы монитора, а громкость встроенных динамиков, так что режимы каждый раз приходилось менять через меню). Для этого был найден в сети мануал на мой монитор (кому пригодится — прилагается в конце статьи) и на странице с Power Board по схеме найдены +12V, On, Dim и GND которые нас интересуют. On — сигнал с платы управления на включение подсветки (+5V) Dim — ШИМ управление яркостью подсветки +12V оказались далеко не 12, а где-то 16V без нагрузки подсветкой и где-то 13.67V с под нагрузкой Так же было решено никаких ШИМ регулировок яркости подсветки не делать, а запитывать подсветку постоянным током (заодно решается вопрос с тем, что у некоторых мониторов ШИМ подсветки работает на не очень высокой частоте и у некоторых от этого чуть больше устают глаза). В моем мониторе частота «родного» ШИМ была 240 Гц. Дальше на плате были найдены контакты на которые подается сигнал On (помечен красным) и +12V на блок инвертора (перемычка которую необходимо выпаять чтобы обесточить блок инвертора помечена зеленым). (фотографию можно увеличить чтобы увидеть пометки): В качестве основы схемы управления был взять линейный регулятор LM2941 в основном за то, что при токе до 1А он имел отдельный вывод управления On/Off, который предполагалось использовать для управления включением/выключением подсветки сигналом On с платы управления монитора. Правда в LM2941 этот сигнал инвертированный (т.е. на выходе есть напряжение когда на входе On/Off — нулевой потенциал), так что пришлось собрать инвертор на одном транзисторе для согласования прямого сигнала On с платы управления и инвертированного входа LM2941. Никаких других излишеств схема не содержит: Расчет выходного напряжения для LM2941 производится по формуле:Vout = Vref * (R1+R2)/R1 где Vref = 1.275V, R1 в формуле соответствует R1 на схеме, а R2 в формуле соответствует паре резисторов RV1+RV2 на схеме (введено два резистора для более плавной регулировки яркости и сокращения диапазона регулируемых переменным резистором RV1 напряжений). В качестве R1 я взял 1кОм, а подбор R2 осуществляется по формуле:R2=R1*(Vout/Vref-1) Максимальное необходимое нам напряжение для ленты — 13В (я взял четь больше чем номинальные 12В чтобы не терять в яркости, а лента такой легкое перенапряжение переживет). Т.е. максимальное значение R2 = 1000*(13/1.275-1) = 9.91кОм. Минимальное напряжение при котором лента еще хоть как-то светится — около 7 вольт, т.е. минимальное значение R2 = 1000*(7/1.275-1) = 4.49кОм. R2 у нас состоит из переменного резистора RV1 и многооборотного подстроечного резистора RV2. Сопротивление RV1 получаем 9.91кОм — 4.49кОм = 5.42кОм (выбираем ближайшее значение RV1 — 5.1кОм), а RV2 выставляем примерно в 9.91-5.1 = 4.81кОм (на самом деле лучше всего вначале собрать схему, выставить максимальное сопротивление RV1 и измеряя напряжение на выходе LM2941 выставить сопротивление RV2 таким чтобы на выходе было нужное максимальное напряжение (в нашем случае около 13В).

Монтаж светодиодной ленты

Поскольку после обрезания ленты на 1 мм по торцам ленты оголились жилы питания, на корпус в месте где будет клеиться лента я наклеил изоленту (к сожалению не синюю а черную). Поверх клеится лента (хорошо прогревать поверхность феном, т.к. к теплой поверхности скотч клеится гораздо лучше): Дальше монтируются задняя пленка, оргстекло и светофильтры которые лежали поверх оргстекла. По краям я подпер ленту кусочками стирательной резинки (чтобы края на скотче не отходили): После чего блок подсветки собирается в обратном порядке, устанавливается на место матрица, провода подсветки выводятся наружу. Схема собиралась на макетке (ввиду простоты решил плату не разводить), крепилась на болтиках через отверстия в задней стенке металлического корпуса монитора:

Питание и сигнал управления On заводились с платы блока питания: Расчетная мощность, выделяемая на LM2941 рассчитывается по формуле:Pd = (Vin-Vout)*Iout +Vin*Ignd Для моего случая составляет Pd = (13.6-13)*0.7 +13.6*0.006 = 0.5 Ватт поэтому было решено обойтись самым маленьким радиатором для LM2941 (посажен через диэлектрическую прокладку т.к. от земли он в LM2941 не изолирован). Окончательная сборка показала вполне себе работоспособность конструкции: Из достоинств:

• Используется стандартная светодиодная лента
• Простая плата управления

Из недостатков:

• Недостаточная яркость подсветки при ярком дневном свете (монитор стоит напротив окна)
• Светодиоды в ленте расположены недостаточно часто, поэтому видны небольшие световые конусы от каждого отдельного светодиода возле верхней и нижней кромок монитора
• Баланс белого немного нарушен и уходит слегка в зеленоватые оттенки (скорее всего решается регулировками баланса белого либо самого монитора либо видеокарты)

Вполне хороший, простой и бюджетный вариант ремонта подсветки. Вполне комфортно смотреть фильмы или использовать монитор в качестве кухонного телевизора, но для каждодневной работы наверное не подойдет.

