Apa itu Backlight (LED, CCFL) Pada Layar LCD (TV, Laptop, Smartphone)?

Backlight (artinya: cahaya latar belakang) adalah bentuk pencahayaan yang digunakan dalam layar kristal cair (Liquid Crystal Display). Karena LCD tidak menghasilkan cahaya sendiri, sehingga membutuhkan pencahayaan (cahaya sekitar atau sumber cahaya khusus) untuk menghasilkan gambar yang terlihat. 

Backlight menerangi LCD dari sisi atau belakang panel tampilan, berbeda dengan frontlight yang ditempatkan di depan LCD. Backlight digunakan dalam tampilan kecil untuk meningkatkan keterbacaan dalam kondisi cahaya rendah seperti pada jam tangan, dan digunakan dalam smartphone, tampilan komputer, dan televisi LCD untuk menghasilkan cahaya secara mirip dengan layar CRT. 

Berbeda dengan, misalnya, layar tabung sinar katoda (CRT), plasma (PDP), atau layar OLED.

Jenis LCD sederhana seperti pada kalkulator saku dibangun tanpa sumber cahaya internal, sehingga memerlukan sumber cahaya eksternal untuk menyampaikan gambar tampilan kepada pengguna. Namun, sebagian besar layar LCD dibangun dengan sumber cahaya internal. 

Layar tersebut terdiri dari beberapa lapisan. 

pic source: LaptopScreen.com

Backlight biasanya merupakan lapisan paling belakang. Lalu, katup cahaya mengatur jumlah cahaya yang mencapai mata, dengan memblokir jalannya cahaya dengan cara tertentu. Sebagian besar menggunakan filter polarisasi tetap dan filter yang dapat diubah, untuk memblokir cahaya yang tidak diinginkan.

Jenis-jenis Sumber Cahaya

Sumber cahaya dapat terdiri dari:

• Light-emitting diodes (LEDs)
• An electroluminescent panel (ELP)
• Cold cathode fluorescent lamps (CCFLs)
• Hot cathode fluorescent lamps (HCFLs)
• External electrode fluorescent lamps (EEFLs)
• Formerly, incandescent lightbulbs
  

ELP menghasilkan cahaya yang merata di seluruh permukaannya, namun backlight lainnya sering menggunakan difusor untuk memberikan pencahayaan merata dari sumber yang tidak merata.

Backlight tersedia dalam banyak warna. LCD monokrom umumnya memiliki backlight berwarna kuning, hijau, biru, atau putih, sedangkan layar berwarna menggunakan backlight putih yang mencakup sebagian besar spektrum warna.

Bedanya LCD dengan LED?

Secara singkat LCD itu adalah layar yang menghasilkan gambar, sedangkan LED adalah lampu agar lapisan gambar di LCD terlihat oleh mata manusia.

LED dan LCD tidak sama meskipun terkait. LCD adalah singkatan dari Liquid Crystal Display, yang mengacu pada teknologi tampilan yang menggunakan kristal cair untuk menghasilkan gambar. Sementara itu, LED adalah singkatan dari Light-Emitting Diode, yang mengacu pada jenis lampu yang digunakan sebagai sumber cahaya di belakang panel LCD.

Dalam konteks monitor, semua monitor LED sebenarnya menggunakan teknologi LCD. Mereka menggunakan panel LCD untuk menghasilkan gambar, tetapi menggunakan lampu LED sebagai sumber cahaya di belakang panel LCD. Lampu LED memberikan keuntungan seperti konsumsi daya yang lebih rendah, kontras yang lebih tinggi, dan kecerahan yang lebih baik dibandingkan dengan lampu CCFL (Cold Cathode Fluorescent Lamp) yang digunakan pada monitor LCD tradisional.

Jadi, meskipun semua monitor LED adalah monitor LCD, tidak semua monitor LCD menggunakan lampu LED. Ada juga monitor LCD yang menggunakan lampu CCFL sebagai sumber cahaya.

Penggunaan

Pencahayaan latar belakang LED berwarna paling umum digunakan pada panel LCD kecil dan murah. Pencahayaan latar belakang LED putih mulai mendominasi. 

Pencahayaan latar belakang ELP sering digunakan untuk tampilan yang lebih besar atau ketika pencahayaan latar belakang yang merata penting; juga dapat berwarna atau putih. ELP harus dihubungkan dengan tegangan AC yang relatif tinggi, yang disediakan oleh rangkaian inverter. 

Pencahayaan latar belakang CCFL digunakan pada tampilan yang lebih besar seperti monitor komputer, dan biasanya berwarna putih; ini juga membutuhkan penggunaan inverter dan difusor. 

