في الوقت الحاضر ، ننظر إلى الكريستال السائل يعرض (شاشات الكريستال السائل) في كل مكان ، إلا أنها لم تتطور على الفور. استغرق الأمر وقتًا طويلاً للتطوير من تطوير الكريستال السائل إلى عدد كبير من تطبيقات LCD. في عام 1888 ، اخترع فريدريش راينتسر (عالم النبات النمساوي) أول بلورات سائلة. عندما قام بإذابة مادة مثل بنزوات الكوليستريل ، لاحظ أنها تتحول في البداية إلى سائل غائم وتصفى مع ارتفاع درجة حرارته. بمجرد أن يتم تبريده ، يصبح السائل أزرق قبل أن يتبلور أخيرًا. لذلك ، تم تطوير أول شاشة عرض بلورية سائلة تجريبية بواسطة شركة RCA في عام 1968. بعد ذلك ، قام مصنعو شاشات الكريستال السائل بالتدريج بتصميم اختلافات وتطورات بارعة في التكنولوجيا من خلال نقل جهاز العرض هذا إلى نطاق مذهل. أخيرًا ، تم زيادة التطورات في شاشات الكريستال السائل.

ما هي شاشة LCD (شاشة الكريستال السائل)؟

تستمد شاشة الكريستال السائل أو شاشة LCD تعريفها من اسمها نفسه. إنه مزيج من حالتين من المادة ، المادة الصلبة والسائلة. تستخدم شاشات الكريستال السائل الكريستال السائل لإنتاج صورة مرئية. شاشات الكريستال السائل هي شاشات عرض بتقنية فائقة الرقة تُستخدم عمومًا في شاشات الكمبيوتر المحمول وأجهزة التلفزيون والهواتف المحمولة وألعاب الفيديو المحمولة. تسمح تقنيات LCD لشاشات العرض بأن تكون أرق بكثير عند مقارنتها بـ أنبوب أشعة الكاثود تقنية (CRT).

تتكون شاشة العرض البلورية السائلة من عدة طبقات تشمل لوحين مستقطبين المرشحات والأقطاب الكهربائية. تُستخدم تقنية LCD لعرض الصورة في جهاز كمبيوتر محمول أو بعض الأجهزة الإلكترونية الأخرى مثل أجهزة الكمبيوتر الصغيرة. يُسقط الضوء من عدسة على طبقة من الكريستال السائل. هذا المزيج من الضوء الملون مع الصورة ذات التدرج الرمادي للبلورة (التي تتكون أثناء تدفق التيار الكهربائي عبر البلورة) تشكل الصورة الملونة. ثم يتم عرض هذه الصورة على الشاشة.

شاشة LCD

تتكون شاشة LCD إما من شبكة عرض مصفوفة نشطة أو شبكة عرض سلبية. تستخدم معظم الهواتف الذكية المزودة بتقنية LCD عرض المصفوفة النشطة ، ولكن بعض الشاشات القديمة لا تزال تستخدم تصميمات شبكة العرض السلبية. تعتمد معظم الأجهزة الإلكترونية بشكل أساسي على تقنية شاشات الكريستال السائل لشاشاتها. يتميز السائل بميزة فريدة تتمثل في انخفاض استهلاكه للطاقة مقارنةً بـ يؤدى أو أنبوب أشعة الكاثود.

تعمل شاشة العرض البلورية السائلة على مبدأ حجب الضوء بدلاً من انبعاث الضوء. تتطلب شاشات LCD إضاءة خلفية لأنها لا تصدر ضوءًا عنها. نحن نستخدم دائمًا الأجهزة التي تتكون من شاشات LCD والتي تحل محل استخدام أنبوب أشعة الكاثود. يستهلك أنبوب أشعة الكاثود طاقة أكبر مقارنة بشاشات LCD وهو أيضًا أثقل وأكبر.

