بک‌لایت تلویزیون و نمایشگرها

بک‌لایت یا نور پس‌زمینه، منبع نور و روشنایی در تلویزیون و نمایشگرهای کریستال مایع (LCD) است. با توجه به این که LCD ها نوری از خود نوری تولید نمی‌کنند، به منبع نور (نور محیط و یا نور پس‌زمینه) نیاز دارند تا تصاویر تولید شده دیده شوند. بسیاری از LCD ها بک‌لایت ندارند. مانند ماشین‌حساب‌ها که با نور محیط قابل رویت هستند.

انواع بک‌لایت

ELP: Electroluminescence Panels

پنل‌های الکترولومینسانس یا برق‌تابناکی، صفحاتی هستند که در اثر عبور جریان از لایه‌ی فسفر روی آنها، نور تولید می‌کنند. روشنایی یکدست و انعطاف‌پذیر بودن شکل آنها نقاط مثبت این منبع نوری هستند. ولی نیمه‌عمر درخشندگی پایین آنها (نزدیک به 5000 ساعت) و نیاز به ولتاژ بالای AC از دلایل استفاده‌ی محدود این بک‌لایت ها‌ست.

CCFL: Cold Cathode Fluorescent Lamps

برای سال‌های متوالی (تا سال ۲۰۱۰) لامپ‌های فلورسنت (همان لامپ مهتابی!) پراستفاد‌‌ه‌ترین بک‌لایت در تلویزیون‌ها و مانیتورهای LCD بود. با پیشرفت تکنولوژی LED و بهینه‌شدن آن، کاربرد CCFL ها نیز کم و کمتر شد. لامپ‌های مهتابی در مقایسه با LED ها توان و ولتاژ بالاتری نیاز دارند، باعث ضخامت پنل می‌شوند و طول عمر کمتری دارند.

LED

بدون شک امروزه محبوب‌ترین نوع بک‌لایت در نمایشگر‌ها، LED است. با اینکه از ابتدای قرن بیستم نور پس‌زمینه‌ی LCD های کوچک (برای مصرف در تلفن‌های همراه، نمایشگر دوربین‌ها و …) توسط LED ها تامین می‌شد، اما با بهینه شدن این فناوری، بک‌لایت LED صنعت تلویزیون و نمایشگرهای بزرگ را تسخیر کرد. مصرف‌انرژی کمتر، طول‌عمر بیشتر، وزن کمتر و توانایی کوچک‌کردن ضخامت دستگاه با بک‌لایت LED از مهم‌ترین عوامل محبوبیت LED ها است.

تلویزیون‌های LED نیز همان تلویزیون‌های LCD با بک‌لایت LED هستند.

رنگ‌ها در LCD

پیکسل‌های نمایشگر کریستال مایع، رنگ‌ها را با ترکیب سه رنگ اصلی قرمز، سبز و آبی تولید می‌کنند. هر پیکسل از سه فیلتر رنگی (قرمز، سبز و آبی) تشکیل شده که به آنها ساب‌پیکسل می‌گویند.

رنگ‌های دیجیتال، تابعی از رنگ‌های RGB هستند. هر نقطه از رنگ‌های تشکیل شده روی تلویزیون، ذخیره شده روی هارد و یا دریافت شده توسط گیرنده‌ی دیجیتال، به‌وسیله‌ی سه عدد توصیف می‌شود. اگر حداکثر روشنایی هر رنگ اصلی را با عدد ۲۵۵ نمایش دهیم، رنگ قرمز روشن برابر  Red:255 Green:0 Blue:0 خواهد بود. رنگ نارنجی نیز به صورت Red:255 Green:165 Blue:0 نمایش داده‌ می‌شود و قهوه‌ای Red:165 Green:42 Blue:42 است. برای توضیح بیشتر، می‌توان با ترکیب نور آبی و سبز با شدت یکسان و نور قرمز با چهار برابر روشنایی نسبت به آن‌ها، نور قهوه‌ای رنگ تولید کرد.

