מסכי LCD – המדריך השלם – חלק א'

מסכי LCD – המדריך המלא
חלק א\'

עברו כמעט שש שנים מאז שפורסם מאמר על מסכים באתר ומאז עברו הרבה מים בירדן והשתנו הרבה דברים. מסכי ה-LCD שבעבר נחשבו יקרים מאוד ולא מתאימים לרוב השימושים הפכו במרוצת השנים להיות מסכי מייניסטרים ואילו מסכי ה-CRT הולכים ונעלמים.
במאמר זה נסביר כיצד פועלת הטכנולוגיה ומהם השיקולים אותם יש לקחת בחשבון בבואכם לרכוש מסך חדש. אם בעבר כל מה שהיה צריך לבדוק הוא שהמסך מציג רזולוציה מסוימת בקצב רענון מסוים, הרי שהדברים היום הם מסובכים הרבה יותר, וישנם שיקולים רבים בעת קניית מסך LCD.
בחלקו הראשון של המאמר נסביר כיצד פועלת הטכנולוגיה, מהם מושגי היסוד (בהירות, ניגודיות, זמן תגובה – מושגים שכלל לא היו קיימים בעידן מסכי ה-CRT) ומהי משמעותם לצרכן הפשוט.
בחלק השני, אשר יפורסם בקרוב, נציג את הבעיות העיקריות מהן סובלים מסכי ה-LCD כיום, נשווה בינם לבין מסכי ה-CRT וננסה להפריד בין עיקר ותפל בתהליך הרכישה של מסך שכזה.

ראוי לציין כי במאמר זה אנו מתייחסים למסכי מחשב, אך ניתן להסיק מסקנות דומות גם עבור טלוויזיות LCD.

ראשית נסביר מהו אותו גביש נוזלי עליו מבוססים מסכי ה-LCD כיום; צגי גביש נוזלי (LCD) נעשו פופולאריים ביותר, כה פופולאריים עד שאנו לוקחים אותם כמובנים מאליהם, אך האם אנו יודעים מהם גבישים נוזליים?
המושג גביש נוזלי למעשה סותר את עצמו, שכן גבישים כגון קוורץ נוצרים כאשר מולקולות חוברות יחדיו כדי ליצור מטריצה תלת-מימדית, בה נוטות כל המולקולות לאותו כיוון (זו הסיבה שלגבישים יש לרוב משטחים ישרים או סימטריים  לחלוטין).
חלק מהגבישים יכולים להתפרק בקלות, כך למשל פירוק של גבישי מלח או סוכר מתבצע ע"י מים, אך התוצאה איננה גבישים נוזליים כי אם תמיסה, אז מה זה בעצם גביש נוזלי?

ובכן, המושג "גביש נוזלי" מתאר קבוצת חומרים אשר נמצאת במצב תמידי בין נוזל למוצק ומציגה תכונות המתאימות לשני מצבי הצבירה הנ"ל. מולקולות בגבישים נוזליים נוטות לארגן את עצמן בצורה בה הן פונות כולן לאותו הכיוון הכללי כמו בגביש רגיל, בעוד שכל המסה של החומר יכולה להמשיך להתנהג ולזוז בצורה נוזלית מבלי להיהפך למוצקה.

הגילוי הראשון של גבישים נוזליים היה בידי בוטנאי אוסטרי בשם פרידריך ריינצר בשנת 1871. בשעת מחקר על צמחי כולסטרול, עסק פרידריך בחימום תמיסה שלCholesteryl Benzoate כאשר הוא שם לב כי ככל שעולה הטמפרטורה, הופך הנוזל מחומר בעל גוון חלבי לשקוף. המצב "החלבי" היה אפוא מצב הגביש הנוזלי של Cholesteryl Benzoate.
בהמשך פנה פרידריך למדען גרמני בשם אוטו לאמן וביחד שניהם המשיכו את חקר הגבישים הנוזליים ונודעו בתור אבות המחקר בתחום.