Регулировка яркости с помощью ШИМ

Для тех хаброжителей, которые в отличие от меня не вспоминают с ностальгией аналоговые ручки управления яркостью и контрастностью на старых ЭЛТ мониторах можно сделать управление от штатного ШИМ генерируемого платой управления монитором без выведения каких-либо дополнительных органов управления наружу (без сверления корпуса монитора). Для этого достаточно собрать на двух транзисторах схему И-НЕ на входе On/Off регулятора и убрать регулировку яркости на выходе (выставить выходное напряжение постоянным в 12-13В). Модифицированная схема: Сопротивление подстроечного резистора RV2 для напряжения 13В должно быть в районе 9.9кОм (но лучше выставить точно при включенном регуляторе)

Более плотная LED подсветка

Для решения проблемы недостаточной яркости (а заодно и равномерности) подсветки было решено поставить больше светодиодов и чаще. Поскольку оказалось что покупать светодиоды поштучно дороже чем купить 1.5 метра ленты и выпаять их оттуда был выбран более экономный вариант (выпаивать светодиоды из ленты). Сами светодиоды 3528 разместились на 4-х полосках 6 мм шириной и 238 мм длиной по 3 светодиода последовательно в 15 параллельных сборках на каждой из 4-х полосок (разводка плат для светодиодов прилагается). После припайки светодиодов и проводов получается следующее:

Полоски закладывается по две вверху и внизу проводами к краю монитора в стык в центре: Номинальное напряжение на светодиодах 3.5В (диапазон от 3.2 до 3.8 В), так что сборка из 3-х последовательных светодиодов должна питаться напряжением порядка 10.5В. Так что параметры регулятора нужно пересчитать: Максимальное необходимое нам напряжение для ленты — 10.5В. Т.е. максимальное значение R2 = 1000*(10.5/1.275-1) = 7.23кОм. Минимальное напряжение при котором сборка из светодиодов еще хоть как-то светится — около 4.5 вольт, т.е. минимальное значение R2 = 1000*(4.5/1.275-1) = 2.53кОм. R2 у нас состоит из переменного резистора RV1 и многооборотного подстроечного резистора RV2. Сопротивление RV1 получаем 7.23кОм — 2.53кОм = 4.7кОм, а RV2 выставляем примерно в 7.23-4.7 = 2.53 кОм и регулируем в собранной схеме для получения 10.5В на выходе LM2941 при максимальном сопротивлении RV1. В полтора раза больше светодиодов потребляют 1.2А тока (номинально), поэтому рассеиваемая мощность на LM2941 будет равна Pd = (13.6-10.5)*1.2 +13.6*0.006 = 3.8 Ватт, что уже требует более солидного радиатора для отвода тепла: Собираем, подключаем, получаем гораздо лучше: Достоинства:

• Достаточно большая яркость (возможно сравнимая, а возможно даже превосходящая яркость старой CCTL подсвтеки)
• Отсутствие световых конусов по краям монитора от индивидуальных светодиодов (светодиоды расположены достаточно часто и подсветка равномерная)
• Все еще простая и дешевая плата управления

Недостатки:

• Никак не решился вопрос с балансом белого, уходящим в зеленоватые тона
• LM2941 хоть и с большим радиатором, но греется и греет все внутри корпуса

Плата управления на основе Step-down регулятора

Для устранения проблемы нагрева решено было собрать регулятор яркости на базе Step-down регулятора напряжения (в моем случае был выбран LM2576 с током до 3А). Он так же имеет инвертированный вход управления On/Off, поэтому для согласования присутствует такой же инвертор на одном транзисторе: Катушка L1 влияет на КПД преобразователя и должна быть 100-220 мкГ для тока в нагрузке около 1.2-3А. Напряжение на выходе рассчитывается по формуле:Vout=Vref*(1+R2/R1) где Vref = 1.23V. При заданном R1 можно получить R2 по формуле:R2=R1*(Vout/Vref-1) В расчетах R1 эквивалентно R4 в схеме, а R2 эквивалентно RV1+RV2 в схеме. В нашем случае для регулировки напряжения в диапазоне от 7.25В до 10.5В возьмем R4=1.8кОм, переменный резистор RV1=4.7кОм а подстроечный резистор RV2 на 10кОм с начальным приближением в 8.8кОм (после сборки схемы лучше всего выставить его точное значение измеряя напряжение на выходе LM2576 при максимальном сопротивлении RV1). Для этого регулятора решил сделать плату (размеры значения не имели, т.к. в мониторе достаточно место для монтажа даже габаритной платы): Плата управления в сборе: После монтажа в мониторе: Все в сборе: После сборки вроде все работает: Итоговый вариант: Достоинства:

