Qu’est-ce que TFT LCD et quelle est sa signification? Que faut-il observer lors de l’utilisation du rétroéclairage LED sur l’écran LCD?

Dans les périphériques d’affichage à écran plat (FED) actuels, les périphériques d’affichage LCD occupent la position standard et la plupart des périphériques LCD existants sont transmissifs. Pour ces appareils LCD transmissifs, le rétroéclairage en est une partie indispensable.

Dans les rétroéclairages LCD, bien que les lampes fluorescentes à cathode froide (CCFL) dominent actuellement, les LED ont les avantages d’une large gamme de couleurs, d’un point blanc réglable, d’un taux de gradation élevé et d’une longue durée de vie, de sorte qu’ils ont récemment été développés comme un nouveau type de source de rétroéclairage LCD, bien a été utilisé dans certains moniteurs LCD de bureau et téléviseurs LCD.

Le rétroéclairage LED pour LCD (ci-après dénommé rétroéclairage LED) est un nouveau type de technologie de rétroéclairage avec de nombreux types, mais il n’a pas été largement utilisé dans les appareils LCD car il y a encore des problèmes techniques ou de coût à résoudre. Pour des sources de rétroéclairage LED plus pratiques, cet article les présentera dans les paragraphes suivants.

L’amélioration de l’efficacité de la lumière, augmentant ainsi le rapport entre la lumière de sortie de l’écran et la lumière de sortie de la source lumineuse, est un moyen important d’améliorer le rétroéclairage de l’écran LCD. Éclairage statique Rétroéclairage LCD est l’un d’entre eux. Le principe principal est que chaque sous-pixel de l’écran LCD est éclairé uniquement par son élément de couleur correspondant (Figure 1), éliminant ainsi le besoin de filtres de couleur et améliorant l’efficacité de la lumière. .

Dans un écran LCD avec un rétroéclairage d’éclairage statique, un réseau de microlentilles est installé sous la couche de pixels, et chaque pixel correspond à une microlentilles. Le système d’éclairage de la source de rétroéclairage utilisé ici est les trois couleurs primaires regardant directement la source de rétroéclairage, et la source de lumière de chaque couleur est iluminée sur le sous-pixel correspondant, et le puits est projeté sur l’écran d’affichage à travers une lentille de projection.

Afin d’obtenir une luminosité suffisante sur l’écran d’affichage et d’améliorer l’uniformité de l’affichage: Dans cet appareil LCD, un élément de réfraction de la lumière et une plaque de guidage de lumière en forme de coin de réflecteur interne total (TIR) sont utilisés, et la plaque de guidage de la lumière a une couche de réfraction appropriée.

Le rétroéclairage d’éclairage statique utilise généralement trois CCFL, rouge, vert et bleu. L’écran LCD de rétroéclairage statique récemment développé utilise des LED comme source de rétroéclairage.

Dans un appareil LCD avec un rétroéclairage statique, l’angle de distribution de la lumière émis par le tuyau de lumière à coin TIR est de 70° à 90°. L’utilisation de ce type de rétroéclairage élimine la perte de lumière causée par le filtre de couleur (le filtre de couleur est omis), et la transmittance de l’appareil atteint trois fois celle de l’écran LCD traditionnel. Dans le même temps, ce rétroéclairage peut simplifier la structure de l’appareil et réduire la consommation d’énergie.

Afin de réduire davantage la perte de lumière de la source lumineuse et d’améliorer l’angle de distribution de la lumière pour éliminer la pollution de l’environnement causée par l’utilisation de mercure, le remplacement de CCFL par LED comme source de rétroéclairage de l’appareil est devenu la tendance de développement de l’éclairage statique LCD rétroéclairage. À l’heure actuelle, les rétroéclairages d’éclairage statique LED ont été utilisés avec succès dans les appareils LCD avec une résolution XGA diagonale de 33 cm. Parce que la consommation d’énergie de cet appareil est considérablement réduite, il convient parfaitement aux applications à haute luminosité.

L’utilisation de LED rouges, vertes et bleues comme sources de rétroéclairage LCD peut atteindre une excellente qualité de couleur, réduire la consommation d’énergie et éviter la pollution de l’environnement causée par l’utilisation de mercure. Il est nécessaire de contrôler la température de couleur de la lumière blanche pour obtenir une durée de vie suffisamment longue.

