آشنایی با تکنولوژی تلویزیون ‌های LCD

با کاهش قیمت و بهبود چشمگیر عملکرد تلویزیون LCD در چند سال اخیر، این دستگاه‌ها همچنان به عنوان پرفروش‌ترین تلویزیون‌ها در بازار به شمار می‌روند. اما شما چه چیزی از تکنولوژی تلویزیون‌های LCD می‌دانید؟ آیا تلویزیون LCD تنها انتخاب شماست؟

در ادامه‌ی این مطلب، تمام چیزی که باید از تکنولوژی تلویزیون‌های LCD بدانید را برای شما بیان خواهیم کرد. همچنین می‌توانید در صورت بروز مشکل در تلویزیون، درخواست تعمیر در محل تلویزیون خود را در سامانه آچارباز ثیت کنید.

تلویزیون LCD چیست؟

تلویزیون LCD یک پنل صفحه تخت است که از همان تکنولوژی نمایشگر کریستال مایع (Liquid Crystal Display) که قبلا در تلفن‌های همراه، مانیتور کامپیوترها و نمایاب دوربین فیلمبرداری دیده بودیم، استفاده می‌کند. پنل‌های LCD از دو لایه ماده، شبیه به شیشه ساخته شده‌اند که این مواد قطبی (پلورایز) بوده و به هم چسبیده‌اند.

سطح یکی از این لایه‌ها با یک پلیمر مخصوص پوشیده شده که کریستال‌های مایع منفرد را در خود نگه می‌دارد. سپس جریان الکتریکی از میان این کریستال‌های مایع منفرد عبور می‌کند و به کریستال‌ها اجازه می‌دهد تا عبور نور را متوقف کنند و یا با عبور نور، تصویر بسازند.

کریستال‌های LCD از خود نور تولید نمی‌کنند، پس به یک منبع نور خارجی مثل لامپ فلورسنت یا LED نیاز دارند تا تصویر ساخته شده توسط LCD برای بیننده پدیدار شود. امروزه در بازار، به تلویزیون‌های با تکنولوژی LCD که نورشان از طریق لامپ فلورسنت تامین شود، تلویزیون LCD گفته شده و به تلویزیون‌های LCD که نورشان از طریق لامپ‌های LED تامین شود، تلویزیون LED می‌گویند.

ولی همان‌طور که دیدید، پنل موجود در همه این تلویزیون‌ها از نوع LCD بوده و تفاوت فقط در منبع تامین نور آن‌ها است. تکنولوژی این تلویزیون‌ها به گونه‌ای است که بسیار نازک ساخته می‌شوند، به طوری که بتوان آن‌ها را به دیوار چسباند!

تا این قسمت توضیح مختصری از تکنولوژی تلویزیون‌های LCD را برای شما ارائه کردیم. اما اگر به دنبال توضیحات فنی‌تر هستید، ادامه این مطلب را مطالعه بفرمایید.

یک تلویزیون چگونه تصویر را می‌سازد؟

همه شما از نحوه کار تلویزیون‌های قدیمی cathode-ray tube (CRT) آگاهی دارید. در این تلویزیون‌ها تصویر توسط سه تفنگ الکترونی ایجاد می‌شود. این سه تفنگ بسیار سریع و دقیق عمل می‌کردند و تصاویر متحرک را طوری به نمایش می‌گذاشتند تا چشم متوجه تاری تصویر نشود.

اما در دو نسل بعدی، تکنولوژی تلویزیون‌های LCD با پلاسما و نحوه کار آن‌ها به طور کلی متفاوت است. اگر از نزدیک به این تلویزیون‌ها نگاه کنید، احتمالا متوجه حضور میلیون‌ها نقطه کوچک رنگی به نام پیکسل روی صفحه نمایش تلویزیون می‌شوید. هر کدام از این پیکسل‌ها یک لامپ سبز، آبی یا قرمز جدا است که می‌تواند برای ایجاد تصاویر رنگی متحرک، با سرعت بسیار بالایی خاموش و روشن شود. البته نحوه کنترل این پیکسل‌ها در تلویزیون‌های پلاسما و LCD متفاوت هستند.

همانطور که در مطلب تکنولوژی تلویزیون های پلاسما گفتیم، هر پیکسل در این تلویزیون‌ها در واقع یک لامپ فلورسنت کوچک است که به صورت الکترونیکی خاموش و روشن می‌شود. در تلویزیون LCD، این پیکسل‌ها با استفاده از کریستال‌های مایع برای چرخاندن نور قطبیده (پلورایز شده)، به طور الکترونیکی خاموش و روشن می‌شوند. در واقع عملکرد این تلویزیون‌ها آنچنان که فکر می‌کنید هم پیچیده نیست. برای درک بهتر موضوع، اول از همه باید بدانیم که کریستال‌های مایع چه هستند و سپس نگاهی به نحوه عبور نور از این کریستال ‌ها می‌اندازیم.

