تحقیق مقاله ساختار نمایشگر های LCD

ساختار نمایشگر های  LCD

خلاصه :

تکنولوژی LCD یا کریستال مایع از زمانی در حدود یک دهه قبل برای اولین بار برای استفاده در کامپیوترهای قابل حمل laptab پا به عرصه ظهور گذاشت.

فردریک یک گیاه شناس اتریشی کاشف کریستال مایع است او مشاهده کرد زمانی که یک ماده شبیه کریستال مایع را ذوب می‌کند این مایع که در ابتدا تیره بوده و با بالارفتن حرارت رنگ آن روشن‌ می‌شود پس از خنک کردن مایع قبل از تبلور نهایی به رنگ آبی تبدیل می‌شود.

تلویزیون‌ها و مانیتورهای LCD ساختاری ساندویچی مانند دارند.

دو نوع LCD در رایانه وجود دارد : LCD های ماتریسی فعال و غیرفعال که بیشتر کامپیوترهای laptab کریستال مایع ماتریسی فعال دارند.

LCD در نور می‌تواند قطبیده شود و کریستال‌های مایع می‌توانند منتقل شوند و جهت نور قطبیده شده را تغییر دهند. ساختار کریستال‌های مایع می‌تواند از سوی جریان الکتریکی تغییر یابند و نیز مواد شفافی موجودند که قادرند جریان الکتریسیته را هدایت کنند.

مقدمه

دنیای امروز دنیای فن‌آوریهای پیشرفته می‌باشد، هر روز از گوشه و کنار جهان خبر اختراعات و اکتشافات جدید به گوش می‌رسد و یکی از این ابداعات که کم‌کم فراگیر می‌شود تکنولوژی LCD است.

قبل از LCD از مانیتورهای CRT بیشتر استفاده می‌شد اما بدلیل مزیت‌هایی که LCD نسبت به CRT دارد امید است با افزایش تولید و بالارفتن تکنولوژی تولید مانیتورهای LCD جایگزین مانیتورهای CRT شود.

تاریخچه LCD

قبل از LCD مانیتورهای CRT استفاده می‌شد.

مانیتورهای CRT :این مانیتورها به مانیتورهای لامپ اشعه کاتودیک یا مانیتورهای مجهز به تفنگ کاتدی مشهور هستند. در این مانیتورها سه تفنگ الکترونی با رنگ‌های قرمز، سبز و آبی وجود دارد که الکترون‌ها را به سرعت به پشت صفحه نمایش پرتاب می‌کند. سطح داخلی صفحه نمایش به یک ماده فسفری آغشته شده است که در اثر برخورد الکترونها به یک نقطه از این سطح فسفری، با سوختن فسفرها از آن نور منعکس می‌شود.

LCD :تکنولوژی LCD یا کریستال مایع از زمانی در حدود یک دهه قبل برای اولین بار برای استفاده در کامپیوترهای قابل حمل Laptab پا به عرصه ظهور گذاشت.

LCD توسط یک اتریش به نام فردریک کشف شد که مشاهدات او در این مقاله آمده است.

امروز تلویزیونهای رنگی، LCD ساختاری ساندویچ مانند دارند که ساختار LCD و روشهای ساخت آن را مورد بررسی قرار می‌دهیم.

اصول نمایشگرهای رنگی LCD های ماتریسی فعال و غیرفعال که دو ساختار آنها و نیز تلویزیون و پروژکتور ویدئویی LCD از جمله مطالبی هستند که در این  مقاله می‌خوانیم.

مقایسه‌ی LCD با CRT

- از نظر اندازه و وزن، LCD با اختلاف بسیار زیادی جلوتر از CRT قرار دارد.

- از نظر کیفیت تصویر، تقریباً مساوی پیش می‌روند اما در آینده بدلیل محدودیت‌های CRT همچون قطر ثابت الکترون،LCD پیشی خواهد گرفت.

- از نظر وضعیت واقعی، تلویزیون‌های CRT 24 اینچ به 23 اینچ نزدیکترند. در حالی که یک LCD 19 اینچ نزدیک 20 اینچ قطر دارد.

- از نظر قیمت که مهمترین عامل است، LCDها بسیار گرانتر از CRT هستند که در آینده با افزایش تولید و بالارفتن تکنولوژی تولید، این مانع نیز از سر راه LCD کنار خواهد رفت.