كيف يتم تصنيع شاشات الكريستال السائل؟

حقائق بسيطة يجب مراعاتها أثناء صنع شاشة LCD:

يجب التحكم في الهيكل الأساسي لشاشات الكريستال السائل عن طريق تغيير التيار المطبق.
يجب أن نستخدم الضوء المستقطب.
يجب أن تكون البلورة السائلة قادرة على التحكم في كل من عمليتي الإرسال أو يمكنها أيضًا تغيير الضوء المستقطب.

بناء شاشات الكريستال السائل

كما ذكرنا أعلاه ، نحتاج إلى أخذ فلتر قطعتين زجاجيتين مستقطبتين في صنع الكريستال السائل. يجب حك الزجاج الذي لا يحتوي على فيلم مستقطب على سطحه ببوليمر خاص من شأنه تكوين أخاديد مجهرية على سطح المرشح الزجاجي المستقطب. يجب أن تكون الأخاديد في نفس اتجاه الفيلم المستقطب.

الآن يتعين علينا إضافة طلاء من بلور الطور السائل الهوائي على أحد المرشحات المستقطبة للزجاج المستقطب. تتسبب القناة المجهرية في محاذاة جزيء الطبقة الأولى مع اتجاه المرشح. عندما تظهر الزاوية اليمنى عند قطعة الطبقة الأولى ، يجب أن نضيف قطعة زجاج ثانية مع الفيلم المستقطب. سيكون الفلتر الأول مستقطبًا بشكل طبيعي حيث يضربه الضوء في مرحلة البداية.

وهكذا ينتقل الضوء عبر كل طبقة ويوجه إلى التالية بمساعدة جزيء. يميل الجزيء إلى تغيير مستوى اهتزاز الضوء ليطابق زاويته. عندما يصل الضوء إلى النهاية البعيدة لمادة الكريستال السائل ، فإنه يهتز بنفس زاوية اهتزاز الطبقة الأخيرة من الجزيء. لا يُسمح للضوء بالدخول إلى الجهاز إلا إذا كانت الطبقة الثانية من الزجاج المستقطب تتطابق مع الطبقة الأخيرة من الجزيء.

كيف تعمل شاشات الكريستال السائل؟

المبدأ الكامن وراء شاشات LCD هو أنه عند تطبيق تيار كهربائي على جزيء الكريستال السائل ، يميل الجزيء إلى فك الالتواء. يتسبب هذا في زاوية الضوء التي تمر عبر جزيء الزجاج المستقطب وأيضًا يتسبب في تغيير زاوية مرشح الاستقطاب العلوي. نتيجة لذلك ، يُسمح بمرور القليل من الضوء للزجاج المستقطب عبر منطقة معينة من شاشة LCD.

وهكذا تصبح تلك المنطقة المعينة مظلمة مقارنة بالآخرين. تعمل شاشة LCD على مبدأ حجب الضوء. أثناء إنشاء شاشات LCD ، يتم ترتيب مرآة منعكسة في الخلف. يتكون مستوى القطب الكهربي من أكسيد الإنديوم والقصدير الذي يتم الاحتفاظ به في الأعلى ويضاف أيضًا زجاج مستقطب مع فيلم استقطاب في الجزء السفلي من الجهاز. يجب أن تكون المنطقة الكاملة لشاشة LCD محاطة بقطب كهربائي مشترك وفوقها يجب أن تكون المادة البلورية السائلة.

بعد ذلك تأتي القطعة الثانية من الزجاج مع قطب كهربائي على شكل مستطيل في الأسفل ، وفوقها فيلم استقطاب آخر. يجب مراعاة أن كلا القطعتين يتم الاحتفاظ بهما في الزوايا الصحيحة. عندما لا يكون هناك تيار ، يمر الضوء من خلال الجزء الأمامي من شاشة LCD وسينعكس بواسطة المرآة ويرتد إلى الخلف. نظرًا لتوصيل القطب الكهربائي بالبطارية ، فإن التيار منه سيؤدي إلى فك بلورات سائلة بين مسرى المستوى المشترك والإلكترود على شكل مستطيل. وبالتالي يتم حظر الضوء من المرور. تلك المنطقة المستطيلة بالتحديد تبدو فارغة.

