LCD-achtergrondverlichting voor industrieel gebruik: soorten, specificaties en keuzegids

Een LCD-scherm regelt hoeveel licht er door elke pixel heen gaat, maar produceert zelf geen licht. De achtergrondverlichting zorgt ervoor dat het beeld zichtbaar is.

De meeste moderne industriële TFT-LCD’s maken gebruik van LED-achtergrondverlichting. De juiste keuze is niet simpelweg de helderste die er is. Uniformiteit, stroomverbruik, dikte, bedrijfstemperatuur, dimbaarheid en levensduur zijn allemaal van invloed op de prestaties in het uiteindelijke apparaat.

Wat is een LCD-achtergrondverlichting?

De achtergrondverlichting is het verlichtingssysteem achter de TFT-LCD-cel. Een typische randverlichte eenheid bestaat uit:

• een of meer LED-lichtbalken;
• een lichtgeleidingsplaat die het licht over het weergavegebied verspreidt;
• een reflector achter de lichtgeleider;
• diffusor- en prismafolies die de gelijkmatigheid verbeteren en meer licht naar de kijker leiden;
• een metalen of gegoten frame dat de optische stapel op zijn plaats houdt.

Bij een ontwerp met directe verlichting bevinden de leds zich daarentegen achter het weergavegebied. De achtergrondverlichting is van invloed op de helderheid, de uniformiteit, de kleurtemperatuur, het stroomverbruik, de warmteontwikkeling, de dikte en de levensduur.

Voor een overzicht van de andere onderdelen rondom de achtergrondverlichting, zie onze Handleiding voor industriële displaystructuren.

LED-achtergrondverlichting versus traditionele CCFL

LED is de standaard bij nieuwe industriële TFT-LCD-projecten. Het biedt een compacte opbouw, een goed rendement en een eenvoudige regeling van de helderheid.

In oudere HMI’s, CNC-besturingen en andere verouderde apparatuur worden nog steeds CCFL-achtergrondverlichtingen gebruikt. Een CCFL heeft een omvormer nodig. Een LED-vervanger kan weliswaar dezelfde vorm hebben, maar qua stroomvoorziening, helderheidsregeling of interne aansluitingen niet compatibel zijn.

Controleer bij een reparatie of aanpassing het exacte LCD-model voordat u het paneel vervangt of de achtergrondverlichting aanpast.

LED-achtergrondverlichting met randverlichting versus directe verlichting

Bij een randverlichting zijn de leds langs één of meer randen van de lichtgeleidingsplaat aangebracht. Optische elementen leiden het licht naar het LCD-scherm. Door deze constructie kan een dunne module worden vervaardigd.

Bij een direct verlicht scherm bevinden de leds zich achter het zichtbare schermgebied. Er is ruimte nodig om de afzonderlijke lichtbronnen te laten versmelten en felle vlekken te voorkomen, waardoor de constructie doorgaans dieper is.

Factor	Zijverlichting	Direct verlicht
LED-positie	Langs de rand van de lichtgeleider	Achter de tentoonstellingsruimte
Lichtverdeling	Lichtgeleidingsplaat	Afstand tussen de LED’s en diffusieruimte
Diepte van de module	Meestal dunner	Meestal dieper
Belangrijkste uitdaging bij het ontwerp	Efficiënte lichtopbrengst over de gehele plaat	Zichtbare LED-hotspots voorkomen
Typisch gebruik	Komt veel voor bij kleine en middelgrote TFT-LCD’s	Geselecteerde grotere of speciaal ontworpen displays

Geen van beide opstellingen is per definitie helderder of gelijkmatiger. De resultaten hangen af van de LED-lichtopbrengst, de optische efficiëntie, toleranties, temperatuur en de afstemming van de stroomsterkte. Een LCD-scherm met 1000 nit heeft niet per se een direct verlichte achtergrondverlichting nodig; er zijn ook randverlichte panelen met een hoge helderheid verkrijgbaar. Kies op basis van gemeten prestaties en mechanische beperkingen, en niet alleen op basis van de naam van de architectuur.

Belangrijkste specificaties van de LCD-achtergrondverlichting

Helderheid

De helderheid van een LCD-scherm wordt doorgaans uitgedrukt in cd/m², ook wel ‘nits’ genoemd. Controleer of de waarde een typische waarde of een minimumwaarde is en of deze betrekking heeft op de kale LCD-module of op het complete touchscreen.

