Антон Орлов - Тайны и секреты компьютера

Вещества, именуемые жидкими кристаллами , обладают двумя важными свойствами. Во-первых, при прохождении через их слой поляризованного света его плоскость поляризации поворачивается на 90 градусов. А, во-вторых, при подаче электростатического поля на слой жидких кристаллов их структура изменяется и такого поворота плоскости поляризации прошедшего через их слой света не происходит.

А теперь представьте себе «бутерброд» из двух поляризационных фильтров с плоскостями поляризации, перпендикулярными друг другу, а между ними — слой жидких кристаллов. Если эта конструкция находится вне электростатического поля, то свет проходит через первый фильтр, поляризуется, поворачивает свою плоскость поляризации на 90 градусов в слое кристаллов и свободно проходит через второй фильтр.

Но если на слой жидких кристаллов подать электростатическое поле, то плоскость поляризации проходящего через них света не повернется на 90 градусов и не пройдет через второй фильтр! Получится «затвор» для света — со стороны будет видно, как внезапно трехслойная конструкция стала темной, непрозрачной.

Более того — если изменять напряженность электростатического поля, то прозрачность слоя из фильтров и кристаллов будет постепенно изменяться! То есть при малой напряженности поля трехслойная конструкция будет лишь слегка замутненной, при средней — достаточно темной, а при сильном поле — полностью непрозрачной. Это и понятно — ведь чем мощнее поле, тем сильнее изменяется структура кристаллов и тем большее количество молекул кристаллов изменяют свою конфигурацию.

В LCD-мониторах используется именно этот эффект. Делается матрица из множества мелких жидкокристаллических ячеек. Каждые несколько (обычно три) стоящих вокруг одного центра ячеек соответствуют одному пикселу изображения. За матрицей и перед ней помещаются поляризационные фильтры с перпендикулярными направлениями поляризации. А к одному из этих фильтров прикрепляется сетка из красных, зеленых и синих светофильтров, каждый из которых точно совмещается с соответствующей ячейкой матрицы. К каждой ячейке матрицы подводится микроэлектрод для создания электростатического поля. А за всем этим сооружением размещается лампа для подсветки (рис. 15.1).

Рис. 15.1. Один элемент жидкокристаллического экрана

В результате, управляя прозрачностью ячеек с жидкими кристаллами с помощью подачи на них электростатического поля, можно формировать изображение. Комбинируя сочетания количества красных, зеленых и синих ячеек в каждой их группе и различную прозрачность каждой ячейки, можно получать различные цвета. Чем больше возможность регулировать напряженность электростатического поля на каждой ячейке, тем больше разных цветов может экран передавать.

Для просмотра изображения на жидкокристаллическом экране не обязательно иметь подсветку. Можно использовать и отраженный свет. Только в этом случае дальний от экрана поляризационный фильтр следует заменить зеркалом. В этом случае вне действия электростатического поля свет пройдет через наружный фильтр, повернется в слое жидких кристаллов на 90 градусов, отразится от зеркала и снова пройдет через кристаллы, и в результате развернется на 180 градусов, что позволит ему вновь пройти через наружный фильтр. А при наличии на кристаллах электростатического поля этого не произойдет.

Используя полупрозрачный дальний от экрана фильтр, можно сочетать работу с задней подсветкой и работу в отраженном свете.

Для того, чтобы получить возможность подавать напряжение на каждую отдельную ячейку с жидкими кристаллами, под жидкокристаллическую матрицу, содержащую эти ячейки, помещается матрица такого же размера из тонкопленочных транзисторов, пропускающих свет. К каждому столбцу и строке транзисторов с края матрицы подводятся электроды. Транзисторы устроены так, что они создают электростатическое поле лишь тогда, когда и на строку, содержащую этот транзистор, и на его столбец будет подано определенное напряжение. Подавая ток на электроды строк и столбцов, можно тем самым управлять каждым транзистором. Процесс преобразования данных, посылаемых видеокартой компьютера, в сигналы транзисторам выполняет специальный преобразователь, встроенный в монитор.

Нетрудно понять все трудности при разработке и производстве жидкокристаллических дисплеев. Во-первых, сделать матрицу с миллионами ячеек с одинаковым качеством нелегко — ведь экран с разрешением 1024*768 точек имеет 786432 точки-пиксела, каждый из которых состоит из трех единиц — красного, зеленого и синего субпикселов. То есть всего в экране такого разрешения должно быть 2359296 (т. е. больше двух миллионов!) жидкокристаллических ячеек. Добиться, чтобы они все полноценно работали, очень трудно — наверняка некоторые из ячеек окажутся дефектными и не будут пропускать свет. Поэтому жидкокристаллические мониторы с большим размером экрана делают из двух-трех отдельных матриц, соединяя их вместе.

Для того, чтобы жидкокристаллический монитор мог передавать оттенки цветов, необходимо точно дозировать напряжение на каждой из ячеек, а транзисторы, предназначенные для этого, покамест не обладают такой возможностью. Кроме того, трудно добиться нормальной яркости изображения, особенно при работе в отраженном свете, — ведь при этом свету надо проходить через множество светофильтров. Поэтому обычный цвет LCD-экрана, работающего в отраженном свете — серый.

В отличие от мониторов на электронно-лучевых трубках среди жидкокристаллических дисплеев нет двух одинаковых. Каждая матрица — уникальна. Поэтому при приобретении такого монитора следует внимательно осматривать каждый предлагаемый экземпляр на предмет качества изображения, количества дефектных ячеек.

Перспективы

В связи с сложностью производства, дороговизной комплектующих и хрупкостью конструкции жидкокристаллические мониторы пока не столь широко распространены, как это хотелось бы пользователям и производителям. Поэтому в последнее время ведутся разработки альтернатив LCD-дисплеям, которые, обладая их достоинствами, в то же время были бы лишены их недостатков. А основные достоинства экранов на жидких кристаллах — малая толщина, полная безвредность и высокое качество изображения. Оно не мерцает, а поэтому дает возможность работать зат монитором очень долго без усталости глаз. Но есть и недостатки — помимо стоимости и сложности, LCD-мониторы обладают слабой контрастностью и невысоким углом обзора: чтобы все цвета на таком экране были переданы правильно, на него необходимо смотреть спереди в упор.