LCD mit LED-Hintergrundbeleuchtung - LED-backlit LCD

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Ein zerlegter Apple iPod Touch zeigt die Reihe der weißen LEDs an, die mit dem Gerät eingeschaltet sind

Ein LCD mit LED-Hintergrundbeleuchtung ist ein Flüssigkristalldisplay , das LEDs zur Hintergrundbeleuchtung anstelle der herkömmlichen CCFL-Hintergrundbeleuchtung ( Cold Cathode Fluorescent ) verwendet. LED-hintergrundbeleuchtete Displays verwenden die gleichen TFT-LCD - Technologien ( Dünnschichttransistor-Flüssigkristallanzeige ) wie CCFL-hintergrundbeleuchtete LCDs, bieten jedoch eine Reihe von Vorteilen gegenüber diesen.

Obwohl es sich nicht um eine LED-Anzeige handelt , wird ein Fernseher, der eine solche Kombination einer LED-Hintergrundbeleuchtung mit einem LCD-Panel verwendet, von einigen Herstellern und Lieferanten als LED-Fernseher beworben .

Vorteile

Im Vergleich zu früheren CCFL-Hintergrundbeleuchtungen bietet die Verwendung von LEDs für die Hintergrundbeleuchtung Folgendes:

  • Breitere Farbskala (mit RGB-LED oder QDEF) und Dimm - Bereich
  • Größeres Kontrastverhältnis
  • Sehr schlank (einige Bildschirme sind in kantenbeleuchteten Paneelen weniger als 13 mm dünn)
  • Deutlich leichter und kühler, bis zur Hälfte des gesamten Chassis- und Systemgewichts einer vergleichbaren CCFL
  • In der Regel 20–30% weniger Stromverbrauch und längere Lebensdauer
  • Zuverlässiger

LED-Anordnungen

ein einzelner direkter LED-Cluster eines LCD

LED-Hintergrundbeleuchtung ersetzt CCFL-Leuchtstofflampen durch einige bis mehrere hundert weiße, RGB- oder blaue LEDs. Es können vier Arten von LED-Anordnungen verwendet werden:

'Rand beleuchtet' (ELED)
LEDs bilden eine Linie um den Bildschirmrand
'direkt beleuchtet' (DLED)
LEDs bilden in gleichmäßigen Abständen ein Array direkt hinter dem Bildschirm
'lokales Dimmen'
LED-Cluster mit direkter Beleuchtung (Rechtecke, Zeilen oder Spalten) werden individuell gesteuert
'lokales Dimmen mit vollem Array (FALD)'
Direkt beleuchtete LEDs werden individuell gesteuert

Zusätzlich wird häufig ein spezielles Diffusionspanel (Lichtleiterplatte, LGP) verwendet, um das Licht gleichmäßig hinter dem Bildschirm zu verteilen.

Die lokale Dimmmethode der Hintergrundbeleuchtung ermöglicht die dynamische Steuerung der Lichtintensität bestimmter Bereiche der Dunkelheit auf dem Bildschirm, was zu viel höheren dynamischen Kontrastverhältnissen führt, allerdings auf Kosten weniger Details bei kleinen, hellen Objekten auf dunklem Hintergrund. wie Sternfelder oder Schattendetails.

Eine Studie der University of California (Berkeley) vom Januar 2016 legt nahe, dass die subjektiv wahrgenommene visuelle Verbesserung mit häufigem Kontrastquellenmaterial bei etwa 60 lokalen LCD-Dimmzonen abfällt.

Technologie

LCDs mit LED-Hintergrundbeleuchtung leuchten nicht selbst (im Gegensatz zu reinen LED-Systemen). Es gibt verschiedene Methoden zur Hintergrundbeleuchtung eines LCD-Panels mithilfe von LEDs, einschließlich der Verwendung von weißen oder RGB-LED-Arrays (rot, grün und blau) hinter dem Panel und Kanten-LED-Beleuchtung (die weiße LEDs um den Innenrahmen des Fernsehgeräts verwendet) und ein Lichtstreuungspanel, um das Licht gleichmäßig hinter dem LCD-Panel zu verteilen). Variationen in der LED-Hintergrundbeleuchtung bieten verschiedene Vorteile. Der erste kommerzielle LCD-Fernseher mit LED-Hintergrundbeleuchtung und LED-Hintergrundbeleuchtung war der Sony Qualia 005 (eingeführt im Jahr 2004), der mithilfe von RGB-LED-Arrays einen Farbraum erzeugte, der etwa doppelt so hoch ist wie der eines herkömmlichen CCFL-LCD-Fernsehers. Dies war möglich, weil rote, grüne und blaue LEDs scharfe Spektralspitzen aufweisen, die (in Kombination mit den LCD-Panel-Filtern) zu einem deutlich geringeren Durchbluten benachbarter Farbkanäle führen. Unerwünschte Durchblutungskanäle "bleichen" die gewünschte Farbe nicht so stark, was zu einer größeren Farbskala führt. Die RGB-LED-Technologie wird weiterhin bei Sony BRAVIA LCD-Modellen verwendet. Die LED-Hintergrundbeleuchtung mit weißen LEDs erzeugt eine breitere Spektrumquelle, die die einzelnen LCD-Panel-Filter (ähnlich wie CCFL-Quellen) speist, was zu einem geringeren Anzeigeumfang als RGB-LEDs bei geringeren Kosten führt.

