Электронно-лучевые трубки (кинескопы), служащие основой любого телевизора, существуют уже многие десятилетия и постоянно совершенствуются. Однако они имеют и недостатки: требуют высокого напряжения, имеют большие объемные габариты (особенно в глубину при больших размерах изображения) и др. Поэтому разработчики всегда стремились к новым идеям при создании отображающих устройств. Одна из них – ис-пользорание жидкокристаллического вещества в качестве клапана для пропускания световых потоков. Окончательно эта идея воплотилась в виде ЖК-дисплеев (панелей) – LCD (Liquid Crystal Display). Быстрый рост их производства за рубежом привел к появлению как большого числа моделей «плоских» телевизоров, так и компьютерных мониторов.
Рассмотрим принцип работы и варианты конструкции таких дисплеев. В общем известно, что ЖК-вещество (материал) модулирует внешний световой поток под действием электрического поля или тока. Конкретная работа ЖК-дисплеев основана на использовании эффекта вращения плоскости поляризации светового потока слоем нематического ЖК вещества (так называемого твист-эффекта).
ЖК-панель (рис. 2.20) содержит две плоскопараллельные подложки из прозрачного материала (обычно стекла толщиной около 1 мм), расположенные одна относительно другой с фиксированным зазором, в который введен ЖК-материал. На внутренних сторонах подложек нанесены электроды адресации в виде определенного рисунка. В качестве прозрачного проводящего слоя электродов используют пленку оксида индия. Слои
ориентирующих покрытий, нанесенные на электроды адресации, предназначены для задания определенной ориентации ЖК молекул в рабочем материале. Зазор между подложками задают калиброванные шарообразные или цилиндрические распорные элементы (спейсеры), диаметр которых может быть в пределах 3 – 25 мкм. После сборки (склеивания) панель герметизируют по всему периметру, причем слой герметика также имеет спейсеры. На внешние стороны подложек наклеены поляроиды с определенной ориентацией плоскости поляризации.
Рис. 2.20. Конструкция ЖК панели: 1 – слои ориентирующих покрытий; 2 – верхняя подложка; 3 – верхний поляроид; 4 – слой ЖК-материала; 5 – верхние электроды адресации; 6 – герметик; 7 – нижние электроды адресации; 8 – нижний поляроид; 9 – спейсеры; 10 – нижняя подложка
Рассмотрим принцип работы ЖК-ячейки (пиксела) панели с использованием «твист»-эффекта (рис. 2.21). Молекулы ЖК-материала обладают дипольным моментом. В результате взаимодействия электрических полей диполей образуется спиралевидная структура из молекул ЖК-вещества. Слои ориентирующих покрытий на верхней и нижней подложках совместно с дйпольной структурой ЖК-материала в отсутствие электрического поля обеспечивают поворот плоскости поляризации светового потока на 90°. Ориентированный так слой нематического ЖК-вещества обладает свойством поляризации проходящего через него светового потока. Плоскости поляризации верхнего и нижнего поляризационных фильтров повернуты один относительно другого на 90°.
Световой поток (рис. 2.21, а) сначала проходит через верхний поляризационный фильтр. При этом его половина, не имеющая азимутальной поляризации, теряется. Остальная часть уже поляризованного света, проходя через слои ЖК-материала, поворачивает плоскость поляризации на 90°. В результате ориентация плоскости поляризации светового потока будет совпадать с плоскостью поляризации нижнего фильтра, и поток будет проходить через него практически без потерь.
Если ЖК-вещество поместить в электрическое поле, подав на электроды адресации напряжение так, как показано на рис. 2.21, б, спиралевидная молекулярная структура в нем разрушается. Проходящий через ЖК-материал световой поток уже не изменяет плоскость поляризации и почти полностью поглощается нижним поляризационным фильтром. Следовательно, ЖК-вещество имеет два оптических состояния: прозрачное и непрозрачное. Отношение коэффициентов пропускания в обоих состояниях определяет контрастность изображения.
Для обеспечения управления оптическим состоянием ячеек-пикселов (элементов изображения) панели требуется сформировать такие напряжения на электродах адресации, чтобы состояние каждого пик
