المعرفة الأساسية لشاشة LCD

1. شاشة العرض البلورية السائلة ( LCD )

في الوقت الحاضر، تتطور منتجات المعلومات العلمية والتكنولوجية نحو هدف خفيف، رفيع، قصير وصغير، ومنتجات العرض ذات التاريخ الطويل في الأجهزة الطرفية للكمبيوتر ليست استثناءً بالطبع. تحت فرضية كونها سهلة الحمل والنقل، فإن طرق العرض التقليدية مثل شاشات أنبوب الصور CRT ولوحات العرض LED كلها تخضع لعوامل مثل الحجم المفرط أو استهلاك الطاقة العالي، والتي لا يمكن أن تلبي الاحتياجات الفعلية للمستخدمين. يتماشى تطوير تقنية شاشات الكريستال السائل مع الاتجاه الحالي لمنتجات المعلومات. سواء كانت شاشة بزاوية قائمة أو استهلاك طاقة منخفض أو حجم صغير أو إشعاع صفري، يمكن للمستخدمين الاستمتاع بأفضل بيئة بصرية.

2. ولادة الكريستال السائل

ولكي نتتبع أصل شاشات الكريستال السائل، لابد أن نبدأ بميلاد "البلورة السائلة". ففي عام 1888 اكتشف عالم النبات النمساوي فريدريك فريدريش راينيتزر مادة خاصة. فاستخرج مركباً يسمى سبيروتولويت من النباتات، وأثناء قيامه بتجارب تسخين هذا المركب اكتشف بالصدفة أن هذا المركب له نقطتا انصهار عند درجات حرارة مختلفة. وحالته بين المادة السائلة والصلبة التي نعرفها عموماً، وهو يشبه إلى حد ما المحلول الغرواني من الماء والصابون، ولكنه يتمتع بخصائص سائلة وبلورية في نطاق درجة حرارة معين. وقد أطلق على الحالة فيما بعد اسم "البلورة السائلة"، وهو ما يعني مادة الكريستال السائل. ومع ذلك، ورغم اكتشاف الكريستال السائل في وقت مبكر يعود إلى عام 1888، إلا أنه بعد 80 عاماً أصبح عملياً حقاً للإمدادات حول الحياة.

في عام 1968، في مركز شانوف للبحث والتطوير التابع لشركة RCA Corporation (اختراع الراديو والتلفزيون) في الولايات المتحدة، اكتشف المهندسون أن جزيئات الكريستال السائل تتأثر بالجهد، مما يؤدي إلى تغيير ترتيبها الجزيئي وانحراف الضوء الوارد. الظاهرة. باستخدام هذا المبدأ، اخترعت شركة RCA أول شاشة في العالم تستخدم شاشة الكريستال السائل. منذ ذلك الحين، تم استخدام تقنية شاشة الكريستال السائل على نطاق واسع في المنتجات الإلكترونية العامة، مثل الآلات الحاسبة والساعات الإلكترونية وشاشات الهواتف المحمولة والأجهزة المستخدمة في المستشفيات (بسبب اعتبارات قياس الإشعاع) أو الشاشات الموجودة في الكاميرات الرقمية.

ومن المثير للاهتمام أن اكتشاف البلورات السائلة كان قبل اكتشاف الصمامات المفرغة أو صمامات أشعة الكاثود، لكن العالم لم يكن يعرف الكثير عن هذه الظاهرة. ولم يتم نشر أول كتاب لها حتى عام 1962 من قبل الكيميائي جو كاستيلانو (Joe Castellano) الذي نشر كتبًا لوصفها. وعلى الرغم من أن هاتين التقنيتين اخترعتهما شركة RCA في الولايات المتحدة، إلا أن شركتي Sony و Sharp في اليابان نقلتهما إلى الأمام.

3. المعرفة الأساسية لشاشات LCD

شاشة الكريستال السائل هي شاشة سلبية، لا يمكنها إصدار الضوء ويمكنها فقط استخدام ضوء البيئة المحيطة. تتطلب طاقة قليلة جدًا لعرض الأنماط أو الأحرف. ويرجع ذلك على وجه التحديد إلى انخفاض استهلاك الطاقة والتصغير، مما جعل LCD طريقة عرض أفضل. مادة الكريستال السائل المستخدمة في شاشة الكريستال السائل هي مادة عضوية ذات خصائص سائلة وصلبة. يتم ترتيب هيكلها على شكل قضيب بشكل عام بالتوازي في خلية الكريستال السائل، ولكن يمكن تغيير اتجاه ترتيبها تحت تأثير المجال الكهربائي.