Bei den kommerziell als "LED-Fernseher" bezeichneten Fernsehgeräten handelt es sich um LCDs-basierte Fernsehgeräte, bei denen die LEDs mithilfe der Videoinformationen (dynamische Hintergrundbeleuchtung oder dynamische "lokale Dimm" -LED-Hintergrundbeleuchtung, auch als HDR-Hochdynamikfernsehen vermarktet, dynamisch gesteuert werden und von Philips Forschern erfunden wurden Douglas Stanton, Martinus Stroomer und Adrianus de Vaan).

Die Entwicklung der Energiestandards und die steigenden Erwartungen der Öffentlichkeit hinsichtlich des Stromverbrauchs haben es erforderlich gemacht, dass Hintergrundbeleuchtungssysteme ihren Strom verwalten. Wie bei anderen Produkten der Unterhaltungselektronik (z. B. Kühlschränken oder Glühbirnen) werden die Energieverbrauchskategorien für Fernsehgeräte durchgesetzt. Es wurden Standards für die Nennleistung von Fernsehgeräten eingeführt, z. B. in den USA, der EU und Australien sowie in China. Darüber hinaus hat eine Studie aus dem Jahr 2008 gezeigt, dass der Stromverbrauch unter den europäischen Ländern eines der wichtigsten Kriterien für Verbraucher ist, wenn sie sich für einen Fernseher entscheiden, ebenso wichtig wie die Bildschirmgröße.

Bei Verwendung von PWM (Pulsweitenmodulation), einer Technologie, bei der die Intensität der LEDs konstant gehalten wird, die Helligkeitsanpassung jedoch durch Variieren eines Zeitintervalls für das Blinken dieser Lichtquellen mit konstanter Lichtintensität erreicht wird, wird die Hintergrundbeleuchtung auf die hellste Farbe gedimmt, die erscheint auf dem Bildschirm bei gleichzeitiger Erhöhung des LCD-Kontrasts auf das maximal erreichbare Niveau, drastische Erhöhung des wahrgenommenen Kontrastverhältnisses, Erhöhung des Dynamikbereichs, Verbesserung der Betrachtungswinkelabhängigkeit des LCD und drastische Reduzierung des Stromverbrauchs.

Die Kombination aus dynamischer LED-Hintergrundbeleuchtung in Kombination mit reflektierenden Polarisatoren und prismatischen Filmen (erfunden von den Philips-Forschern Adrianus de Vaan und Paulus Schaareman) macht diese "LED" -Fernseher (LCD) weitaus effizienter als die vorherigen CRT-basierten Geräte, was zu einer weltweiten Energieversorgung führt Einsparung von 600 TWh (2017), was 10% des Stromverbrauchs aller Haushalte weltweit oder dem Zweifachen der Energieerzeugung aller Solarzellen der Welt entspricht.

Die prismatischen und reflektierenden Polarisationsfilme werden im Allgemeinen unter Verwendung sogenannter DBEF-Filme erzielt, die von 3M hergestellt und geliefert werden. Diese reflektierenden Polarisationsfilme unter Verwendung von einachsig orientierten polymerisierten Flüssigkristallen (doppelbrechende Polymere oder doppelbrechender Klebstoff) wurden 1989 von den Philips-Forschern Dirk Broer, Adrianus de Vaan und Jörg Brambring erfunden.

Eine erste dynamische LED-Hintergrundbeleuchtung mit „lokalem Dimmen“ wurde 2003 von BrightSide Technologies öffentlich demonstriert und später kommerziell für professionelle Märkte (wie die Videopostproduktion ) eingeführt. Die Edge-LED-Beleuchtung wurde erstmals von Sony im September 2008 für den 1.000-mm-BRAVIA KLV-40ZX1M (in Europa als ZX1 bekannt) eingeführt. Die Edge-LED-Beleuchtung für LCDs ermöglicht ein dünneres Gehäuse. Das Sony BRAVIA KLV-40ZX1M ist 1 cm dick und andere sind ebenfalls extrem dünn.

