Drugie życie LEDów z pod¶wietlenia matrycy LCD oraz wnętrze tej matrycy

Witajcie moi drodzy
Ostatnio otrzymałem kilka starych 17-calowych matryc LCD z pod¶wietleniem LED od laptopów. Większo¶ć z nich była rozbita, ale mimo wszystko uznałem, że to dobra okazja by zaprezentować na forum ich wnętrze i pokazać, że nawet z rozbitej matrycy o pod¶wietleniu LED wci±ż można łatwo zrobić prost± lampkę DIY. Dodatkowo pokażę tutaj jak wygl±daj± piksele z ekranu monitora w dużym powiększeniu.
Zaczynamy - oto bohaterowie tematu:



Matryce dostałem już wymontowane z laptopów, całkiem luzem.

Piksele matrycy w powiększeniu
Na pocz±tku trzeba zaznaczyć, że sam panel LCD nie emituje ¶wiatła. ¦wiatło emituje pod¶wietlenie matrycy (tutaj LEDowe, lecz może też być oparte o ¶wietlówki CCFL), natomiast panel LCD tylko decyduje o tym jakie barwy zostan± przepuszczone na zewn±trz, co daje końcowy efekt.
O słynnym RGB raczej każdy słyszał, ale s±dzę że nie każdy widział, jak to wygl±da rzeczywi¶cie w powiększeniu.
Każda matryca składa się z wielu bardzo małych pikseli których kolor okre¶lany jest poprzez składowe R (red - czerwony), G (green - zielony) i B (blue - niebieski). Te 3 składowe istniej± obok siebie niezależnie, co zaraz przedstawię tutaj na powiększeniu zdjęcia ekranu laptopa wy¶wietlaj±cego obraz.
Kolejno przedstawię ten sam obraz najpierw jako zrzut ekranu, a potem jako zdjęcia (zrobione tanim 'mikroskopem' na USB) w coraz większym powiększeniu.
Zrzut ekranu (zrobiony z poziomu systemu operacyjnego):

Zdjęcie ekranu z widokiem na jedn± ikonek z okienka - małe powiększenie:

Nieco większe powiększenie:

Powyżej widać już piksele - proszę zwrócić uwagę na różnicę jasno¶ci poszczególnych składowych RGB które daj± końcowy kolor.
Na przykład żółte piksele maj± zapalone tylko dwa bloczki - czerwony i zielony (niebieski jest zgaszony). Poł±czenie czerwonego i zielonego daje nam żółty.
Duże powiększenie:

Tutaj widać już wyraĽnie piksele i można dostrzec, że tak naprawdę każdy piksel składa się z trzech komórek o różnych warto¶ciach składowych R, G i B. Poziomy R/G/B można niezależnie od siebie kontrolować i odpowiednie mieszanie tych barw pozwala nam uzyskać końcowy kolor, a ludzkie oko nie jest w stanie dostrzec tego, że jeden piksel tak naprawdę składa się z 3 osobnych komórek.

