Жидкокристаллический дисплей: устройство и применение¶

Жидкокристаллический дисплей — устройство отображения информации, принцип работы которого основан на изменении оптических свойств жидких кристаллов под действием электрического поля. Относится к классу плоских панелей и применяется в телевизорах, мониторах, ноутбуках, смартфонах, измерительных приборах и промышленной индикации.

¶История

Жидкие кристаллы открыл австрийский ботаник Фридрих Рейнитцер в 1888 году, изучая производные холестерина. Термин предложил немецкий физик Отто Леман. В 1968 году американская компания RCA продемонстрировала первый рабочий ЖК-дисплей, использовавший эффект динамического рассеяния. В 1971 году компания Hoffmann-La Roche запатентовала стабильные при комнатной температуре смеси кристаллов на основе цианобифенилов, что сделало массовое производство практически возможным. Первые серийные изделия — калькуляторы и электронные часы — появились в 1970-х годах. В 1990-х началось производство цветных матриц для ноутбуков, а с середины 2000-х ЖК-панели вытеснили электронно-лучевые трубки из большинства областей.

¶Устройство

Типовая панель представляет собой многослойную структуру:

• Подсветка — источник света (светодиоды, ранее — люминесцентные лампы).
• Поляризационные фильтры — два плёнчатых поляризатора, плоскости пропускания которых обычно взаимно перпендикулярны.
• Стеклянные подложки с прозрачными электродами из оксида индия-олова.
• Слой жидкого кристалла толщиной несколько микрометров.
• Цветные светофильтры (в цветных матрицах) — субпиксели красного, зелёного и синего цветов.
• Тонкоплёночные транзисторы (TFT) — управляющие элементы активной матрицы.

Молекулы жидкого кристалла ориентируются вдоль заданного направления. При подаче напряжения ориентация меняется, и слой поворачивает плоскость поляризации проходящего света. Интенсивность свечения субпикселя регулируется амплитудой напряжения: чем сильнее поворот, тем больше света проходит через второй поляризатор.

¶Типы матриц

Управление бывает пассивным (матрица прямого или мультиплексного управления) и активным (каждый пиксель имеет собственный транзистор). Активная матрица обеспечивает высокое быстродействие и контраст.

¶Характеристики

Ключевые параметры: разрешение, размер по диагонали, соотношение сторон, яркость (кд/м²), контрастность, время отклика (мс), частота обновления (Гц), углы обзора, цветовой охват. Современные панели обеспечивают разрешение до 8K, частоту до 500 Гц и время отклика менее 1 мс.

¶Применение

• Телевизоры и мониторы.
• Ноутбуки, планшеты, смартфоны.
• Промышленные и автомобильные дисплеи, приборные панели.
• Медицинское и измерительное оборудование.
• Электронные ценники, вывески, информационные табло.
• Проекторы (в качестве светомодулирующих матриц).

¶Преимущества и ограничения

К достоинствам относят малую толщину и массу, низкое энергопотребление, отсутствие мерцания и геометрических искажений, долгий срок службы. Основные недостатки: ограниченные углы обзора у простых матриц, зависимость контраста от подсветки, невозможность получить абсолютно чёрный цвет (кроме локального затемнения), а также чувствительность к низким температурам.