2.6.2.  Жидкокристаллические панели

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