Промышленная ЖК-подсветка: типы, технические характеристики и руководство по выбору

ЖК-дисплей регулирует количество света, проходящего через каждый пиксель, но сам не излучает свет. Изображение становится видимым благодаря подсветке, расположенной за ним.

В большинстве современных промышленных TFT-ЖК-дисплеев используется светодиодная подсветка. Правильный выбор — это не просто выбор самого яркого из доступных вариантов. На рабочие характеристики готового оборудования влияют такие факторы, как равномерность подсветки, потребляемая мощность, толщина, рабочая температура, возможность регулировки яркости и срок службы.

Что такое подсветка ЖК-дисплея?

Подсветка — это световой блок, расположенный за TFT-ЖК-матрицей. Типичный модуль с боковой подсветкой состоит из:

• одна или несколько светодиодных световых полос;
• световодящая пластина, распределяющая свет по всей площади дисплея;
• отражатель, расположенный за световодом;
• диффузорные и призматические пленки, которые повышают равномерность освещения и направляют больше света на зрителя;
• металлическая или литая рама, удерживающая оптический блок в нужном положении.

В конструкции с прямой подсветкой светодиоды располагаются за дисплеем. Подсветка влияет на яркость, равномерность освещения, цветовую температуру, энергопотребление, тепловыделение, толщину и срок службы.

Обзор других деталей, окружающих подсветку, см. в нашем Руководство по конструкциям промышленных витрин.

Светодиодная подсветка против традиционной CCFL-подсветки

Светодиоды являются стандартным решением для новых промышленных проектов с использованием TFT-ЖК-дисплеев. Они отличаются компактной конструкцией, высокой эффективностью и простотой регулировки яркости.

CCFL-подсветка по-прежнему используется в старых панелях HMI, системах ЧПУ и другом устаревшем оборудовании. Для работы CCFL требуется инвертор. Светодиодная замена может иметь аналогичный контур, но несовместимые параметры питания, регулировки яркости или внутренние соединения.

При ремонте или модернизации необходимо уточнить точную модель ЖК-дисплея перед заменой панели или переоборудованием системы подсветки.

Светодиодная подсветка с боковой подсветкой и прямой подсветкой

В системе краевой подсветки светодиоды располагаются вдоль одного или нескольких краев световодящей пластины. Оптические элементы перенаправляют свет на ЖК-дисплей. Такая конструкция позволяет создавать тонкие модули.

В системе прямой подсветки светодиоды располагаются за видимой областью экрана. Для плавного смешивания света отдельных источников и устранения ярких пятен требуется дополнительное пространство, поэтому такая конструкция обычно имеет большую глубину.

Фактор	С боковой подсветкой	С прямым подсвечением
Положение светодиода	Вдоль края световода	За зоной экспозиции
Распределение света	Световодная пластина	Расстояние между светодиодами и пространство для рассеивания света
Глубина модуля	Как правило, более тонкий	Обычно глубже
Основная задача при проектировании	Эффективное извлечение света по всей поверхности пластины	Предотвращение появления заметных «горячих точек» на светодиодах
Типичное использование	Характерно для небольших и средних TFT-ЖК-дисплеев	Отдельные дисплеи больших размеров или специально разработанные модели

Ни одна из этих схем не гарантирует автоматически более высокую яркость или равномерность освещения. Результаты зависят от мощности светодиодов, оптического КПД, допусков, а также согласованности температурных и токовых параметров. Для ЖК-дисплея с яркостью 1000 нит не обязательно использовать подсветку с прямым освещением; также доступны панели с боковой подсветкой, обеспечивающие высокую яркость. Выбор следует осуществлять исходя из измеренных характеристик и механических ограничений, а не только на основании названия архитектуры.

Основные технические характеристики ЖК-подсветки

Яркость

Яркость ЖК-дисплея обычно указывается в кд/м², что также называется «нитами». Уточните, является ли указанное значение типичным или минимальным, а также относится ли оно к самому ЖК-модулю или к готовому сенсорному дисплею.

