آشنایی با  تکنولوژی صفحات LCD

پیشرفت‌های تکنولوژیکی یکی پس از دیگری راه را برای بهبود کیفیت زندگی باز می‌کنند. فناوری‌هایی که روز به روز به تعداد و انواع آنها افزوده می‌شوند همگی یک هدف را دنبال می‌کنند: رفاه و راحتی بیشتر .

نام LCD را حتما شنیده‌اید. نوع جدید از فناوری که هر روزه بر استفاده بهینه آن افزوده می‌شود، مانیتورها، ساعت‌های دیجیتالی، اجاق‌های مایکروویو، دستگاه‌های پخش سی‌دی، دماسنج‌ها و دستگاه‌های الکترونیکی فراوان دیگر از بی‌شمار نمونه‌های کاربرد این نوع صفحات هستند. بد نیست در مورد آنها به زبانی ساده بیشتر بدانیم، اینکه LCD چیست؟ چگونه ساخته می‌شود و انواع آن کدام است.

● LCD چیست؟
LCD مخفف کلمه Liquid Crystal Display به معنای «صفحه کریستال مایع» است. کریستال‌های مایع اولین بار در سال 1888 توسط یک گیاه‌شناس اتریشی به نام فردریک رینیتزر (Friedrinch Rreinitzer) کشف شد. وی با تحقیقات و آزمایشات خود اثبات کرد زمانی که ماده کلستریل (اسید بنزوئیک کلستریل) ذوب می‌شود در ابتدا یک مایع تیره تشکیل شده و سپس در صورتی که درجه حرارت بالا‌ رود، روشن‌تر می‌شود. در نهایت پس از خنک کردن، این مایع و قبل از تبلور نهایی به رنگ آبی تبدیل می‌شود.

از آن زمان بود که ایده استفاده از کریستال مایع برای ساخت صفحات نمایش به ذهن دانشمندان و متخصصین افتاد. ساخت اولین صفحات نمایش کریستال مایع به سال 1968 باز‌می‌گردد. از آن هنگام سازندگان LCD گونه‌های ماهرانه و جالبی از این وسیله را به لحاظ تکنولوژیکی توسعه دادند و LCD ها را از لحاظ تکنیکی به سطح بالا‌یی رساندند و روند رو به رشد تکنولوژی ساخت این وسیله همچنان رو به فزونی است. شرکت IBM برای اولین بار در سال 1981 مانیتورهای (CGA (Color Graphic Adapte را معرفی کرد.

مانیتورهای فوق قادر به نمایش چهار رنگ با وضوح تصویر 320 پیکسل افقی و 200 پیکسل عمودی بودند.
این شرکت در ادامه فعالیت‌های خود در سال 1984 مانیتورهای EGA یا Enhanced Graphiv Adapter را به بازار عرضه کرد. این نوع از نمایشگرها قادر به نمایش شانزده رنگ و وضوح تصویر 350 * 640 بودند.

اما IBM همچنان به تلا‌ش خود ادامه داد تا اینکه در سال 1987 سیستم (VGA) Video Graphiv Array را معرفی کرد. مانیتورهای VGA قادر به نمایش 256 رنگ و وضوح تصویر 600 * 800 بودند. اما سه سال بعد یعنی در سال 1990 سیستم (XGA (Extended Graphics Array معرفی شد. سیستم فوق با وضوح تصویر 600*800 قادر به ارائه 8/ 16 میلیون رنگ و با وضوح تصویر 768 * 1024 قادر به نمایش 65536 رنگ بود. اغلب صفحات نمایشگرهایی که امروزه در سطح جهان عرضه می‌گردند از استاندارد (UXGA (Ultra Extended Graphics Array استفاده می‌کنند.

استاندارد UXGA قادر به ارائه 8/16 میلیون رنگ با وضوح تصویر 1200*1600 پیکسل است. در مانیتور LCD تصویر از تعداد زیاد و معینی از سلول‌های مستطیل تک‌رنگ حاوی کریستال مایع تشکیل می‌شود. واحد کامل رنگی در مانیتور LCD پیکسل نام دارد و مربعی به ابعاد تقریبی 3/0 در 3/0 میلیمتر است. هر پیکسل از 3 مستطیل رنگی سرخ، سبز، آبی RGB به ابعاد تقریبی 1/0 در 3/0 میلیمتر تشکیل شده است. خاصیت کریستال مایع این است که در اثر اعمال ولتاژ، نور پلا‌ریزه رنگی عبوری را به تناسب ولتاژ تضعیف می‌کند.