Uruchomienie pod¶wietlenia LED z rozbitej matrycy LP173WD1
Nawet w przypadku zupełnie rozbitej matrycy pod¶wietlenie LED może być wci±ż funkcjonalne. Diody LED pod¶wietlenia zazwyczaj zasilane s± poprzez przetwornice znajduj±c± się na płytce. Do jej uruchomienia nie potrzeba w zasadzie żadnych zewnętrznych elementów, po prostu trzeba wiedzieć gdzie wpi±ć się w ni± z zasilaniem. Do zasilenia z reguły można użyć zwykłego zasilacza 12V DC (ale wszystkie napięcia polecam sprawdzić z not± katalogow±).
Musimy podł±czyć:
- masę (ground)
- zasilanie pod¶wietlenia LED (tzw. LED power, VBL+)
- pin wł±czaj±cy/wył±czaj±cy pod¶wietlenie LED (tzw. BL_EN, backlight enabled)
- pin kontroluj±cy jasno¶ć pod¶wietlenia za pomoc± PWM (tzw. BLIM, BL Luminance, ADJ, itp)
UWAGA: Niektóre matryce nie maj± na pokładzie układu odpowiedzialnego za zasilanie LEDów. Wtedy w ich nocie katalogowej nie ma pinów takich jak "PWM"/"ADJ", "BL_EN" (backlight enabled), itp. - zamiast nich będ± piny nazwane w stylu "LED Anode", "LED Cathode". One po prostu maj± wyprowadzone bezpo¶rednio anody i katody LEDów na zł±cze LVDS. Wtedy niestety sytuacja się komplikuje i musimy sterownik LED ogarn±ć sami, ale ten akapit nie dotyczy tej sytuacji.
UWAGA: Podł±czenie za dużego napięcia na zły pin skończy się uszkodzeniem przetwornicy zasilaj±cej LEDy. Napięcia wymagana na pinach VBL i BL_EN oraz PWM mog± się różnić. Szczegóły poniżej - musimy wiedzieć co i jak podł±czyć.
Pomocna do tego może być nota katalogowa matrycy.
Matryca użyta przeze mnie tutaj w celach demonstracyjnych to LP173WD1:

W sieci dostępna jest jej nota katalogowa:

Opisane s± tam jej parametry:

Nieco dalej s± też informacje o pod¶wietleniu LEDowym, czyli to co nas najbardziej teraz interesuje:

Czyli znamy już napięcie zasilania pod¶wietlenia (sterownika pod¶wietlenia, nie samych LEDów) - od 7 do 20V, jego pr±d, znamy parametry PWM którym możemy sterować jasno¶ci± pod¶wietlenia oraz znamy napięcie jakie musimy podać na pin LED_EN (wł±czenie/wył±czenie) aby uruchomić pod¶wietlenie i go nie spalić.
Nieco dalej też mamy opisane wyj¶cia (zł±cze LVDS):

Te piny oczywi¶cie mamy tutaj:

Pierwszy pin pokazuje tutaj strzałeczka. Ale je¶li jakim¶ cudem by jej nie było, to możemy okre¶lić który pin jest pierwszy poprzez prze¶ledzenie 'wspólnych' sygnałów (np. GND lub VBL+) i sprawdzenie multimetrem które piny s± poł±czone.

Ale nota katalogowa nie jest konieczna - dużo matryc ma podpisane na płytce sygnały. Wystarczy się przyjrzeć:

Na zdjęciu powyżej widać podpisane punkty BL_EN, VLED, PWM. Duże pole lutownicze to oczywi¶cie masa, czyli wszystko co potrzeba. Tylko trzeba do nich przylutować kabelki.
Zostaje jeszcze kwestia napięcia na BL_EN i na PWM. Jak wcze¶niej wyczytali¶my, powinno ono wynosić 5V:

PWM na razie też podł±czymy po prostu do 5V - uzyskamy w ten sposób pełn± jasno¶ć pod¶wietlenia.
Nie możemy tam po prostu dać 12V. W celu uzyskania 5V możemy użyć zwykłego dzielnika napięcia zrealizowanego na dwóch rezystorach.

Napięcie takiego dzielnika liczy się bardzo łatwo. W przypadku powyżej pokazanego dzielnika mamy rezystory 10k i 6.8k (w sumie 16.8k), dzielnik da nam 6.8/16.8=0.4 napięcia wej¶ciowego, 12V*0.4 = około 4.8V.
W ten sposób pod¶wietlenie naszej matrycy wraca do życia i to zupełnie poza laptopem:



Oczywi¶cie efekt zaburza nam wielkie pęknięcie ci±gn±ce się przez prawie cały ekran - na szczę¶cie można je łatwo usun±ć poprzez usuniecie całej warstwy panelu LCD odpowiedzialnego za wy¶wietlanie pikseli. Panel LCD sam w sobie nie emituje ¶wiatła, robi to pod¶wietlenie, więc możemy go bez problemu usun±ć.

