فهم تقنية LCD: كيف تعمل شاشات الكريستال السائل

أصبحت شاشات الكريستال السائل (LCD) منتشرة في كل مكان في التكنولوجيا الحديثة، من هواتفنا الذكية إلى أجهزة التلفاز. تتعمق هذه المقالة في عالم تكنولوجيا LCD الرائع، وتشرح كيفية عمل هذه الشاشات، والعلم الذي يقف وراءها، ولماذا أصبحت منتشرة على نطاق واسع. إذا كنت تتساءل يومًا عن كيفية عرض الشاشة المسطحة للصور أو تريد فهم الاختلافات بين أنواع الشاشات المختلفة، فهذه هي القراءة المثالية لك.

1. ما هي شاشة LCD بالضبط وكيف تختلف عن تقنيات العرض الأخرى؟

LCD أو شاشة الكريستال السائل هي نوع من شاشات العرض المسطحة التي تستخدم خصائص البلورات السائلة للتحكم في الضوء وإنشاء الصور. وعلى عكس تقنيات العرض القديمة مثل شاشات CRT (أنبوب أشعة الكاثود)، التي تصدر الضوء مباشرة، تعتمد شاشات LCD على مصدر ضوء خارجي، وهو الإضاءة الخلفية، لإضاءة وحدات البكسل. شاشة ال سي دي لا يولد الضوء في حد ذاته، بل يتلاعب بالضوء يمر عبر البلورات السائلة لتشكيل الصور المرئية على شاشة LCD. ال شاشة ال سي دي تختلف التكنولوجيا بشكل كبير عن التقنيات مثل OLED (شاشة OLED)، والذي يصدر الضوء من كل بكسل.

ال شاشة LCD يتكون من عدة طبقات، بما في ذلك الكريستال السائل مادة محصورة بين ركيزتين زجاجيتين. وهذا يجعل شاشة ال سي دي شاشة سلبية تتطلب شاشة خارجية مصدر الضوء. في شاشة LCD، الكريستال السائل يمكن تغيير اتجاه الطبقة عن طريق تطبيق الجهد االكهربى، مما يؤثر بعد ذلك على الطريقة يمر الضوء من خلال الشاشة. يكمن الاختلاف الأساسي مقارنة بتقنيات العرض القديمة في طريقة إنشاء الضوء؛ حيث كانت تقنيات العرض القديمة تصدر الضوء مباشرة، في حين كانت شاشة ال سي دي التكنولوجيا تتلاعب ضوء من الإضاءة الخلفيةيسمح هذا التمييز لشاشات LCD بأن تكون أرق بكثير وتستهلك قوة أقل.

2. ما هو دور البلورات السائلة في شاشة LCD ولماذا تعتبر فريدة من نوعها؟

البلورات السائلة هي جوهر شاشة ال سي دي التكنولوجيا. إنها حالة فريدة من المادة تظهر خصائص بين المواد التقليدية السوائل والبلورات الصلبة. هذه الجزيئات على شكل قضيب ويمكن ترتيبها بطريقة منظمة، مثل البلورات، ولكنها تتدفق أيضًا مثل سائليمكن التحكم في هذا المحاذاة من خلال تطبيق التيار الكهربائي من خلال سائل. في شاشة ال سي دي, جزيئات البلورة السائلة يتم استخدامها للتلاعب ضوء قادمة من الإضاءة الخلفيةهذا هو المبدأ الأساسي لكيفية شاشة ال سي دي الأجهزة تعمل.

خاصة، بلورات سائلة يتم ترتيبها في طبقة، تسمى غالبًا طبقة الكريستال السائلبين طبقتين من الزجاج. بلورات سائلة لديهم ميل طبيعي إلى التواء على طول الطريق يمر الضوء من خلالهم. عندما يتم تطبيق الجهد الى القطب الكهربائي، وهو أيضًا أحد مكونات شاشة ال سي دي، محاذاة الكريستال السائل تتغير الجزيئات. التحكم في البلورات السائلة كم ثمن ضوء يستطيع يمر من خلال شاشة ال سي دي والتي تحدد بالتالي سطوع البكسل. بدون بلورات سائلة, شاشات الكريستال السائل لن تكون قادرًا على التحكم في تدفق ضوءلذلك، فإن القدرة الفريدة لـ بلورات سائلة لتغيير ترتيبهم على أساس الجهد االكهربى أمر حيوي ل شاشات الكريستال السائل تعمل.

