Как получить белый свет с использованием светодиодов?
Существует три способа получения белого света от светодиодов.
Первый — смешивание цветов по технологии RGB. На одной матрице плотно размещаются красные, голубые и зеленые светодиоды, излучение которых смешивается при помощи оптической системы, например линзы. В результате получается белый свет.
Второй способ заключается в том, что на поверхность светодиода, излучающего в ультрафиолетовом диапазоне (есть и такие), наносится три люминофора, излучающих, соответственно, голубой, зеленый и красный свет. Это похоже на то, как светит люминесцентная лампа.
И, наконец, в третьем способе желто-зеленый или зеленый плюс красный люминофор наносятся на голубой светодиод, так что два или три излучения смешиваются, образуя белый или близкий к белому свет.
Преимущества и недостатки led-подсветки
До появления светодиодной подсветки использовался тип CCFL (Cold Cathode Fluorescent Lamps) – лампы дневного света. Они не позволяли реализовать глубокие черные тона, была сложность в создании качественной цветовой гаммы, а срок службы ламп был ограничен. К тому же в составе флуоресцентных лампочек содержалась ртуть, что не является экологичным и вызывает проблемы при утилизации.
Современный светодиодный телевизор является представителем жидкокристаллических панелей. В основе LED подсветки телевизора находятся светоизлучающие белые или разноцветные диоды. По цвету источников свечения выделяют:
- одноцветную систему (из белых светодиодов);
- разноцветную систему (RGB);
- смешанный вариант QD Vision – когда на светодиоды синего цвета вводят квантовые точки зеленых и красных цветов.
LED технология имеет свои преимущества:
- хорошая эффективность;
- уменьшение толщины экрана телевизора;
- стильный внешний вид устройства;
- долгий срок службы;
- экологичность благодаря отсутствию ртути и других вредных составляющих в светодиодах;
- возможность точечного управления группами диодов.
Недостатки ЛЕД подсветки:
- неравномерность – в конечном итоге может появиться точечное затемнение изображения;
- не обеспечивается качественный угол обзора ЖК экрана;
- высокая цена телевизоров с такой технологией.
Светодиодная подсветка также делится на 2 вида по способу размещения – ковровая (direct led) и краевая (edge led). Отличаются способами размещения излучающих диодов и их количеством.
Каковы электрические и оптические характеристики светодиодов?
Светодиод — низковольтный прибор. Обычный светодиод, применяемый для индикации, потребляет от 2 до 4В постоянного напряжения при токе до 50 мА. Светодиод, который используется для освещения, потребляет такое же напряжение, но ток выше — от нескольких сотен мА до 1А в проекте.
В светодиодном модуле отдельные светодиоды могут быть включены последовательно, и суммарное напряжение оказывается более высоким (обычно 12 или 24 В).
При подключении светодиода необходимо соблюдать полярность, иначе прибор может выйти из строя. Напряжение пробоя указывается изготовителем и обычно составляет более 5В для одного светодиода. Яркость светодиода характеризуется световымпотоком и осевой силой света, а также диаграммой направленности.
Существующие светодиоды разных конструкций излучают в телесном угле от 4 до 140 градусов .
Цвет, как обычно, определяется координатами цветности и цветовой температурой, а также длиной волны излучения.
Для сравнения эффективности светодиодов между собой и с другими источниками света используется светоотдача: величина светового потока на один ватт электрической мощности.
Также интересной маркетинговой характеристикой оказывается цена одного люмена.
История [ править | править код ]
Изначально в жидкокристаллических телевизорах и компьютерных мониторах в качестве подсветки ЖК-матрицы использовались люминесцентные лампы (CCFL (Cold Cathode Fluorescent Lamp), HCFL, EEFL). Для их работы нужен источник переменного напряжения, который не требуется для светодиодов. Кроме того современные сверхъяркие светодиоды позволяют достичь той же светимости при меньших энергетических затратах. Однако внедрению светодиодной подсветки мешали технологические и экономические трудности. К началу 90-x годов была известна простейшая боковая светодиодная подсветка (СД-подсветка) ЖК-дисплеев и ЖК-индикаторов малых размеров, которую невозможно было использовать в экранах больших размеров.
