LCD بناء
يتكون كل بكسل من شاشة LCD من الأجزاء التالية: طبقة من الجزيئات البلورية السائلة معلقة بين قطبيين شفافين (أكسيد القصدير الإنديوم) ، واثنين من المرشحات الاستقطابية مع اتجاهات الاستقطاب عموديًا على بعضها البعض في الخارج. إذا لم يكن هناك بلورة سائلة بين الأقطاب الكهربائية ، فإن اتجاه استقطاب الضوء الذي يمر عبر أحد المرشحات الاستقطابية سيكون عموديًا تمامًا على مرشح الاستقطاب الثاني ، لذلك يتم حظره تمامًا. ومع ذلك ، إذا تم تدوير اتجاه استقطاب الضوء الذي يمر عبر مرشح استقطاب واحد بواسطة البلورة السائلة ، فيمكن أن يمر عبر مرشح الاستقطاب الآخر. يمكن التحكم في دوران اتجاه الاستقطاب للضوء عن طريق البلورة السائلة عن طريق حقل إلكتروستاتيكي ، وبالتالي تحقيق التحكم في الضوء.
جزيئات البلورة السائلة عرضة للغاية لتأثير الحقول الكهربائية الخارجية وتوليد رسوم مستحثة. عندما تتم إضافة كمية صغيرة من الشحن إلى القطب الشفاف لكل بكسل أو بكسل فرعي لإنشاء مجال كهربائي ، سيتم إحداث جزيئات البلورة السائلة بواسطة هذا المجال الإلكتروستاتي الترتيب الدوراني الأصلي للجزيئات البلورية السائلة ، وبالتالي تغيير سعة الدوران للضوء يمر. قم بتغيير زاوية معينة بحيث يمكن أن تمر عبر مرشح الاستقطاب.
قبل إضافة الشحن إلى القطب الشفاف ، يتم تحديد ترتيب جزيئات البلورة السائلة بترتيب سطح القطب ، ويمكن استخدام السطح الكيميائي للقطب كبذور بلورية. في البلورة السائلة الأكثر شيوعًا ، يتم ترتيب الأقطاب العلوية والسفلية للبلورة السائلة رأسياً. يتم ترتيب جزيئات البلورة السائلة في دوامة ، ويتم تدوير اتجاه استقطاب الضوء الذي يمر عبر مرشح الاستقطاب بعد المرور عبر الشريحة السائلة ، بحيث يمكن أن يمر عبر مستقطب آخر. في هذه العملية ، يتم حظر جزء صغير من الضوء بواسطة المستقطب ويبدو رماديًا من الخارج. بعد إضافة الشحنة إلى القطب الشفاف ، سيتم ترتيب جزيئات البلورة السائلة بالكامل تقريبًا بالتوازي على طول اتجاه المجال الكهربائي ، وبالتالي فإن اتجاه الاستقطاب للضوء الذي يمر عبر مرشح الاستقطاب لا يدور ، لذلك يكون الضوء تمامًا محظور. في هذا الوقت ، تبدو البيكسل أسود. عن طريق التحكم في الجهد ، يمكن التحكم في درجة تشويه ترتيب جزيئات البلورة السائلة لتحقيق رماديات مختلفة.
تتحول بعض شاشات LCD إلى اللون الأسود عندما تتعرض للتيار المتناوب ، مما يدمر التأثير الحلزوني للبلورة السائلة. عند إيقاف تشغيل التيار ، يصبح شاشة LCD أكثر إشراقًا أو شفافة. تم العثور على هذا النوع من شاشة LCD عادة على أجهزة الكمبيوتر المحمولة وشاشات LCD الرخيصة. هناك نوع آخر من شاشة LCD المستخدمة بشكل شائع على شاشات LCD عالية الدقة أو أجهزة تلفزيون LCD الكبيرة هو أنه عند إيقاف تشغيل الطاقة ، يكون شاشة LCD غير شفافة.
من أجل توفير الطاقة ، تستخدم LCD طريقة تعدد الإرسال. في وضع التعدد ، يتم توصيل الأقطاب الكهربائية في أحد الأطراف في مجموعات ، كل مجموعة من الأقطاب الكهربائية متصلة بمصدر طاقة ، وترتبط الأقطاب في الطرف الآخر أيضًا في مجموعات ، كل مجموعة متصلة بالطرف الآخر من الطاقة إمداد. يضمن تصميم التجميع أن يتم التحكم في كل بكسل بواسطة مصدر طاقة مستقل. يتحكم الجهاز الإلكتروني أو البرنامج الذي يقود الجهاز الإلكتروني في عرض البكسل عن طريق التحكم في تسلسل تشغيل/إيقاف تشغيل إمدادات الطاقة.