3. كيف تعمل الإضاءة الخلفية في شاشة LCD ولماذا هي ضرورية؟

ال الإضاءة الخلفية هو عنصر أساسي في شاشة ال سي دي، مثل البلورات السائلة لا تصدر الضوء. ال الإضاءة الخلفية يوفر متسقًا مصدر الضوء الذي ينير بلورات سائلة من الخلف. بدون الإضاءة الخلفية، ال شاشة LCD سوف تظهر مظلمة. الإضاءة الخلفية يضيء بلورات سائلة واللاحقة فلتر، مما يسمح للمشاهد برؤية الصورة. الإضاءة الخلفية المصادر تشمل فلوري المصابيح، ومؤخرا، الثنائيات الباعثة للضوء (مصابيح LED). تُستخدم مصابيح LED الآن على نطاق واسع نظرًا لكفاءتها وسطوعها وعمرها الطويل.

الدور الأساسي لـ الإضاءة الخلفية هو إلقاء الضوء على لوحة LCD بالتساوي، وضمان التوحيد سطوع عبر الشاشة بأكملها. مختلفة شاشة LCD قد تستخدم النماذج أنواعًا مختلفة من الإضاءة الخلفية اعتمادًا على عوامل مثل التكلفة واستهلاك الطاقة والمتطلبات سطوع. نوع من الإضاءة الخلفية يمكن أن يؤثر أيضًا على معلمات العرض الأخرى، مثل وقت الاستجابة. منذ استخدام شاشات الكريستال السائل أ الإضاءة الخلفية للإضاءة وتوحيد وجودة الإضاءة الخلفية يؤثر بشكل مباشر على جودة الصورة المرئية وهو أحد الأمور المهمة مكونات شاشة LCDوهذا يضمن أن جميع بكسل يتم إضاءة الشاشة بشكل كافٍ، مما يسمح بتكوين صورة واضحة.

4. ما هي المكونات الرئيسية لشاشة LCD وكيف تتفاعل مع بعضها البعض؟

أ شاشة ال سي دي يتكون من عدة مفاتيح عناصر العمل معًا لإنتاج صورة. أهم شيء مكونات شاشة LCD تشمل: الإضاءة الخلفية، الاثنان ركيزة زجاجية الطبقات، الكريستال السائل الطبقة مرشح الاستقطاب، و مرشح اللون. ال الإضاءة الخلفيةكما نعلم، يوفر مصدر الضوء. ال الكريستال السائل طبقة مكونة من بلورات سائلة، يتم وضعه بين طبقتين من ركيزة زجاجية. على جانبي هذا التجمع يوجد مرشح الاستقطاب الطبقات و مرشح اللون. كل واحد من هؤلاء عناصر يلعب دورًا حيويًا في إنشاء الصورة النهائية.

ال مكونات شاشة LCD تعمل بطريقة منسقة. الإضاءة الخلفية يلمع ضوء من خلال الأول مرشح الاستقطاب. ثم يمر الضوء من خلال طبقة الكريستال السائل. عن طريق التقديم الجهد االكهربى, اتجاه بلورات سائلة يتم تعديله، مما يؤدي بعد ذلك إلى تغيير كيفية يمر الضوء من خلال طبقة الكريستال السائل. النهائي مرشح اللون تتكون الطبقة من ألوان صغيرة حمراء وخضراء وزرقاء المرشحات، والتي عند دمجها، تخلق مجموعة واسعة من الألوان المرئية على شاشة LCD. كل هذه مكونات شاشة LCD تعمل بشكل مترادف، مما يتيح الدقة التحكم في الضوء التي تنتج الصورة النهائية.

5. كيف يساهم مرشح الاستقطاب في إنشاء الصور على شاشة LCD؟

أ مرشح الاستقطاب يعد ضروريًا لتشغيل شاشة ال سي دي، كما أنه يعمل مع الكريستال السائل طبقة للتحكم في كيفية ضوء يمر عبر الشاشة. ضوءقبل أن تضرب شاشة ال سي دي غير مستقطب، مما يعني أنه يهتز في جميع الاتجاهات. الأول مرشح الاستقطاب، الموجود في الجزء السفلي من الشاشة، يسمح فقط ضوء اهتزاز في اتجاه واحد يمر. هذا الاستقطاب ضوء ثم يمر عبر بلورات سائلة. عندما لا يتم تطبيق الجهد ال الكريستال السائل الجزيئات التواء المستقطب ضوء بـ 90 درجة.

