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TV OLED
DEL LED AL OLED (1)
¿QUE ES UN DIODO OLED?

por ING. PICERNO




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1.1 INTRODUCCIÓN

Nuestra especialidad ya es un caballo desbocado. No terminamos de aprender como funciona un LCD clásico que ya tenemos que aprender que es un TV LED y que es un TV OLED.

Mis lectores saben que yo no me dedico a pintar papeles con información sobre equipos experimentales que nunca llegarán a nuestra mesa de trabajo. Solo trato sobre equipos que ya se están vendiendo en la Argentina (y si se venden aquí que estamos en el ombligo del mundo, se venden hasta en la isla más remota del mundo).

Hablemos del TV LED. Como sabemos en realidad es un LCD disfrazado con una iluminación de back ligth a LED. Esa iluminación a LED puede estar ubicada en diversas disposiciones con diversos resultados.

1)      Pueden estar sobre la periferia de una pantalla difusora tonta (Edge) que genera un brillo de fondo constante. A este sistema se lo llama "fijo" o "Fix"

2)      Pueden estar sobre la periferia de una pantalla difusora tonta (Edge) y cambiar de brillo lentamente de acuerdo al contenido del video de una secuencia de imágenes o escena. Sistema 0D

3)      Pueden estar sobre la periferia de una pantalla difusora tonta (Edge) que genera un brillo que depende de la altura sobre la pantalla de modo que el brillo del back ligth depende de la coordenada "Y" de la imagen. Por ejemplo: en el cielo mas iluminación de back-ligth y en la tierra menos. Sistema 1D.

4)      Pueden estar sobre la periferia de una pantalla difusora inteligente que genera un brillo que depende tanto de la coordenada X del video como de la coordenada Y. Es decir que iluminamos solo el sector de la pantalla LCD que necesita ser iluminado utilizando solo LEDs montados en la periferia de la pantalla difusora. Sistema 2D.

5)      Pueden estar detrás de la pantalla difusora formando una matriz de LEDs. También es un sistema 2D pero de mayor definición que el anterior aunque el TV tiene más profundidad.

Todo muy bien pero siempre son sistemas de LCD con back ligth y adolecen de los problemas clásicos de la iluminación por transparencia, que es un escaso ángulo de observación del TV. Hay que mirar de frente o se pierde brillo.

¿Pero porque no usar directamente los LEDs de back-ligth como una pantalla de observación directa como en los estadios deportivos? Porque el tamaño mínimo de cada chip de LED es suficientemente grande como para que solo se puedan realizar pantallas gigantescas. Y aunque en poco tiempo se puedan crear un chip como para hacer una pantalla HD Full de 32" hay que pensar que ya se están fabricando TVs con una definición 16 veces mayor y se puede probar que es imposible generar chips de LED tan chicos.

                                  Fig. 1.1.1 Construcción interna de un LED

Así que los científicos pensaron en resolver el problema definitivamente y como ya habían estado trabajando en un dispositivo muy prometedor, todos los laboratorios del mundo se abocaron a resolver en la práctica el diodo OLED, que tiene dimensiones adecuadas para el uso al que se lo deseaba destinar.

Un OLED es un diodo led construido con materiales orgánicos (los derivados del carbono) que permiten construir moléculas muy finas (prácticamente del tamaño de 2 átomos de carbono) y de cadena muy larga (miles de átomos). Esto permite realizar puntos  (dots) tan anchos como se desee y tan largos como se necesite uniendo cadenas moleculares. Inclusive cuando se trabaja con espesores tan chicos los dots resultan transparentes y se pueden encimar.

              

                                              Fig.1.1.2 El interior de un OLED  

 Se puede observar que hay una diferencia fundamental entre el LED y el OLED aparte de su tamaño y es que el OLED es un dispositivo superficial a diferencia del LED que es puntual. Es decir que podemos realizar un OLED de gran superficie y otro de pequeña con el mismo concepto físico. Es decir que el OLED es una tecnología que se adecua a cualquier tamaño de TV como a dispositivos de iluminación generando una gran cantidad de dispositivos distintos (por ejemplo una pared luminosa que se puede cambiar de color).

El hecho de que se puedan realizar cadenas largas de materiales orgánicos es fundamental, porque las tintas de impresión son precisamente materiales orgánicos de cadena larga. Esto implica que las pantallas se pueden construir con métodos de impresión similares a los de las impresoras de chorro de tinta, o por sistemas rotativos como se imprimen los diarios, porque las pantallas son tan delgadas que resultan flexibles.

2        1.2  IMPLICANCIAS PARA EL REPARADOR

      Poco podemos decir de los TV OLED por el momento ya que es una tecnología demasiado reciente como para tener datos de services.

