LCD retroilluminato a LED - LED-backlit LCD
Un LCD retroilluminato a LED è un display a cristalli liquidi che utilizza LED per la retroilluminazione invece della tradizionale retroilluminazione fluorescente a catodo freddo (CCFL). I display retroilluminati a LED utilizzano le stesse tecnologie TFT LCD ( display a cristalli liquidi a transistor a film sottile ) degli LCD retroilluminati CCFL, ma offrono una serie di vantaggi rispetto a queste ultime.
Sebbene non sia un display a LED , un televisore che utilizza una tale combinazione di retroilluminazione a LED con un pannello LCD è pubblicizzato come TV a LED da alcuni produttori e fornitori.
Vantaggi
Rispetto alle precedenti retroilluminazione CCFL, l'utilizzo dei LED per la retroilluminazione offre:
- Gamma di colori più ampia (con LED RGB o QDEF) e gamma di regolazione
- Rapporto di contrasto maggiore
- Molto sottile (alcuni schermi hanno uno spessore inferiore a 0,5 pollici (13 mm) nei pannelli con illuminazione laterale)
- Significativamente più leggero e fresco, fino alla metà del telaio totale e del peso del sistema di un CCFL comparabile
- Tipicamente 20-30% in meno di consumo energetico e maggiore durata
- Più affidabile
Disposizioni LED
La retroilluminazione a LED sostituisce le lampade CCFL (fluorescenti) con poche o diverse centinaia di LED bianchi, RGB o blu. È possibile utilizzare quattro tipi di disposizione dei LED:
- edge-lit (ELED)
- I LED formano una linea attorno al bordo dello schermo
- luce diretta (DLED)
- I LED formano un array direttamente dietro lo schermo a intervalli equidistanti
- oscuramento locale
- I cluster LED a luce diretta (rettangoli, righe o colonne) sono controllati individualmente
- oscuramento locale full array (FALD)
- i LED a luce diretta sono controllati individualmente
Inoltre, è spesso necessario utilizzare uno speciale pannello di diffusione (piastra guidaluce, LGP) per diffondere la luce in modo uniforme dietro lo schermo.
Il metodo di oscuramento locale della retroilluminazione consente di controllare dinamicamente il livello di intensità della luce di specifiche aree di oscurità sullo schermo, ottenendo rapporti di contrasto dinamico molto più elevati, anche se a costo di minori dettagli in oggetti piccoli e luminosi su uno sfondo scuro, come campi stella o dettagli in ombra.
Uno studio dell'Università della California (Berkeley) del gennaio 2016 suggerisce che il miglioramento visivo percepito soggettivamente con materiale sorgente di contrasto comune si livella a circa 60 zone di oscuramento locale LCD.
Tecnologia
Gli LCD retroilluminati a LED non sono autoilluminanti (a differenza dei sistemi a LED puri). Esistono diversi metodi per retroilluminare un pannello LCD utilizzando i LED, incluso l'uso di array di LED bianchi o RGB (rosso, verde e blu) dietro il pannello e l'illuminazione edge-LED (che utilizza LED bianchi intorno alla cornice interna del TV e un pannello di diffusione della luce per diffondere la luce in modo uniforme dietro il pannello LCD). Le variazioni nella retroilluminazione a LED offrono diversi vantaggi. Il primo TV LCD commerciale con retroilluminazione a LED full-array è stato il Sony Qualia 005 (introdotto nel 2004), che utilizzava array di LED RGB per produrre una gamma di colori circa il doppio di quella di un televisore LCD CCFL convenzionale. Ciò è stato possibile perché i LED rossi, verdi e blu hanno picchi spettrali netti che (in combinazione con i filtri del pannello LCD) determinano una dispersione significativamente inferiore ai canali di colore adiacenti. I canali di spurgo indesiderati non "sbiancano" tanto il colore desiderato, determinando una gamma più ampia. La tecnologia LED RGB continua a essere utilizzata sui modelli LCD BRAVIA di Sony . La retroilluminazione a LED che utilizza LED bianchi produce una sorgente a spettro più ampio che alimenta i singoli filtri del pannello LCD (simile alle sorgenti CCFL), determinando una gamma di visualizzazione più limitata rispetto ai LED RGB a un costo inferiore.