• Достаточная яркость
• Step-down регулятор не греется и не греет монитор
• Нет ШИМ а значит ничего не моргает ни с какой частотой
• Аналоговая (ручная) регулировка яркости
• Нет ограничений на минимальную яркость (для тех кто любит работать по ночам)

Недостатки:

• Немного смещен баланс белого в сторону зеленых тонов (но не сильно)
• При малой яркости (очень малой) видна неравномерность в свечении светодиодов разных сборок из-за разброса параметров

Варианты улучшения:

• Баланс белого регулируется как в настройках монитора, так и в настройках почти любой видеокарты
• Можно попробовать поставить другие светодиоды, которые не будут заметно сбивать баланс белого
• Для исключения неравномерного свечения светодиодов при малой яркости можно использовать: а) ШИМ (регулировать яркость с помощью ШИМ всегда подавая номинальное напряжение) или б) соединить все светодиоды последовательно и питать их регулируемым источником тока (если соединить последовательно все 180 светодиодов, то понадобится 630В и 20мА), тогда через все светодиоды должен проходить один и тот же ток, а на каждом будет падать свое напряжение, яркость регулируется изменением тока а не напряжения.
• Если хочется сделать схему на основе ШИМ для LM2576 можно использовать схему И-НЕ на входе On/Off этого Step-down регулятора (по аналогии с приведенной схемой для LM2941), но лучше поставить диммер в разрыв минусового провода светодиодов через logic-level mosfet

По ссылке можно скачать:

• AOC2216Sa Service Manual
• LM2941 и LM2576 datasheets
• Схемы регулятора на LM2941 в формате Proteus 7 и PDF
• Разводка платы для светодиодов в формате Sprint Layout 5.0
• Схема и разводка платы регулятора на LM2576 в формате Proteus 7 и PDF

ГлавнаяДомашний кинотеатрПодробно о LED подсветке: разновидности, особенности

Модели телевизоров с LED подсветкой доминируют на рынке вполне заслуженно. В этой статье мы рассмотрим разновидности LED подсветок современных телевизоров и оценим их эффективность.

LED телевизоры

Начнем с того, что LED TV не является новым типом HDTV. В отличие от плазменных и OLED телевизоров, которые изготавливаются на основе излучающих технологий, где каждый пиксель является отдельным источником света, в жидкокристаллических моделях каждый пиксель LCD матрицы требует освещения (сзади, или сбоку через систему линз). Так что модели LED HDTV являются теми же жидкокристаллическими (LCD или ЖК) телевизорами, но несут в себе встроенную светодиодную (LED) подсветку, которая заменяет стандартную на люминесцентных лампах с холодным катодом (обозначается аббревиатурой CCFL).

2 разновидности LED подсветки по конструктивному исполнению: матричное и боковое

Сперва, телевизоры обладающие LED подсветкой, использовали для освещения ячеек LCD матрицы «полный массив» (full array) из светодиодов, по аналогии со стандартными телевизорами на основе подсветки с использование CCFL ламп. Но для изменения толщины телевизоров в меньшую сторону, разработчики отказались от применения полного массива LED светодиодов сзади экрана, установив линейки источников света сбоку от LCD панели. Таким образом распределение света от LED источников по всей площади экрана осуществляется с помощью светодиодов специальной формы. Данные модели LCD телевизоров называют ТВ с боковой или краевой LED подсветкой, которые как раз-таки доминируют сегодня.

LED подсветка, обладающая системой местного затемнения позволяет автоматически снижать яркость или полностью отключать отдельные группы источников подсветки. Большинство современных LCD телевизоров с задней LED подсветкой в виде размещаемого позади LCD панели массива LED источников (full array) оснащаются динамической технологией подсветки называемой еще локальным или местным затемнением. Используя локальное затемнение, определенные участки общего массива светодиодов подсветки становятся темнее или светлее в зависимости от яркости и цвета соответствующей части изображения на экране.

Возможность затемнения определенной области экрана способно уменьшить количество света, которое проходит через закрытые пиксели LCD панели, что положительно сказывается на передаче черного цвета, который становится более темным и весьма реалистичным. По той причине, что уровни черного имеют определяющее значение для контрастности, восприятия глубины черных поверхностей, полноцветное изображение становится более выразительным и четким. Технология локального затемнения обладает единственным минусом – эффектом местного помутнения, который образуется когда часть света из более ярких зон просачивается в соседние более темные, что в последствии осветляет на границе темный цвет. Заметить эффект помутнения на большинстве моделей довольно трудно, так как недостаток непосредственно связан с количеством зон локального затемнения позади экрана, а производители предоставляют подобную информацию далеко не всегда.

При использовании стандартной подсветки с использованием CCFL ламп и в большинстве LCD телевизоров с боковой LED подсветкой, все источники подсветки светлеют или тускнеют одновременно (так называемое «глобальное затемнение»), но среди моделей телевизоров Samsung и LG редко встречаются дисплеи с боковой LED подсветкой, которые также могут работать по принципу локального затемнения (» precision dimming » у Samsung и  «LED Plus» у LG). Говоря проще, это бутафория локального затемнения.