کریستال مایع چیست؟

کریستال مایع در واقع فازی از ماده در بین فاز مایع و جامد است. یعنی این کریستال‌ها نه جامد هستند و نه مایع، بلکه خود حالت بینابینی جداگانه دارند. جامدات توده‌های به‌هم چسبیده‌‌ای هستند که در اغلب اوقات، اتم‌های سازنده‌ی آن‌ها در یک ترتیب مرتب به نام کریستال (شبکه بلوری) قرار گرفته‌اند. اما مایعات دارای شبکه بلوری نیستند و می‌توانند به سادگی به اطراف جاری شوند.

حال ماده‌ای را تصور کنید که دارای نظم و ترتیب و شبکه بلوری جامد است، اما در عین حال بتواند مثل یک مایع در محیط جاری شود. کریستال‌های مایع دقیقا دارای این ویژگی هستند. کریستال‌های مایع، خود دارای دو فاز مهم به نام‌های nematic و smectic هستند.

در فاز nematic، کریستال‌های مایع بیشتر شبیه به مایع هستد. مولکول‌های آن‌ها می‌توانند به سمت اطراف حرکت کرده و روی هم بلغزند، اما بر خلاف یک مایع واقعی، جهت حرکت همه مولکول‌ها هم‌سو است. مثلا یک جعبه کبریت را تصور کنید، شما می‌توانید با تکان دادن جعبه باعث لغزش کبریت‎ها بر روی هم شوید، اما جهت قرارگیری کبریت‌ها تغییر نخواهد کرد.

حال اگر کریستال مایع را سرد کنیم به فاز smectic می‌رسیم. در این حالت مولکول‌ها در لایه‌هایی روی یکدیگر قرار می‌گیرند. این مولکول‌های همچنان می‌توانند درون لایه خود حرکت کنند، اما امکان جابجایی به دیگر لایه‌ها را ندارند.

نور قطبی شده یا نور قطبیده (polarized light) چیست؟

کریستال‌های مایع nematic دارای ویژگی جالبی هستند. آن‌ها می‌توانند یک ساختار پیچ خورده را برای خود اتخاذ کنند، در حالی که با اعمال جریان الکتریسیته، ساختار آن‌ها می‌تواند به حالت اولیه برگردد. در واقع همین ویژگی، نکته کلیدی در فهم نحوه کار LCD ها و روشن و خاموش شدن پیکسل‌های آن‌ها است. برای فهم نحوه کنترل پیکسل‌ها توسط کریستال‌های مایع، باید مفهوم نور قطبیده را بدانیم.

نور کلا چیز عجیبی است. برخی تصور می‌کنند که نور همانند ذرات بوده و انرژی را انتقال می‌دهد و دیگران می‌گویند که نور از جنس موج است، و یا حالتی را برای نور در نظر می‌گیرند که هر دو تئوری ذکر شده را شامل می‌شود.

هنگامی که نور خورشید از آسمان به سمت زمین می‌آید، امواج نور در همه‌ی جهات ممکن مخلوط شده و ارتعاش می‌کنند. اما اگر یک فیلتر با شبکه‌ای از خطوط عمودی (مثل میله‌های درِ زندان) در سر راه این نور قرار دهیم، می‌توانیم جلوی عبور تمامی نورهایی که به طور عمودی مرتعش نمی شوند را سد کنیم، یعنی فقط امواجی که به طور عمودی ارتعاش می‌کنند از فیلتر ما رد می‌شوند.

چون ما با این کار جلوی عبور بسیاری از نورهای تابیده شده از خورشید را گرفته‌ایم، پس فیلتر باعث کم شدن شدت نور شده است. در واقع عینک‌های آفتابی پلورایز شده هم همین کار را انجام می‌دهند. به نوری که از این طریق فیلتر می‌شود نور قطبیده یا قطبیده‌ی صفحه‌ای می‌گویند.

حال اگر شما دو عینک آفتابی پلورایز واقعی داشته باشید، می‌توانید با قرار دادن آن‌ها روی هم حقه‌ی جالبی را پیاده کنید. اگر شیشه دو عینک را در یک جهت بر روی هم قرار دهید، می‌توانید نور عبوری از آن‌ها را ببینید.

حال یکی از عینک‌ها را ۹۰ درجه بچرخانید و متوجه می‌شوید که دیگر نوری از این دو عینک عبور نمی‌کند! دلیل این امر هم در نحوه فیلتر شدن نورها توسط عینک است. عینک اولی تمامی نورها به جز نورهای مرتعش شده در یک جهت خاص را فیلتر کرده است.

چون جهت قرارگیری عینک دوم متفاوت از عینک اول است، پس نورهای عبور کرده از شیشه عینک اول توسط عینک دوم فیلتر می‌شوند و دیگر نوری باقی نمی‌ماند که از آن عبور کند. در واقع هیچ نوری نمی‌تواند از دو فیلتر قطبی شده (پلورایز شده) که ۹۰ درجه نسبت به هم چرخیده‌اند عبور کند.

