سید عباس موسوی
لپ‌تاپ‌ها، بعضی از مانیتورها، ساعت‌های دیجیتالی، اجاق‌های مایکروویو، دستگاه‌های پخش سی‌دی و دی‌وی‌دی و دستگاه‌های الکترونیکی فراوان دیگری با استفاده از ال‌سی‌دی‌ها ساخته می‌شوند.
لپ‌تاپ‌ها، بعضی از مانیتورها، ساعت‌های دیجیتالی، اجاق‌های مایکروویو، دستگاه‌های پخش سی‌دی و دی‌وی‌دی و دستگاه‌های الکترونیکی فراوان دیگری با استفاده از ال‌سی‌دی‌ها ساخته می‌شوند.برای تشخیص ال‌سی‌دی بودن یک صفحه کافی است چند ثانیه انگشت خود را روی آن صفحه قرار دهید و حرکات موجی شکل رنگ‌ها را در اطراف انگشت‌تان مشاهده کنید. البته این کار به هیچ عنوان توصیه نمی‌شود چرا که در درازمدت به مانیتور شما آسیب می‌رساند.
Liquid Crystal Display یا نمایشگر کریستال مایع به دلیل مزیت‌هایی از قبیل نازک بودن، وضوح بیشتر و مصرف برق کمتر کم‌کم متداول‌تر می‌شوند و جای نمایشگرهای اشعه کاتدی یا CRT های قدیمی را می‌گیرند.
در مدرسه یاد گرفته‌ایم که مواد در سه حالت وجود دارند. جامد، مایع و گاز. در جامدات همه مولکول‌ها نسبت به هم ثابت هستند و جهت ثابتی دارند اما در مایعات مولکول‌ها می‌توانند آزادانه در مایع حرکت کنند و تغییر جهت بدهند. در موادی که به آنها کریستال مایع می‌گوییم، مولکول‌ها مثل مولکول‌های جامدات در جهت ثابتی می‌مانند و در همان حال مثل مولکول‌های مایعات آزادانه حرکت می‌کنند. این مواد در حقیقت نه جامد هستند و نه مایع. کریستال‌های مایع را نخستین‌بار یک گیاه‌شناس اتریشی به نام فردریک رینیتز در سال ۱۹۸۸ کشف کرد.
کریستال‌های مایع به حالت مایع نزدیک‌تر هستند تا جامد چرا که برای تبدیل یک ماده مناسب از حالت جامد به کریستال مایع مقدار قابل توجهی گرما لازم است در حالی که مقدار خیلی کمی گرما برای تبدیل همان کریستال مایع به حالت مایع واقعی کافی است. به همین خاطر کریستال‌های مایع به حرارت بسیار حساس و انتخاب مناسبی برای کاربرد در دماسنج‌ها و تب‌سنج‌ها هستند. رفتارهای عجیبی که صفحه نمایشگر لپ‌تاپ‌ها در هوای سرد یا در خلال یک روز داغ در کنار ساحل نشان می‌دهند هم به همین علت است.
یکی از خواص کریستال‌های مایع این است که جریان الکتریکی روی آنها تاثیر می‌گذارد. جریان الکتریکی موجب می‌شود مولکول‌های کریستال مایع که در جهت ثابتی قرار گرفته‌اند متناسب با ولتاژی که به آنها اعمال می‌شود، مقداری بچرخند و عکس‌العمل آنها نسبت به عبور نور تغییر کند. برای ساخت ال‌سی‌دی‌ها از همین خاصیت استفاده می‌کنند. در حقیقت ساخت ال‌سی‌دی بر چهار حقیقت علمی استوار است. اول اینکه نور می‌تواند قطبیده شود. دوم،کریستال‌های مایع می‌توانند نور را از هوا عبور دهند و آن را تغییر دهند. سوم، جریان الکتریکی می‌تواند ساختار کریستال‌های مایع را تغییر دهد و چهارم اینکه مواد شفافی وجود دارند که جریان الکتریکی را از خود عبور می‌دهند.
