Жидкокристаллический дисплей: что такое LCD и как он работает?

Жидкокристаллический дисплей (англ. liquid crystal display, LCD) - это плоский экран, воспроизводящий изображение при помощи жидких кристаллов. Он может быть как монохромным, так и изображать несколько миллионов цветов. Цветное изображение формируется за счёт RGB-триад (RGB - модель образования цветов из красного, зелёного и синего, англ. red, green, blue соответственно).

Как же построены жидкокристаллические дисплеи?

Дисплей LCD состоит из вертикального и горизонтального взаимно перпендикулярных поляризационных фильтров, между которыми расположены жидкие кристаллы, которые, в свою очередь, управляются прозрачными электродами, соединёнными с процессором управления, и из цветного фильтра; сзади есть источник света (как правило, это две горизонтальные лампы с ярко белым «дневным» светом). Жидкие кристаллы расположены в определённом порядке, создавая мозаику для формирования изображения. Элементарная частица этой мозаики называется субпикселем. Каждый субпиксель состоит из слоя молекул жидких кристаллов.


Поляризационные фильтры – это вещества, пропускающие через себя ту составляющую световой волны, вектор электромагнитной индукции которой лежит в плоскости, параллельной оптической плоскости фильтра. Другая часть потока света не пройдёт через фильтр. При отсутствии жидких кристаллов между взаимно перпендикулярными поляризационными фильтрами именно фильтры и блокировали бы прохождение света.
Поверхность прозрачных электродов, которая контактирует с жидкими кристаллами, обработана для начальной геометрической ориентации молекул в одном направлении. Когда на электроды подают ток, кристаллы пытаются ориентироваться в направлении электрического поля. А когда ток исчезает, силы упругости возвращают жидкие кристаллы в исходное положение. При отсутствии тока субпиксели прозрачные, так как первый поляризатор пропускает только свет с необходимым вектором поляризации. Благодаря жидким кристаллам вектор поляризации света вращается и при прохождении через второй поляризатор он повернут так, что вектор проходит через него без помех. Если разность потенциалов будет такой, что поворот плоскости поляризации в жидких кристаллах не произойдёт, то свет не пройдёт через второй поляризатор и такой субпиксель будет черным. Однако встречается и другой тип работы жидкокристаллических дисплеев. При этом жидкие кристаллы в начальном состоянии ориентированы так, что при отсутствии тока вектор поляризации света не изменяется и блокируется вторым поляризатором. Поэтому пиксель, на который не подаётся ток, будет в таком случае темным. А включение тока, наоборот, возвращает кристаллы в положение, изменяющий вектор поляризации, и свет будет проходить. Таким образом, изменяя электрическое поле, можно изменять геометрическое положение кристаллов, тем самым управляя количеством света, который проходит от источника к нам. Полученное изображение будет монохромным. Для того чтобы оно стало цветным, нужно после второго поляризационного фильтра поставить цветной.

Цветной фильтр – это сетка, которая состоит из мозаики красного, зелёного и синего цветов, расположенных каждый напротив своего субпикселя. В результате получаем матрицу из красных, зелёных и синих субпикселей, расположенных в строго определённом порядке. Три таких субпикселя образуют пиксель. Чем больше пикселей, тем чётче изображение. Как художник смешивает краски, так и процессор управляет субпикселями для получения нужного оттенка цвета. Соотношение яркости каждого из трёх субпикселей создаёт определённый оттенок пикселя, который они формируют. А соотношение яркости всех пикселей формирует цвет и яркость изображения в целом.

Итак, основой формирования изображения на жидкокристаллическом экране является принцип поляризации света. Сами же жидкие кристаллы исполняют роль регулятора, влияя на яркость и оттенок создаваемого изображения.