الإضاءة الخلفية لشاشات LCD الصناعية: الأنواع والمواصفات ودليل الاختيار

تتحكم شاشة LCD في كمية الضوء التي تمر عبر كل بكسل، لكنها لا تنتج ضوءًا من تلقاء نفسها. وتقوم الإضاءة الخلفية الموجودة خلفها بجعل الصورة مرئية.

تستخدم معظم شاشات TFT LCD الصناعية الحديثة إضاءة خلفية من نوع LED. ولا يقتصر الاختيار الصحيح على مجرد اختيار الشاشة الأكثر سطوعًا من بين الخيارات المتاحة. فالتوحيد في الإضاءة، والاستهلاك الكهربائي، والسماكة، ودرجة حرارة التشغيل، وإمكانية تخفيت الإضاءة، والعمر التشغيلي، كلها عوامل تؤثر على أداء الجهاز النهائي.

ما هي الإضاءة الخلفية لشاشات LCD؟

الإضاءة الخلفية هي مجموعة الإضاءة الموجودة خلف خلية شاشة TFT LCD. وتحتوي الوحدة النموذجية المزودة بإضاءة حافة الشاشة على:

• شريط إضاءة LED واحد أو أكثر؛;
• لوحة توجيه الضوء التي تعمل على توزيع الضوء عبر منطقة الشاشة؛;
• عاكس خلف دليل الضوء؛;
• أغشية ناشرة وأغشية منشورية تعمل على تحسين التوزيع المتساوي للضوء وتوجيه المزيد منه نحو المشاهد؛;
• إطار معدني أو مصبوب يُثبّت المجموعة البصرية في مكانها.

في التصميم ذي الإضاءة المباشرة، تُوضع مصابيح LED خلف منطقة الشاشة بدلاً من ذلك. وتؤثر الإضاءة الخلفية على السطوع، والتوحيد، ودرجة حرارة اللون، واستهلاك الطاقة، والحرارة، والسماكة، وعمر الخدمة.

للحصول على نظرة عامة على الأجزاء الأخرى المحيطة بالإضاءة الخلفية، راجع دليل هياكل العرض الصناعية.

الإضاءة الخلفية LED مقابل الإضاءة الخلفية CCFL التقليدية

تُعد مصابيح LED المعيار القياسي في المشاريع الصناعية الجديدة التي تستخدم شاشات TFT LCD. فهي تتميز بهيكل مدمج وكفاءة عالية وسهولة في التحكم في مستوى السطوع.

لا تزال مصابيح الإضاءة الخلفية من نوع CCFL مستخدمة في أجهزة HMI القديمة، وأنظمة التحكم CNC، وغيرها من المعدات القديمة. وتتطلب مصابيح CCFL وجود محول. وقد يكون لشاشة LED البديلة شكل خارجي مشابه، لكنها قد تكون غير متوافقة من حيث الطاقة أو التحكم في السطوع أو التوصيلات الداخلية.

في حالة الإصلاح أو التحديث، تأكد من طراز شاشة LCD بالضبط قبل استبدال اللوحة أو تحويل الإضاءة الخلفية.

الإضاءة الخلفية LED ذات الإضاءة الجانبية مقابل الإضاءة المباشرة

في نظام الإضاءة الخلفية ذات الإضاءة الجانبية، توضع مصابيح LED على طول حافة واحدة أو أكثر من حواف لوحة توجيه الضوء. وتعمل الميزات البصرية على إعادة توجيه الضوء نحو شاشة LCD. ويمكن أن ينتج عن هذا التصميم وحدة رفيعة.

في نظام الإضاءة الخلفية المباشرة، توجد مصابيح LED خلف المنطقة المرئية. وهناك حاجة إلى مساحة كافية لمزج مصادر الإضاءة الفردية وتجنب ظهور البقع الساطعة، لذا عادةً ما يكون التصميم أكثر عمقًا.

