Iluminación electroluminiscente: neón frío. Papel plástico electroluminiscente - características y propiedades

Las pantallas de cristal líquido (LCD) son dispositivos de visualización pasivos. Para que la imagen formada sea percibida por el ojo humano, debe estar iluminada, en el caso más sencillo, por luz natural exterior. Cuando la luz natural es insuficiente o no existe, se puede utilizar una fuente de luz artificial para la exhibición.

La mayoría de las pantallas LCD modernas funcionan en uno de los tres modos de visualización: modo de reflexión total, en el que la luz externa se refleja desde un reflector ubicado detrás de la pantalla (Fig. 1, a); en el modo de semirreflexión, en el que el reflector refleja la luz externa, pero puede transmitir la luz de una fuente de luz ubicada detrás de él (Fig. 1, b); en el modo de iluminación, en el que no hay un reflector que refleje la luz externa y se utiliza una fuente de luz especial para iluminar la imagen (Fig. 1c).

Arroz. 1. Modos de visualización LCD

La técnica, que utiliza una fuente de luz especial, se llama "retroiluminación" (backlight). Para implementar la retroiluminación, se utilizan varias tecnologías, que se analizarán a continuación.

Retroiluminación electroluminiscente (EL)

La retroiluminación electroluminiscente proporciona una iluminación uniforme y tiene un diseño delgado y liviano (Fig. 2).

Arroz. 2. Diseño de retroiluminación electroluminiscente

Tal luz de fondo proporciona una variedad de colores, incluido el blanco, que se usa con mayor frecuencia en las pantallas LCD. El consumo con iluminación electroluminiscente es relativamente pequeño, sin embargo, para su organización, se requiere una fuente de voltaje alterno de 80 ... 100 V con una frecuencia de aproximadamente 400 Hz (valor típico). Como tal fuente se utilizan convertidores DC/DC, que transforman la tensión DC de 5, 12 o 24 V en una tensión AC del valor requerido. Este es el tipo de retroiluminación más económico en términos de consumo y se usa con mayor frecuencia en dispositivos que funcionan con baterías. La vida útil de la luz de fondo electroluminiscente (brillo reducido a la mitad del original) es de aproximadamente 3...5 mil horas y depende del brillo de brillo establecido (Fig. 3).

Arroz. 3. Vida útil de la retroiluminación EL, dependencia de la vida útil del brillo establecido

Características distintivas de la retroiluminación electroluminiscente:

• una fuente de luz plana con un grosor máximo de 1,3 mm (1,5 mm incluidos los cables) proporciona una iluminación uniforme de un área grande;
• una amplia gama de voltajes de alimentación de CA (valor máximo 150 V) con una frecuencia de 60 ... 1000 Hz. En presencia de convertidores elevadores, es posible alimentar desde una batería con un voltaje de 1,5 V;
• color de brillo: verde-azul, amarillo-verde y blanco;
• características de funcionamiento de los módulos de fuente de alimentación típicos: voltaje de salida 110 V, frecuencia 400 Hz; corriente de carga 8 mA (a Ta = 20 °C y 60 % de humedad relativa);
• rango de temperatura de funcionamiento - de 0 a 50 °C;
• rango de temperatura de almacenamiento de -20 a 60 °C.

Retroiluminación de diodo emisor de luz (LED)

La retroiluminación LED se caracteriza por la vida útil más larga, al menos 50 mil horas, y un mayor brillo que la retroiluminación EL. La luz de fondo es proporcionada por dispositivos de estado sólido y, por lo tanto, puede funcionar directamente desde un suministro de 5 V sin el uso de convertidores. Sin embargo, se deben instalar resistencias limitadoras de corriente para limitar la corriente a través del LED. Una cadena de LED se encuentra a lo largo de las superficies laterales de la pantalla o en forma de matriz debajo del difusor (difusor) y proporciona una iluminación brillante y uniforme (Fig. 4, a, b).

Arroz. 4. Diseños de la matriz y retroiluminación LED lateral.

La iluminación lateral se utiliza en módulos con hasta 20 espacios de caracteres por línea.Si el número de espacios de caracteres es superior a 20, se forma un área más oscura en el centro de la pantalla LCD que en los bordes. Para eliminar este inconveniente, se utilizan medidas especiales, por ejemplo, iluminación adicional desde arriba.

La retroiluminación Matrix LED proporciona una luz más brillante y uniforme. A la hora de diseñar una retroiluminación de este tipo, el consumo es el factor determinante. No se recomienda su uso en dispositivos que funcionan con baterías que requieren una luz de fondo permanentemente encendida.