Récemment, une source de rétroéclairage LCD de type rétroaction utilisant des LED rouges, vertes et bleues comme source de lumière et un capteur de couleur et un contrôleur de rétroaction a été développé. Avec ce type de rétroéclairage, la stabilité des couleurs et la stabilité continue de la luminosité de « 0.02 ont été atteintes, et le point blanc et la luminosité de l’appareil peuvent également être contrôlés arbitrairement par celui-ci.

Le système de rétroéclairage LED à rétroaction est composé de quatre modules fonctionnels principaux, qui sont un capteur avec un filtre de couleur, un contrôleur de rétroaction, un pilote LED de modulation de largeur d’impulsion (PWM) et un élément de réseau de sources de lumière LED lux-eonTM rouge, vert et bleu.

Les LED utilisées dans la source de lumière LED ici sont des tubes de lumière bleue en nitrure de gallium d’indium (InGaN) de type luxeon et des tubes de lumière verte, et des tubes de lumière rouge au phosphure de gallium d’indium d’aluminium (AllnGaP), qui sont tous de haute puissance et de haute efficacité. La figure 5 est la performance de la raie spectrale d’émission de ces sources de rétroéclairage LED, et la figure 6 est la performance typique de la durée de vie lorsque la température est de 85 °C. Ce type de rétroéclairage a une très faible résistance dynamique et est entraîné par un courant constant PWM, et le rendement lumineux de la source lumineuse est proportionnel à la largeur d’impulsion du PWM. Cette source de lumière présente les avantages d’une large gamme de couleurs, d’une chromaticité réglable et d’une protection de l’environnement.

Le capteur utilisé ici est composé de trois photodiodes avec une couche de filtre couleur montée dans un élément et une carte de circuit imprimé avec amplification d’impédance mutuelle. La couche de filtre de couleur du capteur a une valeur approximative de CIE193lXyzCMFs. Avec ce capteur, la tension de sortie pour mesurer la puissance rayonnante peut être obtenue. Avant d’alimenter la tension acquise au contrôleur, la tension est moyenncée par le système.

Ce pilote est une alimentation à découpage qui peut augmenter et abaisser la tension d’entrée. Il est composé d’un amplificateur tension-courant de commutation et de circuits nécessaires, qui peuvent prétraiter le PWM haute fréquence 600Hz utilisé dans les systèmes LCD. Afin de ne pas causer d’interférences électromagnétiques excessives, de perte de puissance et d’augmenter les coûts, il n’y a pas de boucle de rétroaction sur ce lecteur.

Le contrôleur de rétroaction est composé de trois parties, à savoir le contrôleur de couleur, le contrôleur de facteur de service et le contrôleur d’intensité lumineuse. Le contrôleur de couleur dispose d’un tableau intégré sensible pour compenser l’erreur de sortie du capteur, maintenant ainsi la chromaticité de sortie constante. Le cœur du contrôleur d’intensité lumineuse est une matrice sensible, qui a pour fonction de convertir la sortie du capteur en facteur de service de courant LED, et maintient la relation entre la luminosité et la température de sortie et la chromaticité constante à tout moment. Cela peut être mesuré à partir de Get in.

En utilisant le rétroéclairage LED de type rétroaction, le dispositif LED peut atteindre une dérive de couleur de « 0.003A△u’v » dans la plage de température de 25 ° C ~ 70 ° C, et peut obtenir une stabilité de couleur acceptable: lors du traitement du signal de rétroaction optique À ce stade, il n’y a pas besoin d’une grande puissance de prétraitement. En outre, comme mentionné ci-dessus, cela présente les avantages de la gamme de couleurs et de la protection de l’environnement.

Si des voyants rouges, verts et bleus haute luminosité sont utilisés dans le système de rétroéclairage LCD, un dispositif de mélange des couleurs est nécessaire pour mélanger les couleurs avant que la lumière de la source lumineuse n’atteigne l’écran LCD. Dans un rétroéclairage LCD traditionnel, le mélange des couleurs est effectué dans un guide de lumière qui extrait la structure (revêtement blanc ou microlentilles) indépendamment de l’axe optique. Afin d’éclairer toute la zone d’affichage, il est nécessaire d’utiliser deux plaques de guidage de lumière, ce qui rendra la source de rétroéclairage lourde et épaisse, et produira également les inconvénients de la luminosité et de la chromaticité de la plaque de guidage de lumière est difficile à faire correspondre.

