Как работают жидкокристаллические экраны

Телевидение прочно вошло в нашу жизнь. Кажется, сейчас нет такой области техники, где бы в той или иной мере не применялось телевидение. С помощью телевизоров контролируют различные технологические процессы.

Телевидение позволило человеку стать участником событий, происходящих за многие тысячи километров от него. Появилось космическое телевидение — и мы побывали на космической станции «Салют». Подводные телевизионные камеры позволяют нам наблюдать за подводным царством и т. д.

Телевидение прошло большой путь за свою короткую историю. Первые телевизоры с линзами у нашего современника вызывают улыбку. С тех пор выросли размеры экранов, улучшилось качество изображения. Создатели телевизионных приемников (а именно так называются телевизоры) постоянно совершенствуют их, пытаясь создать для нас максимум удобств.

И именно сейчас с созданием интегральных схем, позволяющих сделать электронную часть размерами со спичечный коробок и меньше, пришла очередь взяться за уменьшение объема телевизоров. Действительно, нас, потребителей, уже не устраивают солидные размеры приемников, нам при большом экране хотелось бы иметь малый объем телевизора, чтобы можно было телевизор повесить на стену.

Большим объемом современный телевизор обязан электронно-лучевой трубке, уменьшение толщины которой принципиально ограничено. И вот тут возникает вопрос: если жидкие кристаллы применяются в технике отображения информации, движущихся рекламных табло, нельзя ли их использовать для получения телевизионного экрана, плоского как картина?

Принципиальный ответ положительный, однако пока имеется ряд технологических трудностей, о которых сейчас пойдет речь. Принцип действия телевизионного жидкокристаллического экрана иллюстрируется на рисунке 39. Экран представляет собой опять же нашу старую знакомую — оптическую ячейку.

Выполнена она на сей раз в виде матрицы, похожей на матрицу, используемую для памяти оптических вычислительных машин. На стекла наносятся токопроводящие полоски во взаимно перпендикулярных направлениях (на одном стекле горизонтально, на другом — вертикально). Складывая эти стекла электродами вовнутрь, фиксируя толщину зазора диэлектрическими прокладками и заливая в зазор жидкий кристалл, получаем жидкокристаллический экран.

Такой экран может работать на известном нам эффекте Фредерикса (тогда надо жидкий кристалл сориентировать) либо на эффекте динамического рассеяния. На строку с электронной схемы подается возбуждающий импульс, который готовит эту строку к работе, а на вертикальные электроды одновременно подаются информационные импульсы, формирующие изображение.

В результате все элементы возбужденной строки становятся видимыми одновременно, но яркость изображения обусловлена амплитудой информационных импульсов. Затем такая же «процедура» происходит со следующей строкой и т. д. Записанное изображение на строке должно сохраняться в течение всего кадра.

Время работы одного элемента должно быть порядка микросекунды. Вот здесь нас и подстерегает первая технологическая сложность. Дело в том, что известные сейчас жидкие кристаллы не обладают таким быстродействием электрооптических эффектов. Однако, учитывая большие успехи химиков в синтезе жидких кристаллов, можно не без оснований надеяться, что такие кристаллы будут созданы.

Но если существующие жидкие кристаллы не удовлетворяют общеевропейскому стандарту — 625 элементов в строке, это не означает, что нельзя создать телевизионный экран, содержащий меньше элементов, чем 625. Французские ученые и инженеры создали малогабаритный чернобелый телевизор с числом строк и столбцов по 120, и качество изображения вполне приемлемо.

Несколько позже французов портативный телевизор создали японские специалисты. Экран размером 6 см по диагонали имеет уже 240 х 240 элементов. Причем японские инженеры вмонтировали телевизор в часы, так что жидкие кристаллы позволяют телевизор не только вешать на стену или класть в карман, но и носить на запястье.

Потребность в плоском телевизионном экране можно удовлетворить, следуя другим путем. Вспомним изречение: «Новое — это хорошо забытое старое». Первые телевизоры имели очень маленький экран, чтобы увеличить изображение, использовали обычную линзу.

Оказалось, эту идею можно использовать и сейчас, т. е. создать проекционные устройства на жидких кристаллах, в которых изображение на жидкокристаллическом экране малого размера могло быть спроецировано в увеличенном виде на обычный экран, подобно тому как это происходит в кинотеатре с кадрами кинопленки. Такие устройства могут быть реализованы с помощью жидких кристаллов. Для этого потребовалось небольшое усовершенствование оптической ячейки.