Umbau der CCFL Hintergrundbeleuchtung eines Grafik-Displays 240 x 128 Pixel

auf LED Beleuchtung

Ich habe die Kalt-Kathoden Hintergrundbeleuchtung eines Grafik Displays auf LED Beleuchtung umgerüstet. Dieses wurde notwendig, da ich das Display dauerhaft betreiben möchte und die Helligkeit des Displays an die wechselnden Umgebungsbedingungen angepaßt werden soll.

einige Vorteile gegenüber der CCFL Beleuchtung sind in einzelnen:

- stärkere Leuchtkraft bei maximaler Leistung

- sehr großer Dimm Bereich ,dabei absolut lautlos, keine Invertergeräusche

- erhöhte Lebensdauer

- subjektiv wird der Weisanteil als reiner empfunden (Farbtemperatur 9000-10000K)

Bei diesem Display beleuchtet im Originalzustand eine CCFL Röhre (links im Bild,unten unter der Aluminium Abdeckung) einen Diffusor. Der Diffusor ist zwischen LED Substrat und rückwärtiger Elektronik angebracht ,dieser leitet und zerstreut das Hintergrundlicht, welches dann das LED Substrat durchleuchtet. Die komplette CCFL Beleuchtung, bestehend aus Abdeckung und Röhre wird entfernt. An diese Stelle kommt nun die LED Beleuchtung.

Auf nebenstehendem Bild ist noch die Schutzfolie zu sehen. Diese ist auch auf allen anderen Bildern vorhanden und wird erst beim finalen Einbau entfernt. Das Papierstück in der Mitte hat meiner Kamera das focussieren auf die Folie erleichtert.

hier ist nun der prinzipielle Aufbau der neuen LED Beleuchtung zu sehen. Eine stark bündelnde LED-Leiste bestehend aus 26 einzelnen LEDs beleuchtet dabei die Lichteintrittsfläche des Diffusors.

Als LEDs habe ich 5mm hyperhelle LED verwendet. Diese LEDs haben einem Öffnungswinkel von 20°, jede einzelne LED eine Licht Intensität von 16.000 mcd bei einer max Stromaufnahme von 30mA. Das ergibt eine Gesamt Intensität von 416.000mcd für den Diffusor.

Die Farbtemperatur liegt zwischen 9000-10.000K

als Trägermaterial für die LED Leiste dient eine Lochrasterplatine mit Lötinseln 135mm x 8 mm.
die LEDs werden nun in Reihe auf die Lochrasterplatine gesteckt. Damit 5mm LEDs mit "Krempe" passen, muß auch gegenüber der abgeflachten Markierung eine Flachstelle gefeilt werden. Vom Aufbau einfacher wäre sicher der Einsatz von SMD oder 3mm LEDs. Diese sind momentan aber nicht mit dieser hohen Lichtintensität zu bekommen.

Damit die LEDs wirklich ausgerichtet gelötet werden können, habe ich diese zuvor mittels Holzleisten und Klammern justiert. Dabei wird die erste und letzte LED angelötet und dann alle dazwischen liegenden justiert.

nachdem alle LEDs auf der Platine verlötet sind, werden jeweils 3 LEDs zu einer Gruppe (Reihenschaltung mit Vorwiderstand) geschaltet. Das ergibt dann 8 Gruppen a 3 LEDs und 1 Gruppe a 2 LEDs. an der LED fällt bei einem Flußstrom von 30mA eine Flußspannung von 3,3 Volt ab. Da der Betrieb der Leiste an 12 Volt geplant ist, habe ich den notwendigen Vorwiderstand so bemessen, das 11,2 Volt für den max. Flußstrom von 30mA pro Gruppe erforderlich sind. Dadurch kann zusätzlich noch ein Halbleiter zum Dimmen zwischen geschaltet werden.
für den ersten Test habe ich die Leiste auf weißes Papier gelegt und dann die max. Spannung angelegt. Es fließen nun 270mA, das sind dann 3 Watt Leistungsaufnahme für die Leiste
jetzt kann die LED Leiste provisorisch an den Diffusor gehalten werden. Wenn die LED Leiste korrekt ausgerichtet ist, ergibt sich eine gleichmäßige Ausleuchtung der Fläche. Mit einem Luxmeter habe ich die Lichtstärke direkt in der Mitte gemessen. hier zum Vergleich die Messung mit der CCFL Beleuchtung mittels Röhre und Inverter. Bei exakter Ausrichtung der LED Leiste beträgt die Lichtintensität mehr als das 4-fache gegenüber der originalen Beleuchtung.
um den Faktor des Umgebungslichtes ausklammern zu können, habe ich auch eine Messung ohne direkte Beleuchtung des Diffusors durchgeführt.
Zum befestigen der LED Leiste am Display muß ein LED Halter gefertigt werden. Aus einigen Aluminium Blechen wird dieser hergestellt. Dabei werden die Teile mit 2-Komponenten Epoxidharz Kleber verklebt. Ein Oberteil nimmt die LED Leiste auf, das Unterteil deckt die LED Leiste ab. Das Oberteil verbindet gleichzeitig auch Diffusor und das Chassis vom Display.
die LED Leiste wird nun im Oberteil mittels transparenten Silikon-Kleber befestigt und nochmals genau justiert. Die Anschlußkabel werden zur Zugentlastung und zum Knickschutz mit einem Schlauchstück versehen. Nun kann die LED Leiste am LED Display montiert werden.
nach einem weiteren Funktionstest kann das Unterteil zur Abdeckung angebracht werden.
So sieht nun das Display aus, wenn es fertig montiert ist. Links unten im Bild nach dem Anlegen der Spannung für die Hintergrundbeleuchtung, rechts unten nach Ansteuerung durch den Video Disk Recorder (VDR) .
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