I commercialmente chiamati "TV LED" sono televisori basati su LCD in cui i LED sono controllati dinamicamente utilizzando le informazioni video (controllo dinamico della retroilluminazione o retroilluminazione LED dinamica "local dimming", commercializzato anche come HDR, televisore ad alta gamma dinamica, inventato dai ricercatori Philips Douglas Stanton, Martinus Stroomer e Adrianus de Vaan).
L'evoluzione degli standard energetici e le crescenti aspettative del pubblico in merito al consumo energetico hanno reso necessaria la gestione della potenza da parte dei sistemi di retroilluminazione. Come per altri prodotti di elettronica di consumo (es. frigoriferi o lampadine), per i televisori vengono applicate le categorie di consumo energetico. Sono stati introdotti standard per le potenze nominali dei televisori, ad esempio negli Stati Uniti, nell'UE, in Australia e in Cina. Inoltre, uno studio del 2008 ha mostrato che tra i paesi europei, il consumo di energia è uno dei criteri più importanti per i consumatori quando scelgono un televisore, tanto importante quanto le dimensioni dello schermo.
Utilizzando PWM (modulazione di larghezza di impulso), una tecnologia in cui l'intensità dei LED viene mantenuta costante ma la regolazione della luminosità viene ottenuta variando un intervallo di tempo di lampeggio di queste sorgenti luminose a intensità luminosa costante, la retroilluminazione viene attenuata al colore più brillante che appare sullo schermo aumentando contemporaneamente il contrasto dell'LCD ai massimi livelli ottenibili, aumentando drasticamente il rapporto di contrasto percepito, aumentando la gamma dinamica, migliorando la dipendenza dall'angolo di visualizzazione dell'LCD e riducendo drasticamente il consumo di energia.
La combinazione del controllo dinamico della retroilluminazione a LED in combinazione con polarizzatori riflettenti e pellicole prismatiche (inventata dai ricercatori Philips Adrianus de Vaan e Paulus Schaareman rende questi televisori "LED" (LCD) molto più efficienti dei precedenti set basati su CRT, portando a un consumo energetico mondiale risparmio di 600 TWh (2017), pari al 10% del consumo elettrico di tutte le famiglie nel mondo o pari a 2 volte la produzione di energia di tutte le celle solari del mondo.
I film di polarizzazione prismatici e riflettenti sono generalmente realizzati utilizzando i cosiddetti film DBEF prodotti e forniti da 3M. Questi film di polarizzazione riflettente che utilizzano cristalli liquidi polimerizzati uniassiali orientati (polimeri birifrangenti o colla birifrangente) sono stati inventati nel 1989 dai ricercatori Philips Dirk Broer, Adrianus de Vaan e Joerg Brambring.
Una prima retroilluminazione a LED dinamica "local dimming" è stata dimostrata pubblicamente da BrightSide Technologies nel 2003 e successivamente introdotta commercialmente per i mercati professionali (come la post-produzione video). L'illuminazione Edge LED è stata introdotta per la prima volta da Sony nel settembre 2008 sul BRAVIA KLV-40ZX1M da 40 pollici (1.000 mm) (noto come ZX1 in Europa). L'illuminazione Edge-LED per LCD consente un alloggiamento più sottile; il Sony BRAVIA KLV-40ZX1M ha uno spessore di 1 cm e anche gli altri sono estremamente sottili.