כיצד פועל מסך LCD?

מבנה סאב-פיקסל יחיד
(מקור: ויקיפדיה)

למסך LCD יש שבעה חלקים עיקריים:

1) אלקטרוניקה – ללא רכיבים אלקטרוניים שיקבלו את האות מהמחשב אין למסך שלנו הרבה שימוש. כמו כן, האלקטרוניקה משמשת בכדי לשלוט בגבישים הנוזליים במסך.
2) תאורה אחורית – מסכי LCD הם למעשה שסתומי אור, בניגוד למסכי CRT או פלאזמה בהם כל פיקסל מייצר בעצמו את האור. מסכי LCD מסננים אור קיים הנוצר באמצעות תאורה אחורית.
3) מאחד אור (Diffuser) – מטרתו היא לאחד את האור על פני כל המסך. מכיוון שברוב מסכי ה-LCD נעשה שימוש במנורות פלורוסנט רגילות, יש צורך לאחד את התאורה אשר לרוב מגיעה ממספר שפופרות או קתודות פלורוסנט (CCFL) לתאורה אחידה.
4) מקטב אנכי – גבישים נוזליים פועלים כמקטבי אור, אך הם מסוגלים לקטב רק אור אשר מגיע מקוּטב. לכן, מעבירים את האור הראשוני אשר מגיע מהתאורה האחורית דרך מקטב הנפטר מגלי אור לא רצויים ומקטב את גלי האור הנותרים למצב אנכי.
5) גבישים נוזליים – כאשר האור מגיע לגבישים הנוזליים הוא עובר קיטוב נוסף בהתאם למצב הגבישים וזווית הפיתול שלהם. משני צדי השכבה של הגבישים נמצאים לוחות זכוכית ועליהם אלקטרודות, המעבירות זרם דרך התמיסה וגורמות לשינוי במולקולות הגבישים הנוזליים אשר נוטים להסתדר בזויות מסוימת עפ"י הזרם.
5) מקטב אופקי (ידוע גם בשם "מאבחן") – תפקיד המקטב האופקי הוא לדאוג שאור אשר קוּטב במצב אנכי (לדוגמא בעת שהגבישים ללא פיתול) לא יעבור, ואילו אור שקוּטב ע"י הגבישים באופן אופקי, יעבור.
6) מסנן צבע – תפקידה של שכבה זו הוא להעניק לכל פיקסל שלושה צבעים: אדום, ירוק וכחול, ובכך לאפשר למסך להציג צבעים שונים.


תהליך הפעולה של מסך LCD מתרחש באופן הבא:
האור מהתאורה האחורית עובר איחוד ולאחר מכן מקוטב ע"י המקטב הראשון. כעת האור עובר דרך הגבישים: כאשר הם במצב מנוחה, האור עובר קיטוב מחדש בזוית של 90 מעלות עפ"י פיתול הגבישים. כעת הוא מקוטב בצורה שמאפשרת לו לעבור את המקטב השני, ואז הוא נצבע ע"י מסנן הצבע ונצפה על המסך בתור סאב-פיקסל מואר.
מאידך, כאשר יופעל זרם חשמלי על הגבישים הנוזליים בעזרת האלקטרודות, יישבר הפיתול של הגבישים והאור לא יקוטב ב-90 מעלות כפי שקרה קודם, ולכן הוא לא יעבור את המקטב השני והסאב-פיקסל על גבי המסך לא יואר.
בעזרת משחק עם כמות הזרם אשר מקבל הגביש ניתן לגרום לחלק מסוים של האור לעבור את המקטב וכך ניתן להשיג כמעט כל גוון שרוצים. לכל פיקסל ישנם שלושה תאים בכדי להציג אדום,ירוק וכחול ועל ידי שילוב שלושת צבעי היסוד הללו ניתן להציג כל צבע שרוצים.



1
2
3
4
5