انواع فناوري پنل LCD
نويسنده: بهزاد فرخي
LCDها ارزان وفراوان شده اند و امروزه ميتوانيد آنها در هرگوشه اي بيابيد. از نمايشگرهاي بسيار كوچك ماشين حساب ها گرفته تا تلويزيون هاي چند ده اينچي بسيار بزرگ، تنوع كاركردها و توانايي آنها بسيار گسترده است و به همين دليل ميتوان آنها را درانواع ابزارها به كاربرد. اما از نظر ساختار، LCDها چندان پيچيده نيستند. آنها ابزارهايي هستند كه از يك اصل ساده براي نمايش كاراكترها يا تصاوير استفاده مي كنند.
LCDها در اصل با سد كردن جريان نور يا جلوگيري از بازتاب آن، تصاوير را نمايش مي دهند. در باره فناوري هاي مربوط به نمايشگرهاي LCD تاكنون به تفضيل و در مقالات مختلف صحبت شده است، اما هميشه مهمترين نكته در باره آنها ناديده گرفته ميشود. منابع نوري كه براي نمايش تصوير روي LCD به اندازه ساير مشخصات يا حتي بيشتر از آنها مهم هستند. در اين مقاله نگاهي خواهيم داشت به انواع منابع نوري كه براي روشن كردن LDCها به كار مي روند. اما قبل از آن بد نيست براي ياآوري نگاهي دوباره داشته باشيم به ساختار و انواع نمايشگرهايي كه با استفاده از اين فناوري ساخته شده اند.
اما دراين ميان برخي مواد نيز وجود دارند كه مي توانند حالتي بين اين دو داشته باشند. به اين مفهوم كه با وجود اين كه جت مولكولهاي آنها هميشه در حالت ثابتي است، اما قادر به حركت در بين مولكول هاي ديگر نيز هستند در حقيقت اين مواد نه مايع هستند و نه جامد. كريستال هاي مايع از جمله هميم مواد هستند و به همين دليل هم نامي چنين مناقض دارند آيا كريستال هاي مايع داراي خواصي مانند مواد جامد هستند يا مشخصات مواد مايع را دارند؟ در حقيقت حالت كريستال هاي مايع بيشتر شبيه به مايعات است تا جامدات، كريستال هاي مايع بسيار به حرارت حساس هستند و اندكي گرما ميتواند آنها را به مايع تبديل كند. به دليل همين حساسيت به حرارت است كه از آنها در ابزارهايي مانند حرارت سنج ها استفاده مي كنند همچنين به همين دليل است كه صفحه نمايش موبايل شماممكن است داراي عملكرد متفاوتي در يك صبح سرد زمستاني يا يك روز آفتابي تابستان باشد.
تفاوت بين اين دو نوع نيز نحوه قرارگيري مولكول ها در آن ها است. در نوع Isotopic مولكول ها به شكل تصادفي قرار گرفته اند، درصورتي كه در نوع Nematic شكل قرارگيري آنها منظم است.
جهت قرارگيري مولكول ها در نوع Nematic را ميتوان با استفاده از يك سازمان دهنده تغييرداد. اين سازمان دهنده ميتواند هر چيزي مانند يك ميدان مغناطيسي تا يك سطح با شيارهاي ميكروسكوپي باشد. در نوع Nematic ما حتي شاهد وجود انواع ديگري از كريستال هاي مايع هستيم كه در آن جهت قرار گيري يك مولكول با توجه به ديگر مولكول ها تنظيم مي شودSmectic پر كاربردترين آرايه دربين كريستال ها مايع Nematic است. دراين نوع از كريستال مايع، مولكول ها به صورت لايه اي قرار گرفته اند. انواع Smectic نيز داراي خصوصيت هاي متفاوتي هستند به عنوان مثال، در كريستالهاي مايع Smectic نوع C مولكولهاي موجود در هر لايه داراي شيبي با زاويه اي خاص نسبت به مولكول هاي لايه ديگر قرار قرار گرفته اند. نوع ديگري از كريستال هاي مايع Smectic انواع Cholesteric هستند كه با نام Chiral Nematic نيز شناخته ميشوند. دراين نوع ، مولكول هي هر لايه نسبت به لايه هاي ديگر اندكي پيچ خوردگي دارند كه درنهايت ساختاري مارپيچي را مي سازد. كريستال هاي مايع فروالكتريك (FLCها) در آرايه اي به همراه مولكول هاي Smectiv نوع C از كريستال ها مايعي كه داراي مولكول هاي Chiral هستند، استفاده مي كنند، زيرا طبيعت مارپيچي آنها اجازه ميدهد كه وضعيت قرار گيري مولكول ها را در كسري از ثانيه تغيير دهند به همين دليل FLCها براي استفاده از نمايشگرهاي پيشرفته كه تصاوير متحرك با نرخ نوسازي بالا را پخش مي كنند، بسيار مناسب هستند. كريستال ها با تثبيت سطحي از فشار كنترل شده بين دو سطح شيشه اي استفاده مي كنند تا سرعت سوپيچينگ را باز هم افزايش دهند.
* نور ميتواند پلاريزه (قطبي) شود.
* كريستال هاي مايع مي توانند نور پلاريزه شده را تغيير داده يا منتقل كنند.
* ساختار كريستال هاي مايع مي تواند با اعمال جريان الكتريكي تغيير كند.
* مواد شفافي وجود دارند كه ميتوانند الكتريسيته را انتقال دهند.
يك نمايشگر LCD از اين چهار حقيقت به شكل شگف آوري استفاده مي كند.
