Жидкокристаллический пиксель

1.

Выполнила: студентка группы ФЕР-203
Урлахер Н.А.

2.

Актуальность:
Жидкие кристаллы (ЖК) – это состояние вещества, характеризуемое одновременно свойствами как жидкостей,
так и кристаллических веществ. Например, жидкие кристаллы текучи как жидкости, но при этом сохраняют
ориентацию молекул наподобие кристаллов.(рис.1)
рис.1
Жидкие кристаллы обладают уникальным свойством - анизотропией. Это загадочное слово обозначает то, что
в зависимости от воздействующих на молекулу сил, жидкий кристалл может вести себя по-разному. Например,
при воздействии электрического поля они меняют свою ориентацию в пространстве - к примеру, передвигаются
на 90 градусов вправо. Именно это свойство и используется в ЖК-дисплеях.
Жидкокристаллический дисплей (ЖКД) - представляет собой тонкое плоское устройство отображения,
составленное из некоторого числа цветных или монохромных пикселей, расположенных перед источником
света или зеркалом.[1]
Жидкокристаллический пиксель – структурный элемент жк-дисплея, который состоит из жк-молекул,
выстроенных между прозрачными электродами, а также из пары поляризационных фильтров с
перпендикулярными друг другу осями полярностей.[1]
[1] https://principraboty.ru/princip-raboty-zhk-monitora/

3.

Следовательно, целью настоящей работы является – получить
жидкокристаллический пиксель.
Для достижения цели были поставлены следующие задачи:
1. Изучить устройство жидкокристаллических дисплееев;
2. Выяснить, что из себя представляет жидкокристаллический пиксель;
3. Разобрать принцип работы жидкокристаллических дисплеев;
4. Получить жидкокристаллический пиксель;
5. Определить сферы применения жидкокристаллических дисплееев.

4.

Устройство жидкокристаллических дисплееев.
На картинке можно увидеть, как работает дисплей. Свет проходит через стекло. Поляризационная плёнка нужна, чтобы
отсеять "ненужный" свет - она делает так, что только свет с определённой ориентацией в пространстве проходит
сквозь неё. Представим, что жидких кристаллов там нет, и свет просто проходит через световой фильтр. Тогда
поглощается свет всех длин волн, кроме красного, а сам красный летит дальше. Но тут он натыкается на препятствие в
виде другой поляризационной плёнки и не может через него пройти - ведь она направлена перпендикулярно первой.
Далее, у нас имеются жидкие кристаллы, которые меняют ориентацию света так, чтобы он полностью прошёл через
вторую поляризационную плёнку. Все это для того, чтобы на входе был белый свет, а на выходе - красный.
Зачем нужно было делать такую большую операцию? Чтобы получить чистый, красивый и хороший свет красного
цвета. Если вы просто поставите цветовой фильтр, то свет будет неоднородным, а значит, нечётким - картинка просто
будет расплываться. Чтобы вы понимали - это лишь одна ячейка. Таким же образом создаются синий и зелёный свет.
Это - жидкокристаллические пиксели. Далее - классическая схема смешения цветов. RGB - смешение красных,
зелёных и синих пикселей. Чем больше поставите их, тем больше будет разных оттенков.[2]
[2] https://dzen.ru/media/scienceeveryday/kak-rabotaet-jidkokristallicheskii-monitor-i-kakie-ekrany-budut-v-buduscem

5.

Жидкокристаллический пиксель.
Основной структурный элемент ЖК-дисплея — это
пиксель. В структуре изображения пиксели
расположены по строкам и столбцам, как значения в
стандартной таблице. 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.[3]
[3] https://ichip.ru/sovety/kak-rabotaet-zhk-displejj-prosto-o-slozhnom-198532

6.

Принцип работы ЖК- дисплеев.
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.[4]
[4] https://ichip.ru/sovety/kak-rabotaet-zhk-displejj-prosto-o-slozhnom-198532

7.

Если же подать на электроды определенное напряжение, то под его воздействием жидкие кристаллы
поворачиваются в одно и то же положение перпендикулярно вертикальной пластинке.(рис.4) 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.
рис.4
Представим 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.[5]
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.
[5] https://ichip.ru/sovety/kak-rabotaet-zhk-displejj-prosto-o-slozhnom-198532

8.

Получение жидкокристаллического пикселя
Материалы
Поливиниловый спирт
4’-пентил-4-дифенилкарбонитрил
Оборудование
Вода, чашка Петри, конфорка, стеклянная мешалка
Проводящее стекло
Хлопчатобумажная ткань, салфетка
Пластиковая упаковка и ножницы
Скрепки
Капиллярные трубки
Поляризационные фильтры
Зажимы типа "крокодил"
Батарея 9 В и защелка аккумулятора
[6] https://education.mrsec.wisc.edu/preparation-of-a-liquid-crystal-pixel/

9.

1. Для начала, необходимо растворить поливиниловый спирт
в воде, нагревая по мере необходимости.
2. Далее, используем горячую плиту для выпаривания
раствора поливинилового спирта на проводящей стороне
куска стекла FTO. Подготовили две части.
3. Протерли слой ПВА хлопчатобумажной тканью, сохраняя
одно и то же направление для каждого штриха. Убедились в
том, что на одном краю стекла нет ПВА, протерев его
влажной салфеткой. Ориентация штриха для второго
элемента должна быть перпендикулярна ориентации
штриха для первого элемента. Стекло должно быть покрыто
ПВА, за исключением одного края.
http://www.youtube.com/watch?v=mx_tbY211TQ

10.

5. Отрезали две полоски полиэтиленовой пленки. Используя
пластиковую пленку в качестве прокладки, собрали квадраты из
офсетного стекла с ПВА внутри и непокрытым краем, выходящим
за пределы сэндвича, чтобы обеспечить электрическое соединение
с каждым кусочком стекла.
6.Далее зажали с помощью скрепок.
7. Затем, использовали капиллярное действие для переноса
жидкого кристалла 4 ’-пентил-4-дифенилкарбонитрила в
капиллярную трубку. Перенесли жидкий кристалл из капиллярной
трубки в пространство между стеклянными пластинами.
http://www.youtube.com/watch?v=mx_tbY211TQ

11.

8. Таким образом, получили два поляризационных
фильтра. Скрещенные поляризаторы не пропускают свет.
9.Добавили скрещенные поляризаторы, по одному с каждой
стороны, просунув их под скрепки.
10. Циклически включали и выключали пиксель, подключая и
отсоединяя 9-вольтовую батарею.
Все шаги работы более подробно показаны на видео по указанной
ссылке.
http://www.youtube.com/watch?v=mx_tbY211TQ

12.

Сферы применения жидкокристаллических дисплееев(пикселей).
ЖК-дисплеи используются в широком спектре применений, включая ЖК-
телевизоры, компьютерные мониторы, приборные панели, дисплеи кабины
самолета, а также внутренние и наружные вывески.
Небольшие жидкокристаллические экраны широко распространены
в жидкокристаллических проекторах и портативных потребительских устройствах,
таких как цифровые фотоаппараты, часы, цифровые часы, калькуляторы и
мобильные телефоны, включая смартфоны. [7]
[7] https://en.wikipedia.org/wiki/Liquid-crystal_display#Quality_control

13.

Таким образом на основании проведенных исследований, были
получены следующие результаты:
1. Изучили устройство жидкокристаллических дисплееев;
2. Выяснили, что из себя представляет жидкокристаллический пиксель;
3. Разобрали принцип работы жидкокристаллических дисплеев;
4. Получили жидкокристаллический пиксель;
5. Определили сферы применения жидкокристаллических дисплееев.