كيف تستخدم شاشات الكريستال السائل البلورات السائلة والضوء المستقطب؟

تستخدم شاشة تلفزيون LCD مفهوم النظارات الشمسية لتشغيل وحدات البكسل الملونة. على الجانب الآخر من شاشة LCD ، يوجد ضوء ساطع ضخم يسطع في اتجاه المراقب. على الجانب الأمامي من الشاشة ، يتضمن ملايين البكسل ، حيث يمكن أن يتكون كل بكسل من مناطق أصغر تُعرف باسم وحدات البكسل الفرعية. هذه ملونة بألوان مختلفة مثل الأخضر والأزرق والأحمر. يشتمل كل بكسل في الشاشة على مرشح زجاجي مستقطب في الخلف ويتضمن الجانب الأمامي 90 درجة ، لذا يبدو البكسل داكنًا بشكل طبيعي.

يوجد بلور سائل نيماتيك صغير ملتوي بين المرشحين اللذين يتحكمان إلكترونيًا. بمجرد إيقاف تشغيله ، فإنه يحول الضوء ليمر بزاوية 90 درجة ، ويسمح للضوء بكفاءة بالتزويد عبر المرشحات المستقطبة بحيث يبدو البكسل ساطعًا. بمجرد تنشيطه ، لا يضيء الضوء لأنه يتم حظره من خلال المستقطب ويبدو البكسل مظلمًا. يمكن التحكم في كل بكسل من خلال ترانزستور منفصل عن طريق تشغيل وإيقاف عدة مرات كل ثانية.

كيف تختار شاشة LCD؟

بشكل عام ، ليس لدى كل مستهلك الكثير من المعلومات بشأن الأنواع المختلفة لشاشات الكريستال السائل المتوفرة في السوق. لذلك قبل اختيار شاشة LCD ، يقومون بجمع جميع البيانات مثل الميزات والسعر والشركة والجودة والمواصفات والخدمة ومراجعات العملاء وما إلى ذلك. الحقيقة هي أن المروجين يميلون إلى الاستفادة من حقيقة أن معظم العملاء يتصرفون بأقل قدر ممكن ابحث قبل شراء أي منتج.

في شاشة LCD ، يمكن أن يكون تمويه الحركة تأثيرًا على المدة التي تستغرقها الصورة للتبديل والعرض على الشاشة. ومع ذلك ، فإن كلا الحادثين يتغير كثيرًا بين لوحة LCD الفردية على الرغم من تقنية LCD الأساسية. يجب أن يكون اختيار شاشة LCD استنادًا إلى التكنولوجيا الأساسية أكثر فيما يتعلق بالسعر مقابل الفرق المفضل وزوايا المشاهدة واستنساخ اللون بدلاً من التمويه المقدر بخلاف صفات الألعاب الأخرى. يجب التخطيط لأعلى معدل تحديث بالإضافة إلى وقت الاستجابة في أي مواصفات خاصة باللوحة. تقنية ألعاب أخرى مثل ستروب ستعمل على تشغيل / إيقاف الإضاءة الخلفية بسرعة لتقليل الدقة.

أنواع مختلفة من شاشات الكريستال السائل

تتم مناقشة الأنواع المختلفة لشاشات الكريستال السائل أدناه.

شاشة Nematic ملتوية

يمكن إنتاج شاشات الكريستال السائل TN (Twisted Nematic) بشكل متكرر واستخدام أنواع مختلفة من شاشات العرض في جميع الصناعات. غالبًا ما يستخدم اللاعبون هذه الشاشات لأنها رخيصة ولديها وقت استجابة سريع مقارنة بالشاشات الأخرى. العيب الرئيسي لهذه الشاشات هو أنها ذات جودة منخفضة بالإضافة إلى نسب تباين جزئية وزوايا مشاهدة واستنساخ اللون. لكن هذه الأجهزة كافية للعمليات اليومية.

