Номер 1, страница 178 - гдз по физике 10 класс учебник Кабардин, Орлов

1. Принцип действия приборов, в которых используются жидкие кристаллы.

1. Принцип действия приборов, в которых используются жидкие кристаллы.

Принцип действия большинства приборов, использующих жидкие кристаллы (ЖК), таких как жидкокристаллические дисплеи (мониторы, телевизоры, экраны смартфонов, калькуляторы), основан на способности этих веществ управлять прохождением света, изменяя свои оптические свойства под воздействием электрического поля.

Свойства жидких кристаллов

Жидкие кристаллы — это особое фазовое состояние вещества, промежуточное между твёрдым кристаллом и жидкостью. Они обладают текучестью, подобно жидкости, но при этом их молекулы (часто имеющие вытянутую, палочкообразную форму) способны сохранять определённый порядок в ориентации, подобно кристаллам. Это свойство называется анизотропией. Самое важное для технологий свойство жидких кристаллов — это их способность изменять ориентацию молекул под действием внешнего электрического поля, что, в свою очередь, влияет на то, как через них проходит поляризованный свет.

Структура и принцип работы ячейки ЖК-дисплея

Основным элементом ЖК-экрана является ячейка, которая работает как световой клапан. Она состоит из нескольких слоев. Снаружи находятся два поляризационных фильтра (поляризатора), оси поляризации которых обычно перпендикулярны друг другу. Между ними заключен слой жидких кристаллов, который помещен между двумя стеклянными пластинами с нанесенными на них прозрачными электродами. На внутреннюю поверхность стекол нанесен специальный ориентирующий слой с микроскопическими бороздками, который задает начальное направление молекулам ЖК у поверхности.

Рассмотрим самый распространенный, твист-нематический (TN) эффект:

Состояние «ОТКРЫТО» (нет напряжения, пиксель светится)

В этом состоянии на электроды не подается напряжение. Ориентирующие слои на двух стеклянных пластинах расположены так, что заставляют молекулы жидкого кристалла у одной поверхности выстроиться, например, горизонтально, а у другой — вертикально. В результате между пластинами молекулы образуют плавную спиральную структуру, поворачиваясь на 90 градусов. Свет от источника подсветки проходит через первый поляризатор и становится поляризованным (например, по вертикали). Проходя через спиральную структуру жидких кристаллов, плоскость поляризации света также плавно поворачивается на 90 градусов. Когда свет достигает второго поляризатора, его плоскость поляризации (теперь горизонтальная) совпадает с осью пропускания этого поляризатора. В результате свет проходит через него, и мы видим светлый пиксель.

Состояние «ЗАКРЫТО» (подано напряжение, пиксель темный)

Когда на прозрачные электроды подается напряжение, возникает электрическое поле, перпендикулярное плоскости экрана. Молекулы жидкого кристалла, обладая диэлектрической анизотропией, выстраиваются вдоль силовых линий этого поля. Спиральная структура разрушается. Теперь поляризованный после первого фильтра свет проходит через слой жидких кристаллов, не меняя своей поляризации. Он достигает второго поляризатора, ось которого перпендикулярна плоскости поляризации света. Второй поляризатор полностью блокирует этот свет, и пиксель становится темным.

Формирование изображения

Регулируя величину напряжения, подаваемого на ячейку, можно управлять углом наклона молекул и степенью поворота плоскости поляризации света. Это позволяет изменять интенсивность проходящего света и создавать различные уровни яркости (оттенки серого). Для получения цветного изображения каждый пиксель на экране состоит из трех меньших субпикселей, перед которыми установлены светофильтры красного, зеленого и синего (RGB) цветов. Контролируя яркость каждого из трех субпикселей, можно получить на экране практически любой цвет.

Ответ: Принцип действия приборов на жидких кристаллах основан на управлении поляризованным светом. Ячейка жидкого кристалла, расположенная между двумя перпендикулярными поляризаторами, работает как световой клапан. Без электрического поля спиральная структура жидких кристаллов поворачивает плоскость поляризации света, позволяя ему пройти через систему, и пиксель светится. Под действием электрического поля спираль разрушается, поворот поляризации не происходит, и второй поляризатор блокирует свет, делая пиксель темным. Управление напряжением позволяет создавать полутона, а использование цветных фильтров — полноцветное изображение.