قائمة المحتوى
● كيف تعمل شاشة LCD: عملية خطوة بخطوة
>> 3. التلاعب الكريستالي السائل
● الابتكارات الحديثة في تكنولوجيا LCD
● خاتمة
>> 1. ما هو دور البلورات السائلة في شاشة LCD؟
>> 2. كيف تعمل المرشحات الاستقطابية في شاشة LCD؟
>> 3. لماذا تحتاج شاشات LCD إلى إضاءة خلفية؟
>> 4. كيف يتم إنتاج الألوان على شاشة LCD؟
>> 5. ما هي الأنواع الشائعة من لوحات LCD واختلافاتها؟
أصبحت تقنية عرض الكريستال السائل (LCD) جزءًا لا يتجزأ من الأجهزة الإلكترونية الحديثة ، من الهواتف الذكية وأجهزة الكمبيوتر المحمولة إلى أجهزة التلفزيون والشاشات. فهم كيف أ تتضمن أعمال شاشة LCD استكشاف الخصائص الفريدة للبلورات السائلة ، ودور المستقطبين ، والإضاءة الخلفية ، والتحكم المعقد للبكسل لإنتاج صور نابضة بالحياة. تتدفق هذه المقالة بعمق في الميكانيكا والمكونات والتكنولوجيا وراء شاشات LCD ، وشرح العملية بالتفصيل ومعالجة الأسئلة الشائعة.
LCD هي تقنية عرض لوح مسطح تستخدم بلورات سائلة لتعديل الضوء وإنشاء صور. على عكس تقنيات العرض الأقدم مثل أنابيب أشعة الكاثود (CRT) ، فإن LCD لا تنبعث منها الضوء بنفسها ولكنها تتحكم في مرور الضوء من مصدر خارجي لتشكيل الصور التي نراها.
البلورات السائلة هي مواد تظهر خصائص بين تلك الموجودة في السوائل والبلورات الصلبة. أنها تتدفق مثل السوائل ولكن لديها جزيئات موجهة بطريقة منظمة مثل المواد الصلبة. تتيح لهم هذه الخاصية المزدوجة معالجة الضوء عند تعريضها لحقل كهربائي.
يتطلب فهم كيفية عمل شاشة LCD الألفة مع مكوناتها الرئيسية:
- الإضاءة الخلفية: مصدر الضوء خلف الشاشة ، الذي يتكون عادةً من مصابيح LED (الثنائيات الباعثة للضوء) أو CCFLs (مصابيح الفلورسنت الكاثود الباردة) ، والتي توفر ضوءًا أبيض موحدًا لإلقاء الضوء على الشاشة.
- مرشحات الاستقطاب: يتم وضع اثنين من المستقطبين في الأمام والخلف من الطبقة البلورية السائلة. تسمح هذه المرشحات فقط بموجات الضوء تهتز في اتجاه معين للمرور.
- الطبقة البلورية السائلة: طبقة رقيقة من الجزيئات البلورية السائلة محصورة بين ركائز زجاجية. يمكن لهذه الجزيئات تحريف أو تتوافق استجابة للجهد الكهربائي ، مما يؤثر على استقطاب الضوء.
-مرشحات الألوان: يتم تقسيم كل بكسل إلى ثلاث بكسل فرط ، والأخضر ، والأزرق (RGB). تسمح مرشحات الألوان على هذه البكسلات الفرعية فقط بتمرير أطوال موجية محددة من الضوء ، مما يتيح تكاثر الألوان.
-الترانزستورات الرقيقة من الأغشية (TFTS): تتحكم مصفوفة من الترانزستورات الصغيرة في الجهد المطبقة على كل بكسل فرعي ، وتنظيم محاذاة البلورات السائلة وبالتالي سطوع ولون كل بكسل.
تبدأ العملية مع الإضاءة الخلفية التي تنبعث منها الضوء الأبيض الذي ينتقل إلى الأمام عبر طبقات الشاشة. هذا الضوء ضروري لأن LCDs نفسها لا تولد الضوء ؛ يعتمدون بالكامل على الإضاءة الخلفية للرؤية.
يسمح المرشح الاستقطابي الأول فقط بأمواج الضوء تهتز في اتجاه واحد بالمرور. هذا يستقطب الضوء ، وإعداده للتفاعل مع الطبقة البلورية السائلة.
في حالة عدم وجود حقل كهربائي (لا يتم تطبيق الجهد) ، يتم ترتيب جزيئات البلورة السائلة في بنية حلزونية ملتوية تدور الضوء المستقطب بمقدار 90 درجة. هذا الدوران يتوافق مع الضوء مع مرشح الاستقطاب الثاني ، مما يسمح له بالمرور.
عند تطبيق الجهد ، يتسبب المجال الكهربائي في جزيئات البلورة السائلة على شكل قضيب لإلغاء وتوافق مع الحقل. يمنع هذا المحاذاة من تدوير الضوء ، وبالتالي فإن المستقطب الثاني يحجب الضوء ، مما يجعل البكسل يبدو مظلمًا.
من خلال تغيير الجهد ، يمكن التحكم في درجة التواء ، مما يسمح بالدوران الجزئي للضوء وبالتالي مستويات متفاوتة من السطوع لكل بكسل.
يتكون كل بكسل من ثلاث بكسلات فرعية مع مرشحات الألوان الحمراء والأخضر والأزرق. من خلال التحكم في سطوع كل بكسل فرعي من خلال تعديلات الجهد ، يمكن لشاشة LCD إنتاج مجموعة واسعة من الألوان عن طريق خلط الألوان المضافة.
