مما تتكون مصفوفة LCD؟ الاتجاه الجديد: لمن تحب

03.05.2019

شاشات الكريستال السائل ( شاشات الكريستال السائل-عرض، شاشات الكريستال السائل; مؤشر الكريستال السائل, شاشات الكريستال السائل; إنجليزي شاشات الكريستال السائل، شاشات الكريستال السائل) - شاشة تعتمد على البلورات السائلة، بالإضافة إلى جهاز (شاشة، تلفزيون) يعتمد على هذه الشاشة.

السمة الرئيسية لها هي القدرة على تغيير الاتجاه في الفضاء تحت تأثير المجال الكهربائي. وإذا تم وضع مصدر الضوء خلف المصفوفة، فإنه يمر عبر البلورة، وسيتم رسم التدفق بلون معين. من خلال تغيير شدة المجال الكهربائي، يمكنك تغيير موضع البلورات، وبالتالي الكمية المرئية لأحد الألوان الأساسية. تعمل البلورات مثل الصمام أو المرشح. يتيح التحكم في المصفوفة بأكملها إمكانية عرض صورة معينة على الشاشة.

تم اكتشاف مواد الكريستال السائل في عام 1888 من قبل العالم النمساوي ف. رينيتزر، ولكن في عام 1930 فقط حصل باحثون من شركة ماركوني البريطانية على براءة اختراع لاستخدامها الصناعي.

في نهاية عام 1966، أظهرت شركة RCA نموذجًا أوليًا لشاشة LCD - وهي ساعة رقمية. لعبت شركة Sharp Corporation دورًا مهمًا في تطوير تقنية شاشات الكريستال السائل. ولا يزال من بين قادة التكنولوجيا. تم إنتاج أول آلة حاسبة في العالم CS10A في عام 1964 من قبل هذه الشركة. في أكتوبر 1975، تم إنتاج أول ساعة رقمية مدمجة باستخدام تقنية TN LCD. في النصف الثاني من السبعينيات، بدأ التحول من شاشات الكريستال السائل المكونة من ثمانية أجزاء إلى إنتاج المصفوفات مع معالجة كل نقطة. لذلك، في عام 1976، أصدرت Sharp جهاز تلفزيون بالأبيض والأسود بشاشة قطرية 5.5 بوصة، بناءً على مصفوفة LCD بدقة 160 × 120 بكسل.

واحدة من أعلى أنواع مصفوفات LCD هي IPS. إنها تقنية IPS التي تهيمن على الأجهزة المحمولة، حيث أنها تتمتع باستنساخ جيد للألوان، وهو أمر مهم بشكل خاص للهواتف الذكية، وزوايا مشاهدة جيدة.

يبلغ العمر التشغيلي لتلفزيون LCD (الشاشة) حوالي 60,000 ساعة.

شاشة ليد ( قادشاشة، قادعرض) هو جهاز لعرض ونقل المعلومات المرئية (شاشة العرض، الشاشة، التلفزيون)، حيث تكون كل نقطة - بكسل - واحدة أو أكثر من الثنائيات الباعثة للضوء من أشباه الموصلات (LED).

LED - هذا هو ما يتم اختصاره الآن بشكل شائع على أنه لوحة من الكريستال السائل (LCD) مع إضاءة خلفية من الصمام الثنائي الباعث للضوء (LED). منذ وقت ليس ببعيد، تم استخدام مصابيح الفلورسنت (CCFLs) لإضاءة مصفوفة شاشات الكريستال السائل، ولكن اليوم تم استبدالها بالكامل وبشكل لا رجعة فيه بمصابيح LED. المصفوفة تعمل في الضوء. بشكل أساسي، يمثل كل بكسل RGB "مصراعًا" (في الواقع مرشحًا) للضوء المنبعث من مصابيح LED. بالمناسبة، خيار مثير للاهتمام للغاية هو عندما يستخدم التلفزيون الإضاءة الخلفية "المحلية"، أي أنه يتم تثبيت العديد من مصابيح LED خلف المصفوفة ويمكن أن تضيء منطقة معينة فقط. ثم يتم تحقيق نسبة تباين عالية في إطار واحد، ولكن النماذج الأولى من هذا القبيل "جاءت في أماكن" حرفيًا. ومع ذلك، تحتوي معظم أجهزة تلفزيون LED اليوم على إضاءة حافة، عندما تكون الثنائيات موجودة على الجانبين (في النهاية). يتيح لنا هذا التصميم إنشاء لوحات فيديو مسطحة للغاية وموفرة للطاقة وخفيفة الوزن.

في أغلب الأحيان، يتراوح عمر خدمة أجهزة تلفزيون LED من 50 إلى 100 ألف ساعة.

الصمام الثنائي العضوي الباعث للضوء (abbr. OLED) عبارة عن جهاز شبه موصل مصنوع من مركبات عضوية تبعث الضوء بشكل فعال عندما يمر تيار كهربائي من خلالها.

تعتمد تقنية العرض الأساسية على وضع طبقة عضوية من الكربون بين موصلين يمرران بتيار كهربائي، مما يتسبب في انبعاث الضوء من الطبقة.

والفرق الرئيسي بين هذه التقنية وتقنية LED هو أن الضوء ينبعث من كل بكسل على حدة، فيمكن أن يكون بكسل أبيض ناصع أو ملون بجوار بكسل أسود أو لون مختلف تمامًا دون أن يؤثروا على بعضهم البعض.

وهذا ما يميزها عن لوحات LCD التقليدية، المجهزة بإضاءة خلفية خاصة، يمر الضوء منها عبر طبقة من البكسلات.

لسوء الحظ، تختلف وحدات البكسل OLED ليس فقط في اللون، ولكن أيضًا في عدد من الخصائص الأخرى - مستوى السطوع، وعمر الخدمة، وسرعة التشغيل / الإيقاف، وغيرها. لضمان خصائص موحدة نسبيًا للشاشة ككل، يتعين على الشركات المصنعة اللجوء إلى مجموعة متنوعة من الحيل: تغيير شكل وحجم مصابيح LED، ووضعها في ترتيب خاص، باستخدام حيل البرامج، وضبط السطوع باستخدام PWM (أي ، تقريبًا، نبض)، وما إلى ذلك.

علاوة على ذلك، فإن تقنيات تنفيذ المصفوفات نفسها تختلف قليلاً. لذلك، تستخدم LG "ساندويتش"، بينما تستخدم Samsung نظام RGB الكلاسيكي. يمكن ثني OLED، على ما يبدو دون أي عواقب خاصة. ولذلك، تم أيضًا بناء أجهزة التلفاز المقعرة بناءً على هذه التقنية.

وأيضًا تستخدم جميع شاشات الكمبيوتر المحمول مصفوفات ذات ألوان 18 بت (6 بت لكل قناة RGB)، ويتم محاكاة 24 بت عن طريق الوميض مع ثبات الألوان.

تتميز شاشات LCD صغيرة الحجم بدون إضاءة خلفية نشطة، المستخدمة في الساعات الإلكترونية والآلات الحاسبة وما إلى ذلك استهلاك منخفض للغاية للطاقة، والذي يضمن التشغيل المستقل على المدى الطويل (حتى عدة سنوات) لهذه الأجهزة دون استبدال العناصر الجلفانية.

من ناحية أخرى، تتمتع شاشات LCD أيضًا بالعديد من العيوب، والتي غالبًا ما يصعب التخلص منها بشكل أساسي، على سبيل المثال:

وعلى عكس شاشات CRT، يمكنها عرض صورة واضحة بدقة واحدة ("قياسية") فقط. ويتم تحقيق الباقي عن طريق الاستيفاء.
بالمقارنة مع شاشات CRT، تتميز شاشات LCD بتباين منخفض وعمق أسود. غالبًا ما ترتبط زيادة التباين الفعلي بزيادة سطوع الإضاءة الخلفية إلى مستويات غير مريحة. يؤثر الطلاء اللامع المستخدم على نطاق واسع للمصفوفة فقط على التباين الذاتي في ظروف الإضاءة المحيطة؛
بسبب المتطلبات الصارمة للسمك الثابت للمصفوفات، هناك مشكلة عدم انتظام اللون الموحد (تفاوت الإضاءة الخلفية) - يوجد في بعض الشاشات تفاوت غير قابل للإزالة في نقل السطوع (شرائط في التدرجات) المرتبطة باستخدام الكتل الخطية؛
تظل سرعة تغيير الصورة الفعلية أيضًا أقل بشكل ملحوظ من سرعة شاشات CRT وشاشات البلازما. تعمل تقنية Overdrive على حل مشكلة السرعة بشكل جزئي فقط؛
لا يزال اعتماد التباين على زاوية الرؤية يمثل عيبًا كبيرًا في هذه التقنية. تتجنب شاشات CRT هذه المشكلة تمامًا؛
تتمتع شاشات LCD ذات الإنتاج الضخم بحماية سيئة من التلف الميكانيكي. تكون المصفوفة حساسة بشكل خاص إذا لم تكن محمية بالزجاج. إذا تم الضغط عليه بقوة، فمن الممكن حدوث تدهور لا رجعة فيه؛
هناك مشكلة بكسل المعيبة. يتم تحديد الحد الأقصى المسموح به لعدد وحدات البكسل المعيبة، اعتمادًا على حجم الشاشة، في المعيار الدولي ISO 13406-2 (في روسيا - GOST R 52324-2005). يحدد المعيار 4 فئات جودة لشاشات LCD. أعلى فئة - 1، لا تسمح بوجود بكسلات معيبة على الإطلاق. الأدنى هو 4، مما يسمح بما يصل إلى 262 بكسل معيبًا لكل مليون بكسل عامل. لا تتأثر شاشات CRT بهذه المشكلة؛
تتحلل وحدات البكسل في شاشات LCD، على الرغم من أن معدل التدهور هو الأقل بين جميع تقنيات العرض، باستثناء شاشات الليزر التي لا تخضع له على الإطلاق.
ليس نطاقًا واسعًا جدًا من درجات حرارة التشغيل: تتدهور الخصائص الديناميكية (ثم تصبح غير صالحة للتشغيل) حتى عند درجات الحرارة المحيطة السلبية المنخفضة.
المصفوفات هشة للغاية، واستبدالها مكلف للغاية

غالبًا ما تُعتبر شاشات OLED (مصفوفة الصمام الثنائي العضوي الباعث للضوء) تقنية واعدة يمكن أن تحل محل شاشات LCD، ولكنها واجهت العديد من الصعوبات في الإنتاج الضخم، خاصة بالنسبة للمصفوفات ذات القطر الكبير.

التقنيات

التقنيات الرئيسية في تصنيع شاشات LCD: TN+film، IPS (SFT، PLS) وMVA. وتختلف هذه التقنيات في هندسة الأسطح والبوليمر ولوحة التحكم والقطب الأمامي. إن نقاء ونوع البوليمر ذو خصائص البلورات السائلة المستخدمة في تصميمات محددة له أهمية كبيرة.

زمن الاستجابة لشاشات LCD المصممة باستخدام تقنية SXRD. شاشة عاكسة من السيليكون X-tal- مصفوفة بلورية سائلة عاكسة من السيليكون)، تم تقليلها إلى 5 مللي ثانية.

تي ان + فيلم

TN + film (Twisted Nematic + film) هو أبسط التقنيات. كلمة "فيلم" في اسم التقنية تعني "طبقة إضافية" تستخدم لزيادة زاوية المشاهدة (من 90 إلى 150 درجة تقريبًا). حاليًا، غالبًا ما يتم حذف البادئة "film"، لتسمية هذه المصفوفات ببساطة TN. لم يتم حتى الآن العثور على طريقة لتحسين التباين وزوايا المشاهدة لألواح TN، ويعد وقت استجابة هذا النوع من المصفوفات حاليًا أحد أفضل الأوقات، لكن مستوى التباين ليس كذلك.

