Как работает ЖК-дисплей
Pixabay
Разбираемся в устройстве и работе жидкокристаллического дисплея: все хитросплетения оптики и геометрии в трех несложных картинках.
ЖК-дисплеи можно найти практически везде - в электронном калькуляторе, принтере или даже автомобиле.
Аббревиатура "ЖК-дисплей" расшифровывается как "жидкокристаллический дисплей" (англ. Liquid Crystal Display, LCD). ЖК-дисплей, как ясно из названия, основан на технологии жидких кристаллов.
- Жидкие кристаллы - это смесь определенных веществ, которая находится одновременно в двух состояниях: жидком и кристаллическом. Как жидкость, она обладает свойством текучести, то есть заполняет собой все пространство, в которое она помещена. Как кристалл, она состоит из молекул, располагающихся в определенном, четко структурированном порядке.
- Жидкие кристаллы, использующиеся в дисплеях, состоят из стержнеобразных молекул, которые располагаются параллельно друг другу. Одновременно с этим молекулы являются жидкостными, а значит, могут "течь", то есть менять свою ориентацию в пространстве в зависимости от того, поступает ли на них электрическое напряжение.
- Основной структурный элемент ЖК-дисплея - это пиксель. Каждый пиксель состоит из трех ячеек (субпикселей). Каждая ячейка-субпиксель, в свою очередь, содержит в себе жидкие кристаллы, расположенные слоями таким образом, что из молекул внутри них складывается спираль. Спиралевидная структура кристаллов зажата между двумя электродами и двумя цветными пластинками, покрытыми поляризационной пленкой. В первой ячейке пластинки красные, во второй - зеленые, а в третьей - синие.
- Поляризационная пленка пропускает через себя световые колебания только определенной ориентации. Через первую пластинку проходят только вертикальные, через противоположную выходят только горизонтальные.
- С одной стороны субпиксель подсвечивается. Свет проходит через первую пластинку (вертикальную) и приобретает вертикальную ориентацию. А затем происходит следующее:
o Если на электродах нет напряжения, то жидкие кристаллы находятся в покое, образуя спираль. Свет проходит через нее и в итоге меняет ориентацию, становится "горизонтальным" и спокойно выходит наружу через вторую пластинку. В результате мы получаем яркий красный, зеленый или синий свет. Если же подать на электроды определенное напряжение, то под его воздействием жидкие кристаллы поворачиваются в одно и то же положение перпендикулярно вертикальной пластинке. Свет проходит через них, остается "вертикальным" и упирается в горизонтальную пластинку, которая его не пропускает. Получается более тусклый свет или полное отсутствие света, то есть, черный цвет.
- Представьте себе тройку субпикселей. В определенный момент времени в одном из них напряжение сильнее, в другом слабее, а в третьем, например, вообще отсутствует. Получается, что, к примеру, красного света мы видим меньше, зеленого - больше, а синего - еще больше.
- В большом ЖК-дисплее (например, в телевизоре) миллионы пикселей, а субпикселей, соответственно - втрое больше. Цветные световые потоки от каждого из субпикселей смешиваются в определенных пропорциях и в определенной геометрии. Таким образом на выходе мы получаем цветное изображение. Так и работает ЖК-дисплей.
Дополнительные факты
- Чем быстрее отдельные пиксели могут переключаться с цветного на черный и наоборот, тем меньше время отклика дисплея. Это является важной характеристикой качества, например, для игровых мониторов.
- Чем больше в ЖК-дисплее пикселей, тем выше его разрешение. Соответственно, и изображение на экране будет четче.