العامل	إضاءة من الحواف	الإضاءة المباشرة
موضع مصباح LED	على طول حافة موجه الضوء	خلف منطقة العرض
توزيع الضوء	لوحة توجيه الضوء	المسافة بين مصابيح LED ومساحة الانتشار
عمق الوحدة	عادةً ما يكون أرق	عادةً ما يكون أعمق
التحدي الرئيسي في التصميم	استخلاص فعال للضوء عبر اللوحة	الحد من ظهور البقع الساخنة الظاهرة في مصابيح LED
الاستخدام النموذجي	شائعة في شاشات TFT LCD الصغيرة والمتوسطة الحجم	شاشات عرض مختارة ذات حجم أكبر أو مصممة خصيصًا

لا يعتبر أي من هذين التصميمين أكثر سطوعًا أو أكثر اتساقًا تلقائيًّا. تعتمد النتائج على خرج مصابيح LED، والكفاءة البصرية، والتفاوتات المسموح بها، ومطابقة درجة الحرارة والتيار. ولا تتطلب شاشة LCD ذات سطوع 1000 نيت إضاءة خلفية مباشرة تلقائيًّا؛ فهناك أيضًا شاشات ذات إضاءة جانبية عالية السطوع. يجب الاختيار بناءً على الأداء المقاس والقيود الميكانيكية، وليس بناءً على اسم التصميم وحده.

المواصفات الرئيسية لإضاءة خلفية شاشات LCD

السطوع

عادةً ما تُقاس شدة إضاءة شاشات LCD بوحدة cd/m²، والتي تُعرف أيضًا باسم «نيت». تحقق مما إذا كانت القيمة «قياسية» أم «دنيا»، وما إذا كانت تشير إلى وحدة شاشة LCD وحدها أم إلى شاشة اللمس الكاملة.

يؤثر كل من مستشعر اللمس والزجاج الواقي والمعالجة السطحية على الضوء الذي يصل إلى المستخدم. ويمكن أن يقلل الربط البصري من الانعكاسات، لكن لا يزال من الضروري قياس الوحدة النهائية.

في حالة التعرض لأشعة الشمس المباشرة أو الإضاءة المحيطة القوية، يُعد التحكم في الانعكاس أمراً مهماً أيضاً. اطلع على دليلنا حول اختيار شاشة يمكن قراءتها في ضوء الشمس بشأن ذلك القرار المنفصل.

توحيد السطوع

لا تضمن القراءة العالية لمركز الشاشة إضاءة متساوية للشاشة. فقد يؤدي التصميم السيئ للإضاءة الخلفية إلى ظهور حواف داكنة، أو زوايا ساطعة، أو نقاط ساطعة، أو خطوط مرئية.

يُحسب التوحيد استنادًا إلى القراءات المأخوذة من عدة مواقع، لكن الصيغ المستخدمة تختلف. تستخدم بعض الشركات المصنعة القيمة الدنيا مقسومة على القيمة القصوى لللمعان؛ بينما تستخدم شركات أخرى القيمة الدنيا مقسومة على المتوسط. لا تقارن القيم إلا عندما تكون نقاط القياس ووقت التسخين وإعدادات السطوع والصيغة معروفة.

افحص الصور الاختبارية البيضاء والرمادية المتوسطة بعد فترة الإحماء؛ فغالبًا ما تكشف الصور الرمادية المتوسطة عن حالات عدم التوحيد الطفيفة بشكل أوضح.

استهلاك الطاقة والحرارة

تعتمد طاقة الإضاءة الخلفية على عدد مصابيح LED، وتكوين السلسلة، وتيار التشغيل، والكفاءة الضوئية. وزيادة التيار يمكن أن ترفع السطوع، لكنها تؤدي أيضًا إلى ارتفاع الحرارة وانخفاض اللومن.

اطلب معرفة استهلاك طاقة الإضاءة الخلفية عند مستوى السطوع المطلوب، وليس فقط الطاقة القصوى للشاشة بأكملها. وفي حالة وجود العلبة الخارجية المغلقة، ضع في اعتبارك أيضًا الحمل الكهربائي للطاقة الشمسية والأجهزة الإلكترونية الأخرى. انظر ارتفاع درجة حرارة الشاشة الصناعية الخارجية بشأن المشكلة على مستوى النظام.