Los LED de retroiluminación LED funcionan con un voltaje de suministro de 4,2 V (típico). El consumo de retroiluminación está determinado por la cantidad de LED encendidos y, por lo tanto, a medida que aumenta el tamaño de la pantalla, el consumo aumenta, y varía de 30 a 200 mA o más.

El color de la luz de fondo LED puede ser diferente, incluido el blanco, pero la luz de fondo amarilla-verde es la más utilizada. Su emisión de luz es mayor que la de la retroiluminación EL. Es posible controlar el brillo del resplandor por medio de un potenciómetro o controlador PWM.

Teniendo en cuenta el costo de los convertidores utilizados con EL, el uso de iluminación LED es más económico. El grosor del módulo con retroiluminación LED es de 2 a 4 mm más grueso que el del módulo con retroiluminación EL o sin retroiluminación.

Características distintivas de la iluminación LED:

• bajo voltaje de suministro, no es necesario usar convertidores especiales;
• ciclo de vida largo - en promedio más de 100 mil horas;
• la posibilidad de retroiluminación roja, verde, naranja y blanca o multicolor (con conmutación);
• iluminación lateral o matricial;
• tensión de alimentación típica - 4,2 V; consumo de 30 a - 200 mA y superior; brillo - 250 cd / m;
• sin generación de ruido.

Iluminación con lámpara fluorescente de cátodo frío (CCFL)

Las retroiluminaciones CCFL se caracterizan por un consumo relativamente bajo y una luz blanca muy brillante. Se utilizan dos tecnologías: iluminación directa y lateral (Fig. 5, a, b).

Arroz. 5. Diseños de iluminación directa y lateral con lámparas fluorescentes de cátodo frío

En ambos casos, la fuente de luz son lámparas fluorescentes de cátodo frío (fuentes de un punto de luz local), cuya luz se distribuye por toda el área de la pantalla mediante difusores (difusor) y guías de luz (light guide). La iluminación lateral permite la implementación de módulos de pequeño espesor y con menor consumo. La luz de fondo CCFL se usa principalmente en LCD gráficos, y la vida útil de la luz de fondo CCFL es más larga que la de la luz de fondo EL: hasta 10-15 mil horas.

CCFL proporciona iluminación para grandes superficies, por lo que se utiliza principalmente en grandes pantallas planas. La gran ventaja de CCFL es la capacidad de producir color blanco papel, lo que hace que CCFL sea prácticamente la única fuente de iluminación para pantallas a color. Las lámparas fluorescentes requieren inversores con un voltaje de salida de CA de 270 a 300 V.

Características distintivas de la retroiluminación con lámpara fluorescente de cátodo frío (CCFL):

En mesa. Las tablas 1-3 muestran las características de las lámparas fluorescentes de cátodo frío.

Tabla 1. Valores máximos

Tabla 2. Especificaciones eléctricas

Tabla 3. Características ópticas

En la tabla a continuación. 4 ofrece características comparativas de los tres principales tipos de iluminación y sus principales áreas de aplicación.

Tabla 4

Todos los LCD son dispositivos pasivos de visualización de información, y para que la imagen formada llegue al ojo humano, debe estar iluminada, en el caso más simple, con luz natural externa. En ausencia de iluminación externa, o con luz natural insuficiente, se puede usar una fuente de luz artificial y, en este sentido, la mayoría de las pantallas LCD modernas funcionan en uno de los tres modos de visualización (ver Fig. 1 a, b, c): reflexión, en el que la luz exterior se refleja desde el reflector situado detrás de la pantalla (a); en el modo semirreflectante, en el que el reflector refleja la luz externa, pero puede transmitir la luz de una fuente de luz ubicada detrás de él (b); y en el modo de luz de fondo, en el que no hay reflector que refleje la luz externa y se utiliza una fuente de luz especial (c) para iluminar la imagen.

a) Un reflector combinado con un polarizador trasero refleja la luz exterior. El consumo es mínimo

b) Un reflector translúcido combinado con un polarizador trasero refleja la luz proveniente de la parte frontal de la pantalla LCD pero permite que la luz de fondo pase a través de la parte posterior del reflector. Apagar la retroiluminación en buenas condiciones de iluminación ayuda a reducir el consumo.

c) No hay reflector reflectante o semirreflectante, solo se necesita la luz de fondo. Se usa con mayor frecuencia con imágenes negativas.

Arroz. 1. Modos de visualización LCD

La técnica en la que se utiliza una fuente de luz especial se denomina "retroiluminación" (backlight). Para implementar la retroiluminación, se utilizan varias tecnologías:

Retroiluminación electroluminiscente (EL)

La retroiluminación electroluminiscente proporciona una iluminación uniforme y viene en un diseño delgado y liviano (consulte la Fig. 2).

