ال‌سی‌دی (نمایشگر کریستال مایع) چیست؟
سابق بر این تلویزیون‌ها غول‌هایی داغ، سنگین و تشنه‌ی برق بودند که در گوشه‌ی اتاق پذیرایی خانه‌ها جا خوش کرده بودند.
اما دیگه نه! حال آنها اونقدر نازک شده‌اند که میشود آنها را روی دیوار نصب کرد. آنها الان فقط کسری از برقی رو که قبلا مصرف می‌کردند استفاده می‌کنند. درست مثل کامپیوترهای لپ‌تاپ، اکثر تلویزیون‌های جدید نمایشگرهای تخت ال‌سی‌دی دارند یعنی درست همون تکنولوژی که سال‌هاست در وسایلی نظیر ماشین حساب، تلفن‌های همراه، و ساعت‌های دیجیتال استفاده می‌کنیم. ال‌سی‌دی دقیقا چیست و چگونه کار می‌کند؟ بگذارید نگاهی دقیق‌تر به آن بیندازیم! یک صفحه تلویزیون چگونه تصویر را می‌سازد؟
برای بیشتر افراد، جذاب‌ترین نکته درباره‌ی تلویزیون‌های ال‌سی‌دی این نحوه‌ی کار آنها نیست بلکه صفحه تخت و فشرده‌ی آنهاست. درست بر خلاف تلویزیون‌های قدیمی، یک صفحه ال‌سی‌دی آنقدر تخت است که می‌توان آن‌را بر روی دیوار نصب کرد. و این به آن خاطر است که این نوع تلویزیون‌ها تصاویر را کاملا متفاوت تولید می‌کنند.
شاید این را بدانید که یک تلویزیون قدیمی سی‌آر‌تی (CRT) یا همان لامپ پرتوی کاتدی تصویر را با استفاده از سه اسلحه‌ی الکترونی می سازد. فرض کنید آنهاا سه تا قلم‌موی سریع و دقیق هستند که به سمت جلو و عقب حرکت می‌کنند و می‌رقصند و یک تصویر متحرک را در پشت صفحه‌‌ای که تماشا می‌کنید نقاشی می‌کنند.
ال‌سی‌دی‌های صفحه تخت و صفحات پلاسما کاملا متفاوت کار می کند. نزدیک یک نمایشگر تخت بنشینید، متوجه خواهید شد که تصویر از میلیون‌ها قطعه‌ی کوچک بنام پیکسل (عنصر تصویر) ساخته شده است و هر کدام از این‌ها بطور جداگانه نور آبی، قرمز، و سبز هستند که می‌توانند به سرعت روشن و خاموش گردند تا تصویر متحرک بسازند. این پیکسل‌ها در صفحات ال‌سی‌دی و پلاسما کاملا متفاوت کنترل می‌شوند. در یک صفحه‌ی پلاسما، هر پیکسل یک لامپ فلورسنت خیلی کوچ است که به شکل الکترونیکی روشن و خاموش میشود. در یک تلویزیون ال‌سی‌دی، پیکسل‌ها به شکل الکترونیکی با استفاده از کریستال‌های مایع که نور پولاریزه را می‌چرخانند روشن و خاموش می‌گردند. اما این طرز عملکرد آنقدر هم پیچیده نیست. برای درک عملکرد آن، ابتدا باید بفهمیم که کریستال‌های مایع چه چیزی هستند و سپس باید نگاه دقیق‌تر به نور بیندازیم و ببینیم چجوری جابجا میشه.
کریستال‌های مایع چه چیزی هستند؟
می‌دانیم که ماده به یکی از سه حالت زیر موجود است:
جامد، مایع یا گاز که به آنها حالت ماده می گوییم و تا اواخر قرن نوزدهم، دانشمندان بر این باور بودند که این پایان داستان است. ولی در سال 1888 یک شیمیدان اتریشی بنام فردریش رینیتزر (1857-1927) موفق به کشف کریستال‌های مایع شد، که کاملا حالتی دیگر از ماده هستند، چیزی بین مایع و جامد. کریستال‌های مایع حالتی ابهام آمیز داشته اند ولی واقعیت این است که خواص بسیار مفیدی دارند.
