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Fallas de backlight en televisores LCD LED

Introducción

La falla en la iluminación posterior de los televisores con LED es un problema común en los TV-LCD, haremos una revisión del tema.
No pretendemos un disertación teórica y aburrida de todo esto, solo lo mínimo y necesario: por eso trataremos de sugerir a los jóvenes profesionales algunas ideas prácticas, proponiendo circuitos y métodos con los que descartar la falla y lograr una solución.

El LED

El LED (Light Emitting Diode o diodo emisor de luz) está construido con un material semiconductor de dos terminales de unión p-n, que emite luz cuando se le hace circular una corriente eléctrica, el valor de la tensión de suministro depende del tipo de material del diodo y la combinación del circuito asociado. Estos dispositivos se utilizan en aplicaciones tan variadas que abarcan todas las áreas tecnológicas.

Backlight
Las luces posteriores son necesarias en la TV LCD para iluminar a trasluz el panel de cuarzo líquido por ser opaco y modular con luz polarizada los diminutos pixeles de color "RGB" y crear la sensación de imagen en el panel con la suma de ellos.

Panel LCD

El panel LCD es una pantalla de cristal de cuarzo líquido que rota los espines del cristal por cada subpixel R, G y B, modulados en video y explorado por la horizontal y vertical a través de la tarjeta TCON, para lograr una imagen en formato 16:9 de relación de aspecto de alta definición (High Definition) con resoluciones de 1280 × 720 y 1920 × 1080 píxeles, común en la mayoría de los aparatos de TV-HD, para disfrutar imágenes en 2D y 3D , o sea 3DHD, también conocida como "1080p" o Full HD, que se resume como 2.073.600 píxeles. Proyecto que se pretendía desde hace medio siglo atrás.

Iluminación
Las primeras lámparas del back light para iluminación eran tubos de luz fluorescente de cátodo frío CCFL, pero con el tiempo fueron sustituidos por los diodos LEDs al tener mejor prestación y calidad que los primeros, pues el LED tiene mayor brillo, menor consumo eléctrico, mayor vida útil, un minimizado efecto bleeding y los píxeles en apagado son más negros y de mayor contraste dinámico.

Convertidor
El convertidor boost, o set up, también le llaman arbitrariamente inverter: el modelo en la Fig.1, es un circuito que a partir de una tensión menor "Vi", es capaz de elevarla a una mayor "Vo", para la alimentación del backlitgh "R". Es posible encontrar entre 24 y 32 capsulas o LEDs en el backlitgh de un TV-LCD de 32 pulgadas.

Conexión
Lo típico es que los diodos LEDs estén conectados en serie, aunque se da el caso donde es otra la orientación, serie paralelo, según el criterio del diseño. Por lo común el circuito de alimentación es "D.C. a D.C." a través de un convertidor que garantice una tensión óptima para la cadena de diodos y cuyo valor de tensión (VLED) depende de la cantidad de ellos utilizados para la iluminación, según el tamaño del panel LCD.

Voltaje y características

Es habitual la modulación PWM en el convertidor para la corregir la tensión del circuito, esto permite usarlo como "dimmer" a través de un puerto I2C y ajustar la corriente, con lo que también lo hace el nivel de brillo en las luces.

La tensión en los diodos LEDs puede ser de 3.2V a 3.6V y 74mA, pero en otros casos puede utilizarse el valor máximo de 3.65V a 80mA, sin embargo, esos valores son relativos, puede ser distinto, en la medida de la estructura. Por ejemplo, puede verse una tensión en el convertidor boost al backlitgh de 117V 250mA o algo más para una combinación serie en un televisor con pantalla de 32".

Para una capsula de LEDs Fig.3 (2 LEDs en serie), pueden manejar un voltaje de 6V y 200mA, en otros casos el LED puede tener una protección con un diodo zener. Medir el valor real de la tensión del LED con un polímetro, puede indicar valores errados al ser una onda cuadrada: excepto en los casos donde es derivada la tensión PWM a un filtro y luego suministrada a la cadena de diodos. Hoy muchos LEDs se fabrican en montaje SMD (Surface Mounted Device o dispositivo de montaje superficial) con estas especificaciones:

1. V - voltaje
2. A - corriente
3. W - watios
4. Lm - lumen
5. Tamaño - mm.

La potencia lumínica de un LED SMD puede estar entre 60 y 70 lúmenes por vatio (70lm = 1W) y pueden operar una corriente de 350mA, también potencias de hasta 5W, por tanto, entramos en un campo minado y ha de tenerse cuidado. Solo conociendo los datos del circuito integrado del convertidor (Fig.1) se podrá inferir a través del datasheet esa característica (W = V x A) o localizando sus datos a través del código en la tira LED.