Arroz. 2. Diseño de retroiluminación electroluminiscente

Proporciona una variedad de colores, incluido el blanco, que se usa con mayor frecuencia en las pantallas LCD. El consumo con iluminación electroluminiscente es relativamente pequeño, pero para su organización es necesario organizar un voltaje alterno en el rango de 80 a 100 V con una frecuencia típica de aproximadamente 400 Hz. Dicho voltaje está organizado por convertidores especiales que convierten el voltaje de CC de 5, 12 o 24 V en el alto voltaje alterno requerido. Este es el tipo de retroiluminación más económico en términos de consumo y se usa con mayor frecuencia en dispositivos que funcionan con baterías. La vida útil de la luz de fondo electroluminiscente (la mitad del brillo del original) es de aproximadamente 3 a 5 mil horas y depende del brillo establecido del brillo (consulte la Fig. 3).

Arroz. 3. Vida útil de la retroiluminación EL, dependencia de la vida útil del brillo establecido

Características distintivas de la iluminación electroluminiscente (EL):

• Fuente de luz plana, grosor máximo de 1,3 mm (máximo 1,5 mm incluidos los cables), proporciona iluminación tecnológicamente simple y uniforme de un área grande
• Amplio rango de tensión de alimentación, de 60 a 1000 Hz AC con una tensión máxima de 150 V. Con convertidores elevadores, puede alimentarse con una única batería de 1,5 V.
• Color claro: verde-azul, amarillo-verde y blanco.
• Características de funcionamiento de los módulos típicos: tensión de alimentación 110 V, frecuencia 400 Hz, consumo 8 mA (a Ta = 20 °C y humedad relativa 60 %).
• Rango de temperatura de funcionamiento: 0 °C a 50 °C, rango de temperatura de almacenamiento: -20 °C a 60 °C

Retroiluminación de diodo emisor de luz (LED)

La retroiluminación LED brinda la vida útil más larga: al menos 50 mil horas, y el brillo es mayor que el de la retroiluminación EL. La luz de fondo está organizada por dispositivos de estado sólido y, por lo tanto, puede operarse directamente desde un suministro de 5 V; sin el uso de convertidores, sin embargo, para proteger el LED (para limitar la corriente), se recomienda instalar resistencias limitadoras. Una cadena de diodos emisores de luz se encuentra a lo largo de las superficies laterales de la pantalla (b), o en forma de matriz debajo del difusor (difusor) (a) y proporciona una iluminación brillante y uniforme (Ver Fig. 4 a, b) .

a) Iluminación matricial. El uso de la retroiluminación matricial permite una iluminación uniforme de pantallas grandes

b) Iluminación lateral. La combinación de LED y guía de luz (Light Guide) le permite implementar un diseño de luz de fondo baja

Arroz. 4. Diseños de matriz y retroiluminación LED lateral

La iluminación lateral se utiliza en módulos con hasta 20 espacios de caracteres por línea.Si el número de espacios de caracteres es superior a 20, la iluminación lateral ya forma un área más oscura que en los bordes. Para eliminar este inconveniente, algunas empresas tomarán medidas especiales, por ejemplo, organizarán iluminación adicional desde arriba.

La retroiluminación Matrix LED proporciona una luz más brillante y uniforme. A la hora de diseñar una retroiluminación de este tipo, el consumo es determinante. No se recomienda su uso en aplicaciones alimentadas por batería donde es necesario tener la luz de fondo siempre encendida.

Retroiluminación LED Los LED funcionan con una tensión de alimentación de 4,2 V (típica), el consumo de la retroiluminación LED está determinado por el número de diodos encendidos y, por tanto, a medida que aumenta el tamaño de la pantalla, también lo hace el consumo, que es de 30 a más de 200 mA.

La retroiluminación LED puede ser de varios colores, incluido el blanco, pero en la actualidad, la mayoría de las veces se utiliza retroiluminación de color amarillo verdoso. Aunque el consumo de LED es mayor que el de EL, la salida de luz de la retroiluminación LED es mayor. Es posible controlar el brillo del resplandor por medio de un potenciómetro o un controlador PWM.

Teniendo en cuenta el costo de los convertidores utilizados con EL, el uso de iluminación LED se vuelve bastante económico. El grosor del módulo con retroiluminación LED es de 2 a 4 mm más grueso que el del módulo con retroiluminación EL o sin retroiluminación.