برای ساختن یک ال‌سی‌دی ابتدا 2 فیلم پلاریزه کننده را روی 2 قطعه شیشه قرار می‌دهند. سپس در سمت دیگر شیشه‌ها شیارهای میکروسکوپی در جهت فیلم پلاریزه کننده ایجاد می‌کنند و کریستال مایع را روی این شیارها می‌ریزند. کریستال مایع ساختاری لایه‌لایه دارد و با این کار مولکول‌هایی که در لایه اول قرار دارند در جهت شیارها و فیلم پلاریزه کننده قرار می‌گیرند.
حال شیشه دوم را طوری که شیارهایش با شیارهای شیشه اول زاویه قائمه بسازند روی کریستال مایع قرار می‌دهند. با این کار آخرین لایه مولکول‌ها در جهت شیارهای شیشه دوم یعنی عمود بر لایه اول مولکول‌ها قرار می‌گیرند. مولکول‌های لایه‌های میانی هم به ترتیب زوایایی بین 2 لایه ابتدا و انتها قرار می‌گیرند.
کریستال‌های مایع هیچ نوری از خود منتشر نمی‌کنند بنابراین نمایشگرهای کریستال مایع همیشه از یک منبع نوری استفاده می‌کنند. بعضی از آنها با استفاده از یک آینه که پشت آنها قرار می‌گیرد نور محیط را بازمی‌تابانند و بعضی دیگر از یک لامپ فلورسنت به‌عنوان منبع نوری استفاده می‌کنند.
اگر به یکی از شیشه‌ها نور بتابانیم، نور قطبیده می‌شود. چون ردیف اول مولکول‌ها در جهت فیلم پلاریزه کننده قرار دارد، نور از آنها می‌گذرد و به لایه‌های بعدی منتقل می‌شود. هر لایه جهت قطبش نور را به جهت قرار گرفتن خود تغییر می‌دهد تا نور به لایه آخر برسد. اگر جهت مولکول‌های لایه آخر با فیلم پلاریزه کننده دوم یکی باشد، نور از شیشه دوم می‌گذرد. اگر به شکلی یک جریان الکتریکی را بخشی از کریستال مایع اعمال کنیم، مولکول‌های آن بخش تغییر جهت می‌دهند و بنابراین نوری که به شیشه دوم می‌رسد جهت قطبشی متفاوت از جهت فیلم پلاریزه کننده دارد و نمی‌تواند از شیشه بگذرد، بنابراین، این بخش از سطح تیره‌تر از اطرافش دیده می‌شود.
ال‌سی‌دی‌های مشهور به هفت تکه که در ساعت‌ها و دیگر وسایل الکترونیکی برای نمایش ارقام صفر تا ۹ به کار می‌روند، دقیقا به همین شکل کار می‌کنند. هفت قطعه رسانای شفاف را بین یکی از شیشه‌ها و لایه کریستال مایع قرار می‌دهند. با عبور جریان الکتریکی از هر کدام از رساناها سطح آن به صورت تیره دیده می‌شود و با ترکیب مناسبی از این تیرگی‌ها اعداد را نمایش می‌دهد. اگر این ال‌سی‌دی‌ها را وقتی خاموش هستند مقابل نور آفتاب بگیرید، می‌توانید رساناهای شفافی را که به آنها اشاره کردیم، ببینید.