 ترکیب 3 ولتاژ مستقل که به سه مستطیلR وG وB می‌رود، می‌تواند 16 میلیون رنگ را نشان دهد. تحقیقات نشان داده است مولکول‌های کریستال میزان متوسطی از گرما را دریافت می‌کنند تا یک ماده مناسب را از یک حالت جامد به کریستال مایع تبدیل کنند و فقط مقدار بیشتری گرما را برای تبدیل همان کریستال مایع به حالت مایع واقعی دریافت می‌کنند.


● نحوه تشکیل صفحات LCD
برای ساخت LCD دو شیشه پلا‌روید را با 90 درجه اختلا‌ف نسبت به یکدیگر قرار می‌دهند و یک کریستال مایع بین آنها می‌گذارند. در نمایشگرهای LCD ماده‌ای رسانا و شفاف رو یک سطح صاف شیشه‌ای قرار می‌گیرد و سپس یک لا‌یه ارگانیک روی آن را می‌پوشاند. پس از آن دومین لا‌یه رسانا روی این دو لا‌یه قرار می‌گیرد. با برقرار کردن جریان الکتریکی در دو لا‌یه رسانا، میان این دو لا‌یه، میدان الکتریکی به وجود می‌آید و لا‌یه ارگانیک در اثر آن نورانی می‌شود.

در این تکنولوژی اصول کار بر پایه جابه‌جایی الکترون‌ها و حفره‌ها است که در اثر میدان الکتریکی حرکت کرده و هنگام برخورد به یکدیگر انرژی آزاد می‌کنند. در مانیتورها و تلویزیون‌های معمولی برای دیده شدن تصویر، وجود یک منبع نور در پشت نمایشگر لا‌زم است و هر یک از پیکسل‌ها در صفحه به نوری که از پشت می‌رسد یا اجازه عبور می‌دهند یا جلوی آن را می‌گیرند. میان منبع نور و پیکسل‌های صفحه یک لا‌یه پولا‌ریزه‌کننده نور وجود دارد. روی این لا‌یه، دومین لا‌یه از جنس کریستال مایع قرار می‌گیرد که کارکردی مانند دیافراگم دارد.

از آنجا که در نمایشگرهای معمولی کریستال‌ها باید به طور فیزیکی حرکت کنند، سرعت واکنش در این نمایشگرها پایین است و نیز دارای زاویه دید محدودی هستند. اما نمایشگرهایLCD این مشکلا‌ت را ندارند. این نمایشگرها به منبع نور نیاز نداشته و محدودیت زاویه دید در آنها بسیار کمتر است. همچنین با مصرف انرژی کمتر، دقت تصویر بهتری دارند. همچنین تصاویر متحرک روی این نمایشگر با کیفیت بهتری به نمایش درمی‌آیند زیرا سرعت واکنش در آنها بسیار بالا‌ ست، یعنی چیزی کمتر از 8 میلی ثانیه.

در حال حاضر بزرگترین اشکال نمایشگرهای LCD عمر کوتاه آنها است که آن هم درحدود شش هزار ساعت است. این در حالی است که عمر نمایشگرهای معمولی به سی هزار ساعت می‌رسد. از طرف دیگر با وجود عایق‌بندی محکم این نمایشگرها، سه ماده مخصوص که برای ایجاد رنگ‌های اصلی قرمز، سبز و آبی در آن به کار می‌رود به سرعت فاسد می‌شوند.


● انواع صفحات LCD
دو نوع LCD در رایانه وجود دارد، ماتریس غیرفعال و ماتریس فعال. ماتریس غیرفعال از یک شبکه ساده برای تامین شارژ پیکسل‌های موجود روی نمایشگر استفاده می‌کنند. ایجاد شبکه درواقع یک مرحله پردازش است که با دو لا‌یه شفاف آغاز می‌شود. به یکی از این لا‌یه‌ها ستون‌ها و به دیگری ردیف‌هایی واگذار می‌شود که از مواد هادی و شفاف ساخته می‌شوند که معمولا‌ از جنس اکسید قلع هستند. ستون‌ها و ردیف‌ها به مدارهای مجتمع IC ها، مرتبط می‌شوند و زمانی که شارژ از ستون یا سطر خارج شود، این مدارها، کنترل خواهد شد. مواد کریستال مایع مابین دو لا‌یه شفاف قرار خواهد گرفت، یک فیلم قطبیده به بخش خارجی از هر یک از این لا‌یه اضافه می‌شود.