Первый коммерческий ЖК-телевизор со светодиодной подсветкой (массивом RGB) — Sony Qualia 005 — появился в 2004 году . Затем эта светодиодная технология стала использоваться в телевизорах Sony BRAVIA. В 2005 году компанией NEC был выпущен первый монитор с LED-технологией подсветки — SpectraView Reference 21 . Начиная с 2007 года на рынке появились модели планшетов, мониторов, телевизоров и ноутбуков со светодиодной подсветкой.
Термин LED TV был введен корпорацией Samsung для продвижения собственной линейки жидкокристаллических телевизоров с СВ-подсветкой. Свою технологию локального затемнения компания назвала «LED SmartLighting» (умное освещение), возможно, с целью частичного использования эйфории вокруг появившейся технологии органических светодиодов OLED. Первым LED-телевизором был Samsung LN-t4681f с подсветкой массивом светодиодов и коэффициентом контрастности до 500 000:1. В дальнейшем разработчики перешли на подсветку линейкой светодиодов сбоку от LCD панели, чтобы уменьшить толщину экрана . В 2009 году в Калужской области была запущена производственная линия по выпуску плоскопанельных телевизоров Samsung со светодиодной подсветкой.
Для повышения эффективности подсветки ЖК-телевизионных панелей через световодные (светонаправляющие), а также светоотражающие слои можно дополнительно использовать в них оптоэлектронный модуль, выполняющий функции устройства управления световыми потоками, в виде узла, обрабатывающего оптическую информацию, пирамидальной или конической, или эллипсоидной, или тороидальной, или спиралевидной, или клиновидной, или крестообразной, или выпуклой, или вогнутой, или волнообразной формы, или в виде U-образного световодного «отражателя-возвращателя».
Улучшению потребительских свойств ЖК-телевизоров с СД-подсветкой способствовали компании Sharp, Sony, Nokia, Kodak, Принстонский университет и др. Основные направления работы — повышения яркости при солнечном свете и повышение контрастности, увеличение диагонали монитора при уменьшении его толщины. При этом основные технические решения и способы изготовления LED TV, как правило, защищались патентами, которые обеспечивают надёжную защиту товарных рынков.
Хотя технология СД-подсветки не решает всех проблем, связанных с отображением информации, сейчас именно такие экраны занимают лидирующее положение на рынке, конкурируя с новыми поколениями плазменных и OLED-телевизоров.
Что нужно знать перед покупкой
Прежде чем заниматься выбором подобного устройства, убедитесь, что у вас есть все необходимое для получения хорошего результата.
Во-первых, обязательно придется использовать какую-то телевизионную приставку для вывода контента. Если пользуетесь возможностями своего Smart-TV – ничего не выйдет. Подойдет самодельная телевизионная приставка на основе Raspberry Pi, переделанный под приставку Windows-компьютер, большинство современных Android TV-боксов.
Во-вторых, нужен телевизор с достаточно тонкими рамками. Если установить подсветку на панель с толстым обрамлением, между картинкой на экране и фоновой подсветкой будет видна заметная граница и полноценный эффект фонового свечения не получите.
В-третьих, вокруг телевизора должно быть свободное место для подсветки. Если панель строго вписана в интерьер, установлена в шкафу или компактной мебели, ничего не выйдет. Желательно, чтобы по всему периметру на расстоянии минимум 30-40 см от телевизора ничего не было.
В-четвертых, используемая телевизионная приставка должны быть достаточно мощная, чтобы справиться и с воспроизведением, и с захватом картинки для подсветки. Откровенно бюджетные модели или простые стики не подойдут.
Перед заказом необходимо выбрать плотность диодов на адресной диодной ленте (30 на метр или 60 на метр) и её длину.
для телевизоров диагональю 22″ и менее берите 1 метр ленты;
на матрицы 22″-32″ потребуется 2 метра ленты;
на экраны 32″-43″ рекомендуется заказывать 3 метра ленты;
для экранов 43″-60″ выбирайте 4 метра;
максимальную длину 5 метров берите при размере экрана более 60″.
В любом случае лучше измерить периметр своего телевизора по задней крышке, чтобы точно попасть в размер. Еще учтите, будет ли необходима подсветка нижней грани. При установке панели на стойке от диодов снизу эффекта практически не заметите, если же вешаете телевизор на кронштейн – обязательно учитывайте все четыре грани.
