Что такое ЛЕД-телевизор: разбираемся. Особенности LED телевизоров с Edge и Direct подсветкой

LED телевизор - телевизор с жидкокристаллическим экраном, в котором для его подсветки используются светодиоды. Например, в других ЖК-телевизорах, которые появились раньше, для подсветки экрана использовался холодный катод. Считается, что именно LED телевизоры обладают лучшим качеством изображения, в отличии от предыдущих моделей телевизоров, а именно: качеством цветопередачи, контрастности, глубиной цвета, яркостью и другими параметрами.

На качество изображения влияет новая технология, которая называется local dimming. Эта технология отвечает за локальное затемнение экрана, благодаря чему качество картинки увеличивается в несколько раз. К сожалению, такая технология обладает некоторыми недостатками, например: плохой однородностью цвета на изображении, на контрастных переходах могут появляться цветные ореолы, а так же на темных участках изображения могут пропадать некоторые его детали.

Разновидности LED телевизоров

Стоит отметить, что LED телевизоры разделяются между собой на два подвида по способу расположения светодиодов, это: Direct и Edge. Direct подразумевает расположение светодиодов равномерно, сзади экрана, а при использовании технологии Edge, в свою очередь, светодиоды будут располагаться по всему периметру экрана, совместно с рассеивающей панелью.

Каждая из этих технологий обладает собственными достоинствами и недостатками. Например, Direct, позволяет получить более равномерную подсветку, но при этому будет увеличена толщина самого экрана, а значит и телевизора, а кроме того, будет увеличено энергопотребление. Это обусловлено тем, что при использовании данного метода увеличивается количество светодиодов. Тонкие или сверхтонкие телевизоры создаются с применением Edge-технологии, которая является полной противоположностью.

Как было сказано выше, стоимость LED телевизоров сегодня уменьшается. Это связано с появлением телевизоров, обладающих усовершенствованной технологией IPS. Такие телевизоры имеют лучшую цветопередачу, чем LED телевизоры, высокий уровень яркости и контрастности, высокую четкость изображения и множество других достоинств.

В итоге, выбирая телевизор по типу подсветки, человек может ошибиться, так как далеко не всегда она оказывает решающее влияние на качество изображения. Большую роль в этом играет тип графического процессора, а так же технология обработки изображения.

Хотя по написанию LED схожа с OLED, но обозначает она совсем другую технологию. Жидкокристаллический LED телевизор, что это значит – это аппарат с использованием другой системы подсветки по сравнению с обычными lcd моделями. И если OLED (Organic Light-Emitting Diode) это значит, что экран состоит из органических светоизлучающих диодов, то LED (Light Emitting Diode) – это использование диодов для подсветки матрицы жидкокристаллического телеприемника.

LED (Light Emitting Diode) – светоизлучающий диод, а в телевизионной технике эта аббревиатура означает экран на жидкокристаллической матрице (LCD) и с подсветкой от этих светоизлучающих диодов . После введения нового вида подсветки производители телевизоров в названиях моделей стали заменять "LCD" на "LED".

Это делалось скорее с маркетинговой точки зрения. На самом деле это была не новая технология экрана, а только другой вид подсветки. Но это название телевизоров сохранилось и применяется сегодня.

Если в обычных жк телевизорах используется лампа с холодным катодом, те же флуоресцентные (люминесцентные) лампы (Cold Cathode Fluorescent Lamps, CCFL) , то lcd led используют светоизлучающие диоды. Как известно жк (lcd) экраны в телевизорах состоят из ячеек (пикселей) с жидкими кристаллами и в зависимости от положения кристалла в ячейке пропускает или нет свет. Так создается свечение экрана.

От качества жк матрицы зависят такие параметры как статическая контрастность, уровень черного, углы обзора, частота обновления, время отклика. Различают такие технологии производства матрицы на жидких кристаллах для телевизоров: TN, IPS (S-IPS, IPS-Pro, P-IPS, AH-IPS), VA/MVA/PVA, PLS.


