Теоретические основы и принципы работы ЖКИ

Жидкокристаллические индикаторы (ЖКИ) управляют отражением и пропусканием света для создания изображений цифр, букв, символов и т.д. В отличии от светодиодов, жидкокристаллические индикаторы не излучают свет.

Основу ЖКИ составляют жидкие кристаллы (ЖК), молекулы которых упорядоченны послойно определенным образом между двумя стеклянными пластинами. В каждом слое сигарообразные молекулы ЖК выстраиваются в одном направлении, их оси становятся параллельны (рис.1).

Рис. 1 - Один слой молекул ЖК. Все молекулы параллельны друг другу.

Стеклянные пластины имеют специальное покрытие, такое что направленность молекул в двух крайних слоях перпендикулярна. Ориентация каждого слоя ЖК плавно изменяется от верхнего к нижнему слою, формируя спираль (рис. 2). Эта спираль "скручивает" поляризацию света по мере его прохождения через дисплей.

 

Рис. 2 - Несколько слоев молекул ЖК, упорядоченные так, что поляризованный свет "скручивается", проходя через них.
Молекулы в разных слоях выстраиваются по спирали.

Под действием электрического поля молекулы ЖК переориентируются параллельно полю. Этот процесс называется твист-нематическим полевым эффектом (twisted nematic field effect, TNFE). При такой ориентации поляризация света не скручивается при прохождении через слой ЖК (рис. 3а и 3б). Если передний поляризатор ориентирован перпендикулярно заднему, свет пройдет через включенный дисплей, но заблокируется задним поляризатором. В этом случае ЖКИ действует как заслонка свету.

Отображение различных символов достигается избирательным травлением проводящей поверхности, предварительно созданной на стекле. Не вытравленные области становятся символами, а вытравленные - фоном дисплея.

Рис - 3а. "Выключенное" состояние ЖКИ.
ЖК молекулы формируют спираль, скручивая поляризацию света.

Рис - 3б."Включенное" состояние.
Электрическое поле переориентирует ЖК молекулы так, что они не изменяют поляризацию света.

Символы создаются из одного или нескольких сегментов. Каждый сегмент может быть адресован (запитан) идивидуально, чтобы создать отдельное электрическое поле. Таким образом прохождение света управляется электрически, включая и отключая необходимые сегменты. В неактивной части дисплея направленность молекул остается спиральной, формируя фон. Запитанные сегменты составляют символы, контрастирующие с фоном.

В зависимости от ориентации поляризатора, ЖКИ может отображать позитивное или негативное изображение. В дисплее с позитивным изображением передний и задний поляризатор перпендикулярны друг другу, так что незапитанные сегменты и фон пропускают свет с измененной поляризацией, а запитанные препятствуют прохождению света. В результате - темные символы на светлом фоне.
В дисплее с негативным изображением поляризаторы параллельны, "в фазе", препятствуют прохождению света с повернутой поляризацией, так что незапитанные символы и фон темные, а запитанные - светлые.
Рефлективный ЖКИ (reflective LCD) имеет отражатель (рефлектор) за задним поляризатором, который отражает свет, прошедший через незапитанные сегменты и фон. В негативных рефлективных дисплеях свет отражается через запитанные, "включенные" сегменты. Трансмиссивные дисплеи (transmissive LCD) используют те же принципы, но фон или сегменты становятся ярче за счет использования задней подсветки.

Рис. 4 - Основные компоненты и конструкция рефлективного ЖКИ.

РЕЖИМЫ ОТОБРАЖЕНИЯ ЖКИ

Режимы от ображения ЖКИ определяют то, как индикатор управляет светом для создания изображения. Чтобы выбрать оптимальный режим для конкретного приложения необходимо рассмотреть типичные условия освещения индикатора (см. таблицу 1).

Таблица 1

Режимы отображения ЖКИ

Режим отображения Изображение Применение Прямой солнечный свет Офисное освещение Приглушенный свет Очень слабый свет Рефлективный позитивный Темные сегменты на светлом фоне Без подсветки. Обеспечивает лучший фронтальный контраст и стабильность. Великолепно Очень хорошо Плохо Очень плохо Трансфлективный позитивный Темные сегменты на сером фоне Может освещаться отраженным внешним светом или подсветкой Великолепно (без подсветки) Хорошо (без подсветки) Хорошо (подсветка) Очень хорошо (подсветка) Трансфлективный негативный Светло-серые сегменты на темном фоне Требуется яркое освещение или подсветка. Часто используется с цветным трансфлектором (полупрозрачный отражатель) Хорошо (без подсветки) Хорошо (без подсветки) Хорошо (подсветка) Очень хорошо (подсветка) Трансмиссивный позитивный Темные сегменты на подсвеченном фоне Разработан для плохих условий освещения, возможно использование при внешнем освещении Хорошо (без подсветки) Хорошо (подсветка) Очень хорошо (подсветка) Великолепно (подсветка) Трансмиссивный негативный Подсвеченные сегменты на темном фоне Не может быть использован без подсветки Плохо (подсветка) Хорошо (подсветка) Очень хорошо (подсветка) Великолепно (подсветка)