سماكة الوحدة

قد يحد العمق المتاح من إمكانيات التصميم. عادةً ما تكون التصميمات المزودة بإضاءة حوافية أرق؛ أما التصميمات المزودة بإضاءة مباشرة فتحتاج إلى مساحة لتوزيع الضوء. تحقق من السماكة الكاملة لوحدة شاشة LCD، بما في ذلك إطارها وأي هيكل مخصص عالي السطوع.

درجة حرارة اللون واتساقه

قد تختلف نقاط اللون الأبيض بشكل ملحوظ بين مصباحي إضاءة خلفية متساويين في السطوع. في حالة الشاشات المتعددة أو قطع الغيار أو الدفعات المتكررة، يجب تحديد نطاق مقبول لدرجة حرارة اللون والتأكد من تصنيف مصابيح LED. كما يجب التحقق من تباين الألوان في منطقة الشاشة، والذي قد ينجم عن مصابيح LED أو الأغشية البصرية أو الضغط الميكانيكي أو التقادم.

درجة حرارة التشغيل

يتغير خرج الإضاءة الخلفية وكفاءتها مع تغير درجة الحرارة. تؤدي الحرارة إلى زيادة الضغط على مصابيح LED ومحركها؛ وقد تؤدي درجات الحرارة المنخفضة إلى تغيير خرج مصابيح LED وسلوك المحرك والأداء البصري. ولا يضمن تصنيف درجة حرارة شاشة LCD تحقيق السطوع الكامل عبر النطاق بأكمله. إذا كان ذلك مهمًا، فاطلب بيانات تخفيض السعة واختبرها عند الحدود الفعلية.

عمر الإضاءة الخلفية

الإضاءة الخلفية التي تبلغ مدة عملها “50,000 ساعة” لا تنطفئ عند الساعة 50,001. وعادةً ما يشير هذا الرقم إلى المدة التي تستغرقها الإضاءة حتى ينخفض سطوعها إلى نسبة مئوية محددة من قيمته الأولية في ظل الظروف المحددة.

لا توجد نقطة نهاية موحدة. فقد تستخدم إحدى أوراق البيانات قيمة 50% للسطوع الأولي، بينما تستخدم أخرى قيمة 70% أو تعريفًا مختلفًا للفشل. كما تؤثر درجة الحرارة وتيار مصابيح LED ودورة التشغيل على النتيجة.

قبل مقارنة لوحتين، تأكد من:

• نقطة النهاية الخاصة بالسطوع المتبقي؛;
• درجة حرارة الاختبار؛;
• تيار مصابيح LED المستخدم؛;
• ما إذا كان الرقم نموذجيًا أم مضمونًا؛;
• ما إذا كانت أعطال مصابيح LED مشمولة في التعريف.

بالنسبة لواجهة المستخدم البشرية (HMI) التي تعمل على مدار الساعة طوال أيام الأسبوع، فإن تقليل السطوع غير الضروري يمكن أن يطيل من العمر التشغيلي الفعّال.

قدرة التعتيم

تستخدم الإضاءة الخلفية بمصابيح LED تقنية PWM أو التحكم التناظري في التيار أو كليهما. تعمل تقنية PWM على تغيير مدة تشغيل مصابيح LED، بينما يعمل التعتيم التناظري على تغيير تيار مصابيح LED. ويعتمد النطاق والحد الأدنى للسطوع المستقر ومدخلات التحكم على شاشة LCD أو وحدة التشغيل الخارجية.

باستخدام الكاميرات أو أنظمة الرؤية الآلية، تأكد من أن تقنية PWM لا تتسبب في ظهور خطوط. للتحكم في السطوع ليلاً ونهارًا، انظر التعتيم التلقائي في شاشات العرض الصناعية.