От подсветки зависят такие параметры как яркость, цветопередача, цветовой охват, динамическая контрастность. Хотя правильнее рассматривать именно систему матрица+подсветка в телевизоре и для нее измерять параметры.


Производители утверждают, что применение светодиодной подсветки может увеличить:

  • яркость,
  • контрастность,
  • четкость изображения,
  • цветовую гамму.

Еще снижается энергопотребление LED телевизора примерно на 40%. Так же в лед телевизорах не используется ртуть, которая применяется в лампах дневного света, что сказывается на экологии.

Действительно, современные сверхяркие светодиоды могут обеспечить высокую яркость изображения на дисплее.

Контрастность увеличивается и вводится понятие динамической контрастности, когда регулируется яркость свечения светодиодов локально для разных участков экрана, и засчет этого растет показатель динамической контрастности. При этом уровень статической контрастности телевизора остается одним и тем же, он зависит от матрицы дисплея.

Уровень черного так же улучшается за счет регулирования свечения диодов во время просмотра видео. На темной сцене уровень подсветки снижается и экран становится темнее, а отсюда и улучшается уровень черного.

А вот насчет увеличения цветовой гаммы телевизора, то здесь нужно рассматривать все подробнее.

Белые или составные светодиоды

Технологически подсветка дисплея в LCD телевизоре осуществляется от светодиодов. Для этого используют белые диоды, свет от которых попадает на светофильтры и получают синий, зеленый и красный цвета. Подобный вид называется WLED.

Для улучшения цветового охвата сначала стали использовать в качестве подсветки сразу три вида светодиодов: красные, зеленые, синие. Такая технология называется RGB LED.

Но получить с помощью таких технологий нужный спектр света не получалось. И цветовой охват был недостаточен для использования в телевизорах UHD. Для решения этой проблемы были изобретены новые виды светодиодов в телевизорах.

Сейчас в премиум моделях телевизоров используются составные диоды (GB-R LED, RB-G LED) или квантовые точки.

В составных светодиодах объединяют синий и зеленый в один и покрывают красным люминофором (GB-R), или в другом случае объединяют красный и синий и покрывают зеленым люминофором (RB-G).

Квантовые точки в LED телевизоре

Совсем другую технологию изменения подсветки WLED предложила компания Nanosys.

Квантовые точки в телевизоре заменяют часть диодов, в данном случае красные и зеленые. Остается только синий светодиод, который формирует поток света и для возбуждения квантовых точек и для работы синих суб-пикселей на экране. А поток света на красные и зеленые суб-пиксели формируют квантовые точки.

Методы лед подсветки

Для повышения качества изображения на экране телевизора появилась технология локального затемнения local dimming , по которой управление светодиодами происходит группами из нескольких диодов. Система local dimming имеет несколько недостатков:

  1. Плохая однородность цвета на изображении, то есть заметны яркие и темные пятна на участках где ярко включена и выключена подсветка.
  2. На контрастных переходах появляются цветные ореолы.
  3. На темных участках пропадают детали изображения.

Эти недостатки трудно определить по обычной видео картинке на экране телевизора, поэтому сегодня метод локального затемнения широко используется в моделях с led подсветкой.




Так же можно разделить LED телевизоры по способу расположения светодиодов: Direct и Edge.

Direct - это когда диоды располагаются сзади экрана равномерно, в виде матрицы.

Edge – это когда они располагаются по периметру экрана совместно с рассеивающей панелью. При подобном расположении нельзя сделать эффективное локальное затемнение по методу local dimming.

При прямом (Direct) методе можно получить более равномерную подсветку, по сравнению с методом Edge, но увеличится толщина телевизора и энергопотребление за счет увеличения количества светодиодов. Сверхтонкие телевизоры (толщина может быть меньше 3 сантиметров) можно получить, только применяя расположение диодов Edge.

Из-за своей экономичности и при этом показывающей достаточно хорошие результаты, наиболее часто используется боковая (Edge) подсветка с локальным затемнением.

