مقايسه فناوري هاي مختلف LCD

ما در اين مقاله به مقايسه مانيتورهاي IPS و VA LCD با مدل هاي TN مي پردازيم. کارآيي يک مانيتور LCD، به شدت به چگونگي ساخت کريستال مايع( براي عبور دادن نور) بستگي دارد.
ما در اين مقاله به بررسي سه تا از رايج ترين تکنولوژي هاي موجود براي انجام اين کار مي پردازيم:
In-plane Switching, Twisted Nematic(TN), Vertical Alignment(VA).
هريک از اين سه تکنولوژي، يک پيکسل را با استفاده از يک سلول از مولکول کريستال مايع که توسط يک ترانزيستور فيلم نازک کنترل مي شود، ايجاد مي کنند. از کريستال مايع به اين دليل استفاده مي شود چون آن ها در عليرغم اينکه از نظر فيزيکي جامد هستند از قابليت تأثيرگذاري بر نور نيز برخوردار هستند. در يک LCD رنگي، هر پيکسل به سه سلول فرعي يا subpixel که داراي رنگ هاي قرمز، سبز و آبي است و هريک فيلترهاي مربوط به خود را دارد، تقسيم مي شود. اين سلول ها در يک ماتريس و آرايه اي از ستون ها و رديف هايي که بين دو ستون شيشه فشرده شده اند، قرار گرفته اند و يک فيلم پلاريزه کننده در سمت بيروني هر ستون واقع شده است.
يک منبع نور مثل يک لامپ کاتدي سرد يا يک شبکه LED، در پشت اولين پانل شيشه اي قرار گرفته است. امواج نور حاصل از نورپشتي، ملکول هاي کريستال مايع را دنبال مي کنند اما آن ها قبل از اين که به سطح صفحه نمايش برسند بايد از دو فيلتر پلاريزه کننده عبور داده شوند. امواج نور براي عبور از اولين فيلتر بايد به شکلي دقيق و مناسب با آن موازي شوند اما از آنجائيکه دومين فيلتر عمود بر فيلتر اول است، هيچ نوري عبور نمي کند مگر اين که ابتدا جهت آن عوض شود.

Twisted Nematic LCD
 

در يک صفحه نمايش twisted nematic(TN)، يک پليمر هادي الکتريسيته به دو بستر ( substrate) شيشه اي، روي دو وجه مقابل فيلترهاي پلاريزه کننده اعمال مي شود. شيارهاي افقي در يک سمت به داخل ماده پليمر و شيارهاي عمودي در سمت ديگر به درون ماده پليمر فشرده مي شوند. مولکول هاي ميله اي شکل کريستال مايع، به شکل فشرده در بين اين دو قرار مي گيرند و بدين ترتيب مولکول هايي که با شيارهاي عمودي به پانل جذب مي شوند يک جهت شمالي - جنوبي به خود مي گيرند در حالي که مولکول هاي نزديک تر به پانل که داراي شيارهاي افقي هستند جهت شرقي- غربي به خود مي گيرند. مولکول هايي که در اين بين قرار مي گيرند، اجباراً در يک الگوي مارپيچي شکل واقع مي شوند.
وقتي امواج نور اين مارپيچ را دنبال مي کنند، براي اين که با دومين فيلتر پلاريزه کننده موازي شوند 90 درجه مي چرخند و به منظور ايجاد يک پيکسل سفيد، از آن عبور مي کنند. يک پانل TN به انرژي بسيار اندکي نياز دارد زيرا يک پيکسل سفيد را در حالت خاموش يا Off خلق مي کند( بدين معنا که براي رسيدن به اين وضعيت به هيچ ولتاژي نياز نيست). وقتي ولتاژ اعمال مي شود، مولکول هاي کريستال مايع دوباره به صورت عمودي در مي آيند و بدين ترتيب امواج نور ديگر چرخانده نمي شوند. در اين حالت، نور نمي تواند از فيلترهاي پلاريزه کننده عبور کند و در نتيجه يک پيکسل سياه ايجاد مي شود.
LCDهاي Twisted- nematic به رايج ترين نمايش گرهاي مصرفي تبديل شده اند زيرا توليد آن ها نسبتاً ارزان تمام مي شود و از زمان پاسخ گويي بسيار پائيني برخوردار هستند( زمان پاسخ گويي يا Response Time، با ميلي ثانيه اندازه گيري مي شود و به سرعت تغيير جهت مولکول هاي کريستال مايع مانيتور و ثبت اين تغيير بر روي صفحه اشاره دارد. هر چقدر زمان پاسخ گويي يک مانيتور سريع تر باشد به همان ميزان از motion-blur و اثرات ghosting کم تري برخوردار است).

در عين حال LCDهاي TN نواقصي هم دارند که مهم ترين اين اشکالات اين است که آن ها قادر نيستند يک پالت رنگ 24 بيتي کامل را نمايش دهند( 256 سايه از هريک از پيکسل هاي رنگ هاي سبز و قرمز و آبي براي ايجاد 16.7 ميليون رنگ در کل). نمايش گرهاي TN فقط از شش بيت براي هر رنگ( 64 سايه از قرمز و سبز و آبي براي ايجاد 262.144 رنگ در کل) استفاده مي کنند. نمايش گرهاي TN براي شبيه سازي سايه هايي که به طور محلي قادر به توليد آن نيستند يا به dithering( تلفيق پيکسل هاي مجاور هم براي ايجاد يک سايه که يک پيکسل منفرد نمي تواند ايجاد کند) يا کنترل نرخ فريم( چرخاندن سريع يک پيکسل در مجموعه اي از سايه ها به منظور فريب دادن چشم براي ديدن يک رنگ خاص) متکي هستند. نمايش گرهاي TN همچنين داراي زاويه هاي ديد باريک و محدودي هستند زيرا مولکول هايي که به شکل عمود سازمان يافته اند به پراکنده کردن امواج نور گرايش دارند.

LCDهاي IN-PLANE SWITCHING
 

يک LCD از نوع IPS(in-plane switching)، ولتاژ را به هر دو سمت مولکول هاي کريستال مايع اعمال مي کند که اين کار به جاي حرکت دادن کريستال ها به شکل عمودي( کاري که پانل هاي TN مي کنند)، آن ها را به صورت موازي به سوي پانل نمايش گر حرکت مي دهد. براي اين کار به دو ترانزيستور براي هر پيکسل نياز است که اين موضوع باعث بالارفتن هزينه توليد پانل مي شود. تعداد بيش تر ترانزيستورها همچنين باعث بلوکه شدن ناحيه انتقال مي شود بدين ترتيب براي جبران اين امر به يک نور پشتي قدرتمندتر نياز داريم. نور پشتي قوي تر، انرژي الکتريکي بيش تري مصرف مي کند که همين امر باعث مي شود اين تکنولوژي براي اغلب کامپيوترهاي نوت بوک که با استفاده از باطري کار مي کنند يک گزينه بسيار نامناسب محسوب شود.
جهت گيري موازي مولکول هاي کريستال مايع در نمايش گرهاي IPS نور کم تري را پراکنده مي کند که اين موضوع باعث مي شود اين نوع مانيتورها در مقايسه با مانيتورهاي TN از زاويه ديد عريض تري برخوردار شوند. مانيتورهاي IPS نور را با استفاده از 8 بيت براي هر جزء ارائه مي کنند در نتيجه آن ها قادر هستند يک پالت 24 رنگ واقعي با 16.7 ميليون سايه را بدون نياز به فريب هايي مثل dithering يا کنترل نرخ فريم ايجاد کنند. نمايش گرهاي IPS نوعاً از زمان پاسخ گويي کم رنج مي برند و همين امر موجب نامناسب شدن آن ها براي استفاده در برنامه هايي که به سرعت بالا نياز دارند( مثل بازي ها) مي شود. اما توليد کنندگان توان خود را صرف برطرف نمودن اين نقيصه نموده اند و در حال حاضر مدل هاي متعددي از مانيتورهاي IPS در بازار وجود دارد که زمان پاسخ گويي آن ها در حد 6 ميلي ثانيه است. نمونه هاي مختلف تکنولوژي IPS عبارتند از:
Advanced Super-IPS(AS-IPS), Super-IPS(S-IPS), Horizontal IPS(H-IPS).

LCDهاي VERTICAL ALIGNMENT(VA)
 

مولکول هاي کريستال مايع موجود در LCDهاي vertical alignment بطور طبيعي به شکل عمودي( ستوني ) بر روي substrate رديف مي شوند. در فقدان ولتاژ، امواج نور حاصل از backlight( نورپشتي ) بدون مزاحمت از مولکول هاي کريستال مايع عبور مي کنند اما به منظور ايجاد يک پيکسل سياه، توسط فيلتر پلاريزه کننده دوم بلوکه مي شوند.وقتي ولتاژ از بين دو لايه پليمر عبور مي کند مولکول هاي کريستال مايع جهت خودشان را عوض مي کنند و بدين ترتيب در برابر substrate جهت افقي به خود مي گيرند. حالا امواج نور با فيلتر پلاريزه کننده دوم به صورت موازي درمي آيند و در نتيجه يک پيکسل سفيد ايجاد مي شود. هزينه توليد LCDهاي VA در مقايسه با نمايش گرهاي IPS کم تر است زيرا مثل مدل هاي TN، آن ها فقط به يک ترانزيستور در هر پيکسل نياز دارند.
نوعي از اين تکنولوژي يعني Multi-Domain Vertical Alignment(MVA)، شفافيت يکپارچه تري در دامنه اي از زواياي ديد مختلف ارائه مي کند. LCDهاي MVA هر سلول را به چهار ناحيه يا domain تقسيم مي کنند و براي pre-tilt کردن مولکول هاي کريستال مايع در مسير مورد نظر از بيرون زدگي هاي بر روي شيشه استفاده مي کنند. پانل هاي ارزان تر VA و MVA، رنگ هاي 6 بيتي را تحويل مي دهند و از dithering يا کنترل نرخ فريم براي شبيه سازي پالت هاي رنگ بزرگ تر استفاده مي کنند؛ مدل هاي بالاتر، رنگ 8 بيتي را تحويل مي دهند. ساير نمونه هاي تکنولوژي vertical alignment شامل Patterned Vertical Alignment مي شود.
شکل: کريستال هاي مايع، امواج نور را خم مي کنند. ولتاژ باعث مي شود تا مولکول هاي کريستال مايع موجود در يک نمايش گر twisted-nematic، براي بلوکه کردن عبور نور، جهت شان را به صورت عمودي درآوردند. در يک نمايش گر in-plane switching، مولکول ها عبور نور را تا زماني که ولتاژ جهت آن ها را با پانل موازي کند بلوکه مي کنند.
منبع: بزرگراه رايانه، شماره 128.
/ج