شما احتمالا از وسایلی که دارای LCD ( صفحه نمایش کریستال مایع ) باشند همه روزه استفاده می کنید.
آنها اطراف ما هستند در laptop ها ,ساعت های دیجیتالی , اجاق های مایکروویو , cd player ها وبسیاری از وسایل الکترونیکی دیگر . LCD ها به این دلیل رایج هستند که فواید بسیار زیادی نسبت به دیگر تکنولوژی های نمایش دارند. آنها سبکت و نازکتر هستند و انرژی کمتری نسبت به لوله اشعه کاتدی ( CRTs ) مصرف می کند .
وحالا این کریستال های مایع چه هستند؟
کلمه کریستال مایع مفهوم متناقضی دارد. ما کریستال را به عنوان ماده جامدی چون کوارتز و معمولا به سختی سنگ می شناسیم و مایع معنای کملا متفاوتی دارد. چگونه ماده ای می تواند هر دو را داشته باشد؟
در این مقاله می آموزیم که کریستال مایع بر این نیرنگ خارق العاده پیروز می شود و همچنین نگاهی می اندازیم به تکنولوژی زیر بنایی که باعث می شود LCD کار کند.
همچنین می آموزید که چگونه از خصوصیات عجیب کریستال مایع برای ساخت نوع جدیدی از شاترها استفاده شده است واینکه چگونه شبکه از این شاتر های نازک برای ایجاد الگو هایی که نمایانگر اعداد ,کلمات و تصاویر باز و بسته می شوند.
تاریخچه LCD
اموزه LCD ها را هر طرف که نگاه کنیم می بینیم اما آنها یک شبه به وجود نیامدند.زمان بسیار زیادی از کشف کریستال مایع تا انبوه برنامه های LCD که ما امروزه لذت می بریم به طول انجامید.کریستال مایع نخستین بار در سال 1988 توسط گیاه شناس اطریشی Friedrich Reinitzer کشف شد. Reinitzerمشاهده کرد که هر گاه یک ماده کلسترول مانند نادر(cholesteryl benzoate)را ذوب می کند,ابتدا تبدیل به مایعی کدر شده و سپس با افزایش دما واضح می شود.در حین سرد سدن مایع ابتدا آبی رنگ شده و د نهایت تبدیل به کریستال می شود.80 سال بعد RCA نخستین LCD تحقیقاتی را در سال 1968 ساخت.از آن آن زمان سازندگان LCD به صورت ثابت انواع مبتکرانه وپیشرفته آن را توسعه دادند و این تکنولوژی را به سطوح پیچیده آن رسانیدند.
کریستال های مایع
در مدرسه آموختیم که سه حالت ماده وجود دارد: جامد ,مایع یا گاز.
شکل جامدات ثابت است زیرا مولکول های آنها موقعیت خود را حفظ می کند و در موقعیت مشابه نسبت به دیگر مولکول ها باقی می ماند. مولکولها در مایعات دقیقا مخالف این هستند : آنها می توانند موقعیت خود را تغییر دهند وبه هر جایی در مایع بروند.ولی بعضی مواد هستند که می توانند با حالت عجیبی رفتار کنند نسبتا مایع و جامد.
وقتی آنها در این حالت هستند مولکول های آنها میل دارند تا موقییت خود را حفظ کنند مانند ملکول ها در جامدات اما در عین حال نیز موقعیت خود را عوض می کنند مانند مولکول ها در مایعات. این به آن معناست که کریستال های مایع نه مایع هستند نه جامد.
پس آیا کریستال های مایع مانند جامدات رفتار می کنند یا مایعات یا چیز دیگری؟ به نظر می رسد که کریستال های مایع بیشتر به حالت مایعات رفتار می کنند تا جامدات. این مواد گرمای نسبتا خوبی برای تبدیل شدن از حالت جامد به مایع نیاز دارند, و همچنین کمی گرمای بیشتر برای تبدیل کریستال مایع به مایع واقعی نیاز است. این روند توضیح میدهد که چرا کریستال های مایع به دما بسیار حساس هستند و اینکه چرا از آنها در ساخت گرماسنج و mood ring ها استفاده میشود. همچنین توضیح می دهد که چرا صفحه نمایش laptop به صورت خنده داری در هوای سرد یا در یک روز گرم در کنا ساحل رفتار میکند.