Тонкие модели с боковой LED подсветкой конечно страдают от неравномерности засветки экрана, но далеко не все. Основная особенность телевизоров с боковой LED подсветкой –  тонкий корпус, в связи с этим трудно обеспечить равномерность распределения светового потока по всей плоскости экрана. При покупке телевизора воспроизведите на экране дисплея с боковой LED подсветкой изображение белой поверхности, чтобы проверить отсутствие по краям экрана более яркие областей. Аналогично, когда экран заполнен черным полем, края не должны выглядеть более светлыми (серыми).

Стоит также отметить, что LED подсветка вне зависимости от разновидности не улучшает углы обзора LCD панели. Уровень черного цвета при использовании LED подсветки и возможном смещении угла зрения на 1-2 метра влево или вправо падает.

Нельзя забывать и о энергоэффективности LED подсветки. Конечно, на потребление любой модели значительно влияют размер экрана и яркость источников подсветки. LCD модели телевизоров обеих разновидностей LED подсветки значительно более энергоэкономичны, в сравнении с плазменными моделями.

Светодиодные подсветки для ЖК-дисплеев делятся на категории по следующим признакам:

• цвет свечения: белый или RGB;
• равномерность освещения: статическая или динамическая;
• конструктив: матричное либо боковое (об этом более подробно написано выше)

RGB-подсветка применяется для осуществления возможности тонкой подстройки спектра свечения. Кроме того, часто применяется дополнительная компенсация изменения спектра излучения светодиодов со временем. В LED-телевизорах с подсветкой RGB LED разные участки экрана подсвечиваются в зависимости от цвета изображения. Цветная подсветка обеспечивает усиленный контраст и глубокий черный цвет, что наглядно демонстрируют многие LED-телевизоры Sony.

Edge LED: лучшая цветопередача

Компания Sony в новых флагманских моделях телевизоров — например, линейке W905 — использует технологию Triluminos. Встроенная в рамку телевизора со всех сторон экрана  светодиодная подсветка (Edge LED) дополняется так называемыми квантовыми точками — фрагментами полупроводника размером в несколько сотен атомов, излучающими свет в строго заданном диапазоне. Технология Triluminos призвана минимизировать цветовые искажения и обеспечить усиление оттенков красного и зеленого. Это позволит добиться передачи исключительно однородного и естественного изображения со значительно более широким цветовым охватом. Тесты первых устройств с поддержкой Triluminos нас не разочаровали: цветовой охват модели Sony KDL-46W905A сопоставим с охватом решений на базе органических светодиодов (OLED) и недостижим для ЖК-телевизоров со светодиодной подсветкой. В устройствах серий W805 и W605, которые также появились в продаже в этом году, Triluminos не используется, благодаря чему их стоимость существенно ниже. В будущем производители смогут полностью отказаться от светодиодной подсветки в пользу квантовых точек.

OLED телевизоры: яркость и красочность на высоте

Телевизоры с OLED-экранами уже добрались до магазинов, а разработчики поспешили для вас выпустить новые модели с вогнутыми дисплеями. Компания LG еще в прошлом году планировала вывести на рынок OLED-телевизор с диагональю экрана 55 дюймов, однако в продаже он появился только этим летом. В России модель 55EM9600 и ее усовершенствованный аналог 55EM9700 обойдутся покупателю в 500 000 рублей. Помимо этого устройство продается в Европе, США и некоторых других странах.

Преимущества OLED телевизоров: это не тип подсветки, а иная технология

• точная передача цвета
• больший запас яркости относительно других технологий
• высокая контрастность по сравнению с ЖК-моделями (другая технология формирования изображения).
• отсутствие ЖК-матрицы и светодиодной подсветки — их место заняла матрица, изготовленная из светоизлучающих органических диодов.

Компании Samsung и LG независимо друг от друга разработали OLED-телевизоры с вогнутыми экранами (Curved OLED). Подобная конструкция призвана минимизировать искажения по краям изображения и повысить детализацию. Новинки пока доступны в ограниченных количествах в Южной Корее, США и некоторых европейских странах. 55-дюймовая модель Samsung KN55S9C оценена производителем в $9000 (300 000 рублей).

Особый интерес также вызывает технология Multi-View, реализованная во многих моделях OLED-телевизоров как с плоским, так и вогнутым экранами. Ввиду исключительно малого времени отклика подобные устройства позволяют одновременно демонстрировать две или четыре программы в формате высокой четкости (Full HD) либо два различных фильма в формате 3D. Для разделения изображения используются очки затворного типа. Каждый зритель с помощью расположенных на очках элементов управления может выбрать индивидуальную программу для просмотра. При этом благодаря встроенным наушникам обеспечивается воспроизведение соответствующей фильму звуковой дорожки.

of your page —>

Введение

Существует множество вариаций универсальных подсветок для мониторов. Комплект обычно состоит из одной или двух светодиодных линеек, драйвера со стабилизацией по току и шлейфа для подключения драйвера к плате управления. Предложения на рынке отличаются друг от друга типом светодиодов, их плотностью, материалом подложки, типом управляющего ШИМ и конечно же компоновкой. Так какую же подсветку выбрать для своего старого доброго монитора, в чем различие, каковы преимущества и недостатки каждого из вариантов?