کریستال مایع چیست؟

- LCD ها یا کریستال مایع اولین بار در سال 1855 از سوی یک گیاه شناس اتریشی به نام فردریک رینیتز کشف شد او مشاهده کرد زمانی که یک ماده شبیه کریستال را ذوب می‌کند این مایع که در ابتدا تیره بود و با بالارفتن حرارت رنگ آن روشن می‌شود پس از خنک کردن مایع قبل از تبلور نهایی به رنگ آبی تبدیل می‌شود.

- کریستال مایع از نظر ماهیت ماده‌ای است نه جامد و نه مایع ولی به مایع نزدیکتر است.

- و در صورتی که از نظر الکتریکی برانگیخته شود، نور گذرنده از خود را تحت تأثیر قرار می‌دهد.

امروزه تلویزیون‌ها، مانیتورهای LCD رنگی یک ساختار ساندویچی دارند.

TFT لایه نازک ترانزیستوری صفحه نمایش مایع است با ساختاری ساندویچی، که کریستال مایع بین دو صفحه شیشه‌ای پر شده است.

شیشه TFT تعدادی پیکسل‌های نمایش دارد، و یک شیشه فیلتر رنگ، یک فیلتر رنگ برای تولید کردن رنگ دارد.

کریستال مایع بر طبق تفاوت در ولتاژ بین شیشه فیلتر رنگ و شیشه TFT حرکت می‌کند.

ساختار LCD با روشهای ساخت

حال به شرح مختصر و فهرست وار ساختار مواد کریستال مایع و فرآ‎‌یند تولید یک LCD ساده‌ی ماتریسی می‌پردازیم.

در ساختار ساندویچی، LCD های رنگی ساختاری دارند که اجزای آن به آرایشی ساندویچ مانند تبدیل می‌شوند این اجزا عبارتند از :

1.       فیلتر پولاریزاسیون (شفاف سازی) که نور ورودی و خروجی را کنترل می‌کند.

2.       زیر لایه‌ی شیشه‌ای که فیلتر کردن الکتریسیته را از الکترودها متوقف می‌سازد.

3.    الکترودهای شفاف که LCD را تحریک می‌کنند به منظور عدم تداخل با مجتمع سازی رنگ تصویر، در این الکترودها از یک ماده‌ی فوق‌العاده شفاف استفاده می‌شود.

4.       لایه‌ی مسیردهی که از فیلم (نوارهای باریک) برای به صف کردن مولکولها در جهتی ثابت استفاده می‌کند.

5.       کریستال‌های مایع.

6.       فضاگذار که فضای یکنواخت را بین صفحات شیشه‌ای حفظ می‌کند.

7.       فیلتر رنگ که از طریق استفاده از فیلترهای قرمز، سبز و آبی رنگها را نمایش می‌دهد.

8.       نور زمینه صفحه نمایش از پشت روشن است تا صفحه‌ی نمایش روشن‌تر باشد.

اصول نمایشگرهای رنگی :

در سیستم‌های ماتریس- نقطه‌ای، نقاط سبز، آبی و قرمز، از طریق استفاده از فیلترهایی برای هر یک از سه رنگ اصلی به دست می‌آیند. با ترکیب کردن این سه رنگ می‌توان به انواع مختلف رنگها دست یافت.

LCD های ماتریسی فعال و غیرفعال :

دو نوع LCD در رایانه وجود دارد : LCDهای ماتریسی فعال و غیرفعال.

نمایشگر ماتریسی فعال :

بیشتر کامپیوترهای جدید laptab صفحه نمایش کریستال مایع ماتریسی فعال دارند.

LCD ماتریسی فعال ساختار لایه‌ای دارد.

در مزیت کریستال‌های مایع این است که به عنوان سوئیچ‌های کوچکی برای خاموش و روشن کردن پیکسل‌های تصویر استفاده می‌شود.

یک LCD وسیله‌ای است که از 4 الگو یا واقعیت فیزیکی بهره می‌گیرد :

اول اینکه نور می‌تواند قطبیده شود، دوم اینکه کریستال‌های مایع می‌توانند منتقل شوند و جهت نور قطبیده شده را تغییر دهند. سوم اینکه ساختار کریستال‌های مایع می‌توانند از سوی جریان الکتریکی تغییر یابند و آخرین مورد اینکه موارد شفافی موجودند که قادرند جریان الکتریسیته را هدایت کنند.

درون صفحه‌ها الکترودهای شفاف و فیلترهای رنگ هستند که هر کدام به عناصر کوچکی که SaB Pixel نامیده شده است تقسیم می‌شوند.