تتيح هذه الشاشات أوقات استجابة سريعة بالإضافة إلى معدلات تحديث سريعة. لذلك ، هذه هي شاشات الألعاب الوحيدة المتوفرة مع 240 هرتز (هرتز). تتميز هذه الشاشات بتباين وألوان رديئة بسبب جهاز الالتواء الدقيق غير الدقيق.

شاشة التبديل في الطائرة

تعتبر شاشات IPS أفضل شاشة LCD لأنها توفر جودة صورة جيدة وزوايا مشاهدة أعلى ودقة ألوان نابضة بالحياة واختلاف. يتم استخدام هذه الشاشات في الغالب من قبل مصممي الجرافيك وفي بعض التطبيقات الأخرى ، تحتاج شاشات الكريستال السائل إلى الحد الأقصى من المعايير المحتملة لإعادة إنتاج الصورة واللون.

لوحة المحاذاة العمودية

تسقط لوحات المحاذاة الرأسية (VA) في أي مكان في الوسط بين Twisted Nematic وتكنولوجيا لوحة التبديل الداخلية. تتميز هذه اللوحات بزوايا مشاهدة أفضل بالإضافة إلى إعادة إنتاج الألوان بميزات جودة أعلى مقارنة بشاشات العرض من النوع TN. هذه اللوحات لها وقت استجابة منخفض. لكنها أكثر منطقية ومناسبة للاستخدام اليومي.

“كيفية بناء طباخ شمسي ”

يولد هيكل هذه اللوحة لونًا أسود أعمق بالإضافة إلى ألوان أفضل مقارنةً بالشاشة الملتوية. ويمكن أن تسمح العديد من المحاذاة البلورية بزوايا مشاهدة أفضل مقارنة بشاشات العرض من النوع TN. تصل هذه الشاشات بمقايضة لأنها باهظة الثمن مقارنة بشاشات العرض الأخرى. وأيضًا لديهم أوقات استجابة بطيئة ومعدلات تحديث منخفضة.

تبديل المجال الهامشي المتقدم (AFFS)

تقدم شاشات AFFS LCD أفضل أداء ومجموعة واسعة من إعادة إنتاج الألوان مقارنة بشاشات IPS. تعد تطبيقات AFFS متقدمة جدًا لأنها يمكن أن تقلل من تشوه اللون دون المساومة على زاوية الرؤية الواسعة. عادة ، يتم استخدام هذه الشاشة في محيط متقدم للغاية وكذلك احترافي كما هو الحال في قمرة القيادة للطائرات القابلة للحياة.

يعرض المصفوفة السلبية والنشطة

تعمل شاشات LCD من نوع المصفوفة السلبية مع شبكة بسيطة بحيث يمكن توفير الشحن لبكسل معين على شاشة LCD. يمكن تصميم الشبكة بعملية هادئة وتبدأ من خلال ركيزتين تعرفان بالطبقات الزجاجية. تعطي إحدى الطبقات الزجاجية أعمدة بينما تعطي الأخرى صفوفًا مصممة باستخدام مادة موصلة واضحة مثل أكسيد الإنديوم والقصدير.

في هذا العرض ، يتم ربط الصفوف والأعمدة الأخرى بـ ICs للتحكم في كل مرة يتم نقل الشحنة في اتجاه صف أو عمود معين. يتم وضع مادة الكريستال السائل بين طبقتين زجاجيتين حيث يمكن إضافة فيلم استقطاب على الجانب الخارجي من الركيزة. ينقل IC شحنة أسفل العمود الدقيق لركيزة واحدة ويمكن تحويل الأرض إلى الصف الدقيق للآخر بحيث يمكن تنشيط البكسل.