Zagl±damy do ¶rodka LP173WD1 i usuwamy panel LCD
Aby dostać się do ¶rodka będziemy musieli odkręcić kilka małych ¶rubek. Trzymaj± one ramę matrycy LCD w której znajduj± się (od strony użytkownika licz±c) panel LCD, diffuser i pod¶wietlenie.

Po ich odkręceniu można zdj±ć fragmenty ramy trzymaj±ce wszystko ¶ci¶nięte:


Czę¶ć ramy w przypadku tej matrycy była też przyklejona w±skim paskiem ta¶my klej±cej, który również usun±łem:

Panel LCD podł±czony jest do płytki kontrolera całej matrycy, ale je¶li chcemy wykorzystać j± tylko jako lampkę to można go odci±ć:

Panel LCD oddzieliłem od reszty i oddałem do utylizacji:

UWAGA: Po usunięciu panelu LCD w obudowie będ± luzy i warto spróbować je w jaki¶ sposób wypełnić; ja już tego nie robiłem, bo tylko uruchamiam tutaj pod¶wietlenie w celach demonstracyjnych.
Oprócz panelu LCD w ¶rodku jest też filtr polaryzacyjny i folia refleksyjna, wszystko złożone 'na kanapkę':

Nasza DIY lampka LED z matrycy mimo wszystko dalej działała - efekt w następnym akapicie.



'Lampka' z pod¶wietlenia LED LP173WD1 - gotowy efekt
Trudno jest odwzorować dobrze efekt uzyskanego tak o¶wietlenia za pomoc± zdjęć; o¶wietlenie jest mocne, ma barwę zimn± i nie przypomina tego z normalnie stosowanych lamp. Jest rozproszone i wychodzi z ekranu do¶ć równomiernie.


Tak± matrycę możemy potem estetycznie obudować w ramkę i powiesić na ¶cianę, tworz±c w ten sposób własn± i nietypow± lampkę.

Sterowanie jasno¶ci± pod¶wietlenia LED i pomiary
Brakuje jeszcze sterowania jasno¶ci± pod¶wietlenia. Wykonuje się to za pomoc± PWM. Regulowanie stopnia wypełnienia sygnału prostok±tnego pozwala nam uzyskać zmian± jasno¶ci LEDów.
Chyba jeden z najprostszych generatorów PWM można zrobić na słynnym układzie NE555. Użyłem konfiguracji astabilnej z dwoma diodami:

¬ródło schematu: https://www.electronics-tutorials.ws/waveforms/555_oscillator.html
Układ zrealizowałem na płytce stykowej:


Finalna wersja (zasilana była z USB; płytkę ze zł±czem USB możecie zignorować, ona tylko podprowadza zasilanie, możecie to zasilić w inny sposób):

Następnie podł±czyłem zasilanie i sondę oscyloskopu by zobrazować Wam, jak ten układ działa. Zaobserwujemy co otrzymujemy na wyj¶ciu NE555:

Potencjometr do oporu w prawo:

Potencjometr do oporu w lewo:

Nie jest to idealny układ gdyż nie osi±ga 100% wypełnienia więc je¶li go użyjemy to nigdy nie ustawimy 100% jasno¶ci pod¶wietlenia, ale i tak użyję go w celach demonstracyjnych.
Warto też zwrócić uwagę, że sama częstotliwo¶ć się nie zmienia - w obu przypadkach jest około 310Hz.
Pod¶wietlenie było zasilone z zasilacza 12V, wykonałem pomiary przy PWM 100%, koło 90% i 10%.
Pełna jasno¶ć (bez układu na NE555):

90% PWM z NE555:

10% PWM:

Pod¶wietlenie przy 100% jasno¶ci i napięciu zasilania 12.74V pobiera 0.345A. Około 4.5W.