Типы «ЛЕД» подсветки
Уже много лет вместо традиционного громоздкого кинескопа у телевизоров используются совершенно новые варианты экранов. Сейчас это LED-матрицы, тонкие и аккуратные, которые подсвечиваются за счет большого числа диодных элементов. В старых LCD устройствах также была подсветка, но она работала за счет ламп флуоресцентного типа.
Однако LED подсветка имеет и свои разновидности. Это как раз Edge и Direct варианты, о которых мы и говорим в этом материале. Обе они организованы за счет наличия светодиодов, но отличаются тем, как расположены эти маленькие лампочки. Так, в Direct-подсветке они находятся позади матрицы телевизора, а во втором случае располагаются по периметру экрана.
Direct LED и Edge LED
Чем отличаются подсветки Edge-LED, Direct-LED? Главное отличие — в яркости матрицы ТВ в том или ином участке дисплея во время работы в разных режимах демонстрации картинки.
Светодиодная подсветка Direct-LED
Сначала познакомимся с подсветкой типа Direct-LED. Сейчас это самый распространенный вариант, имеющий именно равномерную подсветку экрана. То есть в ТВ с таким типом подсветки все маленькие светодиоды-лампочки находятся не по периметру экрана, а позади всей его площади. То есть световой поток распределяется равномерно по всей площади экрана.
Direct-LED
Одна из главных особенностей таких устройств — отсутствие «протечки» света по краям моделей телевизоров. Также в таких устройствах намного качественнее функция локального затемнения. Но предполагается, что у моделей есть всего несколько зон такого затемнения. То есть может появиться эффект «гало» на экране вокруг некоторых ярких точек на темном фоне. Хорошая технология затемнения достаточно сложна и может быть установлена далеко не во всех моделях с Direct-LED
Именно по перечисленным выше причинам Директ ЛЕД используется несколько реже, чем ТВ с боковой подсветкой Edge. Интересно, что из-за необходимости монтажа большого числа диодов производителям приходится делать и более толстые корпуса у устройства.
Как располагаются диоды в Direct-LED
Плюсы Direct LED:
- хорошая контрастность;
- недорогая стоимость;
- высокая ремонтопригодность;
- равномерная подсветка;
- нет засветов экрана по краям;
- повышенная яркость.
Минусы:
- толстая матрица и увеличенная толщина корпуса;
- повышенное потребление энергии из-за большого числа диодов;
- у некоторых моделей затемнение экрана плохо реализовано.
Edge-LED — боковая подсветка
Второй тип подсветки — это Edge-LED или боковая вариация. Здесь светодиоды, подсвечивающие матрицу, находятся по периметру экрана за ним, позади панели ЖК. Причем лампочки могут быть даже не по всему периметру, а лишь с двух сторон (у совсем дешевых моделей). Конечно, лучшим вариантом среди ТВ с Edge-LED будет тот, в котором подсветка идет по периметру.
Edge-LED
Это самый дешевый вариант подсветки ТВ, простой в исполнении и потому чаще встречается у недорогих устройств. Сейчас появились вариации с технологией локального затемнения. Естественно, затемнение и освещение частей экрана не так хорошо реализовано, как в ТВ с Директ ЛЕД. Хотя, конечно, световой фон в любом случае будет равномерным.
Есть разные типы подсветки этого типа. Отличаются они друг от друга именно местом расположения диодов.
Таблица. Типы подсветки Edge-LED.
