نگاهی بر تکنولوژی صفحات LCD

پیشرفت‌های تكنولوژیكی یكی پس از دیگری راه را برای بهبود كیفیت زندگی باز می‌كنند. فناوری‌هایی كه روز به روز به تعداد و انواع آنها افزوده می‌شوند همگی یك هدف را دنبال می‌كنند: رفاه و راحتی بیشتر. نامLCD را حتما شنیده‌اید. نوع جدید از فناوری كه هر روزه بر استفاده بهینه آن افزوده می‌شود، مانتیورها، ساعت‌های دیجیتالی، اجاق‌های مایكروویو، دستگاه‌های پخش سی‌دی، دماسنج‌ها و دستگاه‌های الكترونیكی فراوان دیگر از بی‌شمار نمونه‌های كاربرد این نوع صفحات هستند. بد نیست در مورد آنها به زبانی ساده بیشتر بدانیم، اینكهLCD چیست؟ چگونه ساخته می‌شود و انواع آن كدام است. این مباحث موضوع مقاله گردآوری شده ذیل می‌باشد.
● LCD چیست؟
LCD مخفف كلمهLiquid Crystal Display به معنای «صفحه كریستال مایع» است. كریستال‌های مایع اولین بار در سال ۱۸۸۸ توسط یك گیاه‌شناس اتریشی به نام فردریك رینیتزر(Friedrinch Rreinitzer) كشف شد. وی با تحقیقات و آزمایشات خود اثبات كرد زمانی كه ماده كلستریل (اسید بنزوئیك كلستریل) ذوب می‌شود در ابتدا یك مایع تیره تشكیل شده و سپس در صورتی كه درجه حرارت بالا‌ رود، روشن‌تر می‌شود. در نهایت پس از خنك كردن، این مایع و قبل از تبلور نهایی به رنگ آبی تبدیل می‌شود. از آن زمان بود كه ایده استفاده از كریستال مایع برای ساخت صفحات نمایش به ذهن دانشمندان و متخصصین افتاد. ساخت اولین صفحات نمایش كریستال مایع به سال ۱۹۶۸ باز‌می‌گردد. از آن هنگام سازندگانLCD گونه‌های ماهرانه و جالبی از این وسیله را به لحاظ تكنولوژیكی توسعه دادند وLCD ها را از لحاظ تكنیكی به سطح بالا‌یی رساندند و روند رو به رشد تكنولوژی ساخت این وسیله همچنان رو به فزونی است. شركتIBM برای اولین بار در سال ۱۹۸۱ مانتیورهای(CGA (Color Graphic Adapte را معرفی كرد.
مانتیورهای فوق قادر به نمایش چهار رنگ با وضوح تصویر ۳۲۰ پیكسل افقی و ۲۰۰ پیكسل عمودی بودند. این شركت در ادامه فعالیت‌های خود در سال ۱۹۸۴ مانیتورهای((EGA Enhanced Graphiv Adapter را به بازار عرضه كرد. این نوع از نمایشگرها قادر به نمایش شانزده رنگ و وضوح تصویر ۳۵۰ * ۶۴۰ بودند. اماIBM همچنان به تلا‌ش خود ادامه داد تا اینكه در سال ۱۹۸۷ سیستم(VGA)Video Graphiv Array را معرفی كرد. مانیتورهایVGA قادر به نمایش ۲۵۶ رنگ و وضوح تصویر ۶۰۰ * ۸۰۰ بودند. اما سه سال بعد یعنی در سال ۱۹۹۰ سیستم(XGA (Extended Graphics Array معرفی شد. سیستم فوق با وضوح تصویر ۶۰۰*۸۰۰ قادر به ارائه ۸/ ۱۶ میلیون رنگ و با وضوح تصویر ۷۶۸ * ۱۰۲۴ قادر به نمایش ۶۵۵۳۶ رنگ بود. اغلب صفحات نمایشگرهایی كه امروزه در سطح جهان عرضه می‌گردند از استاندارد(UXGA (Ultra Extended Graphics Array استفاده می‌كنند. استانداردUXGA قادر به ارائه ۸/۱۶ میلیون رنگ با وضوح تصویر ۱۲۰۰*۱۶۰۰ پیكسل است. در مانیتورLCD تصویر از تعداد زیاد و معینی از سلول‌های مستطیل تك‌رنگ حاوی كریستال مایع تشكیل می‌شود. واحد كامل رنگی در مانیتورLCD پیكسل نام دارد و مربعی به ابعاد تقریبی ۳/۰ در ۳/۰ میلیمتر است. هر پیكسل از ۳ مستطیل رنگی سرخ، سبز، آبیRGB به ابعاد تقریبی ۱/۰ در ۳/۰ میلیمتر تشكیل شده است. خاصیت كریستال مایع این است كه در اثر اعمال ولتاژ، نور پلا‌ریزه رنگی عبوری را به تناسب ولتاژ تضعیف می‌كند.