تعمل مجموعة أفلام TN+ على النحو التالي: عندما لا يتم تطبيق أي جهد على البكسلات الفرعية، تدور البلورات السائلة (والضوء المستقطب الذي تنقله) بمقدار 90 درجة بالنسبة لبعضها البعض في المستوى الأفقي في الفراغ بين اللوحين. وبما أن اتجاه استقطاب المرشح على اللوحة الثانية يساوي 90 درجة تمامًا مع اتجاه استقطاب المرشح على اللوحة الأولى، فإن الضوء يمر عبره. إذا كانت وحدات البكسل الفرعية الحمراء والخضراء والزرقاء مضاءة بالكامل، فستظهر نقطة بيضاء على الشاشة.

ومن مزايا التقنية أقصر زمن استجابة بين المصفوفات الحديثة [ متى؟]، فضلا عن التكلفة المنخفضة. العيوب: تسليم الألوان أسوأ، زوايا مشاهدة أصغر.

IPS

AS-IPS(Advanced Super IPS - Advanced super-IPS) - تم تطويره أيضًا بواسطة شركة Hitachi في عام 2002. تتعلق التحسينات بشكل أساسي بمستوى التباين في لوحات S-IPS التقليدية، مما يجعلها أقرب إلى تباين لوحات S-PVA. يتم استخدام AS-IPS أيضًا كاسم لشاشات NEC (مثل NEC LCD20WGX2) التي تستخدم تقنية S-IPS التي طورها اتحاد LG Display.

اتش-IPS A-TW (IPS أفقية مع مستقطب أبيض حقيقي متقدم) - تم تطويره بواسطة LG Display لصالح شركة NEC. إنها لوحة H-IPS مزودة بمرشح ألوان TW (أبيض حقيقي) لجعل اللون الأبيض أكثر واقعية وزيادة زوايا المشاهدة دون تشويه الصورة (يتم التخلص من تأثير توهج لوحات LCD بزاوية - ما يسمى "التوهج" تأثير") . يُستخدم هذا النوع من اللوحات لإنشاء شاشات احترافية عالية الجودة.

AFFS (تبديل المجال الهامشي المتقدم، اسم غير رسمي - S-IPS Pro) هو تحسين إضافي لـ IPS، تم تطويره بواسطة BOE Hydis في عام 2003. أتاحت قوة المجال الكهربائي المتزايدة تحقيق زوايا مشاهدة وسطوع أكبر، بالإضافة إلى تقليل المسافة بين البكسلات. تُستخدم شاشات العرض المستندة إلى AFFS بشكل أساسي في أجهزة الكمبيوتر اللوحية، وعلى المصفوفات المصنعة بواسطة شركة Hitachi Displays.

تطوير تقنية TFT فائقة الدقة من شركة NEC

اسم	تسمية قصيرة	سنة	ميزة	ملحوظات
شاشة TFT فائقة الدقة	S.F.T.	1996	زوايا مشاهدة واسعة، ولون أسود عميق	. ومع تحسين عرض الألوان، أصبح السطوع أقل قليلاً.
إس إف تي المتقدم	أ-SFT	1998	أفضل وقت للاستجابة	لقد تطورت التكنولوجيا إلى A-SFT (Advanced SFT, Nec Technologies Ltd. في عام 1998)، مما أدى إلى تقليل وقت الاستجابة بشكل كبير.
SFT فائق التقدم	SA-SFT	2002	شفافية عالية	تم تطوير SA-SFT بواسطة شركة Nec Technologies Ltd. وفي عام 2002، تم تحسين الشفافية بمقدار 1.4 مرة مقارنة بـ A-SFT.
SFT متقدم للغاية	UA-SFT	2004	شفافية عالية تسليم اللون تباين عالي	يسمح بتحقيق شفافية أكبر بمقدار 1.2 مرة مقارنةً بـ SA-SFT، وتغطية 70% لنطاق ألوان NTSC وزيادة التباين.

تطوير تقنية IPS من شركة هيتاشي

اسم	تسمية قصيرة	سنة	ميزة	الشفافية/ مقابلة	ملحوظات
سوبر تي اف تي	IPS	1996	زوايا مشاهدة واسعة	100/100 مستوى أساسي من	تدعم معظم اللوحات أيضًا إعادة إنتاج الألوان الواقعية (8 بت لكل قناة). جاءت هذه التحسينات على حساب أوقات استجابة أبطأ، في البداية حوالي 50 مللي ثانية. وكانت لوحات IPS باهظة الثمن أيضًا.
سوبر IPS	إس-آي بي إس	1998	لا يوجد تحول اللون	100/137	تم استبدال تقنية IPS بـ S-IPS (Super-IPS, Hitachi Ltd. في عام 1998)، والتي ترث جميع مزايا تقنية IPS مع تقليل وقت الاستجابة
متقدمة فائقة IPS	AS-IPS	2002	شفافية عالية	130/250	AS-IPS، تم تطويره أيضًا بواسطة شركة Hitachi Ltd. في عام 2002، تم تحسين تباين لوحات S-IPS التقليدية بشكل أساسي إلى مستوى تصبح فيه في المرتبة الثانية بعد بعض لوحات S-PVA.
IPS-provetus	IPS-برو	2004	تباين عالي	137/313	تقنية لوحة IPS Alpha مع نطاق ألوان أوسع وتباين يمكن مقارنته بشاشات PVA وASV بدون توهج الزوايا.
اي بي اس ألفا	IPS-برو	2008	تباين عالي		الجيل القادم من IPS-Pro
IPS ألفا الجيل القادم	IPS-برو	2010	تباين عالي		هيتاشي تنقل التكنولوجيا إلى باناسونيك

تطوير تقنية IPS من شركة LG

اسم	تسمية قصيرة	سنة	ملحوظات
سوبر IPS	إس-آي بي إس	2001	تظل LG Display واحدة من الشركات المصنعة الرئيسية للشاشات التي تعتمد على تقنية Hitachi Super-IPS.
متقدمة فائقة IPS	AS-IPS	2005	تحسين التباين مع التدرج اللوني الموسع.
IPS الأفقي	خَواصِر	2007	وقد تم تحقيق تباين أكبر وسطح شاشة أكثر اتساقًا بصريًا. بالإضافة إلى ذلك، ظهرت تقنية True Wide Polarizer المتقدمة المستندة إلى فيلم الاستقطاب NEC لتحقيق زوايا مشاهدة أوسع والقضاء على التوهج عند النظر إليها بزاوية. يستخدم في أعمال الجرافيك الاحترافية.
تعزيز IPS	IPS الإلكترونية	2009	تحتوي على فتحة أوسع لزيادة انتقال الضوء عندما تكون وحدات البكسل مفتوحة بالكامل، مما يسمح باستخدام الإضاءة الخلفية التي تكون أرخص في الإنتاج وتستهلك طاقة أقل. تم تحسين زاوية العرض القطرية، وتم تقليل وقت الاستجابة إلى 5 مللي ثانية.
IPS المهنية	ف-آي بي إس	2010	يوفر 1.07 مليار لون (عمق ألوان 30 بت). المزيد من اتجاهات البكسل الفرعي الممكنة (1024 مقابل 256) وعمق ألوان حقيقي أفضل.
تقنية IPS المتقدمة عالية الأداء	آه-IPS	2011	تحسين عرض الألوان، وزيادة الدقة ومؤشر أسعار المنتجين، وزيادة السطوع وتقليل استهلاك الطاقة.

القيمة المضافة الصناعية

تم تقديم تقنية VA (اختصار للمحاذاة العمودية) في عام 1996 بواسطة شركة Fujitsu. عند إيقاف تشغيل الجهد، تتم محاذاة البلورات السائلة لمصفوفة VA بشكل عمودي على المرشح الثاني، أي أنها لا تنقل الضوء. عند تطبيق الجهد الكهربائي، تدور البلورات بمقدار 90 درجة وتظهر نقطة ضوئية على الشاشة. كما هو الحال في مصفوفات IPS، لا تنقل وحدات البكسل الضوء في حالة عدم وجود جهد كهربائي، لذا عندما تفشل تظهر كنقاط سوداء.

خليفة تقنية VA هي تقنية MVA ( محاذاة عمودية متعددة المجالات)، التي طورتها شركة فوجيتسو كحل وسط بين تقنيات TN وIPS. تبلغ زوايا العرض الأفقية والرأسية لمصفوفات MVA 160 درجة (تصل إلى 176-178 درجة في نماذج الشاشات الحديثة)، وبفضل استخدام تقنيات التسريع (RTC)، فإن هذه المصفوفات ليست بعيدة عن TN+Film في وقت الاستجابة. إنها تتجاوز بشكل كبير خصائص الأخيرة من حيث عمق الألوان ودقة استنساخها.

تتمثل مزايا تقنية MVA في اللون الأسود العميق (عند النظر إليها بشكل عمودي) وغياب كل من البنية البلورية الحلزونية والمجال المغناطيسي المزدوج. عيوب MVA مقارنة بـ S-IPS: فقدان التفاصيل في الظل عند عرضها بشكل عمودي، واعتماد توازن ألوان الصورة على زاوية المشاهدة.

نظائرها من MVA هي التقنيات:

PVA (المحاذاة العمودية المنقوشة) من سامسونج؛
سوبر PVA من سوني-سامسونج (S-LCD)؛
Super MVA من CMO؛
ASV (العرض الفائق المتقدم)، ويُسمى أيضًا ASVA ( محاذاة عمودية متناظرة محوريا) من شارب.

تعتبر مصفوفات MVA/PVA بمثابة حل وسط بين TN وIPS، سواء من حيث التكلفة أو خصائص المستهلك.

الرجاء

تم تطوير مصفوفة PLS (التبديل من مستوى إلى خط) بواسطة شركة Samsung كبديل لـ IPS وتم عرضها لأول مرة في ديسمبر 2010. ومن المتوقع أن تكون هذه المصفوفة أرخص بنسبة 15% من IPS.

مزايا:

كثافة بكسل أعلى مقارنة بـ IPS (ومماثلة لـ *VA/TN) [ ] ;
سطوع عالي وتجسيد جيد للألوان [ ] ;
زوايا مشاهدة كبيرة[ ] ;
تغطية إس آر جي بي كاملة [ ] ;
استهلاك منخفض للطاقة مقارنة بـ TN [ ] .

عيوب:

زمن الاستجابة (5-10 مللي ثانية) مشابه لـ S-IPS، أفضل من *VA، ولكنه أسوأ من TN.

الثابتة والمتنقلة وIPS

ولم تقدم سامسونج وصفًا لتقنية PLS. لم تكشف الدراسات المقارنة لمصفوفات IPS وPLS تحت المجهر من قبل مراقبين مستقلين عن أي اختلافات. لقد اعترفت شركة Samsung نفسها بشكل غير مباشر بحقيقة أن PLS هو نوع من IPS في الدعوى القضائية التي رفعتها ضد شركة LG Corporation: زعمت الدعوى أن تقنية AH-IPS التي تستخدمها LG هي تعديل لتقنية PLS.

الإضاءة الخلفية

البلورات السائلة نفسها لا تتوهج. لكي تكون الصورة على شاشة الكريستال السائل مرئية، تحتاج. يمكن أن يكون المصدر خارجيًا (على سبيل المثال، الشمس) أو مدمجًا (الإضاءة الخلفية). عادةً ما توجد مصابيح الإضاءة الخلفية المدمجة خلف طبقة البلورات السائلة وتتألق من خلالها (على الرغم من وجود الإضاءة الجانبية أيضًا، على سبيل المثال، في الساعات).

الإضاءة الخارجية

تستخدم شاشات العرض أحادية اللون في ساعات اليد والهواتف المحمولة الإضاءة الخارجية في معظم الأوقات (من الشمس، وأضواء الغرفة، وما إلى ذلك). عادةً ما توجد خلف طبقة البكسل البلوري السائل طبقة عاكسة أو مرآة غير لامعة. للاستخدام في الظلام، تم تجهيز هذه الشاشات بإضاءة جانبية. هناك أيضًا شاشات عاكسة تكون فيها الطبقة العاكسة (المرآة) شفافة وتقع مصابيح الإضاءة الخلفية خلفها.

