ماذا تحتوي شاشة LCD من الداخل؟

قائمة المحتوى

● مقدمة

● المكونات الأساسية لشاشة LCD

● نظرة مفصلة على كل مكون

>>

>>

>>

>>

>>

>>

>>

● كيف تعمل شاشات LCD: شرح خطوة بخطوة

● أنواع شاشات LCD

● مزايا وعيوب شاشات الكريستال السائل

● الخلاصة

● الأسئلة المتكررة

>>

>>

>>

>>

>>

● الاستشهادات

مقدمة

شاشات الكريستال السائل (LCDs) منتشرة في كل مكان في التكنولوجيا الحديثة [3]. من الهواتف الذكية إلى أجهزة التلفزيون ، وأجهزة الكمبيوتر المحمولة إلى الساعات الرقمية ، تعد شاشات LCD هي تقنية العرض المهيمنة [3] [6]. جعلها مظهرها النحيف ، واستهلاكها المنخفض للطاقة (مقارنة بالتقنيات القديمة مثل CRTs) ، وقدرتها على إنتاج صور حادة ومشرقة لا غنى عنها [6]. ولكن ما هو بالضبط داخل شاشة LCD؟ كيف يعمل؟ تتعمق هذه المقالة في الهيكل الداخلي ووظيفة شاشات LCD ، موضحة المكونات والعمليات التي تخلق الصور التي نراها.

المكونات الأساسية لشاشة LCD

شاشة LCD عبارة عن مجموعة معقدة من طبقات متعددة ، لكل منها وظيفة محددة [7]. تشمل المكونات الأساسية ما يلي:

- الإضاءة الخلفية: مصدر الضوء للشاشة[5]. شاشات LCD لا تنتج ضوءها الخاص. إنها تتطلب مصدر ضوء خارجي لتكون مرئية [5].

- مرشحات الاستقطاب: تتحكم هذه المرشحات في اتجاه موجات الضوء ، مما يضمن مرور الضوء عبر طبقة البلورة السائلة بطريقة خاضعة للرقابة [3] [8].

- ركائز زجاجية: طبقات زجاجية شفافة تضع طبقة الكريستال السائل وتوفر بنية مستقرة [1][2].

- الأقطاب الكهربائية: الطبقات الموصلة التي تطبق مجالا كهربائيا على البلورة السائلة ، وتتحكم في اتجاه جزيئات البلورات السائلة [1] [2].

- طبقة البلورة السائلة: قلب شاشة LCD ، تحتوي هذه الطبقة على جزيئات بلورية سائلة تغير اتجاهها استجابة لمجال كهربائي ، مما يعدل مرور الضوء [1] [5].

- مرشحات الألوان: تضيف هذه المرشحات لونا إلى الصورة عن طريق نقل الضوء الأحمر والأخضر والأزرق بشكل انتقائي [1][4].

- مصفوفة ترانزستور الأغشية الرقيقة (TFT) (في شاشات LCD ذات المصفوفة النشطة): مجموعة من الترانزستورات التي تتحكم في الجهد المطبق على كل بكسل ، مما يتيح التحكم الدقيق في الصورة [4] [8].

نظرة مفصلة على كل مكون

1. الإضاءة الخلفية

الإضاءة الخلفية ضرورية لأن شاشات LCD لا تنبعث منها الضوء بنفسها[5]. تضيء الإضاءة الخلفية الضوء من خلال الطبقات اللاحقة من شاشة LCD ، مما يجعل الصورة مرئية. تشمل الأنواع الشائعة للإضاءة الخلفية ما يلي:

- LED (الصمام الثنائي الباعث للضوء): تعد مصابيح LED أكثر أنواع الإضاءة الخلفية شيوعا في شاشات LCD الحديثة نظرا لكفاءتها في استخدام الطاقة وعمرها الطويل وحجمها الصغير[4].

- CCFL (مصباح الفلورسنت الكاثود البارد): تم استخدام CCFLs في شاشات LCD القديمة ولكنها أقل شيوعا الآن بسبب استهلاكها العالي للطاقة وعمرها الافتراضي الأقصر.

2. مرشحات الاستقطاب

تعتبر

المرشحات المستقطبة ضرورية لتشغيل شاشات الكريستال السائل [3] [8]. إنها تعمل فقط عن طريق السماح لموجات الضوء المحاذاة في اتجاه معين بالمرور من خلالها[3]. تحتوي شاشة LCD عادة على مرشحين مستقطبين:

- المستقطب العمودي: يسمح هذا المرشح فقط بمرور الضوء المحاذي رأسيا [4].

- المستقطب الأفقي: يسمح هذا المرشح فقط بمرور الضوء المحاذي أفقيا [4].

وجهت المستقطبات في 90 درجات إلى بعضها البعض[3]. عندما يمر الضوء عبر المستقطب الأول ، يصبح مستقطبا في اتجاه واحد. ثم تقوم طبقة البلورة السائلة بلف الضوء ، والمستقطب الثاني إما يسمح بالضوء أو يحجب الضوء بناء على الالتواء [1].

