Połączenia optyczne - Serwis Elektroniki

Połączenia optyczne
P
ołączenie optyczne polega na złączeniu dwóch
elementów optycznych jednego z drugim, używając w tym celu płynnej substancji klejącej. Użycie słowa
„optyczny” oznacza wykorzystanie substancji klejącej
przezroczystej, o odpowiednim współczynniku rozproszenia i wytworzonej pod odpowiednim nadzorem, dzięki
czemu właściwości optyczne tej substancji nie będą
zmienione.
Firma Barco korzysta z wyświetlaczy łączonych od
przodu, w których warstwa ochronna jest przymocowana
bezpośrednio do panelu LCD. Firma Barco opracowała
unikalną technologię pozwalającą na ochronę wyświetlacza LCD przed ekstremalnymi warunkami środowiskowymi (temperatura, wstrząsy, wibracje, wilgotność,
pola magnetyczne) i zwiększającą wydajność optyczną
i ochronę przed kondensacją.
1. Stos optyczny
Technologia firmy Barco pozwalająca na łączenie dużych paneli LCD wyróżnia firmę na docelowych rynkach
w porównaniu do konkurencji, nie oferującej łączonych
paneli.
Kompletny stos optyczny przedstawiony został na
rysunku 1 – skład się on z kilku elementów.
System podświetlenia tylnego wytwarza światło potrzebne do uzyskania jasnego obrazu na wyświetlaczu.
Mogą to być zarówno lampy fluorescencyjne z zimną
katodą, jak również diody LED.
Dyfuzor rozkłada światło równomiernie po całym obszarze wyświetlacza
Dodatkowe filtry ulepszają wyjście i kąt widzenia.
W niektórych wyświetlaczach dodaje się również filtr
NVIS, zapewniający widoczność w nocy.
Przedni panel zapewnia lepsze wyrównanie na całym
wyświetlaczu i jest dokładniej omówiony w dalszej części
artykułu.
2. Przednie łączenie
Osłona panelu LCD jedynie za pomocą zwykłej warstwy szklanej nie wystarczy w bardziej wymagających
warunkach środowiskowych. Wydajność optyczna będzie malała z powodu dodatkowych odbić i przebłysków.
Ponadto, na całkowitą jakość wyświetlania wpływają
także inne czynniki, takie jak temperatura (poniżej zera),
zakłócenia elektromagnetyczne (EMI), kompatybilność
elektromagnetyczna (EMC), wilgotność i wstrząsy lub
udary mechaniczne.
Poniżej omówione są czynności podejmowane w stosie optycznym mające na celu zwiększenie wydajności
i odporności właściwości optycznych.
2.1 O połączeniu optycznym
Każda powierzchnia optyczna będzie miała utratę
odbicia. Wielkość odbicia jest wynikiem różnic w indeksach rozproszenia między dwoma mediami optycznymi.
Zjawisko to opisane zostało matematycznie za pomocą
równań Fresnela.
POWIETRZE
n1
4%
4%
S
Z
K
Ł
O
n2
POWIETRZE
n1
Rys.2. Odbicia
Można to porównać do niezgodności impedancji, powodującej odbicia (w tym wypadku na przykład obrazy
lub zjawy na ekranie).
Pokrycie antyrefleksyjne
Osłona szklana
Osłona (ekran) przeciwko polu elektromagnetycznemu
Ciekły kryształ
Filtr NVIS (jeśli jest wymagany)
Filtry pokrywające
Dyfuzor
Układ podświetlenia
Rys.1 Stos optyczny
SERWIS ELEKTRONIKI
Celem łączenia optycznego jest minimalizacja różnic
we współczynnikach odbicia, a przez to minimalizacja
tych odbić.
Normalne przejście z powietrza do szkła powoduje
spadek odbicia rzędu 4%. Korzystając z odpowiedniego
pokrycia spadek ten można zmniejszyć do zaledwie 0.5%.
2.2. Temperatura
Firma Barco gwarantuje bezawaryjną pracę swoich
odpornych wyświetlaczach przy temperaturze poniżej
0°C. Wyświetlacz LCD składa się z cząsteczek płynnych kryształów. Wyświetlanie polega na obrocie tych
cząsteczek. Przy temperaturach poniżej 0°C cząsteczki
te krystalizują się, przez co nie można uzyskać obrazu.
Rozwiązanie firmy Barco polega na dodaniu grzałki
do przedniego pokrycia i panelu LCD (z tyłu przedniej
osłony). Grzałka pokryta jest tlenkiem cynowo-indowym,
przewodzącym i przezroczystym. Wzrost mocy powoduje
rozgrzanie grzałki i wyświetlacza LCD, dzięki czemu obraz
można uzyskać także w niskich temperaturach.
