Жидкие кристаллы
Это вещества, обладающие свойствами как жидкостей, так и кристаллов. Он состоит из молекул, обладающих частичной свободой движения и частично упорядоченных. Благодаря этому они могут, например, пропускать световые волны разной длины. Существуют различные типы жидких кристаллов. Примером может служить лист из нашего эксперимента, где изменение цвета на самом деле является изменением структуры молекул кристалла.
Поляризация и поляризаторы
Поляризация заключается в упорядочении направления колебаний световой волны. Мы можем показать это веревкой или веревкой, прикрепленной к стене. Когда мы начнем двигать конец струны вверх и вниз, будет создана волна, которая будет двигаться вперед, струна будет двигаться вверх и вниз. Мы также можем переместить струну в сторону — тогда будет создана волна с горизонтальной ориентацией. Аналогичным образом движется волна света — ее ориентация может быть направлена горизонтально, вертикально или под любым углом между вертикалью и горизонталью. Рассматриваемая ориентация является поляризацией.
Поляризаторы — это простые устройства, пропускающие только свет определенной поляризации, т. е. ориентации электромагнитной волны в пространстве.
Как работает жидкокристаллический дисплей или ЖК-экран?
Жидкокристаллические дисплеи ( Liquid — Crystal Display — LCD ) используются для вывода изображения на экраны, например, телевизоров, мобильных телефонов, часов . ЖК-экраны работают благодаря встроенным в них жидким кристаллам и поляризаторам.
Источники света (1) расположены в нижнем слое дисплея. Сначала свет падает на поляризатор (2), а это значит, что через него проходит только часть света. Затем свет проходит через прозрачный электрод (3) и попадает на жидкий кристалл (4 и 5). На следующем этапе, в зависимости от расположения молекул жидкого кристалла, свет меняет свою поляризацию (световая волна «закручивается» (4)) или нет (5). Теперь свет проходит через другой прозрачный электрод (6) и попадает на анализатор (7) — слой, пропускающий только свет определенной поляризации.
Проходит ли свет через всю систему или нет, зависит от того, насколько скручены молекулы жидкого кристалла, а это, в свою очередь, зависит от напряжения между электродами.
Дисплей разделен на очень большое количество полей, называемых пикселями. Эти пиксели составляют изображение, которое вы видите на экране. Управление яркостью каждого пикселя позволяет получить мозаику, создающую изображение.
Получить цветное изображение на ЖК-дисплее очень просто. В соответствующий слой экрана добавлен цветной фильтр (8), изменяющий цвет проходящего света. Большинство дисплеев используют три фильтра: красный, зеленый и синий ( RGB ) . Свет, прошедший через фильтры, смешивается и создает разные цвета.
История создания ЖК-экрана
Первооткрывателем жидких кристаллов (ЖК) был австрийский биолог и химик Фридрих Рихард Райнитцер. В 1888 году он случайно заметил, что некоторые производные холестерина не плавятся сразу, как большинство веществ, а проходят две фазы плавления. Первый из них произошел при 145,5°С, а второй — при 178,5°С. При первой температуре вещество явно начало плавиться, но оставалось мутным. Только после превышения 178,5°С вещество становилось прозрачным. В том же году немецкий физик Отто Леманн заметил, что мутная фаза имеет характеристики кристаллов.
Вскоре после этого открытия Райнитцер обнаружил, что жидкие кристаллы могут поляризовать свет — свойство, благодаря которому ЖК-дисплеи работают. К сожалению, в то время уровень науки и техники не позволял использовать свойства жидких кристаллов для создания дисплеев. Хотя многие жидкие кристаллы уже были созданы до Второй мировой войны, исследования, которые привели к разработке ЖК-дисплеев, начались только в 1950-х годах.
Первый ЖК-экран был разработан в 1964 году. Это был черно-белый дисплей небольшого размера. Восемь лет спустя технология настолько развилась, что на рынке появились первые цветные ЖК-дисплеи. Однако они были еще относительно небольшими. Размер дисплеев превысил 10 дюймов только в 1989 году. Десять лет спустя на рынок вышли ЖК-дисплеи с диагональю 40 дюймов.