نمایشگر کریستال مایع یا LCD چیست؟

00:00 1401/07/13

زمانی که من کودک بودم، تلویزیون ها موجوداتی داغ، سنگین و تشنه قدرت بودند که فضای بزرگی را در گوشه اتاق نشیمن اشغال می کردند. اما این روزها، آنها به اندازه قاب عکس‌ها باریک شده‌اند و آنقدر سبک هستند که می‌توان به دیوار آویزانشان کرد، و مصرف انرژی کمتری دارند. در قرن بیست و یکم اکثر تلویزیون‌ها، دارای صفحه نمایش ال سی دی هستند (نمایشگر کریستال مایع) هستند. همان فناوری که تقریباً نیم قرن است در مواردی مانند ماشین حساب، تلفن های همراه و ساعت های دیجیتال استفاده می کنیم. ال سی دی چیست و چگونه کار می کنند؟ بیایید نگاه دقیق تری بیندازیم!

راه اندازی ال سی دی کاراکتری با ARM

ال سی دی ها چه تفاوتی دارند؟

احتمالاً می‌دانید که یک تلویزیون لامپ پرتو کاتدی (CRT) قدیمی با استفاده از سه تفنگ الکترونی تصویر می‌سازد. آنها را به عنوان سه قلم مو بسیار سریع و بسیار دقیق در نظر بگیرید که حرکت می‌کنند و تصویر متحرکی را در پشت صفحه نمایش ایجاد می‌کنند که وقتی جلوی آن بنشینید می‌توانید آن تصویر متحرک را تماشا کنید.

خرید ال سی دی کاراکتری و گرافیکی

نمایشگرهای LCD و پلاسمای صفحه تخت به روشی کاملا متفاوت کار می کنند. اگر از نزدیک به یک نمایشگر ال سی دی نگاه کنید، متوجه خواهید شد که نمایشگر ال سی دی از میلیون ها بلوک کوچک به نام پیکسل (عناصر تصویر) ساخته شده است. هر یک از اینها در واقع یک چراغ قرمز، آبی یا سبز  است که می تواند به سرعت روشن یا خاموش شود و این پیکسل‌ها در کنار هم یک تصویر رنگی متحرک ایجاد می‌کند. پیکسل ها در صفحه های پلاسما و LCD به روش های کاملا متفاوتی کنترل می شوند. در صفحه پلاسما، هر پیکسل یک لامپ فلورسنت کوچک است که به صورت الکترونیکی روشن یا خاموش می شود. در تلویزیون ال سی دی، پیکسل ها به صورت الکترونیکی با استفاده از کریستال های مایع برای چرخش نور پلاریزه روشن یا خاموش می شوند. آنقدرها هم که به نظر می رسد پیچیده نیست! برای درک آنچه در حال وقوع است، ابتدا باید بفهمیم که کریستال مایع چیست. سپس ما باید با دقت بیشتری به نور و ویژگی‌های آن دقت کنیم.

ال سی دی چیست

کریستال مایع چیست؟

ما به این ایده عادت کرده‌ایم که یک ماده می‌تواند فقط در یکی از این سه حالت باشد: جامد، مایع یا گاز، ما این سه را حالت ماده می‌نامیم و تا اواخر قرن نوزدهم، دانشمندان فکر می‌کردند که این تمام ماجراست. سپس، در سال 1888، یک شیمیدان اتریشی به نام فردریش راینیتزر (1857-1927) کریستال‌های مایع را کشف کرد که کاملاً حالت متفاوتی دارند، جایی بین مایعات و جامدات. جامدات توده‌ یخ‌زده‌ای از ماده هستند که در جای خود باقی می‌مانند، و اغلب دارای اتم‌هایی با آرایش منظم و کریستالی (یا شبکه کریستالی) هستند. مایعات فاقد شکل مستقل مواد جامد هستند و به شکل ظرفی که آن نگهداری می‌شوند، در می‌آیند، اما وقتی آنها را بیرون می ریزید نسبتاً راحت جریان می یابند. حال ماده‌ای را با مقداری خصوصیت جامدات و مقداری سیالیت مایع تصور کنید. چیزی که شما تصور می‌کنید یک کریستال مایع است. کریستال‌های مایع در هر لحظه می توانند در یکی از چندین زیر حالت یا فاز  ممکن در حالتی بین جامد و مایع باشند. دو فاز یا حالت مهم در  کریستال مایع فاز نماتیک و اسمکتیک نامیده می شوند. هنگامی که بلورهای مایع در فاز نماتیک هستند، کمی شبیه مایع هستند یعنی مولکول‌های آن‌ می‌توانند به اطراف حرکت کرده و از کنار یکدیگر عبور کنند، اما همه مولوکول‌ها به طور کلی در یک جهت قرار دارند، شبیه چوب کبریت‌های در یک جعبه کبریت، می‌توانید آنها را تکان و حرکت دهید، اما جهت آنها تغییر نمی‌کند. حال اگر کریستال‌های مایع را خنک کنید، آنها به فاز اسمکتیک وارد می‌شوند. در این فاز مولکول‌ها به لایه‌هایی تبدیل می‌شوند که می‌توانند نسبتاً به راحتی از کنار یکدیگر بگذرند(مولکول‌های یک لایه مشخص می‌توانند در داخل آن حرکت کنند)، اما نمی‌توانند به لایه‌های دیگر بروند (کمی شبیه افرادی که برای شرکت‌های مختلف در طبقات خاصی از یک بلوک اداری کار می‌کنند).