مزيج من جميع وحدات البكسل ، كل منها يتم التحكم فيها بشكل مستقل بواسطة TFTS ، ينشئ الصورة الكاملة على الشاشة. يسمح التحكم الدقيق على الجهد المطبقة على كل بكسل فرعي بصور مفصلة بملايين الألوان ومستويات سطوع متفاوتة.
هناك العديد من الاختلافات في تقنية LCD ، ولكل منها خصائص فريدة تؤثر على الأداء:
- nematic الملتوية (TN): أقدم وأكثر أنواعها شيوعًا ، والمعروفة بأوقات الاستجابة السريعة ولكن زوايا المشاهدة المحدودة وتكاثر الألوان.
- التبديل داخل الطائرة (IPS): يوفر دقة أفضل للون وزوايا المشاهدة أوسع عن طريق محاذاة بلورات سائلة موازية للشاشة.
- المحاذاة الرأسية (VA): يوفر نسب تباين أعلى والسود الأفضل عن طريق محاذاة بلورات سائلة عمودي على الركائز عند إيقاف التشغيل.
- كفاءة الطاقة: تستهلك LCDs طاقة أقل مقارنة بالتقنيات القديمة مثل CRTs.
- رقيقة وخفيفة الوزن: يسمح تصميم لوحات مسطحة بعروض رفيعة ومحمولة.
- لا حرق الشاشة: على عكس البلازما أو OLED ، لا تعاني LCD من الاحتفاظ بالصورة الدائمة.
- دقة عالية: قادرة على دعم كثافات بكسل عالية جدًا للصور الحادة.
- توافر واسع: يستخدم في مجموعة واسعة من الأجهزة بسبب فعالية التكلفة والتنوع.
- عرض قيود الزاوية: قد يتحول الألوان والسطوع أو غسلها عند عرضها من الزوايا القصوى.
- وقت الاستجابة: بعض شاشات LCD لها أوقات استجابة أبطأ ، والتي يمكن أن تسبب طمس الحركة في صور سريعة الحركة.
- النزف الخلفي: يمكن أن يؤثر الإضاءة الخلفية غير المتكافئة على التباين وتوحيد اللون.
- دقة اللون: على الرغم من التحسن ، إلا أن بعض شاشات LCD قد لا تتطابق مع دقة ألوان شاشات OLED.
تحسن التطورات مثل تعزيز النقطة الكمومية دقة اللون والسطوع باستخدام البلورات النانوية أشباه الموصلات التي تنبعث منها أطوال موجية دقيقة عند إضاءة. يسمح التعتيم المحلي مع صفائف LEDs بشكل أفضل من خلال التحكم في سطوع الإضاءة الخلفية في مناطق شاشة مختلفة. تعمل تقنية النطاق الديناميكي العالي (HDR) على زيادة تعزيز التباين وعمق اللون.
تستخدم تقنية LCD على نطاق واسع في:
- أجهزة التلفزيون وشاشات الكمبيوتر
- الهواتف الذكية والأجهزة اللوحية
- العلامات الرقمية والعروض الإعلانية
- لوحات معلومات السيارات وأنظمة المعلومات والترفيه
- أجهزة التشخيص الطبي ومراقبة المرضى
- إلكترونيات محمولة مثل الكاميرات والساعات
فهم كيفية عمل شاشة LCD تكشف عن تفاعل متطور من الضوء والبلورات السائلة والتحكم الكهربائي. تتوقف التكنولوجيا على معالجة الضوء المستقطب من خلال طبقة من البلورات السائلة التي يتغير اتجاهها مع الجهد التطبيقي. ينتج هذا التعديل ، إلى جانب مرشحات الألوان والتحكم في الترانزستور الدقيق ، الصور النابضة بالحياة التي نراها على الشاشات كل يوم. في حين أن شاشات LCD لها بعض القيود ، فإن مزاياها في كفاءة الطاقة والنحافة والتكلفة جعلتها تقنية عرض مهيمنة. تعمل الابتكارات المستمرة على تعزيز أدائها ، مما يجعل شاشات LCD ذات صلة في سوق عرض سريع التطور.
تتحكم البلورات السائلة في مرور الضوء من خلال التواء أو محاذاة جزيئاتها استجابة للجهد الكهربائي ، مما يغير استقطاب الضوء ويؤثر على مقدار الإضاءة التي يمر عبر الشاشة.
تسمح المرشحات الاستقطابية فقط بأمواج الضوء تهتز في اتجاه معين لتمريره. يستقطب المستقطب الأول الإضاءة الخلفية ، والمستقطب الثاني ، الموجود بشكل عمودي على الكتل الأولى ، أو يسمح للضوء اعتمادًا على محاذاة البلورة السائلة.
LCD لا تنبعث منها الضوء ، لذلك يوفر الإضاءة الخلفية الإضاءة اللازمة للبلورات السائلة لتعديل الصور المرئية وتشكيلها.
يتم إنشاء الألوان من خلال الجمع بين شدة مختلفة من الضوء الأحمر والأخضر والأزرق من بكسلات فرعية ، يتم التحكم في كل منها بشكل مستقل عن طريق ضبط الجهد المطبق على البلورات السائلة.
تشمل الأنواع الشائعة لوحات ملتوية (TN) مع استجابة سريعة ولكن زوايا مشاهدة محدودة ، ولوحات التبديل في الطائرة (IPS) مع زوايا أفضل لون وزوايا المشاهدة ، وألواح المحاذاة الرأسية (VA) توفر نسب تباين أعلى.
