Image115 (2)

B To warto wiedzieć

B To warto wiedzieć

kryształ

Rys.13

tanie, a parametry na tyle dobre, że w grę weszło zastosowanie ich w telewizorach i monitorach do komputerów desktop. Nastąpiło to jednak dopiero na przełomie tysiąclecia.

Dzisiaj, w roku 2005 plaski monitor jest standardowym wyposażeniem nowego komputera, a coraz więcej osób zastanawia się nad kupnem telewizora LCD. Ponadto praktycznie wszystkie małe kolorowe wyświetlacze w telefonach komórkowych, cyfrowych aparatach fotograficznych i podobnym sprzęcie to różnego rodzaju wyświetlacze LCD.

Warto przyjrzeć się bliżej tego typu wyświetlaczom i zasadom ich działania.

Rozwiązania

Analizując działanie wyświetlaczy ciekłokrystalicznych, warto pamiętać, czym są w istocie te ciekłe kryształy i jakie ich właściwości są wykorzystywane. Otóż na pewno ciekłe kryształy nie świecą własnym światłem. Nic są to substancje wytwarzające światło, tylko zmieniające swoje właściwości optyczne. Znanych jest wiele odmian ciekłych kryształów, a ich wspólna cechą jest występowanie dziwnego, czwartego stanu skupienia. Istnieją ciekłe kryształy, które w tym czwartym stanic są nieprzezroczyste, a po przekroczeniu pewnej temperatury stają się całkowicie przezroczyste. lak zachowywała się substancja, badana w XIX wieku przez F Reinitzera. Krystaliczny benzoesan cholesterolu w temperaturze 145.5°C topi się i staje się mlecznobiałą cieczą, która w temperaturze 178,5°C nagle staje się całkow icie przezroczysta.

Takie właściwości są jednak nieprzydatne do budowy wyświetlaczy. Po pierwsze, dokonuje się tam zmiana przezroczystości (męt-na/przezroczysta ciecz), po drugie, następuje to pod wpływem zmian temperatury. Wykorzystywano to do pomiarów temperatury, jednak w wyświetlaczach zmiana właściwości ma następować pod wpływem sygnału elektrycznego, a zmiany właściwości me mogą polegać na zmętnieniu cieczy, ponieważ przemiany między mętną, ale jasną, oraz przezroczystą cieszą nie umożliwiłyby uzyskania kontrastowego obrazu. Konstrukcja użytecznych wyświetlaczy stała się możliwa po odkryciu ciekłych kryształów o jeszcze innych specyficznych cechach. Po pierwsze, zmiana właściwości musiała następować pod wpływem pola elektrycznego, po drugie, zmiana właściwości optycznych nie miała polegać na mętnieniu substancji, tylko na czymś na pozór bardzo egzotycznym.

W skrócie chodzi o to, że zwykła ciecz ma właściwości optyczne izotropowe, czyli niezależne od kierunku rozchodzenia się światła. Natomiast interesujące nas ciekłe kryształy mają właściwości anizotropowe, czyli zależne od kierunku rozchodzenia się światła. I właśnie zmiany sygnału elektrycznego powodują w nich zmiany optycznych właściwości kierunkowych substancji czynnej. Obecnie znane są setki substancji, które charakteryzują się występowaniem mezofazy (ciekłego kryształu), a substancje czynne stosowane we współczesnych wyświetlaczach nie są już jednorodnym związkiem chemicznym, tylko starannie dobraną mieszaniną kilku czy raczej kilkunastu substancji, zapewniających pożądane właściwości.

Do budowy współczesnych wyświetlaczy wykorzystywane są przede wszystkim tak zwane ciekłe kryształy ncmatycznc (nematic LC lub twisted nematic LC). Nazwa nematic pochodzi od greckiego słowa oznaczającego włókna, wątek, nici, przędzę Naukowcy oprócz odmiany ncmatyczncj wyróżniają jeszcze inne: smcktyczną (mydlaną), cholestyczną i dyskową. Rysunek 13 pokazuje w uproszczeniu strukturę wewnętrzną kryształów (w pełni uporządkowaną) i cieczy (zupełny brak uporządkowania) oraz ciekłych kryształów (częściowe uporządkowanie różnego rodzaju). Można sobie wyobrazić, że w nośniku (cieczy ) są zawarte podłużne molekuły (włókna) o niejednorodnym rozłożeniu ładunku elektrycznego, i właśnie z uwagi na to niejednorodne rozłożenie ładunku molekuły te zależnie od obecności zewnętrznego pola elektrycznego zostaną ustawione w jednym kierunku albo stworzą nieuporządkowaną ciecz. Czyli pole elektryczne zmieni właściwości optyczne substancji czynnej. Nie oznacza to jednak, że ciekłe kryształy stosowane w wyświetlaczach przepuszczają światło lub nie przepuszczają światła.

Trzeba wyraźnie podkreślić. że zmiany me polegają na zmianach

Rys. 14

przezroczystości. Zmiana właściwości jest znacznie bardziej subtelna. Zgodnie z nazwą twisted nematic LC. przy braku zewnętrznego pola elektrycznego substancja jest „prawdziwym” ciekłym kryształem i powoduje nic tylko obrot i skręcenie wewnętrznych „włókien”. ale co najważniejsze, „skręcenie” polaryzacji św iatła przechodzącego przez len ciekły kryształ. Natomiast podanie odpowiednio silnego pola elektrycznego powoduje, że substancja czynna przestaje być ciekłym kryształem i staje się zwyczajną cieczą, która nie ma właściwości skręcania polaryzacji przechodzącego światła. Praktyczne wykorzystanie tej subtelnej właściwości jest możliwe tylko przy zastosowaniu światła spolaryzowanego. „Zwykłe” światło to mieszanka fal elektromagnetycznych. drgających w różnych płaszczyznach. Od dawna znane są jednak filtry, które przepuszczają światło o jednym kierunku drgań. Są to tak zwane filtry polaryzacyjne lub polaryzujące - w skrócie polaryzatory. Nieuporządkowana wiązka „zwykłego światła” po przejściu przez polaryzator zawiera wyłącznic fale drgające w jednym kierunku. Pozostałe zostają odfiltrowane (co przy okazji oznacza też, ze taki filtr przepuszcza co najwyżej 50% światła). I dopiero w'e współpracy

ciekle kryształy

66 Sierpień 2005 Elektronika dla Wszystkich