نور پشتی در مقایسه با انعکاسی

توجه داشته باشید که LCD ساده ما نیاز به یک منبع نور خارجی دارد.موادی از نوع کریستال های مایع نوری از خود ساتع نمی کنند.LCD های ساده و ارزان معمولا انعکاسی هستند به این معنا که برای نمایش هر چیزی آنها باید نور را از منبع خارجی منعکس کنند.نگاهی به ساعت LCD بیندازید:اعداد جایی به نمایش در می آیند که الکترود های کوچک کریستال های مایع را شارژ کرده و باعث باز شدن(untwist) آن میشوند,در نتیجه نور نمی توانداز لایه پلاریزه عبور نماید.

بیشتر نایشگر های کامپیوتری توسط لامپ های فلورسنت داخلی آنها که در بالا ,کنار و یا پشت LCD انها قرار دارد روشن می شوند.صفحه ی سفید پخش کننده در پشت LCD نور را به صورت یکنواخت پخش می کند تا نمایشگر یکریختی داشته باشیم.در ین گذر از فیلتر ها , لایه هایکریستال مایع ولایه های الکترودی بیشتر این نور گم می شود, معمولا نیمی از آن!

در مثال ما یک صفحه الکترودی و یک میله الکترودی داریم که مشخص می کند کدام کریستال مایع به شارژ پاسخ داده است.اگر لایه حاوی تنها یک الکترود ساده را برداشته وبا چندین لایه دیگر جایگزین کنیم آغاز به ساخت LCD های پیچیده کرده ایم.

سیستم های LCD

LCD های بر پایه صفحات برای ننمایشگر هایی مناسب هستند که می خواهند اطلاعات یکسانی را بارها نمایش دهند.ساعت ها و زمان سنج های مایکرو ویو در این رده بندی قرار می گیرند.با اینکه نوع شش گوشه الکترودها  که قبلا به نمایش گذارده شد رایج ترین نوع مورد استفاده در این دستگاه ها می باشد,با این حال هر نوع شکلی امکان پذیر است.دو نوع اصلی از LCD ها موجود است:active matrix و passive matrix.در بخش های آینده با دو نوع آشنا می شوید.

تاریخچه LCD

اموزه LCD ها را هر طرف که نگاه کنیم  می بینیم اما آنها یک شبه به وجود نیامدند.زمان بسیار زیادی از کشف کریستال مایع تا انبوه برنامه های LCD که ما امروزه لذت می بریم به طول انجامید.کریستال مایع نخستین بار در سال 1988 توسط گیاه شناس اطریشی Friedrich Reinitzer کشف شد. Reinitzerمشاهده کرد که هر گاه یک ماده کلسترول مانند نادر(cholesteryl benzoate)را ذوب می کند,ابتدا تبدیل به مایعی کدر شده و سپس با افزایش دما واضح می شود.در حین سرد سدن مایع ابتدا آبی رنگ شده و د نهایت تبدیل به کریستال می شود.80 سال بعد RCA نخستین LCD تحقیقاتی را در سال 1968 ساخت.از آن آن زمان سازندگانLCD به صورت ثابت انواع مبتکرانه وپیشرفته آن را توسعه دادند و این تکنولوژی را به سطوح پیچیده آن رسانیدند.

Passive matrix

LCD های passive matrix  از نوع ساده ای از شبکه برای فراهم کردن شارژ برای یک پیکسل خص بر روی نمایشگر استفاده می کنند. ساخت شبکه خود روندی مجزاست!این روند با دو لایه شیشه ای  به نام سفره(substrates) آغاز می شود. یکی از سفره ها مسئول ستون ها ودیگری مسئول سطر هایی است که از مواد هادی شفاف تشکیل شده اند.که کعکولا از جنس اکسید ایندیوم پوشیده شده با قلع است. سطر ها ستون ها به مدارات مجتمی متصل هستند که مشخص می کند چه زمان ولتاژ باید در یک سطر یا ستون خاص قرار گیرد.کریستال مایع در بین دو سفره قرار می گیرد و لایه پلاریزه شده نیز به سطح خارجی هر یک ازسفره ها افزوده می شود. برای روشن کردن یک پیکسل مدارات مجتمع  ولتاژی در ستون صحیح یکی از سفره ها  ارسال می کنند ودر سفره دیگر ground  در سطر صحیح فعال می شود.

سطر وستون در پیکسل خاص همدیگر را قطع می کنند ودر نتیجه ولتاژ را عبور داده و کریستال مایع را در آن پیکسل باز (untwist)می کنند.

=========

سادگی passive matrix  زیباست اما معایب مهمی دارد چون زمان پاسخ آرام و کنترل ولتاژ نا دقیق.زمان اجرای LCD به توانایی آن در refresh  کردن تصویری که نمایش می دهد باز می گردد.ساده ترین راه برای مشاهده رمان پاسخ آرام در LCD های passive matrix حرکت دادن  اشاره گر موس از یک طرف صفحه نمایش به طرف دیگر آن است.در این حالت  شما ردی از موس را به دنبال اشاگر مشاهده می کنید.کنترل ولتاژ نا دقیق مانع از  passive matrix در تاثیر گذاری بر  تنها یک پیکسل در هر زمان  می شود.هنگامی که ولتاژ اعمال می شود تا یک پیکسل را باز کند,پیکسل های اطراف آن نیز تا اندازه ای باز می شوند که باعث می شوند تا تصویر ریشدار و با کنتراست پایین به نظر آید.

Active Matrix

LCD های active matrix به ترانزیستورهای لایه ای نازک (TFT)وابسته اند. اصولا TFT ها ترانزیستورها یا خازن های ریز هستند.آنها در یک ماتریس بر روی سفره شیشه ای گرد آمده اند.برای آدرس دهی یک پیکسل خاص ,سطر مناسب روشن شده,وآنگاه ولتاژ بر ستون صحیح اعمال می گردد.از آنجایی که تمام سطر های دیگری که با با آن ستون در تماس هستند خاموشند,تنها خازنی که در پیکسل مورد نظر قرار دارد ولتاژ را دریافت می کند.خازن قادر به نگهداری ولتاژ تا دور refresh بعدی می باشد.و اگر ما میزان ولتاژ اعمال شده به کریستال را کنترل کنیم ,می توانیم آن را به اندازه کافی باز کرده تا نور از آن عبور کند.

با انجتم این عمل ,افزایش بسیار اندک , LCD

ها قادر به ساخت متمایز کننده رنگ های سیاه و سفید(gray scale) هستند.اکثر نمایشگر های امروزی 256 سطح از روشنایی را برای هر پیکسل ارائه می کنند.

رنگ

LCD  ای که قادر به نمایش رنگ باشد باید دارای سه زیر پیکسل با فیلترهای رنگی قرمز,سبز وآبی برای ساخت هر کدام از پیکسل های رنگی باشد.

تحت  کنترل دقیق و تنوع ولتاژ اعمالی,شدت هر یک از زیر پیکسل ها بین 256 سایه گوناگون است.ترکیب زیر پیکسل ها جعبه رنگی با 16.8 ملیون رنگ(256 سایه از رنگ قرمز * 256 سایه از رنگ سبز  * 256 سایه از آبی)را می سازد ,مطابق شکل.این رنگ ها نیاز مند تعداد زیادی ترانزیستور هستند.برای مثال,کامپیوتر تاشو شفافیت 1024*768 را پشتیبانی می کند.اگر ما 1024 ستون را در 768 سطر در 3 زیر پیکسل ضرب کنیم,به 2,359,296 ترانزیستور می رسیم که بر روی شیشه قرار گرفته است!اگر مشکلی در رابطه با هر یک از این ترانزیستورها پیش آید,یک “پیکسل بد” بر  روی صفحه نمایش ایجاد می کند.اکثر active matrix ها تعدادی پیکسل بد که بر روی صفحه نمایش پخش شده اند دارند.

پیشرفت های LCD

تکنولوژی LCD به صورت ثابت در حال نمو می باشد. LCD ها اکنون شامل چندین گونه از تکنولوژی کریستال مایع می باشند,شاملsuper twisted nematics (STN), dual     scan twisted nematics (DSTN), ferroelectric liquid crystal (FLC)   و  surface stabilized ferroelectric liquid crystal (SSFLC).

اندازه صفحه نمایش به خاطر مشکلات کنترل کیفی که سازندگان با آن مواجه هستند محدود است.زیرا برای افزایش اندازه ,سازندگان باید پیکسل و ترانزیستور بیشتری را اضافه کنند. و افزودن تعداد پیکسل و ترانزیستور بیشتر باعث بالا رفتن شانس ایجاد ترانزیستور بد در صفحات نمایش می شود.سازندگان LCDهای بزرگ اغلب 40 درصد جعبه رنگ های خط تولید را پس می زنند.تعداد خرابی مستقیما بر قیمت LCD تاثیر میگذارد زیرا فروش LCD های خوب باید هزینه هر دو نوع خوب و بد را پوشش دهد.تنها پیشرفت در ساخت LCD  ها امکان خرید صفحات نمایش بزرگ را فراهم می کند.

الکترود به منبع انرژی ای همچون یک باطری متصل می گردد.هنگامی که هیچ گونه جریانی وجود ندارد,نوری که از بخش جلوی LCD وارد شده است با آینه برخورد کرده و باز تابانیده می شود.اما هنگامی که باطری ها جریان را برای الکترود ها ایجاد می کنند,کریستال مایع بین الکترود صفحه ای و الکترود مستطیل شکل, باز شده (untwist) و مانع از عبور نور در آن ناحیه می شود.این باعث می شود تا LCD مستطیل را به عنوان قسمتی تیره نمایش دهد.