На 2015 год LED телевизоры выиграли конкуренцию у плазменных телевизоров, а OLED панели пока по стоимости не могут сравняться с лед моделями. Поэтому в 2015 году у всех мировых производителей в модельном ряде телевизоров все места занимают LED аппараты. Только некоторые производители решились выпустить OLED телевизоры, особенно здесь лидерство держит LG. Так что покупая телевизор этого года, вы наверняка купите именно LED модель.

LED подсветка в современных телевизорах с экранами на жидких кристаллах на сегодня имеет несколько технологических решений. Стремясь увеличить цветовой охват, для лучшего отображения цветов, производители дисплеев для телевизоров разработали новые методы подсветки, отличающиеся от обычных светодиодов.

RGB LED

Для получения широкого спектра белого света стали использовать в подсветке триады светодиодов состоящих из синих, зеленых и красных цветов.

Это была альтернатива WLED с белым светодиодом и с меньшим цветовым охватом. Система подсветки с трех разных светодиодов называется RGB LED. Цветовая гамма экранов с подсветкой RGB была больше, чем с применением только белых светодиодов или с использованием люминесцентной лампы CCFL. Но были и недостатки: цена, размер, вес, разное время старения светодиодов разного цвета, что со временем приводило к расстройке цвета изображения. Поэтому отказались от RGB LED подсветки в пользу WLED.

RGB LED

WLED

Учитывая недостатки RGB подсветки, производители телевизоров остановились на использовании «белых» светодиодов. Они располагаются или по бокам корпуса или одним массивом сзади жк матрицы. С помощью специальных диффузоров свет от диодов равномерно распределяется по всему экрану.

Хотя мы и называем такие светодиоды «белыми», но на самом деле они излучают синий свет, который проходит через желтый светофильтр и преобразуется в белый. Поэтому использование белых светодиодов в экранах еще 2010 года давала синеватый оттенок на изображении.

Со временем производители улучшили компоненты, и WLED подсветка стала вполне работоспособной, но что касается спектра света, то заметны некоторые диспропорции в отображении цветов.




Спектр света от WLED

Такой пик на синем получается из-за синего светодиода. Используя светофильтр можно получить белый свет. И этот отфильтрованный свет попадает на субпиксели красного, синего и зеленого цветов для формирования всего спектра ограниченного цветовым охватом. Проходя через фильтры, теряется часть спектра, а интенсивность потока на частоте, соответствующей синему будет больше, чем на красном и зеленом. С помощью калибровки экрана можно получить правильные цвета, но эти причины позволяют экрану с WLED подсветкой отображать цвета в пространстве только sRGB .



Цветовое пространство sRGB

Если дисплей с WLED будет отображать цвета на картинке близкие к синему (оттенки синего), то преимущество в спектре именно синего цвета может оказать давление на другие цвета, которые будут подмешиваться для создания оттенка. Поэтому отображение оттенков близких к синему может оказаться не правильным.

Такая проблема была и при использовании лампы CCFL, но там проблема была с зеленым цветом. Именно на зеленом был виден пик интенсивности.




Спектр света от подсветки CCFL

Увеличение цветового охвата

Что бы расширить цветовую гамму за пределы sRGB и перейти к следующему стандарту цветности были внесены изменения в подсветку WLED.

И после изменений стали использовать название GB-R LED или GB-r LED . Теперь вместо белого светодиода используют объединенный синий и зеленый светодиоды покрытые красным люминофором.

Такая технология позволяет получить на спектре пики на красном, зеленом и синем.




Спектр света от GB-r LED

Такая технология сегодня используется в LG на матрицах AH-IPS и в Samsung на PLS. Использование технологии GB-r LED позволяет получить 99 % охвата Adobe RGB.

Некоторые производители в своих экранах используют другой способ увеличения цветовой гаммы. Они берут смесь синего и красного светодиода и используют зеленый люминофор для светофильтра. Такая технология называется RB-LED или RB-G LED .