براي ساخت يك نماشگر LCD به دو شيشه پلاريزه نياز است. يك پليمر خاص كه داراي شيارهاي ميكروسكوپي است سمت ديگر شيشه را كه داراي فيلم پلاريزه كننده نيست. مي پوشاند شيارها بايد در يك جهت با فيلتر پلاريزه قرار بگيرند. سپس يكي از فيلترها را با لايه اي از كريستال مايع Nematic مي پوشانند. شيارها سبب خواهد شد تا اوليه لايه از مولكول ها با جهت قرار گيري فيلتر هماهنگ شوند. سپس دومين لايه از شيشه را كه با پوشش پلاريزه كننده در جهتي خاص پوشانده شده، به اولين قطعه اضافه مي كنند با توجه به اين كه شيارهاي موجود در هرسمت شيشه داراي زاويه نود درجه با سمت ديگر است. لايه هاي TN در تماس با هريك از آنها داراي زاويه نو درجه با ديگري و هم جهت با فيلتر پلاريزه كننده سمت خود خواهند بود. نور ابتدا به اولين لايه پلاريزه برخورد خواهد كرد. سپس مولكولهاي هر لايه ، نور دريافتي را به لايه ديگر هدايت مي كنند. مولكولهاي هر زاويه نوسان نور عبوري را به گوتنه اي تغيير ميدهند تا با زاويه خودشان هماهنگ شود. هنگامي كه نور بهسمت ديگر كريستال مايع مي رسد، زاويه نوسان آن با زاويه آخرين لايه از مولكولها همسان شده است. اگر زاويه لايه نهايي با زاويه فيلتر پلاريزه كننده دوم همسان باشد. نور از بين آن عبور خواهد كرد. اگر يك جريان الكتريكي را به مولكول هاي كريستال مايع اعمال كنيم، آن ها از حالت مارپيچ خارج خواهند شد. هنگامي كه آن ها دريك امتداد مرتب شوند، زاويه نوسان نور عبوري را به گونه اي تغيير ميدهند كه ديگر با زاويه فيلتر دوم هماهنگ نخواهد بود، به همين دليل نور نمي تواند از ميان فيلتر پلاريزه دوم عبور كند و آن قسمت از LCD تيره تر از نواحي اطراف به نظر خواهد رسيد.
براي اين كه بيشتر با ساختار LCD آشنا شويم، در ادامه بخش هاي يك LCD ساده را به صورت خلاصه توضيح مي دهيم.(تصويريك)
دريك LCD ساده يك آينه (A) در قسمت پشتي قرار دارد كه حالتي بازتابگر به LCD ميدهد بعد از اين لايه، يك لايه از شيشه وجود دارد كه داراي فيلم پلاريزه در قسمت پشتي خود است(B) كه باعث تغيير جهت نور و انتقال آن بهسمت الكترود معمولي شفاف از جنس ايندويوم- تين اكسايد(الكترود منفي) ميشود (C) (درحالت عادي الكترد بايد كل صفحه LCD را بپوشاند). بعد از عبور نور از اين بخش وارد لايه اي از جنس كريستال ميشود (D) و بعد از گذشتن از آن به بخش الكترود مثبت مي رسد. دراين قسمت جلوي تعدادي از نورها توسط الكترود گرفته ميشود و بقيه نورها به سمت لايه شيشه اي ديگر (E) كه روي آن لايه ديگري از فيلم پلاريزه (F) است، منتقل ميشود با عبور نور از اين لايه ها و رسيدن به پوشش شيشه اي، تصوير مورد نظر روي صفحه ترسيم ميشود الكترود به يك منبع تغذيه مانند باتري متصل ميشود هنگامي كه جرياني در مدار وجود ندارد، نور وارد شده از جلوي LCD وارد شيشه شده و به سادگي پس از برخورد با آينه به سمت بيرون بازتاب خواهد يافت، اما هنگامي كه باتري در حال تغذيه الكترودها استع كريستال مايع بين الكترود معمولي پشتي و الكترود مستطيل شكل جلويي از حالت مارپيچ باز شده و حلوي نور عبوري را ميگيرند. اين مسئله باعث ميشود كه ناحيه مستطيل شكلي روي LCD به رنگ تيره ظاهر شود.
LCD هايي با نور پشتي در برابر LCDهاي انعكاسي
به خاطر داشته باشيد كه LCD ساده ما به يك منبع نور خارجي نياز دارد، زيرا كريستال هاي مايع به خودي خود هيچ نوري توليد نمي كنند. به طور كلي ، در LCD هاي كوچك و ارزان قيمت از شيوه هاي انعكاسي استفاده مي كنند. اين مسئله به اين معني است كه آنها براي نمايش كاراكترها بايد نوري ازيك منبع خارجي را بازتاب دهند. اگر به LCD به كار رفته در يك ساعت نگاه كنيد، ميتوانيد ببينيد در جاهايي كه الكترودهاي كوچك، كريستال هاي مايع را شارژ كرده و مولكول را از حالت تاب خورد خارج كرده اند، با جلوگيري از عبور نور از فيلم ها پلاريزه اعداد به نمايش در مي آيند بيشتر نمايشگرهاي كامپيوتر از يك منبع نور فلورسنت استفاده مي كنند كه با فاصله كمي پشت LCD قرار گرفته است. اين نور در پس زمينه به گونه اي قرار گرفته تا تمام صفحه LCD را به صورت يكنواخت روشن كند. هنگام عبور از لايه هاي مختلف شامل فيلترها، لايه هاي كريستال مايع يا لايه هاي الكتروها بيشتر از نيمي از نور توليدي به هدر مي رود. در مثالي كه براي شما شرح داديم، ما ازيك الكترود بسيار ساده استفاده كرديم كه با جريان برق كار مي كرد و الكترود موجود درآن به جريان الكتريكي پاسخ ميداد. اگر شما لايه الكترودي ساده را برداريد و آن را با لايه پيشرفته تري جايگزين كنيد، ميتوانيد LCD پيچيده تري را نيز توليد كنيد.