Gli LCD retroilluminati a LED hanno una durata maggiore e una migliore efficienza energetica rispetto ai televisori LCD al plasma e CCFL . A differenza della retroilluminazione CCFL, i LED non utilizzano mercurio (un inquinante ambientale) nella loro fabbricazione. Tuttavia, altri elementi (come gallio e arsenico ) sono utilizzati nella fabbricazione degli emettitori LED; si discute se siano una migliore soluzione a lungo termine al problema dello smaltimento dello schermo.
Poiché i LED possono essere accesi e spenti più rapidamente dei CCFL e possono offrire un'emissione luminosa più elevata, è teoricamente possibile offrire rapporti di contrasto molto elevati. Possono produrre neri profondi (LED spenti) e alta luminosità (LED accesi). Tuttavia, le misurazioni effettuate dalle uscite puro nero e bianco puro sono complicate dal fatto che l'illuminazione edge-LED non consente la riproduzione simultanea di queste uscite sullo schermo.
La retroilluminazione mini-LED full-array, composta da diverse migliaia di WLED, è in fase di ricerca per TV e dispositivi mobili.
I LED bianchi nelle retroilluminazione a LED possono utilizzare speciali fosfori di silicato poiché sono più luminosi ma si degradano più velocemente. La dimensione dei LED è uno dei fattori che determina la dimensione della cornice degli LCD retroilluminati a LED.
Pellicola per il miglioramento dei punti quantici (QDEF)
I punti quantici sono fotoluminescenti ; sono utili nei display perché emettono luce in distribuzioni normali specifiche e strette di lunghezze d' onda . Per generare la luce bianca più adatta come retroilluminazione LCD, parti della luce di un LED blu vengono trasformate da punti quantici in luce verde e rossa a larghezza di banda ridotta in modo tale che la luce bianca combinata consenta una gamma di colori quasi ideale generata dal Filtri colore RGB del pannello LCD. Inoltre, l'efficienza è migliorata, poiché i colori intermedi non sono più presenti e non devono essere filtrati dai filtri colore dello schermo LCD . Ciò può comportare una visualizzazione che riproduce i colori in modo più accurato nello spettro visibile . Anche altre aziende stanno sviluppando soluzioni a punti quantici per i display: Nanosys , 3M come licenziatario di Nanosys, QD Vision di Lexington , Massachusetts e Avantama della Svizzera . Questo tipo di retroilluminazione è stato dimostrato da vari produttori di TV al Consumer Electronics Show 2015. Samsung ha presentato i suoi primi display a punti quantici "QLED" al CES 2017 e in seguito ha formato la "QLED Alliance" con Hisense e TCL per commercializzare la tecnologia.
Mini LED
I mini display a LED sono LCD retroilluminati a LED con retroilluminazione basata su Mini LED che supportano oltre un migliaio di zone di regolazione locale dell'array completo (FALD). Ciò consente neri più profondi e un rapporto di contrasto più elevato. Da non confondere con microLED .
Sfarfallio della retroilluminazione
La retroilluminazione a LED viene spesso attenuata applicando la modulazione dell'ampiezza dell'impulso alla corrente di alimentazione, spegnendo e riaccendendo la retroilluminazione più rapidamente di quanto l'occhio possa percepire. Se la frequenza degli impulsi di attenuazione è troppo bassa o l'utente è sensibile allo sfarfallio, ciò può causare disagio e affaticamento degli occhi (simile allo sfarfallio dei display CRT a frequenze di aggiornamento inferiori ). Questo può essere testato da un utente semplicemente agitando la mano davanti allo schermo; se sembra avere bordi ben definiti mentre si muove, la retroilluminazione pulsa a una frequenza piuttosto bassa. Se la mano appare sfocata, il display ha una retroilluminazione continuamente illuminata o funziona a una frequenza troppo alta per essere percepita. Lo sfarfallio può essere ridotto (o eliminato) impostando il display alla massima luminosità, sebbene ciò riduca la qualità dell'immagine e aumenti il consumo energetico.
Riferimenti
link esterno
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Mezzi relativi ai display a cristalli liquidi retroilluminati a LED su Wikimedia Commons