بالنسبة لشاشات LCD ذات الجهد الكهربي الموجب، عندما لا يتم تطبيق أي جهد على الأقطاب الكهربائية، تكون شاشة LCD في حالة "إيقاف التشغيل"، ويمكن للضوء أن يمر عبر شاشة LCD ليكون في حالة بيضاء؛ عندما يتم تطبيق جهد على الأقطاب الكهربائية، تكون شاشة LCD في حالة "تشغيل"، ويكون اتجاه المحور الطويل لجزيئات الكريستال السائل في حالة "إيقاف التشغيل". عند محاذاة اتجاه المجال الكهربائي، لا يمكن للضوء أن يمر عبر شاشة LCD ويكون في حالة سوداء. من خلال تطبيق جهد انتقائي على الأقطاب الكهربائية، يمكن عرض أنماط مختلفة.

بالنسبة لـ STN-LCD، تكون زاوية الالتواء للبلورة السائلة أكبر، وبالتالي تكون نسبة التباين أفضل وزاوية المشاهدة أوسع. يتم عرض STN-LCD بناءً على مبدأ الازدواج الانكساري. يكون لونه الأساسي عمومًا أصفر-أخضر، والخط أزرق، والذي يصبح وضعًا أصفر-أخضر. عند استخدام مستقطب بنفسجي، سيتحول اللون الأساسي من الرمادي إلى قالب رمادي. عند استخدام مستقطب مع فيلم تعويض، سيصبح اللون الأساسي قريبًا من الأبيض. في هذا الوقت، يصبح STN وضعًا بالأبيض والأسود، وهو FSTN. يتم تدوير مستقطب الأوضاع الثلاثة أعلاه بمقدار 90 درجة، والذي يصبح وضعًا أزرق، وسيكون التأثير أفضل.

4. أنواع شاشات LCD

شاشة الكريستال السائل، والمعروفة باسم LCD (شاشة الكريستال السائل) باللغة الإنجليزية، هي نوع من شاشات العرض المسطحة. وفقًا لطريقة التشغيل، يمكن تقسيمها إلى محرك ثابت (Static)، ومحرك مصفوفة بسيط (Simple Matrix)، ومحرك مصفوفة نشطة (Active Matrix). من بينها، يمكن تقسيم نوع المصفوفة السلبية إلى نيماتيك ملتوي (Twisted Nematic؛ TN)، ونيماتيك ملتوي فائق (Super Twisted Nematic؛ STN) وشاشات الكريستال السائل الأخرى التي تعمل بمصفوفة سلبية؛ ويمكن تقسيم نوع المصفوفة النشطة تقريبًا إلى نوع ترانزستور الغشاء الرقيق (Thin Film Transistor؛ TFT) ونوع الصمام الثنائي ثنائي الطرف (Metal/Insulator/Metal؛ MIM) بطريقتين.

تختلف شاشات الكريستال السائل من نوع TN وSTN وTFT في زاوية الرؤية واللون والتباين وجودة عرض الرسوم المتحركة، وذلك لاختلاف مبدأ التواء جزيئات الكريستال السائل. وفيما يتعلق بنطاق ومستوى تطبيق تقنية شاشات الكريستال السائل الحالية، تعتمد تقنية تشغيل المصفوفة النشطة بشكل أساسي على ترانزستور الأغشية الرقيقة (TFT)، والتي تُستخدم في الغالب في أجهزة الكمبيوتر المحمولة، ومنتجات الرسوم المتحركة، ومعالجة الصور. أما تقنية تشغيل المصفوفة النقية، فتعتمد حاليًا بشكل رئيسي على نوعي TN وSTN، وتُستخدم في الغالب في معالجات النصوص والمنتجات الاستهلاكية. وتتميز شاشات TFT بارتفاع تكاليف الاستثمار الرأسمالي والمتطلبات التقنية، بينما تتميز شاشات TN وSTN بانخفاضها.