تتضمن مؤشرات اختبار LCDs الجوانب المهمة التالية: حجم العرض ، ووقت الاستجابة (معدل المزامنة) ، ونوع الصفيف (النشط والسلبي) ، وزاوية المشاهدة ، والألوان المدعومة ، والسطوع والتباين ، والدقة ونسبة العرض إلى جانب الشاشة ، وواجهة الإدخال (مثل كواجهة مرئية ومجموعة عرض الفيديو).
تاريخ موجز
في عام 1888 ، اكتشف الكيميائي النمساوي فريدريش راينزر بلورات سائلة وخصائصها الفيزيائية الخاصة.
استندت شاشة LCD التشغيلية الأولى إلى وضع الانتثار الديناميكي (DSM) ، الذي طوره فريق بقيادة جورج هيلمان في RCA. أسس Hellmann Optech ، التي طورت مجموعة من شاشات LCD بناءً على هذه التكنولوجيا.
في ديسمبر 1970 ، تم براءة اختراع التأثير الميداني الملتوي للبلورات السائلة في سويسرا من قبل Sint و Helfrich في المختبرات المركزية Hoffmann-le Roque. ومع ذلك ، في العام السابق ، في عام 1969 ، اكتشف جيمس فيرجسون التأثير الميداني الملتوي للبلورات السائلة في جامعة ولاية كينت في أوهايو ، الولايات المتحدة الأمريكية ، وسجل نفس براءة الاختراع في الولايات المتحدة في فبراير 1971. في عام 1971 ، شركته (Ilixco أنتجت شاشة LCD الأولى بناءً على هذه الخاصية ، والتي حلت محل LCD من نوع DSM السفلي. لم يكن حتى عام 1985 أن هذا الاكتشاف أصبح قابلاً للتطبيق تجاريًا. في عام 1973 ، استخدمتها شركة Sharp في اليابان لأول مرة لعرض شاشات شاشات رقمية للحساب الإلكتروني. في 2010 ، أصبحت شاشات LCD أجهزة العرض الرئيسية لجميع أجهزة الكمبيوتر.
مبدأ العرض
بدون الجهد ، سوف يتحرك الضوء على طول الفجوة بين جزيئات البلورة السائلة ويدور 90 درجة ، لذلك يمكن أن يمر الضوء. ولكن بعد إضافة الجهد ، يتحرك الضوء مباشرة على طول الفجوة بين جزيئات البلورة السائلة ، لذلك يتم حظر الضوء بواسطة المرشح.
الكريستال السائل عبارة عن مادة ذات خصائص التدفق ، لذلك هناك حاجة فقط إلى قوة خارجية صغيرة جدًا لجعل جزيئات البلورة السائلة تتحرك. مع أخذ البلورة السائلة الأكثر شيوعًا على سبيل المثال ، يمكن أن تتحول جزيئات البلورة السائلة بسهولة عن طريق عمل المجال الكهربائي. نظرًا لأن المحور البصري للبلورة السائلة يتسق تمامًا مع محوره الجزيئي ، يمكن أن ينتج عنه تأثيرات بصرية. عندما تتم إزالة الحقل الكهربائي المطبقة على البلورة السائلة ويختفي ، ستستخدم البلورة السائلة مرونتها ولزوجتها ، وستعود جزيئات البلورة السائلة بسرعة إلى الحالة الأصلية قبل تطبيق المجال الكهربائي.
عروض ترحيل وعاكسة
يمكن أن تكون LCDs إما عبر أو عاكسة ، اعتمادًا على مكان وضع مصدر الضوء.
يتم إلقاء الضوء على LCDs transmissive بواسطة مصدر للضوء خلف الشاشة ، ويتم مشاهدته من الجانب الآخر (أمام) على الشاشة. يتم استخدام هذا النوع من شاشة LCD في التطبيقات التي تتطلب سطوعًا عالٍ ، مثل شاشات الكمبيوتر ، PDAs ، والهواتف المحمولة. غالبًا ما تستهلك الإضاءة المستخدمة لإلقاء الضوء على شاشة LCD قوة أكثر من شاشة LCD نفسها.
LCDs العاكسة ، التي توجد عادة في الساعات الإلكترونية والحساب ، (في بعض الأحيان) تضيء الشاشة عن طريق عكس الضوء الخارجي للخلف من سطح عاكس منتشر خلف شاشة LCD. يحتوي هذا النوع من شاشة LCD على نسبة تباين أعلى لأن الضوء يمر عبر البلورة السائلة مرتين ، لذلك يتم قطعه مرتين. عدم استخدام جهاز الإضاءة يقلل بشكل كبير من استهلاك الطاقة ، لذلك تستمر الأجهزة التي تعمل بالطاقة البطارية لفترة أطول. نظرًا لأن LCDs العاكسة الصغيرة تستهلك القليل جدًا من القوة التي تكفيها الصواريخ الكافية لتشغيلها ، فغالبًا ما يتم استخدامها في حاسبة الجيب.
