LCD چیست و چگونه کار می کند؟

امروزه نمایشگرهای LCD در مدل های گوناگون و در پیرامون ما قابل مشاهده هستند.از مانیتورها تا تلویزیون و گجت های پوشیدنی،جزو تجهیزاتی هستند که در ساختار خود از سخت افزار LCD بهره می برند.در این مطلب شما را با خصوصیات یک LCD آشنا خواهیم کرد.با ما همراه باشید.

 مخفف عبارت “Liquid Crystal Display” به معنای صفحه نمایش کریستال مایع است.کریستالهای مایع موادی هستند که ظاهر مایع دارند، اما مولکولهای آنها آرایش خاصی نسبت به یکدیگر دارند. به همین دلیل کریستال مایع خصوصیاتی شبیه به مایع و جامد داشته و به همین دلیل با چنین اسم متناقضی خوانده می‌شوند. این مواد به شدت به دما حساس اند و اندکی حرارت لازم است تا آنها را به مایع واقعی درآورد و یا اندکی سرما تا به حالت معمولی تبدیل شود. انواع مختلفی از مواد شناخته شده‌اند که در دمای معمولی چنین خصوصیاتی دارند. اما دسته‌ای از آنهاهستند که به جریان الکتریسیته هم حساس هستند و مولکولهای آن متناسب با ولتاژ اعمالی تغییر زاویه می‌دهند. این خصوصیت عجیب اثر جالبی هم دارد. وقتی نور از درون یک کریستال مایع این چنین عبور کند، پلاریزاسیون یا قطب آن هم جهت با مولکولهای‌های کریستال می‌شود. با این توضیح که چون کریستالهای مایع شفاف و هادیالکتریسیته هستند، به راحتی می‌توان آنها را در جریان الکتریسیته قرار داد و نور را از آن عبور داد. برای این کار به جز کریستال مایع به ۲ تکه از این شیشه پلاروید یا قطبشگر هم نیاز است. اگر دو تکه از این شیشه‌ها را روی هم قرار داده شود. نور به راحتی از آن عبور می‌کند. اما وقتی یکی از آنها را ۹۰ درجه نسبت به دیگری بچرخانید، دیگر نور رد نمی‌شود. این اتفاق به این دلیل روی می‌دهد که هر شیشه نو را فقط در جهت خاص محور خود عبور می‌دهد. اگر دو شیشه هم محور باشند نور به راحتی عبور می‌کند اما اگر محورها با هم زاویه ۹۰ درجه داشته باشند نور رد نخواهد شد.

در تلویزیون های LCD از انواع فیلتراسیون استفاده می گردد.نمایشگر های LCD برای نمایش RGB و حتی فرمان تاریکی،نیازمند فیلترهای هستند که گذر نور از آنها،این امکان را فراهم می سازد.یکی از نقاط ضعف برخی از تلویزیون ها نیز ریشه در همین قسمت دارد.کیفیت فیلتر مورد نظر،در نشت نور و کیفیت نهایی تصاویر بسیار موثر است.

ذرات و مولکول‌های کریستال مایع در میان صفحات شیشه‌ای پلاریزه شده و فیلترهای LCD در تلویزیون رنگی قرار دارند. همچنین یک لایه الکترود بسیار باریک کار تحریک کریستال مایع را بر عهده دارد. نور پس واقع در پشت CCFL) Cold Cathode Fluorescence Lamp) یا Light Emitting Diode (همان LED) زمینه سفید توسط یک لامپ ولتاژ بالا ایجاد شده و بوسیله یک منعکس کننده، شدت یکسانی پیدا می‌کند. نور سفید بعد از عبور از لایه LCD صفحه اول شیشه پلاریزه می‌شود. اختلاف پتانسیل خاصی نورهای اصلی مو جود در نور سفید را جهت می‌دهد و بعد از عبور از فیلترهای آبی، سبز و قرمز اگر نور حاصل در راستای جهت پلاریزه شیشه دوم بود از آن عبور می‌کند.