Należy zwrócić uwagę, że pokrycie tlenkiem cynowoindowym zostało wybrane ze względu na odpowiednią
wartość współczynnika rozproszenia.
2.3. Zakłócenia elektromagnetyczne EMI i kompatybilność elektromagnetyczna EMC
Przednia osłona jest luką dla fal elektromagnetycznych
(brak metalowego pokrycia), więc zakłócenia elektromagnetyczne mogą tu stanowić duży problem. Fale te mogą
pochodzić z urządzeń elektronicznych znajdujących się
wewnątrz wyświetlacza, a ich działanie może wpłynąć
na inne urządzenia elektryczne znajdujące się w pobliżu,
zakłócając ich działanie.
Aby rozwiązać ten problem, stosowana jest warstwa
przewodzącej osłony, pokryta wspomnianym już tlenkiem
cynkowo-irydowym.
2.4. Powłoka antyrefleksyjna
Ostateczny użytkownik zwykle rozróżnia dwa rodzaje
odbić – lustrzane i rozpraszające. Odbicia lustrzane odbijają się od powierzchni w taki sam sposób, jak w lustrze
(na gładkiej powierzchni). Odbicie rozpraszające rozpro-
LCD
Osłona przeciwuszkodzeniowa
Ekran dotykowy
Filtr, itd.
0.2% odbicia
~0% odbicia
~0% odbicia
Materiał łączący
Rys.3. Odbicia po zastosowaniu warstwy łączącej i powłoki antyrefleksyjnej
wadza wchodzące światło na różne strony (chropowata
powierzchnia). Najbardziej uciążliwe odbicia dla użytkownika to odbicia lustrzane.
Firma Barco wyposażyła przednie warstwy osłony
swoich wyświetlaczy w dodatkową powłokę antyrefleksyjną, która jest nakładana warstwa po warstwie. Dzięki
precyzyjnemu procesowi współczynnik załamania światła
spada z wartości 4% w przypadku zwykłego szkła do
zaledwie 0.5% – rysunek 3.
2.5. Wilgotność
Filtr przedniej warstwy ochronnej, jak już zostało wcześniej wspomniano, znajduje się z przodu panelu LCD. Bez
żadnych dodatków, powstaje wolna przestrzeń między
dwiema szklanymi warstwami. Powoduje to załamanie
między szkłem a powietrzem oraz stwarza potencjalne
problemy przy dużej wilgotności.
Wilgotne powietrze może wnikać we wspomnianą
przestrzeń, a przy spadku temperatury skroplić się, powodując niezdatność panelu do użytku. Można to częściowo
rozwiązać przez zainstalowanie małego wentylatora,
jednak pozostaje problem kurzu i brudu wnikającego
w powierzchnię.
Firma Barco także w tym celu stosuje łączenie frontu.
Płytka LCD i przedni filtr są połączone przezroczystą warstwą wypełniającą wolną przestrzeń, eliminując problem
wilgotności.
2.6. Wibracje i wstrząsy mechaniczne
Po zainstalowaniu na przednim panelu dodatkowego
filtru wypełniającego cały panel jest teraz bardziej odporny na trudne warunki środowiskowe, jak również na
zaburzenia mechaniczne.
Ponadto, przednie filtry mogą być traktowane jako
zabezpieczenie lepsze niż szkło hartowane chemicznie,
bądź temperaturowo. Gdzie normalne szkło roztrzaska
się, filtry użyte w panelach przetrwają nawet uderzanie
młotkiem.
3. Podsumowanie
Przednie połączenie uzyskuje się poprzez połączenie
przedniego filtru z frontem panelu LCD. Daje to następujące korzyści:
● wzmocnienie panelu LCD: łączenie przednie daje
odporność, dzięki której panele AMLCD przetrwają
mechaniczne uszkodzenia w nietypowych warunkach
środowiskowych oraz dostarczają mechanizmu grzewczego dla LCD,
● doskonała wydajność optyczna: odbicia są redukowane
a paralaksa jest zminimalizowana (efekt niezgodności
różnych obrazów tego samego obiektu obserwowanych z różnych kierunków. W szczególności paralaksa
odnosi się do jednoczesnego obserwowania obiektów
leżących w różnych odległościach od obserwatora
lub urządzenia obserwującego, a objawia się tym, że
obiekty te na obu obrazach są oddalone od siebie o odmienną odległość kątową lub też nachodzą na siebie
na tych obrazach w odmiennym stopniu),
● Brak zamgleń: eliminuje ryzyko skroplenia pary na
powierzchni obrazu.
SERWIS ELEKTRONIKI