Жидкокристаллические дисплеи

В отличие от рассмотренных выше устройств отображения инфор­мации жидкокристаллические дисплеи (ЖК-дисплеи — LCD — liquid crystal display) не являются устройствами эмиссионного типа. В основу их действия положен принцип управления потоком излучения источ­ника подсветки или внешнего света.

Первые жидкокристаллические дисплеи были монохромными сим­вольными. Индикаторы, отображающие цифры, продемонстрированы в середине 1960-х гг. компанией RCA (Radio corporation of America), а в 1975 г. корпорацией Sharp — изготовлены первые компактные циф­ровые часы на жидких кристаллах с сегментным дисплеем.

Принцип действия ЖК матрицы основан на способности некото­рых веществ, находящихся в аморфном состоянии, изменять свою крис­таллическую структуру под воздействием электрического поля. Жидкие кристаллы наделены свойствами как твердого вещества, поскольку имеют кристаллическую структуру, так и жидкого вещества, поскольку обладают текучестью и вязкостью. Под воздействием электрического поля жидкие кристаллы упорядочивают свою структуру: располагаются параллельно или перпендикулярно подводящему потенциал электроду в зависимости от его полярносги (см. п. 4.2).

Матрицы монохромных сегментных ЖК-дисплеев являются пас­сивными. Конструктивно матрица представляет собой пакет тонких стекол с пленочными прокладками между ними.

Ячейки матрицы выполнены в виде полосок, образующих сегменты экрана, из которых складывается изображение символа. Слой жидких кристаллов (толщиной несколько микрометров) в сегменте располага­ется между двумя стеклянными электродами, а сверху и снизу располо­жены пластины-Поляризаторы, плоскости поляризации которых ориен­тированы перпендикулярно друг Apyiy. Этот пакет располагается на под­ложке (нижней от основания экрана к его поверхности).

В обесточенной ячейке молекулы жидких кристаллов ориентиро­ваны параллельно плоскости электродов. Толщина слоя рассчитана таким образом, что в исходном состоянии он поворачивает плоскость поляри­зации световой волны на 90°. В результате падающий свет беспрепят­ственно проходит через систему, отражается от матового зеркальною покрытия подложки и возвращается обратно. Подобная матрица в обес-точештом состоянии выглядит, как обычная стеклянная пластинка.

Когда на электроды подается напряжение, электрическое поле ори­ентирует молекулы жидкого кристалла вдоль силовых линий — перпен­дикулярно плоскости электродов. За счет этого жидкий кристалл пере­стает поворачивать плоскость поляризации света и, следовательно, ячейка перестает пропускать свет: на экране образуется черный сегмент (или точка) цифрового индикатора. В исходное состояние ячейка возвраща­ется подачей напряжения противоположной полярности.

Для работы в условиях низкой освещенности конструкция допол­няется лампами подсветки.

Монохромные символьные ЖК-дисплеи достаточно широко ис­пользуют и сегодня: в часах, калькуляторах, плеерах, магнитолах, фотокамерах, измерительных приборах и т. п. Преимущество сегмент­ных ЖК-дисплеев почти перед любыми другими разновидностями устройств отображения информации заключается в их малом энерго­потреблении.

Однако обеспечить полутоновые изображения в таких пассивных матрицах методом изменения величины подаваемого на электроды напряжения крайне сложно. В современных жидкокристаллических дисплеях (мониторы и телевизоры) используется активная матрица.

Матрица цветного ЖК-дисплея представляет собой совокупность пикселов, каждый из которых состоит из трех субпикселов, отлича­ющихся цветом выходного светофильтра (красный, зеленый, синий). Цветные ЖК-матрицы работают на просвет: субпикселы регулируют интенсивность проходящего через них светового потока.

Существует несколько основных видов матриц и значительное количество их модификаций. Все они работают по схожим принципам. С задней стороны матрицы находится источник неполяризованного света: галогенные или электролюминесцентные лампы с холодным катодом (CCFL — cold cathode fluorescence light).

На рис. 3.7 показано устройство ЖК-матрицы одного из самых рас­пространенных типов — на скрученных (спиралевидно) жидких крис­таллах нематического типа (TN — twisted nematic).

Рис. 3.7. Устройство активной ТтМ-матрицы: 1 — рассеиватель, 2 — входной поляризатор. 3 — стекло. 4 — горизонтальная линия данных, 5 —вертикальная линия данных, 6— тонкопленочный транзистор, 7 — конденсатор, 8 — прозрачный алектрод,