Сегодня невозможно себе представить жизнь без жидкокристаллических экранов. Электронные часы, телефоны, компьютеры и просто телевизоры – большинство из них используют именно такую технологию. В этой статье мы попробуем разобраться в принципе работы таких экранов, не вникая в мелочи физики и химии. Просто и доступно.
Поляризация
Начнем с этого, обязательного для наших целей свойства света. Большинство источников – та же лампа накаливания, люминесцентная, светодиод и даже Солнце — излучают свет в виде электромагнитных волн, ориентированных в разных плоскостях.
Но при желании свет можно сделать поляризованным в одной плоскости. Для этого надо отсечь все световые волны, распространяющиеся в других. Эту задачу исполняют поляризаторы – пластины, выполненные и вещества с определенными свойствами. Для простоты изложения будем считать что такая пластина — решетка с щелями, соизмеримыми с длиной волны светового излучения (что недалеко от истины). Пройти сквозь такую пластину может только та волна, поляризация которой совпадает с направлением щелей. В результате мы получаем поляризованный свет.
Важно! Не следует путать поляризованный свет с когерентным, излучаемым, к примеру, лазером. Во втором случае излучение имеет одну длину волны, но, как правило, оно неполяризованное. Поляризованный же свет имеет набор волн разной частоты (цвета), но ориентированных в одной плоскости.
Что произойдет, если пропустить свет через две платины поляризаторов, ориентированных перпендикулярно друг другу? На входе первого мы получим волну, ориентированную в определенной плоскости. Через второй поляризатор эта волна пробиться не сможет. Он (поляризатор) ориентирован в другой плоскости и просто отсечет эту волну. На выходе – ноль, темно, ночь.
Немного о жидких кристаллах
Жидкие кристаллы – состояние некоторых веществ, обладающих как свойством жидкости (текучесть), так и твердых кристаллов. Состояние такого вещества, подобранного соответствующим образом, может зависеть от многих факторов – температуры, давления, концентрации, наличия электрического поля.
Не будем вникать в подробности – это не есть тема данной статьи. Ограничимся лишь теми, которые нам нужны – изменяющими свою структуру от электрического поля. Пока поля нет, кристаллы этого вещества находятся в хаотическом состоянии и расположены, грубо говоря, как попало.
При создании вокруг кристаллов электрического поля, они выстраиваются в определенный порядок (оба рисунка обозначают положение кристаллов условно для наглядности):
Что мы с этого, как говорится, будем иметь? Рассмотрим простую схему.
Свет, пройдя через первую пластину поляризатора (вверху), станет поляризованным в определенной плоскости. Далее идет слой жидких кристаллов. Без электрического поля кристаллы расположены хаотически и на выходе мы получим снова неполяризованное излучение за счет рассеивания и преломления. Вторая пластина (внизу), отсечет все «лишнее» и пропустит снова поляризованный свет, но в другой плоскости. Мы увидим белую точку.
А теперь создадим вокруг жидких кристаллов электрическое поле, подав на прозрачные электроды напряжение. В результате кристаллы вещества «выстроятся» в прямую линию и не будут менять вектор поляризации света, идущего от верхней пластины. Но нижняя пластина стоит относительно первой под углом 90 градусов. В результате свет не сможет сквозь нее пройти. Мы увидим черную точку.
На этом и основана работа жидкокристаллического (ЖК) дисплея. Что касается цветного варианта – схема и принцип остаются те же. Только точки, имеющие каждая свой электрод, разбиты на триады. Напротив каждой точки – светофильтр определенного цвета. Прошел свет – мы видим точку определенного цвета. Не прошел – точка черная. Комбинируя точки в триаде и их яркость (зависит от приложенного напряжения), можно получить тысячи цветов и их оттенков.
Вот, в принципе и все о ЖК-дисплеях. Надеюсь, информация была простой и вполне доступной для понимания. Конечно, все на самом деле много сложнее, но для основного понятия технологии этой информации, думаю, вполне достаточно.