如何制作阳光下可读的TFT LCD

如何制作阳光下可读的TFT LCD

2021-11-18 17:41:14 0

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越来越多的 TFT 显示器用于户外应用,例如汽车显示器、数字标牌和自助售卖机。 室外环境中的高亮度光线通常会导致图像褪色,屏幕的可读性降低。 TFT 显示屏在阳光直射下的可读性和LCD显示屏的使用寿命变得很重要。 Topway 多年来一直在开发阳光下可读的 LCD 显示解决方案,对这种TFT LCD方案非常熟悉。

在进一步探讨如何使 LCD 阳光下可读之前,让我们先了解一下什么是可视性。

判断可视性

可视性是观察者能发现物体的难易程度,或更科学的术语:光亮度对比度与人眼阈值之间的关系。 因此,物体的对比度越高,其可视性越好。

是什么让 LCD 阳光下可读?

要使LCD在户外非常明亮的环境中可读,LCD屏幕的亮度需要超过从显示器表面反射的光的强度。为了舒适地被人眼看到,LCD的亮度至少是其反射光的 2.5 倍。自然地,为了使 LCD 阳光下可读,我们可以从两方面着手,增加亮度或减少反射。

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增加亮度使LCD阳光下可读

增加LED背光亮度

在阳光直射的晴天,环境光亮度大约是6000 cd/m2。一个典型的带触摸屏的TFT LCD 大约反射14%的环境光,大约是840 cd/m2。现在,大多数LCD显示器使用LED背光作为光源。将LCD的亮度增加到800 ~ 1000 Nits来压倒反射的阳光并不是很难。因此,你就有一个阳光下可读的TFT LCD。

然而,这种方法需要更多的背光 LED 和/或更高的驱动电流。 缺点是功耗高、散热更多、产品尺寸增加和 LED 背光寿命缩短。 显然,增加背光使TFT LCD在阳光下可读并不是一个很好的解决方案。

使用半透射半反射 LCD

半透射半反射TFT LCD是同时有透射和反射特性的TFT LCD。 LCD和背光之间增加了部分反射镜层。 这种变化将部分反射的环境光转化为 LCD 的光源,增加了 TFT 显示屏的亮度。 然而,半透射半反射 TFT LCD 比全透射式 LCD 贵。 同时,部分反射的镜面层会阻挡LCD部分背光,使LCD在室内或低亮度的环境光中的显示效果并不理想。

减少反射使TFT屏幕阳光下可读

什么造成了光线反射?当在一种透明介质中传播的光遇到另一种透明介质的边界时,一部分光会从边界反弹。 通过最简单的Fresnel方程,我们可以计算出反射光的量。

R=[(n2-n1)/(n2+n1)]^2  (n1 & n2 are indexes of refraction for 1st and 2nd material)

从方程式中可以清楚地看出,两种材料之间的差异越大,反射的光就越多。

我们知道带触控面板的 TFT LCD 具有层级结构,有几个地方会发生光反射。

带触摸屏的 TFT LCD 上的总反射率是两种材料相遇的任何界面上反射光的总和。 例如,在偏光片和显示器玻璃之间,两种材料的折射率差异非常小,约为 0.1。 所以这个界面上的反射光只有0.1%。 正如Fresnel方程所指出的,我们应该将减少反射的重点放在空气界面上。 对于空气,它的折射率为1; 对于玻璃,它是 1.5。 这导致反射率为 4.5%。 因此,三个空气界面贡献了大部分 TFT LCD 的反射率,约为 13%。

减少顶层面板的反射

我们可以采取的减少空气-玻璃界面反射的最快速和最简单的方法是使用防反射和防眩光膜或者抗反射膜。 具有 AR 特性的外膜不仅可以减少反射光,还可以带来其他好处。

对于食品行业的应用,玻璃破碎是一个严重的问题。带有外部薄膜的LCD屏幕很好地解决了这个问题。对于汽车应用,在事故中,带有顶部AR膜的破碎LCD不会因为破碎的玻璃伤害到乘客。然而,顶层薄膜总是会降低 TFT LCD 的表面硬度,而且很容易被划伤。 另一方面,抗反射膜保留了 LCD 的硬度和触控性能,但它的价格也更高。

通过以上方法,TFT LCD 的顶层反射率可以降低 2~3%。

减少进入LCD的环境光

另一个解决反射问题的快速而简单的方法是在TFT屏幕的顶部粘贴一个线性偏振片。当环境光线到达顶部的偏振片时,只有一半的光线通过,反射光减少到一半。这是一个非常低成本的方法来增加TFT LCD的对比度,提高LCD在阳光下的可读性。

同样,在上面放任何薄膜都会降低LCD的表面硬度,而偏振片会造成透射的损失。这些都不是很理想。

阻挡反射光

在TFT液晶显示器上贴上圆偏振片可以消除大量的反射。这是因为当环境光通过圆偏振片时,它被圆偏振了。而当它被反射时,偏振方向翻转180度。因此,反射光线不会穿过圆偏振片被观察者看到。

这个方法对于提高带电阻触摸屏的LCD显示器的可读性非常有效。我们知道电阻式触摸LCD有两个空气间隙:两个ITO层之间的气隙和触摸板与液晶显示器之间的空气间隙。这两个空气间隙造成的反射率非常高。应用圆形偏振片可以阻挡大部分的反射光,并使LCD显示屏在阳光下可读。

这种解决方案的缺点是其成本。因为我们不仅需要一个圆偏振片,而且还需要在LCD显示屏的顶部有一个延缓膜,以确保来自LCD内部的光线不被外部圆偏振片所阻挡。

降低空气间隙的反射率

空气间隙反射是导致阳光下可读性差的主要罪魁祸首。我们可以从两个方向来改善这个问题。

  • 在内部空气间隙的两个界面上添加AR薄膜。这些附加物可以将这个区域的反射率从8.5%减少到2%。而且,由于AR膜不是面向外部的,所以它们比外部使用的要便宜得多。保留空气间隙还可以便于触控面板或液晶显示器的维修。

  • 最有效的方法是通过使用光学粘合来完全消除气隙。简单地说,我们用特殊的光学胶粘剂填充气隙,使该区域的折射率差异变得平滑。这样,由内部气隙引起的反射率从8.5%下降到0.5%。 光学胶合剂是一种昂贵但有效的方法来提高TFT LCD的阳光下可读性。它增强了耐久性和抗冲击性。此外,没有气隙意味着没有水分凝结和雾化。

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