استفاده کردن از رساناهایی مثل رساناهایی که در ال‌سی‌دی‌های هفت‌تکه استفاده می‌شود بیشتر مناسب وسایلی است که اطلاعات را به شکل ثابتی بارها و بارها نمایش می‌دهند، مثل ساعت‌ها یا اجاق‌های ماکروویو. اما در صفحه نمایشگر کامپیوتر باید بتوانیم شدت نور را در هر نقطه از صفحه کنترل کنیم. برای این کار در حال حاضر از دو فناوری مختلف استفاده می‌شود. در فناوری ماتریس غیرفعال شبکه‌ای از رساناهای شفاف عمودی را در یکی از شیشه‌ها و شبکه‌ای از رساناهای شفاف افقی را در شیشه دیگر تعبیه می‌کنند. برای تنظیم میزان روشنایی یک نقطه، جریان برق را از رساناهای عمودی و افقی که از آن نقطه می‌گذرند عبور می‌دهند و جریان در نقطه مورد نظر از کریستال مایعی که میان 2 شیشه قرار دارد عبور می‌کند و موجب تغییر وضعیت مولکول‌ها در آن نقطه می‌شود. ساخت نمایشگر با این تکنولوژی ساده و ارزان است اما نمایشگرهایی که از این تکنولوژی استفاده می‌کنند زمان پاسخ طولانی‌ای دارند. یعنی مدت زیادی طول می‌کشد تا یک نقطه از تصویر تغییر وضعیت بدهد. اگر نشانگر ماوس را روی این نمایشگرها با سرعت زیاد جا به جا کنید، خواهید دید که رد پایی از آن روی صفحه باقی می‌ماند و مدتی طول می‌کشد تا نقطه‌ای که قبلا به رنگ نشانگر ماوس بوده به رنگ دیگری درآید.تکنولوژی دیگری که برای ساخت نمایشگر استفاده می‌شود تکنولوژی ماتریس فعال است که از ترانزیستورهای فیلم نازک یا
Thin Film Transistor (TFT) استفاده می‌کند. تی‌اف‌تی‌ها مجموعه‌ای از ترانزیستورها و خازن‌های بسیار کم‌ضخامت هستند که روی یک لایه شیشه‌ای نشانده می‌شوند. برای روشن کردن یک نقطه روی صفحه ابتدا سطر مربوط به آن را روشن می‌کنند و بعد جریان را در ستون مربوط به آن برقرار می‌کنند. از آنجا که همه سطرهای دیگر خاموش هستند، فقط خازنی که در نقطه مورد نظر قرار دارد شارژ می‌شود. این خازن می‌تواند تا دور بعدی تازه شدن تصویر، این بار را در خود نگه دارد. به علاوه می‌توان بار انتقالی به خازن و در نتیجه مقدار دقیق نور عبوری از آن نقطه را کنترل کرد و به جای سیاهی و سفیدی، طیفی از انواع خاکستری‌ها را ایجاد کرد. بیشتر نمایشگرهای موجود می‌توانند ۲۵۶ سطح مختلف خاکستری را نمایش دهند.
در نمایشگرهای رنگی امروزی بیشتر از تکنولوژی تی‌اف‌تی استفاده می‌شود، با این تفاوت که هر نقطه از تصویر از سه نقطه کوچک‌تر که نور را با رنگ‌های آبی، سبز و قرمز عبور می‌دهند تشکیل شده است. هر کدام از این نقطه‌ها می‌توانند ۲۵۶ سطح رنگ مختلف را نمایش دهند و از ترکیب رنگ این سه نقطه می‌توان ۱۶/۸ میلیون رنگ مختلف را ایجاد کرد و نمایش داد. برای ساخت یک نمایشگر معمولی با وضوح ۱۰۲۴ در ۷۶۸ نقطه چیزی حدود ۲/۵ میلیون ترانزیستور و خازن لازم است که باید روی یک سطح شیشه‌ای نشانده شوند. هر اشکال در یکی از این ترانزیستورها موجب تولید یک پیکسل خراب در تصویر می‌شود. معمولا همه نمایشگرهای ال‌سی‌دی چندتایی از این پیکسل‌های خراب دارند. بزرگ‌ترین مشکل برای تولید ال‌سی‌دی‌های بزرگ هم همین پیکسل‌های خراب هستند. سازندگان ال‌سی‌دی‌های بزرگ معمولا حدود ۴۰ درصد خروجی تولیداتشان را به علت داشتن پیکسل‌های خراب بیش از میزان قابل پذیرش، دور می‌ریزند و همین موضوع موجب افزایش قیمت ال‌سی‌دی‌های بزرگ می‌شود.