В этой статье мы постараемся ответить на большинство вопросов, возникающих при выборе универсальной LED подсветки для мониторов, разберем устройство различных комплектов, детально рассмотрим различия светодиодных линеек на базе 3528, 5630/5730 и 2835 их преимущества и недостатки, а также изучим схемы построения драйверов на различных специализированных ШИМ контроллерах. Информация из статьи поможет вам в будущем самостоятельно оценивать качество предлагаемых комплектов и выбирать наиболее подходящий для ваших условий эксплуатации.

Если вы не читали предыдущую нашу статью «Устройство универсальной LED подсветки LCD экрана ноутбука CA-166, особенности, установка и адаптация», то рекомендуем с ней ознакомится т.к. мы будем на нее ссылаться в тексте.

Светодиодные линейки

Линейки могут отличаются типом светодиодов, их плотностью установки, световой температурой, а также материалом подложки. Но кое-что у них все же есть общее, все они стремятся вписаться в ширину 4 мм для матриц мониторов и 2 мм для матриц ноутбуков. Дело в том, что матрицы мониторов имеют кассеты с CCFL лампами, толщиной 9 мм, 7 мм и 5 мм. 5мм кассеты рассчитаны были под одну CCFL лампу толщиной 2,4-3 мм что вместе с креплениями и центрующими кольцами дает минимальную толщину 4-4,5 мм. По этой причине выбор стандарта 4 мм для LED линеек выглядит логичным. Схемотехнически драйверы в основном идут понижающие, следовательно, напряжение питания линейки должно быть меньше напряжения питания драйвера. Поскольку в мониторах для питания инвертора подсветки обычно используется напряжение от 12 В до 24 В, то диоды подключают группами по 3 шт, что дает суммарное напряжение линейки 9 В, оставляя минимум 3 В в запасе на компенсацию потерь на токовом резисторе, ключе, индуктивности и т.д.

Иногда на универсальных светодиодных линейках наносят метки для обрезки под разные диагонали матриц. Будьте крайне бдительны, метки не всегда кратны группе из трех светодиодов, внимательно смотрите где заканчивается сегмент (можно ориентироваться по переходным отверстиям) и основываясь на этой информации решайте, в каком месте лучше обрезать ленту, чтобы избежать затемнения в углу. Например, на фото ниже, красным отмечены переходные отверстия. Метки «19» и «20» дюймов идеально совпадают с группами диодов, а вот метка «20.1» дюйм проходит немного далее группы, соответственно последний светодиод работать не будет.

Почему не используют схему повышающего преобразователя?

Если подключить все светодиоды последовательно, то линейка из 90 светодиодов имела бы питающее напряжение около 270 В, а две линейки вообще 540В, сделать преобразователь с таким коэффициентом преобразования не самая простая задача, уже потребуется трансформатор, да и токи светодиодов в купе с таким напряжением, при неправильном монтаже, представляет угрозу жизни как пользователю, так и инженеру, который будет устанавливать такую подсветку. Также открытым вопросом будет укорачивание линейки для подгонки под конкретную диагональ. Нужно будет восстанавливать соединение питающей линии после обрезки, изолировать это место, и по-хорошему… перематывать трансформатор под новое напряжение!

В матрицах с «заводской» ЛЕД подсветкой мониторов стоит повышающий преобразователь, на напряжение – 30-60 В, а диоды подключены последовательно-параллельно, группами по 10-20 светодиодов. Каждая группа включается через дополнительную токостабилизирующую схему.

Это наилучший способ подключения если мы будем изготавливать линейку отдельно под каждую диагональ монитора, но в случае необходимости укоротить длину ленты, то мы сможем это сделать только кратно одному сегменту, а это 10-20 светодиодов, что опять же не подходит для «универсальной» подсветки.

Какой тип светодиодов выбрать?

Сложность перехода на LED в том, что мониторы, которые переделываются из CCFL не имеют дополнительного рассеивателя перед световодом. Лампы с холодным катодом обладают великолепной однородность светового потока, а светодиод – точечный источник и «полосатость» по экрану, это следствие плохого распределения света, или другими словами результат неоднородности светового потока светодиодной линейки. При отсутствии специальной диффузионной пленки, такой эффект возникает в двух случаях, либо источник света имеет слишком узкую диаграмму направленности, либо же сами источники (светодиоды) расположены слишком далеко друг от друга.