LCDهاي پايه مشترك براي ساخت نمايشگرهاي ساده اي كه اطلاعات مشابهي را بارها و بارها نمايش مي دهند، مناسب هستند ساعتهاي ديجيتالي و ماشين هاي حساب در اين دسته جاي م گيرند.(تصويردو)
براي روشن كردن يك پيكسل ، مدار كنترل كننده داخلي جريان الكتريكي را به سطر مورد نظر دريكياز زيرلايه ها مي فرستد، در همين حالت ستون زمين نيز در رديفي كه پيكسل مورد نظر قرار دارد، فعال ميشود و به اين ترتيب جريان به پيكسل مورد نظر رسيده و كريستال مايع به نحوي كه گفته شده فعال ميشود.
سادگي سيستم ماتريس غيرفعال زيبا است، اما اين سيستم داراي اشكلات عمده اي مانند زمان پاسخ دهي بالا و كنترل غير دقيق ولتاژ است(زمان پاسخ دهي مربوط به نرخ نوسازي تصوير به نمايش در آمده در LCDها است).
ساده ترين راه براي تشخيص سرعت پاسخ كم در LCDهاي ماتريس غير فعال اين است كه ماوس خود را از يك سوي نمايشگر با سرعت به سوي ديگر بكشيد در اين حالت مي توانيد سايه هاي كه ماوس شمارا تعقيب مي كنند، مشاهده كنيد يك ديگر از ايرادهاي اساسي موجود در LCDهاي ماتريكس غيرفعال، كنترل غير دقيق ولتاژ آن ها است. اگر شما ولتاژ را به يك پيكسل خاص اعمال كنيد، جريان ارسالي روي پيكسال هاي مجاور نيز اثر گذاشته و آنها را تقريباً فعال مي كند اين حالت باعث ميشود كه تصوير كرك دار به نظر برسد و كنتراست آن به شدت افت كند(تصوير چهار)
LCDهاي با ماتريكس فعال با استفاده از ترانزيستورهاي فيلم نازك يا TFTها ساخته ميشوند. TFT هم از ترانزيستورهاي بسياركوچكي تشكيل شده است كه به همراه خازن مورد استفاده قرار مي گيرد. اين ترانزيستورها به صورت شبكه اي روي يك زيرلايه شيشه اي قرار گرفته اند. براي آدرس دهي يك پيكسل خاص، سطر متناظر با آن فعال شده و يك شارژ الكتريكي هم به ستون درست ارسال ميشود، درحالي كه تمامي سطرهاي ديگر آن متقاطع با آن ستون خاص خاموش هستند. به دليل اين كه ميتوان ترانزيستورها را به صورت جداگانه فعال يا غيرفعال كرد. تنها خازن موجود در كنار پيكسل مورد نظر شارژ را دريافت خواهد كرد اين خازن ميتواند شارژ را تا دوره نوسازي بعدي در خود نگهداري كند. علاوه براين ، اگر ولتاژ اعمال به هر پيكسل را به دقت كنترل كنيد، ميتوانيد كريستال مايع آن را به اندازه دلخواه تحريك و درنتيجه ميزان مورد نظرخود را از آن دريافت كنيد. با كنترل دقيق و لتاژ و در پله هاي بسار كوچك، LCDها مي توانند سايه هاي مختلف خاكستري را ايجاد كنند. بيشتر صفحات نمايشي كه اين روزها مورد استفاده قرار مي گيرند، ميتوانند تا 256 سطح از روشنايي را براي هر پيكسل ايجاد كنند. به دليل اين كه ولتاژ اعمال شده به هر تزانزيستور براي فعال سازي آن بسيار كوچك است(البته جريان تغذيه خود پيكسل بايد به اندازه كافي بزرگ باشد) ، روي پيكسل هاي مجاور تأثير نخواهد گذاشت. لايه مدار در TFT-LCDها داراي ساختاري بسيار شبيه به DRAM(رم هاي ديناميك) است. البته به جاي استفاده از پروسه سيليكوني براي ساخت ترانزيستورها در LCD، از ترانزيستورهاي بسيار نازك و شفافي استفاده ميشود كه روي يك زيرلايه شيشه اي قرار گرفته اندترانزيستورها تنها قسمت كوچكي از هر پيكسل را اشغال ميكنند و تمام مدار سيليكوني نيز به گونه اي طراحي شده تا به حداكثر ميزان نور اجازه عبور داده شود. لايه سيليكوني TFT-LCDها معمولاً با پروسه ساختي PECVD تهيه ميشوند. دراين پروسه گاز سيلان در فرآيند خاص، يك فيلم سيليكوني غير منظر را ايجاد ميكند. برخي از اوقات نيز از سيليكون Polycrystalline(كه با نامه هاي LTPS يا Ppoly-Si حرارت پايين نيز شناخته ميشود) استفاده مي كنند اين نوع خاص از سيليكون را ميتوان تا درصد بسيار بسيار بالايي خالص كرد(در حال حاضر LTPSرا تا +99،9999999 درصد خالص كرده اند).
اين ماده در نمايشگرهايي كه به كارايي بالايي نياز دارند، استفاده ميشوند. نمايشگرهاي با وضوح بالا با نمايشگرهايي كه بخشي از پردازش داده ها را خود برعهده دارند، از جمله اين نمايشگرها هستند TFTهايي هستند كه از LTPS استفاده مي كنند علاوه براين ، TFTهاي PECVD بزرگتر و حجيم تر نيز هستند. درنهايت بهترين نوع TFT-LCEهايي كه اكنون در دسترس قرار دارند از انواعي هستند كه از ترانزيستورهاي تك سيليكوني استفاده مي كنند.