فاز نماتیک (nematic) کریستال های مایع
همانطور که مواد جامد و مایع مختلفی وجود دارند ,مواد مختلفی از کریستال های مایع نیز وجود دارند.بسته به دما و ساختار خاص ماده , کریستال های مایع میتوانند در یکی از فاز های متمایز باشند.در این مقاله ما کریستال های مایع را در فاز نماتیک,کریستال های مایعی که کارکرد LCD ها را ممکن میسازند مورد بحث قرار می دهیم.
یکی از خصوصیات کریستال های مایع این است که آنها تحت تاثیر جریان الکتریسیته قرار می گیرند. نوع خاصی از کریستال های مایع نماتیک که به آن نماتیک های تابیده (TN)میگویند, به طور طبیعی تابیده شده هستند. اعمال جریان الکتریسیته به این نوع از کریستال های مایع باعث باز شدن آنها در درجات مختلفی,بسته به ولتاژ اعمالی میشود .LCDها از این کریستال های مایع استفاده میکنند زیرا آنها به شکل قابل پیش بینی سنبت به جریان الکتریسیته واکنش نشان میدهند که میتوان از آن برای کنترل گذرگاه نور استفاده کرد.
انواع کریستال های مایع
بیشتر مولکول های کریستال های مایع میله ای شکل هستند و به صورت گسترده ای در یکی از دو گروه گرماگرایی (thermotropic) یا lyotropic طبقه بندی می شوند.
کریستال های مایع گرما گرا به تغییرات دما واکنش نشان می دهند یا در بعضی مواقع به فشار.واکنش کریستال های مایع lyotropic که در ساخت صابون ها و شوینده ها به کار میروند ,بسته به نوع حلالی است که با آنها آمیخته شده است. کریستال های مایع گرماگرا یا ایزوتوپی (isotropic) یا نماتیک (nematic) هستند. تفاوت کلیدی این است که آرایش مولکول ها در کریستال های مایع ایزوتوپی نا منظم است در حالی که مولکول ها در کریستال های مایع نماتیک ترتیب یا الگوی مشخصی دارند.
موقعیت مولکول ها در فاز نماتیک بر اساس هدایت کننده است.هدایت کننده میتواند هر چیزی باشد از میدان مغناطیسی گرفته تا هر سطحی که شیار های میکروسکوپی در خود داشته باشد.در فاز نماتیک نیز کریستال های مایع میوانند بسته به آرایش مولکول ها نسبت به هم طبقه بندی شوند.Smetic رایج ترین آرایش ,لایه هایی از مولکول ها را ایجاد میکند.انواع مختلفی از فاز Smetic وجود دارد مانند Sematic C که در آن مولکول ها در هر لایه در زاویه خاصی نسبت به لایه قبل کج میشوند.فاز رایج دیگر Cholestric است که همچنین به عنوان Chiral nematic نیز شناخته می شوند.در این فاز مولکول ها به آرامی نسبت به لایه قبل می چرخند تا به شکل حلرونی در آیند.
کریستال های مایع فرو الکتریک( ferroelectric liquid crystals) (FLCs) از کریستال های مایعی استفاده میکنند که دارای مولکول های Chiral در آرایش نوع smetic C هستند زیرا طبیت حلزونی( مارپیچی) این مولکول ها اجازه زمان پاسخ میکرو ثانیه ای سوییچینگ را می دهد که FLC ها را برای صفحه نمایش های پیچیده آماده میسازد.
کریستال های مایع فرو الکتریک که سطح آنها پایدار شده است
(Surface-stabilized ferroelectric liquid crystals) (SSFLCs) فشار کنترل شده ای را با استفاده از صفحه شیشه ای اعمال می کنند که باعث می شود تا حالت مارپیچی (حلزونی) مولکول ها فشرده شده و در نتیجه عمل سوییچینگ با سرعت بیشتری انجام گیرد.
امتیاز: 0.00
وزارت آموزش و پرورش > سازمان پژوهش و برنامه‌ريزی آموزشی
شبکه ملی مدارس ایران رشد
ارسال ها: 1679
شما باید یک عنوان و متن وارد کنید!