بنابراین برای تولید رنگ‌های مختلف، به ترکیب‌های مختلفی از سه رنگ اصلی با روشنایی‌های متفاوت نیاز است. پنل LCD وظیفه‌ی کنترل شدت نور رسیده به هر ساب‌پیکسل را دارد. نور بک‌لایت از پنل LCD عبور می‌کند، شدت آن به مقدار مورد نیاز کاهش پیدا می‌کند و در ساب‌پیکسل‌ فیلتر می‌شود و به یکی از سه رنگ اصلی با شدت معین تبدیل می‌شود. به این ترتیب می‌توان پیکسل را با ساب‌پیکسل قرمز با روشنایی حداکثر، ساب‌پیکسل سبز با روشنایی متوسط و ساب‌پیکسل آبی بدون روشنایی، به رنگ نارنجی درآورد.

گستره‌ی نور سفید

گفتیم رنگ هر پیکسل از ترکیب سه رنگ قرمز، سبز و آبی ساخته می‌شود. رنگ هر ساب‌پیکسل از فیلتر نور رنگی است. و شدت نور هر یک از رنگ‌های اصلی توسط کریستال مایع کنترل می‌شود.

بنابراین ابتدا شدت نور بک‌لایت کنترل می‌شود، سپس توسط فیلتر رنگی تبدیل می‌شود. پس در کیفیت رنگ‌های نمایشگر سه چیز اثر مستقیم دارد:

کیفیت نور سفید بک‌لایت

از آنجا که منبع نور نهایی ساطع شده از نمایشگر، همان نور بک‌لایت است، دامنه‌ی رنگ‌های موجود در آن تاثیر زیادی در کیفیت رنگ‌ها دارد.

برای درک بهتر، یک سیب قرمز را زیر نور آبی قرار دهید. مشاهده خواهید کرد که رنگ سیب به جای قرمز شاداب، کدر و تیره بنظر می‌آید. دلیل این است که جسم قرمز، مانند فیلتر قرمز رنگ، تمام رنگ‌های دیگر را جذب می‌کند و تنها نور قرمز را بازمی‌تاید. و چون در نور آبی، نور قرمزی وجود ندارد (و یا بسیار کم است)، عملا نور بسیار کمی از سیب بازتاب می‌کند و سیب تیره دیده می‌شود.

در نمایشگرها هم اگر نور بک‌لایت در طیف قرمز ضعیف تر باشد، باعث می‌شود رنگ قرمز در آن مرده‌تر دیده می‌شود.

کیفیت فیلتر رنگی

هر مقدار فیلترها توانایی بالاتری در خالص‌سازی رنگ سفید داشته باشند، رنگ‌ها زنده‌تر و دقیق‌تر نمایش داده می‌شوند. بخشی از راز تولید کنندگان نمایشگرها، نحوه‌ی تولید فیلترهای رنگی است.

پله‌های تغییر شدت نور در پنل کریستال مایع

در پاراگراف‌های قبلی از عدد 255 به عنوان حداکثر روشنایی هر رنگ یاد کردیم. اگر روشنایی هر رنگ از سه رنگ اصلی بتواند از 0 تا 255 تغییر کند، در مجموع 256 «سایه» از هر رنگ اصلی خواهیم داشت. به همین دلیل طیف قرمز در نمایشگرهایی که از بسته‌ترین تا باز ترین حالت آنها 256 پله دارد، به پنل‌های ۸ بیتی معروف هستند. هرچه پنل توانایی تولید سایه‌های بیشتری داشته باشد، رنگ‌های بیشتر و دقیق‌تری تولید می‌کند.

بک‌لایت LED

بک‌لایت LED، تحولی عظیم در صنعت نمایشگرها -علی‌الخصوص تلویزیون و مانیتور- ایجاد کرد. کاهش مصرف انرژی و گرمای تولید شده، وزن و ضخامت کمتر، طول عمر بیشتر و کنترل بهتر نور باعث شد تا تولید کنندگان تلویزیون‌های LCD با بک‌لایت LED را به نام نمایشگر LED به بازار معرفی کنند. امروزه غالب نمایشگرها یا OLED هستند (که نیازی به بکلایت ندارند) و یا LCD با بک‌لایت LED.

LED آبی با فسفر زرد

برخلاف تصور عامه، LED ها دامنه‌ی وسیعی از نور سفید تولید نمی‌کنند. اکثر LED های استفاده شده در بک‌لایت تلویزیون و نمایشگرها، همچنین در لامپ‌ها، نوری آبی و فرابنفش تولید می‌کنند. برای تبدیل نور آبی LED، از یک لایه فسفر زرد استفاده می‌کنند. فسفر، بخشی از نور فرابنفش و آبی را جذب می‌کند و نور قرمز و سبز ساطع می‌کند. به این ترتیب ترکیب LED و فسفر نور سفید تولید می‌کند.