Características distintivas de la iluminación con diodos emisores de luz (LED):

• Baja tensión de alimentación, no es necesario utilizar convertidores especiales.
• Largo ciclo de vida: más de 100 mil horas (promedio).
• Posibilidad de iluminación de colores rojo, verde, naranja y blanco, posibilidad de iluminación multicolor (con conmutación).
• La posibilidad de organizar tanto la iluminación lateral como la matricial.
• Tensión de alimentación típica 4,2 V, consumo de 30 a más de 200 mA, brillo 250 cd/m.
• Sin generación de ruido.

Iluminación con lámpara fluorescente de cátodo frío (CCFL)

Las retroiluminaciones CCFL se caracterizan por un consumo relativamente bajo y una luz blanca muy brillante. Se utilizan dos tecnologías: iluminación directa y lateral (Ver Fig. 5a y 5b).

En ambos casos, la fuente de luz son lámparas fluorescentes de cátodo frío (fuentes de un punto de luz local), cuya luz se distribuye por toda el área de la pantalla mediante difusores (difusor) y guías de luz (light guide). La iluminación lateral permite la implementación de módulos de bajo espesor y con menor consumo. La luz de fondo CCFL se usa principalmente en LCD gráficos y la vida útil de la luz de fondo CFL es mayor que la de la luz de fondo EL: hasta 10 a 15 mil horas.

CCFL ilumina grandes superficies y, por lo tanto, se utiliza predominantemente en pantallas planas grandes. La gran ventaja de CCFL es la capacidad de obtener color blanco papel, lo que hace que CCFL sea prácticamente la única fuente de iluminación para pantallas a color. Las lámparas fluorescentes requieren convertidores que aumenten el voltaje a 270 - 300 VCA.

Características distintivas de la retroiluminación con lámpara fluorescente de cátodo frío (CCFL):

• brillo alto
• Gran durabilidad
• Bajo consumo
• emisión blanca
• Iluminación directa y lateral
• Se utiliza con módulos LCD multicolor y/o de matriz de puntos

La siguiente tabla muestra las características comparativas de los tres principales tipos de iluminación y sus principales áreas de aplicación.

Características de las lámparas fluorescentes de cátodo frío

Valores máximos

Características electricas

Características ópticas

Aplicación de paneles EL

La seguridad

Las tiras de luz son muy fáciles de utilizar para iluminar escaleras, barandillas, así como cualquier superficie para marcar la salida. La peculiaridad del brillo electroluminiscente es tal que la luz es visible incluso a través de la niebla o el humo, por lo que en caso de emergencia es fácil encontrar una salida, por ejemplo, de una habitación llena de humo durante un incendio. Al mismo tiempo, utilizando un bajo consumo de papel ligero, puede crear una fuente de luz autónoma para que la cinta brille incluso cuando la alimentación esté completamente apagada.

Punteros y signos

Usando papel liviano, puede crear letreros y letreros, letreros y placas con el logotipo de la empresa. El papel ligero puede sustituir a los rótulos de neón, especialmente a las cajas de luz, donde el uso de papel ligero reduce mucho el grosor de las cajas, que no suele ser inferior a 40 mm. El grosor del papel liviano es de solo 0,5 mm, con tal grosor, su peso por unidad de área es muy pequeño, lo que permite no solo reducir las dimensiones de los letreros en él, sino también reducir el peso total, lo que facilita instale dichos letreros y hágalos más seguros de usar.

Arquitectura

Uno de los usos interesantes del papel claro es la iluminación arquitectónica. Esto puede ser tanto la iluminación de fuentes (el papel ligero laminado está protegido de manera confiable contra la humedad) como las fachadas de edificios, así como la iluminación interior en interiores.

Automóvil

La flexibilidad y confiabilidad del papel liviano permite su uso en condiciones de camino difíciles, alta humedad y un amplio rango de temperatura, lo que significa que puede cambiar el estilo de iluminación de su automóvil tanto en el interior como en el exterior. La iluminación de la carretera debajo de la parte inferior del automóvil, así como las franjas de luz en las puertas del automóvil al conducir, se ven espectaculares. Para utilizar el papel ligero en un coche, completamos el papel ligero con una fuente de alimentación especial de 12 voltios.

Información general sobre pantallas de cristal líquido

Pantallas y paneles de cristal líquido

Las pantallas de cristal líquido (LCD) tienen el mismo principio de funcionamiento de válvula de luz que los indicadores de cristal líquido discutidos anteriormente. Pueden funcionar tanto por reflexión como por transmisión. Los cristales líquidos se pueden clasificar en uno de tres tipos: esméctico, nemático o colestérico.

Los cristales líquidos esmécticos forman capas en las que las moléculas tienen una posición ordenada.