Тип | Описание |
---|---|
Диоды снизу | Понятно, что в этом случае диодная лента подсветки находится в нижней части экрана. Обычно используется очень малое число лампочек. Локальное затемнение реализовано далеко не идеально. Присмотревшись, во время работы этой функции можно увидеть тусклые «колонки» на экране, тянущиеся сверху вниз. |
Сверху и снизу | В этом случае лампочки находятся и вверху, и внизу матрицы. В этом случае затемнение реализовано намного качественнее, а значит, засветов будет меньше. |
Справа и слева | Аналог случая, когда лампочки находятся вверху и внизу, но только в этом варианте они располагаются справа и слева. То есть засвет, если он будет виден, будет вытянуть горизонтально. |
All sides | Это самый лучший вариант Edge-подсветки, так как он предполагает наличие диодов по всему периметру матрицы. В нем больше лампочек, и затемнение работает еще лучше, чем в случае освещения экрана с двух сторон. Сейчас этот вариант используется редко, так как световые каналы даже в простых вариантах стали лучше, и число лампочек смело можно уменьшать. |
Тип диодов в телевизорах с боковой подсветкой
Плюсы технологии Edge:
- хороший контраст;
- тонкая матрица;
- тонкий корпус ТВ;
- яркий экран.
Минусы:
- неравномерная подсветка;
- могут быть засветы по краям экрана, четко видимые кем угодно. Но они наблюдаются далеко не у каждой модели.
Типы светодиодной подсветки [ править | править код ]
Светодиодная (LED) подсветка для ЖК-дисплеев в зависимости от цвета свечения может быть:
по способу управления свечением:
по конструктивному исполнению:
- торцевая (боковая, краевая) — Edge LED. В ней светодиоды располагаться по бокам, сверху и снизу или по периметру, а свет распределяется по всему экрану с помощью специальных рассеивателей;
- матричная или прямая (по всей площади экрана) — Direct LED. Обеспечивает равномерный засвет всей LCD-панели и позволяет реализовать динамическое управление.
В торцевой подсветке устанавливают только светодиоды белого свечения . В большинстве LED-телевизоров для белой подсветки используют синие диоды и желтое фосфорное покрытие, что позволяет создавать достаточно широкий спектр белого света. Для улучшения цветопередачи в подсветке WLED с 2013 года стали использовать объединённые синий и зеленый светодиоды, покрытые красным люминофором (GB-LED или GB-R LED) . Также для увеличения цветового охвата в последние годы появилась светодиодная подсветка на квантовых точках (QLED).
Преимущества и недостатки LED как такового
Каждый вариант технологии LED отличается своими преимуществами, а именно:
- Более высокой степенью экономичности.
- Возможность создания телевизоров с достаточно тонкими экранами.
- Полное отсутствие содержания ртути в светодиодах.
Данные преимущества рассмотрены по отношению к другим технологиям реализации подсветки, которые ранее использовались в других типах телевизоров.
Стоит отметить и несколько минусов, которые являются характерными для всех типов подсветки формата LED:
- Изначально подсветка данного типа не обеспечивает улучшение углов обзора LCD.
- Более тонкие модели, имеющие боковую подсветку, могут страдать от неравномерности засветки экрана.
- LED-подсветка в конечном итоге может провоцировать нежелательные локальные затемнения картинки на экране.
Конечно, такие недостатки в преимущественном большинстве случаев устраняются в различных моделях мониторов и телевизоров, так как технология непрерывно совершенствуется. При этом нужно правильно понимать, что далеко не только одна подсветка оказывает влияние на качество картинки в телевизоре.
Высокое качество изображения, которое позволяют наблюдать современные телевизоры, смогло появится во многом благодаря тому, что разработчики стали использовать технологию светодиодной подсветки. В свое время появление LED-телевизоров смогло произвести самую настоящую революцию на рынке, ведь новая подсветка обеспечила значительное улучшение качества цветопередачи, а также значительно увеличила яркость изображения. Однако у многих людей появился вполне обоснованный вопрос о том, что лучше выбрать — Edge LED или Direct LED. Ведь каждый вариант отличается своими преимуществами и недостатками, которые нужно учитывать в процессе выбора.
Что выбрать?
Как говорилось выше, нет точного определения того, какой конкретно вариант является более актуальным в той или иной ситуации
При этом можно обращать внимание на множество факторов, выбирая между тем, какой вариант более оптимален, – Direct LED или Edge LED: где лучше качество картинки, где больше потребляется энергии, в конце концов, какой телевизор имеет более привлекательный дизайн сам по себе
Таким образом, если толщина устройства для вас не имеет никакой роли, да еще при этом у вас нет намерения использовать его в качестве монитора для различных компьютерных игр, то в таком случае вполне подойдет технология подсветки Direct, но если же вы поклонник исключительно тонких устройств, то в таком случае Edge – это оптимальный выбор. Лучше самостоятельно сравнить работу каждой подсветки в магазине, чтобы вы могли решить самостоятельно, какой конкретно вариант является более приемлемым. По словам пользователей таких телевизоров, в конечном итоге выбор подсветки во многом представляет собой исключительно дело вкуса каждого человека.
