Жидкокристаллические дисплеи Экраны lsd – Liquid Crystal Display (жидкокристаллические дисплеи)
Жидкие кристаллы были открыты в 1888 году австрийским ботаником Фридрихом Рейницер. Это вещества, которые находятся в жидком состоянии (сохраняют текучесть), но при этом сохраняют свойства присущие кристаллическим телам – упорядоченная ориентация молекул. Особенностью жидкокристаллических веществ является удлиненная, нитеобразная форма их молекул. Длина молекул и ширина измеряется в нм. Подобная форма способствует взаимной параллельной упаковке молекул.
Термотропные (t0, p, ЭМП) жидкие кристаллы делятся на изотропные, молекулы которых не имеют выраженной ориентации и нематические, свойства которых зависят от расположения молекул и направления воздействия.
Изотропные нематические
Лиотропные - жидкие кристаллы, реакция которых зависит от свойств жидкости, в которой они растворены.
В 1930 году британская корпорация Marconi получила патент на промышленное применение жидких кристаллов.
Воздействие электрического поля на нематические кристаллы
Молекулы жидких кристаллов под воздействием электричества могут изменять свою пространственную ориентацию (поворачиваться) и таким образом изменять свойства светового луча проходящего сквозь них.
Работа жидких кристаллов основана на поляризации светового потока, т.е. они способны пропускать только ту составляющую света, вектор электромагнитной индукции которой лежит в плоскости параллельной оптической плоскости поляроида. Для остальной части светового потока жидкий кристалл будет непрозрачным.
Подавая различные значения напряжения можно управлять поляризацией жидких кристаллов и соответственно пропускать лишь нужную часть светового потока.
В 1966 году корпорация RCA продемонстрировала прототип LSD-циклические часы, в которых используется эффект динамического рассеивания (DSM), который заключается в изменении прозрачности жидких кристаллов под воздействием электрического напряжения.
В 1971 году разработана более совершенная технология, которая до сих пор применяется в электрических часах. Основа - 8-ми сегментный ЖКИ (TN). В 1973 году японская корпорация Sharp выпустила первый в мире электронный калькулятор с ЖК-дисплеем. В 1976 году корпорация Sharp начала работу над созданием графического дисплея.
Принцип работы простейшего tn дисплея (tn - скрученные нематические структуры)
Основу дисплея составляют две стеклянные пластины, сделанные из свободного от натрия и очень чистого стекла, между которыми помещается тонкий слой жидких кристаллов (расстояние между пластинами 8мкм). На пластинах имеются канавки (бороздки) вдоль которых ориентируются молекулы жидких кристаллов. Канавки расположены таким образом, что они параллельны на каждой пластине и перпендикулярны друг другу. Ориентация молекул жидких кристаллов в ближайших к пластинам слоях соответствуeт направлению канавок, а во внутренних слоях они занимают промежуточные положения, как бы закручиваясь относительно оси. Такая структура носит название TN. При прохождении через нее поляризованного света он так и закручивается, следуя изменению ориентации молекул.
Для управления ориентацией молекул жидких кристаллов на внутреннюю поверхность стеклянных пластин наносят пленку оксидов индия и олова (а уже сверху покрывают полимерной пленкой с микроскопическими канавками). На одном стекле – горизонтальная канавка, на другом – вертикальная канавка получается матрица. Для формирования изображения к электрической схеме поочередно подключаются горизонтальные электроды, при этом на вертикальных электродах устанавливается потенциал соответствующий вкл/выкл пикселов выбранной строки.
В ЖК-панелях возможно управление каждой точкой, соответствующей пересечению строкового и столбцового электродов (это позволяет применять различные законы изображения).
Поворот плоскости поляризации светового луча незаметен для глаз, поэтому к стеклянным пластинам добавлены еще два слоя – поляризационные фильтры, которые пропускают только ту часть светового потока, у которых ось поляризации соответствует заданному.
При отсутствии напряжения ячейка прозрачна (т.к. первый поляризатор пропускает свет с соответствующим вектором поляризации). Благодаря жидким кристаллам вектор поляризации света поворачивается, и у второго поляризатора он повернут так, что проходит через него.
Под воздействием напряжения молекулы жидких кристаллов меняют свою ориентацию, тогда поворот вектора поляризации происходит на меньший угол и второй поляризатор будет только частично прозрачен для света.
При определенном напряжении поворота плоскости поляризации (поляризация света) в жидком кристалле не произойдет и световой луч будет задержан вторым фильтром.