Afin de surmonter les lacunes ci-dessus, les Pays-Bas ont récemment développé un nouveau rétroéclairage LED, qui combine une plaque de guidage de lumière de couleur mixte séparée avec une plaque de guidage de lumière de pompage de lumière traditionnelle.

Le rétroéclairage est composé d’une source lumineuse LED (1), d’un premier miroir elliptique (2), d’une plaque de guidage de lumière de couleur mixte (3), d’un deuxième miroir elliptique (4), d’un film réfléchissant (5), d’une plaque de guidage de lumière principale (6), d’un film d’étalonnage et de contrôle de polarisation (7), d’un cadre (8) et d’un dissipateur de chaleur (9). Ces parties sont représentées par les chiffres ci-dessus dans les figures 7 et 8.

Lorsque vous travaillez, la lumière émise par la source lumineuse LED (1) est réfléchie par la première ellipse (2) à 90° et couplée à la plaque de guidage de lumière de couleur mixte (3). La lumière est mélangée à la lumière blanche correspondante par la plaque de guidage de lumière de couleur mixte, puis couplée dans la deuxième ellipse (4) pour 90° ° Réfléchie dans le guide de lumière principal (6). La plaque de guidage de lumière principale a un motif de pixels d’écran, qui est optimisé pour la distribution de la lumière de la source de lumière LED. La lumière du deuxième miroir elliptique est dirigée vers l’écran LCD à travers la plaque de guidage de lumière principale.

Afin d’améliorer encore l’uniformité des couleurs, un microprisme est également équipé du côté de l’entrée de la lumière de la plaque de guidage de la lumière principale, qui fonctionne pour augmenter la distribution angulaire de la lumière, améliorant ainsi le mélange des couleurs de la lumière.

Un film d’aluminium à haute réflectivité est fabriqué sur la surface du miroir elliptique, et des lignes à haute réflectivité sont utilisées pour augmenter la réflectivité. Le miroir elliptique fait pivoter l’axe optique émis par la LED de 90° par rapport au plan de guidage de la lumière, rendant ainsi la structure de la source de rétroéclairage plus compacte.

La plaque de guidage de lumière combinée type RÉTROÉCLAIRAGE LED dans cet article a une diagonale de 38cm, a 34 LED LuxeomTM, un pas de tube de 9mm, et une puissance de conduite de 45W. En utilisant ce rétroéclairage LED, une luminosité maximale de 4300cd / m2 a été atteinte.

La nouvelle plaque de guidage de lumière combinée avec un rétroéclairage LED présente les avantages suivants:

●Poids léger, épaisseur mince, solide et durable;

●Compatible avec la technologie de rétroéclairage et le mécanisme de fabrication existants;

●Il peut être combiné avec diverses plaques de guidage de la lumière, même des écrans plats avec des motifs de pixels préfabriqués et des plaques de guidage de lumière en forme de coin avec une structure de lentille micro-face;

●L’écran applicable a une grande plage de taille (25.4cm-5lcm), mais le pas de la LED et la longueur de la plaque de guidage de lumière peuvent rester inchangés;

●Le flux lumineux de sortie de chaque LED peut être régulièrement augmenté, de sorte qu’une luminosité donnée peut être obtenue sans augmenter le nombre de LED et réduire le pas de LED;

●Les performances de mélange des couleurs peuvent être facilement améliorées en allongeant la longueur de la plaque de guidage de la lumière.

Le rétroéclairage LED est un rétroéclairage à lumière de bord. En tant que rétroéclairage à lumière de bord, il présente les trois caractéristiques suivantes:

●La surface électroluminescente peut émettre 360° le long de son axe optique;

●Une plus grande surface peut être recouverte d’une lentille plus mince;

●Peut mélanger les couleurs avec une structure simple.