الثاني مرشح الاستقطاب، تقع في الجزء العلوي من طبقة الكريستال السائل، موجه لمنع الاستقطاب ضوء الذي مر من خلال الأول مرشح الاستقطاب ومن ثم من خلال بلورات سائلة. عندما لا يتم تطبيق الجهد، الملتوية ضوء من بلورات سائلة يتماشى مع الجزء العلوي مرشح الاستقطاب السماح الضوء للمرور. متى يتم تطبيق الجهد ومع ذلك، بلورات سائلة لم تعد تلوي ضوء مما أدى إلى حظره بواسطة الثاني مرشح الاستقطاب. ال مرشح الاستقطاب وبالتالي يتحكم في كمية الضوء التي تصل إلى المشاهد، ومع بلورات سائلة، مما يتيح إنشاء الصور. التوجه المحدد والتفاعل بين مرشحات الاستقطاب هي المفتاح لوظيفة تكنولوجيا شاشات الكريستال السائل.

6. كيف تعمل شاشة LCD ذات الأغشية الرقيقة TFT (ترانزستور الغشاء الرقيق) وما هو دورها؟

أ تي اف تي شاشة LCD يستخدم ترانزستور غشاء رقيق لكل واحد بكسل على شاشة LCD، تعمل كمفتاح فردي. وهذا يسمح بمزيد من الدقة التحكم في الضوء وتحسنت وقت الاستجابة مقارنة بالأكبر سنا شاشة ال سي دي التكنولوجيات. تي اف تي الطبقة عبارة عن مصفوفة نشطة، مما يتيح لكل بكسل أن يتم التحكم فيها بشكل مستقل. في شاشة LCD TFT، ال ترانزستور يقوم بالتبديل الجهد االكهربى الى الكريستال السائل طبقة لكل فرد بكسلوهذه هي الطريقة التي يمكننا بها ضبط كل بكسل على الشاشة بشكل فردي.

ال ترانزستور في شاشة LCD TFT يضمن أن كل بكسل يمكن تشغيلها أو إيقاف تشغيلها بسرعة، وأن الغرض المقصود سطوع و لون العرض يتم عرضها بدقة. الفرد ترانزستور السيطرة على كل منهما بكسل كما يزيل أيضًا مشكلات مثل الظلال أو عدم الوضوح، الشائعة في المصفوفات السلبية القديمة شاشة ال سي دي التكنولوجيا. تي اف تي لقد أدت التكنولوجيا إلى تحسين الأداء بشكل كبير شاشات الكريستال السائلمما يجعلها مناسبة لمقاطع الفيديو عالية الدقة والسريعة الحركة. تي اف تي كانت التكنولوجيا خطوة حاسمة في التقدم تكنولوجيا شاشات الكريستال السائل، وتحسين جودة الصورة، وتمكين التكنولوجيا الحديثة شاشات الكريستال السائل تستخدم في العديد من الأجهزة الإلكترونية.

7. ما هي وحدات البكسل الموجودة على شاشة LCD وكيف تقوم بإنشاء ألوان العرض؟

بكسل هي أصغر العناصر القابلة للتحكم في شاشة LCDإنها اللبنات الأساسية لأي صورة معروضة على الشاشة. كل منها بكسل هي في الأساس منطقة صغيرة على لوحة LCD والتي يمكنها التحكم بشكل فردي كمية الضوء مرورا به. في شاشة LCD ملونة، كل بكسل تنقسم الشاشة إلى وحدات بكسل فرعية، وهي عادةً باللون الأحمر والأخضر والأزرق. يتم إنشاء الألوان والظلال المختلفة التي نراها على الشاشة من خلال الجمع بين مستويات مختلفة من السطوع من كل وحدة بكسل فرعية باللون الأحمر والأخضر والأزرق. عدد وحدات البكسل الفرعية هو 1000 بكسل. بكسل على الشاشة (الدقة)، تحدد مدى وضوح الصورة وتفاصيلها.

