دانش- همشهری آنلاین - رشید عسگری:
هر روز نمایشگرهای کریستال مایع یا LCD:Liquid Crystal Display را در اطراف خود میبینید. از تلفن همراهتان گرفته تا ساعت دیجیتالی یا نمایشگرهای تلویزیون و کامپیوتر.
نام کریستال مایع کمی نا آشنا و غیر معمول به نظر میرسد چون تصوری که از کریستال داریم مادهای سخت و کاملاً جامد است. بیایید در این مورد بیشتر بدانیم و سپس به سراغ معرفي صفحه نمایش LCD برویم.
همه ما میدانیم که سه حالت ماده وجود دارد. جامد، مایع و گاز. مولکولهای جامد در قید نیروی بین مولکولی هستند و به همین دلیل با نظم مشخصی جسمي معمولاً سخت را تشكيل ميدهند. در مقابل مولکولهای مایع از نیروی جاذبه مولکولی کمتری برخوردار هستند ولی باز هم این نیرو به اندازهای است که آنها را با هم متحد قرار دهد و مانند گاز آزادانه در محيط، به صورت بينظم حرکت نکنند.
در این میان بعضی مواد حالتی بین مایع و جامد به خود میگیرند. به این معنی که هم مانند جامد در قید نیروی بین مولکولی هستند و هم مانند مایع به حالت سیال حرکت میکنند. 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 است. به همین دلیل است که صفحه نمایشهای LCD در دماهای مختلف رفتار غیر عادی از خود نشان میدهند.
با توجه به نوع کریستال، انواع مختلفی از کریستال مایع وجود دارد. نوعی از کریستال مایع که از آن در ساخت LCD استفاده میشود نسبت به عبور جریان رفتارهای مختلفی از خود نشان میدهد. یکی از این رفتار عبور و گسیل نور از خود است.
کریستالهای مایع را به دو دسته تقسیم میکنند. نوعی از آن گرما گرا هستند و به تغییرات گرمایی واکنش نشان میدهند. نوع دیگر به تغییرات شیمیایی واکنش نشان میدهند.
نوع اول را نیز از نظر ساختار مولکولی به دو نوع تقسیم میکنند. نوعی که در شکل گیری در محیط به حالت تصادفی شکل میگیرد و نوع دیگری که خود حالت مشخص و آرایش مخصوصی دارد.
شکل گیری نوع دوم بستگی به اثر یک عامل خارجی دارد. این عامل میتواند یک جریان الکتریکی باشد و یا یک قالب فیزیکی که کریستال تحت آن شکل گیرد. كريستال مايع معمولاً حالتي گره مانند به خود ميگيرند ولي با عبور جريان رشتههاي آنها از يكديگر باز ميشوند و به صورت منظم شكل ميگيرند.
در ساخت LCD چهار موضوع کلی وجود دارد:
• اینکه نور میتواند قطبی شود
• کریستال مایع میتواند نور را تغییر و از خود عبور دهد
• ساختار کریستال مایع با عبور جریان تغییر میکند
• و اینکه موادی شفاف وجود دارند که جریان را از خود عبور میدهند
برای ساخت LCD ابتدا نیاز به دو شیشه قطبی شده (Polarized) نیاز داریم. روی طرفی از شیشه که قطبی نشده است مادهای پلاستیکی کشیده میشود. این ماده باعث میشود تا شبکههایی بر روی سطح شیشه ایجاد شود.
سپس بر روی این لایه پلاستیکی، لایهای از کریستال مایع نیز کشیده میشود. شبکههای تشکیل شده از پلاستیک به کریستال مایع شکل و فرم میدهند. سپس صفحههای شیشه قطبی شده که با روکشهای پلاستیکی و کریستالی آماده شدهاند را در ردیفهای عمودی و افقی در مقابل یکدیگر قرار میدهند.
با عبور نور از هر كدام از لايهها، سرعت و زاویه لرزش آن تغییر میکند. در انتها اگر زاویه و جهت گیری نور با شبکه تشکیل شده از پلاستیک بر بروی صفحه انتهایی مطابق باشد، نور از آن عبور میکند.
همانطور كه گفتيم با القاي جريان به كريستال مايع شكل گره مانند آن باز ميشود. در اين حالت نور را در زاويه و جهت گيري متفاوت با خطوط شبكه مانند لايه بيروني قرار ميدهد و نور را از خود عبور نميدهد و آن قسمت از كريستال تاريكتر به نظر ميرسد.
کریستال مایع به هیچ عنوان از خود نور گسیل نمیکند. 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 نمیشوند روشن است. این نوع صفحههای LCD معمولاً دارای منبع نور خارجی نیستند و تنها نور محیط را بازتاب میدهند. سپس با القای جریان در کریستال مایع از انعکاس نور در قسمتی که میخواهیم آن را نمایش دهیم جلوگیری میکنیم و به جای ایجاد تصویر با روشن کردن، با خاموش کردن مناطقی از صفحهای روشن تصاویر را نمایش میدهیم.
این نوع LCDها برای صفحه نمایشهایی مناسب هستند که تصاویری مشخص را همواره نشان میدهند. صفحههای 7 قسمتی یا 7Segment مثال مناسبی برای این نوع است.
در LCDهای رنگی از نوعی نور فلورسنت استفاده میشود و صفحهای گسترده از این نوع لامپ نور را به طور مساوی میتاباند تا از متناسب بودن تصویر اطمینان حاصل شود.
LCDهای ماتریسی نیز نوع دیگری از نمایشگرهای LCD هستند. برای ساخت اینگونه LCDها از دو لایه شیشهای به استفاده میشود.
به یکی از این شیشهها ردیف و به دیگری یک سطرها متصل میشوند. هر سطر به یک مدار مجتمع متصل میشود 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 میشود و نور را عبور نمیدهد. این نوع LCD مشکلات بزرگی از جمله زمان طولانی برای پاسخ دارد.
صفحه نمایشهایی که تصاویر رنگی را نشان میدهند دارای سه زیر- پیکسل سبز و آبی و قرمز هستند. برای ساخت هر پیکسل یک مدار مجتمع و یک خازن نیاز است. برای یک لپتاپ ساده که LCD آن 768×1024 پیکسل دارد 2359296 خازن و IC استفاده شده است. مشکلی که در این میان رخ میدهد این است که اگر تنها یکی از ترانزیستورها و یا خازنها به صورت دقیق کار نکنند قسمتی از صفحه از کار میافتد.
با فراگیر شدن استفاده از LCD و بزرگتر ساختن و بیشتر کردن پیکسلها، شانس داشتن ترانزیستورها و خازنهای معیوب بیشتر میشود و سازندگان هم اکنون به دنبال رفع اینگونه مشکلات و رسیدن به پیکسلهای بیشتر و بالا بردن دقت و کیفیت نمایشگرها LCD هستند.
