Lightbulb مراجعة شاملة لتقنية الإضاء الخلفية LED في شاشات LCD

السلام عليكم ورحمة الله وبركاته


كثرت في الفترة الأخيرة التساؤلات حول تقنية LED والفرق بينها وبين شاشات LCD ومن هو الأفضل ولماذا؟

موضوعنا اليوم سيجيب على هذه الأسئلة بشكل كامل مع الشرح لبعض النقاط.

أولا عندما نقول عن شاشة أنها تتميز بإضاءة LED فهذا يعني أنها شاشة LCD عادية ولكنها تتميز عن الشاشات الأخرى بنوع إضاءة مختلف.
تعتمد كل شاشات LCD على مصدر إضاءة خلفي لإظهار الصورة بالشكل المطلوب لأنها غير قادرة على إضاءة نفسها بنفسها والشاشات الموجودة اليوم في الأسواق والتي يستخدمها معظمنا تعتمد على إضاءة CCFL وهي اختصار ل Cold Cathode Fluorescent Lamps أي مصباح فلوراسنت بارد، في حين هناك نوع جديد من شاشات LCD يعتمد في إضائته على LED وهي اختصار ل Light-Emitting Diode أي الديود الباعث للضوء أو المضيء.

ماهو الديود المضيء؟


الديود المضي أو الباعث للضوء

هو أبسط أنواع أشباه الموصلات ويقوم بتمرير الكهرباء باتجاه واحد ويحجب مرورها بالاتجاه الآخر، ويُصنع الديود من أشباه الموصلات مثل عنصر أرسنايد الغاليوم ونترات غاليوم مع مواد أخرى ويتميز بعدم احتوائه على عناصر معدنية صلبة مما يُسهل عملية إعادة تصنيع الشاشات التي تعتمد على إضاءة LEDعلى عكس شاشات LCD المضائة ب CCFL
الديود المضيء الأبيض: هو بالأصل أزرق اللون ولكنه مغطى بطبقة من الفوسفور الأصفر الضرورية لإنتاج الأطياف اللونية ذات اللون الأحمر والأخضر.

تاريخ هذه التقنية:

لاتعتبر هذه التقنية حديثة فلقد تم تطويرها في ستينات القرن الماضي واستعملت في إضاءة الساعات الرقمية وبعض المؤشرات الضوئية بدلاً من استعمال المصباح المتوهج وبعد 20 عام تم تطوير هذه التقنية بشكل كبير مما لفتت إليها نظر مهندسي العروض المتحركة وقدمت إليهم كل ماكانوا يتمنوه سابقا واعتبروها تقنية عرض ثورية وستعطي الكثير لمحبي جودة الصورة العالية.

أنواع الإضاءة الخلفية LED

يوجد ثلاث أنواع وتختلف كل واحدة عن الأخرى بطريقة توزيع الديودات على اللوحة الخلفية للشاشة وبخصائص الديود المستعمل.

1- (Full-Array LED (RGB Dynamic

صورة مكبرة توضح مصفوفة الديودات المضيئة الملونة على شكل مجموعات في طريقة Full-Array LED


أو ما يسمى Triluminos وتستخدم من قبل شركة Sony بشكل رئيسي في بعض الموديلات وسنقوم بشرح هذه التقنية بشيء من التفصيل لأهميتها ولأنها تظهر أفضل جودة صورة ممكنة.

تتميز هذه الطريقة في الإضاءة بأنها تغطي كل اللوحة الخلفية للكريستال السائل حيث تتوزع الديودات المضيئة الملونة بانتظام بعدة صفوف على شكل مجموعات وكل مجموعة تتألف من أربعة ألوان: أحمر، أخضر، أزرق، أخضر حيث يندمج اللون الأحمر الصادر مع الأخضر والأزرق ليعطي اللون الأبيض وتبعد كل مجموعة عن الأخرى بين 1 إلى 3 إنش وتسمى هذه المجموعات بمصفوفة الديودات المضيئة، ويوجد لوحة خاصة (ناشرة للضوء) تقوم بنشر الضوء القادم من هذه المصفوفة إلى كامل الشاشة.

