كيف تعمل شاشة LCD فعليًا؟

إن فهم مبدأ التشغيل الأساسي لتقنية شاشات الكريستال السائل يساعد في شرح إمكانياتها وحدودها. يشير اسم "شاشة الكريستال السائل" إلى الحالة الفريدة للمادة الموجودة في قلب التكنولوجيا.

مبدأ التشغيل الأساسي

شاشات ال سي دي لا تولد الضوء بنفسها. إنها أجهزة ناقلة تعمل على تعديل الضوء الذي يمر عبرها. توفر الإضاءة الخلفية الموجودة خلف لوحة LCD الإضاءة، وتعمل البلورات السائلة كصمامات ضوئية، حيث تتحكم في مقدار الضوء الذي يصل إلى كل بكسل.

"البلورات السائلة" هي مركبات عضوية تتواجد في حالة بين الصلبة والسائلة. لديهم بنية جزيئية تشبه القضيب والتي يمكن توجيهها بواسطة مجال كهربائي. عند محاذاة، فإنها تؤثر على استقطاب الضوء الذي يمر عبرها.

يتضمن الهيكل الأساسي لبيكسل LCD ما يلي:

مستقطب خلفي يقوم بتصفية الضوء من الإضاءة الخلفية إلى اتجاه استقطاب محدد.

طبقة قطب كهربائي شفافة (عادةً أكسيد القصدير الإنديوم) التي تطبق الجهد الكهربي على الطبقة البلورية السائلة.

الطبقة البلورية السائلة نفسها، يبلغ سمكها عادةً بضعة ميكرومترات فقط.

طبقة قطبية شفافة أخرى.

مستقطب أمامي موجه بزاوية 90 درجة إلى المستقطب الخلفي.

مرشحات الألوان (الأحمر أو الأخضر أو ​​الأزرق) لكل بكسل فرعي.

عندما لا يتم تطبيق أي جهد، تقوم جزيئات الكريستال السائل بتحريف الضوء المستقطب بحيث يمر عبر المستقطب الأمامي، مما يجعل البكسل ساطعًا. عند تطبيق الجهد الكهربي، تصطف الجزيئات ولا تلوي الضوء، لذلك يتم حجبه بواسطة المستقطب الأمامي، مما يجعل البكسل داكنًا. يتحكم تغيير الجهد في درجة الالتواء، مما يسمح بمستويات سطوع متوسطة.

جيل اللون

يتكون كل بكسل على شاشة LCD في الواقع من ثلاث وحدات بكسل فرعية: الأحمر والأخضر والأزرق. يحتوي كل بكسل فرعي على مرشح الألوان الخاص به.

ومن خلال تغيير سطوع كل بكسل فرعي بشكل مستقل، يمكن للشاشة إنتاج مجموعة واسعة من الألوان من خلال مزج الألوان الإضافي.

تظهر مجموعة وحدات البكسل الفرعية الثلاثة بالسطوع الكامل باللون الأبيض؛ كل شيء يظهر باللون الأسود.

يعتمد عدد الألوان المميزة التي يمكن للشاشة عرضها على عمق البت في إلكترونيات التحكم. يمكن لشاشات العرض ذات 8 بت لكل قناة أن تعرض 16.7 مليون لون؛ يمكن لشاشات 10 بت أن تعرض أكثر من مليار لون.

معدل التحديث وزمن الاستجابة

يجب أن تغير البلورات السائلة اتجاهها فعليًا للتبديل بين مستويات السطوع. يستغرق هذا وقتًا، ويُقاس عادةً بالمللي ثانية.

وقت الاستجابة هو الوقت اللازم لتغيير البكسل من حالة إلى أخرى. قد تؤدي أوقات الاستجابة الأبطأ إلى حدوث ضبابية في الحركة في الصور سريعة الحركة.

يشير معدل التحديث (المقاس بالهرتز) إلى عدد مرات تحديث الصورة في الثانية. المعدلات الشائعة هي 60 هرتز، و120 هرتز، و240 هرتز.

ما هي الأنواع المختلفة من لوحات LCD؟

ليست كل شاشات LCD متشابهة. توجد العديد من تقنيات محاذاة البلورات السائلة المختلفة، ولكل منها خصائص مميزة تؤثر على زوايا المشاهدة، وأوقات الاستجابة، ودقة الألوان، والتباين.

الألواح الخيطية الملتوية (TN).

كانت TN هي تقنية LCD المستخدمة على نطاق واسع وتظل شائعة في شاشات وتطبيقات الميزانية حيث يتم إعطاء الأولوية لوقت الاستجابة السريع على جودة الصورة.

المزايا:

أسرع أوقات الاستجابة، عادةً ما تكون من 1 إلى 5 مللي ثانية، مما يجعلها مفضلة للألعاب التنافسية.

انخفاض تكلفة التصنيع.

استهلاك أقل للطاقة مقارنة ببعض البدائل.

العيوب:

زوايا مشاهدة سيئة. تتغير الألوان ويقل التباين عند النظر إليها من زوايا بعيدة عن المركز، وخاصة عموديًا.

قدرة أقل على إعادة إنتاج الألوان، عادةً 6 بت لكل قناة (262000 لون) مع ثبات الألوان لتقريب المزيد.

نسب تباين أقل مقارنة بالتقنيات الأخرى.

لوحات التبديل داخل الطائرة (IPS).