3. ركائز زجاجية

الركائز الزجاجية عبارة عن طبقات شفافة توفر سطحا مستقرا ومسطحا للمكونات الأخرى [1][2]. يتم طلاء هذه الركائز بطبقة رقيقة من أكسيد قصدير الإنديوم (ITO) ، والذي يعمل كقطب كهربائي [2] [6]. تم تصميم طبقة ITO لإنشاء الأقطاب الكهربائية الفردية التي تتحكم في الجهد المطبق على البلورة السائلة [2].

4. أقطاب كهربائية

الأقطاب الكهربائية هي طبقات موصلة تطبق مجالا كهربائيا على طبقة البلورية السائلة [1][2]. من خلال التحكم في الجهد المطبق على الأقطاب الكهربائية ، يمكن التحكم بدقة في اتجاه جزيئات البلورات السائلة [1]. عادة ما تكون الأقطاب الكهربائية مصنوعة من أكسيد قصدير الإنديوم (ITO) ، وهي مادة شفافة وموصلة [2].

5. طبقة الكريستال السائل

الطبقة كريستالية سائلة القلب من ال [لكس][1][5]. البلورات السائلة هي مواد لها خصائص بين خصائص السائل التقليدي والبلورة الصلبة[5]. يمكن أن تتدفق مثل السائل ولكن لها جزيئاتها مرتبة في بنية مرتبة مثل البلورة[5].

في شاشة LCD ، عادة ما تتم محاذاة جزيئات البلورة السائلة في تكوين نيماتيك ملتوي (TN) [1]. عندما يتم تطبيق مجال كهربائي ، تنفك الجزيئات ، مما يؤدي إلى تغيير استقطاب الضوء الذي يمر عبر الطبقة [1]. هذا التغيير في الاستقطاب هو ما يسمح لشاشة LCD بالتحكم في سطوع كل بكسل[1].

6. مرشحات الألوان

تستخدم مرشحات الألوان لإنشاء صور ملونة[1][4]. ينقسم كل بكسل على شاشة LCD إلى ثلاثة وحدات بكسل فرعية: الأحمر والأخضر والأزرق (RGB)[4]. يحتوي كل بكسل فرعي على مرشح ألوان يسمح فقط بمرور الضوء من هذا اللون [4]. من خلال التحكم في سطوع كل بكسل فرعي ، يمكن لشاشة LCD إنشاء مجموعة واسعة من الألوان [4].

7. مصفوفة ترانزستور الأغشية الرقيقة (TFT)

في شاشات LCD المصفوفة النشطة ، يتم استخدام ترانزستور الأغشية الرقيقة (TFT) للتحكم في الجهد المطبق على كل بكسل[4][8]. تسمح مصفوفة TFT بالتحكم الدقيق والسريع في كل بكسل ، مما ينتج عنه صور أكثر وضوحا وأوقات استجابة أسرع [8]. تعرف شاشات LCD المصفوفة النشطة أيضا باسم TFT-LCD [4].

كيف تعمل شاشات LCD: شرح خطوة بخطوة

1. إضاءة الإضاءة الخلفية: تنبعث الإضاءة الخلفية من الضوء الأبيض [5].

2. الاستقطاب: يمر الضوء عبر مرشح الاستقطاب الأول ، ويصبح مستقطبا في اتجاه واحد [3].

3. تعديل البلورة السائلة: يمر الضوء المستقطب عبر طبقة البلورة السائلة ، حيث تقوم الجزيئات بتحريف الضوء بناء على المجال الكهربائي المطبق [1].

4. الاستقطاب الثاني: يمر الضوء الملتوي عبر مرشح الاستقطاب الثاني ، والذي إما يسمح أو يحجب الضوء اعتمادا على مقدار الالتواء [4].

5. تصفية الألوان: يمر الضوء عبر مرشحات الألوان ، مما يؤدي إلى إنشاء وحدات بكسل فرعية باللون الأحمر والأخضر والأزرق [1].

6. تكوين الصورة: مزيج من وحدات البكسل الفرعية يخلق الصورة النهائية [4].

أنواع شاشات الكريستال السائل

هناك عدة أنواع من شاشات الكريستال السائل ، ولكل منها مزاياها وعيوبها:

- TN (Twisted Nematic): لوحات TN هي أقدم أنواع شاشات الكريستال السائل وأكثرها شيوعا [1]. لديهم أوقات استجابة سريعة ولكن زوايا مشاهدة ودقة ألوان محدودة [1].

- IPS (التبديل داخل الطائرة): توفر لوحات IPS زوايا عرض ودقة ألوان أفضل من لوحات TN ولكن عادة ما يكون لها أوقات استجابة أبطأ.

