lr09गणनयंत्र असो की संगणक- बहुतेक सर्व शास्त्रीय दृश्य उपकरणे- जाहिरातींचे फलक, घडय़ाळे, भ्रमणध्वनीची दृश्य बाजू इ. अनेक प्रकारच्या दृश्य उपकरणांचा महत्त्वाचा भाग असलेल्या या तंत्रज्ञानाविषयी आज आपण जाणून घेणार आहोत. द्रव स्फटिक दर्शन (Liquid Crystal Display) आणि प्रकाश उत्सर्जन करणारा प्रकाशोत्सर्गी डायोड (Light Emitting Diode) या तंत्राने आजचे दूरदर्शनचे विश्व व्यापले आहे. LCD तंत्र खरे तर गेली ४०-५० वर्षे गणकयंत्रे (Calculators), भ्रमणध्वनी इ. वस्तूंचे दृश्य पडदे प्रकाशित करून माहिती दाखवण्याकरिता वापरले जात आहे. संचाकरिता कमीत कमी जागा वापरून अधिक स्पष्ट तपशील असलेली दृश्य प्रतिमा दाखवणारे हे तंत्र त्याच्या याच गुणामुळे प्रसिद्ध झाले आणि सगळीकडे वापरले जाऊ लागले.
जुन्या CRT दूरदर्शन संचामध्ये तीन इलेक्ट्रॉन प्रक्षेपी चित्रकाराच्या कुंचल्यासारखा योग्य त्या इलेक्ट्रॉनचा कुंचला वापरून पडद्यावर चित्र तयार करतात; तर प्लाझ्मा आणि LCD दूरदर्शन संचाचे पडदे लक्षावधी पिक्सेलनी भरलेले असतात. प्लाझ्मा पडद्यावरील पिक्सेल स्वतंत्र दिव्याप्रमाणे उत्तेजित होऊन योग्य तो प्रकाश उत्सर्जित करतात, तर LCD पडद्यावरील पिक्सेल दुसरीकडून आलेल्या प्रकाशाला प्रतिक्रिया म्हणून आलेला प्रकाश पुढे पाठवतात किंवा अडवतात. ही प्रक्रिया समजण्यासाठी आपल्याला द्रव स्फटिक (Liquid Crystal) आणि प्रकाशाचे ध्रुवीभवन (Polarisation of Light) या संकल्पना समजावून घेणे गरजेचे आहे.
द्रव स्फटिक म्हणजे कुठल्याही पदार्थाची द्रव आणि घन यामधील अवस्था. या संकल्पनेचा शोध १८८८ मध्ये रेनित्झर या ऑस्ट्रियाच्या रसायनशास्त्रज्ञाने लावला. स्फटिकाच्या परमाणू रचनेची नियमबद्धता आणि द्रवाची वाहकता या दोन्ही गुणांचा संगम या अवस्थेतील पदार्थामध्ये झालेला असतो. चित्र क्र. १ मध्ये सुकवलेल्या द्रव स्फटिकाच्या ध्रुवीकरण केलेल्या प्रकाशात घेतलेल्या प्रकाशचित्रात साध्या द्रवापेक्षा अधिक नियमबद्ध असलेली रचना दिसते.
द्रव स्फटिकाचे दोन प्रकार असतात. नेमेटिक आणि स्मेक्टिक. नेमेटिक स्फटिकांची रचना काहीशी चित्र क्र. २ मध्ये दाखवलेल्या काडय़ापेटीतल्या काडय़ांसारखी असते. तुम्ही काडय़ापेटी हलवून त्यांना हलवू शकता; पण त्याने त्यांची दिशा फारशी बदलत नाही.
स्मेक्टिक अवस्थेतील स्फटिकात परमाणूंचे थर/ प्रतल तयार झालेले असतात. त्यातील परमाणू थर बदलू शकत नाहीत. एखाद्या अनेक कंपन्यांची कार्यालये असलेल्या बहुमजली इमारतीमध्ये एका कंपनीची माणसे जशी फक्त आपापल्या मजल्यावरच फिरू शकतात तसे हे परमाणू आपापल्या थरात/ प्रतलातच हलू शकतात.
द्रव स्फटिकाबरोबरच आपल्याला प्रकाशाचे ध्रुवीभवन ही भौतिकशास्त्रीय कल्पनाही समजणे आवश्यक आहे, कारण LCD संचामध्ये पिक्सेल चालू आणि बंद करण्यासाठी ध्रुवीभवन केलेला प्रकाशच कारणीभूत ठरतो.
