Как работает ЖК-дисплей? Просто о сложном

ЖК-дисплеи можно найти практически везде — в электронном калькуляторе, принтере или даже автомобиле. Как работает ЖК-дисплей, узнаем в этой статье.

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:
  •  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.

Читайте также:

• Что такое Wi-Fi? Просто о сложном
• Как работает кабельное телевидение?
• Как работает LCD-проектор

Фото: Wikimedia Commons, pixabay.com