نظام المصفوفة السلبية له عيوب كبيرة خاصة وقت الاستجابة بطيء وغير دقيق في التحكم في الجهد. يشير وقت استجابة الشاشة بشكل أساسي إلى قدرة الشاشة على تحديث الصورة المعروضة. في هذا النوع من الشاشات ، تتمثل أبسط طريقة للتحقق من وقت الاستجابة البطيء في إزاحة مؤشر الماوس بسرعة من أحد وجوه الشاشة إلى الآخر.

تعتمد شاشات LCD من نوع المصفوفة النشطة بشكل أساسي على TFT (ترانزستورات الأغشية الرقيقة). هذه الترانزستورات عبارة عن ترانزستورات تحويل صغيرة بالإضافة إلى مكثفات توضع داخل مصفوفة فوق طبقة زجاجية. عند تنشيط الصف المناسب ، يمكن نقل الشحنة إلى أسفل العمود المحدد بحيث يمكن معالجة بكسل معين ، نظرًا لأن جميع الصفوف الإضافية التي يتقاطع معها العمود يتم إيقاف تشغيلها ، فإن المكثف الموجود بجوار البكسل المعين يحصل ببساطة على شحنة .

يحتفظ المكثف بالإمداد حتى دورة التحديث التالية ، وإذا قمنا بحذر بإدارة مجموع الجهد المعطى للبلورة ، فيمكننا فك الالتواء ببساطة للسماح بمرور بعض الضوء. في الوقت الحالي ، تقدم معظم اللوحات سطوعًا بـ 256 مستوى لكل بكسل.

كيف تعمل وحدات البكسل الملونة في شاشات LCD؟

في الجزء الخلفي من التلفزيون ، يتم توصيل ضوء ساطع بينما يوجد في الجانب الأمامي العديد من المربعات الملونة التي سيتم تشغيل / إيقاف تشغيلها. هنا ، سنناقش كيفية تشغيل / إيقاف تشغيل كل بكسل ملون:

كيف تم إيقاف تشغيل وحدات البكسل في شاشة LCD

في شاشة LCD ، ينتقل الضوء من الخلف إلى الجانب الأمامي
مرشح الاستقطاب الأفقي أمام الضوء سوف يمنع كل إشارات الضوء باستثناء تلك التي تهتز أفقيًا. يمكن إيقاف بكسل الشاشة بواسطة الترانزستور عن طريق السماح بتدفق التيار عبر البلورات السائلة مما يجعل البلورات تفرز ولن تتغير إمدادات الضوء من خلالها.
تخرج إشارات ضوئية من البلورات السائلة لتهتز أفقيًا.
المرشح الرأسي المستقطب قبل البلورات السائلة يمنع كل إشارات الضوء باستثناء تلك الإشارات التي تهتز عموديًا. سوف ينتقل الضوء الذي يهتز أفقيًا عبر البلورات السائلة حتى لا تتمكن من الوصول إليها أثناء الفلتر العمودي.
في هذا الموضع ، لا يمكن للضوء الوصول إلى شاشة LCD لأن البكسل معتم.

كيف يتم تشغيل بكسلات شاشة LCD

يضيء الضوء الساطع في الجزء الخلفي من الشاشة كما كان من قبل.
مرشح الاستقطاب الأفقي أمام الضوء يمنع كل إشارات الضوء باستثناء تلك التي تهتز أفقياً.
يقوم الترانزستور بتنشيط البكسل عن طريق إيقاف تدفق الكهرباء في البلورات السائلة حتى تتمكن البلورات من الدوران. تقوم هذه البلورات بتحويل الإشارات الضوئية بمقدار 90 درجة أثناء مرورها.
الإشارات الضوئية التي تتدفق إلى البلورات السائلة المهتزة أفقياً ستخرج منها لتهتز عمودياً.
مرشح الاستقطاب العمودي الذي يسبق البلورات السائلة يمنع كل إشارات الضوء باستثناء تلك التي تهتز عموديًا. الضوء الذي يهتز عموديًا سيخرج من البلورات السائلة التي يمكن أن تكتسب الآن عبر المرشح الرأسي.
بمجرد تنشيط البكسل ، فإنه يعطي اللون للبيكسل.