Современный LED телевизор, что это за устройство? На самом деле это обычный TV-приемник с жидкокристаллическим экраном, задняя подсветка матрицы которого осуществляется особо подобранным и специально расположенным набором светодиодов (Light Emitting Diode).

Такие устройства правильней было бы называть LCD (ЖК) -телевизорами с LED-подсветкой, однако руководство компании Samsung, которая одной из первых выпустила подобные телевизоры на рынок, в маркетинговых целях стала использовать термин «LED TV», который со временем прижился и стал широко употребляться. На самом деле в этих телевизорах светодиоды не составляют реальную единицу изображения (пиксель), поэтому не могут считаться настоящими LED-моделями.

Можно сказать, что телевизоры с LED подсветкой являются более совершенным вариантом LCD-моделей, ранее использовавших в качестве источника света люминесцентные лампы с холодным катодом CCFL. Замена CCFL-подсветки светодиодной позволила избавить ЖК-телевизоры целого ряда традиционных недостатков: они стали заметно тоньше (особенно это заметно в Edge LED-моделях), более энергетически эффективны и экологически чисты, так как не содержат ртути и не требуют особого порядка утилизации.


На сегодняшний день выпускаются несколько видов LED-телевизоров, которые отличаются друг от друга типом используемых светодиодов, а также порядком их расположения по отношению к экрану.

По цвету светодиодов:

  • Одноцветные системы (белые White LED);
  • Разноцветные системы (базовая цветовая триада RGB LED);
  • Смешанные системы (такие как Sony Triluminos).

Телевизоры с белой подсветкой White LED можно считать наиболее бюджетным решением, лишенным традиционных недостатков устройств с люминесцентными лампами CCFL. Однако они создают изображение с аналогичным цветовым охватом и такой же глубиной контраста.

Модели с разноцветной RGB-подсветкой позволяют значительно расширить цветовую палитру за счет гибкого регулирования яркости светодиодов различного цвета. Благодаря этому, увеличивается количество цветовых полутонов. Правда, для поддержки такой технологии требуется более мощный графический процессор, а сам телевизор начинает потреблять больше электроэнергии и значительно вырастает в цене.


Еще более широкий цветовой охват демонстрируют фирменные экраны Triluminos Sony, используемые в линейке Bravia, в которых применяются синие светодиоды подсветки и специальная пленка с квантовыми точками красного и зеленого цвета. Использование квантовых точек позволяет значительно снизить энергопотребление подобных LED-телевизоров.

По порядку расположения светодиодов:

  • Непосредственно за LCD-матрицей (прямой тип подсветки Full или Direct LED);

  • Вдоль периметра LCD-матрицы (боковой тип подсветки Edge LED).

Теперь подробнее рассмотрим вопрос, что такое LED телевизор с точки зрения размещения светодиодов.

Торцевая подсветка Edge LED, при которой светодиоды располагаются с одной (чаще всего нижней), двух (боковых) или всех четырех сторон экрана телевизора, позволяет создавать модели с толщиной корпуса менее 1 сантиметра. В подобных устройствах всегда используется LED белого цвета.

Среди слабых мест таких моделей (в бюджетной нише) можно отметить специфические «засветы» вдоль краев экрана, где расположены светодиоды, а также сравнительно невысокий уровень демонстрируемой контрастности. К тому же Edge LED телевизоры несколько дороже моделей с прямой подсветкой, так как требуют использования специальной системы световодов, отражателей и рассеивателей для равномерного распределения света по экрану.

Модели телевизоров с ковровой подсветкой Direct LED не такие тонкие, как Edge LED, но они дешевле и обеспечивают более высокий уровень контрастности за счет простоты и эффективности использования технологии локального затемнения Local Dimming. Кроме обычных белых светодиодов, в них могут использоваться технологии подсветки диодами разных цветов, намного улучшающие характеристики изображения.

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


Похожие публикации