كل فرعيبكسل على عرض لديه خاصته المخصصة الكريستال السائل و مرشح اللون. عن طريق ضبط الجهد المطبق لكل فرعيبكسل، نحن السيطرة على الكمية ل ضوء الذي يمر عبر المقابلة له فلتر. ال مرشح اللون هو مكون أساسي يولد الألوان من خلال السماح فقط بطول الموجة المحدد ضوء للمرور، والنتيجة هي مزيج من اللون الأحمر والأخضر والأزرق ضوء يخلق طيفًا واسعًا من الألوان على شاشة ال سي ديعلى سبيل المثال، إذا كان اللون الأحمر الفرعي فقط هوبكسل تم تشغيله، بكسل ستظهر باللون الأحمر. إذا تم تشغيل الثلاثة على مستوى عالٍ سطوع، ال بكسل سيظهر باللون الأبيض. هذا المزيج هو الطريقة التي شاشة ال سي دي يحقق نطاقه الواسع من لون العرض.

8. ما هي أنواع شاشات LCD المختلفة وتطبيقاتها المحددة؟

هناك عدة أنواع مختلفة من شاشة ال سي دي التقنيات، ولكل منها مزاياها وتطبيقاتها الخاصة. ومن بين أكثرها شيوعًا نوع شاشة LCD هل هو شاشة LCD TFT، والتي تمت مناقشتها سابقًا، والتي تُستخدم على نطاق واسع في أجهزة الكمبيوتر المحمولة, الهواتف الذكية، و تلفزيون بسبب دقتها العالية وسرعتها وقت الاستجابةهناك نوع آخر وهو شاشة Twisted Nematic (TN)، والتي توفر عرضًا سريعًا وقت الاستجابةومع ذلك، فإنه عادة ما يكون محدودا في زاوية الرؤية. هذه TN شاشات الكريستال السائل هي واحدة من أكثر الأمراض شيوعا نوع شاشة LCD. آخر الكريستال السائل مختلف تقدم التكنولوجيات فوائد في مجالات واسعة مثل زاوية الرؤية, نسبة التباين، وإعادة إنتاج الألوان.

ال شاشة ال سي دي التكنولوجيا قابلة للتكيف مع مجموعة متنوعة من التطبيقات. شاشات LCD TFT تنتشر في الإلكترونيات الاستهلاكية، في حين أن الأجهزة الأبسط شاشات الكريستال السائل يمكن استخدامها في الساعات الرقمية ولوحات العرض الأساسية. بعض شاشات الكريستال السائل تم تصميمها لتكون قوية بشكل خاص لـ شاشة LCD خارجية المنشآت، مثل اللافتات الرقميةحيث تكون المتانة والرؤية في ضوء الشمس المباشر أمرًا ضروريًا. اختيار نوع شاشة LCD يعتمد ذلك على التطبيق المقصود ومتطلبات الأداء المحددة. يعد فهم هذه الاختلافات أمرًا بالغ الأهمية عند اختيار المنتج المناسب شاشة LCD لجهاز أو استخدام معين. القدرة على التكيف شاشات الكريستال السائل هذا ما يجعلها مناسبة لمجموعة متنوعة من أجهزة العرض.

9. كيف تعمل شاشة LCD، خطوة بخطوة، من الجهد المطبق إلى إخراج الصورة؟

وظيفة شاشة ال سي ديتتضمن عملية إنشاء الصورة من البداية إلى النهاية عدة خطوات تعمل معًا. أولاً، الإضاءة الخلفية ينتج موحدًا مصدر الضوء، والذي يمر بعد ذلك عبر الأول مرشح الاستقطاب. هذا الأولي فلتر يستقطب ضوءمما يؤدي إلى اهتزازه في اتجاه واحد. بعد ذلك، يتم استقطاب ضوء يمر عبر طبقة الكريستال السائل. في حالة عدم وجود التيار الكهربائي، ال الكريستال السائل النيماتي الجزيئات التواء، مما يسبب ضوء المرور من خلالها للدوران بمقدار 90 درجة.

