في حياتنا اليوميّة غالبًا ما نستخدم أجهزة تحتوي على شاشات LCD (شاشة الكريستال السائل)، هذه الأجهزة موجودة في كلّ مكان: أجهزة الكومبيوتر، الساعات الرقميّة وغيرها من الأجهزة الإلكترونيّة.
هذه الشاشات تُوفّر بعض المزايا الحقيقيّة على تقنيّات العرض الأُخرى، لذا هي شائعة الاستخدام، فهي أرق، أخفُّ وزنًا، وتستهلك طاقة أقل بكثير.
لكن السؤال هو: ماهي هذه الأشياء المَدعوَّة بالكريستال السائل؟
عند سماعنا هذه العبارة المتناقضة سنُفكّر بأنّ البِلّورة هي مادة صلبة مثل الكوارتز قاسية كالصخر، والسائل شيء مختلف تمامًا.
لقد تعلّمنا مُسبقًا أنّ هناك ثلاث حالات للمادة: صلبة، سائلة، غازيّة.
المواد الصلبة والتي تكون جزيئاتها مُقيّدة الحركة، على عكس السائل والذي من الممكن أن تتحرّك جزيئاته بشكل عشوائي، لكن هناك استثناءات طبعًا؛ بعض المواد من الممكن أن تكون سائلة و صلبة في نفس الوقت.
في هذه الحالة الجزيئات تميل للمحافظة على وضعها، ولكنّها أيضًا تتحرّك في مواقع مختلفة، ممّا يعني أنّ البِلّورات ليست بسائلة أو صلبة.
أدّى هذا إلى تسميتها بالكريستال السائل.
الكريستال السائل حسَّاس جدًا لدرجة الحرارة، وهذا يُفسّر عمل شاشة الكومبيوتر بشكل غريب أحيانًا في الطقس البارد أو الحار.
كيف تعمل هذه الشاشات؟
هناك العديد من أصناف مواد الكريستال السائل اعتمادًا على درجة الحرارة وطبيعة المادة، الكريستال السائل مُمكن أن يكون حالة من عدّة مراحل، وسوف نتكلّم عن الكريستال السائل في المرحلة الخيطيّة، والّذي يجعل عمل شاشات LCD ممكنًا.
إحدى مميزات الكريستال السائل أنّه يتأثّربالتيار الكهربائي، هناك نوع معيّن من الكريستال السائل الخيطي يدعى بالدوار الملتوي .
تطبيق تيار كهربائي على هذا النوع سيفك هذا الالتواء بدرجات متفاوتة، اعتمادًا على جهد التيار.
شاشات LCD تستخدم هذه البلورات؛ لأنّها تستطيع السيطرة على مرور الضوء بهذه الطريقة.
إنّ معظم جزيئات الكريستال السائل تأتي على شكل قضيبي ويتم تصنيفها إمّا بـ ترموتروبي (متغيّر تبعًا للحرارة) أو لايوتروبي (متأثّر بالمادة المذيبة).
الكريستالات المتأثّرة بالحرارة ستتغيّر تبعًا للحرارة أو في بعض الحالات الضغط.
النوع الآخر يعتمد على نوع المذيب المخلوط به.
هذا التوجّه للجزيئات في السائل الخيطي يعتمد على المُوجِّه والذي ممكن أن يكون حقل مغناطيسي .
البِلّورات السائلة في المرحلة الخيطيّة ممكن تصنيفها على أنّها ذاتية التوجيه.
الترتيب الأكثر شيوعًا هو البِلّورات السائلة السمكتيّة: تتألّف من طبقات مسطّحة من الجزيئات، هناك العديد من الأشكال مثل smectic C.
الجزيئات في الطبقة الواحدة تبقى موجّهة ولا تتحرك فيما بين الطبقات.
ترتيب آخر وهو البلوّرات السائلة الكولستيريّة: الجزيئات هنا تدور من طبقة واحدة إلى أُخرى، مما يؤدّى إلى تشكيل دوامة.
البِلّورات السائلة المتعلّقة بالعازل الكهربائي: هذه الجُزيئات تستجيب بالميكرو ثانية ممّا يجعلها مناسبة لشاشات العرض المتطوّرة.
بلّورات السائل المتعلّقة بالعازل الكهربائي مستقرة السطح.
صنع شاشة LCD :
هو أصعب من صنع مجرد بِلّورة سائلة بالطبع.
هناك مزيج من أربعة حقائق يجعل شاشات LCD ممكنة:
- استقطاب الضوء.
- نقل وتغيير البِلّورات السائلة للضوء المستقطب.
- تغيير بنية البِلّورات السائلة بواسطة التيّار الكهربائي.
- وجود مواد ناقلة تنقل التيار الكهربائي.
شاشة LCD عبارة عن جهاز يستخدم هذه الحقائق الأربعة بطريقة مثيرة للدهشة بدايةً نحتاج إلى: فيلم لتصفية الاستقطاب بمحور عمودي فقط لإدخال الضوء.
ركيزة الزجاج مع أقطاب الITO.
سائل كريستال خيطي ملتوي.
ركيزة الزجاج الكهربائي مع فيلم (ITO) مع الحافات الأفقي للاصطفاف مع فلتر أفقي فيلم لتصفية الاستقطاب بمحور أفقي فقط لمنع / تمرير الضوء.
سطح عاكس لعكس الضوء إلى المُشاهد.
نأخذ قطعتين من الزجاج المُستقطب، ونجعل البوليمر يحتك بجانب الزجاج الذي ليس لديه استقطاب.
المُثلمات يجب أن تكون باتّجاه فيلم الاستقطاب.
نضيف طبقة من بِلّورات السائل الخيطي إلى أحد المرشحات.
المُثلّمات ستجعل الطبقة الأولى تتماشى مع المُرشّح، ثمّ نضيف قطعة زجاج في الزاوية اليمينيّة لأول قطعة.
و كل طبقة متعاقبة من الجزيئات ستُحرف تدريجيَّا حتّى الطبقة العليا بزاوية 90 درجة إلى الأسفل.
عندما يضرب الضوء أوّل مُرشّح؛ ستتم عملية الاستقطاب، و من ثمّ الجزيئات في كل طبقة ستُرشد الضوء للطبقة التالية.
عندما يمر الضوء من طبقات الكريستال السائل، الجزيئات ستُغيّر خطّة الضوء عبر الاهتزاز حتّى تتطابق الزاوية الخاصَّة بهم.
عند وصول الضوء للجانب الآخر من زجاجة الكريستال، سيهتز بنفس الزاوية و يتقابل مع الطبقة الثانية لمُرشّح الزجاج المُستقطب ومن ثمّ سيعبر الضوء.
اذا طبّقنا شحنة كهربائيّة على جزيئات الكريستال السائل ستبدأ عمليّة فك الالتواء.
عند تبعثرها ستتغيّر زاوية مرور الضوء العابر منها و بذلك لن تُطابق زاوية المُرشّح الأعلى.
نتيجة لذلك لا يمكن للضوء المرور، هذا يجعل المنطقة أكثر ظلاماً من المناطق المحيطة.
بناء شاشة بسيطة هو أسهل ممّا تظن؛ تبدأ من ثنائي زجاج مُستقطب وسائل كريستالي وقطبين للقيام بالعمل المتبقي.
النسيج الغير فعّال و النسيج الفعّال.
النسيج الغير فعّال يستخدم شبكة بسيطة لتزويد الشحنة لبيكسل معيّن على الشاشة، إنشاء شبكة هي عمليّة لا بأس بها!.
تبدأ بطبقتين من الزجاج تُدعى ركائز، ركيزة للأعمدة و أُخرى للصفوف مصنوعة من مادة ناقلة عادةً هي أكسيد الاندنيوم والقصدير، الصفوف والأعمدة موصولة إلى دوائر متكاملة والتي تقوم بالتحكّم عند مجيء شحنة كهربائيّة لعمود أو صف معيّن، المادة الكريستاليّة السائلة محصورة بين هاتين لركيزتين، ويتم إضافة مُرشّح الاستقطاب للجانب الخارجي من كل ركيزة.
لتشغيل البكسل؛ الدارة المتكاملة ترسل شحنة إلى عمود معيّن، الصف والعمود يتقاطعان في بكسل معين، وذلك يوفّر جهد كهربائي لفك التواء الكريستال السائل في ذلك البكسل.
بساطة هذا النظام جميلة، لكن له عيوب كثيرة منها: زمن استجابة بطيء و سيطرة غير دقيقة على الجهد.
زمن الاستجابة يعني قدرة الشاشة على تجديد الصورة المعروضة، و أسهل طريقة لملاحظة هذا الزمن هو تحريك مؤشّر الماوس بسرعة من طرف لآخر سنلاحظ سلسلة أشباح خلف المؤشّر.
النسيج الفعّال يعتمد على الترانزستورات الرقيقة، وهي ترانزستورات متبدلّة صغيرة ومكثفّات، هذه الترانزستورات مرتبة على ركيزة الزجاج.
لمعالجة بكسل معيّن؛ يتم تبديل الصف المناسب، ومن ثمّ ترسل الشحنة للعمود المناسب، وبما أن جميع الصفوف المتقاطعة الأُخرى مُطفأة، فالمكثّف الموجود في البكسل المطلوب يتلقّى المهمّة.
المكثّف قادر على حمل الشحنة حتى الدورة المقبلة، اذا استطعنا السيطرة بعناية على كميّة الجهد المزوّد للكريستالة، حينها يُمكننا أن نفك التواء يسمح لعبور بعض الضوء.
معظم الشاشات اليوم تقدم 256 مستوى سطوع لكل بيكسل.
اللون في شاشة ال LCD.
شاشة ال LCD التي تسطيع إظهار الضوء يجب أن تحتوي على ثلاث مرشّحات؛ أحمر و أخضر و أزرق لإنشاء كل بكسل لوني.
من خلال التحكّم الدقيق و كميّة الجهد المتغيّرة المطبقّة، كثافة كل بكسل فرعي تتراوح ل 256 ظل، الجمع بين هذه البكسلات يُمكنه أن يُنتج لوحة ب 16.8 ضوء (256 ظل لكل لون)، الشاشات الملوّنة تستهلك عدد هائل من الترانزستورات.
تكنولوجيا ال LCD تتطوًّر باستمرار، حجم العرض محدود بسبب مشاكل جودة العرض التي تواجه المُصنّعين.
ببساطة لزيادة الحجم على المُصنّع أن يضيف بيكسلات وترانزستورات أُخرى، لكن بازدياد هذا العدد قد تزيد أيضًا فرصة احتواء شاشات العرض على ترانزستورات سيّئة.
المصنّعون غالبًا يرفضون 40 بالمئة من الشاشات التي تأتي من التجميع، هذا المستوى يؤثّر مباشرة على سعر شاشات LCD.
- حلا عبدالقادر
- المصدر الأول
- المصدر الثاني
