Бэклит — подсветка экранов и индикаторов¶

Бэклит (от англ. backlight — подсветка) — технология дополнительной подсветки экрана или индикатора, расположенной за светопрозрачным слоем (отсюда «back» — «сзади»). Бэклит обеспечивает видимость изображения на дисплеях, которые сами по себе не излучают свет, например на ЖК-панелях (LCD). Без подсветки жидкие кристаллы лишь модулируют проходящий через них свет, поэтому в темноте такой экран не читается.

¶Принцип работы

Жидкие кристаллы не светятся сами — они работают как световые затворы, поворачивая поляризацию света под действием электрического поля. Для формирования изображения нужен внешний источник света. В ЖК-дисплеях роль такого источника играет бэклит-модуль, размещённый за матрицей. Свет от него проходит через поляризатор, слой жидких кристаллов, цветовой фильтр и переднюю панель, доходя до глаз наблюдателя.

Основные элементы бэклита:

• Источник света — светодиоды (LED) или, в старых моделях, люминесцентные лампы (CCFL);
• Световод (light guide plate) — прозрачная плита, распределяющая свет равномерно по площади экрана;
• Рефлектор (отражатель) — плёнка, направляющая свет в сторону экрана;
• Диффузор — плёнка, сглаживающая неравномерности подсветки;
• Компенсирующие плёнки — управляют углами обзора и контрастом.

¶Виды бэклита

¶По типу источника света

CCFL (Cold Cathode Fluorescent Lamp) — холодные катодные люминесцентные лампы. Применялись в ЖК-мониторах и телевизорах 2000-х годов. Требовали инвертора высокого напряжения, содержали ртуть, обладали ограниченным ресурсом и невысокой энергоэффективностью. К началу 2010-х годов были практически полностью вытеснены светодиодами.

LED — светодиодная подсветка. Современный стандарт. Светодиоды компактны, энергоэффективны, долговечны, не содержат токсичных веществ и допускают точное управление яркостью. Различают варианты с белыми светодиодами и с RGB-светодиодами (в топовых моделях — Quantum Dot).

¶По расположению источников

Edge-lit (краевая подсветка) — светодиоды расположены по краю экрана (сверху и снизу или по бокам), свет распределяется через световод. Позволяет делать панели очень тонкими, но даёт менее равномерную подсветку и сложности с локальным затемнением.

Full-array (полноформатная подсветка) — светодиоды размещены равномерно за всей площадью матрицы. Обеспечивает более равномерное свечение и даёт возможность реализовать локальное затемнение (local dimming) — группам светодиодов можно независимо менять яркость в зависимости от содержимого кадра, что повышает контрастность.

¶По схеме питания светодиодов

Direct LED — светодиоды питаются непосредственно, часто с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) для регулировки яркости. На низкой яркости может наблюдаться мерцание.

HLED / Global Dimming — динамическая регулировка общей яркости подсветки в зависимости от средней светимости кадра.

¶Бэклит в других устройствах

Помимо ЖК-дисплеев, подсветка применяется в:

• Клавиатурах ноутбуков — светодиоды под клавишами или световод под клавиатурной панелью, включаемые пользователем;
• Оргстекле приборных панелей автомобилей — подсветка шкал и индикаторов;
• Бытовой технике — дисплеи холодильников, стиральных машин, микроволновых печей;
• Рекламных конструкциях — лайтбоксы со светодиодной подсветкой изнутри;
• Светодиодных экранах (LED-видеостенах) — здесь термин используется иначе: каждый пиксель сам излучает свет, поэтому формально это не бэклит, а прямая эмиссия.

¶Регулировка яркости и ШИМ

Яркость бэклита управляется либо изменением силы тока через светодиоды (аналоговое диммирование), либо широтно-импульсной модуляцией — быстрым включением и выключением подсветки с переменной скважностью. ШИМ даёт более точную регулировку, но на низких уровнях яркости может вызывать утомление глаз и быть заметным при движении курсора или при съёмке экрана камерой. Многие современные мониторы и смартфоны предлагают режим «без ШИМ» (DC Dimming) на низкой яркости.

¶Влияние на энергопотребление

Подсветка — основной потребитель энергии в ЖК-дисплее. Доля бэклита в общем энергопотреблении монитора может достигать 70–90 %. Переход с CCFL на LED позволил снизить энергопотребление ЖК-панелей примерно на 30–40 % и одновременно уменьшить толщину корпуса. Технология локального затемнения дополнительно экономит энергию, выключая подсветку на тёмных участках изображения.

¶Ограничения

Главный недостаток бэклита — невозможность получить абсолютный чёрный: светодиоды не выключаются полностью, а свет может «протекать» через матрицу. Это ограничение преодолевают дисплеи с самоподсветкой — OLED, AMOLED, Mini-LED с очень мелкими зонами затемнения. Тем не менее ЖК-панели с бэклитом сохраняют широкое применение благодаря цене, стабильности изображения и отсутствию выгорания пикселей.

Источники:

• «Жидкокристаллические дисплеи: принципы и технологии» — учебное пособие
• Руководства производителей панелей (Samsung Display, LG Display, AU Optronics)
• Статьи IEEE Journal of Display Technology о светодиодной подсветке
• Материалы Encyclopaedia Britannica: «Liquid-crystal display», «Backlight»