Pencahayaan latar belakang pijar digunakan oleh panel LCD awal untuk mencapai kecerahan yang tinggi, namun masa pakai yang terbatas dan panas berlebih yang dihasilkan oleh bola pijar menjadi keterbatasan yang serius. Panas yang dihasilkan oleh bola pijar biasanya menyebabkan bola harus dipasang jauh dari tampilan untuk mencegah kerusakan.

CCFL Backlight

Selama beberapa tahun (hingga sekitar tahun 2010), pencahayaan latar belakang yang disukai untuk panel LCD besar dengan sistem alamat matriks seperti pada monitor dan TV adalah berdasarkan lampu fluorensen katoda dingin (CCFL) dengan menggunakan dua CCFL pada tepi berlawanan dari LCD atau dengan susunan CCFL di belakang LCD.

Namun, karena kekurangan dalam perbandingan dengan pencahayaan LED (tegangan dan daya yang lebih tinggi dibutuhkan, desain panel yang lebih tebal, tidak ada pengendalian cepat, penuaan yang lebih cepat), pencahayaan latar belakang LED menjadi lebih populer.

LED Backlight

Pencahayaan latar belakang LED pada layar berwarna memiliki dua variasi: pencahayaan latar belakang LED putih dan pencahayaan latar belakang LED RGB. 

LED putih digunakan paling sering pada notebook dan layar desktop, dan hampir semua layar LCD pada perangkat mobile. LED putih umumnya merupakan LED biru dengan fosfor kuning spektrum lebar untuk menghasilkan cahaya putih. Namun, karena puncak kurva spektral berada pada warna kuning, ini tidak cocok dengan puncak transmisi filter warna merah dan hijau pada LCD. Hal ini menyebabkan warna merah dan hijau berpindah ke arah kuning, mengurangi rentang warna tampilan. 

LED RGB terdiri dari LED merah, biru, dan hijau, dan dapat dikendalikan untuk menghasilkan suhu warna putih yang berbeda. LED RGB untuk pencahayaan latar belakang dapat ditemukan pada tampilan proofing warna kelas atas seperti monitor HP DreamColor LP2480zx atau notebook HP EliteBook tertentu, serta tampilan konsumer terbaru seperti laptop seri Studio dari Dell yang memiliki layar LED RGB opsional.

LED RGB dapat memberikan rentang warna yang luas pada layar. Dengan menggunakan tiga LED terpisah (warna aditif), pencahayaan latar belakang dapat menghasilkan spektrum warna yang sangat cocok dengan filter warna pada piksel LCD itu sendiri. Dengan cara ini, jalur pita lewat filter dapat dipersempit sehingga setiap komponen warna hanya membiarkan pita spektrum yang sangat sempit melalui LCD. Ini meningkatkan efisiensi tampilan karena lebih sedikit cahaya yang diblokir saat menampilkan warna putih. Selain itu, titik merah, hijau, dan biru sebenarnya dapat dipindahkan lebih jauh sehingga tampilan mampu mereproduksi warna yang lebih hidup.

Metode baru untuk lebih meningkatkan rentang warna dari panel LCD dengan pencahayaan latar belakang LED didasarkan pada LED biru (seperti GaN) yang menerangi lapisan fosfor nanokristal, yang disebut Quantum Dots (QD), yang mengubah panjang gelombang biru menjadi warna hijau dan merah sempit bandwidth yang diinginkan untuk pencahayaan optimal dari belakang LCD. 

Produsen, Nanosys, mengklaim bahwa keluaran warna dari dot dapat disesuaikan secara presisi dengan mengontrol ukuran nanokristal. Perusahaan lain yang mengembangkan metode ini adalah Nanoco Group PLC (UK), QD Vision, 3M sebagai lisensi dari Nanosys, dan Avantama dari Swiss. 

Sony telah mengadaptasi teknologi Quantum Dot dari perusahaan AS QD Vision untuk memperkenalkan TV LCD dengan pencahayaan latar belakang LED edge-lit yang ditingkatkan yang dipasarkan dengan nama Triluminos pada tahun 2013. Dengan LED biru dan nanokristal yang dioptimalkan untuk warna hijau dan merah di depannya, cahaya putih yang dihasilkan memungkinkan rentang warna yang setara atau lebih baik daripada set LED RGB yang lebih mahal. 

Pada Consumer Electronics Show 2015, Samsung Electronics, LG Electronics, TCL Corporation dari China, dan Sony menampilkan pencahayaan latar belakang LED yang ditingkatkan dengan QD pada TV LCD.