نمایشگر ماتریس‌های غیرفعال :

ماتریس غیرفعال از یک شبکه‌ ساده برای تأمین شارژ پیکسل‌های موجود در روی نمایشگر استفاده می‌کنند. ایجاد شبکه در واقع مرحله پردازش است که با دو لایه شفاف آغاز می‌شود. مواد کریستال مایع مابین دو لایه شفاف قرار خواهد گرفت یک فیلم قطبیده به بخش خارجی از هر یک از این لایه اضافه می‌شود. سیستم ماتریسی غیرفعال نواقصی دارد از جمله زمان پاسخ کوتاه و کنترل ولتاژ بدون دقت.

همانطور که گفته شد ماتریس‌های غیرفعال از یک شبکه‌ ساده برای تأمین شارژ پیکسل‌های موجود روی نمایشگر استفاده می‌کنند. ایجاد شبکه در واقع یک مرحله پردازش است که با دو لایه شفاف آغاز می‌شود به یکی از این لایه‌ها ستون‌ها و به دیگری ردیف‌هایی واگذار می‌شود که از مواد هادی و شفاف ساخته می‌شوند که معمولاً از جنس قلع هستند.

ستون‌ها و ردیف‌ها به مدارهای مجتمع(ICها) مرتبط می‌شوند و زمانی که شارژ از سطر یا ستون خارج شود. این مدارها، کنترل خواهد شد.

در ماتریس‌های LCD Passiae هیچ وسیله Swiching وجود ندارد و هر پیکسل برای بیشتر از یک فریم زمانی آدرس دهی شده است.

آدرس دهی فعال محدودیت‌های مالتی پلکس کردن را به وسیله‌ی گنجاندن یک عنصر Swiching فعال حذف می‌کند.

ساختار سیستم‌های تحریک ماتریسی :

ساختار سیستم‌های تحریک ماتریسی ساده :

الکترودهای x بر روی زیر لایه‌ی پایین سلول کریستال مایع قرار دارند و الکترودهای y بر روی زیرلایه‌ی بالا هستند. سیگنال‌های الکتریکی با زمان‌بندی مناسب به این الکترودها اعمال می‌شود تا پیکسلهای هدف انتخاب شوند.

ساختار سیستم‌های تحریک ماتریسی فعال :

در این ساختار ترانزیستورهای سوئیچینگ از نوع TFT و یا دیودهایی به هر پیکسل (Pixel) متصل است تا الکترودهای x وy را خاموش و روشن کند. سیگنال‌های سوئیچینگ به الکترودهای x اعمال می‌شوند و سپس سیگنالهای ویدئو به الکترودهای y داده می‌شوند.

تلویزیون LCD panel vision

تلویزیون‌های Projection اخیراً بسیار مورد توجه قرار گرفته‌اند. از یک LCD کوچک و چندین آینه برای تولید تصویری بزرگ استفاده می‌شود. این همان دلیل پیکسلهای بزرگ در این تلویزیون‌هاست.

پروژکتور ویدئویی LCD : Projector Video LCD

این دستگاهها از یک LCD بسیار کوچک برای هر رنگ و چندین آینه برای تولید تصویر بزرگ استفاده می‌کند.

آموخته ایم که ماده سه حالت جامد ، مایع و گاز دارد که به تازگی هم دو حالت دیگر به آن اضافه شده است. جامدات شکل خاصی دارند، یعنی مولکولهای آنها موقعیت خاصی نسبت به یکدیگر داشته و نمی توانند آزادانه به هر سو حرکت کنند . ولی مولکول های مایعات چنین قیدی نسبت به هم ندارندو در کل حجم آن در حرکت اند . کریستالهای مایع موادی هستند که ظاهر مایع دارند، اما مولکولهای آنها آرایش خاصی نسبت به یکدیگر دارند ، درست مانند جامدات که در شکل هم به راحتی دیده میشود. به همین دلیل کریستال مایع خصوصیاتی شبیه به مایع و جامد داشته و به همین دلیل با چنین اسم متناقضی خوانده می شوند . این مواد به شدت به دما حساس اند و اندکی حرارت لازم است تا آنها را به مایع واقعی درآورد و یا اندکی سرما تا به معمولی تبدیل شود. به همین دلیل است که LCD ها در مقابل تغییرات دما عکس العمل نشان داده و به عنوان دماسنج طبی استفاده می شوند . جالب این است که به دلیل همین حساسیت نمی توان از کامپیوترهای کیفی یا نظایر آن در هوای بسیار سرد و یا مثلاً در آفتاب داغ ساحل دریا استفاده کرد . در این وضعیت معمولاً LCD ها عکس العمل های عجیب و غریبی از خود نشان میدهند .