Принцип работы ЖК-экранов

Вы точно имели дело с жидкокристаллическими экранами в своей жизни. Сейчас они встречаются в любой области деятельности человека.

Знаете ли вы, что вообще такое «жидкие кристаллы» и какой физический принцип лежит в основе работы таких экранов?

Сразу дам спойлер: они используют поляризацию волн видимого света. Поляризация — это ограничение колебаний (волн) какой-либо плоскостью (линейная поляризация). Бывает ещё круговая поляризация, но её я сегодня объяснять не стану.

Если объяснять на примере механических волн, то подойдёт такой пример:

Принцип работы ЖК-экранов

На картинке есть натянутый шнур с двумя бусинами. В правом нижнем углу находится источник волн, который заставляет шнур совершать круговые колебания. Бусина в нижней части картинки описывает траекторию этих колебаний — эллипс.

В середине находится наш поляризатор — узкая щель, ограничивающая колебания шнура горизонтальной плоскостью. Бусина в верхней части картинки показывает линейную траекторию колебаний. Поляризатор так же является фильтром, ведь вертикальные колебания сквозь него не проходят.

А теперь слайды:

Многие вещества в природе поляризуют свет при пропускании или отражении: вода, листья, кожа и даже сам воздух.

Но кроме непосредственно поляризации падающего света, такие фильтры могут и немного «поворачивать» плоскость поляризации, если плоскость поляризации фильтра не перпендикулярна плоскости поляризации падающего света.

Покажу на примере двух линейных светофильтров.

Принцип работы ЖК-экранов

Если расположить их друг над другом так, чтобы плоскости поляризации совпадали, то свет проходит сквозь оба фильтра:

Принцип работы ЖК-экранов

Повернём один из фильтров на 90 градусов в любую сторону, чтобы плоскости поляризации стали перпендикулярны и фильтры будут блокировать весь проходящий сквозь них свет:

Теперь повернём один из фильтров так, чтобы угол между плоскостями поляризации стал равен примерно 45 градусам:

Извините, не сфотал фильтры, а сейчас их нет под рукой, но дальше будут фото с этим эффектом.

Ослабленный световой поток проходит сквозь фильтры, а не блокируется полностью. Происходит это именно потому, что один фильтр меняет плоскость поляризации проходящего через другой фильтр света.

А что, если у нас будет вещество в виде слоёного кристалла, каждый следующий слой которого меняет поляризацию проходящего через предыдущий слой света?

Принцип работы ЖК-экранов

Такие вещества и относят к жидким кристаллам: они поляризуют проходящий сквозь них световой поток и при этом могут менять положение поляризующих частиц внутри себя.

Рассмотрим самый простой тип ЖК-сегмента с типом TN — twisted nematic, скрученный нематик, где нематик значит буквально «нитеобразный»:

Принцип работы ЖК-экранов

Сегменты покрыты с двух сторон обычными линейными поляризаторами в виде плёнки и их плоскости поляризации перпендикулярны (блокируют световой поток).

В неактивном сегменте (без подачи электрического тока) частицы жидкого кристалла расположены равномерными слоями так, что поляризация каждого следующего слоя немного повёрнута относительно предыдущего, а угол между первым и последним слоем составляет 90 градусов. В этом случае жидкий кристалл «поворачивает» плоскость поляризации внутри себя почти без ослабления светового потока и свет проходит через перпендикулярные линейные поляризаторы.

При активации сегмента все его частицы выравниваются линейно в направлении протекания электрического тока, ЖК перестаёт поворачивать плоскость поляризации и свет не проходит через передний и задний поляризаторы экрана.

Я собрал небольшой макет для демонстрации этого эффекта (конечно я собрал его не для вас, а для школьного проекта):

Позади всего (жёлтый) установлен источник света, имитирующий подсветку ЖК, два светофильтра с перпендикулярной друг другу поляризацией (чёрные) и три сегмента, меняющие поляризацию от 0 градусов до 22.5, 45, 67.5 градусов относительно заднего светофильтра.

Вот так сегмент неактивен и пропускает световой поток:

Принцип работы ЖК-экранов

Сегмент активен и блокирует (почти) весь световой поток:

Принцип работы ЖК-экранов

И все положения с промежуточными значениями яркости, которые в ЖК получают изменением электрического напряжения на электродах сегмента:

На этом всё. Надеюсь, вы узнали для себя что-то полезное.

Ставьте лайки, подписывайтесь на канал и всё такое.

99
12 комментариев

Нихуя не понял, дальше буду думать, что там жидкие кристаллы просто плавают 

17
Ответить

Они жидкими называются только потому, что внутри относительно твёрдые куски плавают, как в желе. Электричество подают и эти куски в желе встают в нужное положение.

9
Ответить

не благодари, тут все очень хорошо рассказано
https://www.youtube.com/watch?v=ukZoxvHlsrE

Ответить

Есть ощущение, что вся статья пытается меня убедить, что "жидкие кристаллы" только и делают, что меняют поляризацию и это их определение, но это какой-то бред. Либо статья плохо написана, либо автор не разобрался.

Ответить

Либо ты что-то не понял.

1
Ответить

https://www.youtube.com/watch?v=ukZoxvHlsrE
Как раз про это выпуск был у Thoisoi

Ответить

Топовый канал. Я поленился ещё в прошлом году это написать.

Ответить