Еще несколько лет назад распространены были линейки на базе светодиодов 3528, они имели довольно узкую диаграмму направленности и малую мощность. Сейчас же доминируют линейки на базе 5630/5730 и 2835 для подсветок мониторов, а также светодиоды 3014 и 4014 для подсветок ноутбучных матриц. Для нас важными параметрами является мощность, световой поток, светоотдача, диаграмма направленности, рабочая температура и размеры. Цветовой температурой при сравнении можно пренебречь т.к. практически все современные белые светодиоды использую трансформаторы спектра, что позволяет любому формфактору светодиода испускать свет в заданном спектре. Рассмотрим таблицу ниже.

Тип светодиода

3528

5630

2835

</tr>

Размеры

3,5×2,9×1,9

5,6x3x0,95

2,8х3,5х0,8

</tr>

Мощность

0,06

0,5 W

0,2 W

</tr>

Световой поток

7-8 LM

40-50 LM

22-25 LM

</tr>

Диаграмма направленности

100°

120°

120°

</tr>

Светоотдача

83%

94%

96%

</tr>

Рабочая температура

65°C

80°C

80°C

</tr></tbody></table>

Как видим из таблицы, 3528 проигрывают практически по всем параметрам, подсветки на базе этих светодиодов тускловаты и обладают заметной «полосатостью», которую особенно видно на черном фоне. В современности 3528 практически не встречаются в универсальных подсветках.

Наиболее часто встречаются линейки со светодиодами 5630 и 2835. 5630 имеют преимущество по мощности, но зачастую линейки работают на мощности значительно ниже номинальной, это связанно с тем, что диоды устанавливают максимально густо для получения однородного светового потока, и их суммарная мощность становится значительно больше допустимой тепловой нагрузки. Закрытые условия эксплуатации светодиодной линейки на максимально возможной мощности могут привести к перегреву и оплавлению световода с дальнейшим повреждением матрицы. Забегая вперед скажу, что драйвер подсветки монитора обычно предустановлен на ток, который является безопасным для матриц от 12” и более.

Безопасная мощность подсветки для мониторов от 19” и более составляет 20-25 Вт. Это средний показатель для CCFL подсветки, и он же является верхним пределом в случае установки LED подсветки. Драйвер LED подсветки обычно выставлен на мощность 12 Вт, но сами ленты, например, из 5630 имеют около  64 диодов на линейке или же 128 шт/комплект, а из 2835 около 90 светодиодов (180/комплект), что соответственно равно 64 и 36 Ватт. Как видим, мощности заоблачные, и одни и другие диоды на полной мощности превышают допустимую, так какие же выбрать?

Пойдем от обратного, у нас есть ограничение по рассеиваемой тепловой мощности – 20 Вт, какая из линеек даст больше света? Посмотрим в табличку – 2865 обладают более высокой светоотдачей и следственно имеют больший световой поток. Если пересчитать световой поток на один ватт, то 5630 дадут 100 люмен, а 2835 дадут 125 люмен на ватт, что дает 25% выигрыш по яркости в сравнении с 5630. Конечно Cree еще в 2010 хвасталась, что уже пробила уровень в 200 люмен на ватт, но таких линеек среди доступных до сих пор нет. Также не стоит забывать об однородности ведь, как мы говорили, светодиоды – это точечные источники, и чем больше таких «точек», тем равномерней световой поток и тем меньше шансов разглядеть на экране «зебру». По этому параметру опять же выигрывают светодиодные линейки 2835.

Зачем подсветка такой большой мощности?

Люди, которые смотрели с расстояния метр на светодиодный фонарь мощностью хотя бы 10 Ватт наверняка зададут этот вопрос. Действительно, если включить светодиодную лампу на 12 Вт, то она неплохо осветит среднюю комнату, а тут та же лампа только в мониторе, на расстоянии метра от глаз, и мы спокойно на нее смотрим. Что бы понять куда девается свет, нужно посмотреть на матрицу в разрезе.

Обычная TN матрица состоит из более чем 10 слоев, и даже если отбросить условно прозрачные слои (клей, световоды), то у нас останется 4 слоя, которые очень хорошо поглощают свет.

Первым слоем, который «откусывает» львиную долю светового потока является внутренний поляризатор, он пропускает всего 45% света, превращая неполяризованный свет в поляризованный. Следующим «прожорливым» слоем идет TFT-апертура, которая пропускает 55% оставшегося света, затем идет цветовой фильтр, который формирует субпиксели, он вообще оставляет всего 33% или 1/3 оставшегося потока (плата за деление на красный, зеленый и синий), и наконец верхний поляризатор. На него приходит уже поляризованный свет, и он отсекает только малую часть, пропуская 90%. Если подсчитать суммарные потери, то нам остается всего около 7% от света нашей подсветки, а в случае ISP и того меньше – около 4%. Но не стоит печалится, светодиодной подсветки мощностью 10 Вт вполне достаточно, чтобы вы не заметили разницы со своей старой CCFL подсветкой.