جامدات حالت منجمد ماده هستند که بر جای خود می‌ایستند و اغلب اتم‌هایشان به شکل خیلی منظم و تمیزی به شکل کریستال کنار هم قرار گرفته‌اند. مایعات نظم اتمی جامدات را ندارند، اما چنانچه آنها را در یک ظرف بریزید کنار هم قرار می‌گیرند و وقتی آنها را بیرون ظرف بریزید تقریبا براحتی سرازیر می‌شوند. حال تصور کنید که ماده‌ای دارای یک ویژگی از هر دوی این‌هاست. یعنی مقداری از نظم جامدات و مقداری از سیال بودن مایعات. چیزی که در واقع دارید یک کریستال مایع است، یک جور ماده‌ای بینا بین. کریستال‌های مایع در هر لحظه می‌توانند به یکی از چندین حالت ممکن بین جامد و مایع باشند. دو تا از مهم‌ترین فازهای کریستال‌های مایع نماتیک و اسمکتیک نام دارد:
· وقتی آنها در فاز نماتیک قرار دارند، کریستال‌های مایع کمی شبیه مایعات هستند، مولکول‌های آنها می‌توانند از میان یکدیگر حرکت بکنند و رد بشوند، ولی آنها همگی در یک جهت قرار دارند، آنها کمی مانند یک بسته کبریت می‌مانند، می‌توانید آنها را تکان بدهید و این طرف و آن طرف حرکت دهید اما آنها همواره در یک سو و جهت قرار دارند.
· اگر کریستال‌های مایع را سرد کنید، آنها فازشان تغییر می‌کند و به حالت اسمکتیک تبدیل می‌شوند. حالا مولکول‌ها به شکل لایه‌لایه در می‌آیند که می‌توانند براحتی بر روی یکدیگر سر بخورند و مولکول‌های هر لایه می‌تواند داخل آن لایه حرکت کند اما نمی‌توانند وارد دیگر لایه‌های گردند. (شبیه آدمهایی که در طبقات مختلف یک ساختمان برای شرکت‌های مختلف کار می‌کنند). در واقع چندین فاز فرعی اسمکتیک وجود دارد اما وارد جزئیات آنها نمی‌شویم.
نور پولاریزه چیست؟
کریستال مایع نماتیک ویژگی خیلی جالبی دارد. می‌تواند خودش را مثل یک ساختار پیچ‌خورده در بیاورد و وقتی به آن جریان الکتریسیته وصل می‌کنیم دوباره صاف و راست می‌شوند. این خیلی ویژگی خاصی محسوب نمی‌شود، اما این دقیقا همان روشی است که نمایشگرهای ال‌سی‌دی بوسیله‌ی آن پیکسل‌ها را روشن و خاموش می‌کند. برای فهم این که کریستال‌های مایع چگونه پیکسل‌ها را کنترل می‌کنند، باید درباره‌ی نور پولاریزه بیشتر بدانیم.
نور چیزی اسرار آمیز است. گاهی اوقات شبیه ذرات روان عمل می‌کند، مثل توپ‌های میکروسکوپی پی در پی و روان که انرژی را در هوا با یک سرعت به شدت بالا با خود حمل می‌کند. بعضی اوقات هم نور بیشتر شبیه امواج دریا عمل می‌کند. بجای اینکه آب بالا و پایین رود، نور موجی از الگوی انرژی الکتریکی و مغناطیسی است که در فضا می‌لرزد.