تلویزیون‌های LCD چگونه از کریستال مایع برای قطبی کردن نور استفاده می‌کنند؟

نمایشگرهای LCD هم از همان تکنیک عینک‌های آفتابی که در بالا توضیح دادیم استفاده می‌کند تا پیکسل‌های رنگی را خاموش یا روشن کند. در پشت نمایشگر، منبع نور بزرگی وجود دارد که نور را به چشم بیننده می‌تاباند (همان طور که گفتیم، در تلویزیون‌های LCD از لامپ‌های فلورسنتی و در تلویزیون‌های LED  از لامپ‌های LED به عنوان منبع نور استفاده می‌شود).

در جلوی این لامپ‌ها، میلیون‌ها عدد پیکسل کار گذاشته شده است که هر کدام از آن‌ها از مناطق کوچک‌تری به نام زیر پیکسل‌هایی (sub-pixels) که رنگ قرمز، آبی یا سبز دارند تشکیل شده‌اند. هر پیکسل دارای یک فیلتر شیشه‌ای قطبی کننده در پشت خود است و یک فیلتر هم با چرخش ۹۰ درجه‌ای در جلوی آن قرار گرفته است. همان طور که در بحث عینک‌ها گفتیم، به این ترتیب در حالت معمولی، پیکسل تاریک و خاموش به نظر می‌رسد.

در بین این دو فیلتر در درون پیکسل، یک کریستال مایع پیچیده شده‌ی کوچک در فاز nematic وجود دارد که می‌تواند به طور الکترونیکی روشن و خاموش شود. در واقع پیچیده یا غیر پیچیده (مستقیم) بودن این کریستال را می‌توان معادل خاموش یا روشن بودن آن درنظر گرفت.

وقتی که این کریستال خاموش است، جهت نور را ۹۰ درجه از حالت اولیه خود منحرف می‌کند (می چرخاند). در نتیجه نور پس از عبور از فیلتر اول وارد کریستال مایع (کریستال خاموش) شده و در آنجا ۹۰ درجه می‌چرخد و با فیلتر دوم هم جهت می‌شود. پس نور می‌تواند از فیلتر دوم خارج شود و بدین ترتیب آن پیکسل نورانی به نظر می‌رسد.

وقتی کریستال روشن شود (مستقیم یا غیر پیچیده شود)، دیگر جهت نور را نمی‌چرخاند و بدین ترتیب با توجه به اختلاف جهت ۹۰ درجه ای دو فیلتر، دیگر امکان خروج نور از پیکسل وجود نداشته و آن پیکسل تاریک و مشکی رنگ به نظر می‌رسد.

رای فهم بیشتر تکنولوژی تلویزیون‌های LCD، به شکل‌های زیر نگاه کنید. همان طور که می‌بینید، فیلتر اول نورهای افقی را عبور داده و فیلتر دوم هم فقط نورهای با جهت ارتعاش عمودی را از خود عبور می‌دهد. وقتی پیکسل روشن است، نوری که از فیلتر اول رد شده و اکنون در جهت افقی ارتعاش می‌کند، توسط کریستال مایعِ پیچیده شده، ۹۰ درجه تغییر جهت داده و اکنون به‌صورت عمودی ارتعاش می‌کند و می‌تواند از فیلتر دوم رد شود. همان طور که گفتیم، زیرپیکسل‌ها به نور خروجی رنگ قرمز، آبی یا سبز می‌دهند.

وقتی پیکسل خاموش است، نوری که از فیلتر اول رد شده و اکنون در جهت افقی ارتعاش می‌کند، توسط کریستال مایعِ پیچیده نشده تغییر جهت نمی‌دهد و همچنان به‌صورت افقی ارتعاش می‌کند. به همین دلیل  نمی‌تواند از فیلتر دوم رد شود، زیرا فیلتر دوم فقط نورهایی را از خود عبور می‌دهد که در جهت عمودی ارتعاش می‌کنند. بنابراین این پیکسل خاموش به‌نظر می‌رسد.

هر پیکسل با ترانزیستور جداگانه‌ای کنترل می‌شود که می‌تواند در هر ثانیه بیش از ۶۰ بار خاموش و روشن شود. این عدد در تلویزیون‌های جدیدتر افزایش یافته است. افزایش تعداد روشن و خاموش شدن پیکسل‌ها در هر ثانیه به معنی افزایش سرعت جایگزینی فریم‌های قدیمی با فریم‌های جدید است. پس هرچه این سرعت بیش‌تر شود، تاری تصویر کمتر خواهد شد.

به این عدد به اصطلاح نرخ به‌روزرسانی تصویر هم گفته می‌شود. برای انجام بازی‌های ویدیویی اکشن و دیدن مسابقات ورزشی مثل اتومبیل سواری، بسیار مهم است تا نرخ به‌روزرسانی تصویر تلویزیون بالا باشد. نرخ به‌روزرسانی تصویر LCD های امروزی خوب و بالاست، اما همچنان به پای پلاسماهای قدیمی نمی‌رسد. اما در عوض، تکنولوژی تلویزیون‌های LCD مزیت‌های دیگری مثل طول عمر بالاتر دستگاه (تا ۵ برابر) و مصرف برق کمتر را در مقایسه با تکنولوژی پلاسما به همراه دارد.