تركیب ۳ ولتاژ مستقل كه به سه مستطیلR وG وB می‌رود، می‌تواند ۱۶ میلیون رنگ را نشان دهد. تحقیقات نشان داده است مولكول‌های كریستال میزان متوسطی از گرما را دریافت می‌كنند تا یك ماده مناسب را از یك حالت جامد به كریستال مایع تبدیل كنند و فقط مقدار بیشتری گرما را برای تبدیل همان كریستال مایع به حالت مایع واقعی دریافت می‌كنند.
● نحوه تشكیل صفحات LCD
برای ساختLCD دو شیشه پلا‌روید را با ۹۰ درجه اختلا‌ف نسبت به یكدیگر قرار می‌دهند و یك كریستال مایع بین آنها می‌گذارند. در نمایشگرهایLCD ماده‌ای رسانا و شفاف رو یك سطح صاف شیشه‌ای قرار می‌گیرد و سپس یك لا‌یه ارگانیك روی آن را می‌پوشاند. پس از آن دومین لا‌یه رسانا روی این دو لا‌یه قرار می‌گیرد. با برقرار كردن جریان الكتریكی در دو لا‌یه رسانا، میان این دو لا‌یه، میدان الكتریكی به وجود می‌آید و لا‌یه ارگانیك در اثر آن نورانی می‌شود. در این تكنولوژی اصول كار بر پایه جابه‌جایی الكترون‌ها و حفره‌ها است كه در اثر میدان الكتریكی حركت كرده و هنگام برخورد به یكدیگر انرژی آزاد می‌كنند. در مانیتورها و تلویزیون‌های معمولی برای دیده شدن تصویر، وجود یك منبع نور در پشت نمایشگر لا‌زم است و هر یك از پیكسل‌ها در صفحه به نوری كه از پشت می‌رسد یا اجازه عبور می‌دهند یا جلوی آن را می‌گیرند. میان منبع نور و پیكسل‌های صفحه یك لا‌یه پولا‌ریزه‌كننده نور وجود دارد. روی این لا‌یه، دومین لا‌یه از جنس كریستال مایع قرار می‌گیرد كه كاركردی مانند دیافراگم دارد. از آنجا كه در نمایشگرهای معمولی كریستال‌ها باید به طور فیزیكی حركت كنند، سرعت واكنش در این نمایشگرها پایین است و نیز دارای زاویه دید محدودی هستند. اما نمایشگرهایLCD این مشكلا‌ت را ندارند. این نمایشگرها به منبع نور نیاز نداشته و محدودیت زاویه دید در آنها بسیار كمتر است. همچنین با مصرف انرژی كمتر، دقت تصویر بهتری دارند. همچنین تصاویر متحرك روی این نمایشگر با كیفیت بهتری به نمایش درمی‌آیند زیرا سرعت واكنش در آنها بسیار بالا‌ ست، یعنی چیزی كمتر از ۸ میلی ثانیه. در حال حاضر بزرگترین اشكال نمایشگرهایLCD عمر كوتاه آنها است كه آن هم درحدود شش هزار ساعت است. این در حالی است كه عمر نمایشگرهای معمولی به سی هزار ساعت می‌رسد. از طرف دیگر با وجود عایق‌بندی محكم این نمایشگرها، سه ماده مخصوص كه برای ایجاد رنگ‌های اصلی قرمز، سبز و آبی در آن به كار می‌رود به سرعت فاسد می‌شوند.