زمانی که نور خورشید از آسمان به زمین می‌تابد، امواج نوری همگی در هم ترکیب می‌شوند و در هر جهت ممکن به حرکت و لرزش در می‌آیند. اما اگر یک فیلتر در سر آن قرار دهیم که خطوط منظم عمودی دارند درست شبیه میله‌های زندان ولی خیلی نزدیک‌تر بهم، می‌توان تمام امواج نور را بغیر از آنهایی که به صورت عمودی می‌لرزند و حرکت می‌کنند مسدود کنیم. (یعنی تنها امواج نوری که از میله‌های عمودی عبور می‌کنند.) از آنجایی که ما بیشتر نور خورشید اصلی را مسدود کرده‌ایم، فیلتر ما به شکل موثری نور را کم می‌کند. این دقیقا همان روشی است که عینک‌های آفتابی پولاریزه عمل می‌کنند. آنها تمامی پرتوهای نوری خورشید بغیر از آن پرتوهایی که در یک جهت می‌تابند را مسدود می‌کنند. نور فیلتر شده به این روش را نور پولاریزه می‌گویند (چون فقط در یک جهت ساده می‌تابد). اگر دو جفت عینک آفتابی پولاریزه داشته باشید می‌توانید یه حقه‌ی جالب بزنید. (البته این حقه فقط با عینک‌های پولاریزه جواب می‌دهد.) اگر یک جفت عینک پولاریزه رو مستقیما روبروی یک عینک پولاریزه‌ی دیگر قرار دهید، هنوز باید بتوانید از میان آن دو ببینید. اما اگر به آرامی یکی از آنها را بچرخانید و دیگری را به همان حالت نگه دارید، خواهید دید که نور تابیده شده از میان آنها به آرامی تیره‌تر میشود و وقتی این دو عینک در زاویه 90 درجه نسبت به هم قرار بگیرند، دیگر هیچ چیز را از درون آنها نخواهید دید. اولین جفت عینک تمامی پرتوهای نور بغیر از آنهایی که عمودی می‌تابند را مسدود می‌کند. جفت دوم دقیقا همانند جفت اول عمل می‌کند. اگر هر دو جفت را در یک جهت قرار دهیم، مشکلی نیست، امواج نوری عمودی از میان آن دو عبور می‌کنند. اما اگر جفت دوم را 90 درجه بچرخانیم، امواج نوری که از میان اولی عبور می‌کنند دیگر نمی‌توانند از دومی عبور کنند. هیچ نوری از دو فیلتر پولاریزه که با زاویه 90 درجه نسبت به هم قرار دارند عبور نخواهد کرد.
یک صفحه تلویزیون ال‌سی‌دی از حقه عینک‌های آفتابی برای روشن خاموش کردن پیکسلهای خودش استفاده می‌کند. در پشت صفحه نور بزرگی قرار داره که به سمت تماشاگر می‌تابد. روبروی این نور میلیون‌ها پیکسل وجود داره که هر کدام از پیکسلهای کوچکتر درست شده که به رنگ‌های قرمز، آبی یا سبز هستند. هر پیکسل یک فیلتر پولاریزه شیشه‌ای پشت و جلویشان زاویه 90 درجه نسبت به هم دارند یعنی پیکسل معمولا سیاه به نظر می‌رسد. در بین دو فیلتر، یک کریستال مایع نماتیک و پیچ خورده وجود داره که میشه به شکل الکترونیکی آن را روشن و خاموش کرد. وقتی کریستال خاموش است، نور داخلش را 90 درجه می‌چرخاند و می‌گذارد نور از دو فیلتر موجود بتابد و پیکسل را درخشان و روشن کند. وقتی روشن میشود، نور را نمی‌چرخاند و توسط یکی از پولاریزه کننده‌ها مسدود میشود و پیکسل خاموش بنظر می‌آید. هر پیکسل توسط یک ترانزیستور جداگانه (یک بخش الکترونیکی ریز) کنترل میشود و در هر ثانیه بارها روشن و خاموش میشود.