يمكن استخدام LCDs transpluction كإما عبر أو عاكسة. عندما يكون هناك الكثير من الضوء الخارجي ، تعمل شاشة LCD كنوع عاكسة ، وعندما يكون هناك ضوء خارجي أقل ، يمكن أن يعمل كنوع من النقل.
عرض اللون
تقنية LCD أيضًا تغير السطوع بناءً على حجم الجهد. يعتمد اللون الذي يعرضه كل عنصر فرعي LCD على برنامج فحص الألوان. نظرًا لأن البلورة السائلة نفسها لا تحتوي على لون ، يتم استخدام مرشحات الألوان لإنتاج ألوان مختلفة بدلاً من العناصر الفرعية. يمكن للعنصر الفرعي ضبط المقياس الرمادي فقط عن طريق التحكم في شدة الضوء الذي يمر عبر. لا تستخدم سوى عدد قليل من شاشات المصفوفة النشطة التحكم في الإشارة التناظرية ، ومعظمهم يستخدمون تقنية التحكم في الإشارة الرقمية. تستخدم معظم شاشات LCD التي يتم التحكم فيها رقميًا وحدات تحكم ثمانية بت ، والتي يمكن أن تنتج 256 مستوى من رمادي. يمكن أن يعرض كل عنصر فرعي 256 مستوى ، بحيث يمكنك الحصول على 2563 لونًا ، ويمكن لكل عنصر إظهار 16،777،216 لونًا. نظرًا لأن العين البشرية لا تشعر بالسطوع خطيًا ، والعين البشرية أكثر حساسية لتغيرات السطوع المنخفضة ، فإن هذا {11}} اللوني لا يمكن أن تلبي المتطلبات المثالية تمامًا. يستخدم المهندسون تنظيم جهد النبض لجعل تغييرات اللون تبدو أكثر اتساقًا.
في LCD ملون ، يتم تقسيم كل بكسل إلى ثلاث وحدات ، أو بكسل فرعي ، ويتم وضع علامة على المرشحات الإضافية باللون الأحمر والأخضر والأزرق على التوالي. يمكن التحكم في البكسلات الفرعية الثلاثة بشكل مستقل ، مما يؤدي إلى الآلاف أو حتى ملايين الألوان للبكسل المقابل. تستخدم CRTs القديمة نفس الطريقة لعرض الألوان. اعتمادًا على الحاجة ، يتم ترتيب مكونات اللون وفقًا لمادة هندسة بكسل مختلفة.
المصفوفات النشطة والسلبية
شاشة بلورية سائلة موجودة عادة في الساعات الإلكترونية وأجهزة الكمبيوتر التي تتكون من عدد صغير من الأجزاء ، ولكل منها ملامسة قطب واحد. توفر الدائرة المخصصة الخارجية رسومًا لكل وحدة تحكم ، والتي يمكن أن تكون مرهقة مع المزيد من وحدات العرض (مثل شاشات الكريستال السائل). عروض بلورة سائلة سلبية للعروض أحادية اللون ، مثل تلك الموجودة على شاشات الكمبيوتر المحمولة الأقدم ، تستخدم NEMATIC الملتوية الفائقة (STN) أو تقنية NEMATAT (DSTN) الملتوية ذات الطبقات المزدوجة (DSTN).
يحتوي كل صف أو عمود على الشاشة على دائرة مستقلة ، ويتم تحديد موضع كل بكسل أيضًا بواسطة صف وعمود. يُطلق على هذا النوع من العرض "صفيف سلبي" لأن كل بكسل يجب أن يتذكر حالته الخاصة قبل التحديث. في هذا الوقت ، لا يوجد لدى كل بكسل إمدادات رسوم مستقرة. مع زيادة عدد وحدات البكسل ، سيزداد العدد النسبي للصفوف والأعمدة أيضًا ، وتصبح طريقة العرض هذه أكثر صعوبة في الاستخدام. تتميز LCDs المصنوعة من المصفوفات السلبية بأوقات استجابة بطيئة للغاية وتناقض منخفض.