الإضاءة المتوهجة

في الماضي، كانت بعض ساعات اليد LCD أحادية اللون تستخدم مصباحًا متوهجًا صغيرًا. ولكن بسبب ارتفاع استهلاك الطاقة، والمصابيح المتوهجة غير مربحة. بالإضافة إلى ذلك، فهي غير مناسبة للاستخدام، على سبيل المثال، في أجهزة التلفزيون، لأنها تولد الكثير من الحرارة (ارتفاع درجة الحرارة ضار بالبلورات السائلة) وغالبا ما تحترق.

لوحة مضيئة كهربائيا

تستخدم شاشات LCD أحادية اللون لبعض الساعات وشاشات عرض الأدوات لوحة مضيئة كهربائيًا للإضاءة الخلفية. هذه اللوحة عبارة عن طبقة رقيقة من الفوسفور البلوري (على سبيل المثال، كبريتيد الزنك)، حيث يحدث التألق الكهربائي - يتوهج تحت تأثير التيار. يتوهج عادةً باللون الأزرق المخضر أو الأصفر البرتقالي.

الإضاءة بمصابيح تفريغ الغاز ("البلازما").

خلال العقد الأول من القرن الحادي والعشرين، كانت الغالبية العظمى من شاشات الكريستال السائل مضاءة من الخلف بواسطة واحد أو أكثر من مصابيح تفريغ الغاز (في أغلب الأحيان مصابيح الكاثود البارد - CCFL، على الرغم من أن EEFLs قد دخلت حيز الاستخدام مؤخرًا). مصدر الضوء في هذه المصابيح هو البلازما التي يتم إنتاجها عن طريق التفريغ الكهربائي من خلال الغاز. لا ينبغي الخلط بين مثل هذه العروض

يوم جيد.

عند اختيار شاشة، لا ينتبه العديد من المستخدمين إلى تقنية تصنيع المصفوفة ( المصفوفة هي الجزء الرئيسي من أي شاشة LCD تشكل الصورة) ، وبالمناسبة، تعتمد جودة الصورة على الشاشة بشكل كبير عليها (وسعر الجهاز أيضًا!).

بالمناسبة، قد يجادل الكثيرون بأن هذا تافه، وأي كمبيوتر محمول حديث (على سبيل المثال) يوفر صورة ممتازة. لكن هؤلاء المستخدمين أنفسهم، إذا وضعتهم على جهازي كمبيوتر محمول بمصفوفات مختلفة - سوف تلاحظ الفرق في الصورة بالعين المجردة (انظر الشكل 1)!

نظرًا لظهور الكثير من الاختصارات مؤخرًا (ADS، IPS، PLS، TN، TN+film، VA)، فمن السهل أن تشعر بالارتباك. في هذه المقالة، أريد أن أصف قليلا كل تقنية، وإيجابياتها وسلبياتها (سيكون هناك شيء في شكل مقالة مرجعية صغيرة، والتي ستكون مفيدة للغاية عند اختيار: شاشة، كمبيوتر محمول، إلخ.) . لذا…

أرز. 1. الفرق في الصورة عند تدوير الشاشة: مصفوفة TN مقابل مصفوفة IPS

ماتريكس TN، TN+فيلم

تم حذف أوصاف المشكلات الفنية؛ ويتم "تفسير" بعض المصطلحات بكلماتها الخاصة بحيث تكون المقالة مفهومة ويمكن الوصول إليها من قبل مستخدم غير مدرب.

النوع الأكثر شيوعا من المصفوفة. عند اختيار نماذج غير مكلفة من الشاشات وأجهزة الكمبيوتر المحمولة وأجهزة التلفزيون، إذا نظرت إلى الخصائص المتقدمة للجهاز الذي تختاره، فمن المحتمل أن ترى هذه المصفوفة.

الايجابيات:

وقت استجابة قصير جدًا: بفضل هذا، ستتمكن من مشاهدة صورة جيدة في أي ألعاب وأفلام ديناميكية (وأي مشاهد ذات صورة سريعة التغير). بالمناسبة، على الشاشات ذات وقت الاستجابة الطويل، يمكن أن تبدأ الصورة في "العائمة" (على سبيل المثال، يشكو الكثيرون من الصورة "العائمة" في الألعاب مع وقت استجابة يزيد عن 9 مللي ثانية). بالنسبة للألعاب، يُفضل عمومًا أن يكون زمن الاستجابة أقل من 6 مللي ثانية. بشكل عام، هذه المعلمة مهمة جدًا وإذا كنت تشتري شاشة للألعاب، فإن خيار TN+film يعد أحد أفضل الحلول؛
سعر في المتناول: يعد هذا النوع من الشاشات واحدًا من أكثر الأنواع بأسعار معقولة.

السلبيات:

تجسيد اللون الفقراء: كثير من الناس يشكون من الألوان غير الزاهية (خاصة بعد التبديل من الشاشات بنوع مختلف من المصفوفة). بالمناسبة، من الممكن أيضًا بعض تشويه الألوان (لذلك، إذا كنت بحاجة إلى تحديد اللون بعناية فائقة، فلا يجب عليك اختيار هذا النوع من المصفوفة)؛
زاوية مشاهدة صغيرة: ربما لاحظ الكثيرون أنه إذا اقتربت من الشاشة من الجانب، فإن جزءًا من الصورة لم يعد مرئيًا، فهو مشوه ويتغير لونه. بالطبع، قامت تقنية TN+film بتحسين هذه النقطة إلى حد ما، ولكن مع ذلك تظل المشكلة قائمة (على الرغم من أن الكثيرين قد يعترضون علي: على سبيل المثال، يعد هذا مفيدًا على جهاز كمبيوتر محمول - لن يتمكن أي شخص يجلس بجوارك من رؤية صورتك بالضبط) على الشاشة)؛
احتمال كبير للبكسلات الميتة: ربما سمع العديد من المستخدمين المبتدئين هذا البيان. عندما يظهر بكسل "ميت"، ستكون هناك نقطة على الشاشة لن تعرض الصورة - أي ستكون هناك نقطة مضيئة فقط. إذا كان هناك الكثير منهم، فسيكون من المستحيل العمل خلف الشاشة...

بشكل عام، تعتبر الشاشات التي تحتوي على هذا النوع من المصفوفة جيدة جدًا (على الرغم من كل عيوبها). مناسب لمعظم المستخدمين الذين يحبون الأفلام والألعاب الديناميكية. من الجيد أيضًا العمل مع النص على هذه الشاشات. بالنسبة للمصممين وأولئك الذين يحتاجون إلى رؤية صورة ملونة ودقيقة جدًا، لا ينصح بهذا النوع.

مصفوفة VA/MVA/PVA

(نظائرها: Super PVA، وSuper MVA، وASV)

تم تطوير وتنفيذ هذه التقنية (VA - المحاذاة العمودية باللغة الإنجليزية) بواسطة شركة Fujitsu. اليوم، هذا النوع من المصفوفات ليس شائعًا جدًا، ولكنه مع ذلك مطلوب بين بعض المستخدمين.

الايجابيات:

واحدة من أفضل عروض اللون الأسود: عند النظر إلى سطح الشاشة بشكل عمودي؛
أكثر ألوان الجودة(بشكل عام) مقارنة بمصفوفة TN؛
كافٍ وقت استجابة جيد(يمكن مقارنتها تمامًا بمصفوفة TN، على الرغم من أنها أقل منها)؛

السلبيات:

أعلى سعر؛
تشويه الألوان بزاوية عرض واسعة (يلاحظ هذا بشكل خاص المصورون والمصممون المحترفون) ؛
من الممكن أن "تختفي" التفاصيل الصغيرة في الظل (عند زاوية رؤية معينة).

تعد الشاشات المزودة بهذه المصفوفة حلاً جيدًا (حل وسط) لأولئك الذين غير راضين عن عرض الألوان لشاشة TN والذين يحتاجون إلى وقت استجابة قصير. أولئك الذين يحتاجون إلى الألوان وجودة الصورة يختارون مصفوفة IPS (المزيد حول ذلك لاحقًا في المقالة...).

مصفوفة IPS

الأصناف: S-IPS، H-IPS، UH-IPS، P-IPS، AH-IPS، IPS-ADS، إلخ.

تم تطوير هذه التقنية بواسطة شركة هيتاشي. غالبًا ما تكون الشاشات المزودة بهذا النوع من المصفوفة هي الأغلى في السوق. أعتقد أنه لا فائدة من النظر في كل نوع من المصفوفات، لكن الأمر يستحق تسليط الضوء على المزايا الرئيسية.

الايجابيات:

تسليم أفضل للألوانمقارنة بأنواع المصفوفات الأخرى. الصورة تبين "العصير" ومشرقة. يقول العديد من المستخدمين أنه عند العمل على مثل هذه الشاشة، فإن أعينهم لا تتعب عمليا (البيان مثير للجدل للغاية ...)؛
أكبر زاوية عرض: حتى لو كنت تقف بزاوية 160-170 درجة. - ستكون الصورة على الشاشة مشرقة وملونة وواضحة؛
تباين جيد
لون أسود ممتاز.

السلبيات:

غالي السعر؛
زمن استجابة طويل (قد لا يناسب بعض محبي الألعاب والأفلام الديناميكية).

تعتبر الشاشات المزودة بهذه المصفوفة مثالية لكل من يحتاج إلى صورة مشرقة وعالية الجودة. إذا كنت تأخذ شاشة ذات وقت استجابة قصير (أقل من 6-5 مللي ثانية)، فسيكون اللعب عليها مريحًا جدًا. العيب الرئيسي هو السعر المرتفع..

ماتريكس بلس

تم تطوير هذا النوع من المصفوفات بواسطة شركة Samsung (مخطط لها كبديل لمصفوفة مزود خدمة الإنترنت). وله إيجابياته وسلبياته..

الايجابيات: كثافة بكسل أعلى، سطوع عالي، استهلاك أقل للطاقة.

السلبيات: نطاق ألوان منخفض، وتباين أقل مقارنة بـ IPS.

بالمناسبة، نصيحة أخيرة. عند اختيار الشاشة، انتبه ليس فقط للمواصفات الفنية، ولكن أيضًا للشركة المصنعة. لا أستطيع أن أذكر أفضلها، لكني أوصي باختيار علامة تجارية مشهورة: Samsung، Hitachi، LG، Proview، Sony، Dell، Philips، Acer.

وبهذا أنهي المقال، بالتوفيق للجميع :)

مقدمة

يعد موضوع "شاشات الكريستال السائل ولوحات البلازما" ذا أهمية كبيرة لأنه في العالم الحديث، تستخدم العديد من الأجهزة مخرجات رسومية أو نصية لعرض المعلومات على الشاشة. في السنوات الأخيرة، تطور هذا المجال بسرعة وظهرت تقنيات جديدة وتم تحسين التقنيات القديمة.

الغرض من عمل الدورة.

دراسة مبدأ تشغيل شاشات الكريستال السائل.

دراسة مبدأ تشغيل ألواح البلازما.

قارن بين مبادئ تشغيل شاشات LCD وألواح البلازما.

لاحظ إيجابيات وسلبيات شاشات الكريستال السائل ولوحات البلازما.

الجزء النظري

شاشات الكريستال السائل

الصمام الثنائي الترانزستور الإلكتروني الكريستال السائل

تصنع شاشات LCD (شاشة الكريستال السائل) من مادة (السيانوفينيل) التي تكون في الحالة السائلة، ولكنها في الوقت نفسه تتمتع ببعض الخصائص الكامنة في الأجسام البلورية. في الواقع، هذه هي السوائل التي لها خصائص متباينة (على وجه الخصوص، البصرية) المرتبطة بالنظام في اتجاه الجزيئات.

تُستخدم شاشات الكريستال السائل لعرض المعلومات الرسومية أو النصية في شاشات الكمبيوتر، وأجهزة التلفزيون، والهواتف، والكاميرات الرقمية، وأجهزة القراءة الإلكترونية، وأجهزة الملاحة، والأجهزة اللوحية، والمترجمين الإلكترونيين، والآلات الحاسبة، والساعات، وما إلى ذلك، وكذلك في العديد من الأجهزة الإلكترونية الأخرى.

ومن الغريب أن البلورات السائلة أقدم بحوالي عشر سنوات من أنابيب CRT؛ وقد تم تقديم أول وصف لهذه المواد في عام 1888. ومع ذلك، لفترة طويلة لم يكن أحد يعرف كيفية تطبيقها في الممارسة العملية: هناك مثل هذه المواد وهذا كل شيء، ولم يكن أحد مهتما بها، باستثناء الفيزيائيين والكيميائيين. لذلك، تم اكتشاف المواد البلورية السائلة في عام 1888 من قبل العالم النمساوي ف. رينيتزر، ولكن في عام 1930 فقط حصل باحثون من شركة ماركوني البريطانية على براءة اختراع لاستخدامهم الصناعي. إلا أن الأمور لم تذهب إلى أبعد من ذلك، إذ أن القاعدة التكنولوجية في ذلك الوقت كانت لا تزال ضعيفة للغاية. تم تحقيق أول اختراق حقيقي من قبل العلماء فيرغسون وويليامز من RCA (مؤسسة الإذاعة الأمريكية). قام أحدهما بإنشاء مستشعر حراري يعتمد على البلورات السائلة، باستخدام تأثيرها الانعكاسي الانتقائي، وقام الآخر بدراسة تأثير المجال الكهربائي على البلورات الخيطية. وهكذا، في نهاية عام 1966، أظهرت شركة RCA نموذجًا أوليًا لساعة رقمية LCD. لعبت شركة Sharp Corporation دورًا مهمًا في تطوير تقنية شاشات الكريستال السائل. ولا يزال من بين قادة التكنولوجيا. تم إنتاج أول آلة حاسبة في العالم CS10A في عام 1964 من قبل هذه الشركة. في أكتوبر 1975، تم إنتاج أول ساعات رقمية مدمجة باستخدام تقنية TN LCD. في النصف الثاني من السبعينيات، بدأ التحول من شاشات الكريستال السائل المكونة من ثمانية أجزاء إلى إنتاج المصفوفات مع معالجة كل نقطة. لذلك، في عام 1976، أصدرت Sharp جهاز تلفزيون بالأبيض والأسود بشاشة قطرية 5.5 بوصة، بناءً على مصفوفة LCD بدقة 160 × 120 بكسل.

البلورات السائلة هي مواد تتمتع جزيئاتها بقدرة عالية على الحركة وتكون عرضة للتوجيه المنظم في مجال كهربائي. مقاومة البلورات السائلة عالية وتصل من إلى أوم. في درجة حرارة الغرفة وفي غياب المجال الكهربائي، يكون اتجاه جزيئات البلورات السائلة فوضويًا، ولهذا السبب تكون المادة غير شفافة. وعندما يظهر مجال كهربائي، يتم ترتيب الجزيئات، ونتيجة لذلك تصبح المادة شفافة بصريًا. يمكن رؤية التصميم المبسط لشاشة الكريستال السائل في الشكل 1

الأرقام في الشكل تشير إلى:

1 - زجاج أو مادة شفافة مماثلة؛

2 - أفلام من الأقطاب الكهربائية الشفافة التي تشكل مصفوفة؛

3 - البلورات السائلة.

4- سطح معدني.

يتم تصنيع القطب الشفاف على شكل أرقام أو رموز حسب الصورة المطلوبة. يتم توصيل المولد بين الأفلام الموصلة للأقطاب الكهربائية الشفافة المطلوبة حاليًا والقاعدة المعدنية، مما يولد جهدًا متناوبًا بسعة تتراوح من 2 إلى 15 فولت وتردد يتراوح من عشرات إلى آلاف الهرتز.

تكمن مزايا مؤشرات الكريستال السائل في استهلاك الطاقة المنخفض للغاية والجهد المنخفض للإمداد.

العيوب هي الوقت القصير بين حالات الفشل والوجود الإلزامي لمصدر الإضاءة الخارجي.

يمكن تصنيف البلورات السائلة إلى واحد من ثلاثة أنواع: لزج، أو خيطي، أو كوليستيري.

في البلورة السائلة اللزجة (الشكل 2)، يتم ترتيب الجزيئات في طبقات يمكن أن تنزلق بسهولة فوق بعضها البعض، مما يسبب سيولة البلورة السائلة. يتم ترتيب الطبقات بشكل دوري بالنسبة لبعضها البعض. داخل الطبقات، في الاتجاهات الجانبية، لا توجد دورية صارمة في ترتيب الجزيئات.

لا تحتوي البلورات السائلة الخيطية (الشكل 3) على نفس البنية الطبقية مثل تلك التركيبية. يتم إزاحة الجزيئات بشكل عشوائي في اتجاه محاورها الطويلة. يتم ملاحظة الترتيب الاتجاهي فقط في ترتيب الجزيئات: حيث يتم توجيه جميع الجزيئات في اتجاه واحد سائد. إذا نظرت إلى المستحضر تحت المجهر، يمكنك رؤية خيوط رفيعة داكنة. هذه هي الأماكن التي تغير فيها الجزيئات اتجاهها فجأة. وتسمى هذه المواضيع الانحراف. في درجات حرارة معينة، يمكن أن تتحول smetics إلى nematics.

تشكل البلورات السائلة الكولسترولية بشكل رئيسي مركبات من الكولسترول والمنشطات الأخرى. بنية البلورات السائلة هي نفس بنية البلورات الخيطية، ولكنها ملتوية أيضًا في اتجاه عمودي على المحاور الطويلة للجزيئات.

من السمات المثيرة للاهتمام للبلورات السائلة الكولسترولية (الشكل 4) أن شعاع الضوء الساقط على طبقة رقيقة من البلورة يمكن أن يخضع لانعكاس انتقائي، أي انعكاس انتقائي. قانون انعكاس الضوء الأبيض غير مكتمل في هذه الحالة. سوف تنعكس الأشعة ذات الأطوال الموجية المختلفة بزوايا مختلفة. ونتيجة لذلك، سوف يظهر الفيلم الكولستري ذو الألوان الزاهية في الضوء المنعكس.

يمكن أن تحتوي الأجهزة البسيطة المزودة بشاشة عرض (الساعات الإلكترونية، والهواتف، والمشغلات، ومقاييس الحرارة، وما إلى ذلك) على شاشة عرض أحادية اللون أو من 2 إلى 5 ألوان. يتم تشكيل صورة متعددة الألوان باستخدام ثلاثيات RGB.

RGB (اختصار للكلمات الإنجليزية Red، Green، Blue - red، green، blue) هو نموذج ألوان مضافة، يصف عادةً طريقة تجميع الألوان لإعادة إنتاج الألوان (الشكل 5)

من الناحية الهيكلية، تتكون الشاشة من العناصر التالية (الشكل 6):

مصفوفات LCD (في البداية عبارة عن حزمة مسطحة من الألواح الزجاجية، بين طبقاتها توجد بلورات سائلة؛ في العقد الأول من القرن الحادي والعشرين، بدأ استخدام المواد المرنة القائمة على البوليمرات)؛

· مصادر الضوء للإضاءة.

· تسخير الاتصال (الأسلاك)؛

· الغلاف، عادة من البلاستيك، بإطار معدني لتوفير الصلابة.

تكوين بكسل مصفوفة LCD:

· قطبين كهربائيين شفافين؛

· طبقة من الجزيئات تقع بين الأقطاب الكهربائية.

· اثنان من مرشحات الاستقطاب، تكون مستويات استقطابهما (عادة) متعامدة.

إذا تم تطبيق الجهد على الأقطاب الكهربائية، فإن الجزيئات تميل إلى الاصطفاف في اتجاه المجال الكهربائي، مما يشوه هيكل المسمار. في هذه الحالة، تتصدى القوى المرنة لهذا، وعندما يتم إيقاف الجهد، تعود الجزيئات إلى موضعها الأصلي. مع وجود قوة مجال كافية، تصبح جميع الجزيئات تقريبًا متوازية، مما يؤدي إلى بنية معتمة. من خلال تغيير الجهد، يمكنك التحكم في درجة الشفافية.

إذا تم تطبيق جهد ثابت لفترة طويلة، فقد يتحلل الهيكل البلوري السائل بسبب هجرة الأيونات. لحل هذه المشكلة، يتم استخدام التيار المتردد أو تغيير قطبية المجال في كل مرة تتم فيها معالجة الخلية (نظرًا لأن التغيير في الشفافية يحدث عند تشغيل التيار، بغض النظر عن قطبيته).

في المصفوفة بأكملها، من الممكن التحكم في كل خلية على حدة، ولكن مع زيادة عددها، يصبح من الصعب تحقيق ذلك، مع زيادة عدد الأقطاب الكهربائية المطلوبة. لذلك، يتم استخدام عنونة الصفوف والأعمدة في كل مكان تقريبًا.

البلورات السائلة نفسها لا تتوهج. لكي تكون الصورة على شاشة الكريستال السائل مرئية، يلزم وجود مصدر للضوء. يمكن أن يكون المصدر خارجيًا (على سبيل المثال، الشمس) أو مدمجًا (الإضاءة الخلفية). عادةً ما توجد مصابيح الإضاءة الخلفية المدمجة خلف طبقة البلورات السائلة وتتألق من خلالها (على الرغم من وجود الإضاءة الجانبية أيضًا، على سبيل المثال، في الساعات).

الإضاءة الخارجية

الإضاءة المتوهجة

لوحة مضيئة كهربائيا

الإضاءة بمصابيح تفريغ الغاز ("البلازما").

الإضاءة الخلفية بالصمام الثنائي الباعث للضوء (LED).

في أوائل عام 2010، انتشرت شاشات LCD ذات الإضاءة الخلفية بواسطة واحد أو عدد صغير من الثنائيات الباعثة للضوء (LEDs). لا ينبغي الخلط بين شاشات LCD هذه (التي تسمى غالبًا تلفزيون LED أو شاشات LED في التجارة) وشاشات LED الحقيقية، حيث يضيء كل بكسل بحد ذاته ويكون عبارة عن LED مصغر.

أهم خصائص شاشات LCD:

1. يتم تحديد نوع المصفوفة من خلال التكنولوجيا التي يتم من خلالها تصنيع شاشة LCD؛

2. فئة المصفوفة. يميز معيار ISO 13406-2 بين أربع فئات من المصفوفات؛

ISO 13406-2 - معيار ISO لبيئة العمل البصرية لشاشات LCD. العنوان الكامل هو "المتطلبات المريحة للعمل مع شاشات العرض المرئية المعتمدة على اللوحات المسطحة - الجزء 2: المتطلبات المريحة لشاشات العرض المسطحة." معروف للمستهلكين باسم Dead Pixel Standard

بكسل معيبة

يميز المعيار بين 4 فئات جودة لشاشات LCD، يُسمح لكل منها بعدد معين من وحدات البكسل الميتة لكل مليون:

الفئة 1: 0 بكسل معيبة لكل مليون.

الفئة 2: ما يصل إلى عيبين من النوع 1 و2 أو ما يصل إلى 5 عيوب من النوع 3 لكل مليون.

الفئة 3: ما يصل إلى 5 وحدات بكسل معيبة من النوع 1؛ ما يصل إلى 15 - النوع 2؛ ما يصل إلى 50 بكسل فرعيًا معيبًا لكل مليون.

الفئة 4: ما يصل إلى 150 بكسل ميتًا لكل مليون.

من بين لوحات LCD المنتجة بكميات كبيرة، لا يوجد عمليا أي منتجات من الدرجة الرابعة.

يحدد المعيار 4 أنواع من وحدات البكسل المعيبة:

النوع 1: بكسلات مضاءة باستمرار.

النوع 2: إيقاف البكسل بشكل دائم.

النوع 3: البكسلات التي بها عيوب أخرى، بما في ذلك العيوب في البكسلات الفرعية (خلايا RGB التي تشكل البكسل)، أي. وحدات بكسل فرعية مضاءة باستمرار باللون الأحمر أو الأخضر أو الأزرق.

النوع 4 (مجموعة وحدات البكسل السيئة): وحدات بكسل متعددة سيئة في مربع بحجم 5 × 5 بكسل.

3. الدقة - الأبعاد الأفقية والرأسية، معبرًا عنها بالبكسل. على عكس شاشات CRT، تتمتع شاشات LCD بدقة واحدة ثابتة، ويتم تحقيق الباقي عن طريق الاستيفاء (تحتوي شاشات CRT أيضًا على عدد ثابت من البكسلات، والتي تتكون أيضًا من نقاط حمراء وخضراء وزرقاء. ومع ذلك، نظرًا لطبيعة التقنية، عند الإخراج دقة غير قياسية، ليس هناك أي استيفاء ضروري)؛

4. حجم النقطة (حجم البكسل) - المسافة بين مراكز البكسلات المجاورة. تتعلق مباشرة بالحل المادي؛

5. نسبة أبعاد الشاشة (التنسيق النسبي) - نسبة العرض إلى الارتفاع (5:4، 4:3، 3:2 (15h10)، 8:5 (16h10)، 5:3 (15h9)، 16:9، إلخ. .);

6. قطري مرئي - حجم اللوحة نفسها، مقاسًا قطريًا. تعتمد مساحة شاشات العرض أيضًا على التنسيق: تحتوي الشاشة بتنسيق 4:3 على مساحة أكبر من الشاشة بتنسيق 16:9 بنفس القطر؛

7. التباين - نسبة سطوع النقاط الأفتح والأغمق عند سطوع إضاءة خلفية معين. تستخدم بعض الشاشات مستوى الإضاءة الخلفية التكيفي باستخدام مصابيح إضافية؛ ولا ينطبق رقم التباين المعطى لها (ما يسمى بالديناميكي) على الصورة الثابتة؛

8. السطوع - كمية الضوء المنبعثة من الشاشة (تقاس عادة بالشمعة لكل متر مربع)؛

9. زمن الاستجابة - الحد الأدنى من الوقت اللازم للبكسل لتغيير سطوعه. مكون من كميتين:

· زمن التخزين المؤقت (تأخر الإدخال). تتداخل القيمة العالية مع الألعاب الديناميكية؛ عادة ما يبقى صامتا؛ يتم قياسها بالمقارنة مع شريط سينمائي في التصوير عالي السرعة. الآن (2011) خلال 20-50 مللي ثانية؛ وفي بعض النماذج المبكرة وصلت إلى 200 مللي ثانية؛

· تبديل الوقت. المشار إليها في مواصفات الشاشة. القيمة العالية تؤدي إلى انخفاض جودة الفيديو؛ طرق القياس غامضة. الآن في جميع الشاشات تقريبًا، يبلغ وقت التبديل المذكور 2-6 مللي ثانية؛

10. زاوية العرض - الزاوية التي يصل عندها انخفاض التباين إلى قيمة معينة يتم حسابها بشكل مختلف بالنسبة لأنواع مختلفة من المصفوفات ومن قبل الشركات المصنعة المختلفة، وفي كثير من الأحيان لا يمكن مقارنتها. تشير بعض الشركات المصنعة في تلك. في معلمات شاشاتهم، تكون زوايا المشاهدة مثل: CR 5:1 -- 176/176°، CR 10:1 -- 170/160°. يشير الاختصار CR (نسبة التباين باللغة الإنجليزية) إلى مستوى التباين عند زوايا مشاهدة محددة بالنسبة إلى العمودي على الشاشة. عند زوايا عرض 170 درجة/160 درجة، يتم تقليل التباين في وسط الشاشة إلى قيمة لا تقل عن 10:1، عند زوايا عرض 176 درجة/176 درجة - إلى ما لا يقل عن 5:1.

وبالتالي، تتكون الشاشة الكاملة المزودة بشاشة LCD من إلكترونيات عالية الدقة تعالج إشارة الفيديو المدخلة، ومصفوفة LCD، ووحدة الإضاءة الخلفية، ومصدر طاقة، وجسم مزود بعناصر تحكم. إن مزيج هذه المكونات هو الذي يحدد خصائص الشاشة ككل، على الرغم من أن بعض الخصائص أكثر أهمية من غيرها.

يتم تقليل وقت استجابة شاشات LCD المصممة باستخدام تقنية SXRD (شاشة Silicon X-tal العاكسة - مصفوفة الكريستال السائل العاكسة للسيليكون) إلى 5 مللي ثانية.

شركات سوني, حادو فيليبستم تطوير تقنية PALC (البلازما الموجهة للبلورات السائلة) بشكل مشترك، والتي تجمع بين مزايا شاشات الكريستال السائل (السطوع وتشبع اللون والتباين) ولوحات البلازما (زوايا مشاهدة كبيرة أفقيًا وعموديًا، ومعدل تحديث مرتفع). تستخدم هذه الشاشات خلايا البلازما التي تعمل بتفريغ الغاز للتحكم في السطوع، ويتم استخدام مصفوفة LCD لتصفية الألوان. تسمح تقنية PALC بمعالجة كل بكسل في الشاشة بشكل فردي، مما يعني أفضل إمكانية تحكم وأفضل جودة للصورة.

TN + film (Twisted Nematic + film) (الشكل 7) هو أبسط التقنيات. كلمة "فيلم" في اسم التقنية تعني "طبقة إضافية" تستخدم لزيادة زاوية المشاهدة (من 90 إلى 150 درجة تقريبًا). حاليًا، غالبًا ما يتم حذف البادئة "film"، لتسمية هذه المصفوفات ببساطة TN. لم يتم حتى الآن العثور على طريقة لتحسين التباين وزوايا المشاهدة لألواح TN، ويعد وقت استجابة هذا النوع من المصفوفات حاليًا أحد أفضل الأوقات، لكن مستوى التباين ليس كذلك.

وتشمل مزايا هذه التكنولوجيا أقصر وقت استجابة بين المصفوفات الحديثة، فضلا عن التكلفة المنخفضة. العيوب: تسليم الألوان أسوأ، زوايا مشاهدة أصغر.

تم تطوير تقنية IPS (التبديل داخل الطائرة)، أو SFT (TFT فائق الدقة) (الشكل 8)، بواسطة شركة Hitachi وNEC في عام 1996.

تستخدم هذه الشركات أسماء مختلفة لهذه التقنية - تستخدم شركة NEC "SFT" وتستخدم شركة Hitachi "IPS".

تهدف هذه التقنية إلى التغلب على عيوب فيلم TN+. على الرغم من أن IPS تمكنت من زيادة زاوية المشاهدة إلى 178 درجة، بالإضافة إلى التباين العالي وإعادة إنتاج الألوان، إلا أن وقت الاستجابة ظل عند مستوى منخفض.

اعتبارًا من عام 2008، أصبحت لوحات IPS (SFT) هي شاشات LCD الوحيدة التي تعرض دائمًا عمق ألوان RGB الكامل البالغ 24 بت، 8 بت لكل قناة. اعتبارًا من عام 2012، تم بالفعل إصدار العديد من الشاشات على مصفوفات IPS (e-IPS المصنعة بواسطة LG.Displays) مع 6 بت لكل قناة. تتكون مصفوفات TN الأقدم من 6 بتات لكل قناة، تمامًا مثل جزء MVA.

إذا لم يتم تطبيق أي جهد على مصفوفة IPS، فإن جزيئات الكريستال السائل لا تدور. يتم دائمًا تدوير الفلتر الثاني بشكل عمودي على الأول، ولا يمر أي ضوء من خلاله. لذلك فإن عرض اللون الأسود قريب من المثالية. إذا فشل الترانزستور، فلن يكون البكسل "المكسور" للوحة IPS أبيضًا، كما هو الحال بالنسبة لمصفوفة TN، بل أسود.

عند تطبيق جهد كهربائي، تدور جزيئات البلورات السائلة بشكل عمودي على موضعها الأولي وتنقل الضوء.

تم الآن استبدال تقنية IPS بتقنية H-IPS، التي ترث جميع مزايا تقنية IPS مع تقليل وقت الاستجابة وزيادة التباين في نفس الوقت. لون أفضل لوحات H-IPS ليس أقل شأنا من شاشات CRT التقليدية. يتم استخدام H-IPS وe-IPS الأرخص بشكل فعال في اللوحات التي يبلغ حجمها 20 بوصة. وتظل LG Display، وDell، وNEC، وSamsung، وChimei هي الشركات المصنعة الوحيدة للألواح التي تستخدم هذه التقنية.

كما تم تطوير AS-IPS (Advanced Super IPS) بواسطة شركة Hitachi في عام 2002. تتعلق التحسينات بشكل أساسي بمستوى التباين في لوحات S-IPS التقليدية، مما يجعلها أقرب إلى تباين لوحات S-PVA. يتم استخدام AS-IPS أيضًا كاسم لشاشات NEC (مثل NEC LCD20WGX2) التي تستخدم تقنية S-IPS التي طورها اتحاد LG Display.

H-IPS A-TW (IPS أفقي مع مستقطب أبيض حقيقي متقدم) - تم تطويره بواسطة LG Display لصالح شركة NEC. إنها لوحة H-IPS مزودة بمرشح ألوان TW (أبيض حقيقي) لجعل اللون الأبيض أكثر واقعية وزيادة زوايا المشاهدة دون تشويه الصورة (يتم التخلص من تأثير توهج لوحات LCD بزاوية - ما يسمى "تأثير التوهج" ""). يُستخدم هذا النوع من اللوحات لإنشاء شاشات احترافية عالية الجودة.

AFFS (تبديل الحقول الهامشية المتقدم، الاسم غير الرسمي - S-IPS Pro) هو تحسين إضافي لـ IPS، تم تطويره بواسطة BOE Hydis في عام 2003. أتاحت قوة المجال الكهربائي المتزايدة تحقيق زوايا مشاهدة وسطوع أكبر، بالإضافة إلى تقليل المسافة بين البكسلات. تُستخدم شاشات العرض المستندة إلى AFFS بشكل أساسي في أجهزة الكمبيوتر اللوحية، وعلى المصفوفات المصنعة بواسطة شركة Hitachi Displays.

كانت تقنية MVA (المحاذاة الرأسية متعددة المجالات) هي خليفة تقنية VA التي طورتها الشركة فوجيتسوكحل وسط بين تقنيات TN وIPS. تبلغ زوايا العرض الأفقية والرأسية لمصفوفات MVA 160 درجة (في طرز الشاشات الحديثة تصل إلى 176-178 درجة)، وبفضل استخدام تقنيات التسارع (RTC)، فإن هذه المصفوفات ليست بعيدة عن TN+Film في وقت الاستجابة . إنها تتجاوز بشكل كبير خصائص الأخيرة من حيث عمق الألوان ودقة استنساخها.

نظائرها من MVA هي التقنيات:

· PVA (المحاذاة العمودية المنقوشة) من سامسونج؛

· Super PVA من شركة Sony-Samsung (S-LCD)؛

· Super MVA من CMO؛

· ASV (العرض الفائق المتقدم)، ويسمى أيضًا ASVA (المحاذاة العمودية المتماثلة محوريًا) من Sharp.

تعتبر مصفوفات MVA/PVA بمثابة حل وسط بين TN وIPS، سواء من حيث التكلفة أو خصائص المستهلك.

مزايا:

· كثافة البكسل أعلى مقارنة بـ IPS (وتشبه *VA/TN)؛

· سطوع عالية وحسن تسليم اللون؛

· زوايا مشاهدة كبيرة.

· تغطية كاملة لنطاق sRGB؛

· استهلاك منخفض للطاقة مقارنة بـ TN.

عيوب:

· وقت الاستجابة (5-10 مللي ثانية) مشابه لـ S-IPS، أفضل من *VA، ولكنه أسوأ من TN.

ولم تقدم سامسونج وصفًا لتقنية PLS. كشفت الدراسات المجهرية المقارنة لمصفوفات IPS وPLS التي أجراها مراقبون مستقلون عن عدم وجود اختلافات. حقيقة أن PLS هو نوع من IPS تم الاعتراف به بشكل غير مباشر من قبل Samsung نفسها في الدعوى القضائية التي رفعتها ضد LG: زعمت الدعوى أن تقنية AH-IPS التي تستخدمها LG هي تعديل لتقنية PLS.

الآن أصبحت تكنولوجيا الشاشات المسطحة، بما في ذلك شاشات الكريستال السائل، هي الأكثر واعدة. على الرغم من أن شاشات LCD تمثل حاليًا حوالي 10% فقط من المبيعات في جميع أنحاء العالم، إلا أنها تعد أسرع قطاعات السوق نموًا (65% سنويًا).

مبدأ التشغيل

تصنع شاشات شاشات الكريستال السائل (شاشة الكريستال السائل) من مادة (السيانوفينيل) التي تكون في حالة سائلة، ولكن في الوقت نفسه لديها بعض الخصائص الكامنة في الأجسام البلورية. في الواقع، هذه سوائل لها خصائص متباينة (خاصة الخصائص البصرية) مرتبطة بالترتيب في اتجاه الجزيئات.
ومن الغريب أن البلورات السائلة عمرها ما يقرب من عشر سنوات أقدم من CRTs. تم تقديم الوصف الأول لهذه المواد في عام 1888. ومع ذلك، لفترة طويلة لم يكن أحد يعرف كيفية استخدامها في الممارسة العملية: هناك مثل هذه المواد والجميع، ولا يوجد أي شيء. واحد باستثناء الفيزيائيين والكيميائيين، لم تكن مثيرة للاهتمام. لذلك، تم اكتشاف المواد البلورية السائلة في عام 1888 من قبل العالم النمساوي ف. رينيتزر، ولكن في عام 1930 فقط حصل باحثون من شركة ماركوني البريطانية على براءة اختراع لاستخدامهم الصناعي. إلا أن الأمور لم تذهب إلى أبعد من ذلك، إذ أن القاعدة التكنولوجية في ذلك الوقت كانت لا تزال ضعيفة للغاية. تم تحقيق أول اختراق حقيقي من قبل العلماء فيرغسون وويليامز من RCA (مؤسسة الإذاعة الأمريكية). قام أحدهما بإنشاء مستشعر حراري يعتمد على البلورات السائلة، باستخدام تأثيرها الانعكاسي الانتقائي، وقام الآخر بدراسة تأثير المجال الكهربائي على البلورات الخيطية. وفي نهاية عام 1966، أظهرت شركة RCA نموذجًا أوليًا لشاشة LCD - ساعة رقمية. لعبت شركة Sharp Corporation دورًا مهمًا في تطوير تقنية شاشات الكريستال السائل. ولا يزال من بين قادة التكنولوجيا. تم إنتاج أول آلة حاسبة في العالم CS10A في عام 1964 من قبل هذه الشركة. في أكتوبر 1975، تم إنتاج أول ساعة رقمية مدمجة باستخدام تقنية TN LCD. في النصف الثاني من السبعينيات، بدأ التحول من شاشات الكريستال السائل المكونة من ثمانية أجزاء إلى إنتاج المصفوفات مع معالجة كل نقطة. لذلك، في عام 1976، أصدرت Sharp جهاز تلفزيون بالأبيض والأسود بشاشة قطرية 5.5 بوصة، بناءً على مصفوفة LCD بدقة 160 × 120 بكسل.
يعتمد تشغيل شاشات الكريستال السائل على ظاهرة استقطاب تدفق الضوء. من المعروف أن ما يسمى ببلورات بولارويد قادرة على نقل ذلك المكون من الضوء الذي يقع متجه الحث الكهرومغناطيسي الخاص به في مستوى موازٍ للمستوى البصري للبولارويد. بالنسبة لبقية خرج الضوء، سيكون بولارويد معتمًا. وهكذا، فإن بولارويد "ينخل" الضوء، وهذا التأثير يسمى استقطاب الضوء. عندما تمت دراسة المواد السائلة التي تكون جزيئاتها الطويلة حساسة للمجالات الكهروستاتيكية والكهرومغناطيسية وقادرة على استقطاب الضوء، أصبح من الممكن التحكم في الاستقطاب. هذه المواد غير المتبلورة، بسبب تشابهها مع المواد البلورية في الخواص الكهروضوئية، وكذلك قدرتها على أخذ شكل الوعاء، كانت تسمى بالبلورات السائلة.
وبناءً على هذا الاكتشاف ومن خلال مزيد من الأبحاث، أمكن اكتشاف علاقة بين زيادة الجهد الكهربائي وتغيير اتجاه جزيئات البلورة لتمكين إنشاء الصورة. تم استخدام البلورات السائلة لأول مرة في شاشات عرض الآلات الحاسبة وفي الساعات الإلكترونية، ثم بدأ استخدامها في شاشات أجهزة الكمبيوتر المحمولة. اليوم، ونتيجة للتقدم في هذا المجال، أصبحت شاشات الكريستال السائل لأجهزة الكمبيوتر المكتبية شائعة بشكل متزايد.

شاشة LCD عبارة عن مجموعة من الأجزاء الصغيرة (تسمى وحدات البكسل) التي يمكن معالجتها لعرض المعلومات. تحتوي شاشة LCD على عدة طبقات، حيث يلعب الدور الرئيسي لوحتان مصنوعتان من مادة زجاجية نقية وخالية من الصوديوم تسمى الركيزة أو الركيزة، والتي تحتوي في الواقع على طبقة رقيقة من البلورات السائلة بينهما [انظر: أرز. 2.1]. تحتوي الألواح على أخاديد توجه البلورات إلى اتجاهات محددة. يتم وضع الأخاديد بحيث تكون متوازية على كل لوحة ولكنها متعامدة بين اللوحين. يتم الحصول على الأخاديد الطولية عن طريق وضع أغشية رقيقة من البلاستيك الشفاف على السطح الزجاجي، ثم يتم معالجتها بشكل خاص. عند ملامستها للأخاديد، تتجه الجزيئات الموجودة في البلورات السائلة بشكل متماثل في جميع الخلايا. تقوم جزيئات أحد أنواع البلورات السائلة (nematics) في غياب الجهد بتدوير ناقل المجال الكهربائي (والمغناطيسي) في موجة الضوء بزاوية معينة في المستوى المتعامد مع محور انتشار الحزمة. إن تطبيق الأخاديد على سطح الزجاج يجعل من الممكن ضمان نفس زاوية دوران مستوى الاستقطاب لجميع الخلايا. تقع اللوحين بالقرب من بعضهما البعض. تتم إضاءة لوحة الكريستال السائل بواسطة مصدر ضوء (اعتمادًا على مكان وجودها، تعمل ألواح الكريستال السائل عن طريق عكس الضوء أو نقله).

يدور مستوى استقطاب شعاع الضوء بمقدار 90 درجة عند مروره عبر لوحة واحدة [انظر. أرز. 2.2].
عندما يظهر مجال كهربائي، فإن جزيئات البلورات السائلة تصطف عموديًا جزئيًا على طول المجال، وتصبح زاوية دوران مستوى استقطاب الضوء مختلفة عن 90 درجة، ويمر الضوء عبر البلورات السائلة دون عوائق [انظر الشكل 1]. أرز. 2.3].
إن دوران مستوى استقطاب شعاع الضوء غير مرئي للعين، لذلك أصبح من الضروري إضافة طبقتين إضافيتين إلى الألواح الزجاجية، وهي مرشحات الاستقطاب. تنقل هذه المرشحات فقط ذلك المكون من شعاع الضوء الذي يتوافق محور استقطابه مع عنصر معين. لذلك، عند المرور عبر المستقطب، سيضعف شعاع الضوء اعتمادًا على الزاوية بين مستوى استقطابه ومحور المستقطب. في غياب الجهد، تكون الخلية شفافة، حيث أن المستقطب الأول ينقل الضوء فقط مع ناقل الاستقطاب المقابل. بفضل البلورات السائلة، يتم تدوير ناقل استقطاب الضوء، وبحلول الوقت الذي يمر فيه الشعاع إلى المستقطب الثاني، يكون قد تم تدويره بالفعل بحيث يمر عبر المستقطب الثاني دون مشاكل [انظر. الشكل 2.4 أ].

في وجود مجال كهربائي، يحدث دوران ناقل الاستقطاب بزاوية أصغر، وبالتالي يصبح المستقطب الثاني شفافًا جزئيًا فقط للإشعاع. إذا كان فرق الجهد بحيث لا يحدث دوران مستوى الاستقطاب في البلورات السائلة على الإطلاق، فإن شعاع الضوء سوف يمتص بالكامل بواسطة المستقطب الثاني، وستظهر الشاشة عند إضاءتها من الخلف باللون الأسود من الخلف. الأمامية (يتم امتصاص أشعة الإضاءة الخلفية بالكامل في الشاشة) [انظر. الشكل 2.4 ب]. إذا قمت بوضع عدد كبير من الأقطاب الكهربائية التي تولد مجالات كهربائية مختلفة في أماكن منفصلة على الشاشة (الخلية)، فسيكون من الممكن، مع التحكم المناسب في إمكانات هذه الأقطاب الكهربائية، عرض الحروف وعناصر الصورة الأخرى على الشاشة. يتم وضع الأقطاب الكهربائية في البلاستيك الشفاف ويمكن أن تكون بأي شكل. لقد أتاحت الابتكارات التكنولوجية قصر أبعادها على حجم نقطة صغيرة، وبالتالي يمكن وضع عدد أكبر من الأقطاب الكهربائية على نفس مساحة الشاشة، مما يزيد من دقة شاشة LCD ويسمح لنا بعرض حتى الصور المعقدة؛ في اللون. لعرض صورة ملونة، يجب أن تكون الشاشة مضاءة من الخلف بحيث يأتي الضوء من الجزء الخلفي لشاشة LCD. يعد ذلك ضروريًا حتى يمكن مشاهدة الصورة بجودة جيدة حتى لو كانت البيئة المحيطة غير مشرقة. يتم إنتاج اللون باستخدام ثلاثة مرشحات تفصل ثلاثة مكونات رئيسية عن انبعاث مصدر الضوء الأبيض. من خلال الجمع بين الألوان الأساسية الثلاثة لكل نقطة أو بكسل على الشاشة، فمن الممكن إعادة إنتاج أي لون.
في الواقع، في حالة اللون، هناك عدة احتمالات: يمكنك عمل عدة مرشحات واحدة تلو الأخرى (مما يؤدي إلى جزء صغير من الإشعاع المنقول)، ويمكنك الاستفادة من خاصية الخلية البلورية السائلة - عندما يكون المجال الكهربائي تتغير القوة، وتتغير زاوية دوران مستوى استقطاب الإشعاع بشكل مختلف بالنسبة لمكونات الضوء ذات الأطوال الموجية المختلفة. يمكن استخدام هذه الميزة لعكس (أو امتصاص) الإشعاع بطول موجة معين (المشكلة هي الحاجة إلى تغيير الجهد بدقة وسرعة). تعتمد الآلية المستخدمة على الشركة المصنعة المحددة. الطريقة الأولى أبسط والثانية أكثر فعالية.
كانت شاشات LCD الأولى صغيرة جدًا، حوالي 8 بوصات، بينما وصلت اليوم إلى أحجام 15 بوصة للاستخدام في أجهزة الكمبيوتر المحمولة، ويتم إنتاج شاشات LCD مقاس 20 بوصة أو أكبر لأجهزة الكمبيوتر المكتبية. ويتبع الزيادة في الحجم زيادة في الدقة، مما يؤدي إلى ظهور مشاكل جديدة تم حلها بمساعدة التقنيات الخاصة الناشئة، وسنصف كل هذا أدناه. كان أحد التحديات الأولى هو الحاجة إلى معيار لتحديد جودة العرض بدقة عالية. وكانت الخطوة الأولى نحو الهدف هي زيادة زاوية دوران مستوى استقطاب الضوء في البلورات من 90 درجة إلى 270 درجة باستخدام تقنية STN.

مميزات وعيوب شاشات LCD

تشمل مزايا TFT التركيز البؤري الممتاز وغياب التشوه الهندسي وأخطاء تسجيل الألوان. بالإضافة إلى ذلك، فإن شاشتهم لا تومض أبدًا. لماذا؟ الجواب بسيط - هذه الشاشات لا تستخدم شعاع الإلكترون لرسم كل خط على الشاشة من اليسار إلى اليمين. عندما يتم نقل هذا الشعاع في CRT من الزاوية اليمنى السفلية إلى الزاوية اليسرى العليا، تنطفئ الصورة للحظة (انعكاس الشعاع). على العكس من ذلك، لا تنطفئ وحدات البكسل في شاشة TFT أبدًا، بل إنها ببساطة تغير شدة توهجها بشكل مستمر.
يوضح الجدول 1.1 جميع الاختلافات الرئيسية في خصائص الأداء لأنواع مختلفة من شاشات العرض:

الجدول 1.1. الخصائص المقارنة لشاشات CRT وLCD.

أسطورة: ( + ) كرامة، ( ~ ) مقبولة، ( - ) عيب

	شاشات الكريستال السائل	شاشات CRT
سطوع	(+ ) من 170 إلى 250 شمعة/م2	(~ ) من 80 إلى 120 شمعة/م2
مقابلة	(~ ) من 200:1 إلى 400:1	(+ ) من 350:1 إلى 700:1
زاوية الرؤية (على نقيض ذلك)	(~ ) من 110 إلى 170 درجة	(+ ) أكثر من 150 درجة
زاوية الرؤية (حسب اللون)	(- ) من 50 إلى 125 درجة	(~ ) أكثر من 120 درجة
إذن	(- ) دقة واحدة بحجم بكسل ثابت. على النحو الأمثل لا يمكن استخدامه إلا في هذا القرار؛ اعتمادًا على وظائف التوسيع أو الضغط المدعومة، قد يتم استخدام دقة أعلى أو أقل، ولكنها ليست مثالية.	(+ ) ويدعم قرارات مختلفة. مع جميع درجات الدقة المدعومة، يمكن استخدام الشاشة على النحو الأمثل. القيد الوحيد هو قبول تردد التجديد.
التردد العمودي	(+ ) التردد الأمثل هو 60 هرتز، وهو ما يكفي لتجنب الخفقان	(~ ) فقط عند الترددات التي تزيد عن 75 هرتز، لا يوجد وميض ملحوظ بشكل واضح
أخطاء في تسجيل الألوان	(+ ) لا	(~ ) 0.0079 إلى 0.0118 بوصة (0.20 - 0.30 ملم)
التركيز	(+ ) جيد جدًا	(~ ) من مرضية إلى جيدة جدًا>
التشوه الهندسي/الخطي	(+ ) لا	(~ ) من الممكن
بكسل ميت	(- ) حتى 8	(+ ) لا
اشارة ادخال	(+ ) التناظرية أو الرقمية	(~ ) التناظرية فقط
التحجيم في قرارات مختلفة	(- ) غائب أو يتم استخدام طرق الاستيفاء التي لا تتطلب تكاليف عامة كبيرة	(+ ) جيد جدًا
دقة اللون	(~ ) يتم دعم اللون الحقيقي ومحاكاة درجة حرارة اللون المطلوبة	(+ ) يتم دعم اللون الحقيقي وهناك الكثير من أجهزة معايرة الألوان في السوق، وهي ميزة إضافية مؤكدة
تصحيح اشعة جاما (تعديل اللون لخصائص الرؤية البشرية)	(~ ) مرض	(+ ) واقعية
التوحيد	(~ ) غالبًا ما تكون الصورة أكثر سطوعًا عند الحواف	(~ ) غالبًا ما تكون الصورة أكثر سطوعًا في المنتصف
نقاء اللون/جودة اللون	(~ ) جيد	(+ ) عالي
رمش	(+ ) لا	(~ ) غير ملحوظ فوق 85 هرتز
وقت الجمود	(- ) من 20 إلى 30 مللي ثانية.	(+ ) ضئيلة
تشكيل الصورة	(+ ) تتكون الصورة من وحدات بكسل، يعتمد عددها فقط على الدقة المحددة للوحة LCD. تعتمد درجة البكسل فقط على حجم البكسلات نفسها، ولكن ليس على المسافة بينها. يتم تشكيل كل بكسل بشكل فردي لتحقيق التركيز والوضوح والتعريف الفائق. الصورة أكثر اكتمالا وسلاسة	(~ ) تتكون البكسلات من مجموعة من النقاط (الثالوثات) أو الخطوط. تعتمد درجة النقطة أو الخط على المسافة بين النقاط أو الخطوط من نفس اللون. ونتيجة لذلك، تعتمد دقة الصورة ووضوحها بشكل كبير على حجم خطوة النقطة أو خطوة الخط وعلى جودة CRT
استهلاك الطاقة والانبعاثات	(+ ) لا يوجد عمليا أي إشعاعات كهرومغناطيسية خطيرة. استهلاك الطاقة أقل بنسبة 70% تقريبًا من شاشات CRT القياسية (25 إلى 40 واط).	(- ) الإشعاع الكهرومغناطيسي موجود دائمًا، لكن مستواه يعتمد على ما إذا كان CRT يلبي أي معيار للسلامة. استهلاك الطاقة في حالة التشغيل هو 60 - 150 واط.
الأبعاد/الوزن	(+ ) تصميم مسطح وخفيف الوزن	(- ) تصميم ثقيل، ويأخذ مساحة كبيرة
واجهة المراقبة	(+ ) الواجهة الرقمية، ومع ذلك، تحتوي معظم شاشات LCD على واجهة تناظرية مدمجة للاتصال بالمخرجات التناظرية الأكثر شيوعًا لمحولات الفيديو	(- ) واجهة التناظرية

يترتب على الجدول 1.1 أن التطوير الإضافي لشاشات LCD سيرتبط بزيادة وضوح الصورة وسطوعها وزيادة زاوية الرؤية وانخفاض سمك الشاشة. على سبيل المثال، هناك بالفعل تطورات واعدة لشاشات LCD المصنوعة باستخدام التكنولوجيا التي تستخدم السيليكون متعدد البلورات. وهذا يجعل من الممكن، على وجه الخصوص، إنشاء أجهزة رفيعة جدًا، حيث يتم بعد ذلك وضع شرائح التحكم مباشرة على الركيزة الزجاجية للشاشة. بالإضافة إلى ذلك، توفر التقنية الجديدة دقة عالية على شاشة صغيرة نسبيًا (1024 × 768 بكسل على شاشة مقاس 10.4 بوصة).

ستن، دستن، تفت، S-TFT

STN هو اختصار لـ "Super Twisted Nematic". تتيح تقنية STN زيادة زاوية الالتواء (زاوية الالتواء) للاتجاه البلوري داخل شاشة LCD من 90 درجة إلى 270 درجة، مما يوفر تباينًا أفضل للصورة مع زيادة حجم الشاشة.
غالبًا ما تستخدم خلايا STN في أزواج. يُطلق على هذا التصميم اسم DSTN (Double Super Twisted Nematic)، حيث تتكون خلية DSTN مزدوجة الطبقة من خليتين STN، تدور جزيئاتهما في اتجاهين متعاكسين أثناء التشغيل. الضوء الذي يمر عبر مثل هذا الهيكل في حالة "مقفلة" يفقد معظم طاقته. يعد تباين ودقة DSTN مرتفعًا جدًا، لذلك أصبح من الممكن إنتاج شاشة ملونة تحتوي على ثلاث خلايا LCD وثلاثة مرشحات ضوئية للألوان الأساسية لكل بكسل. شاشات العرض الملونة غير قادرة على العمل من الضوء المنعكس، لذا فإن مصباح الإضاءة الخلفية هو سمة إلزامية. لتقليل الأبعاد، يقع المصباح على الجانب، وفي مقابله مرآة [انظر. أرز. 2.5]، لذا فإن معظم مصفوفات LCD الموجودة في المركز تتمتع بسطوع أعلى من الحواف (وهذا لا ينطبق على شاشات LCD المكتبية).

تُستخدم خلايا STN أيضًا في وضع TSTN (Triple Super Twisted Nematic)، حيث تتم إضافة طبقتين رقيقتين من فيلم البوليمر لتحسين عرض الألوان لشاشات العرض الملونة أو لضمان جودة جيدة للشاشات أحادية اللون.
يأتي مصطلح المصفوفة المنفعلة من تقسيم الشاشة إلى نقاط، يمكن لكل منها، بفضل الأقطاب الكهربائية، ضبط اتجاه مستوى استقطاب الشعاع، بشكل مستقل عن النقاط الأخرى، بحيث يمكن نتيجة لذلك، تحديد كل عنصر على حدة مضاءة لإنشاء صورة. تسمى المصفوفة سلبية لأن تقنية إنشاء شاشات LCD الموضحة أعلاه لا يمكنها توفير تغيير سريع للمعلومات على الشاشة. يتم تشكيل الصورة سطرًا تلو الآخر عن طريق تطبيق جهد التحكم بشكل تسلسلي على الخلايا الفردية، مما يجعلها شفافة. نظرًا للسعة الكهربائية الكبيرة للخلايا، لا يمكن أن يتغير الجهد الكهربائي عليها بسرعة كافية، لذلك يتم تحديث الصورة ببطء. وهذا النوع من شاشات العرض له عيوب كثيرة من حيث الجودة لأن الصورة لا تظهر بشكل سلس وتظهر مهتزة على الشاشة. لا يسمح معدل التغيير المنخفض في الشفافية البلورية بعرض الصور المتحركة بشكل صحيح.
لحل بعض المشاكل الموضحة أعلاه، يتم استخدام تقنيات خاصة لتحسين جودة الصورة الديناميكية، تم اقتراح زيادة عدد أقطاب التحكم. أي أن المصفوفة بأكملها مقسمة إلى عدة مصفوفات فرعية مستقلة (Dual Scan DSTN - مجالان مستقلان لمسح الصور)، يحتوي كل منها على عدد أقل من وحدات البكسل، لذا فإن إدارتها بالتناوب تستغرق وقتًا أقل. ونتيجة لذلك، يمكن تقليل وقت القصور الذاتي لشاشة LCD.
كما يمكن تحقيق نتائج أفضل من حيث الاستقرار والجودة والدقة والنعومة وسطوع الصورة باستخدام شاشات المصفوفة النشطة، والتي تكون أكثر تكلفة.
تستخدم المصفوفة النشطة عناصر تضخيم منفصلة لكل خلية شاشة للتعويض عن تأثير سعة الخلية وتقليل الوقت المستغرق لتغيير شفافيتها بشكل كبير. تتمتع المصفوفة النشطة بالعديد من المزايا مقارنة بالمصفوفة المنفعلة. على سبيل المثال، سطوع أفضل والقدرة على النظر إلى الشاشة حتى مع انحراف يصل إلى 45 درجة أو أكثر (أي بزاوية عرض 120 درجة -140 درجة) دون المساس بجودة الصورة، وهو أمر مستحيل في حالة المصفوفة السلبية، والتي تسمح لك برؤية صورة عالية الجودة فقط من الموضع الأمامي بالنسبة للشاشة. لاحظ أن النماذج باهظة الثمن من شاشات LCD ذات المصفوفة النشطة توفر زاوية عرض تبلغ 160 درجة [انظر الشكل. 2.6]، وهناك كل الأسباب التي تجعلنا نفترض أن التكنولوجيا سوف تستمر في التحسن في المستقبل. يمكن للمصفوفة النشطة عرض الصور المتحركة دون اهتزاز مرئي حيث يبلغ وقت استجابة شاشة المصفوفة النشطة حوالي 50 مللي ثانية مقابل 300 مللي ثانية للمصفوفة المنفعلة، بالإضافة إلى ذلك، يكون تباين شاشات المصفوفة النشطة أعلى من شاشات CRT. تجدر الإشارة إلى أن سطوع عنصر الشاشة الفردي يظل دون تغيير طوال الفاصل الزمني بين تحديثات الصورة، ولا يمثل نبضة قصيرة من الضوء المنبعثة من عنصر الفوسفور في شاشة CRT مباشرة بعد مرور شعاع الإلكترون فوق هذا العنصر . وهذا هو السبب في أن تردد المسح الرأسي البالغ 60 هرتز يكفي لشاشات LCD.