هذه المجموعات من الديودات المضيئة يمكن إدارتها عن طريق المتحكم الذي يقوم بما يسمى بعملية "التعتيم الموضعي" أي يمكن إيقاف مجموعة ديودات أو أكثر عن العمل عن طريق المتحكم مما يعطي لون أسود داكن جداً في المنطقة المحددة التي توقفت فيها المجموعة عن العمل وفي نفس الوقت تبقى باقي المجموعات نشطة وتعطي الضوء اللازم لإنارة باقي أجزاء الصورة في حال كانت الصورة تتطلب ذلك، هذه العملية تعطي تباين كبير جدا وطيف لوني مذهل وهي نقطة ضعف الإضاءة العادية التي تستخدم تقنية CCFL (لا يمكن إيقاف مصباح فلوراسنت عن العمل أبداً بل يستمر بالعمل طوال الوقت وعندما يتطلب الأمر إعطاء لون أسود تقوم الشاشة بإغلاق الضوء عن طريق تدوير الكريستال إلى مكان مغلق مما يحجب الضوء ولكن مع وجود بعض التسريب وبالتالي لاتعطي لون أسود حقيقي كما تعطيه تقنية LED)

على الرغم من أهمية هذه العملية "التعتيم الموضعي" إلا أنها تحتوي بعض العيوب، فمثلا لإنارة شاشة كبيرة من قياس 1080p يجب أن تحتوي الشاشة على 1000 ديود مضيء تقريباً ويقوم كل ديود بإنارة 2000 بكسل تقريبا ، والمتحكم الذي يقوم بإيقاف الديود المضيء عن العمل لايقوم بإيقافه لوحده* بل يقوم بإيقاف مجموعة أو أكثر من الديودات المضيئة، وعند إطفاء مجموعة منها قد تصبح منطقة كاملة قاتمة تماماً رغم أن أجزاء من الصورة تستدعي تدرجاً في الظلال القاتمة، أو عند إنارة مجموعة منها قد تسطع مناطق يفترض أن تبقى عاتمة وفقا للصورة، بمعنى آخر القليل من الديودات يتحكم بإنارة عدد كبير من البكسلات مما يستحيل تحقيق دقة كبيرة في التباين بين جزأين من الصورة أحدهما يتطلب سواداً داكناً والآخر يتطلب بياضاً شديدا.

المنتجون قاموا بحل هذه المشكلة عن طريق زيادة عدد الديودات المضيئة أو تخفيض عدد الديودات التي يديرها المتحكم ولكن لم تزول 100%


على اليمين: توضح آلية عمل ميزة التعتيم الموضعي وكيف تتحكم بالديودات المضيئة (تشغيل، إغلاق) حسب ماتتطلبه الصورة
على اليسار: توضح آلية عمل مصباح فلوراسنت البارد وعدم قدرته على الإغلاق بشكل جزئي.

* حجم الديود المضيء الحالي كبير بشكل لا يتمكن من إضاءة بكسل واحد بمفرده في الشاشات العادية، ولكنه موجود في شاشات عملاقة مخصصة للأجواء الخارجية وتجدها في الملاعب، الصالات الكبيرة، وفي الأماكن المفتوحة....وهنا يقوم كل ديود بإنارة كل بكسل على حدا ويالتالي يتم التحكم بكل بكسل بصورة مرنة ويستقل عما يجاوره حسب الحاجة. ولكن أسعار هذه الشاشات العملاقة باهظة الثمن.

صورة لشاشة عملاقة في أحد الملاعب (كل ديود يضيء بكسل بمفرده)

ميزة أخرى تتمتع بها Full-Array LEDهي تحسين تجانس جودة الصورة، حيث يقوم مئات أو ألوف الديودات المضيئة بإنارة الشاشة بينما شاشات LCD المضاءة بتقنية CCFL (مصباح فلوراسنت بارد) تكون مزودة ب 20 مصباح تقريبا أو أكثر لإضاءة كل الشاشة مما يعطي تجانس أكثر في جودة الصورة وطيف لوني كبير.


مثال:
Sony Bravia KDL-46XBR45


2- Full-Array White LEDs

وهي شبيهة بالطريقة السابقة ولكن يستعمل لون واحد فقط للديود المضيء وهو اللون الأبيض بدلاً من الألوان الثلاثة وبالتالي هذا يخفض من تكاليف التصنيع ولكنها لا تستطيع تقديم نفس العمق اللوني كما هي في الطريقة السابقة RGB Dynamic واستطاعت عدد من الشركات تطوير هذه التقنية لتحسين مستوى جودة الصورة كما في تقنية RGB Dynamic أو Triluminos

تتميز هذه الطريقة بأنها تعطي الإضاءة الكافية في الجزء الذي يتطلب ذلك من الصورة مما يعني زيادة في التباين ويمكن أن تجد هذه التقنية من الإضاءة في شاشات LCD-TV فقط وهذه الطريقة هي الأكثر انتشاراً عندما نتحدث عن Full-Array LEDs.