برای ساخت LCD دو شیشه پلاروید را با ۹۰ درجه اختلاف نسبت به یکدیگر قرار می‌دهند و یک کریستال مایع بین آنها می‌گذارند. وقتی کریستال به جریان برق وصل نباشد؛ نور از قطبشگر اول می‌گذرد و وارد کریستال مایع می‌شود جهتش ۹۰ درجه تغییر کرده و به همین دلیل از قطبشگر دوم هم عبور کرده و به چشم می‌رسد. اما وقتی که جریان به کریستال وصل باشد، نور دیگر چرخشی نخواهد داشت و نمی‌تواند از کریستال دوم عبور کند. ساختن یک LCD همان‌طور که در بالا توضیح داده شد، بسیار ساده‌تر از آن است که به نظر می‌آید. فقط به یک ساندویچ شیشه و کریستال نیاز داریم. اما همین ساندویچ ساده ۸۰ سال پس از کشف کریستالهای مایع ساخته شد. کریستال مایع را یک گیاه‌شناس اتریشی در سال ۱۸۸۸ برای اولین بار در حین ذوب جامدی از مشتقات آلی کشف کرد. اما اولین LCD را یک کارخانه آمریکایی در سال ۱۹۶۸ ساخت. تکنولوژی ساخت LCD هر روز متکامل تر شده و جای بیشتری در صنایع امروز به خود اختصاص می‌دهد. البته هنوز هم تحقیقات برای ساخت نمونه‌های بهتر و کاراتر این وسیله ادامه دارد.کاهش ضخامت LCD های امروزی،ریشه در همین تکامل دارد.از سوی دیگر تولید کنندگان موفق به ابداع دیودهای نورانی جدید شده اند که این دیودها جایگزین LED های قدیمی شده است.از جمله آنها می توان به تلویزیون های 2016 سونی اشاره کرد.X930D و 940D از جمله این تلویزیون ها هستند.

اما واقعیت به آن است که ضخامت و انعطاف فیزیکی این پنل ها،دیگر توان کاهش ندارد و البته نیازی هم به آن نیست. در ابتدا استاندارد VGA)Video Graphics Array) معرفی شد. این استاندارد قادر به نمایش تصویر با وضوح ۶۴۰x۴۸۰ بود. در سال ۱۹۸۷ استاندارد SVGA (Super VGA) معرفی شد که قادر به نمایش تصویر با وضوح ۸۰۰ در ۶۰۰ پیکسل بود. سه سال بعد در سال ۱۹۹۰، استاندارد XGA (Extended Graphic Array) با وضوح تصویر ۱۰۲۴x۷۶۸ به پیکسل معرفی شد. WXGA یا همان Wide XGA، قادر به نمایش وضوح تصویر ۱۳۶۵x۷۶۸ می‌باشد. استاندار UXGA یا Ultra Extended Graphic Array دارای وضوح تصویر ۱۶۰۰x۱۲۰۰ پیکسل می‌باشد.  HDTVها قابلیت نمایش وضوح تصویر ۱۹۲۰x۱۰۸۰ پیکسل را دارا هستند و این در حالی است که تلویزیون های LCD در این روزها دقت UHD/4K را به خوبی پشتیبانی می کنند.علاوه بر آن فناوری های دیگری مانند HDR نیز به ساختار نرم افزاری-سخت افزاری پنل های LCD اضافه شده است.

در نمایشگرهای LCD قدیمی، سرعت واکنش پایین بود، این نمایشگرها دارای زاویه دید محدودی بودند اما در نمایشگرهای فعلی، این مشکلات وجود ندارند و محدودیت زاویه دید از بین رفته‌است. همچنین با مصرف انرژی کمتر، دقت تصویری بهتری دارند. همچنین تصاویر متحرک با کیفیت بسیار مطلوب به نمایش در می‌آیند زیرا سرعت واکنش در آنها بسیار بالاست.لازم به ذکر است که این موارد،رابطه مستقیم با تکنیک های تولید مانند TN،VA،IPS و PLS دارد.هم اکنون فناوری IPS را می توان بیشترین تکنیک مورد استفاده در پنل های LCD دانست.