Как работают жидкие кристаллы, если просто?

Жидкокристаллические экраны и дисплеи – технология далеко не новая, но многие из нас даже представить себе не могут, что такое жидкий кристалл. 

Действительно! Жидкий кристалл – это что-то типа соленого сахара или мягкого твёрдого, или зеленого красного. Из курса физики многие помнят, что существует три агрегатных состояния вещества. На самом деле, вопрос тут далеко не однозначный. Но нам сейчас достаточно помнить именно про три таких состояния. 

Твёрдое тело, представленное образцом с кристаллической структурой не может быть жидким! Ведь кристаллическая структура подразумевает строгое упорядочивание частичек. Жидкость же напротив – имеет в структуре связанные частички, но не имеет упорядоченной структуры. Как тогда жидкость может кристаллической? Если, конечно же, она не замерзнет.

В общем-то, ученые тоже так подумали. А потому существование жидких кристаллов довольно долго отрицалось научным сообществом, пока не было доказано опытным путём. 

Жидкие кристаллы (или liquid crystals) – это фазовое состояние вещества, в которое переходят только некоторые из веществ при определённых условиях (температура, давление, концентрация в растворе). Они обладают одновременно свойствами как жидкостей (текучесть), так и кристаллов (анизотропия).

Жидкий кристалл представляет собой молекулу определенной формы и с определенными параметрами, которая умеет менять свои характеристики при воздействии электрического тока.

Принцип действия устройств с использованием жидких кристаллов основан на том, что молекулы жидких кристаллов умеют поворачиваться в электрическом поле. Ну а наследованные свойства от твердых кристаллических тел и анизотропия, позволяют по разному работать со светом. Речь идёт про оптическую анизотропию. Поворот кристалла приводит к изменению его отражающей способности и проницаемости для света. Жидкие кристаллы, использующиеся в дисплеях, состоят из стержнеобразных молекул. Они расположены параллельно друг другу. Но между тем, они могут течь подобно жидкости. Процесс их течения может регулироваться подачей электрического тока. 

Чем это интересно для нас? 

Тем, что расположив такие жидкие кристаллы внутри экрана, мы получаем панель, которая может выводить изображение посредством воздействия электрического тока на жидкий кристалл. Под воздействием напряжения, которое подается на проводники, впаянные в экран, на нём появится изображение, состоящее из микроскопических точек.

Для того, чтобы понимать, как формируется изображение, нужно понимать как объекты взаимодействуют со светом и почему мы вообще их видим? Откуда берется цвет изображения и знать прочие основы физической оптики.

Напомним, что изображение формируется благодаря взаимодействию световых лучей с веществом. Если сильно упрощать описание процесса, то любой цвет – это световая волна, которая отразилась от поверхности вещества, и, провзаимодействовав с ним, обрела определенную длину волны. Изменение длины отраженной волны определяет цвет. Ну а сами очертания объектов – это зона, от которой свет смог отразиться. Значит, просто перевернув расположение кристалла, мы можем определить его цвет и вообще способность пропускать световые лучи.

Теперь представим, что нам нужно получить изображение на экране и используется технология жидких кристаллов. Для простоты понимания представим, что изображение у нас монохромное, как на калькуляторе. Оно бесцветное и состоит по сути из черного и белого (прозрачного цвета). Пока на экране нет изображения, жидкие кристаллы находятся в таком состоянии, что свет проходит их насквозь. Сами кристаллы буквально “налиты” во внутреннее пространство экрана. Поэтому, если разбить ЖК экран, то вы увидите, что он заплывает и появляются черные разводы. Это и есть жидкие кристаллы, которые приняли вдруг отражающее положение. 

Сами жидкие кристаллы рассеяны по внутреннему пространству экрана и находятся в неотражающем положении. Подадим на такой экран напряжение и жидкие кристаллы перегруппируются и переориентируются в такое положение, что не будут пропускать свет и будут отражать его полностью. Подавая напряжение на нужные зоны мы можем формировать изображение на экране. Остается организовать систему управления подачи электрического тока на нужные зоны экрана. Так мы сможем точками рисовать нужную картинку или циферку.