کریستال مایع چیست 

نور پلاریزه چیست؟

کریستال های مایع در فاز نماتیک یک ویژگی بسیار جالب دارند. در این فاز آنها می توانند ساختار پیچ خورده ای را اتخاذ کنند که وقتی جریان برق به آن اعمال شود، دوباره صاف می شوند. ممکن است این خاصیت زیاد مهم و جالب به نظر نرسد، اما کلید روشن و خاموش کردن پیکسل‌ها توسط نمایشگرهای ال سی دی است. برای اینکه بفهمیم کریستال‌های مایع چگونه می‌توانند پیکسل‌ها را کنترل کنند، باید در مورد نور پلاریزه اطلاعاتی داشته باشیم.

ماهیت نور بسیار مرموز است. گاهی اوقات نور مانند جریانی از ذرات رفتار می کند (مانند رگبار دائمی گلوله‌های توپ میکروسکوپی که انرژی را حمل می کنند)، و به همین دلیل ما می‌توانیم از طریق هوا و با سرعت بسیار بالا پیرامونمان را ببینیم. اما در مواقع دیگر، نور بیشتر شبیه امواج روی دریا رفتار می کند. اما به جای آنکه مانند آب به سمت بالا و پایین حرکت کند، مانند انرژی الکتریکی و مغناطیسی با الگوی موجی در فضا ارتعاش می کند.

هنگامی که نور خورشید از آسمان به پایین می ریزد، امواج نور همه در هم می آمیزند و در تمام جهات ممکن حرکت می‌کنند. اما اگر فیلتری با شبکه ای از خطوط به صورت عمودی بسیار نزدیک به هم در مسیر نور قرار دهیم، می‌توانیم تمام امواج نور را به جز امواجی که به صورت عمودی ارتعاش می کنند مسدود کنیم. در این روش ما به طور موثری نور را کم کرده‌ایم. عینک آفتابی پلاریزه برای کم کردن شدت نور به این صورت عمل می‌کند، این فیلترها تمام امواج نور را که به صورت عمود نمی‌تابند فیلتر می‌کنند. نوری که به این روش فیلتر می شود، نور پلاریزه نامیده می شود.

نور پلاریزه چیست

 

اگر دو  عینک آفتابی پلاریزه داشته باشید، می‌توانید یک ترفند جالب انجام دهید. اگر یک عینک را مستقیماً در مقابل دیگری قرار دهید، همچنان باید بتوانید از طریق آن ببینید. اما اگر به آرامی یکی را بچرخانید، و دیگری را ثابت نگه دارید، خواهید دید که نور به تدریج کمتر می‌شود. هنگامی که دو عینک آفتابی در 90 درجه نسبت به یکدیگر قرار گیرند، شما به هیچ وجه قادر به دیدن آن سو نخواهید بود. اولین عینک آفتابی تمام امواج نور را مسدود می کند به جز آنهایی که به صورت عمودی ارتعاش می‌کنند. عینک آفتابی دوم دقیقاً مانند عینک اول عمل می کند. اگر هر دو عینک در یک جهت باشند، امواج نوری که به صورت عمودی ارتعاش می‌کنند همچنان می‌توانند از هر دو عبور کنند. اما اگر عینک دوم را 90 درجه بچرخانیم، امواج نوری که  از عینک اول عبور کرده‌اند، دیگر نمی توانند از عینک دوم عبور کنند. هیچ نوری نمی تواند از دو فیلتر پلاریزه که 90 درجه نسبت به یکدیگر زاویه دارند، عبور کند.

 