Een aanraaksensor, afdekglas en oppervlaktebehandeling beïnvloeden het licht dat de gebruiker bereikt. Door middel van optische verlijming kunnen reflecties worden verminderd, maar de voltooide assemblage moet nog steeds worden gemeten.

Bij direct zonlicht of fel omgevingslicht is het ook belangrijk om de schittering te beperken. Bekijk onze gids over een monitor kiezen die in zonlicht goed afleesbaar is voor dat afzonderlijke besluit.

Uniformiteit van de helderheid

Een hoge waarde voor de middenwaarde garandeert nog geen gelijkmatig verlicht scherm. Een slecht ontwerp van de achtergrondverlichting kan leiden tot donkere randen, heldere hoeken, hotspots of zichtbare strepen.

De uniformiteit wordt berekend op basis van metingen op verschillende plaatsen, maar de formules lopen uiteen. Sommige fabrikanten gebruiken de minimumluminantie gedeeld door de maximumluminantie; anderen gebruiken de minimumluminantie gedeeld door de gemiddelde luminantie. Vergelijk waarden alleen als de meetpunten, de opwarmtijd, de helderheidsinstelling en de formule bekend zijn.

Controleer na de opwarmfase de witte en middengrijze testbeelden; op middengrijze beelden zijn subtiele onregelmatigheden vaak duidelijker te zien.

Stroomverbruik en warmteontwikkeling

Het vermogen van de achtergrondverlichting hangt af van het aantal LED’s, de configuratie van de reeks, de aandrijfstroom en de optische efficiëntie. Een hogere stroomsterkte kan de helderheid verhogen, maar leidt ook tot meer warmteontwikkeling en een snellere afname van het lichtopbrengst.

Vraag naar het vermogen van de achtergrondverlichting bij de gewenste helderheid, en niet alleen naar het maximale vermogen van de complete monitor. Houd in een afgesloten buitenbehuizing ook rekening met de belasting door zonnepanelen en andere elektronische componenten. Zie industrieel beeldscherm voor buiten oververhit voor het probleem op systeemniveau.

Dikte van de module

De beschikbare diepte kan de constructie beperken. Ontwerpen met randverlichting zijn doorgaans dunner; ontwerpen met directe verlichting hebben ruimte nodig om het licht te verspreiden. Controleer de totale dikte van de LCD-module, inclusief het frame en eventuele op maat gemaakte structuren voor een hoge helderheid.

Kleurtemperatuur en consistentie

Twee even heldere achtergrondverlichtingen kunnen zichtbaar verschillende witpunten hebben. Geef bij meerdere beeldschermen, vervangingsonderdelen of herhaalde producties een aanvaardbaar bereik voor de kleurtemperatuur op en controleer de LED-binning. Controleer ook de kleurvariatie op het schermoppervlak, die kan worden veroorzaakt door LED’s, optische folies, mechanische druk of veroudering.

Bedrijfstemperatuur

De lichtopbrengst en efficiëntie van de achtergrondverlichting variëren met de temperatuur. Warmte verhoogt de belasting van de leds en de bijbehorende driver; een lage temperatuur kan de lichtopbrengst van de leds, het gedrag van de driver en de optische prestaties beïnvloeden. De opgegeven temperatuurclassificatie van het LCD-scherm garandeert geen volledige helderheid over het gehele bereik. Als dit van belang is, vraag dan naar gegevens over vermogensvermindering en voer tests uit bij de daadwerkelijke grenswaarden.

Levensduur achtergrondverlichting

Een achtergrondverlichting met een levensduur van “50.000 uur” gaat niet uit na 50.001 uur. Dit getal geeft doorgaans de tijd aan waarna de helderheid onder de opgegeven omstandigheden daalt tot een bepaald percentage van de oorspronkelijke waarde.

Er is geen algemeen geldend eindpunt. In het ene gegevensblad kan een initiële helderheid van 50% worden gebruikt, in het andere 70% of een andere definitie van een storing. Ook de temperatuur, de LED-stroom en de inschakelduur zijn van invloed op het resultaat.

Controleer het volgende voordat je twee panelen met elkaar vergelijkt:

• het eindpunt voor de resterende helderheid;
• de testtemperatuur;
• de toegepaste LED-stroom;
• of het cijfer representatief is of gegarandeerd;
• of defecten aan LED's onder de definitie vallen.

Bij een HMI die 24 uur per dag en 7 dagen per week in bedrijf is, kan het verminderen van onnodige helderheid de levensduur verlengen.