LCDs mit LED-Hintergrundbeleuchtung haben eine längere Lebensdauer und eine bessere Energieeffizienz als Plasma- und CCFL- LCD-Fernseher . Im Gegensatz zu CCFL-Hintergrundbeleuchtungen verwenden LEDs bei ihrer Herstellung kein Quecksilber (einen Umweltschadstoff). Bei der Herstellung der LED-Emitter werden jedoch andere Elemente (wie Gallium und Arsen ) verwendet; Es wird diskutiert, ob sie eine bessere langfristige Lösung für das Problem der Bildschirmentsorgung darstellen.

Da LEDs schneller ein- und ausgeschaltet werden können als CCFLs und eine höhere Lichtleistung bieten, ist es theoretisch möglich, sehr hohe Kontrastverhältnisse anzubieten. Sie können tiefes Schwarz (LEDs aus) und hohe Helligkeit (LEDs ein) erzeugen. Messungen mit rein schwarzen und rein weißen Ausgängen werden jedoch dadurch erschwert, dass durch die Edge-LED-Beleuchtung diese Ausgänge nicht gleichzeitig auf dem Bildschirm wiedergegeben werden können.

Full-Array-Mini-LED-Hintergrundbeleuchtung, bestehend aus mehreren tausend WLEDs, wird für Fernseher und mobile Geräte untersucht.

Die weißen LEDs in LED-Hintergrundbeleuchtungen verwenden möglicherweise spezielle Silikat-Leuchtstoffe, da sie heller sind, sich jedoch schneller zersetzen. Die Größe der LEDs ist einer der Faktoren, die die Größe der Frontblende von LCDs mit LED-Hintergrundbeleuchtung bestimmen.

Quantenpunkt-Verbesserungsfilm (QDEF)

Quantenpunkte sind photolumineszierend ; Sie sind in Displays nützlich, da sie Licht in bestimmten, engen Normalverteilungen von Wellenlängen emittieren . Zur Erzeugung besten weißes Licht geeignet als LCD - Hintergrundbeleuchtung, Teile des Lichts von einer blau emittierenden LED von Quantenpunkten in kleine Bandbreite grün umgewandelt werden und rotes Licht , so dass die kombinierte weißes Licht für eine nahezu ideale Farbe ermöglicht Skala durch die erzeugte RGB-Farbfilter des LCD-Panels. Darüber hinaus wird die Effizienz verbessert, da keine Zwischenfarben mehr vorhanden sind und nicht mehr durch die Farbfilter des LCD-Bildschirms herausgefiltert werden müssen . Dies kann zu einer Anzeige führen, die Farben im sichtbaren Spektrum genauer wiedergibt . Andere Unternehmen entwickeln ebenfalls Quantenpunktlösungen für Displays: Nanosys , 3M als Lizenznehmer von Nanosys, QD Vision aus Lexington , Massachusetts und Avantama aus der Schweiz . Diese Art der Hintergrundbeleuchtung wurde von verschiedenen TV-Herstellern auf der Consumer Electronics Show 2015 demonstriert . Samsung stellte auf der CES 2017 seine ersten QLED- Quantenpunktanzeigen vor und gründete später mit Hisense und TCL die QLED Alliance, um die Technologie zu vermarkten.

Mini LED

Mini-LED-Anzeigen sind LCD-LEDs mit LED-Hintergrundbeleuchtung und Mini-LED-Hintergrundbeleuchtung, die über tausend FALD-Zonen (Full Array Local Dimming) unterstützen. Dies ermöglicht tiefere Schwarztöne und ein höheres Kontrastverhältnis. Nicht zu verwechseln mit MicroLED .

Flimmern bei gedämpfter Hintergrundbeleuchtung

LED-Hintergrundbeleuchtung wird häufig durch Anwenden einer Pulsweitenmodulation auf den Versorgungsstrom gedimmt , wodurch die Hintergrundbeleuchtung schneller ein- und ausgeschaltet wird, als das Auge wahrnehmen kann. Wenn die Dimmimpulsfrequenz zu niedrig ist oder der Benutzer empfindlich auf Flimmern reagiert, kann dies zu Beschwerden und Überanstrengung der Augen führen (ähnlich wie beim Flackern von CRT-Anzeigen bei niedrigeren Bildwiederholraten ). Dies kann von einem Benutzer getestet werden, indem er einfach mit der Hand vor dem Bildschirm wedelt. Wenn es während der Bewegung scharf definierte Kanten zu haben scheint, pulsiert die Hintergrundbeleuchtung mit einer ziemlich niedrigen Frequenz. Wenn die Hand verschwommen erscheint, hat das Display entweder eine kontinuierlich beleuchtete Hintergrundbeleuchtung oder arbeitet mit einer Frequenz, die zu hoch ist, um wahrgenommen zu werden. Das Flimmern kann reduziert (oder beseitigt) werden, indem das Display auf volle Helligkeit eingestellt wird. Dies verschlechtert jedoch die Bildqualität und erhöht den Stromverbrauch.

Verweise

Externe Links