چگونه ال سی دی ها از کریستال مایع و نور پلاریزه استفاده می کنند؟

 یک نمایشگر ال سی دی رنگی  از ترفند عینک آفتابی برای روشن یا خاموش کردن پیکسل های رنگی خود استفاده می کند. در پشت صفحه، نور روشن بزرگی وجود دارد که بکلایت نامیده می‌شود و به سمت بیننده می تابد. و در مقابل آن، میلیون‌ها پیکسل وجود دارد که هر کدام از سه پیکسل کوچک‌تر به نام پیکسل‌های فرعی تشکیل شده‌اند که به رنگ‌های قرمز، آبی یا سبز هستند. هر پیکسل دارای یک فیلتر شیشه ای پلاریزه در پشت خود و  یک فیلتر پلاریزه دیگر با 90 درجه اختلاف نسبت به فیلتر قبلی در جلوی خود است. این بدان معناست که پیکسل باید هیچ نوری را از خود عبور ندهد و تیره به نظر برسد. در بین دو فیلتر پلاریزه، یک کریستال مایع نماتیک و پیچ خورده کوچک وجود دارد که می‌تواند به صورت الکترونیکی روشن یا خاموش شود (پیچیده یا بدون پیچش). هنگامی که خاموش است، نوری را که از آن عبور می کند 90 درجه می چرخاند تا اجازه دهد نور به طور موثر از میان دو فیلتر پلاریزه عبور کند و پیکسل را درخشان نشان دهد. و وقتی روشن می شود، نور را نمی چرخاند، و نور توسط یکی از پلاریزرها مسدود می‌شود و پیکسل تیره به نظر می رسد. هر پیکسل توسط یک ترانزیستور جداگانه  کنترل می‌شود که می‌تواند آن را چندین بار در هر ثانیه روشن یا خاموش کند.

چگونه ال سی دی ها از کریستال مایع و نور پلاریزه استفاده می کنند 

نحوه عملکرد پیکسل های رنگی در ال سی دی

یک چراغ همیشه روشن در پشت نمایشگر ال سی دی شما وجود دارد. و مربع های رنگی زیادی در جلو آن نور روشن و خاموش می شوند. اما در این بین چه می‌گذرد؟ در اینجا نحوه روشن یا خاموش شدن هر پیکسل رنگی بیان شده است:

نحوه خاموش شدن پیکسل‌ها

·       نور بکلایت از پشت تلویزیون به سمت جلو حرکت می کند.

·       یک فیلتر پلاریزه افقی در جلوی نور همه امواج نور را به جز امواجی که به صورت افقی ارتعاش می کنند مسدود می کند. و فقط امواج نوری که به صورت افقی ارتعاش می‌کنند، از فیلتر عبور کنند.

·       در هر پیکسل یک ترانزیستور با وصل کردن جریان الکتریسیته ای به کریستال مایع باعث صاف شدن پیچ خوردگی آن می‌شود (بنابراین کاملاً پیچ خورده نیستند)، و نور مستقیماً بدون تغییر از کریستال مایع عبور می کند.

·       امواج نور که هنوز به صورت افقی در حال ارتعاش هستند از کریستال مایع عبور می‌کنند.

·       یک فیلتر پلاریزه عمودی در جلوی لایه کریستال مایع، تمام امواج نور را به جز امواجی که به صورت عمودی ارتعاش می کنند، مسدود می کند. بنابراین ارتعاش نور افقی که طریق لایه کریستال مایع در حالت صاف عبور می کند نمی تواند از فیلتر عمودی عبور کند. در این مرحله هیچ نوری از بکلایت به صفحه نمایش نمی رسد. به عبارت دیگر، این پیکسل تاریک است.

نحوه روشن شدن پیکسل‌ها

·       نور درخشان بکلایت صفحه نمایش مثل قبل می درخشد.

·       فیلتر پلاریزه افقی در جلوی نور همه امواج نور را به جز امواجی که به صورت افقی ارتعاش می‌کنند مسدود می کند. وفقط امواج نوری که به صورت افقی ارتعاش می‌کنند از آن عبور کنند.

·       ترانزیستور این پیکسل را با قطع جریان الکتریسیته از کریستال مایع، باعث می‌گردد کریستال‌ها بپیچند. کریستال های پیچ خورده امواج نور را در حین حرکت 90 درجه می چرخانند.پس امواج نوری که با ارتعاش افقی وارد کریستال های مایع می شوند با ارتعاش عمودی از آنها خارج می‌شوند.

·       فیلتر پلاریزه عمودی در جلوی کریستال های مایع، تمام امواج نور را به جز امواجی که به صورت عمودی ارتعاش می کنند، مسدود می کند. نور ارتعاشی عمودی که از کریستال های مایع بیرون می آید اکنون می تواند از فیلتر عمودی عبور کند.

·       حال پیکسل روشن شده است. و یک فیلتر قرمز آبی یا سبز، رنگ پیکسل را تعیین می‌کند.

 

تفاوت ال سی دی و نمایشگر پلاسما چیست؟

صفحه پلاسما شبیه به LCD به نظر می رسد، اما به روشی کاملا متفاوت عمل می کند، هر پیکسل در نمایشگر پلاسما در واقع یک لامپ فلورسنت میکروسکوپی است که با پلاسما شدن می درخشد. پلاسما شکل بسیار داغی از گاز است که در آن اتم‌ها از هم جدا می‌شوند تا الکترون‌هایی با بار منفی و یون‌هایی با بار مثبت (اتم‌ها منهای الکترون‌هایشان) بسازند. این‌ یون‌ها می‌توانند آزادانه حرکت می‌کنند و در زمان برخورد با هم، درخششی مبهم از نور تولید می‌کنند. صفحات پلاسما را می توان بسیار بزرگتر از تلویزیون های معمولی اشعه کاتدی ساخت.

نظرات کاربران
هیچ نظری برای این مطلب ثبت نشده است.