Le rétroéclairage précédent pour l’écran LCD à éclairage de bord présente les inconvénients suivants:

●Parce que la plaque de guidage de lumière est en acrylique, elle augmentera le poids et augmentera le coût lorsqu’elle est utilisée dans les téléviseurs LCD de grande taille (LCD-TV);

●Supprimer et absorber les rayons ultraviolets;

●Lorsqu’il est utilisé pour l’affichage couleur, il est difficile d’utiliser des LED rouges, vertes et bleues haute puissance dans le rétroéclairage direct.

Afin de résoudre les problèmes ci-dessus et d’améliorer les performances du rétroéclairage LED. Les États-Unis ont coopéré avec le Japon, les Pays-Bas et la Malaisie pour développer un nouveau rétroéclairage LED LCD-TV à éclairage direct à bord haute luminosité. Dans ce type de rétroéclairage, la plaque de guidage de lumière n’est pas utilisée, mais un réseau de LED est placé dans la cavité derrière l’écran LCD à la place. Avec ce type de rétroéclairage LED, il est possible de mieux contrôler l’uniformité de la luminosité et de la couleur tout en maintenant une bonne efficacité lumineuse.

Le rétroéclairage LED direct haute luminosité est composé des parties suivantes:

(1) Deux réseaux linéaires composés de 48 LED montées sur une carte de circuit imprimé à noyau métallique;

(2) La boîte métallique équipée du réseau de LED mentionné ci-dessus est recouverte d’un film de réflexion diffuse sur la surface interne de la boîte. Le déplacement de la surface non lumineuse de la LED derrière le film peut réduire la réabsorption de la lumière et atteindre une efficacité lumineuse élevée;

(3) Le commutateur situé au-dessus du réseau de LED, sa fonction est d’empêcher la LED de s’écarter de la lumière de l’axe sur le chemin vers l’écran. Le commutateur peut être rendu très petit, tel que 6mm, pour empêcher le blindage d’affecter l’écran LCD, car cet effet affectera la luminosité de l’écran LCD. Comme la taille du commutateur est différente, il a un effet de 6% à 40% sur la lumière émise par la LED. Dans le même temps, si le commutateur est petit, le réseau de LED peut être placé dans une cavité ordinaire et concise. Tant que le commutateur est ajusté, les caractéristiques de luminosité élevée requises peuvent être obtenues;

(4) Recouvrir un film d’émission diffuse sur la surface interne de la boîte métallique susmentionnée, qui peut atteindre une réflectivité de 30% à 40%;

(5) Le film d’amélioration de la luminosité situé entre les écrans de contrôle est utilisé pour augmenter la luminosité de l’écran;

(6) La cavité réfléchissante lambertienne derrière l’écran LCD a une paroi latérale en miroir. 80% de la lumière émise par le réseau de LED se trouve à moins de 20° ± perpendiculaire à l’axe optique et est injectée dans la cavité réfléchissante à un azimut de 360°. Lorsque la lumière pénètre efficacement dans le trou de rétroéclairage, son chemin libre est maximisé, et lorsqu’un pas LED approprié est adopté, un bon mélange des couleurs peut être réalisé dans toutes les directions immédiatement au-dessus du réseau de LED. Il n’y a qu’environ 5% de la lumière directement au-dessus de la LED vers la zone de l’écran. Afin de minimiser l’effet de la couleur directement au-dessus de la LED, le commutateur est utilisé pour rediriger la lumière et revenir à la LED et à la cavité lambertienne, de sorte que le trait moyen de cette partie de la lumière augmente, générant ainsi un mélange de couleurs supplémentaire, réduisant la couleur directement au-dessus de la LED L’effet de couleur.

Le rétroéclairage LED direct haute luminosité développé par les États-Unis, le Japon, la Hollande et la Malaisie est utilisé pour les téléviseurs LCD avec un écran diagonal de 56 cm et sa taille est de 503 mm×282 mm. Il a deux réseaux de lumière de bord composés de 48 LED, la distance entre les deux réseaux est de 150 mm et la distance entre les LED est de 9 mm. Parmi les LED utilisées, le flux lumineux total de 24 LED rouges est de 1039lm, le flux lumineux total de 48 LED vertes est de 2436lm et le flux lumineux total de 24 LED bleues est de 109lm. Le courant d’entraînement de toutes les LED est de 350mA. Lorsque la température de couleur du point blanc à température ambiante est de 9000K, l’efficacité de la lumière est de 33.2lm / W. Lorsque le film d’amélioration de la luminosité n’est pas utilisé, le rétroéclairage peut atteindre une luminosité élevée supérieure à 5000cd / m2: si le film d’amélioration de la luminosité est utilisé, la luminosité de 10000cd / m2 peut être atteinte. Lorsque ce rétroéclairage LED est utilisé dans un téléviseur LCD avec une transmittance de panneau LCD de 5%, ce dernier peut avoir une luminosité de 500cd / m2. Les performances de ce type de rétroéclairage et lcd-TV adoptant ce type de rétroéclairage sont indiquées dans le tableau 1.