प्रकाश काही वेळा सरळ झोत असलेल्या प्रवाहासारखा वागतो, तर काही वेळा तरंग/ लाटा या स्वरूपात आपले रंग दाखवतो. प्रकाशाचे ध्रुवीभवन समजण्यासाठी चित्र क्र. ३ मध्ये दाखवलेला सोपा खेळ पाहू. पहिल्या चित्रात ध्रुवीभवन केलेल्या काचा असलेले गॉगल एकावर एक जुळवून ठेवले असता प्रकाश एका पातळीपर्यंत मंदावलेला दिसतो. दुसऱ्या चित्रात वरचा गॉगल ४५ अंशाने फिरवला असता प्रकाश जास्त मंदावलेला दिसतो. तर तिसऱ्या चित्रात जेव्हा वरचा गॉगल ९० अंशाने फिरवला आहे तेव्हा प्रकाश दिसतच नाही. या खेळामध्ये काय होते, तर जसा बाहेरून येणारा प्रकाश जेव्हा आपण एखादी जाळी मध्ये टाकून अडवतो तेव्हा फक्त मोकळ्या जागेतूनच प्रकाश पलीकडे येऊ शकतो, तसेच प्रकाशाच्या लाटा अडवणारी गाळणी (filter) मध्ये टाकली तर फक्त ज्या दिशेने (उदा. उभ्या दिशेने- vertical) वर-खाली होणाऱ्या लहरी पलीकडे जाऊ शकण्याची परवानगी आहे, तेवढय़ाच प्रकाशलहरी पुढे जातील आणि पलीकडे पडणाऱ्या प्रकाशाची तीव्रता त्या प्रमाणात कमी होईल. म्हणजेच फक्त ठरावीक दिशेने थरथरणाऱ्या प्रकाशलहरींमुळे पुढे आलेल्या प्रकाशाला ‘ध्रुवीभवन झालेला प्रकाश’ म्हणतात. प्रयोगात वापरलेले गॉगल याच तत्त्वावर काम करतात. म्हणूनच प्रकाश पडल्यानंतर त्यांच्या काचांचा रंग गडद झालेला दिसतो आणि दोन गॉगल ९० अंशाचा कोन करून एकमेकावर ठेवल्यावर सर्व दिशांनी येणाऱ्या प्रकाशलहरी अडल्याने पलीकडचे दिसत नाही.
प्रकाशाचे ध्रुवीभवन समजण्यासाठी चित्र क्र. ४ मधील फाटकांचे उदाहरण दिले आहे. दोन्ही फाटके जर उभ्या (वर-खाली.. vertically) हलणाऱ्या लहरी पुढे जाऊ देत असतील तरच लहरी पुढे येतील, अन्यथा दुसरे फाटक त्यांना ओलांडता येणार नाही. अवकाशातून येणाऱ्या प्रकाशलहरी अनेक प्रतलांत हलत येत असल्याने एकाच प्रतलातून येणाऱ्या लहरी पुढे पाठवणारी जाळी काचेवर लावल्यास इतर प्रतलांतून येणारा प्रकाश रोखला जातो.
आता या दोन्ही संकल्पना दूरदर्शनमध्ये कशा वापरल्या जातात ते पाहू.
LCD दूरदर्शनमध्ये ध्रुवीभवन केलेल्या दोन गॉगलच्या खेळातील कल्पनाच वापरली जाते. संचाच्या पडद्यामागे तीव्र प्रकाश देणारे दिवे पडद्याकडे तोंड करून बसवलेले असतात. त्यांच्या पुढे लाखो पिक्सेल असतात. ते लाल, हिरव्या आणि निळ्या उप-पिक्सेलमध्ये विभाजित असतात. प्रत्येक पिक्सेलच्या मागे प्रकाश ध्रुवीभवन करणारी काचेची एक गाळणी असते, तर पुढे तशीच गाळणी ९० अंशाचा कोन करून बसवलेली असते. दोन्ही जाळ्यांच्या मध्ये सूक्ष्म नेमेटिक द्रव स्फटिक असतो- जो इलेक्ट्रॉनिक स्पंद दिले असता चालू/बंद होतो- म्हणजेच अक्षाभोवती (Twist) फिरतो आणि येणारा प्रकाश तेवढय़ा कोनात फिरवतो. द्रव स्फटिकामुळे कोन बदलल्याने ध्रुवीभवन झालेला प्रकाश दोन्ही जाळ्यांतून जात असताना कसा आणि किती पाठवायचा याचे नियंत्रण होते. प्रत्येक पिक्सेल स्वतंत्र अर्धवाहकाने परिपथाशी जोडलेला असतो. संचातील इलेक्ट्रॉनिक परिपथ बाहेरून आलेले दृश्य संकेत प्रक्रिया करून या अर्धवाहकांना हवे तेव्हा उत्तेजित करत राहतो.
सर्वसाधारण LCD दूरदर्शन संचात मागून येणारा प्रकाश CFL दिवे वापरून घेतला जातो. जेव्हा CFL च्या जागी LED दिवे वापरतात तेव्हा त्याला LED दूरदर्शन संच म्हणून ओळखतात. त्याची बाकी सर्व रचना चित्र क्र. ५ मध्ये दाखवल्याप्रमाणे इतर LCD संचाप्रमाणेच असते.
निप्कोवच्या चकतीपासून सुरू झालेला हा प्रवास आता पुढची वळणे घेत त्रिमिती चित्रांपर्यंत आला आहे आणि वैज्ञानिक त्याला अजूनही प्रगत करत राहणार आहेत.
दीपक देवधर – dpdeodhar@gmail.com