Pero con referencia a TV LEDs ya hay buena experiencia porque ya hace más de un año que se venden y empezaron a caer en nuestra mesa de trabajo.

El mayor problema, como siempre es la falta de información. Los manuales de services no existen o son terriblemente incompletos. Y por lo general le falta lo más necesario; fuente y driver de LED de Back-ligth. Y como siempre el método alternativo de trabajo es el uso de la especificación de circuitos integrados bajados directamente desde Google.

Hay dos circuitos integrados muy utilizados que pueden utilizarse como ejemplo de uso en diferentes marcas y modelos de TV LEDs. Uno de ellos es utilizados en los TVs (o monitores) Fix y "0D" por lo general de pequeño tamaño y en artefactos de iluminación; es el LTC3738 y similares de otras marcas y el otro es el MAX17105 y similares de otra marcas.

El primero sirve para alimentar una cadena de 10 LEDs de alto rendimiento con una corriente pico del orden de los 20 mA y un tiempo de actividad del 50% (mitad del tiempo encendido y mitad apagado como promedio ya que cambiando el tiempo de actividad es como se cambia el brillo). El segundo hace lo mismo pero sobre 8 cadenas de 10 LEDs lo que le permite trabajar con pantallas difusoras inteligentes para realizar iluminación de 0D, 1D y 2D.

Los dos integrados trabajan del mismo modo, utilizando el método de la excitación de LED con alto rendimiento.

No hace falta explicárselo a un reparador; los LEDs se deben alimentar a corriente constante para que no varíe su brillo con la temperatura. Por lo general donde no necesitamos un alto rendimiento se usa una fuente de unos 5V y un resistor en serie de unos 330 Ohms. De este modo por el circuito (para una barrera del diodo de 1,5V) circulan (5 - 1,5) / 330 = 10,6 mA que es una corriente fácilmente admitida por el LED y que genera un buen brillo.

Pero en el resistor se disipa una potencia de 10,6mA x 3,5V = 50 mW y en el diodo solo ingresan unos 20 mW. Esto significa que el circuito es de muy bajo rendimiento.

Para mejorar el rendimiento se requiere modificar el circuito de modo que el resistor sea más chico, pero eso empeora la estabilidad de la corriente que ahora es más dependiente de la tensión de fuente, hasta llegar al límite en que la resistencia es nula y la tensión es igual a la barrera del diodo LED. En ese caso pequeñas variaciones de temperatura generan grandes variaciones de corriente e inclusive el diodo se puede apagar completamente.

                       Fig.1.2.1   El circuito básico con limitación resistiva  

Como se puede observar a medida que se reduce el resistor hay que ajustar la tensión de fuente con más precisión para lograr la corriente deseada. Pero por supuesto que esto no es solución porque la tensión de barrera del diodo no es estable con la temperatura y la corriente circulante y por lo tanto la luz generada resultaría muy inestable.

Los circuitos integrados driver de LED tanto para iluminación de ambientes y luces de emergencia como para TVs se basan en una fuente pulsada en donde la realimentación de error no se realiza directamente desde la tensión de salida. Sino que se basa en la corriente circulante por la cadena de LEDs mientras se va levantando la tensión de fuente por pasos.

Estos driver son realmente circuitos inteligentes diseñados con un microprocesador para que el sistema consuma la menor energía posible y su funcionamiento debe relatarse paso a paso, porque si no entendemos como funcionan jamás los podremos reparar.

                Fig.1.2.2 Funcionamiento de un driver fijo de 10 mA para LED de una vía, de alto rendimiento.

                 Al comenzar a funcionar la tensión Vs está en un valor mínimo y no circula corriente por la cadena de LEDs. Esta tensión va subiendo en saltos muy pequeños del orden de los 10 mV hasta que la corriente  llegue a un valor de 20 mA. En ese momento comienza a funcionar una llave interna colocada entre Ie y el negativo de la batería que tiene un periodo de actividad programable. Si el tiempo de actividad se programa en un 50% los LEDs se encienden a un brillo equivalente a 10 mA.

                Este procedimiento de ajuste de Vs se realiza a intervalos pequeños de tiempo para ajustar posibles corrimientos por temperatura. Es decir que la medición de Vs con un tester no arroja siempre el mismo resultado aunque siempre es aproximadamente igual a la tensión de barrera de un LED a 10 mA multiplicado por la cantidad de LEDs de la cadena.

                Este driver no tiene posibilidades de variar la corriente por la cadena de LEDs pero los driver reales tienen una pata de entrada de control que puede operar por continua o por señales PWM y que puede variar el periodo de actividad programado entre 0 y 100%.  