تم تطوير تقنية IPS لمعالجة قيود زاوية العرض الخاصة بـ TN. تصطف البلورات السائلة بشكل موازٍ للألواح الزجاجية بدلاً من أن تكون متعامدة.

المزايا:

زوايا مشاهدة مع الحد الأدنى من تغير اللون، عادةً 178 درجة.

دقة الألوان وإعادة الإنتاج، عادةً 8 ​​بت أو 10 بت لكل قناة.

نسب تباين جيدة، وإن لم تكن عالية مثل لوحات VA.

العيوب:

أوقات استجابة أبطأ من TN، عادةً ما تكون 4-8 مللي ثانية، على الرغم من تحسن لوحات IPS الحديثة.

تكلفة أعلى من TN.

تباين أقل قليلاً من لوحات VA.

قد يُظهر "توهج IPS"، وهو سطوع طفيف عند زوايا المشاهدة في المشاهد المظلمة.

لوحات المحاذاة العمودية (VA).

تعمل لوحات VA على محاذاة البلورات السائلة بشكل عمودي على الزجاج عند إيقاف التشغيل، وتميل عند تطبيق الجهد الكهربي.

المزايا:

نسب تباين أعلى لتقنيات شاشات الكريستال السائل، عادةً 3000:1 إلى 5000:1، مما ينتج لونًا أسود أكثر عمقًا.

زوايا مشاهدة جيدة، أفضل من TN ولكنها ليست بجودة IPS.

استنساخ اللون الجيد.

العيوب:

أوقات استجابة أبطأ من TN، خاصة بالنسبة للانتقالات بين مستويات رمادية معينة.

قد يظهر "سحق أسود" (فقدان التفاصيل في الظلال) أو "إزاحة جاما" عند زوايا مشاهدة بعيدة عن المركز.

التكلفة بين TN وIPS.

تبديل الحقول الهامشية المتقدم (AFFS) والاختلافات الأخرى

طورت العديد من الشركات المصنعة اختلافات خاصة في هذه التقنيات الأساسية، مثل PLS (التبديل من طائرة إلى خط، تقنية تشبه IPS من سامسونج) وAHVA (زاوية العرض الفائقة المتقدمة، تقنية تشبه IPS من AU Optronics).

تهدف هذه الاختلافات إلى تحسين خصائص محددة مع الحفاظ على المزايا الأساسية للتكنولوجيا الأصلية.

ما الذي يسبب تلف شاشة LCD وكيف يمكن الوقاية منه؟

تعد شاشات LCD مكونات هشة نسبيًا يمكن أن تتضرر من خلال آليات مختلفة. يساعد فهم أوضاع الفشل الشائعة في الوقاية واستكشاف الأخطاء وإصلاحها.

الأضرار الجسدية

الزجاج المتصدع: يمكن أن يتشقق الزجاج الأمامي أو البلاستيك الذي يغطي شاشة LCD بسبب التأثير أو الضغط. هذا هو الضرر الجسدي الشائع. حتى لو تصدع الزجاج، فقد تستمر شاشة LCD نفسها في العمل، ولكن غالبًا ما يتبع ذلك تلف طبقة الكريستال السائل.

علامات الضغط: قد يؤدي الضغط على الشاشة إلى اضطراب محاذاة البلورة السائلة، مما يتسبب في ظهور بقع ساطعة أو داكنة دائمة. يمكن أن يحدث هذا بسبب وضع الأشياء على الشاشة أو بسبب ضغط التنظيف غير المناسب.

الإضاءة الخلفية المكسورة: قد تؤدي الصدمة الجسدية إلى إتلاف نظام الإضاءة الخلفية، مما يؤدي إلى ظهور مناطق داكنة أو إضاءة غير متساوية.

ثبات الصورة واحتراقها

ثبات الصورة (مؤقت): عند عرض صورة ثابتة لفترات طويلة، قد تصبح البلورات السائلة "عالقة" مؤقتًا في اتجاه واحد، مما يتسبب في بقاء صورة شبحية باهتة عندما تتغير الشاشة. غالبًا ما يكون هذا مؤقتًا وقد يتلاشى مع الاستخدام أو مع شاشات التوقف التي تتنقل بين الألوان.

الاحتراق (الدائم): على عكس البلازما وOLED، فإن شاشات LCD مقاومة نسبيًا للاحتراق الدائم. ومع ذلك، يمكن أن يتسبب العرض الثابت لفترة طويلة في حدوث تغييرات دائمة في مادة الكريستال السائل أو تدهور الإضاءة الخلفية في مناطق معينة، مما يؤدي إلى الاحتفاظ بالصورة بشكل دائم.

البكسلات الميتة والعالقة

البكسلات الميتة: تظهر كبقع سوداء بشكل دائم حيث لا ينقل البكسل الضوء. يحدث هذا عادةً بسبب فشل الترانزستور الذي يتحكم في ذلك البكسل، مما يمنع تطبيق أي جهد.

وحدات البكسل العالقة: تظهر كنقاط مشرقة بشكل دائم (عادةً ما تكون حمراء أو خضراء أو زرقاء) حيث يكون البكسل عالقًا في وضع "التشغيل". يمكن أن يكون هذا مؤقتًا في بعض الأحيان ويمكن تصحيحه عن طريق تدوير البكسل بسرعة عبر الألوان.

تسمح تفاوتات التصنيع بعدد معين من وحدات البكسل الميتة أو العالقة في شاشات العرض الجديدة، مع اختلاف الكميات المقبولة حسب الشركة المصنعة وفئة اللوحة.