تعتبر شاشات الألوان عالية الدقة الحالية ، مثل شاشات الكمبيوتر أو أجهزة التلفزيون ، صفائف نشطة. تتم إضافة شاشات الكريستال السائل في الأغشية الرقيقة إلى المستقطبين ومرشحات الألوان. كل بكسل له ترانزستور خاص به ، مما يسمح بالتحكم في بكسل واحد. عند تشغيل خط العمود ، يتم توصيل جميع خطوط الصف إلى صف كامل من وحدات البكسل ، ويتم تشغيل كل خط صف مع الجهد الصحيح ، ويتم إيقاف تشغيل خط العمود ويتم تشغيل الصف الآخر. في عملية تحديث الصورة الكاملة ، يتم تشغيل جميع خطوط الأعمدة في تسلسل زمني. ستبدو شاشات الصفيف النشطة بنفس الحجم أكثر إشراقًا وأكثر حدة من شاشات الصفيف السلبي ، ولديها وقت استجابة قصير.
ضبط الجودة
تحتوي بعض ألواح LCD على ترانزستورات معيبة تسبب بقع ساطعة وظلمة دائمة. على عكس ICS ، لا يزال بإمكان لوحات LCD عرضها بشكل طبيعي حتى لو كانت هناك وحدات بكسل سيئة. يمكن أن يتجنب ذلك أيضًا تجاهل لوحات LCD أكبر بكثير من منطقة IC بسبب بعض البكسلات السيئة. لدى مصنعي اللوحات معايير مختلفة لتحديد وحدات البكسل السيئة.
من المرجح أن تحتوي لوحات LCD على عيوب من لوحات IC بسبب حجمها الأكبر. على سبيل المثال ، يحتوي {0}} بوصة SVGA LCD على 8 بكسلات سيئة ، في حين أن رقاقة {2}} بوصة تحتوي على 3 عيوب فقط. ومع ذلك ، فإن 3 عيوب على رقاقة يمكن تقسيمها إلى 137 ICS ليست سيئة للغاية ، ولكن التخلص من لوحة LCD يعني إخراج 0 ٪. بسبب المنافسة الشرسة بين الشركات المصنعة ، تم رفع معايير مراقبة الجودة. إذا كان لدى شاشة LCD أربعة أو أكثر من وحدات البكسل السيئة ، فمن الأسهل اكتشافها ، حتى يتمكن العميل من طلب بديل. موقع البيكسل السيئ في لوحة LCD غير ضئيل أيضًا. غالبًا ما يقلل الشركات المصنعة من المعايير لأن البكسلات التالفة موجودة في وسط الشاشة. توفر بعض الشركات المصنعة ضمانًا سيئًا للبكسل.
استهلاك الطاقة
تستخدم LCDات المصفوفة النشطة طاقة أقل من CRTs. في الواقع ، لقد أصبحوا الشاشة القياسية للأجهزة المحمولة ، من PDAs إلى أجهزة الكمبيوتر المحمولة. لكن تقنية LCD لا تزال غير فعالة للغاية: حتى لو قمت بتشغيل الشاشة البيضاء ، فإن أقل من 10 ٪ من الضوء المنبعث من مصدر ضوء الخلفية يمر عبر الشاشة ؛ تم امتصاص الباقي. لذا فإن شاشات البلازما الجديدة تستخدم الآن طاقة أقل من شاشات LCD في نفس المنطقة.
PDAs ، مثل النخيل و compaqipaq ، غالبا ما تستخدم شاشات عاكسة. هذا يعني أن الضوء المحيط يدخل الشاشة ، ويمر عبر طبقة البلورة السائلة المستقطبة ، ويضرب الطبقة العاكسة ، ثم يعكس مرة أخرى لعرض الصورة. تشير التقديرات إلى أن 84 ٪ من الضوء يتم امتصاصها في هذه العملية ، لذلك يتم استخدام سدس الضوء فقط ، والذي ، على الرغم من أنه لا يزال هناك مجال للتحسين ، يكفي لتوفير التباين المطلوب للفيديو المرئي. يتيح الانعكاس في اتجاه واحد وعرض عاكس استخدام شاشات شاشة LCD مع الحد الأدنى من استهلاك الطاقة في ظل ظروف الإضاءة المختلفة.
عرض الصفر
في عام 2000 ، تم تطوير شاشة قوة صفرية لا تستخدم الكهرباء عندما تكون في وضع الاستعداد ، ولكن هذه التكنولوجيا غير متوفرة حاليًا للإنتاج الضخم. قامت شركة Nemoptic ، وهي شركة فرنسية ، بتطوير تقنية LCD Thin-Film Thin-Film أخرى ، والتي تم إنتاجها بكميات كبيرة في تايوان في يوليو 2003. وتستهدف هذه التكنولوجيا الأجهزة المحمولة منخفضة الطاقة مثل الكتب الإلكترونية وأجهزة الكمبيوتر المحمولة. تتنافس LCDs الصفر أيضًا مع الورق الإلكتروني.