كيف تعمل شاشات LCD

ربما أنت من الأشخاص الذين يستخدمون شاشات LCD كل يوم. إنها في كل مكان حولنا – في أجهزة التلفزيونات الجديدة و الكمبيوتر المحمولة والساعات الرقمية والساعات وأفران الميكروويف ومشغلات الأقراص المضغوطة والعديد من الأجهزة الإلكترونية الأخرى. تعد شاشات LCD شائعة لأنها تقدم بعض المزايا الحقيقية مقارنة بتقنيات العرض الأخرى. فهي أرق وأخف وزنا وتستهلك طاقة أقل بكثير من الشاشات القديمة بتكنولوجيا أنابيب أشعة الكاثود (CRT) ، على سبيل المثال. ولكن ما هو ال LCD؟ سنتعرف علي هذا في هذا الموضوع الشيق.

الكريستال السائل

LCD اختصار Liquid Crystal Display أي شاشات الكرسيتال السائلة.

وأول ما يخطر علي بالك عند ذكر كريستال هي تلك المادة البللورية الشفافة الجميلة التي تتشكل في حالتها الصلبة مكونة اشكال تشبه الأحجار الكريمة …. نعم أنت علي حق ولكن هذه ايضا ليست نفس مادة الكريستال السائل.

وقد تعلمنا في المدارس أن المواد تكون في احدي الحالات أما الصلبة أو السائلة أو الغازية.

تتصرف المواد الصلبة بالطريقة الجامدة لأن جزيئاتها دائمًا ما تحافظ على اتجاهها وتبقى في نفس الوضع فيما يتعلق ببعضها البعض. بينما الجزيئات الموجودة في السوائل هي عكس ذلك: يمكنهم تغيير اتجاههم والانتقال إلى أي مكان في السائل. وقد تتحول المواد من صورة لأخري مثل تحول المواد الصلبة الي السائلة عند درجة الأنصهار مثل أنصهار الحديد في مصانع الحديد والصلب لتشكيله علي الساخن.

وفي عام 1888 كان العالم النمساوى فريدريك راينيترز قد اكتشف المادة المسماة (بنزول الكوليستيريل) (Cholesteryl benzoate) ودرس خواصها ولاحظ أن لهذه المادة  خواص مختلفة غريبة عن باقي المواد، إذ أنها تنصهر في حرارة تبلغ 147 درجة مئوية، ولكنها لا تصبح سائلا لا لون له إلا عندما تصل الحرارة إلى 176 درجة مئوية وفي هذه الحالة الوسيطة تكون المادة غروية غير شفافة وتم وصف صفات الحالة الوسيطة بأنها مادة تتدفق مثل للسوائل ، ولكنها تشبه الكريستالات البللورية الصلبة.

وتم دراسة وعمل ابحاث علي الكريستال السائل علي مدار سنوات … حتي دخل في تطبيقات الشاشات الرفيعة نتيجة لخواصه المميزة المناسبة للشاشات.

وقد دخلت تكنولوجيا الكريستال السائل في مجال الشاشات بسبب أربعة سمات مميزة في خواصها وهي:

  • فيها خاصية ظاهرة استقطاب الضوء Light Polarization
  • تسمح بمرور الضوء وتغير من استقطابه.
  • هي مواد شفافة كما انها موصلة للكهرباء.
  • طبيعة تركيب الكريستال السائلة تتغير بتغير التيار الكهربي.

استقطاب الضوء

وبالطبع ستسألني ما هو استقطاب الضوء Light Polarization

استقطاب الضوء يعني ترشيحه فاذا فرضنا أن الضوء هو عبارة عن موجات متعددة في اتجهات مختلفة فهذه المرشحات تستطيع أن تمنع بعض الموجات في اتجاة معين وتسمح بموجات أخري في الاتجاة الأخر.

كما في الصورة التالية

وبالتالي المرشحات تستطيع أن تحجب الضوء تماما فيكون معتم أو تجعل اضائته خافته أو ساطعة ……. الخ.

ويمكنك معرفة المزيد عن المرشحات وظاهرة استقطاب الضوء وتجارب عليها من الفيديو التالي

 

ولما كان طبيعة تركيب الكريستال السائل تتغير بتغير التيار الكهربي فأذن هذه المرشحات هي ممتازة في استقطاب الضوء فنفس المرشح يستطيع أن يمرر الضوء كله ويستطيع أن يحجب الضوء عند تطبيق تيار كهربي محدد عليه.

 

داخل شاشة LCD

اذا نظرت عن قرب علي شاشة التلفزيون الخارجية ستجدها مليئة بالمربعات الصغيرة جدا مصفوفة بجانب بعضها مكونة الصورة كاملة

كل مربع صغير يسمي بيكسل pixel وكلما زادت عدد المربعات كلما زادت الجودة مكونة الصورة كاملة.

 

أما داخل شاشة تليفزيون LCD اذا نظرنا خلف كل بيكسل مثلا نجد أن هناك لمبات ليد كمصدر للضوء وتستخدم حاليا لمبات الليد بدلا من أنبايب الفلوروسنت التقليدية.

ثم يأتي دور الكريستال السائل بحجب الضوء أو السماح له أو السماح بجزء منه ولكن يأخذ الكريستال السائل الأمر اولا من شرائح الترانزستور الرقيقة TFT Thin Film Transistor التي تقوم بتطبيق جهد وتيار كهربي للكريستال السائل لكي يقوم بدوره.

خاصية الكريستال تستطيع ان أن تمرر ضوء معين علي حسب اتجاهات الكريستال السائل والذي يسبب أما سطوع متوسط أو كامل.

وعند تطبيق جهد كهربي عن طريق ال TFT والذي بدورة يغير من اتجاه الكريستال السائل ليمرر شعاع واحد فقط في اتجاه واحد فقط ويتم حجبه تماما بمرشح الأستقطاب الثاني.

 

النموذج اللوني أحمر أخضر أزرق RGB Color Model

ثم تمر الأشعة داخل كل بيكسل علي ثلاثة بيكسلات فرعية من مرشحات الألوان وهي تتكون من ثلاثة ألوان رئيسية : الأحمر والأخضر  والأزرق

Red Green Blue – RGB

وعن طريق الخلط بين هذه الألوان الثلاثة ودرجاتها نستطيع الحصول علي جميع درجات الألوان الأخري.

وبالتالي نستطيع الحصول علي الصورة الملونة الجميلة علي شاشات LCD بألوانها المختلفة.

كما يمكنك معرفة المزيد عن الألوان الثلاثة الرئيسية وكيف أن الخلط بينها يعطيك الوان مختلفة كثيرة من الفيديو التالي.

 

المصادر :

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *