Abdalla Bakhit
12-01-2006, 07:51 AM
شاشات الكريستال
سوف نشرح عمل شاشات الكريستال السائل والتي طالما نجدها في شتى الأشياء من حولنا - ليس فقط شاشات الحاسوب وإنما في أجهزة متعددة وعلى سبيل المثال لا الحصر ساعة اليد الرقمية، ومشغل الاقراص المدمجة وأجهزة الميكرويف، أو حتى غسالات الملابس والأطباق وغيرها الكثير· وقد ازدادت شهرة هذه الشاشات لميزاتها المتعددة التي تفوقت كثيرا على تقنية شاشات أنبوب الكاثود العادية وذلك بحجمها النحيف وخفة وزنها واستهلاكها الأقل في الطاقة وغيرها·
ولكن ما هذه المادة التي يطلق عليها إسم (الكريستال السائل)؟ ماهية هذه المادة؟ إننا نعرف الكريستال بأنه مادة صلبة مثل الكوارتز وهي مادة صلبة كالصخر، أما السائل فبالطبع مادة مختلفة، فكيف إذا توجد مادة تجمع الإثنين معا؟
هذا ما سنحاول الإجابة عليه في هذا المقال، بالاضافة للنظر إلى البنية التحتية لهذه التقنية التي تمكن شاشات الكريستال السائل من العمل· وسنتعرف أيضا على كيفية استخدام الصفات العجيبة للكريستال السائل لعرض رقم ما من الأرقام أو كلمة من الكلمات أو حتى صورة تتكون من آلاف الألوان والتي تحاكي كثيرا للصور الواقعية·
الكريستال السائل:
لقد تعلمنا في الصغر أن هناك ثلاث حالات للمادة، إما صلبة أو سائلة أو غازية· والمواد الصلبة تكون على حالاتها هذه، والسبب في ذلك يرجع إلى جزيئاتها التي تحافظ على مكانها في الذّرة وعلى بعدها عن الجزيئات الأخرى من حولها، أما جزيئات السائل فتفعل العكس تماما، فجزيئات السائل تغير أماكنها باستمرار وتتحرك إلى أي مكان داخل حدود السائل· ولكن هناك بعض الحالات التي تكون فيها المادة ليست سائلة وليست صلبة وهي بالطبع تعتبر من الحالات الشاذة لتكوين المادة· وحينما تكون المادة على هذه الحالة فإن جزيئاتها تحاول أن تحافظ على مكانها وبعدها عن الجزيئات الاخرى ولكن في نفس الوقت تتحرك إلى أماكن مختلفة داخل المادة ومن هذه المواد مادتنا هذه (الكريستال السائل) والذي أخذ إسمه المركب من صفاته تلك لأنه ليس بصلب أو ليس بسائل ولكنه الإثنين معا·
ولكن هل يتصرف الكريستال السائل بصفته مادة صلبة أو بصفته مادة سائلة أو بصفة أخرى؟ لقد لوحظ أن الكريستال السائل يتصرف بصورة أقرب إلى السائلة منا إلى الصلبة· وإن مادة الكريستال السائل يلزمها قدر من الحرارة لتتحول جزيئاتها إلى الحالة الصلبة، وبإضافة قدر ضئيل آخر من الحرارة تتحول مرة أخرى إلى الحالة السائلة· وهذا يفسر حساسية الكريستال السائل الشديدة للحرارة ولذلك يستخدم أيضا في صناعة مقاييس الحرارة وغيرها· وهذا يفسر أيضا لماذا يتغير نقاء الالوان على شاشات الحاسوب المحمول في الجو البارد أو على الشاطئ في جو مشمس وحار نسبيا·
الحالة النيماتية للكريستال السائل: وكأي مادة سواء صلبة كانت أم سائلة عدة حالات (كإنصهار المواد الصلبة بالحرارة وتحولها إلى سائلة مثلا)، أيضا هناك عدة حالات للكريستال السائل· فتبعا لدرجة الحرارة وعدة عوامل معينة يمكن للكريستال السائل أن يتحول لأشكال وحالات متعددة· وفي هذا المقال سنناقش الحالة النيماتية وهي التي تجعل من ابتكار شاشات الكريستال السائل أمرا واقعيا·
