كيف تعمل شاشة LCD بالأبيض والأسود؟

أصبحت شاشات الكريستال السائل (LCDs) منتشرة في كل مكان في الأجهزة الإلكترونية الحديثة ، من الآلات الحاسبة والساعات إلى الأدوات الصناعية والهواتف المحمولة المبكرة. من بين أبسط أنواع شاشات الكريستال السائل وأكثرها أساسية شاشات LCD بالأبيض والأسود أو أحادية اللون. يتضمن فهم كيفية عمل شاشة LCD بالأبيض والأسود استكشاف مبادئ البلورات السائلة واستقطاب الضوء والتحكم الكهربائي الذي يسمح لهذه الشاشات بعرض الصور دون انبعاث الضوء بنفسها.

المبادئ الأساسية لتقنية LCD

ما هي شاشة LCD؟

شاشة LCD هي تقنية عرض مسطحة تستخدم بلورات سائلة محصورة بين طبقات من الزجاج أو البلاستيك. هذه البلورات السائلة لها خصائص بصرية فريدة: يمكنها معالجة الضوء عند تعرضها لمجال كهربائي. على عكس الشاشات التقليدية التي تنبعث منها الضوء ، تتحكم شاشات LCD في مرور الضوء من مصدر خارجي ، عادة ما تكون الإضاءة الخلفية أو الإضاءة المحيطة.

المكونات الرئيسية لشاشة LCD

لفهم كيفية عمل شاشة LCD بالأبيض والأسود ، من الضروري معرفة أجزائها الرئيسية:

- الإضاءة الخلفية (أو مصدر الضوء المحيط): يوفر الإضاءة خلف الشاشة. بعض شاشات LCD أحادية اللون عاكسة وتعتمد على الإضاءة المحيطة بدلا من الإضاءة الخلفية.

- مرشحات الاستقطاب: يتم وضع مستقطبين عند 90 درجة لبعضهما البعض ، أحدهما في الأمام والآخر في الجزء الخلفي من طبقة البلورة السائلة.

- طبقة الكريستال السائل: تحتوي على جزيئات بلورية سائلة يمكن أن تلتف وتتفكك استجابة للتيارات الكهربائية.

- ركائز وأقطاب كهربائية زجاجية: طبقات رقيقة من الزجاج ذات أقطاب كهربائية شفافة تطبق الجهد للتحكم في البلورات السائلة.

عند دمجها ، تتحكم هذه المكونات في مقدار الضوء الذي يمر عبر كل بكسل ، مما يؤدي إلى إنشاء صور بظلال من الأسود والأبيض والرمادي.

كيف تعمل شاشة LCD بالأبيض والأسود: آلية

استقطاب الضوء والبلورات السائلة

تهتز موجات الضوء في العديد من الاتجاهات. يسمح مرشح الاستقطاب فقط بالاهتزاز في اتجاه واحد للمرور. في شاشة LCD ، يتم ترتيب مرشحين مستقطبين بشكل عمودي بحيث لا يمر أي ضوء عبر كلا المرشحين بدون بلورات سائلة.

يمكن للبلورات السائلة تدوير استقطاب الضوء الذي يمر عبرها. عندما لا يتم تطبيق أي جهد ، يتم لف البلورات بطريقة تدور الضوء المستقطب بمقدار 90 درجة ، مما يسمح لها بالمرور عبر المستقطب الثاني ، مما يجعل البكسل يبدو ساطعا أو أبيض.

عند تطبيق الجهد ، تنفك البلورات ، ولا يتم تدوير استقطاب الضوء. وبالتالي ، يتم حظر الضوء بواسطة المستقطب الثاني ، ويظهر البكسل داكنا أو أسود.

هذا الالتواء وفك التواء البلورات السائلة التي يتم التحكم فيها بواسطة التيار الكهربائي هو المبدأ الأساسي وراء كيفية عمل شاشة LCD بالأبيض والأسود.

عرض وحدات البكسل بالأبيض والأسود

في شاشات LCD أحادية اللون ، يمكن أن يكون كل بكسل إما:

- تشغيل (أبيض أو شفاف): تقوم البلورات السائلة بتدوير الضوء لتمرير كلا المستقطبين.

- إيقاف (أسود): لا تقوم البلورات السائلة بتدوير الضوء ، لذلك يتم حظره.

يمكن لبعض شاشات LCD أحادية اللون أيضا عرض تدرج الرمادي عن طريق لف البلورات السائلة جزئيا ، مما يسمح بمرور كميات متوسطة من الضوء ، لكن هذا محدود مقارنة بشاشات LCD الملونة أو TFT.

أنواع شاشات LCD أحادية اللون

Twisted Nematic (TN)

تقنية LCD أحادية اللون الأساسية والأكثر شيوعا هي شاشة Twisted Nematic (TN). يستخدم التواء بزاوية 90 درجة من البلورات السائلة في حالة إيقاف التشغيل ويفك عند تطبيق الجهد.

شاشات TN بسيطة وفعالة من حيث التكلفة وتستخدم على نطاق واسع في أجهزة مثل الآلات الحاسبة والساعات الرقمية. ومع ذلك ، لديهم زوايا مشاهدة وتباين محدود.

تعمل

تقنية Super Twisted Nematic (STN

)

على تحريف تقنية STN البلورات السائلة أكثر من 90 درجة (عادة من 180 إلى 270 درجة). يتيح ذلك تحكما أفضل في الجهد ، وتحسين التباين ، واستهلاك أقل للطاقة ، وهو أمر مفيد بشكل خاص للأجهزة التي تعمل بالبطارية.

