Жидкие кристаллы представляют собой вязкие органические молекулы, которые двигаются, как молекулы жидкостей, но при этом имеют структуру, как у кристалла. Когда молекулы расположены в одну линию, оптические качества кристалла зависят от направления и поляризации воздействующего света. При использовании электрического поля линия молекул, а следовательно, и оптические свойства меняются. Если воздействовать лучом света на жидкий кристалл, интенсивность света, исходящего из самого жидкого кристалла, может контролироваться с помощью электричества. Это свойство используется при создании индикаторных дисплеев.
Экран жидкокристаллического дисплея состоит из двух стеклянных параллельно расположенных пластин, между которыми находится герметичное пространство с жидким кристаллом. К обеим пластинам подсоединяются прозрачные электроды. Искусственный или естественный свет за задней пластиной освещает экран изнутри. Электроды, подведенные к пластинам, используются для того, чтобы создать электрические поля в жидком кристалле. На различные части экрана воздействует разное напряжение, что и позволяет строить изображение. К передней и задней пластинам экрана приклеиваются поляроиды, поскольку технологически дисплей требует поляризованного света. Общая структура показана на рисунке а.
а б
Рисунок – Структура экрана на жидких кристаллах (а); желобки на передней и задней пластинах, расположенные перпендикулярно друг к другу (б)
В настоящее время используются различные типы жидкокристаллических дисплеев, рассмотрим только один из них – дисплей со скрученным нематиком(Twisted Nematic, TN). В этом дисплее на задней пластине находятся крошечные горизонтальные желобки, а на передней – крошечные вертикальные желобки, как показано на рисунке б. При отсутствии электрического поля молекулы направляются к этим желобкам. Так как они (желобки) расположены перпендикулярно друг к другу, молекулы жидкого кристалла оказываются скрученными на 90°.
На задней пластине дисплея находится горизонтальный поляроид. Он пропускает только горизонтально поляризованный свет. На передней пластине дисплея находится вертикальный поляроид. Он пропускает только вертикально поляризованный свет. Если бы между пластинами не было жидкого кристалла, горизонтально поляризованный свет, пропущенный поляроидом на задней пластине, блокировался бы поляроидом на передней пластине, что делало бы экран полностью черным.
Однако скрученная кристаллическая структура молекул, сквозь которую проходит свет, меняет плоскость поляризации света. При отсутствии электрического поля весь жидкокристаллический экран светится. Если подавать напряжение к определенным частям пластины, скрученная структура разрушается, блокируя прохождение света в этих частях.
Для подачи напряжения обычно используются два подхода. В дешевом пассивном матричном индикаторена обоих электродах провода располагаются параллельно друг другу. Например, на дисплее размером 640 х 480 электрод задней пластины содержит 640 вертикальных проводов, а электрод передней пластины – 480 горизонтальных проводов. Если подавать напряжение на один из вертикальных проводов, а затем посылать импульсы на один из горизонтальных, можно изменить напряжение в определенной позиции пиксела и, таким образом, сделать нужную точку темной. Если то же самое повторить со следующим пикселом и т. д., можно получить темную строку развертки, аналогичную строкам в электронно-лучевых трубках. Обычно изображение на экране перерисовывается 60 раз в секунду, чтобы создавалось впечатление постоянной картинки (так же, как в электронно-лучевых трубках).
Второй подход – применение активного матричного индикатора.Он стоит гораздо дороже, чем пассивный, но зато дает изображение лучшего качества, что является большим преимуществом. Вместо двух наборов перпендикулярно расположенных проводов у активного матричного индикатора на одном из электродов имеется крошечный переключатель в каждой позиции пиксела. Меняя состояние переключателей, можно создавать на экране произвольную комбинацию напряжений в зависимости от комбинации битов. Эти переключатели называются тонкопленочными транзисторами(Thin Film Transistor, TFT),а плоские экраны, в которых они используются, – TFT-дисплеями.На основе технологии TFT теперь производится подавляющее большинство ноутбуков и автономных жидкокристаллических мониторов.