Dobieramy się do LEDów z matrycy LP173WD1
Przedstawiłem już jak można uruchomić pod¶wietlenie LED z matrycy, przedstawiłem też jak sterować jego poziomem jasno¶ci. Teraz zostało jeszcze przyjrzeć się jak to pod¶wietlenie wygl±da w ¶rodku.
Pasek LED ukryty jest w szynie która trzymała wszystko razem:

Może być on przyklejony - podważyłem go nożem:


Czę¶ciowo wyjęty pasek LED:

Pasek LED w całej okazało¶ci:

Warto zwrócić uwagę, że pasek LED był tylko po jednej stronie, a mimo to równomiernie o¶wietlał ekran.

Przygl±damy się płytce od pod¶wietlenia LED LP173WD1
Teraz jeszcze przyjrzę się płytce z tej matrycy, a dokładniej to pokażę jaki układ scalony odpowiada za zasilanie LEDów.
Znajduje się on tuż przy zł±czu od tasiemki:

Podpisany jest ADD5201:

Nota katalogowa ADD5201 dostępna jest w sieci:


ADD5201 jest to High Efficiency, Eight-String, White LED Driver for LCD Backlight Applications produkcji Analog Devices - czyli sterownik LED z przetwornic± step-up oferuj±cy 8 Ľródeł pr±dowych do zasilania LEDów. Można już z tego wywnioskować, że w przypadku naszej ta¶my nie wszystkie diody s± poł±czone szeregowo - zapewne poł±czone s± szeregowo ale w 8 grupach. To, że diody w pasku s± grupowane pokażę też nieco dalej.
Możemy tu też odczytać napięcie pracy układu (te, które my podajemy - od 6V do 21V) oraz jakie napięcie jest na LEDach - maksymalnie 45V.

Wnętrze drugiej matrycy z pod¶wietleniem LED - B173RW01
Tutaj pokażę jeszcze wnętrze drugiej matrycy, B173RW01, tym razem już bez dłuższego komentarza.


Grubo¶ć matrycy:

¦rubki w rogach:


Odklejanie ta¶m, które też trzymaj± cało¶ć razem:


Zbliżenie na tasiemkę która ł±czy przetwornicę/sterownik LED na PCB z samym paskiem LEDów w ¶rodku matrycy:

Odł±czona tasiemka:

Dodatkowe zaczepy, które trzymaj± ramę:


Metalowa rama po zdjęciu:


Po usunięciu panelu LCD (wraz z płytk±):

Spojrzenie na warstwy (filtry polaryzacyjne, itp. itd.):

Sama ramka (w której jest pasek LED):

Pasek LED z jednej strony ramki:

Pasek LED w metalowej szynie (przyklejony do niej był swego rodzaju ta¶m± dwustronn±):

Pasek LED po wyjęciu:

Na pasku s± tylko diody, widać też że s± pogrupowane, bo poł±czeń doprowadzonych do paska jest kilka:

Tasiemka ma trzy ¶cieżki poł±czone - jak póĽniej się okazało, jest to wspólna anoda grup LEDów (katody s± osobno):


Testujemy pasek LED z B173RW01 z zasilaczem laboratoryjnym
Na koniec uznałem, że spróbuję jeszcze uruchomić wymontowany wyżej pasek LED już bez żadnego kontrolera LED, tylko używaj±c mojego zasilacza laboratoryjnego TP-1305.
W tym celu przylutowałem jeden przewód do tasiemki do wspólnej anody LEDów:

Stopniowo zwiększałem napięcie i ograniczenie pr±du, a drugim przewodem badałem za co odpowiadaj± pozostałe piny.
UWAGA: Polecam tutaj bardzo uważać z napięciem, gdyż różne matryce maj± różne pod¶wietlenia, nie ma standardowego napięcia zasilania ich a za duże napięcie może spalić pasek LED. Z pr±dem podobnie - mój zasilacz pozwala ograniczyć pr±d i stopniowo zwiększać jego dopuszczaln± warto¶ć, jednocze¶nie sprawdzaj±c jak zachowuje się pasek. Najlepiej i tak znaleĽć notę katalogow± matrycy i w niej wyszukać informacje o LEDach.
Ostatecznie ustaliłem, że diody lekko ¶wiec± na 23V:

W takiej konfiguracji sprawdziłem jak pogrupowane s± diody. Oto rezultat:


Bardzo dobrze obrazuje to poł±czenie LEDów w tasiemce. Jest 6 grup po 9 diod poł±czonych szeregowo.
Jednak na zdjęciach powyżej można dostrzec co¶ dziwnego - jeden z segmentów ¶wieci nieco ja¶niej.
Powodem tego jest przebicie jednego z LEDów. Widać to jak odpowiednio złapie się ostro¶ć w aparacie:

Sprawdziłem jeszcze przy jakim napięciu segmenty zaczynaj± ¶wiecić (22V).

Przy napięciu 29V ¶wiec± do¶ć mocno:

Przy 32V grzej± się nadmiernie (i to bardziej niż w matrycy, gdyż wyj±łem je z metalowej ramy która w pewnym stopniu odprowadzała ciepło):

Większych napięć już nie sprawdziłem, zarówno dlatego, że mój zasilacz laboratoryjny ich nie oferuje, oraz dlatego, że nie chciałem przesadzić i uszkodzić LEDów.

To tyle w kwestii testowania paska LED z zasilaczem laboratoryjnym. Je¶li kto¶ chciałby uruchomić taki pasek samodzielnie, to polecam zrobienie własnego Ľródła stałopr±dowego. Podział LEDów w pasku na osobne grupy pozwala nam też w przyszło¶ci zrobić efekt ¶wietlny/animację ruchomego ¶wiatełka, ale w tym celu musieliby¶my już sterować każd± grup± LEDów osobno.

Podsumowanie
Pokazałem tu wnętrze matryc LCD od laptopa z pod¶wietleniem LED i przy okazji zaprezentowałem, jak możemy sami uruchomić takie pod¶wietlenie poza laptopem i zrobić z niego nietypow± lampkę DIY. Taki projekt jest bardzo prosty i przyjemny dla każdego pocz±tkuj±cego, wymaga tylko wykonania kilku lutów, do tego może stanowić swego rodzaju 'drugie życie' zbitej matrycy która normalnie zostałaby wyrzucona, więc jak najbardziej go polecam.
Wkrótce być może napiszę podobny temat, tym razem przeznaczony matrycom z pod¶wietleniem ¶wietlówkowym.
PS: Oczywi¶cie do użycia pasku LED z matrycy można podej¶ć zupełnie inaczej; można zrobić własn±, mniejsz± i bardziej poręczn± przetwornicę i Ľródło pr±dowe, ale to raczej jest trudniejsze niż wpięcie się do gotowego układu.

¦wietny artykuł. Gratuluję pomysłu i wykonywania artykułu.

¦wietnie wszystko opisane.

Bardzo ciekawy opis. Na pewno ta wiedza mi się przyda.
Dziękuję.
Pozdrawiam
Jarek

Nie tylko LEDy pod¶wietlaj±ce matrycę mog± być przydatne, warstwy rozprowadzaj±ce ¶wiatło też. W ¶rodku można znaleĽć np. soczewki Fresnela i lustrzan± folię, która w ¶wietle przechodz±cym zmienia kolory w zależno¶ci od k±ta padania. Link tutaj jest filmik o warstwach pod¶wietlacza w smartfonie MS Lumia.
Z tym sygnałem PWM też jest ciekawie - jego częstotliwo¶ć można w niektórych przypadkach regulować programowo, np. za pomoc± intel-gpu-tools, edytuj±c odpowiedni rejestr. Jest do tego potrzebny skrypt, który będzie go zmieniał co kilka sekund - gdyby w tym czasie zmienić jasno¶ć, byłaby przywrócona poprzednia częstotliwo¶ć. W niektórych laptopach, np. Dell, jest domy¶lnie 200 Hz, ale jak kogo¶ bol± oczy, możne w ten sposób zmienić np. na 600 albo 800 Hz.