يمكن أيضا تحديث شاشات STN بشكل أسرع وتوفير صور أكثر وضوحا مقارنة بشاشات TN.

شاشات النيماتيك المزدوجة فائقة التواء (DSTN) تستخدم

شاشات DSTN طبقتين من STN لتحسين التباين وإنتاج مظهر أسود على أبيض بدلا من اللون الأصفر على الأزرق النموذجي ل STN. هذه التقنية أثقل وأكثر تكلفة ولكنها توفر قابلية قراءة أفضل.

لماذا تظهر شاشات LCD بالأبيض والأسود باللون الأسود عند إيقاف التشغيل؟

عند إيقاف تشغيل شاشة LCD:

- لا تقوم البلورات السائلة بتدوير الضوء.

- المستقطبات متعامدة ، تحجب كل الضوء.

- الإضاءة الخلفية مطفأة (إن وجدت).

- نتيجة لذلك ، تظهر الشاشة باللون الأسود.

هذه نتيجة طبيعية لتصميم شاشة LCD وهذا هو السبب في أن اللون الأسود هو المظهر الافتراضي بدون طاقة.

مزايا شاشات LCD بالأبيض والأسود

- استهلاك منخفض للطاقة: يتطلب فقط الطاقة لتغيير حالات البكسل.

- فعالة من حيث التكلفة: لا حاجة لمرشحات الألوان أو دوائر التحكم المعقدة.

- عمر طويل: مكونات أقل وتقنية أبسط تعني متانة أعلى.

- قابلة للقراءة في الإضاءة المحيطة: العديد من شاشات LCD أحادية اللون عاكسة ولا تتطلب إضاءة خلفية.

قيود شاشات LCD بالأبيض والأسود

- تدرج رمادي محدود: يصعب عرض ظلال ناعمة بين الأسود والأبيض.

- لا يوجد لون: يمكن عرض الصور أحادية اللون فقط.

- قيود زاوية الرؤية: شاشات TN و STN لها زوايا مشاهدة محدودة.

- وقت الاستجابة: بعض شاشات LCD أحادية اللون لها معدلات تحديث أبطأ.

تطبيقات شاشات LCD أحادية

اللون

- الآلات الحاسبة والساعات الرقمية.

- الأدوات الصناعية والطبية.

- الهواتف المحمولة المبكرة والأجهزة المحمولة.

- واجهات مستخدم بسيطة للأجهزة.

- الأجهزة التي تعمل بالبطارية تتطلب استهلاكا منخفضا للطاقة.

في الختام

يكشف فهم كيفية عمل شاشة LCD بالأبيض والأسود عن تفاعل رائع بين الفيزياء والهندسة. تعتمد هذه الشاشات على الخصائص الفريدة للبلورات السائلة لمعالجة الضوء المستقطب ، وتبديل وحدات البكسل بين حالات الضوء والظلام دون انبعاث الضوء نفسها. إن بساطة شاشات LCD أحادية اللون تجعلها فعالة من حيث التكلفة وموفرة للطاقة ومتينة ، وهي مثالية للعديد من تطبيقات العرض الأساسية. على الرغم من أنها تفتقر إلى لون وثراء شاشات العرض الحديثة ، إلا أن تقنيتها الأساسية تظل لبنة أساسية في تطور تكنولوجيا الشاشة.

التعليمات

1. ما هو المبدأ الأساسي وراء كيفية عمل شاشة LCD بالأبيض والأسود؟

تعمل شاشة LCD بالأبيض والأسود باستخدام بلورات سائلة لتدوير الضوء المستقطب. عند تطبيق الجهد ، تقوم البلورات بفك الالتواء ومنع الضوء من المرور عبر المستقطب الثاني ، مما يجعل وحدات البكسل تظهر باللون الأسود. بدون جهد ، تقوم البلورات بلف الضوء لتمريرها ، مما يجعل وحدات البكسل تبدو بيضاء.

2. لماذا تظهر شاشات LCD أحادية اللون غالبا باللون الأسود عند إيقاف التشغيل؟

عند إيقاف التشغيل ، لا تقوم البلورات السائلة بتدوير الضوء ، ويحجب المرشحان المستقطبان كل الضوء ، مما يتسبب في ظهور الشاشة باللون الأسود.

3. هل يمكن لشاشات LCD أحادية اللون عرض صور ذات تدرج الرمادي؟

نعم ، ولكن فقط التدرج الرمادي المحدود ممكن عن طريق التواء البلورات السائلة جزئيا. ومع ذلك ، تعمل معظم شاشات LCD أحادية اللون بحالات بكسل بسيطة للتشغيل / الإيقاف للحصول على صور أكثر وضوحا.

4. ما هي الاختلافات الرئيسية بين شاشات LCD أحادية اللون TN و STN؟

تستخدم شاشات TN تحريفا بزاوية 90 درجة من البلورات السائلة وهي أبسط ولكنها تتمتع بتباين أقل ومعدلات تحديث أبطأ. تستخدم شاشات STN لمسة فائقة (180-270 درجة) ، مما يوفر تباينا أفضل واستهلاكا أقل للطاقة ومعدلات تحديث أسرع.

5. لماذا تستهلك شاشات LCD أحادية اللون طاقة أقل من شاشات LCD الملونة؟

لا تتطلب شاشات LCD أحادية اللون مرشحات ألوان أو تحكم معقد في الجهد لألوان متعددة. يقومون فقط بتشغيل وحدات البكسل أو إيقاف تشغيلها ، مما يقلل من التعقيد والطاقة اللازمة للتشغيل.