Типы светодиодной подсветки
С изобретением компактных ультраярких светодиодов, перед производителями стал вопрос: «Как их разместить, чтобы одновременно получить изображение высокого качества и сэкономить?» В поисках ответа появилось несколько типов светодиодной подсветки, среди которых выделяют два основных:
- торцевая (Edge), именуемая также боковой или краевой;
- матричная (Direct), собранная на wled или rgb led.
По способу управления свечением также существует два типа подсветки: статическая и динамическая. В первом случае яркость всех светодиодов меняется одинаково независимо от изображения. Во втором случае каждый светодиод или группа индивидуально взаимодействуют с соответствующим участком LCD-матрицы.
Светодиоды в боковой подсветке располагают одним из способов:
- по бокам;
- сверху и снизу;
- по периметру.
Выбор того или иного способа размещения зависит от размера экрана и технологии производства. В этот тип подсветки устанавливают только белые светодиоды (white LED). Излучаемый ими световой поток проходит через рассеиватель и систему из световодов, освещая, таким образом, весь экран.
Данный метод имеет три важных преимущества, которые обеспечили ему популярность. Низкая себестоимость, достигаемая за счет минимального количества используемых светодиодов и простоты системы управления. Возможность создания ультратонких моделей мониторов с выносным блоком питания, которые за счет рекламы приобрели высокую популярность у покупателей. Малое потребление энергии, что невозможно реализовать в остальных вариациях. По световым характеристикам edge подсветка занимает средние позиции и сильно зависит от качества сборки и применяемой элементной базы. Но в целом цветопередача сравнима с CCFL технологией. В моделях телевизоров с боковой подсветкой нельзя достичь изображения высокой контрастности по двум причинам. Все светодиоды светят с одной яркостью, одинаково засвечивая тёмные и светлые участки экрана. Световоды, несмотря на свою продуманную конструкцию, не способны обеспечить равномерное распределение света по всей рабочей поверхности.
Direct
Тыльная (матричная) подсветка представляет собой матрицу, собранную из нескольких линеек со светодиодами, распределёнными по всей площади. Такой способ обеспечивает равномерный засвет всей LCD-панели, а главное позволяет реализовать динамическое управление. В результате разработчикам удалось достичь высокой контрастности изображения и насыщенности чёрного цвета.
Direct подсветку реализуют двумя способами. Первый, наиболее распространённый, собирают на белых LED или WLED, что в принципе одно и то же. Она может быть как статической, так и динамической, что зависит от модели телевизора.
Второй предполагает использовать вместо белых – RGB светодиоды. С их помощью удаётся регулировать не только яркость, но и задавать любой цвет из всего видимого спектра. За счёт высокой скорости переключения светодиоды прекрасно отрабатывают подаваемый сигнал и успевают за быстро меняющейся картинкой на экране. RGB-подсветку строят только по динамическому принципу.
Дисплеи с матричной подсветкой выделяются отличной контрастностью и цветопередачей по всей площади экрана. Это главный их плюс, который перекрывают сразу несколько недостатков, а именно:
- высокая стоимость;
- большое энергопотребление, сравнимое с CCFL технологией;
- толщина корпуса более одного дюйма.
При выходе из строя одного из светодиодов гаснет вся линейка. На экране это явление отразится в виде затемнения некоторой области. Самостоятельно заменить перегоревший элемент на аналогичный не получится, так как найти точную копию с такой же линзой практически невозможно. В итоге замене подлежит вся линейка.