Сенсорный экран, защитное стекло и обработка поверхности влияют на свет, попадающий к пользователю. Оптическое склеивание позволяет уменьшить отражения, но готовую сборку всё равно необходимо подвергнуть измерению.

При прямом попадании солнечных лучей или сильном освещении также важно контролировать отражение света. Ознакомьтесь с нашим руководством по выбор монитора, читаемого при солнечном свете в отношении этого отдельного решения.

Равномерность яркости

Высокое значение центрального показателя не гарантирует равномерного освещения экрана. Неудачная конструкция подсветки может приводить к появлению тёмных краёв, ярких углов, ярких пятен или заметных полос.

Равномерность рассчитывается на основе показаний, полученных в нескольких точках, однако формулы расчета могут различаться. Некоторые производители используют отношение минимальной яркости к максимальной, другие — отношение минимальной яркости к средней. Сравнивать значения следует только в том случае, если известны точки измерения, время прогрева, настройка яркости и формула расчета.

После прогрева осмотрите тестовые изображения белого и средне-серого цветов; на изображениях средне-серого цвета часто более отчетливо видны едва заметные неравномерности.

Потребляемая мощность и тепловыделение

Мощность подсветки зависит от количества светодиодов, конфигурации цепочки, тока питания и оптического КПД. Увеличение тока может повысить яркость, но при этом приведет к росту нагрева и снижению светового потока.

Уточняйте мощность подсветки при требуемой яркости, а не только максимальную мощность всего монитора. При установке в герметичном корпусе на открытом воздухе также учитывайте нагрузку от солнечных батарей и других электронных устройств. См. перегрев наружного промышленного дисплея в связи с проблемой системного уровня.

Толщина модуля

Доступная глубина может ограничивать возможности конструкции. Конструкции с краевой подсветкой, как правило, тоньше; конструкции с прямой подсветкой требуют пространства для рассеивания света. Уточните общую толщину ЖК-модуля, включая его рамку и любую нестандартную структуру, обеспечивающую высокую яркость.

Цветовая температура и стабильность

Две подсветки одинаковой яркости могут иметь заметно разные точки белого. При использовании нескольких дисплеев, замены деталей или повторных партий следует указать допустимый диапазон цветовой температуры и подтвердить классификацию светодиодов по классам. Также следует проверить цветовые отклонения в пределах экрана, которые могут быть вызваны светодиодами, оптическими пленками, механическим давлением или старением.

Рабочая температура

Мощность и эффективность подсветки изменяются в зависимости от температуры. Нагрев усиливает нагрузку на светодиоды и их драйвер; низкая температура может повлиять на мощность светодиодов, работу драйвера и оптические характеристики. Указанный диапазон рабочих температур ЖК-дисплея не гарантирует полную яркость во всем диапазоне. Если это имеет значение, запросите данные о снижении номинальных характеристик и проведите испытания в реальных предельных условиях.

Срок службы подсветки

Подсветка со сроком службы “50 000 часов” не отключается на 50 001-м часе. Обычно эта цифра обозначает время, по истечении которого яркость снижается до определенного процента от начального значения при указанных условиях.

Универсального критерия завершения испытания не существует. В одном техническом паспорте в качестве начальной яркости может указываться значение 50%, в другом — 70% или же может применяться отдельное определение неисправности. На результат также влияют температура, ток светодиода и коэффициент заполнения.

Прежде чем сравнивать две панели, проверьте:

• конечная точка остаточной яркости;
• температура испытания;
• ток, подаваемый на светодиод;
• является ли это значение типичным или гарантированным;
• включены ли в это определение неисправности светодиодов.

В случае интерфейса человека-машины (HMI), работающего круглосуточно и без перерывов, снижение излишней яркости может продлить срок его эксплуатации.