كيفية اختيار إضاءة خلفية شاشة LCD الصناعية

استخدم قائمة المراجعة التالية قبل الموافقة على لوحة أو إضاءة خلفية مخصصة:

البند	ما الذي يجب التأكد منه
الإنارة المطلوبة	السطوع الأدنى والسطوع النموذجي على سطح الشاشة النهائي
التوحيد	الصيغة، ونقاط القياس، وقيمة القبول
تصميم الإضاءة الخلفية	الإضاءة الجانبية أو الإضاءة المباشرة، حسب الحالة
العمق المتاح	السماكة القصوى لوحدة شاشة LCD
الطاقة	طاقة الإضاءة الخلفية عند مستوى السطوع المقصود
اللون	نطاق درجة حرارة اللون واتساق الدُفعات
درجة الحرارة	نطاق التشغيل المطلوب وأي انخفاض في مستوى السطوع
مدى الحياة	الساعات، ونقطة نهاية السطوع المتبقي، وظروف الاختبار
التعتيم	PWM، أو تناظري، أو هجين؛ نطاق التعتيم المطلوب
دورة العمل	ساعات التشغيل اليومية وإعدادات السطوع العادية
التحقق من الصحة	عينة تمثيلية من الإنتاج تم اختبارها في الحاوية الفعلية

قم بتقييم العينة بعد التسخين عند الجهد والسطوع ودرجة الحرارة المقصودة. إذا كان من المقرر تركيب زجاج اللمس والزجاج الواقي، فقم باختبار المجموعة الكاملة.

الأخطاء الشائعة في اختيار الإضاءة الخلفية

• بمقارنة سطوع الوسط فقط: قد تخفي قراءة قوية واحدة عيوبًا خفية أو تباينًا غير متساوٍ.
• بافتراض أن الإضاءة المباشرة هي الأفضل دائمًا: لا تضمن الهندسة المعمارية وحدها السطوع أو التوحيد أو الكفاءة.
• مقارنة عدد ساعات التشغيل الإجمالية دون تعريفات: قد تستخدم القيمتان اللتان تشيران إلى 50,000 ساعة معايير تقييم وظروف اختبار مختلفة.
• زيادة التيار دون التحقق من درجة الحرارة: قد يرتفع السطوع المبدئي في حين يتدهور العمر التشغيلي وثبات اللون.
• الموافقة على اللوحة العارية فقط: يمكن أن يؤثر زجاج اللمس والغطاء على مستوى السطوع والانعكاسات والسلوك الحراري.

الأسئلة الشائعة

ما نوع الإضاءة الخلفية المستخدمة في شاشات LCD الصناعية؟

تستخدم معظم شاشات TFT LCD الصناعية الحالية إضاءة خلفية من مصابيح LED بيضاء. أما مصابيح CCFL فتوجد بشكل أساسي في المعدات القديمة ومشاريع الاستبدال.

أيهما أفضل: الإضاءة الجانبية أم الإضاءة المباشرة؟

ولا يُعتبر أي منهما أفضل بشكل عام. فالتصميم المزود بإضاءة حافة الشاشة عادةً ما يكون أرق، في حين أن التصميم المزود بإضاءة مباشرة يتطلب عمقًا أكبر. قارن بين مستويات السطوع الفعلي، والتوحيد، والاستهلاك الكهربائي، ودرجة الحرارة، والأداء الميكانيكي.

ماذا يعني أن يبلغ العمر الافتراضي للإضاءة الخلفية 50,000 ساعة؟

وعادةً ما يُقصد به وقت التشغيل الذي يستغرقه الجهاز حتى ينخفض مستوى السطوع إلى نسبة مئوية محددة من قيمته الأولية في ظل ظروف محددة. يرجى مراجعة نقطة النهاية ودرجة الحرارة وتيار مصباح LED في ورقة البيانات الخاصة بالمنتج.

هل يمكن ترقية شاشة LCD قياسية إلى إضاءة خلفية ذات سطوع أعلى؟

في بعض الأحيان، قد يتطلب الأمر إجراء تعديلات على شريط مصابيح LED ومحرك التشغيل ومصدر الطاقة والهيكل المعدني والمسار الحراري. يجب التحقق من صحة عملية التحويل باعتبارها وحدة كاملة، وليس مجرد استبدال لمصابيح LED.

الخاتمة

توفر الإضاءة الخلفية الصناعية المناسبة لشاشات LCD السطوع المطلوب للشاشة النهائية دون أي تباين غير مقبول، أو مشاكل تتعلق بالطاقة أو السماكة أو الحرارة أو انخفاض العمر التشغيلي. قارن المواصفات باستخدام نفس التعريفات واختبر شاشة نهائية تمثيلية قبل الشروع في الإنتاج الضخم.