● انواع صفحات LCD
دو نوعLCD در رایانه وجود دارد، ماتریس غیرفعال و ماتریس فعال. ماتریس غیرفعال از یك شبكه ساده برای تامین شارژ پیكسل‌های موجود روی نمایشگر استفاده می‌كنند. ایجاد شبكه درواقع یك مرحله پردازش است كه با دو لا‌یه شفاف آغاز می‌شود. به یكی از این لا‌یه‌ها ستون‌ها و به دیگری ردیف‌هایی واگذار می‌شود كه از مواد هادی و شفاف ساخته می‌شوند كه معمولا‌ از جنس اكسید قلع هستند. ستون‌ها و ردیف‌ها به مدارهای مجتمعIC ها، مرتبط می‌شوند و زمانی كه شارژ از ستون یا سطر خارج شود، این مدارها، كنترل خواهد شد. مواد كریستال مایع مابین دو لا‌یه شفاف قرار خواهد گرفت، یك فیلم قطبیده به بخش خارجی از هر یك از این لا‌یه اضافه می‌شود. سادگی سیستم ماتریس غیرفعال جالب است اما نواقصی نیز به همراه دارد، از جمله زمان پاسخ كوتاه و كنترل ولتاژ بدون دقت. كنترل ولتاژ با عدم دقت از توانایی ماتریس غیرفعال جلوگیری می‌كند و در یك زمان تنها بر یك پیكسل تاثیر می‌گذارد. زمانی كه ولتاژ برای از هم باز كردن یك پیكس به كار گرفته می‌شود، پیكس‌های اطراف آن نیز تا حدی از هم باز می‌شود كه باعث می‌شود تصاویر تار به نظر آید و كنتراست خود را از دست بدهدLCD.های ماتریس فعال بهTFT ها وابسته هستند. اساساTFT ها ترانزیستورها و خازن‌های كوچك سوئیچ شونده هستند. آنها در یك ماتریس و روی یك لا‌یه شفاف مرتب می‌شوند.
برای آدرس‌دهی یك پیكسل، 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 كه برای یك كریستال تامین می‌شود، كنترل گردد، خواهید توانست آن را از هم باز كنید. بیشتر نمایشگرهای امروزی در هر پیكسل ۲۵۶ سطح روشنایی پیشنهاد می‌كنندLCD .های كوچك و ارزان غالبا منعكس كننده هستند، یعنی چیزی را كه نمایش می‌دهند، بایستی نور را از منابع نور خارجی انعكاس دهند. به عنوان نمونه در موردLCD یك ساعت، اعداد بر روی صفحه نمایش داده می‌شود. جایی كه الكترودهای كوچك، كریستال‌های مایع را شارژ می‌كنند، بنابراین نور از میان فیلم پلا‌ریزه منتقل نمی‌شود. بیشتر نمایشگرهای كامپیوتر توسط لا‌مپ‌های فلورسنت داخلی، روشنایی تولید می‌كنند. كنار، بالا‌ و یا پشتLCD یك سطح انتشار سفید نور را هدایت كرده و آن را پخش می‌نماید. در این مسیر از میان فیلترها، لا‌یه‌های كریستال مایع و لا‌یه‌های الكترود، مقادیر زیادی از این نور از دست می‌رود.
● نمایشگرهایLCD و پلا‌سما
مطمئنا نام نمایشگر‌های پلا‌سما را شنیده‌اید. نمایشگرهایLCD و پلا‌سما كاملا‌ شبیه یكدیگر بوده و فقط نوع عملكرد آنها متفاوت است. یعنی نمایشگرهای پلا‌سما كه بیشتر در تلویزیون‌هایHdtv پیشرفته كاربرد دارند، حرفه‌ای‌تر و پیشرفته‌تر از دیگر نمایشگرها هستند. عملكرد آن به این صورت است كه با استفاده از حداكثر سلول‌های تصویری (پیكسل) می‌تواند تصویری واضح‌تر و شفاف‌تر ایجاد كند و از دو لا‌یه شیشه‌ای تشكیل شده است كه میان آنها گاز پلا‌سما تزریق می‌كند كه باعث ایجاد ولتاژ زیاد و در نتیجه ایجاد شعله ماورای بنفش شده كه همین اشعه موجب روشنایی و نمایش تصویر روی صفحه می‌شود. همچنین این گاز پلا‌سما پس از مدت زمانی از بین دو لا‌یه تخلیه می‌شود كه با كنترل زمان‌های تخلیه می‌توان كیفیت صفحه نمایش را به شدت افزایش داد. كیفیت صفحه نمایش به نوع تكنولوژی كارخانه سازنده بستگی دارد.
مهم‌ترین مزایای این نمایشگر نسبت به نوع قبلی این است كه روشنایی صفحه به شكل كاملا‌ حرفه‌ای كنترل می‌شود تا خستگی چشم بیننده به طور كامل از بین برود. همچنین زاویه دید ۱۸۰ درجه‌ای ایجاد می‌نماید كه می‌توان تصویر را از همه طرف به طور كامل مشاهده كرد، بد نیست بدانید روشنایی صفحه به طور اتوماتیك با روشنایی محیط تطابق پیدا كرده و نسبت به دو نمایشگر قبلی تا ۳ برابر روشنایی بیشتری دارد.

گردآوری: اهدا سلطانعلی‌زاده

منبع : روزنامه حیات نو