Dimmogelijkheid

LED-achtergrondverlichting maakt gebruik van PWM, analoge stroomregeling of beide. Bij PWM wordt de inschakeltijd van de LED aangepast, terwijl bij analoge dimregeling de stroomsterkte van de LED wordt aangepast. Het bereik, de minimale stabiele helderheid en de stuursignaalinvoer zijn afhankelijk van het LCD-scherm of de externe driver.

Controleer met camera’s of machine vision of PWM geen strepen veroorzaakt. Zie voor helderheidsregeling bij dag- en nachtlicht: automatische dimfunctie bij industriële beeldschermen.

Hoe kies je een LCD-achtergrondverlichting voor industrieel gebruik?

Gebruik de volgende checklist voordat u een paneel of een op maat gemaakte achtergrondverlichting goedkeurt:

Item	Wat moet worden bevestigd?
Vereiste luminantie	Minimale en typische helderheid op het afgewerkte schermoppervlak
Uniformiteit	Formule, meetpunten en acceptatiewaarde
Opbouw van de achtergrondverlichting	Met randverlichting of directe verlichting, indien van toepassing
Beschikbare diepte	Maximale dikte van de LCD-module
Stroom	Vermogen van de achtergrondverlichting bij de beoogde helderheid
Kleur	Kleur temperatuurbereik en consistentie per batch
Temperatuur	Vereist werkbereik en eventuele verminderde helderheid
Levenslang	Duur, eindpunt voor resterende helderheid en testomstandigheden
Dimmen	PWM, analoog of hybride; vereist dimbereik
Activiteitscyclus	Dagelijkse bedrijfsuren en standaardhelderheidsinstelling
Validatie	In de praktijk geteste steekproef die representatief is voor de productie

Beoordeel het monster na het opwarmen bij de beoogde spanning, helderheid en temperatuur. Als er aanraakglas en afdekglas worden gemonteerd, test dan de complete stapel.

Veelvoorkomende fouten bij het kiezen van achtergrondverlichting

• Alleen de helderheid in het midden vergelijken: Eén goede meetwaarde kan onvolkomenheden of een gebrek aan uniformiteit verhullen.
• Ervan uitgaande dat directe verlichting altijd beter is: Architectuur alleen is geen garantie voor helderheid, gelijkmatigheid of efficiëntie.
• Vergelijking van het aantal bedrijfsuren zonder definities: De twee waarden van 50.000 uur kunnen op verschillende eindpunten en testomstandigheden zijn gebaseerd.
• De stroom verhogen zonder de temperatuur te controleren: De aanvankelijke helderheid kan toenemen, terwijl de levensduur en de kleurstabiliteit afnemen.
• Alleen het kale paneel goedkeuren: Aanraak- en afdekglas kunnen de helderheid, reflecties en thermische eigenschappen beïnvloeden.

FAQ

Welk type achtergrondverlichting wordt gebruikt in industriële LCD-schermen?

De meeste moderne industriële TFT-LCD-schermen maken gebruik van witte LED-achtergrondverlichting. CCFL-verlichting komt vooral nog voor in oudere apparatuur en bij vervangingsprojecten.

Wat is beter: randverlichting of directe verlichting?

Geen van beide is in alle opzichten beter. Een randverlichte constructie is doorgaans dunner, terwijl een direct verlichte constructie meer diepte nodig heeft. Vergelijk de werkelijke luminantie, uniformiteit, stroomverbruik, temperatuur en mechanische prestaties.

Wat houdt een levensduur van de achtergrondverlichting van 50.000 uur in?

Dit is doorgaans de bedrijfstijd totdat de helderheid onder gespecificeerde omstandigheden is gedaald tot een bepaald percentage van de oorspronkelijke waarde. Raadpleeg het gegevensblad voor de exacte waarden van het eindpunt, de temperatuur en de LED-stroom.

Kan een standaard LCD-scherm worden uitgerust met een achtergrondverlichting met een hogere helderheid?

Soms, maar dan moeten de LED-strip, de driver, de voeding, de metalen behuizing en het warmteafvoertraject mogelijk allemaal worden aangepast. Controleer of de aanpassing als complete module werkt, en niet alleen als een simpele vervanging van de LED’s.

Conclusie

De juiste industriële LCD-achtergrondverlichting zorgt voor de vereiste helderheid van het afgewerkte scherm, zonder onaanvaardbare ongelijkmatigheid, stroomverbruik, dikte, warmteontwikkeling of verkorting van de levensduur. Vergelijk specificaties op basis van dezelfde definities en test een representatief afgewerkt scherm voordat u met de massaproductie begint.