Los cristales líquidos nemáticos tienen una disposición aleatoria de moléculas y una pantalla que es opaca a la luz transmitida solo hasta que las moléculas se colocan en un campo eléctrico. Los cristales líquidos nemáticos se utilizan ampliamente en indicadores de un solo color y pantallas en blanco y negro.

Los cristales líquidos colestéricos bajo la influencia de un campo eléctrico forman capas en las que las moléculas se desplazan en el mismo ángulo en el espacio. Esta circunstancia permite, en presencia de una fuente de luz blanca, obtener una imagen en color en la pantalla de visualización. Por lo tanto, los cristales líquidos colestéricos se utilizan en pantallas de cristal líquido en color.

Debido a que los cristales líquidos no generan fotones, se requiere una fuente de luz externa para el registro de imágenes. Se coloca detrás o delante de la pantalla LCD, en cuyo caso generalmente se puede suponer que funciona en transmisión, o al lado de la pantalla, en cuyo caso a veces es aceptable suponer que la pantalla funciona en reflexión. . Si, por razones estructurales, la fuente de luz se coloca en el costado de la pantalla, entonces, gracias a un sistema de espejos, la radiación ingresa a su área de trabajo.

La retroiluminación electroluminiscente de las pantallas de cristal líquido es proporcionada por lámparas electroluminiscentes (EL), cuya luz cae sobre un reflector translúcido y luego en el lado opuesto de la pantalla desde el lado de visualización del usuario. Para alimentar una lámpara electroluminiscente, se requiere una fuente de alimentación que genere un voltaje alterno con una frecuencia en la región de 400 Hz y un valor generalmente de 80 V a 100 V. En este caso, una corriente fluye a través de la lámpara de aproximadamente una docena a varias decenas de miliamperios. Por lo tanto, la iluminación electroluminiscente es económica y recomendada para dispositivos portátiles. Ventajas de la retroiluminación electroluminiscente: iluminación uniforme de la pantalla, alta durabilidad (tiempo de funcionamiento de al menos 3000 ... 5000 horas), espesor de construcción de 1,5 mm, rango de temperatura de funcionamiento típico de 0 a 50 °C. Desventajas: cuanto mayor sea el brillo de las lámparas de retroiluminación electroluminiscente, menor será su tiempo entre fallas. Y el costo de las lámparas es muy alto. Para alimentar una lámpara electroluminiscente desde una fuente de energía de bajo voltaje, como una batería o batería, se requiere un convertidor de conmutación.

Una característica distintiva de dicha luz de fondo es su distribución uniforme en la pantalla. Si la esencia de una retroiluminación LED convencional es un LED en algún lugar del costado del dial, entonces con la versión electroluminiscente, se ilumina todo el fondo, excepto los números, o los números mismos, excepto el fondo.

Cuál es la esencia de este tipo de iluminación y cómo funciona. Cabe señalar que esto es posible debido al efecto de la electroluminiscencia: luminiscencia excitada por un campo eléctrico. Esto sucede debido a la recombinación radiativa de electrones y huecos de semiconductores. Los electrones en estado excitado ceden su energía en forma de fotones. Como material para paneles, los semiconductores de sulfuro de zinc, III-V InP, GaAs, GaN se utilizan con mayor frecuencia. El efecto fue descubierto en el siglo XX y fue muy utilizado en su segunda mitad. En la foto, una luz nocturna que usa esta tecnología. Y en la foto de abajo, el tablero de un automóvil Doge Charger. Fue Chrysler quien se convirtió en el primer fabricante de automóviles del mundo en introducir la tecnología de retroiluminación electroluminiscente en la producción de automóviles.

En muchos modelos de relojes baratos, debido a las características de diseño de la esfera, cuando la batería se agota, la retroiluminación LED no puede iluminar las manecillas ni los números. En el caso de la retroiluminación EL, incluso con una carga débil, la pantalla o los números seguirán brillando, aunque débilmente. Pero esto será suficiente para determinar la hora de la noche. Por la misma razón, la iluminación EL ha encontrado una amplia aplicación en electrodomésticos, iluminación de básculas y equipos militares. La cantidad de energía que consume es mucho menor que las luminarias habituales.

La retroiluminación electroluminiscente se usa mucho en los relojes electrónicos de empresas como Shark. Pero incluso en los relojes de cuarzo ordinarios (con flechas) se puede incorporar esta tecnología.

Entonces, por ejemplo, casi todos los modelos de relojes de la compañía estadounidense Timex vienen con retroiluminación EL incorporada. Su tecnología está patentada y se llama Indiglo.