¦wietny pomysł na wykorzystanie matryc. Sam mam kilka (tylko że nie wiem czy LED czy CCFL) więc może spróbuje zrobić tak± lampkę. Pozdrawiam.

Ładny, bardzo staranny i inspiruj±cy jak zwykle w Twoich postach opis.

Ale, wybacz szczero¶ć, muszę niestety pewn± rzecz skrytykować, bo osobi¶cie mocno mnie ruszyła.
Chodzi konkretnie o rozdział "Testujemy pasek LED z B173RW01 z zasilaczem laboratoryjnym", który można by ¶miało obdarzyć podtytułem "jak sprawnie przepalać LEDy".
Pokazywanie w artykule maj±cym chyba też pewne ambicje edukacyjno-poznawcze, podł±czenia szeregu ledowego do zasilacza w trybie napięciowym bez używania jakiegokolwiek ograniczenia pr±du uważam za wyj±tkowo szkodliwe edukacyjnie wobec incydentalnych i pocz±tkuj±cych elektroników, którzy nie maj± jeszcze wyczucia co do specyfiki pr±dowo-napięciowej i wynikaj±cego z tego koniecznego podej¶cia.
A zainspirowani przez Ciebie i inne chodz±ce po internecie pomysły, z uporem będ± dalej podł±czać COBy czy inne szeregi LEDów do zasilaczy napięciowych i dziwić się czemu te LEDy jakie¶ takie mało trwałe.

Tym bardziej ubolewam, że w Twojej prezentacji masz przecież zasilacz z ustawianym pr±dem wyj¶ciowym i mógłby¶ ładnie pokazać jak poprawnie przeprowadza się próbę zasilania szeregów ledowych oraz poprawn± interpretację napięcia przewodzenia jako parametru pochodnego a nie wymuszanego w przypadku LED.

Dlatego pozwoliłem sobie wyj±tkowo nie klikn±ć tu w pomocny post, jak to przekonaniem czynię w przypadku wszystkich innych Twoich pięknych opisowych postów, bo tu wyj±tkowo, z powodu tego co pokazujesz w tym rozdziale, uważam go za antypomocny.
Przepraszam je¶li uraziłem.

rb401 wrote:

Pokazywanie w artykule maj±cym chyba też pewne ambicje edukacyjno-poznawcze, podł±czenia szeregu ledowego do zasilacza w trybie napięciowym bez używania jakiegokolwiek ograniczenia pr±du uważam za

Raczej nie było tak jak napisałe¶, ale masz rację, że powinienem bardziej to uwzględnić w opisie. Możliwe, że jeszcze go przeredaguję. Jak uruchamiałem pasek to miałem cały czas ustawione ograniczenie pr±du i stopniowo je zwiększałem (też jak i napięcie).

Na tym zdjęciu nawet widać że jest zapalona dioda LED od zasilacza pokazuj±ca że ograniczenie pr±du w tym momencie jest w akcji:

p.kaczmarek2 wrote:

Większych napięć już nie sprawdziłem, zarówno dlatego, że mój zasilacz laboratoryjny ich nie oferuje, oraz dlatego, że nie chciałem przesadzić i uszkodzić LEDów.

Ale ogólnie tak, masz jak najbardziej rację, i najlepiej jest po prostu poszukać parametrów LEDów jakie zasilamy i nie zgadywać. Za duży pr±d/napięcie nawet jak nie spali ich, to może skrócić ich żywotno¶ć.