الفرق بين البلازما وشاشات الكريستال السائل

كل من الشاشات مثل البلازما وشاشة LCD متشابهة ، ومع ذلك ، فهي تعمل بطريقة مختلفة تمامًا. كل بكسل عبارة عن مصباح فلورسنت مجهري يتوهج من خلال البلازما ، في حين أن البلازما هي نوع من الغاز شديد الحرارة حيث يتم نفخ الذرات بشكل منفصل لتكوين الإلكترونات (سالبة الشحنة) والأيونات (موجبة الشحنة). تتدفق هذه الذرات بحرية كبيرة وتولد وهجًا من الضوء بمجرد تحطمها. يمكن أن يكون تصميم شاشة البلازما أكبر بكثير مقارنة بأجهزة تلفزيون CRO العادية (أنبوب أشعة الكاثود) ، لكنها باهظة الثمن.

مزايا

ال مزايا شاشات الكريستال السائل تشمل ما يلي.

تستهلك شاشات LCD كمية أقل من الطاقة مقارنةً بشاشات CRT و LED
تتكون شاشات الكريستال السائل من بعض الميكرووات للعرض مقارنة ببعض مطحنة واط لمصابيح LED
شاشات الكريستال السائل منخفضة التكلفة
يوفر تباينًا ممتازًا
شاشات الكريستال السائل هي أرق وأخف وزنا بالمقارنة مع أنبوب أشعة الكاثود و LED

سلبيات

ال عيوب شاشة الكريستال السائل تشمل ما يلي.

تتطلب مصادر إضاءة إضافية
نطاق درجة الحرارة محدود للتشغيل
موثوقية منخفضة
السرعة منخفضة جدا
تحتاج شاشات الكريستال السائل إلى محرك تيار متردد

التطبيقات

تطبيقات شاشات الكريستال السائل تشمل ما يلي.

تكنولوجيا الكريستال السائل لها تطبيقات رئيسية في مجال العلوم والهندسة كذلك الأجهزة الإلكترونية .

ترمومتر بلوري سائل
التصوير البصري
تقنية عرض الكريستال السائل قابلة للتطبيق أيضًا في تصور موجات تردد الراديو في الدليل الموجي
تستخدم في التطبيقات الطبية

عدد قليل من شاشات LCD القائمة

عدد قليل من شاشات LCD القائمة

وبالتالي ، فإن كل هذا يتعلق بنظرة عامة على شاشة LCD ويمكن إجراء هيكل هذا من الجانب الخلفي إلى الجانب الأمامي باستخدام الإضاءة الخلفية ، والورقة 1 ، والبلورات السائلة ، والورقة 2 مع مرشحات الألوان والشاشة. تستخدم شاشات الكريستال السائل القياسية الإضاءة الخلفية مثل CRFL (مصابيح الفلورسنت الكاثود البارد). يتم ترتيب هذه الأضواء باستمرار في الجانب الخلفي من الشاشة لتقديم إضاءة موثوقة عبر اللوحة. لذا فإن مستوى السطوع لجميع وحدات البكسل في الصورة سيكون له سطوع متساوٍ.

آمل أن تكون قد حصلت على معرفة جيدة بـ شاشات الكريستال السائل . هنا أترك مهمة لك. كيف يتم توصيل شاشة LCD بوحدة تحكم دقيقة؟ علاوة على ذلك ، أي استفسارات حول هذا المفهوم أو المشروع الكهربائي والإلكترونياترك إجابتك في قسم التعليقات أدناه.

اعتمادات الصورة