Feedback
El circuito convertidor boost posee una línea de tensión de suministro (VLED+) y una línea de retorno (VLED-) o de feedback, con la que ajustar la corriente y la regulación del circuito, o para la protección. Es a través del "feedback" que se puede comprobar el estado de los LEDs y ajustar el sistema, o la protección para elementos en cortocircuito o cuando existen LEDs abiertos.

Encendido LEDs
El encendido de los LEDs del backlitgh y la cadena LEDs comienza con un arranque suave de tensión, por lo común se reajusta al 90% la corriente límite, algunos diseños modulan primero la corriente de apagado de los LEDs (2.5V) para verificar su estado y corregir la corriente ideal de encendido o activar la protección del módulo.

Tiras LEDs
Los diodos LED para TV por lo general están agrupados en tiras y estas poseen un "código" para la compra y sustitución en caso de fallas, debiendo cambiar las tiras de LEDs a través de este código o reemplaza el LED defectuoso.

Falla y comprobación

Es probable cuando sucede la falla en el backlight, que el TV tenga momentáneamente imagen: pero acabará por apagarse y algunas veces podrá aun escucharse el sonido, en otros casos ni tan siquiera eso, habrá que observar a trasluz y determinar si existe imagen en el panel LCD.

Para estos ejemplos y el alto riesgo que implica por su fragilidad, deberá desmontarse el panel LCD con sumo cuidado, y luego de retirado, localizar encendido el TV, para testear con el multímetro y seguir la línea de alimentación a través del convertidor y la cadena de diodos: tomando el chasis del TV como gnd o común, y comenzar a medir la tensión relativa desde el convertidor "VLED+" siguiendo la serie hasta llegar al "VLED-." Por cada diodo LED habrá una caída de tensión lógica, que desaparece a partir del dispositivo con fallo que habrá que sustituir.

Otra forma de test que sugerimos Fig.2 es utilizar un probador de LEDs con este circuito, conocido como "Joule Thief", que se describe en el artículo Introducción práctica a convertidores y fuentes conmutadas, y que puede ser utilizado para descartar, uno a uno, los mismos hasta encontrar el defectuoso.

Solución
Se recomienda cambiar la tira de LED defectuosa por otra del mismo código, pero en ocasiones el repuesto no es posible inmediatamente. Es común que sea un solo un LED (capsula) Fig.3 el que se daña, a falta de refacciones puede ser sustituido por el circuito de la Fig.4 con excelentes resultados.

Deberá preverse que el transistor (Fig.4) maneje una corriente de colector mínima "Ic de 1A" y una tensión Vce sobre los 25V; queda a criterio personal si es necesario por la temperatura que disipa el transistor, asegurarlo "pegándolo" al disipador de calor de la tira de LEDs, o cambiar el transistor por otro de Ic-2A, mientras que el diodo zener sea de 5.1V. El valor del diodo zener no puede ser sustituido arbitrariamente por otro mayor, porque este es el límite nominal para un LED de 6V, de alto brillo (5W) con el que se obtienen buenos resultados.

El dispositivo
El dispositivo de corrección dinámica (QD) Fig.4, puede ser conectado para sustituir los diodos LEDs desde los 3.2V hasta los de 6.0V, tanto funciona en D.C. como para una tensión modulada PWM o PPM.

Seguridad
Los paneles LCD se deben de manipular con cuidado, porque el cristal de cuarzo líquido de su interior es tóxico, si se rompiera el panel, no puede ser ingerido, tocado con la piel o esparcido sobre la ropa. Si se produce un derrame sobre alguna persona porque el panel LCD se partiera o agrietara, lávese inmediatamente con agua y jabón, y lavarse con detergente la ropa contaminada.

Setup
Finalmente recomendamos el reajuste en el setup del dimmer para la iluminación del panel a través del backlitgh, llevarlo a un valor medio o mínimo, y lograr extender la vida útil de estos dispositivos, porque en muchas ocasiones está ajustado al valor máximo en su ajuste de fábrica.

 

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