البته قيمت هميشه يكي از مهمترين فاكتورها در زمينه خريد بوده، اما بهتراست كاربران با مزايا و معايب هريك از انواع فناوري هاي به كار رفته كه چه محصولي بيشتر با نيازهايشان تناسب دارد، تصميم بهتري بگيرند.
مانيتورهاي توليد شده با استفاده از اين پنل ها براي استفاده در برنامه هاي گرافيكي و نرم افزارهايي كه نياز به بازتوليد دقيق رنگها دارند، ايده ال هستند.
علاوه براين ، پنل هاي IPS بهترين زوايه ديد را بين تمامي فناوري هاي ديگر براي نمايشگرهاي LCD فراهم مي آورند. زاويه ديد در پنل هاي IPS حداكثر تا 178 درجه در تمامي جهات است. زمان پاسخ اين پنل ها هم در نسل جاري بين شش تا شانزده ميلي ثانيه است كه براي بسياري از كاربردها مناسب به نظر ميرسد اين ميزان تنها كمي بيشتر از سرعت پاسخ پنل هاي TN است.
البته علاقمندان به بازي ها بايد به اين نكته توجه كنند كه پنل هاي IPS با سرعت پاسخ پنل هاي TNاست.
البته علاقمندان به بازي ها بايد به اين نكته توجه كنند كه پنل هاي IPS با سرعت پاسخ بيشتر از هشت ميلي ثانيه ممكن است هنگام اجراي بازي هاي سريع، تصويري تار را به نمايش بگذارند. اين نمايشگرها را از روي رنگ سياه توليدي آنها كه در زوايه هاي بسته كمتر به ارغواني متمايل است، ميتوان از ساير پنل ها باز شناخت.
درحال حاضر تعداد كمي از توليد كنندگان از پنل هاي S-IPS در مقايسه با سايرپنل ها در محصولات خود استفاده ميكنند. به همين دليل كاربراني كه قصد تهيه مانيتورهايي با اين گونه پنل ها را دارند، اغلب با برچسب هاي قيمت بسيار بالا مواجه مي شوند.
H-IPS نسخه جديتري از S-IPS است ودر ساختار پيكلسل ها با آن تفاوت دارد. در H-IPS براي افزايش كيفيت تصاوير سعي شده تا سطوح كنتراست افزايش يافته و فاصله پيكسل ها با يكديگر كمترشود.
بازتوليد رنگ ها وزاويه ديد آنها به همان خوبي پنل هاي S-PVA است. البته همان طور كه گفته شد. سرعت پاسخ در آنها خيلي بدتر از پنل هاي S-IPS و همچنين پنل هاي TN بوده ونيز گزارش هايي از پنل هايي رسيده كه داراي تاخيرهاي فراوان در ورودي هاي خود هستند. به همين دليل شايد اين پنل ها بهترين انتخاب براي اجراي بازي هاي سريع نباشند، پنل هاي VA داراي كنتراست بسيار بالايي نسبت به ساير پنل ها هستند، اما مهمترين عيب آنها مربوط به تغيير رنگ است. تصويري كه از يك زاويه ديگر ديده ميشود، بسيار متفاوت است و سطوح روشنايي آن به شدت تغيير مي كنند . اين مشكلات باعث شده تا بسياري از كاربران علاقه اي به خريد پنل هاي VA نداشته باشند. علاوه براين، هنگامي كه از زاويه مستقيم به صفحه نگاه مي شود، تغيير رنگ باعث از بين رفتن جزئيات سايه هاي رنگي در تصاوير تاريك خواهد شد.
پنل ها VA بسيار فراوان تر از پنل هاي IPS هستند، زيرا توليد كنندگان زيادي اقدام به توليد نمايشگرهاي خود با استفاده از اين فناوري كرده اند.
البته مشتقاتي نيز از فناوري VA توسط شركت هاي بزرگ سازنده پنل هاي LCD توليد شده است كه از بين آنها ميتوان به فناوري هاي PVA از سامسونگ، فناوري MVA از فوجيتسو و فناوري ASV از شارپ اشاره كرد. اين پنل ها داراي كيفيت تصويري بهتري نسبت به پنل هاي TN بوده وبسيار اززان تر از نمايشگرهايي با پنل هاي IPS هستند.
البته دراين حلات نيز نتيجه به دست آمده چندان راضي كننده نيست. يكي از دلايلي كه پنل هاي TN تا اين حد محبوب هستند، قيمت بسيار مناسب آنها است.
علاوه براين، پنل هاي فوق تنها پنل هايي هستند كه در اندازه هاي 22 اينچ يا بزرگ تر توليد شده اند(البته به تازگي پنل هايي كه از ساير فناوري ها استفاده مي كنند نيز در اين اندازه توليد ميشوند) نمايشگرهاي 22 اينچي TN داراي قيمتي برابر با كمتر از پنل هاي بيست اينچي توليد شده با ساير فناوري هاي فوق هستند.
به همين دليل كاربران معمولي تمايل بسيار زيادي براي خريد نمايشگرهايي دارند كه از اين نوع پنل استفاده مي كنند اندازه صفحه نمايش با توجه به مشكلات موجود در مزينه كنترل كيفيت كه توليد كنندگان با آن روبه رو هستند، محدود شده است. براي افزايش اندازه صفحه نمايش، توليد كنندگان بايد به تعداد پيكسال ها و در نتيجه ترانزيستورها اضافه كنند.
توليد كنندگان LCDها امروز حدود چهل درصد از پنل هاي توليد شده را در خط توليد از رده خارج مي كنند وبه اين دليل كه هزينه هاي توليد LCD ها بايد جبران شود، قيمت LCD ها در اندازه هاي بزرگ همچنان بالا مانده است، اما به نظر مي رسد با توجه به پيشرفت هاي صورت گرفته در زمينه توليد اين محصولات، قيمت پنل هاي با ابعاد بزرگ به تدريج كاهش يابد.