Возможность регулировки яркости

В светодиодной подсветке используется ШИМ, аналоговое регулирование тока или оба этих метода. ШИМ изменяет время включения светодиодов, а аналоговое регулирование яркости — ток, протекающий через светодиоды. Диапазон значений, минимальная стабильная яркость и входной сигнал управления зависят от ЖК-дисплея или внешнего драйвера.

С помощью камер или систем машинного зрения убедитесь, что ШИМ не вызывает появления полос. Информацию о регулировке яркости в дневном и ночном режимах см. в автоматическая регулировка яркости в промышленных дисплеях.

Как выбрать промышленную подсветку для ЖК-дисплея

Перед утверждением панели или индивидуальной подсветки воспользуйтесь следующим контрольным списком:

Артикул	Что необходимо подтвердить
Требуемая яркость	Минимальная и типичная яркость на готовой поверхности дисплея
Однородность	Формула, точки измерения и предельное значение
Конструкция подсветки	С боковой подсветкой или прямой подсветкой, если это применимо
Доступная глубина	Максимальная толщина ЖК-модуля
Мощность	Мощность подсветки при заданной яркости
Цвет	Диапазон цветовой температуры и стабильность партии
Температура	Требуемый диапазон рабочих значений и любое снижение номинальной яркости
Срок службы	Время работы, конечная точка сохранения яркости и условия испытаний
Регулировка яркости	ШИМ, аналоговый или гибридный режим; требуемый диапазон регулировки яркости
Рабочий цикл	Ежедневные часы работы и стандартная настройка яркости
Валидация	Образец, типичный для серийной продукции, прошедший испытания в реальных условиях

Проведите оценку образца после прогрева при заданном напряжении, яркости и температуре. Если планируется установка сенсорного и защитного стекла, проверьте готовую конструкцию в сборе.

Распространенные ошибки при выборе подсветки

• Сравнение только яркости центральной части: Один хороший показатель может скрыть недостатки или низкую однородность.
• Исходя из того, что прямое освещение всегда лучше: Сама по себе архитектура не гарантирует яркости, равномерности или эффективности.
• Сравнение общего количества часов эксплуатации без определений: Два показателя, соответствующие 50 000 часов работы, могут быть получены с использованием разных конечных точек и условий испытаний.
• Увеличение силы тока без контроля температуры: начальная яркость может повыситься, в то время как срок службы и стабильность цвета ухудшатся.
• Утверждение только голой панели: Сенсорное и защитное стекло могут влиять на яркость, отражения и тепловые характеристики.

ЧАСТО ЗАДАВАЕМЫЕ ВОПРОСЫ

Какой тип подсветки используется в промышленных ЖК-дисплеях?

В большинстве современных промышленных TFT-ЖК-дисплеев используется белая светодиодная подсветка. CCFL в основном применяется в устаревшем оборудовании и при модернизации.

Что лучше: краевая подсветка или прямая подсветка?

Ни один из этих вариантов не является универсально лучшим. Конструкция с краевой подсветкой, как правило, более тонкая, тогда как конструкция с прямой подсветкой требует большей глубины. Сравните фактическую яркость, равномерность освещения, потребляемую мощность, температуру и механические характеристики.

Что означает срок службы подсветки в 50 000 часов?

Как правило, это время работы, в течение которого яркость снижается до заданного процента от начального значения в определённых условиях. Точные значения конечной точки, температуры и тока светодиода см. в техническом паспорте.

Можно ли модернизировать стандартный ЖК-дисплей, установив подсветку с более высокой яркостью?

Иногда, однако, может потребоваться доработка светодиодной планки, драйвера, блока питания, металлической конструкции и системы теплоотвода. Проверьте работоспособность модифицированной системы как единого модуля, а не как простой замены светодиодов.

Заключение

Правильно подобранная промышленная ЖК-подсветка обеспечивает необходимую яркость готового дисплея без недопустимых отклонений по яркости, энергопотреблению, толщине, тепловыделению или сокращению срока службы. Сравнивайте технические характеристики, используя одинаковые определения, и тестируйте типовой готовый дисплей перед запуском в серийное производство.