هرچند این روش ارزان قیمت و به‌صرفه است، اما ایده‌آل نیست. مهم‌ترین کاستی این روش، درخشندگی ضعیف طیف قرمز و سبز است. که همانطور که بالاتر گفتیم، باعث کدری و کم‌بازده بودن این رنگ‌ها می‌شود.

RGB LED

راه‌حلی دیگر برای تولید نور سفید با طیف نوری کامل‌تر، استفاده از LED ها با سه رنگ اصلی است. در این روش LED ها همچنان نور آبی تولید می‌کنند، اما لایه‌ی فسفر نور LED را به یکی از سه رنگ قرمز، سبز یا آبی تبدیل می‌کنند. با ترکیب این سه رنگ، نور سفید تولید می‌شود. نور سفید حاصل از سه LED قرمز، سبز و آبی طیف وسیع‌تری از رنگ‌ها را در خود دارد.

نمایشگرهایی که از این فناوری در بک‌لایت خود استفاده می‌کنند، رنگ‌های شاداب‌تر و دقیق‌تری تولید می‌کنند.

با این حال، این روش ضعف‌ مهمی دارد. و آن طول عمر و عملکرد دمایی متفاوت فسفر‌های رنگی است. از آنجا که طول عمر فسفر قرمز از دیگر رنگ‌ها کمتر است، بعد از گذشت زمان درخشندگی آن کمتر می‌شود، در حالی که درخشندگی LED آبی کاهش چندانی نداشته، و طیف قرمز نور سفید کمتر می‌شود.

Quantum Dot

یکی دیگر از راه‌حل‌ها برای بهبود رنگ‌ نمایشگرها، علی‌الخصوص در تلویزیون‌ها، استفاده از نیمه‌هادی‌ها در ابعاد نانو است. نقاط کوانتومی با جذب نور فرابنفش، در طول موجی معین نور ساطع می‌کنند. رنگ نور (طول موج) ساطع شده به قطر نقاط مربوط است.

در بک‌لایت‌های مبتنی بر کوانتوم‌دات، منبع نور همچنان LED است. و همان LED آبی است! ولی به جای اینکه فسفر مسئول تبدیل فرابنفش به قرمز و سبز باشد، یک لایه‌ از نقاط کوانتومی این کار را انجام می‌دهد.

برتری تکنولوژی بک‌لایت کوانتوم‌دات، رنگ جذاب‌تر و روشنایی بیشتر صفحه است.

چیدمان بک‌لایت

بک‌لایت در نمایشگر‌ها به دو صورت نوردهی از لبه و نوردهی مستقیم است.

نوردهی از لبه

در این نوع چیدمان بک‌لایت، رشته‌های LED در لبه‌ی نمایشگر صفحه را روشن می‌کنند. برای یکدستی نور صفحه در این ساختار، نیاز به صفحه‌ی راهنمای نور و دیفیوزر است.

نوردهی مستقیم

به ساختاری گفته می‌شود که رشته‌های LED در آن دقیقا پشت پنل قرار گرفته باشند. در این ساختار نیز از دیفیوزر برای یکدست کردن نور استفاده می‌شود.

اگر در نوردهی مستقیم، چگالی LED های بک‌لایت بالا باشد، و بتوان نور هر یک را بر اساس روشنایی صحنه تنظیم کرد، نمایشگر دارای نوردهی موضعی (local dimming) است. با این روش، یکی از بزرگترین نقاط ضعف LCD ها که تاریکی نقاط سیاه آنهاست را می‌توان بهبود بخشید. در بک‌لایت‌های معمولی، نور پس‌زمینه همواره تمام صفحه را روشن می‌کند و باعث می‌شود نقاط سیاه تصویر، تاریک نباشند. Local dimming باعث می‌شود تا بتوان نور پس‌زمینه را در نقاط دلخواه کم یا خاموش کنیم که به کنتراست تصویر کمک بزرگی می‌کند.

ساختار پنل و بک‌لایت

برای یکدست کردن نور پس‌زمینه، از لایه‌های مختلف در ساختار پنل استفاده می‌شود. وظیفه‌ی این لایه‌ها بالا بردن بازدهی و یکدست کردن نور پس‌زمینه است.


  آوریل 2019 

هیچ نظری وجود ندارد

        489

    مطالب مرتبط