إن وظيفة شاشات LCD ذات المصفوفة النشطة هي تقريبًا نفس وظيفة شاشات المصفوفة المنفعلة. يكمن الاختلاف في مصفوفة الأقطاب الكهربائية التي تتحكم في الخلايا البلورية السائلة للشاشة. في حالة المصفوفة المنفعلة، تتلقى الأقطاب الكهربائية المختلفة شحنة كهربائية بشكل دوري عندما يتم تحديث الشاشة سطرًا تلو الآخر، ونتيجة لتفريغ سعات العناصر، تختفي الصورة مع عودة البلورات إلى مكانها التكوين الأصلي. في حالة المصفوفة النشطة، يتم إضافة ترانزستور ذاكرة إلى كل قطب كهربائي، والذي يمكنه تخزين المعلومات الرقمية (القيم الثنائية 0 أو 1) ونتيجة لذلك، يتم تخزين الصورة حتى يتم استقبال إشارة أخرى. تم حل جزء من مشكلة تأخر الصورة في المصفوفات المنفعلة باستخدام المزيد من طبقات الكريستال السائل لزيادة السلبية وتقليل الحركة، ولكن الآن، مع استخدام المصفوفات النشطة، من الممكن تقليل عدد طبقات الكريستال السائل. يجب أن تكون ترانزستورات الذاكرة مصنوعة من مواد شفافة تسمح بمرور الضوء من خلالها، مما يعني إمكانية وضع الترانزستورات في الجزء الخلفي من الشاشة، على لوحة زجاجية تحتوي على بلورات سائلة. لهذه الأغراض، يتم استخدام الأفلام البلاستيكية التي تسمى "الترانزستور ذو الأغشية الرقيقة" (أو ببساطة TFT).
الترانزستور ذو الأغشية الرقيقة (TFT)، أي ترانزستور الغشاء الرقيق - هذه هي عناصر التحكم التي يتم من خلالها التحكم في كل بكسل على الشاشة. الترانزستور ذو الغشاء الرقيق هو حقًا رقيق جدًا، ويبلغ سمكه 0.1 - 0.01 ميكرون.
استخدمت شاشات TFT الأولى، التي تم تقديمها في عام 1972، سيلينيد الكادميوم، الذي يتمتع بحركة إلكترونية عالية ويدعم كثافات تيار عالية، ولكن بمرور الوقت كان هناك تحول إلى السيليكون غير المتبلور (a-Si)، وتستخدم المصفوفات عالية الدقة السيليكون متعدد البلورات ( ص -سي).
تعد تقنية إنشاء TFTs معقدة للغاية، وهناك صعوبات في تحقيق نسبة مقبولة من المنتجات المناسبة نظرًا لحقيقة أن عدد الترانزستورات المستخدمة كبير جدًا. لاحظ أن الشاشة التي يمكنها عرض صورة بدقة 800 × 600 بكسل في وضع SVGA وبثلاثة ألوان فقط تحتوي على 1,440,000 ترانزستور فردي. تضع الشركات المصنعة معايير للحد الأقصى لعدد الترانزستورات التي قد لا تعمل في شاشة LCD. صحيح أن كل مصنع لديه رأيه الخاص حول عدد الترانزستورات التي قد لا تعمل.
تم تصميم البكسل المعتمد على TFT على النحو التالي: يتم دمج ثلاثة مرشحات ألوان (الأحمر والأخضر والأزرق) واحدة تلو الأخرى في لوحة زجاجية. كل بكسل عبارة عن مزيج من ثلاث خلايا ملونة أو عناصر بكسل فرعية [انظر أرز. 2.7]. وهذا يعني، على سبيل المثال، أن الشاشة ذات الدقة 1280x1024 تحتوي بالضبط على 3840x1024 ترانزستورات وعناصر بكسل فرعية. يبلغ حجم النقطة (البكسل) لشاشة TFT مقاس 15.1 بوصة (1024 × 768) حوالي 0.0188 بوصة (أو 0.30 مم)، وبالنسبة لشاشة TFT مقاس 18.1 بوصة يبلغ حوالي 0.011 بوصة (أو 0.28 مم).

تتمتع شاشات TFT بعدد من المزايا مقارنة بشاشات CRT، بما في ذلك انخفاض استهلاك الطاقة وتبديد الحرارة والشاشة المسطحة وعدم وجود آثار من الأجسام المتحركة. توفر التطورات الأخيرة صورًا ذات جودة أعلى من شاشات TFT التقليدية.

في الآونة الأخيرة، ابتكر المتخصصون في شركة هيتاشي تقنية جديدة لألواح Super TFT LCD متعددة الطبقات، والتي زادت بشكل كبير من زاوية الرؤية الواثقة للوحة LCD. تستخدم تقنية Super TFT أقطابًا معدنية بسيطة مثبتة على لوح زجاجي سفلي وتتسبب في دوران الجزيئات، بحيث تكون باستمرار في مستوى موازٍ لمستوى الشاشة [انظر أرز. 2.8]. نظرًا لأن بلورات لوحة LCD التقليدية يتم توجيهها نحو سطح الشاشة بأطرافها، فإن شاشات LCD هذه تعتمد بشكل أكبر على زاوية العرض من لوحات Hitachi LCD المزودة بتقنية Super TFT، ونتيجة لذلك، تظل الصورة على الشاشة مشرقة وواضحة بزوايا مشاهدة كبيرة، مما يحقق جودة مماثلة للصورة الموجودة على شاشة CRT.

أعلنت شركة NEC اليابانية مؤخرًا أن شاشات LCD الخاصة بها ستصل قريبًا إلى مستوى طابعات الليزر في جودة الصورة، متجاوزة عتبة 200 نقطة في البوصة، وهو ما يعادل 31 نقطة لكل مم 2 أو خطوة نقطة تبلغ 0.18 مم. كما ذكرت شركة NEC، فإن البلورات السائلة TN (الخيطية الملتوية) المستخدمة اليوم من قبل العديد من الشركات المصنعة تجعل من الممكن إنشاء شاشات بدقة تصل إلى 400 نقطة في البوصة. ومع ذلك، فإن العامل المحدد الرئيسي في زيادة الدقة هو الحاجة إلى إنشاء المرشحات المناسبة. في تقنية "مرشح الألوان على TFT" الجديدة، يتم تشكيل مرشحات الضوء التي تغطي الترانزستورات ذات الأغشية الرقيقة باستخدام الطباعة الحجرية الضوئية على الركيزة الزجاجية الأساسية. في شاشات العرض التقليدية، يتم تطبيق المرشحات على الركيزة العلوية الثانية، الأمر الذي يتطلب محاذاة دقيقة للغاية بين اللوحين.

في مؤتمر جمعية عرض المعلومات الذي عقد في الولايات المتحدة عام 1999، تم تقديم عدة تقارير تشير إلى النجاح في إنشاء شاشات الكريستال السائل على ركيزة بلاستيكية. قدمت سامسونج نموذجًا أوليًا لشاشة أحادية اللون على ركيزة بوليمر بقطر 5.9 بوصة وسمك 0.5 ملم. سمك الركيزة نفسها حوالي 0.12 ملم. تبلغ دقة الشاشة 480 × 320 بكسل ونسبة تباين 4:1. الوزن - 10 جرام فقط.

لم يستخدم المهندسون من مختبر تكنولوجيا الأفلام بجامعة شتوتغارت ترانزستورات الأغشية الرقيقة (TFTs)، بل استخدموا ثنائيات MIM (معدن عازل). وآخر إنجاز لهذا الفريق هو شاشة ملونة بقياس 2 بوصة وبدقة 96 × 128 بكسل ونسبة تباين 10:1.

قام فريق من المتخصصين في شركة IBM بتطوير تقنية لإنتاج ترانزستورات الأغشية الرقيقة باستخدام مواد عضوية، مما يجعل من الممكن إنتاج شاشات مرنة لأجهزة القراءة الإلكترونية والأجهزة الأخرى. يتم رش عناصر الترانزستورات التي طورتها شركة IBM على ركيزة بلاستيكية في درجة حرارة الغرفة (يتم تصنيع شاشات LCD التقليدية في درجات حرارة عالية، مما يستثني استخدام المواد العضوية). بدلاً من السيليكا التقليدية، يتم استخدام تيتونات زركونات الباريوم (BZT) لصنع البوابة. وتستخدم مادة عضوية تسمى البنتاسين، وهي عبارة عن مركب من فينيل إيثيل الأمونيوم مع يوديد القصدير، كمادة شبه موصلة.

لزيادة دقة شاشات LCD، اقترحت شركة Displaytech عدم إنشاء صورة على سطح شاشة LCD كبيرة، بل عرض الصورة على شاشة صغيرة عالية الدقة، ومن ثم استخدام نظام عرض بصري لتكبيرها إلى الحد المطلوب مقاس. وفي الوقت نفسه، استخدمت شركة Displaytech تقنية LCD الأصلية (FLCD). وهو يعتمد على ما يسمى بالبلورات السائلة اللولبية اللولبية، المقترحة للاستخدام في عام 1980. يتم ترسيب طبقة من المواد ذات خصائص متعلق بالعازل الكهربائي الشفاف وقادرة على عكس الضوء المستقطب مع دوران مستوى الاستقطاب على ركيزة CMOS التي توفر إشارات التحكم . عندما يمر تدفق الضوء المنعكس عبر المستقطب الثاني، تظهر صورة للبكسلات الداكنة والفاتحة. يتم الحصول على صورة ملونة عن طريق التناوب السريع لإضاءة المصفوفة مع الضوء الأحمر والأخضر والأزرق، استنادًا إلى مصفوفات FLCD، من الممكن إنتاج شاشات كبيرة ذات تباين عالي وجودة تجسيد الألوان وزوايا مشاهدة واسعة وأوقات استجابة قصيرة. في عام 1999، أعلن تحالف بين Hewlett-Packard وDisplayTech عن إنشاء شاشة عرض صغيرة كاملة الألوان تعتمد على تقنية FLCD. دقة المصفوفة هي 320 × 240 بكسل. السمات المميزة للجهاز هي انخفاض استهلاك الطاقة والقدرة على تشغيل الفيديو "المباشر" بالألوان الكاملة. تم تصميم الشاشة الجديدة للاستخدام في الكاميرات الرقمية وكاميرات الفيديو وأجهزة الاتصال المحمولة وشاشات الكمبيوتر القابلة للارتداء.

تعمل شركة Toshiba على تطوير تقنية درجات الحرارة المنخفضة باستخدام السيليكون متعدد البلورات LTPS. وفقا لممثلي هذه الشركة، فإنهم يضعون أجهزة جديدة حتى الآن فقط على النحو المخصص لسوق الأجهزة المحمولة، وليس بما في ذلك أجهزة الكمبيوتر المحمولة، حيث تهيمن تقنية A-Si TFT. لقد تم بالفعل إنتاج شاشات عرض VGA مقاس 4 بوصة، وهناك مصفوفات مقاس 5.8 بوصة في الطريق. يعتقد الخبراء أن 2 مليون بكسل على الشاشة بعيد عن الحد الأقصى. ومن السمات المميزة لهذه التكنولوجيا هي دقتها العالية.

وفقًا لخبراء شركة DisplaySearch Corporation، التي تبحث في سوق شاشات العرض المسطحة، يتم حاليًا استبدال التقنيات في تصنيع أي مصفوفة بلورية سائلة تقريبًا: TN LCD (شاشة الكريستال السائل Nematic الملتوية) مع STN (Super TN LCD) وخاصة مع a-Si TFT LCD (شاشة LCD ذات غشاء رقيق غير متبلور من السيليكون). في السنوات الخمس إلى السبع القادمة، في العديد من مجالات التطبيق، سيتم استبدال شاشات LCD التقليدية أو استكمالها بالأجهزة التالية:

شاشات عرض صغيرة؛
شاشات باعثة للضوء تعتمد على مواد LEP العضوية؛
يعرض على أساس الانبعاث الميداني FED (عرض الانبعاث الميداني) ؛
يعرض باستخدام السيليكون متعدد البلورات منخفض الحرارة LTPS (بولي سيليكون منخفض الحرارة)؛
تعرض البلازما PDP (لوحة عرض البلازما).

مأخوذة من http://monitors.narod.ru

مقالات مماثلة