فكرة عمل شاشات LCD

الثلاث حروف LCD هي إختصار لـ (Liquid crystal display) شاشات البلورات السائلة نجد هذا النوع من التكنولوجيا حولنا في كل الأجهزة الإلكتورنية التي تتطلب العرض وأصبحت منتشرة بشكل كبير حيث أنها توفر مميزات حقيقية للعرض فهي أرفع في السمك أقل في الحجم وأقل إستهلاكًا للطاقة وتعطيك شاشة بجودة عالية وألوان جميلة .

المادة السائلة البلورية : 
وأول مشكلة تواجهنا في توضيح عملها هو أنها تستخدم بلورات السائل ولكن المعروف أن البلورات تُكَوِّن المواد الصلبة وليس السائلة فما هي المادة التي تجمع بين الصفتين
نعلم جميعًا أنه هناك 3 أطوار رئيسية للمادة الصلبة والسائلة والغازية ولكن هناك بعض المواد التي يمكن أن تتمتع بحالة فريدة من نوعها بحيث تجمع بعض الصفات بين السائلة والصلبة وفي هذه الحالة تكون المادة متماسكة مثل الصلبة لكنها قادرة على الحركة في كل المواضع مثل السائلة 

جزيئات المادة الكرستالية السائلة

هذه المادة تكون أقرب للحالة السائلة أكثر منها للحالة الصلبة كما أنه تحتاج إلى بعض الحرارة لكي تعدل من صفاتها الصلبة إلى السائلة الكرستالية والقليل من الحرارة أيضًا لتحويل السائل الكرستالي إلى سائل حقيقي وذلك يفسر الحساسية الشديدة للسائل الكرستالي للحرارة  ويمكن إستخدام هذا السائل أيضًا في بعض الترمومترات وهذا يفسر أيضًا التصرفات الغريبة للكمبيوتر المحمول في الجو شديد الحرارة والجو شديد البرودة

ولكن من أهم مميزات هذه المادة أنها تتأثر بالتيار الكهربي بشكل يمكن توقعه مما يعطيبنا الفرصة للتحكم في رسائل الضوء التي يمكن أن تنبعث منها وتترتب الجزيئات الخاصة بها في شكل قضبان يمكن توجيهها بالحرارة وأفضل شئ تتميز به هذه الجزيئات أنه يمكن توجيهها بأشكال مختلفة عن طريق الحرارة أو المجال المغناطيسي أو التيار الكهربي أو أي شئ يمكن أن يُمثل قوة من هذا النوع .

فكرة عمل LCD:
تتكون هذا النوع من الشاشات من بعض المكونات الأساسية:

1. مصدر ضوء قابل للاستقطاب 
2. كريستالات سائلة يمكن أن تُرسل ووتقوم بتغيير إستقطاب الضوء
3. مادة شفافة وقابلة لتوصيل التيار الكهربي

وتعتمد فكرة عمل أبسط شاشة تضئ وتنطفئ هي :
عندما يصطدم الضوء بالمرشح الأول يتم إستقطابه وتقوم الجزيئات بتوجيه الضوء من طبقة إلى أخرى وعندما يمر الضوء خلال طبقات السائل الكرستالي تغير الجزيئات تردد موجات الضوء وزاويتها طبقًا لما هو متوفر في جزيئات السائل وعندما يكون إستقطاب الضوء في نهاية المسار متطابق مع المرشح الثاني يمر الضوء عبره وذلك لكي تضئ 

طريقة إستقطاب موجات الضوء

وعندما يتم تطبيق التيار الكهربي على الجزيئات السائل الكرستالي لا تلتوي بل تظل مرتبة في قضبان مستقيمة ولكن تتغير زاوية مرور الضوء عبرها تتغير قطبية الضوء الخارج من السائل عن المرشح الثاني مما يجعل الضوء ينعكس كليًا وتظهر الشاشة مظلمة

العاكس والخلفية:
المثال البسيط من الشاشة LCD التي نتحدث عنها تحتاج إلى ضوء خارجي لكي تعمل فالسائل الكرستالي المستخدم لا يشع منه الضوء فالشاشات الصغيرة البسيطة غالبًا ما تكون عاكسة بما يعني أنك إن أردت أن تعرض عليها أي شئ لابد أن تمدها بمصدر ضوء خارجي 

أغلب شاشات الكمبيوتر تحتوي على أنبوب فلوريسنت لكي يمد الشاشة LCD بالضوء اللازم لها كما أنها تساعدها في عمل الإستقطاب اللازم للضوء للتأكد من جودة العرض  لأن الضوء في رحلته داخل السائل والمرشحات يمكن أن نفقد جزء كبير منه بنسبة تصل إلى نصفه 

المصفوفة السلبية والنشطة (Passive and Active matrix):
المصفوفة السلبية للشاشات LCD:
 شبكة بسيطة لكي يتم تعريف بها أي بيكسل ستقوم الشاشة بعرضها وبالتالي تُضئ ويتم عمل هذه الشبكة من طبقتين من الزجاج وتسمى الركائز “substrates” واحدة منهم تعطينا الأعمدة والأخرى تعطينا الصفوف وتُصنع من مادة شفافة موصلة للكهرباء وهي أكسيد القصدير والإنديوم (indium-tin-Oxide) ويتم توصيل كل من الصفوف والأعمدة إلى دائرة متكاملة (Integrated circuit) للتحكم في شحن البيكسلات وتكون المادة الكرستالية السائلة بين الطبقتين الزجايتين للصفوف والأعمدة فهي العامل الرئيس لاستقطاب الضوء

هذا النوع من الشاشات بسيط جدًا وسهل التعامل معه ولكن المشكلة أنه أحيانًا تحدث بعض الأخطاء كما أن إستجابتها بطيئة للتغيرات في العرض 

المصفوفة النشطة:
تعتمد على شريحتين من الترانزيستورات وهي عبارة عن مجموعة من المفاتيح الصغيرة أو المكثفات يتم ترتيبها في مصفوفة تشبه المصفوفة على الزجاج صفوف وأعمدة وتحمل نفس فكرة عمل المصفوة السلبية كما أن المكثف يستطيع أن يخزن الشحنة الكهربية لفترة من الزمن لذلك نلاحظ في تليفزرونات LCD عندما تقطع عنها الكهرباء فجأة تظل مضيفة حوالي ثانيتين أو ثلاثة حيث تفرغ المكثفات شحنتها

الترانزيستور ولكن ما يتم وضعه في الشاشات أصغر من ذلك بكثير

الشاشات التي تعرض الألوان:
يتكون كل بيكسل فيها من 3 بيكسلات أصغر تحوي الألوان الرئيسية الأزرق والأحمر والأخضر لكي تقوم بعرض الألوان وهذا يحتاج إلى تحكم أعلى في مستوى الجهد الذي يتم تغذيته لكل بيكسل والتغير الحادث فيه وبدمج الألوان الرئيسية في هذه الشاشة يمكن أن نحصل عى 16.8 مليون لون طبقًا لقانون رياضي يتحكم في قيمة الجهد ونسبة اللون لكل من الثلاث ألوان الرئيسية