- VA (المحاذاة الرأسية): توفر لوحات VA نسب تباين عالية وزوايا مشاهدة جيدة ولكنها يمكن أن تعاني من الظلال أو الضبابية في المشاهد سريعة الحركة.

مزايا وعيوب شاشات الكريستال السائل

مزايا:

- المظهر الجانبي النحيف: تعد شاشات LCD أرق وأخف وزنا بكثير من تقنيات العرض القديمة مثل CRTs [6].

- استهلاك منخفض للطاقة: تستهلك شاشات LCD طاقة أقل من CRTs وبعض تقنيات العرض الأخرى[6].

- صور حادة: يمكن أن تنتج شاشات LCD صورا واضحة ومفصلة[8].

مساوئ:

- زوايا عرض محدودة: بعض شاشات LCD ، وخاصة لوحات TN ، لها زوايا عرض محدودة.

- متطلبات الإضاءة الخلفية: تتطلب شاشات LCD إضاءة خلفية ، والتي يمكن أن تزيد من تكلفة الشاشة وتعقيدها [5].

- مستويات الأسود: يمكن أن تكافح شاشات LCD لإنتاج ألوان سوداء حقيقية ، حيث يتسرب بعض الضوء دائما عبر طبقة الكريستال السائل.

استنتاج

شاشات LCD هي روائع الهندسة الحديثة ، حيث تجمع بين طبقات متعددة من المواد المتخصصة لإنشاء الصور التي نراها كل يوم. من الإضاءة الخلفية التي تضيء الشاشة إلى البلورات السائلة التي تعدل الضوء ومرشحات الألوان التي تضيف الحيوية ، يلعب كل مكون دورا حاسما. يوفر فهم الهيكل الداخلي لشاشة LCD تقديرا أكبر للتكنولوجيا التي تشغل أجهزتنا.

الأسئلة المتكررة

1. ما هو الغرض من مرشحات الاستقطاب في شاشة LCD؟

تتحكم المرشحات المستقطبة في اتجاه موجات الضوء ، مما يضمن مرور الضوء عبر طبقة البلورة السائلة بطريقة خاضعة للرقابة[3][8]. إنها تعمل فقط عن طريق السماح لموجات الضوء المحاذاة في اتجاه معين بالمرور من خلالها[3].

2. كيف تتحكم البلورات السائلة في سطوع البكسل؟

تغير جزيئات البلورات السائلة اتجاهها استجابة لمجال كهربائي ، مما يعدل استقطاب الضوء الذي يمر عبر الطبقة [1]. هذا التغيير في الاستقطاب هو ما يسمح لشاشة LCD بالتحكم في سطوع كل بكسل[1].

3. ما هي الأنواع المختلفة للإضاءة الخلفية المستخدمة في شاشات LCD؟

تشمل الأنواع الشائعة من الإضاءة الخلفية LED (الصمام الثنائي الباعث للضوء) و CCFL (مصباح الفلورسنت الكاثود البارد) [4]. تعد مصابيح LED هي النوع الأكثر شيوعا في شاشات LCD الحديثة نظرا لكفاءتها في استخدام الطاقة وعمرها الطويل[4].

4. ما هي وظيفة مرشحات الألوان في شاشة LCD؟

تستخدم مرشحات الألوان لإنشاء صور ملونة[1][4]. ينقسم كل بكسل على شاشة LCD إلى ثلاثة وحدات بكسل فرعية: الأحمر والأخضر والأزرق (RGB)[4]. يحتوي كل بكسل فرعي على مرشح ألوان يسمح فقط بمرور الضوء من هذا اللون [4].

5. ما هي مصفوفة TFT ، وكيف تعمل على تحسين أداء شاشات الكريستال السائل؟

في شاشات LCD المصفوفة النشطة ، يتم استخدام ترانزستور الأغشية الرقيقة (TFT) للتحكم في الجهد المطبق على كل بكسل[4][8]. تسمح مصفوفة TFT بالتحكم الدقيق والسريع في كل بكسل ، مما ينتج عنه صور أكثر وضوحا وأوقات استجابة أسرع [8]. تعرف شاشات LCD المصفوفة النشطة أيضا باسم TFT-LCD [4].

الاستشهادات

[1] https://www.sindadisplay.com/index.php/Knowledge/LCDDisplayInternalStructure.html

[2] https://www.britannica.com/technology/liquid-crystal-display

[3] https://www.wiltronics.com.au/wiltronics-knowledge-base/how-lcd-works-guide/

[4] https://www.ornatepixels.com/2024/01/lcd-how-tft-lcd-works.html

[5] https://riverdi.com/blog/understanding-lcd-how-do-lcd-screens-work

[6] https://www.circuitstoday.com/liquid-crystal-displays-lcd-working

[7] https://www.xenarc.com/lcd-technology.html

[8] https://www.techtarget.com/whatis/definition/LCD-liquid-crystal-display