3         1.3 UN CIRCUITO PRÁCTICO

Ya son innumerables los circuitos integrados driver de LEDs que se pueden bajar de Google. Yo siempre digo que una vez conocido el funcionamiento de uno ya estamos en condiciones de analizar el funcionamiento de todos a nivel de lo que necesita saber hoy en día un reparador. No tenemos necesidad de saber todo referente al circuito que tomamos de ejemplo pero si la mayoría de sus detalles.

Por lo tanto un poco al azar vamos a estudiar un circuito simple con el ZLED7015 para excitar varias cadenas de 10 leds blancos de alto rendimiento que podrían ser el back-ligth de un TV tipo 0D o un artefacto de iluminación para batería de 12V. En la figura 3.1 se puede observar el circuito correspondiente.

                                                  Fig.1.3.1 Circuito de aplicación del ZLED7015

                Este circuito integrado puede alimentarse con tensión de entrada entre 6 y 30V y es capaz de entregar una corriente de salida pico de 80 mA generalmente distribuidas en 4 cadenas de 10 diodos. Las cadenas deben contener una cantidad igual de diodos y todos deben ser del mismo tipo y color (barreras lo mas similares posibles del orden de 2,5V a 3V).

                La fuente de entrada debe estar filtrada con un capacitor electrolítico de 100 uF (Cin) y un capacitor de tantalio de 1 uF (C1).

                La pata de encendido es EN de (Enable=habilitación) y en el circuito de aplicación se conecta con un resistor de 1K a la fuente de entrada para que el circuito arranque cuando se conecta la fuente. El circuito integrado requiere una alimentación en la pata VDD con su propio resistor (Rvdd) de 100 Ohms y su capacitor de filtro Cvdd de tantalio de 1 uF.

                El circuito integrado posee un MOSFET interno a masa sobre la pata LX para formar una fuente tipo fly-back con L1 y D1 como diodo auxiliar, que no es un zener como indica el circuito sino un diodo rápido de media barrera o diodo Schotky que alimenta a los dos capacitores de filtro Cout de 10 uF (electrolítico) y C2 (tantalio) de 1 uF.

                Sobre estos capacitores se obtiene la continua de salida solo que en este caso no está regulada por el divisor R1 y R2 como es habitual en una tipo fly back sino por la corriente circulante por la cadena de menor suma de barreras, que hace circular corriente por la resistencia shunt Rs. En ese momento la tensión Vout comienza a subir por pasos hasta que la corriente medida por Rs sea la prevista con Vdc en 2,5V.

                El terminal por donde entra la información de corriente es la pata FB (de Fedback = realimentación) y lo hace a través de R3 de 1K. La información que ingresa es una tensión continua debida a la corriente que circula por las 4 cadenas de LEDs. A esa información se le suma la señal de ajuste de brillo que proviene de R4 también de 1K.

                Si el driver es un dispositivo de iluminación la tensión Vdc proviene de un potenciómetro de control de brillo, en cambio si se trata de un TV o un monitor viene de una pata del circuito integrado escalador, que la genera analizando el contenido de brillo promedio de la imagen.

                El divisor R1, R2 que parece el divisor de ajuste de la salida es un sistema de protección de sobretensión. Observe que no está conectado como es habitual a la pata FB como en cualquier fuente Fly-back sino que está conectado a la pata OVP (de over voltaje protection = "protección de sobre tensión"). 

1.4      CONCLUSIONES

Así presentamos nuestra miniserie del LED al OLED que nos va a llevar varias entregas. En esta presentamos uno de los circuitos integrados driver de LEDs mas simples, pero no por ello menos efectivo. El ZLED7015 de la compañía ZMDI es un pequeño circuito integrado de 8 patas pero que puede controlar una gran cantidad de LEDs ajustando el brillo general de los mismos (0D).

En la próxima entrega vamos a indicar como se repara una driver con este integrado y con todos los similares a él. Y vamos a explicar su funcionamiento más detalladamente y cuanta potencia puede entregar.

 

    

 



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DEL LED AL OLED (3)

DEL LED AL OLED (2)





El Ing. Alberto Picerno, conocido en toda latinoamerica por sus cursos de Tv y LCD, es el autor mas prolífico sobre Electrónica, con mas de 40 libros tecnicos y cientos de articulos publicados. 

Se inicio en el mundo de la electronica de niño ayudando a su padre que era hobbysta y aficionado a la radio.

Su experiencia temprana le permitio recibirse con medalla de oro al mejor promedio de "Tecnico Nacional el Telecomunicaciones" y posteriormente volvio a obtener la medalla de oro al mejor promedio como "Ingeniero en electronica en UTN"

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