مصفوفة الديودات المضيئة ذات اللون الأبيض في طريقة Full-Array White LEDs

مثال:
Samsung UA40B7100

3- Edge-LEDs

صف من الديودات المضيئة تتوضع على أحد حواف لوح الكريستال السائل في طريقة Edge-LEDs

وهي أبسط وأقل كلفة من الطرق السابقة وتستعمل في معظم الشاشات التي تعتمد على إضاءة LED كما تستعمل في شاشات أجهزة الكومبيوتر المحمولة الحديثة والمنتشرة في الأسواق حاليا وذات أسعار مقبولة نسبياً.

تتوضع الديودات المضيئة ذات اللون الأبيض فقط على حواف لوح للكريستال السائل وتتوزع صفائح من العواكس القوية في الخلف لتقوم بعكس الضوء الصادر من الديودات إلى باقي مناطق اللوح السائل وخاصة إلى المنطقة الوسطى وتفتقر إلى ميزة التعتيم الموضعي بشكل أساسي ولكن الشركات المُصنعة طورت هذه التقنية وأضافتها إلى بعض منتجاتها لتصبح داعمة لها (في بعض الموديلات القليلة).

تمكن هذه الطريقة من صنع شاشات ذات سماكة قليلة جدا تصل إلى 1.2 إنش ويعود ذلك لاستخدام عدد قليل من الديودات والاستغناء عن اللوحة الناشرة للضوء.
ويعيبها أنها لا تعطي مظهر موحّد للصورة (أي ان استعملنا خلفية بيضاء ستكون الصورة عند الحواف أكثر بياضاً من الوسط وكذلك الأمر عند استعمال خلفية سوداء حيث ستكون الحواف أقل سوداً (رمادي غامق) من الوسط.

زاوية الرؤية تكون أقل أحيانا من الطرق السابقة بسبب أن الضوء الصادر من اللوحة الناشرة يكون أفضل وأكثر وضوحاً من الضوء الصادر من الصفائح العاكسة.
بالنسبة لسلبيات Edge-LEDs فالشركات المُصنعة تعمل على تطوير هذه الطريقة من الإضاءة وإزالة تلك العيوب أو التخفيف منها بشكل تدريجي.

سماكة شاشة lcd مضاءة بطريقة Edge-LEDs

مثال:
SAMSUNG XL2370
ASUS MS228H
BenQ G922 HDAL
LG E1940S

المزايا والسلبيات ل Full-Array

+ طيف لوني واسع وتباين كبير
+ تدرجات كبيرة وحقيقة للون الأسود
+متوسط عمر الديود المضيء جيد جداً
+ زاوية الرؤية جيدة جداً
+ استهلاك الطاقة مقبول نسبياً
+ هيكل الشاشة نحيف يصل إلى سماكة 1.5 إنش
+ لايحتوي الديود المضيء على عناصر معدنية صلبة مما يُسهل من عملية إعادة تصنيعه.
- السعر مرتفع جدا يصل إلى ثلاثة أضعاف مقارنة مع شاشات LCD المضاءة ب CCFL

المزايا والسلبيات ل Edge-LEDs

+ استهلاك الطاقة منخفض ويصل إلى 30% أقل من طرق الإضاءة القديمة.
+ الحرارة الناتجة أقل من طرق الإضاء القديمة
+متوسط عمر الديود المضيء جيد جداً
+ الإضاءة أكبر بفارق بسيط ويمكن التحكم بها وتخفيضها إلى درجات متدنية.
+ هيكل الشاشة نحيف جدا يصل إلى سماكة 1.2 إنش
+ لايحتوي الديود المضيء على عناصر معدنية صلبة مما يُسهل من عملية إعادة تصنيعه.
+ السعر مقبول نسبيا
- زاوية الرؤية أقل بفارق بسيط عن Full-Array أو عن طرق الإضاء القديمة
- عدم تجانس في جودة الصورة في بعض الحالات مثل (صورة ذات لون أسود)
- لايوجد فرق ملحوظ في التباين وتدرجات الألوان عن شاشات LCD المضاءة ب CCFL

انتهى

تم إنشاء هذا الموضوع من عدة مقالات علمية مع محاولة تبسيط بعض المفاهيم والمصطلحات وتوضيحها بشكل سهل لإيصال المضمون بشكل كامل للقارىء.
__________________
منقول