Стоит заметить, что все-же встречаются места, где требуется яркость выше средней. Как правило, это устройства, которые эксплуатируются при высоком внешнем освещении, например, на улице. К таковым относятся устройства мониторинга и отображения для различной автоматики, комбайнов, станков с ЧПУ, производственных линий и т.д. В этом случае лучше поискать светодиодные линейки на алюминиевой основе. Они несколько дороже, но благодаря алюминиевой подложке способны отводить значительно больше тепла, такие линейки рекомендуется клеить не на простой двухсторонний скотч, а на теплопроводный, который сможет обеспечить отвод тепла должным образом. Линейки 2865 на алюминиевой основе показывают стабильные параметры и нормальную рабочую температуру на мощности до 30 Вт (!!!).

Установка осветительных лент в качестве подсветки матрицы LCD монитора.

И пару слов о осветительных лентах 12/24 В которые иногда устанавливают на замену сгоревшим лампам. Основным недостатком осветительных лент является плотность установки светодиодов. Да, бывают осветительные ленты высокой плотности, но все они далеки до специализированных линеек. К тому-же на ленте установлены гасящие резисторы, которые усугубляют и без того тяжёлый тепловой режим. Также осветительные ленты довольно широкие, и если в 9 мм кассету установить их не сложно, то вот в 5 мм никак не выйдет. Кроме того, если у вас в блоке питания монитора нет напряжений 12 или 24 В, то их нужно будет получить при помощи дополнительного преобразователя т.к. светодиодные ленты чувствительны к напряжению, также вам предстоит продумать схему управления для включения/отключения подсветки, а также системы регулировки яркости. Установка осветительных лент в качестве подсветки, оправдана в случае достаточных знаний в схемотехнике, наличию лишнего свободного времени и нетребовательности к результату. Для «гаражного» монитора такое решение вполне сойдет, но для рабочего монитора такой вариант является сомнительным мероприятием с сомнительной экономией.

Драйверы

Светодиодные линейки должны быть запитаны от источника постоянного тока. Бывают случаи, когда люди по старинке запитывают светодиод постоянным напряжением, в этом случае все происходит как в старой шутке – светодиод «жить будет плохо, но не долго» и сравнительно быстро выйдет из строя. Все дело в полупроводнике, у него вольтамперная характеристика (ВАХ) носит не только экспоненциальный характер, но еще и прямо пропорционально температуре, чем выше температура – тем ниже сопротивление диода и тем быстрее нарастает ток.

Самый простой способ «стабилизации» тока – это последовательно подключенный резистор. Такой способ используют в 12/24 В светодиодных осветительных лентах. В мониторах кроме стабилизации тока, необходимо обеспечить управление включением и регулировку яркости. Для обеспечения всех необходимых функций в драйверах применяются специализированные микросхемы. Наиболее распространенные модели собраны на DF6113A и PT4115.

Драйвер на базе PT4115

PT4115 предназначен для построения понижающих преобразователей напряжения со стабилизацией по току. Диапазон рабочих напряжений от 6 до 30 В, но применительно к универсальной светодиодной подсветке минимальное напряжение составляет 11 В. Микросхема имеет встроенный силовой ключ, который обеспечивает рабочий ток до 1,2 А что при 9 В питании светодиодов составляет примерно 10 Вт. Но стоит оговорится, что это возможности микросхемы, среди тех драйверов LED, которые мне встречались, были установлены индуктивности типоразмером 2220 с максимальным допустимым током 800 мА т.е. максимальная мощность в этом случае будет составлять 7,2 Вт.

Типичное включение микросхемы на примере драйвера JH-2T009 приведено на следующей схеме.

В данной схеме линия управления яркости подключена к сигналу включения на разъеме, это не ошибка, драйвер при этом нормально функционирует на максимальной яркости, без возможности регулировки. Но если в скайлере монитора используется ШИМ сигнал управления яркостью, то можно на линию (3) можно подать этот ШИМ сигнал управления яркости (предварительно отключив сигнал ON/OFF) и регулировка яркости будет работать в штатном режиме.

Регулировка тока осуществляется заменой токоизмерительных резисторов R1, R2 которые рассчитываются по следующей формуле: Iout=100mV/Rs. Сопротивление токоизмерительного резистора должно быть не менее 0,085 Ом что соответствует выходному току 1,2 А. Но прежде чем заменить резистор убедитесь, что другие компоненты на плате драйвера рассчитаны под этот ток. Если вернуться к нашей JH-2T009, то диод Шоттки SS14 рассчитан на ток до 1 А, а дроссель типоразмера 2220 и вовсе на 800 мА.

Стоит ли покупать универсальную подсветку на базе PT4115?

Зависит от исполнения и потребностей. В целом довольно надежный и дешевый вариант с минимальным количеством дискретных элементов. При хорошем исполнении и индуктивности соответствующей мощности, такого драйвера будет вполне достаточно для домашних мониторов диагональю 15-19”. Для больших же диагоналей или местах, требовательных к яркости рекомендуем присмотрится к драйверам на базе следующей микросхемы.