Le développement rapide du marché de la télévision LCD a grandement stimulé la recherche et le développement de rétroéclairages LCD. Parce que le rétroéclairage LED pour LCD a les avantages de la vie, de la gamme de couleurs, du taux de modulation et d’autres performances et protection de l’environnement, il est devenu une nouvelle génération populaire de rétroéclairage LCD, qui se développe actuellement vigoureusement. La direction de développement du rétroéclairage LED est une consommation d’énergie et un coût plus faibles, une intensité lumineuse plus élevée, une durée de vie plus longue, plus lumineuse, plus mince et plus légère. Avec l’avancement de la micromécanique, de la microélectronique et de la technologie des matériaux, il y aura plus de nouveaux rétroéclairages LED pour les écrans de lumière du domaine dans le sens de développement ci-dessus.

L’écran LCD TFT (Thin Film Transistor), ou transistor à effet de champ à film mince LCD, est l’un des écrans à cristaux liquides à matrice active (AM-LCD).

Différent de la technologie TN, l’écran TFT adopte une méthode d’éclairage « back-through » - le chemin de la source de lumière imaginaire n’est pas de haut en bas comme le cristal liquide TN, mais de bas en haut. Cette méthode consiste à installer un tuyau de lumière spécial à l’arrière du cristal liquide, et la source de lumière pénétrera vers le haut à travers le polariseur inférieur lorsqu’elle est irradiée. Étant donné que les électrodes intercouches supérieures et inférieures sont remplacées par des électrodes FET et des électrodes communes, lorsque les électrodes FET sont activées, les performances des molécules de cristaux liquides changent également. Le but de l’affichage peut être atteint grâce au blindage de la lumière et à la transmission de la lumière, et le temps de réponse est considérablement augmenté à environ 80 ms. Parce qu’il a un rapport de contraste plus élevé et des couleurs plus riches que TN-LCD, la fréquence de mise à jour de l’écran est également plus rapide, donc TFT est communément appelé « vraie couleur ».

Par rapport au DSTN, la principale caractéristique de TFT-LCD est de configurer un dispositif de commutation à semi-conducteurs pour chaque pixel. Parce que chaque pixel peut être directement contrôlé par des impulsions de point. Par conséquent, chaque nœud est relativement indépendant et peut être contrôlé en permanence. Cette méthode de conception améliore non seulement la vitesse de réponse de l’écran d’affichage, mais peut également contrôler avec précision le niveau de gris d’affichage, c’est pourquoi la couleur TFT est plus réaliste que DSTN.

À l’heure actuelle, la plupart des fabricants d’ordinateurs portables utilisent TFT-LCD dans leurs produits. Les premiers TFT-LCDs étaient principalement utilisés dans la fabrication d’ordinateurs portables. Bien que TFT ait eu de grands avantages sur DSTN à cette époque, pour des raisons techniques, TFT-LCD avait toujours un grand écart avec les écrans CRT traditionnels en termes de temps de réponse, de luminosité et d’angle de vision. En outre, le rendement extrêmement faible a conduit à son prix élevé, faisant du TFT-LCD de bureau un étourdissement inaccessible.

Cependant, avec le développement continu de la technologie, l’amélioration continue du taux de rendement et l’émergence de certaines nouvelles technologies, les écrans LCD TFT ont fait de grands progrès en matière de temps de réponse, de contraste, de luminosité et d’angles de vision, les rapprochant de l’écart traditionnel des moniteurs CRT. De nos jours, le temps de réponse de la plupart des moniteurs LCD grand public a été amélioré à moins de 50 ms, ce qui a ouvert la voie à l’écran LCD pour devenir grand public.