وبالطبع فإن الكريستال السائل يتأثر أيضا بالتيار الكهربائي· وهناك مركب مزدوج من الحالة النيماتية للكريستال السائل والتي تعرف بالشكل الملتوي النيماتي (Twisted Nematics TN) وهذا في الحالة العادية للمركب، وحين يضاف التيار الكهربائي إلى المركب فإنه يلغي حالة الالتواء السابقة بدرجات مختلفة حسب شدة التيار· وتستخدم شاشات الكريستال السائل هذه المركبات لتأثرها الدقيق بالتيار كهربائي بطريقة تشابه كثيرا التحكم بالإشارات الضوئية·
تركيب شاشات الكريستال السائل:
إن مايمكن شاشات الكريستال السائل من العمل هم الأربع حقائق التالية:
1- إمكانية توجيه الضوء وترشيحه من موجات معينة
2- الكريستال السائل يمكنه نقل وترشيح وامتصاص جزء كبير من الضوء
3- يمكن تغيير أشكال جزيئات الكريستال السائل بالتيار الكهربائي
4- يوجد بعض المركبات الشفافة التي يمكنها نقل الكهرباء
ويمكن لشاشات الكريستال االسائل استخدام هذه العوامل الأربعة بطريقة مذهلة·
ويلاحظ أيضا أن مادة الكريستال السائل لا تبعث ضوءا من تلقاء نفسها ولذلك يمكن تقسيم أنواعها لإثنين الأول - نوع يعكس الضوء الخارجي،
والثاني نوع يستخدم ضوءا إضافيا داخليا· ومن النوع الأول مثل الساعات الرقمية أو الألعاب الرقمية الصغيرة والتي لا يمكن رؤيتها في الظلام ونحتاج إلى إضاءة خارجية، أما النوع الثاني هو أمثلة شاشات الحاسوب والتي تستخدم أنبوب الفلورسنت كمصدر ضوء داخلي ولذلك لا نحتاج إلى مصدر ضوئي خارجي آخر، وبعض الشاشات تستخدم أنابيب الفلورسنت في الأعلى فقط وبعضها تستخدم في الأعلى والأسفل والجوانب أيضا حتى يكون هناك توزيع جيد للإضاءة على كافة أجزاء الشاشة·
سوف نشرح عمل شاشات الكريستال السائل والتي طالما نجدها في شتى الأشياء من حولنا - ليس فقط شاشات الحاسوب وإنما في أجهزة متعددة وعلى سبيل المثال لا الحصر ساعة اليد الرقمية، ومشغل الاقراص المدمجة وأجهزة الميكرويف، أو حتى غسالات الملابس والأطباق وغيرها الكثير· وقد ازدادت شهرة هذه الشاشات لميزاتها المتعددة التي تفوقت كثيرا على تقنية شاشات أنبوب الكاثود العادية وذلك بحجمها النحيف وخفة وزنها واستهلاكها الأقل في الطاقة وغيرها·
ولكن ما هذه المادة التي يطلق عليها إسم (الكريستال السائل)؟ ماهية هذه المادة؟ إننا نعرف الكريستال بأنه مادة صلبة مثل الكوارتز وهي مادة صلبة كالصخر، أما السائل فبالطبع مادة مختلفة، فكيف إذا توجد مادة تجمع الإثنين معا؟
هذا ما سنحاول الإجابة عليه في هذا المقال، بالاضافة للنظر إلى البنية التحتية لهذه التقنية التي تمكن شاشات الكريستال السائل من العمل· وسنتعرف أيضا على كيفية استخدام الصفات العجيبة للكريستال السائل لعرض رقم ما من الأرقام أو كلمة من الكلمات أو حتى صورة تتكون من آلاف الألوان والتي تحاكي كثيرا للصور الواقعية·
الكريستال السائل:
لقد تعلمنا في الصغر أن هناك ثلاث حالات للمادة، إما صلبة أو سائلة أو غازية· والمواد الصلبة تكون على حالاتها هذه، والسبب في ذلك يرجع إلى جزيئاتها التي تحافظ على مكانها في الذّرة وعلى بعدها عن الجزيئات الأخرى من حولها، أما جزيئات السائل فتفعل العكس تماما، فجزيئات السائل تغير أماكنها باستمرار وتتحرك إلى أي مكان داخل حدود السائل· ولكن هناك بعض الحالات التي تكون فيها المادة ليست سائلة وليست صلبة وهي بالطبع تعتبر من الحالات الشاذة لتكوين المادة· وحينما تكون المادة على هذه الحالة فإن جزيئاتها تحاول أن تحافظ على مكانها وبعدها عن الجزيئات الاخرى ولكن في نفس الوقت تتحرك إلى أماكن مختلفة داخل المادة ومن هذه المواد مادتنا هذه (الكريستال السائل) والذي أخذ إسمه المركب من صفاته تلك لأنه ليس بصلب أو ليس بسائل ولكنه الإثنين معا·
ولكن هل يتصرف الكريستال السائل بصفته مادة صلبة أو بصفته مادة سائلة أو بصفة أخرى؟ لقد لوحظ أن الكريستال السائل يتصرف بصورة أقرب إلى السائلة منا إلى الصلبة· وإن مادة الكريستال السائل يلزمها قدر من الحرارة لتتحول جزيئاتها إلى الحالة الصلبة، وبإضافة قدر ضئيل آخر من الحرارة تتحول مرة أخرى إلى الحالة السائلة· وهذا يفسر حساسية الكريستال السائل الشديدة للحرارة ولذلك يستخدم أيضا في صناعة مقاييس الحرارة وغيرها· وهذا يفسر أيضا لماذا يتغير نقاء الالوان على شاشات الحاسوب المحمول في الجو البارد أو على الشاطئ في جو مشمس وحار نسبيا·
الحالة النيماتية للكريستال السائل: وكأي مادة سواء صلبة كانت أم سائلة عدة حالات (كإنصهار المواد الصلبة بالحرارة وتحولها إلى سائلة مثلا)، أيضا هناك عدة حالات للكريستال السائل· فتبعا لدرجة الحرارة وعدة عوامل معينة يمكن للكريستال السائل أن يتحول لأشكال وحالات متعددة· وفي هذا المقال سنناقش الحالة النيماتية وهي التي تجعل من ابتكار شاشات الكريستال السائل أمرا واقعيا·
وبالطبع فإن الكريستال السائل يتأثر أيضا بالتيار الكهربائي· وهناك مركب مزدوج من الحالة النيماتية للكريستال السائل والتي تعرف بالشكل الملتوي النيماتي (Twisted Nematics TN) وهذا في الحالة العادية للمركب، وحين يضاف التيار الكهربائي إلى المركب فإنه يلغي حالة الالتواء السابقة بدرجات مختلفة حسب شدة التيار· وتستخدم شاشات الكريستال السائل هذه المركبات لتأثرها الدقيق بالتيار كهربائي بطريقة تشابه كثيرا التحكم بالإشارات الضوئية·
تركيب شاشات الكريستال السائل:
إن مايمكن شاشات الكريستال السائل من العمل هم الأربع حقائق التالية:
1- إمكانية توجيه الضوء وترشيحه من موجات معينة
2- الكريستال السائل يمكنه نقل وترشيح وامتصاص جزء كبير من الضوء
3- يمكن تغيير أشكال جزيئات الكريستال السائل بالتيار الكهربائي
4- يوجد بعض المركبات الشفافة التي يمكنها نقل الكهرباء
ويمكن لشاشات الكريستال االسائل استخدام هذه العوامل الأربعة بطريقة مذهلة·
ويلاحظ أيضا أن مادة الكريستال السائل لا تبعث ضوءا من تلقاء نفسها ولذلك يمكن تقسيم أنواعها لإثنين الأول - نوع يعكس الضوء الخارجي،
والثاني نوع يستخدم ضوءا إضافيا داخليا· ومن النوع الأول مثل الساعات الرقمية أو الألعاب الرقمية الصغيرة والتي لا يمكن رؤيتها في الظلام ونحتاج إلى إضاءة خارجية، أما النوع الثاني هو أمثلة شاشات الحاسوب والتي تستخدم أنبوب الفلورسنت كمصدر ضوء داخلي ولذلك لا نحتاج إلى مصدر ضوئي خارجي آخر، وبعض الشاشات تستخدم أنابيب الفلورسنت في الأعلى فقط وبعضها تستخدم في الأعلى والأسفل والجوانب أيضا حتى يكون هناك توزيع جيد للإضاءة على كافة أجزاء الشاشة·