منبع: نشریه عصر شبکه شماره 89
/س
LCDها در اصل با سد كردن جريان نور يا جلوگيري از بازتاب آن، تصاوير را نمايش مي دهند. در باره فناوري هاي مربوط به نمايشگرهاي LCD تاكنون به تفضيل و در مقالات مختلف صحبت شده است، اما هميشه مهمترين نكته در باره آنها ناديده گرفته ميشود. منابع نوري كه براي نمايش تصوير روي LCD به اندازه ساير مشخصات يا حتي بيشتر از آنها مهم هستند. در اين مقاله نگاهي خواهيم داشت به انواع منابع نوري كه براي روشن كردن LDCها به كار مي روند. اما قبل از آن بد نيست براي ياآوري نگاهي دوباره داشته باشيم به ساختار و انواع نمايشگرهايي كه با استفاده از اين فناوري ساخته شده اند.
ابزارهايي براي مديريت نور
اما دراين ميان برخي مواد نيز وجود دارند كه مي توانند حالتي بين اين دو داشته باشند. به اين مفهوم كه با وجود اين كه جت مولكولهاي آنها هميشه در حالت ثابتي است، اما قادر به حركت در بين مولكول هاي ديگر نيز هستند در حقيقت اين مواد نه مايع هستند و نه جامد. كريستال هاي مايع از جمله هميم مواد هستند و به همين دليل هم نامي چنين مناقض دارند آيا كريستال هاي مايع داراي خواصي مانند مواد جامد هستند يا مشخصات مواد مايع را دارند؟ در حقيقت حالت كريستال هاي مايع بيشتر شبيه به مايعات است تا جامدات، كريستال هاي مايع بسيار به حرارت حساس هستند و اندكي گرما ميتواند آنها را به مايع تبديل كند. به دليل همين حساسيت به حرارت است كه از آنها در ابزارهايي مانند حرارت سنج ها استفاده مي كنند همچنين به همين دليل است كه صفحه نمايش موبايل شماممكن است داراي عملكرد متفاوتي در يك صبح سرد زمستاني يا يك روز آفتابي تابستان باشد.
كريستال هاي مايع Nematic Phase
تفاوت بين اين دو نوع نيز نحوه قرارگيري مولكول ها در آن ها است. در نوع Isotopic مولكول ها به شكل تصادفي قرار گرفته اند، درصورتي كه در نوع Nematic شكل قرارگيري آنها منظم است.
جهت قرارگيري مولكول ها در نوع Nematic را ميتوان با استفاده از يك سازمان دهنده تغييرداد. اين سازمان دهنده ميتواند هر چيزي مانند يك ميدان مغناطيسي تا يك سطح با شيارهاي ميكروسكوپي باشد. در نوع Nematic ما حتي شاهد وجود انواع ديگري از كريستال هاي مايع هستيم كه در آن جهت قرار گيري يك مولكول با توجه به ديگر مولكول ها تنظيم مي شودSmectic پر كاربردترين آرايه دربين كريستال ها مايع Nematic است. دراين نوع از كريستال مايع، مولكول ها به صورت لايه اي قرار گرفته اند. انواع Smectic نيز داراي خصوصيت هاي متفاوتي هستند به عنوان مثال، در كريستالهاي مايع Smectic نوع C مولكولهاي موجود در هر لايه داراي شيبي با زاويه اي خاص نسبت به مولكول هاي لايه ديگر قرار قرار گرفته اند. نوع ديگري از كريستال هاي مايع Smectic انواع Cholesteric هستند كه با نام Chiral Nematic نيز شناخته ميشوند. دراين نوع ، مولكول هي هر لايه نسبت به لايه هاي ديگر اندكي پيچ خوردگي دارند كه درنهايت ساختاري مارپيچي را مي سازد. كريستال هاي مايع فروالكتريك (FLCها) در آرايه اي به همراه مولكول هاي Smectiv نوع C از كريستال ها مايعي كه داراي مولكول هاي Chiral هستند، استفاده مي كنند، زيرا طبيعت مارپيچي آنها اجازه ميدهد كه وضعيت قرار گيري مولكول ها را در كسري از ثانيه تغيير دهند به همين دليل FLCها براي استفاده از نمايشگرهاي پيشرفته كه تصاوير متحرك با نرخ نوسازي بالا را پخش مي كنند، بسيار مناسب هستند. كريستال ها با تثبيت سطحي از فشار كنترل شده بين دو سطح شيشه اي استفاده مي كنند تا سرعت سوپيچينگ را باز هم افزايش دهند.
ساخت يك نمايشگر LCD
* نور ميتواند پلاريزه (قطبي) شود.
* كريستال هاي مايع مي توانند نور پلاريزه شده را تغيير داده يا منتقل كنند.
* ساختار كريستال هاي مايع مي تواند با اعمال جريان الكتريكي تغيير كند.
* مواد شفافي وجود دارند كه ميتوانند الكتريسيته را انتقال دهند.
يك نمايشگر LCD از اين چهار حقيقت به شكل شگف آوري استفاده مي كند.
براي ساخت يك نماشگر LCD به دو شيشه پلاريزه نياز است. يك پليمر خاص كه داراي شيارهاي ميكروسكوپي است سمت ديگر شيشه را كه داراي فيلم پلاريزه كننده نيست. مي پوشاند شيارها بايد در يك جهت با فيلتر پلاريزه قرار بگيرند. سپس يكي از فيلترها را با لايه اي از كريستال مايع Nematic مي پوشانند. شيارها سبب خواهد شد تا اوليه لايه از مولكول ها با جهت قرار گيري فيلتر هماهنگ شوند. سپس دومين لايه از شيشه را كه با پوشش پلاريزه كننده در جهتي خاص پوشانده شده، به اولين قطعه اضافه مي كنند با توجه به اين كه شيارهاي موجود در هرسمت شيشه داراي زاويه نود درجه با سمت ديگر است. لايه هاي TN در تماس با هريك از آنها داراي زاويه نو درجه با ديگري و هم جهت با فيلتر پلاريزه كننده سمت خود خواهند بود. نور ابتدا به اولين لايه پلاريزه برخورد خواهد كرد. سپس مولكولهاي هر لايه ، نور دريافتي را به لايه ديگر هدايت مي كنند. مولكولهاي هر زاويه نوسان نور عبوري را به گوتنه اي تغيير ميدهند تا با زاويه خودشان هماهنگ شود. هنگامي كه نور بهسمت ديگر كريستال مايع مي رسد، زاويه نوسان آن با زاويه آخرين لايه از مولكولها همسان شده است. اگر زاويه لايه نهايي با زاويه فيلتر پلاريزه كننده دوم همسان باشد. نور از بين آن عبور خواهد كرد. اگر يك جريان الكتريكي را به مولكول هاي كريستال مايع اعمال كنيم، آن ها از حالت مارپيچ خارج خواهند شد. هنگامي كه آن ها دريك امتداد مرتب شوند، زاويه نوسان نور عبوري را به گونه اي تغيير ميدهند كه ديگر با زاويه فيلتر دوم هماهنگ نخواهد بود، به همين دليل نور نمي تواند از ميان فيلتر پلاريزه دوم عبور كند و آن قسمت از LCD تيره تر از نواحي اطراف به نظر خواهد رسيد.
براي اين كه بيشتر با ساختار LCD آشنا شويم، در ادامه بخش هاي يك LCD ساده را به صورت خلاصه توضيح مي دهيم.(تصويريك)
دريك LCD ساده يك آينه (A) در قسمت پشتي قرار دارد كه حالتي بازتابگر به LCD ميدهد بعد از اين لايه، يك لايه از شيشه وجود دارد كه داراي فيلم پلاريزه در قسمت پشتي خود است(B) كه باعث تغيير جهت نور و انتقال آن بهسمت الكترود معمولي شفاف از جنس ايندويوم- تين اكسايد(الكترود منفي) ميشود (C) (درحالت عادي الكترد بايد كل صفحه LCD را بپوشاند). بعد از عبور نور از اين بخش وارد لايه اي از جنس كريستال ميشود (D) و بعد از گذشتن از آن به بخش الكترود مثبت مي رسد. دراين قسمت جلوي تعدادي از نورها توسط الكترود گرفته ميشود و بقيه نورها به سمت لايه شيشه اي ديگر (E) كه روي آن لايه ديگري از فيلم پلاريزه (F) است، منتقل ميشود با عبور نور از اين لايه ها و رسيدن به پوشش شيشه اي، تصوير مورد نظر روي صفحه ترسيم ميشود الكترود به يك منبع تغذيه مانند باتري متصل ميشود هنگامي كه جرياني در مدار وجود ندارد، نور وارد شده از جلوي LCD وارد شيشه شده و به سادگي پس از برخورد با آينه به سمت بيرون بازتاب خواهد يافت، اما هنگامي كه باتري در حال تغذيه الكترودها استع كريستال مايع بين الكترود معمولي پشتي و الكترود مستطيل شكل جلويي از حالت مارپيچ باز شده و حلوي نور عبوري را ميگيرند. اين مسئله باعث ميشود كه ناحيه مستطيل شكلي روي LCD به رنگ تيره ظاهر شود.
LCD هايي با نور پشتي در برابر LCDهاي انعكاسي
به خاطر داشته باشيد كه LCD ساده ما به يك منبع نور خارجي نياز دارد، زيرا كريستال هاي مايع به خودي خود هيچ نوري توليد نمي كنند. به طور كلي ، در LCD هاي كوچك و ارزان قيمت از شيوه هاي انعكاسي استفاده مي كنند. اين مسئله به اين معني است كه آنها براي نمايش كاراكترها بايد نوري ازيك منبع خارجي را بازتاب دهند. اگر به LCD به كار رفته در يك ساعت نگاه كنيد، ميتوانيد ببينيد در جاهايي كه الكترودهاي كوچك، كريستال هاي مايع را شارژ كرده و مولكول را از حالت تاب خورد خارج كرده اند، با جلوگيري از عبور نور از فيلم ها پلاريزه اعداد به نمايش در مي آيند بيشتر نمايشگرهاي كامپيوتر از يك منبع نور فلورسنت استفاده مي كنند كه با فاصله كمي پشت LCD قرار گرفته است. اين نور در پس زمينه به گونه اي قرار گرفته تا تمام صفحه LCD را به صورت يكنواخت روشن كند. هنگام عبور از لايه هاي مختلف شامل فيلترها، لايه هاي كريستال مايع يا لايه هاي الكتروها بيشتر از نيمي از نور توليدي به هدر مي رود. در مثالي كه براي شما شرح داديم، ما ازيك الكترود بسيار ساده استفاده كرديم كه با جريان برق كار مي كرد و الكترود موجود درآن به جريان الكتريكي پاسخ ميداد. اگر شما لايه الكترودي ساده را برداريد و آن را با لايه پيشرفته تري جايگزين كنيد، ميتوانيد LCD پيچيده تري را نيز توليد كنيد.
LCDهاي پايه مشترك براي ساخت نمايشگرهاي ساده اي كه اطلاعات مشابهي را بارها و بارها نمايش مي دهند، مناسب هستند ساعتهاي ديجيتالي و ماشين هاي حساب در اين دسته جاي م گيرند.(تصويردو)
LCDهاي رنگي
ماتريكس غيرفعال و ماتريكس فعال
براي روشن كردن يك پيكسل ، مدار كنترل كننده داخلي جريان الكتريكي را به سطر مورد نظر دريكياز زيرلايه ها مي فرستد، در همين حالت ستون زمين نيز در رديفي كه پيكسل مورد نظر قرار دارد، فعال ميشود و به اين ترتيب جريان به پيكسل مورد نظر رسيده و كريستال مايع به نحوي كه گفته شده فعال ميشود.
سادگي سيستم ماتريس غيرفعال زيبا است، اما اين سيستم داراي اشكلات عمده اي مانند زمان پاسخ دهي بالا و كنترل غير دقيق ولتاژ است(زمان پاسخ دهي مربوط به نرخ نوسازي تصوير به نمايش در آمده در LCDها است).
ساده ترين راه براي تشخيص سرعت پاسخ كم در LCDهاي ماتريس غير فعال اين است كه ماوس خود را از يك سوي نمايشگر با سرعت به سوي ديگر بكشيد در اين حالت مي توانيد سايه هاي كه ماوس شمارا تعقيب مي كنند، مشاهده كنيد يك ديگر از ايرادهاي اساسي موجود در LCDهاي ماتريكس غيرفعال، كنترل غير دقيق ولتاژ آن ها است. اگر شما ولتاژ را به يك پيكسل خاص اعمال كنيد، جريان ارسالي روي پيكسال هاي مجاور نيز اثر گذاشته و آنها را تقريباً فعال مي كند اين حالت باعث ميشود كه تصوير كرك دار به نظر برسد و كنتراست آن به شدت افت كند(تصوير چهار)
LCDهاي با ماتريكس فعال با استفاده از ترانزيستورهاي فيلم نازك يا TFTها ساخته ميشوند. TFT هم از ترانزيستورهاي بسياركوچكي تشكيل شده است كه به همراه خازن مورد استفاده قرار مي گيرد. اين ترانزيستورها به صورت شبكه اي روي يك زيرلايه شيشه اي قرار گرفته اند. براي آدرس دهي يك پيكسل خاص، سطر متناظر با آن فعال شده و يك شارژ الكتريكي هم به ستون درست ارسال ميشود، درحالي كه تمامي سطرهاي ديگر آن متقاطع با آن ستون خاص خاموش هستند. به دليل اين كه ميتوان ترانزيستورها را به صورت جداگانه فعال يا غيرفعال كرد. تنها خازن موجود در كنار پيكسل مورد نظر شارژ را دريافت خواهد كرد اين خازن ميتواند شارژ را تا دوره نوسازي بعدي در خود نگهداري كند. علاوه براين ، اگر ولتاژ اعمال به هر پيكسل را به دقت كنترل كنيد، ميتوانيد كريستال مايع آن را به اندازه دلخواه تحريك و درنتيجه ميزان مورد نظرخود را از آن دريافت كنيد. با كنترل دقيق و لتاژ و در پله هاي بسار كوچك، LCDها مي توانند سايه هاي مختلف خاكستري را ايجاد كنند. بيشتر صفحات نمايشي كه اين روزها مورد استفاده قرار مي گيرند، ميتوانند تا 256 سطح از روشنايي را براي هر پيكسل ايجاد كنند. به دليل اين كه ولتاژ اعمال شده به هر تزانزيستور براي فعال سازي آن بسيار كوچك است(البته جريان تغذيه خود پيكسل بايد به اندازه كافي بزرگ باشد) ، روي پيكسل هاي مجاور تأثير نخواهد گذاشت. لايه مدار در TFT-LCDها داراي ساختاري بسيار شبيه به DRAM(رم هاي ديناميك) است. البته به جاي استفاده از پروسه سيليكوني براي ساخت ترانزيستورها در LCD، از ترانزيستورهاي بسيار نازك و شفافي استفاده ميشود كه روي يك زيرلايه شيشه اي قرار گرفته اندترانزيستورها تنها قسمت كوچكي از هر پيكسل را اشغال ميكنند و تمام مدار سيليكوني نيز به گونه اي طراحي شده تا به حداكثر ميزان نور اجازه عبور داده شود. لايه سيليكوني TFT-LCDها معمولاً با پروسه ساختي PECVD تهيه ميشوند. دراين پروسه گاز سيلان در فرآيند خاص، يك فيلم سيليكوني غير منظر را ايجاد ميكند. برخي از اوقات نيز از سيليكون Polycrystalline(كه با نامه هاي LTPS يا Ppoly-Si حرارت پايين نيز شناخته ميشود) استفاده مي كنند اين نوع خاص از سيليكون را ميتوان تا درصد بسيار بسيار بالايي خالص كرد(در حال حاضر LTPSرا تا +99،9999999 درصد خالص كرده اند).
اين ماده در نمايشگرهايي كه به كارايي بالايي نياز دارند، استفاده ميشوند. نمايشگرهاي با وضوح بالا با نمايشگرهايي كه بخشي از پردازش داده ها را خود برعهده دارند، از جمله اين نمايشگرها هستند TFTهايي هستند كه از LTPS استفاده مي كنند علاوه براين ، TFTهاي PECVD بزرگتر و حجيم تر نيز هستند. درنهايت بهترين نوع TFT-LCEهايي كه اكنون در دسترس قرار دارند از انواعي هستند كه از ترانزيستورهاي تك سيليكوني استفاده مي كنند.
انواع صفحات نمايش TFT
البته قيمت هميشه يكي از مهمترين فاكتورها در زمينه خريد بوده، اما بهتراست كاربران با مزايا و معايب هريك از انواع فناوري هاي به كار رفته كه چه محصولي بيشتر با نيازهايشان تناسب دارد، تصميم بهتري بگيرند.
فناوري IPS
مانيتورهاي توليد شده با استفاده از اين پنل ها براي استفاده در برنامه هاي گرافيكي و نرم افزارهايي كه نياز به بازتوليد دقيق رنگها دارند، ايده ال هستند.
علاوه براين ، پنل هاي IPS بهترين زوايه ديد را بين تمامي فناوري هاي ديگر براي نمايشگرهاي LCD فراهم مي آورند. زاويه ديد در پنل هاي IPS حداكثر تا 178 درجه در تمامي جهات است. زمان پاسخ اين پنل ها هم در نسل جاري بين شش تا شانزده ميلي ثانيه است كه براي بسياري از كاربردها مناسب به نظر ميرسد اين ميزان تنها كمي بيشتر از سرعت پاسخ پنل هاي TN است.
البته علاقمندان به بازي ها بايد به اين نكته توجه كنند كه پنل هاي IPS با سرعت پاسخ پنل هاي TNاست.
البته علاقمندان به بازي ها بايد به اين نكته توجه كنند كه پنل هاي IPS با سرعت پاسخ بيشتر از هشت ميلي ثانيه ممكن است هنگام اجراي بازي هاي سريع، تصويري تار را به نمايش بگذارند. اين نمايشگرها را از روي رنگ سياه توليدي آنها كه در زوايه هاي بسته كمتر به ارغواني متمايل است، ميتوان از ساير پنل ها باز شناخت.
درحال حاضر تعداد كمي از توليد كنندگان از پنل هاي S-IPS در مقايسه با سايرپنل ها در محصولات خود استفاده ميكنند. به همين دليل كاربراني كه قصد تهيه مانيتورهايي با اين گونه پنل ها را دارند، اغلب با برچسب هاي قيمت بسيار بالا مواجه مي شوند.
H-IPS نسخه جديتري از S-IPS است ودر ساختار پيكلسل ها با آن تفاوت دارد. در H-IPS براي افزايش كيفيت تصاوير سعي شده تا سطوح كنتراست افزايش يافته و فاصله پيكسل ها با يكديگر كمترشود.
فناوري VA
بازتوليد رنگ ها وزاويه ديد آنها به همان خوبي پنل هاي S-PVA است. البته همان طور كه گفته شد. سرعت پاسخ در آنها خيلي بدتر از پنل هاي S-IPS و همچنين پنل هاي TN بوده ونيز گزارش هايي از پنل هايي رسيده كه داراي تاخيرهاي فراوان در ورودي هاي خود هستند. به همين دليل شايد اين پنل ها بهترين انتخاب براي اجراي بازي هاي سريع نباشند، پنل هاي VA داراي كنتراست بسيار بالايي نسبت به ساير پنل ها هستند، اما مهمترين عيب آنها مربوط به تغيير رنگ است. تصويري كه از يك زاويه ديگر ديده ميشود، بسيار متفاوت است و سطوح روشنايي آن به شدت تغيير مي كنند . اين مشكلات باعث شده تا بسياري از كاربران علاقه اي به خريد پنل هاي VA نداشته باشند. علاوه براين، هنگامي كه از زاويه مستقيم به صفحه نگاه مي شود، تغيير رنگ باعث از بين رفتن جزئيات سايه هاي رنگي در تصاوير تاريك خواهد شد.
پنل ها VA بسيار فراوان تر از پنل هاي IPS هستند، زيرا توليد كنندگان زيادي اقدام به توليد نمايشگرهاي خود با استفاده از اين فناوري كرده اند.
البته مشتقاتي نيز از فناوري VA توسط شركت هاي بزرگ سازنده پنل هاي LCD توليد شده است كه از بين آنها ميتوان به فناوري هاي PVA از سامسونگ، فناوري MVA از فوجيتسو و فناوري ASV از شارپ اشاره كرد. اين پنل ها داراي كيفيت تصويري بهتري نسبت به پنل هاي TN بوده وبسيار اززان تر از نمايشگرهايي با پنل هاي IPS هستند.
فناوري TN
البته دراين حلات نيز نتيجه به دست آمده چندان راضي كننده نيست. يكي از دلايلي كه پنل هاي TN تا اين حد محبوب هستند، قيمت بسيار مناسب آنها است.
علاوه براين، پنل هاي فوق تنها پنل هايي هستند كه در اندازه هاي 22 اينچ يا بزرگ تر توليد شده اند(البته به تازگي پنل هايي كه از ساير فناوري ها استفاده مي كنند نيز در اين اندازه توليد ميشوند) نمايشگرهاي 22 اينچي TN داراي قيمتي برابر با كمتر از پنل هاي بيست اينچي توليد شده با ساير فناوري هاي فوق هستند.
به همين دليل كاربران معمولي تمايل بسيار زيادي براي خريد نمايشگرهايي دارند كه از اين نوع پنل استفاده مي كنند اندازه صفحه نمايش با توجه به مشكلات موجود در مزينه كنترل كيفيت كه توليد كنندگان با آن روبه رو هستند، محدود شده است. براي افزايش اندازه صفحه نمايش، توليد كنندگان بايد به تعداد پيكسال ها و در نتيجه ترانزيستورها اضافه كنند.
توليد كنندگان LCDها امروز حدود چهل درصد از پنل هاي توليد شده را در خط توليد از رده خارج مي كنند وبه اين دليل كه هزينه هاي توليد LCD ها بايد جبران شود، قيمت LCD ها در اندازه هاي بزرگ همچنان بالا مانده است، اما به نظر مي رسد با توجه به پيشرفت هاي صورت گرفته در زمينه توليد اين محصولات، قيمت پنل هاي با ابعاد بزرگ به تدريج كاهش يابد.
منبع: نشریه عصر شبکه شماره 89
/س