لو يتم تطبيق الجهد إلى منطقة معينة، الكريستال السائل الجزيئات تعيد تنظيم نفسها، مما يمنع ضوء من الدوران. عندما ضوء يخرج من طبقة الكريستال السائل, يذهب إلى الثاني مرشح الاستقطاب. هذا فلتر يتم توجيهه لمنع الضوء عندما لا يكون هناك الجهد االكهربى كان يتم تطبيقه على الكريستال السائل. وأخيرا، ضوء يمر عبر شاشة LCD'س مرشح اللون، حيث كل فرعيبكسل (الأحمر والأخضر والأزرق) يسمح بلون معين الضوء للمرور. هذه الفرعيةبكسل العمل معًا لإنشاء الكل لون العرضعند الجمع، يتم دمج العناصر الفرعية المختلفةبكسل العمل معًا لإنشاء الصورة النهائية التي نراها على شاشة LCD.

10. ما هي مزايا استخدام شاشات LCD ولماذا يتم استخدامها بشكل شائع في الإشارات الرقمية؟

شاشات الكريستال السائل تقدم العديد من المزايا، وهذا هو السبب في انتشارها على نطاق واسع في تقنيات العرض. ومن أهم مميزاتها شكلها النحيف وخفة وزنها، وذلك بسبب فيلم رقيق الهيكل المستخدم في لوحة TFT LCD. كما أنهم يستهلكون قوة أقل من الأكبر سنا تقنيات العرض، مما يساهم في كفاءة الطاقة. شاشات الكريستال السائل يمكن أن تنتج صورًا عالية الدقة ويمكن أن يكون لها جودة صورة عالية جدًا نسبة التباين، مما يضمن نصوصًا وصورًا حادة وواضحة. كما أن تنوعها يجعلها مناسبة لتطبيقات مختلفة.

أسباب استخدامها الشائع في اللافتات الرقمية تشمل على وجه التحديد ارتفاعهم سطوع القدرات، وخاصة بالنسبة ل شاشة LCD خارجية المنشآت. شاشات الكريستال السائل يمكن عرض ألوان نابضة بالحياة وصور حادة يمكن رؤيتها في مجموعة من ظروف الإضاءة. علاوة على ذلك، وحدات شاشات الكريستال السائل موثوقة وتتطلب صيانة منخفضة نسبيًا، وهو أمر إيجابي اللافتات الرقمية حيث يكون الحد الأدنى من وقت التوقف أمرًا بالغ الأهمية. هذه المزايا، إلى جانب فعاليتها من حيث التكلفة وقابليتها للتطوير، هي السبب شاشات الكريستال السائل غالبًا ما تكون التكنولوجيا المفضلة اللافتات الرقمية، في الالكترونيات الاستهلاكية، والعديد من المناطق الأخرى حيث يمكن رؤية عرض مطلوب.

ملخص لـ 10 أشياء مهمة يجب تذكرها حول شاشات LCD

• البلورات السائلة هي جوهر شاشة ال سي دي التكنولوجيا، التلاعب ضوء لإنتاج الصور.
• شاشات الكريستال السائل لا ينبعث منه الضوء;أنهم يتطلبون الإضاءة الخلفية كـ مصدر الضوء.
• ال مرشح الاستقطاب يعمل مع بلورات سائلة للسيطرة على تدفق ضوء.
• أ تي اف تي تستخدم الطبقة الفردية الترانزستورات للدقة بكسل يتحكم.
• بكسل هي أصغر وحدات قابلة للتحكم على شاشة LCD و خلق لون العرض.
• هناك مختلفة نوع شاشة LCD التقنيات المتاحة، ولكل منها تطبيقات فريدة.
• الجهد االكهربى تم تطبيقه على الكريستال السائل الجزيئات تتحكم في كمية ضوء يكون مسموح بالمرور.
• شاشات الكريستال السائل إنها موفرة للطاقة، ورقيقة، وخفيفة الوزن، مما يجعلها شائعة الاستخدام.
• مكونات شاشة ال سي دي (على سبيل المثال، الإضاءة الخلفية, الكريستال السائل, فلتر) يعملون معًا لإنشاء الصور.
• شاشات الكريستال السائل تستخدم عادة في اللافتات الرقمية بسبب ارتفاعها سطوع والموثوقية.

الجدول 1: مقارنة مكونات شاشة LCD

الجدول 2: تطبيقات LCD الشائعة