Pencahayaan latar belakang CCFL juga telah mengalami peningkatan dalam hal ini. Banyak model LCD, mulai dari layar TN murah hingga panel S-IPS atau S-PVA untuk proofing warna, menggunakan CCFL wide gamut yang mewakili lebih dari 95% spesifikasi warna NTSC.

Terdapat beberapa tantangan dengan pencahayaan latar belakang LED. 

Keseragaman sulit dicapai, terutama karena LED mengalami penuaan dengan tingkat yang berbeda-beda. Selain itu, penggunaan tiga sumber cahaya terpisah untuk warna merah, hijau, dan biru berarti titik putih tampilan dapat berubah saat LED mengalami penuaan dengan tingkat yang berbeda; LED putih juga terpengaruh oleh fenomena ini, dengan perubahan suhu yang mencapai beberapa ratus kelvin. LED putih juga mengalami pergeseran kebiruan pada suhu yang lebih tinggi, berkisar antara 3141K hingga 3222K untuk suhu 10 °C hingga 80 °C.

Efisiensi daya juga dapat menjadi tantangan; implementasi generasi pertama dapat menggunakan daya yang lebih tinggi daripada pencahayaan CCFL, meskipun mungkin ada kemungkinan tampilan LED lebih efisien dalam penggunaan daya.

Pada tahun 2010, tampilan LED generasi saat ini dapat memiliki keunggulan konsumsi daya yang signifikan. Misalnya, versi non-LED dari layar konsumen Benq G2420HDB 24" memiliki konsumsi daya 49W dibandingkan dengan versi LED dari layar yang sama (G2420HDBL) yang memiliki konsumsi daya 24W.

Penyebaran Cahaya (Diffuser)

Untuk menciptakan pencahayaan yang merata pada pencahayaan latar belakang non-ELP, yang sangat penting untuk tampilan, cahaya pertama kali melewati pemandu cahaya (light guide plate, LGP) - lapisan plastik yang dirancang khusus untuk menyebar cahaya melalui serangkaian tonjolan yang tidak teratur. Kepadatan tonjolan meningkat seiring jarak dari sumber cahaya sesuai dengan persamaan difusi. Cahaya yang tersebar kemudian bergerak ke sisi-sisi difuser; sisi depan menghadap panel LCD sebenarnya, sisi belakang memiliki reflektor untuk mengarahkan cahaya yang sebaliknya terbuang kembali ke panel LCD. Reflektor terkadang terbuat dari foil aluminium atau permukaan berpigmen putih sederhana.

Polarizer Reflektif

Sistem pencahayaan latar belakang LCD menjadi sangat efisien dengan menerapkan film optik seperti struktur prisma untuk mengarahkan cahaya ke arah pandangan yang diinginkan, dan film polarisasi reflektif yang mendaur ulang cahaya terpolarisasi yang sebelumnya diserap oleh polarizer pertama pada LCD (ditemukan oleh peneliti Philips Adrianus de Vaan dan Paulus Schaareman), umumnya dicapai dengan menggunakan film DBEF yang diproduksi dan dipasok oleh 3M. Polarizer ini terdiri dari tumpukan besar film birefringent yang terorientasi uniaxial yang mencerminkan mode polarisasi cahaya yang sebelumnya diserap. Polarizer reflektif semacam itu yang menggunakan kristal cair terpolimerisasi yang terorientasi uniaxial (polimer birefringent atau lem birefringent) ditemukan pada tahun 1989 oleh peneliti Philips Dirk Broer, Adrianus de Vaan, dan Joerg Brambring. Kombinasi polarizer reflektif tersebut dan pengendalian pencahayaan latar belakang LED dinamis membuat televisi LCD saat ini jauh lebih efisien dibandingkan dengan set CRT, menghasilkan penghematan energi global sebesar 600 TWh (2017), setara dengan 10% dari konsumsi listrik seluruh rumah tangga di seluruh dunia atau setara dengan dua kali produksi energi seluruh sel surya di dunia.

Konsumsi Daya

Perkembangan standar energi dan harapan publik yang meningkat terkait konsumsi daya membuat sistem pencahayaan latar belakang harus mengelola daya mereka. Seperti produk elektronik konsumen lainnya (misalnya, lemari es atau bola lampu), kategori konsumsi energi diterapkan untuk televisi. Standar untuk rating daya untuk televisi telah diperkenalkan, misalnya, di Amerika Serikat, Uni Eropa, Australia, serta di Tiongkok. Selain itu, sebuah studi pada tahun 2008 menunjukkan bahwa di antara negara-negara Eropa, konsumsi daya adalah salah satu kriteria yang paling penting bagi konsumen saat memilih televisi, sebagaimana pentingnya ukuran layar.

Sumber: Wikipedia.