سادگی سیستم ماتریس غیرفعال جالب است اما نواقصی نیز به همراه دارد، از جمله زمان پاسخ کوتاه و کنترل ولتاژ بدون دقت. کنترل ولتاژ با عدم دقت از توانایی ماتریس غیرفعال جلوگیری می‌کند و در یک زمان تنها بر یک پیکسل تاثیر می‌گذارد. زمانی که ولتاژ برای از هم باز کردن یک پیکس به کار گرفته می‌شود، پیکس‌های اطراف آن نیز تا حدی از هم باز می‌شود که باعث می‌شود تصاویر تار به نظر آید و کنتراست خود را از دست بدهد. LCD های ماتریس فعال به TFT ها وابسته هستند. اساسا TFT ها ترانزیستورها و خازن‌های کوچک سوئیچ شونده هستند. آنها در یک ماتریس و روی یک لا‌یه شفاف مرتب می‌شوند.

برای آدرس‌دهی یک پیکسل، ردیف مناسب سوییچ می‌شود و سپس شارژ به ستون اصلی ارسال می‌شود. خازن قادر به نگهداری شارژ تا به دوره تازه‌سازی بعدی است. اگر دقیقا مقدار ولتاژی که برای یک کریستال تامین می‌شود، کنترل گردد، خواهید توانست آن را از هم باز کنید. بیشتر نمایشگرهای امروزی در هر پیکسل 256 سطح روشنایی پیشنهاد می‌کنند. LCD های کوچک و ارزان غالبا منعکس کننده هستند، یعنی چیزی را که نمایش می‌دهند، بایستی نور را از منابع نور خارجی انعکاس دهند.

به عنوان نمونه در مورد LCD یک ساعت، اعداد بر روی صفحه نمایش داده می‌شود. جایی که الکترودهای کوچک، کریستال‌های مایع را شارژ می‌کنند، بنابراین نور از میان فیلم پلا‌ریزه منتقل نمی‌شود. بیشتر نمایشگرهای کامپیوتر توسط لا‌مپ‌های فلورسنت داخلی، روشنایی تولید می‌کنند. کنار، بالا‌ و یا پشت LCD یک سطح انتشار سفید نور را هدایت کرده و آن را پخش می‌نماید. در این مسیر از میان فیلترها، لا‌یه‌های کریستال مایع و لا‌یه‌های الکترود، مقادیر زیادی از این نور از دست می‌رود.


● نمایشگرهای LCD و پلا‌سما
مطمئنا نام نمایشگر‌های پلا‌سما را شنیده‌اید. نمایشگرهای LCD و پلا‌سما کاملا‌ شبیه یکدیگر بوده و فقط نوع عملکرد آنها متفاوت است. یعنی نمایشگرهای پلا‌سما که بیشتر در تلویزیون‌های Hdtv پیشرفته کاربرد دارند، حرفه‌ای‌تر و پیشرفته‌تر از دیگر نمایشگرها هستند. عملکرد آن به این صورت است که با استفاده از حداکثر سلول‌های تصویری (پیکسل) می‌تواند تصویری واضح‌تر و شفاف‌تر ایجاد کند و از دو لا‌یه شیشه‌ای تشکیل شده است که میان آنها گاز پلا‌سما تزریق می‌کند که باعث ایجاد ولتاژ زیاد و در نتیجه ایجاد شعله ماورای بنفش شده که همین اشعه موجب روشنایی و نمایش تصویر روی صفحه می‌شود. همچنین این گاز پلا‌سما پس از مدت زمانی از بین دو لا‌یه تخلیه می‌شود که با کنترل زمان‌های تخلیه می‌توان کیفیت صفحه نمایش را به شدت افزایش داد. کیفیت صفحه نمایش به نوع تکنولوژی کارخانه سازنده بستگی دارد.

مهم‌ترین مزایای این نمایشگر نسبت به نوع قبلی این است که روشنایی صفحه به شکل کاملا‌ حرفه‌ای کنترل می‌شود تا خستگی چشم بیننده به طور کامل از بین برود. همچنین زاویه دید 180 درجه‌ای ایجاد می‌نماید که می‌توان تصویر را از همه طرف به طور کامل مشاهده کرد، بد نیست بدانید روشنایی صفحه به طور اتوماتیک با روشنایی محیط تطابق پیدا کرده و نسبت به دو نمایشگر قبلی تا 3 برابر روشنایی بیشتری دارد.