Драйвер на базе DF6113A

DF6113A – специализированный драйвер подсветки LCD матриц. Его можно использовать как в схемах понижающего преобразователя, так и повышающего. Диапазон рабочих напряжений 5-24 В (в случае понижающей схемы 11-24 В). В нем реализованы встроенные цепи защиты от перенапряжения по выходу и от короткого замыкания. Микросхема не имеет встроенного силового ключа и требует несколько большей обвязки для нормальной работы.

Не смотря на разнообразие предложений, схема включения микросхемы идентична в большинстве случаев, даже в варианте универсальной ноутбучной подсветки схема аналогична (подробней можно почитать в предыдущей статье). Отличия лишь в использовании более мощных элементов – диоды вместо 2 амперных SS210, установлены 3 амперные SS310, более мощная индуктивность B82464G, наличие дополнительных электролитов и т.д.

Но мощная индуктивность вовсе не правило, на следующем фото представлен драйвер с загадочной экономией на индуктивности, такой драйвер, не смотря на потенциал микросхемы и мощного силового ключа, нельзя перенастраивать на токи, более 800 мА и дело даже не в перегреве. Превышение тока неизбежно приводит к насыщению сердечника и индуктивность теряет свои свойства превращаясь в резистор с очень малым сопротивлением. В лучшем случае сработает защита блока питания, а в худшем что-то перегорит.

Касательно управления практически всех видов подсветок обращаем внимание, что «заводское» исполнение драйвера идет с инвертированным аналоговым управлением яркостью. Минимальное напряжение управления яркостью соответствует максимальной яркости и наоборот.

Но производитель микросхемы также дает рекомендации по подключению неинвертирующего ШИМ сигнала управления который приведен на следующем рисунке.

Для переделки необходимо всего лишь удалить резистор R1 и конденсатор C3, и добавить диод VD2. Для надежной работы желательно еще добавить подтягивающий резистор R9

Регулирование тока производится заменой токоизмерительных резисторов, которые считаются по специальной формуле, о которой уже писалось в предыдущей статье.

На что обратить внимание при выборе драйвера?

Уже по внешнему виду драйвера можно судить о его возможностях и ограничениях. Разберем по порядку.

Силовые ключи. Наличие внешнего силового ключа как правило гарантирует даже избыточность по току. Так, например, транзистор 15N10 способен обеспечить ток 8 А в непрерывном режиме и 14 А в импульсном. Если ключ встроен, то такие схемы обычно имеют ограничение 1-1,5 А, детальней можно узнать из документации на конкретную микросхему.

Индуктивность. Моточные изделия всегда были дорогими и на них в первую очередь экономят. Индуктивность устанавливают поменьше номиналом (т.к. такие индуктивности выдерживают больший ток) и поменьше размером, что уменьшает допустимый ток, но и снижает себестоимость. Для самых простых драйверов типичным является установка индуктивности серии LQH55D, типоразмер 2220 (5х5мм), 47 мкГн. В боле качественных драйверах ставят индуктивности хотя бы B82464G (10х10мм), 47 мкГн и более.

Уменьшение индуктивности негативно влияет на диапазон регулировки яркости. Индуктивность 47 мкГн позволяет регулировать яркость в пределах 20:1, а 68 мкГн уже 25:1. Увеличение номинала индуктивности расширяет диапазон регулирования яркости, но такие индуктивности при идентичном типоразмере имею меньший допустимый ток. Потому производителям приходится балансировать между удобством и себестоимостью.

Диод Шоттки. Тут наиболее популярны SS14, SS210 и SS310 от 1 до 3 А соответственно. Опять-же больше ток – лучше.

Наличие сглаживающих конденсаторов на выходе. Их установка не обязательна, т.к. считается, что глаз не способен увидеть высокочастотные мерцания. И на фото в начале раздела, под буквой (B) изображен такой инвертор. Но физиологи все же отмечают, что большая амплитуда ВЧ мерцаний приводит к более быстрой утомляемости. Потому более качественные (А) имеют сглаживающий конденсатор параллельно светодиодам.

Итоги

Теперь вы знаете чем отличаются универсальные LED подсветки для монитора и можете сознательно выбрать наиболее подходящий вам вариант.

Мы же в свою очередь будем рады, если вы посмотрите наши предложения по подсветке. У нас есть варианты практически для любых задач, по демократичным ценам и с гарантированным качеством исполнения:

Универсальная подсветка для монитора 15-24”

Универсальная подсветка для монитора 15-24” с линейками на алюминиевой основе (по запросу)

Универсальная подсветка для ноутбуков

Используемые источники:

• https://habr.com/post/214993/
• https://mediapure.ru/domashnij-kinoteatr-komponenty/podrobno-o-led-podsvetke-raznovidnosti-osobennosti/
• https://ndft.com.ua/vybor-i-ustroystvo-universalnoy-led-podsvetki-dlya-monitora/