Основные настройки программы
Чтобы перейти к экрану основных настроек необходимо нажать на соответствующую кнопку на главном экране программы, как показано на картинке ниже:
Далее откроется окно основных настроек :
На этом экране представлены три раздела настроек: LED STRIP SETTINGS, DEVICE SETTINGS и SCREEN CAPTURE SETTINGS, рассмотрим эти разделы подробнее:
LED STRIP SETTINGS — В этом разделе собраны настройки описывающие конфигурацию и размещение вашей светодиодной ленты на телевизоре или мониторе. Этот раздел имеет несколько настроек, давайте рассмотрим их подробнее:
LEDs Horizontal — Эта настройка задает количество светодиодов в нашей светодиодной ленте по горизонтали, в моем случае, для экрана 42″ получилось 28 светодиодов:
LEDs Vertical — Эта настройка задает количество светодиодов по вертикали, в моем случае, для экрана 42″ получилось 16 светодиодов:
LEDs Bottom Gap — Если ваш экран стоит на подставке, вам может потребоваться промежуток, в котором нет светодиодов, в нижнем горизонтальном сегменте светодиодной ленты, данная настройка позволяет задать этот промежуток(измеряется в количестве светодиодов).
Если смотреть с обратной стороны экрана:
То же самое в настройках программы:
LED Strip Direction — Эта настройка задает направление вашей светодиодной ленты и должна соответствовать маркировке нанесенной на саму светодиодную ленту, может принимать значения «CW»(Clock Wise) что значит — По часовой стрелке и «CCW»(Counter Clock Wise) — Против часовой стрелки.
First LED Offset — Данная настройка отвечает за смещение расположения первого светодиода в ленте относительно левого верхнего угла экрана(если смотреть на него спереди). Эта настройка показывает, в каком месте у нашей ленты начало, куда мы будем подключать наш микроконтроллер(Arduino) и откуда сигнал пойдет по цепи в направлении указанном в настройке «LED Strip Direction».
Например, ниже на картинках показана настройка смещения на четыре светодиода от нулевой точки(левый верхний угол экрана) и выбор направления светодиодной ленты:
Смещение First LED Offset на четыре светодиода:
Направление светодиодной ленты «CW» — по часовой стрелке:
DEVICE SETTINGS — Данный раздел содержит базовые настройки программы, настройки скорости соединения с микроконтроллером(Arduino), настройки порядка вывода цветов при отправке данных на микроконтроллер, настройки автозагрузки программы при старте системы, настройки поведения программы при выключении экрана:
Рассмотрим эти настройки более подробно:
Serial Baud Rate — Данная настройка позволяет выбрать скрость передачи данных между вашим Android устройством и микроконтроллером Arduino
Важно понимать, что такая же скорость передачи данных должна быть выбрана и в настройках скетча(#define BAUD_RATE 115200) для Arduino AAA.ino о котором мы говорили в описании по сборке подсветки:
RGB Byte Order — Настройка определяет в какой последовательности отправлять данные о цвете на микроконтроллер Arduino, RGB, RBG, GBR, GRB и т.д. Если вы ипользуете скетч для Arduino из этого описания, то данный параметр менять не требуется, по умолчанию RGB:
Start On Boot — Настройка позволяет включить/выключить автозагрузку программы в последний активный режим работы на этапе загрузки операционной системы Android:
Screen Off Action — Настройка позволяет выбрать поведение подсветки при отключении дисплея, например можно включать режим «SINGLE COLOR MODE» или «COLOR EFFECT MODE». Так же есть возможность выключать все активные режимы или бездействовать при отключении дисплея. При повторном включении дисплея, программа вернется к последнему активному режиму работы, который был до выключения дисплея:
SCREEN CAPTURE SETTINGS — В данном разделе находятся настройки предназначенные для управления режимом работы подсветки «SCREEN CAPTURE MODE»:
Рассмотрим эти настройки более подробно:
Horizontal Depth — Настройка задает глубину зоны захвата изображения по горизонтали. Глубина зоны захвата измеряется в процентах от размера экрана по высоте. Желтая пунктирная линия на картинке показывет текущую глубину зоны захвата:
Vertical Depth — Настройка задает глубину зоны захвата изображения по вертикали. Глубина зоны захвата измеряется в процентах от размера экрана по ширине. Зеленая пунктирная линия на картинке показывет текущую глубину зоны захвата:
Capture Quality — Настройка задает уровень качества захватываемого изображения. Чем выше качество, тем более точно и детально подсветка будет соответствовать изображению на экране. Высокие значения данной настройки могут снизить производительность на слабых системах: