هر روز نمایشگرهای کریستال مایع یا LCD:Liquid Crystal Display را در اطراف خود می بینید. از تلفن همراهتان گرفته تا ساعت دیجیتالی یا نمایشگرهای تلویزیون و کامپیوتر.

هر روز نمایشگرهای کریستال مایع یا LCD:Liquid Crystal Display را در اطراف خود می بینید. از تلفن همراهتان گرفته تا ساعت دیجیتالی یا نمایشگرهای تلویزیون و کامپیوتر.

نام کریستال مایع کمی نا آشنا و غیر معمول به نظر می رسد چون تصوری که از کریستال داریم ماده ای سخت و کاملاً جامد است. بیایید در این مورد بیشتر بدانیم و سپس به سراغ معرفی صفحه نمایش LCD برویم.

همه ما می دانیم که سه حالت ماده وجود دارد. جامد، مایع و گاز. مولکول های جامد در قید نیروی بین مولکولی هستند و به همین دلیل با نظم مشخصی جسمی معمولاً سخت را تشکیل می دهند. در مقابل مولکول های مایع از نیروی جاذبه مولکولی کمتری برخوردار هستند ولی باز هم این نیرو به اندازه ای است که آن ها را با هم متحد قرار دهد و مانند گاز آزادانه در محیط، به صورت بی نظم حرکت نکنند.

در این میان بعضی مواد حالتی بین مایع و جامد به خود می گیرند. به این معنی که هم مانند جامد در قید نیروی بین مولکولی هستند و هم مانند مایع به حالت سیال حرکت می کنند. کریستال مایع بیشتر به حالت مایع تمایل دارد تا جامد.

با این حال مقدار گرمایی که برای مایع کردن کریستال جامد نیاز است تقریباً زیاد است. به همین دلیل است که صفحه نمایش های LCD در دماهای مختلف رفتار غیر عادی از خود نشان می دهند.

با توجه به نوع کریستال، انواع مختلفی از کریستال مایع وجود دارد. نوعی از کریستال مایع که از آن در ساخت LCD استفاده می شود نسبت به عبور جریان رفتار های مختلفی از خود نشان می دهد. یکی از این رفتار عبور و گسیل نور از خود است.

کریستال های مایع را به دو دسته تقسیم می کنند. نوعی از آن گرما گرا هستند و به تغییرات گرمایی واکنش نشان می دهند. نوع دیگر به تغییرات شیمیایی واکنش نشان می دهند.

نوع اول را نیز از نظر ساختار مولکولی به دو نوع تقسیم می کنند. نوعی که در شکل گیری در محیط به حالت تصادفی شکل می گیرد و نوع دیگری که خود حالت مشخص و آرایش مخصوصی دارد.

شکل گیری نوع دوم بستگی به اثر یک عامل خارجی دارد. این عامل می تواند یک جریان الکتریکی باشد و یا یک قالب فیزیکی که کریستال تحت آن شکل گیرد. کریستال مایع معمولاً حالتی گره مانند به خود می گیرند ولی با عبور جریان رشته های آن ها از یکدیگر باز می شوند و به صورت منظم شکل می گیرند.

در ساخت LCD چهار موضوع کلی وجود دارد:

۱) اینکه نور می تواند قطبی شود

۲) کریستال مایع می تواند نور را تغییر و از خود عبور دهد

۳) ساختار کریستال مایع با عبور جریان تغییر می کند

۴) و اینکه موادی شفاف وجود دارند که جریان را از خود عبور می دهند

برای ساخت LCD ابتدا نیاز به دو شیشه قطبی شده (Polarized) نیاز داریم. روی طرفی از شیشه که قطبی نشده است ماده ای پلاستیکی کشیده می شود. این ماده باعث می شود تا شبکه هایی بر روی سطح شیشه ایجاد شود.

سپس بر روی این لایه پلاستیکی، لایه ای از کریستال مایع نیز کشیده می شود. شبکه های تشکیل شده از پلاستیک به کریستال مایع شکل و فرم می دهند. سپس صفحه های شیشه قطبی شده که با روکش های پلاستیکی و کریستالی آماده شده اند را در ردیف های عمودی و افقی در مقابل یکدیگر قرار می دهند.

با عبور نور از هر کدام از لایه ها، سرعت و زاویه لرزش آن تغییر می کند. در انتها اگر زاویه و جهت گیری نور با شبکه تشکیل شده از پلاستیک بر بروی صفحه انتهایی مطابق باشد، نور از آن عبور می کند.

همانطور که گفتیم با القای جریان به کریستال مایع شکل گره مانند آن باز می شود. در این حالت نور را در زاویه و جهت گیری متفاوت با خطوط شبکه مانند لایه بیرونی قرار می دهد و نور را از خود عبور نمی دهد و آن قسمت از کریستال تاریک تر به نظر می رسد.

کریستال مایع به هیچ عنوان از خود نور گسیل نمی کند. به همین دلیل برای تشکیل تصویر به غیر از القای جریان، نیاز به منبع خارجی نور نیز داریم.

برای درک بهتر این مطلب به یک ساعت دیجیتالی نگاه کنید. قسمتی از صفحه که اعداد در آن نمایش داده نمی شوند روشن است. این نوع صفحه های LCD معمولاً دارای منبع نور خارجی نیستند و تنها نور محیط را بازتاب می دهند. سپس با القای جریان در کریستال مایع از انعکاس نور در قسمتی که می خواهیم آن را نمایش دهیم جلوگیری می کنیم و به جای ایجاد تصویر با روشن کردن، با خاموش کردن مناطقی از صفحه ای روشن تصاویر را نمایش می دهیم.

این نوع LCDها برای صفحه نمایش هایی مناسب هستند که تصاویری مشخص را همواره نشان می دهند. صفحه های ۷ قسمتی یا ۷Segment مثال مناسبی برای این نوع است.

در LCDهای رنگی از نوعی نور فلورسنت استفاده می شود و صفحه ای گسترده از این نوع لامپ نور را به طور مساوی می تاباند تا از متناسب بودن تصویر اطمینان حاصل شود.

LCDهای ماتریسی نیز نوع دیگری از نمایش گر های LCD هستند. برای ساخت اینگونه LCDها از دو لایه شیشه ای به استفاده می شود.

به یکی از این شیشه ها ردیف و به دیگری یک سطرها متصل می شوند. هر سطر به یک مدار مجتمع متصل می شود و هر کدام از نوعی ماده شفاف رسانا ساخته شده است. به این ترتیب با فرستادن جریان به هر پیکسل، کریستال مایع از هم باز می شود و نور را عبور نمی دهد. این نوع LCD مشکلات بزرگی از جمله زمان طولانی برای پاسخ دارد.

صفحه نمایش هایی که تصاویر رنگی را نشان می دهند دارای سه زیر پیکسل سبز و آبی و قرمز هستند. برای ساخت هر پیکسل یک مدار مجتمع و یک خازن نیاز است. برای یک لپ تاپ ساده که LCD آن ۷۶۸۱۰۲۴ پیکسل دارد ۲۳۵۹۲۹۶ خازن و IC استفاده شده است. مشکلی که در این میان رخ می دهد این است که اگر تنها یکی از ترانزیستور ها و یا خازن ها به صورت دقیق کار نکنند قسمتی از صفحه از کار می افتد.

با فراگیر شدن استفاده از LCD و بزرگتر ساختن و بیشتر کردن پیکسل ها، شانس داشتن ترانزیستور ها و خازن های معیوب بیشتر می شود و سازندگان هم اکنون به دنبال رفع اینگونه مشکلات و رسیدن به پیکسل های بیشتر و بالا بردن دقت و کیفیت نمایشگر ها LCD هستند.