طرز کار صفحه نمایش  LCD

Liquid Crystal Display

هر روز، نمایشگرهای کریستال مایع یا LCD را در اطراف خود می بینید؛ از تلفن همراهتان گرفته تا ساعت دیجیتالی یا نمایشگرهای تلویزیون و کامپیوتر.

همه ما در فیزیک خوانده ایم که سه حالت ماده وجود دارد: جامد، مایع و گاز، مولکول های جامد در قید نیروی بین مولکولی هستند و به همین دلیل، با نظم مشخصی، جسمی معمولاً سخت را تشکیل می دهند. در مقابل مولکول های مایع از نیروی جاذبه مولکولی کمتری برخوردار هستند ولی باز هم این نیرو به اندازه ای است که آنها را با هم متحد قرار دهد و مانند گاز آزادانه در محیط، به صورت بی نظم حرکت نکنند. در این میان، بعضی مواد حالتی بین مایع و جامد به خود می گیرند. به این معنی که هم مانند جامد در قید نیروی بین مولکولی هستند و هم مانند مایع به حالت سیال حرکت می کنند. کریستال مایع بیشتر به حالت مایع تمایل دارد تا جامد. با این حال، مقدار گرمایی که برای مایع کردن کریستال جامد نیاز است، تقریباً زیاد می باشد. به همین دلیل است که صفحه نمایش های LCD، در دماهای مختلف رفتار غیرعادی از خود نشان می دهند. با توجه به نوع کریستال، انواع مختلفی از کریستال مایع وجود دارد. نوعی از کریستال مایع که از آن در ساخت LCD استفاده می شود، نسبت به عبور جریان، رفتارهای مختلفی از خود نشان می دهد. یکی از این رفتارها، عبور و گسیل نور از خود است.

کریستال های مایع به دو دسته تقسیم می کنند. نوعی از آنها گرمازا هستند و به تغییرات گرمایی واکنش نشان می دهند. نوع دیگر به تغییرات شیمیایی واکنش نشان می دهند.

نوع اول را نیز از نظر ساختار مولکولی به دو نوع تقسیم می کنند. نوعی که در شکل گیری در محیط به حالت تصادفی به وجود می آید و نوع دیگری که خود، حالت مشخص و آرایش مخصوصی دارد.

شکل گیری نوع دوم، بستگی به اثر یک عامل خارجی دارد. این عامل می تواند یک جریان الکتریکی باشد و یا یک قالب فیزیکی، که کریستال تحت آن شکل گیرد. کریستال مایع، معمولاً حالتی گره مانند به خود می گیرند، ولی با عبور جریان رشته های آنها از یکدیگر باز می شوند و به صورت منظم شکل می گیرند.

به طور کلی، در ساخت LCD چهار موضوع کلی وجود دارد:

• نور می تواند قطبی شود.

• کریستال مایع تمی تواند نور را تغییر و از خود عبور دهد.

• ساختار کریستال مایع با عبور جریان تغییر می کند.

• موادی شفاف وجود دارند که جریان را از خود عبور می دهند.

برای ساخت LCD، ابتدا نیاز به دو شیشه ی قطبی شده (Polarized) داریم. روی طرفی از شیشه که قطبی نشده است، ماده ای پلاستیکی کشیده می شود. این ماده باعث می شود شبکه هایی روی سطح شیشه ایجاد شود. سپس روی این لایه پلاستیکی، لایه ای از کریستال مایع نیز کشیده می شود. شبکه های تشکیل شده از پلاستیک، به کریستال مایع شکل و فرم می دهند. سپس، صفحه های شیشه قطبی شده، که با روکش های پلاستیکی و کریستالی آماده شده اند را در ردیف های عمودی و افقی، در مقابل یکدیگر قرار می دهند.

با عبور نور از هر کدام از لایه ها، سرعت و زاویه لرزش آن تغییر می کند. در انتها، اگر زاویه و جهت گیری نور با شبکه تشکیل شده از پلاستیک، روی صفحه انتهایی مطابق باشد، نور از آن عبور می کند.

همان طور که گفتیم، با القای جریان به کریستال مایع، شکل گره مانند آن باز می شود. در این حالت، نور را در زاویه و جهت گیری متفاوت با خطوط شبکه مانند لایه بیرونی، قرار می دهد و نور را از خود عبور نمی دهد و آن قسمت از کریستال، تاریک تر به نظر می رسد. کریستال مایع به هیچ عنوان از خود نور گسیل نمی کند. به همین دلیل، برای تشکیل تصویر به غیر از القای جریان، نیاز به منبع خارجی نور نیز داریم.

برای درک بهتر این مطلب به یک ساعت دیجیتالی نگاه کنید. قسمتی از صفحه که اعداد در آن نمایش داده نمی شوند، روشن است. این نوع صفحه های LCD معمولاً دارای منبع نور خارجی نیستند و تنها نور محیط را بازتاب می دهند. سپس با القای جریان در کریستال مایع از انعکاس نور در قسمتی که می خواهیم آن را نمایش دهیم، جلوگیری می کنیم و به جای ایجاد تصویر با روشن کردن، یا خاموش کردن مناطقی از صفحه ای روشن، تصاویر را نمایش می دهیم.

این نوع LCDها برای صفحه نمایش هایی مناسب هستند که تصاویری مشخص را همواره نشان می دهند. صفحه های هفت قسمتی یا 7Segments، مثال مناسبی برای این نوع است.

در LCDهای رنگی از نوعی نور فلورسنت استفاده می شود و صفحه ای گسترده از این نوع لامپ، نور را به طور مساوی می تاباند تا از متناسب بودن تصویر اطمینان حاصل شود.

LCDهای ماتریسی نیز نوع دیگری از نمایشگرهای LCD هستند. برای ساخت اینگونه LCDها، از دو لایه شیشه ای استفاده می شود. به یکی از این شیشه ها ردیف و به دیگری یک سطرها متصل می شوند. هر سطر به یک مدار مجتمع متصل می شود و هر کدام، از نوعی ماده شفاف رسانا ساخته شده است. به این ترتیب، با فرستادن جریان به هر پیکسل، کریستال مایع از هم باز می شود و نور را عبور نمی دهد. این نوع LCD مشکلات بزرگی از جمله زمان طولانی برای پاسخ دارد.

صفحه نمایش هایی که تصاویر رنگی را نشان می دهند، دارای سه زیر- پیکسل سبز، آبی و قرمز هستند. برای ساخت هر پیکسل، یک IC و یک خازن نیاز است. برای یک کامپیوتر کیفی که LCD آن 768×1024 پیکسل دارد، 296,359,2 خازن و IC استفاده است[2359296=3×(768×1024)]. مشکلی که در این میان رخ می دهد این است که اگر تنها یکی از ترانزیستورها و یا خازن ها به صورت دقیق کار نکنند قسمتی از صفحه از کار می افتد و تاریک است. با فراگیر شدن به کارگیری LCD در ابعاد بزرگ تر و پیکسل بیشتر، شانس داشتن ترانزیستورها و خازن های معیوب بیشتر می شود، و سازندگان هم اکنون به دنبال رفع این گونه مشکلات و رسیدن به پیکسل های بیشتر و بالا بردن دقت و کیفیت نمایشگرهای LCD هستند.

برگرفته از ماهنامه وب

تنظیم برای تبیان: فاطمه مجدآبادی