Принцип действия ЖК-мониторов

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И  НАУКИ Р.Ф.

ЧЕРЕПОВЕЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  УНИВЕРСИТЕТ

ИНСТИТУТ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ.

 

 

 

Курсовая работа:

« ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ»                            ЖК-МОНИТОРОВ

 

 

 

 

 

 

                                                                          Выполнила: Гарцева Ю.С.

                                                                                        студентка группы 1Ф-31

                                                                             Руководитель: Максимова О.Г.

                                                                                  «22»декабря 2009 года

 

 

 

               

 

  ЧЕРЕПОВЕЦ 2009/2010

ОГЛАВЛЕНИЕ:

ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………………3

ГЛАВА 1 Открытие жидких кристаллов………………………………………4

1.1.  Четвертое агрегатное состояние вещества – мегафаза………………….4

 1.2.   Явление двупреломления…………………………………………………6

  1.3.  Небычные электрические свойства жидких кристаллов………………7

  1.4. Применение жидких кристаллов…………………………………………9

ГЛАВА 2 «Жидкокристаллические  матрицы.»……………………………….10

  2.1.Работа ЖК-матриц…………………………………………………………10

  2.2.Виды матриц:……………………………………………………………….11

         2.2.1. TN+film………………………………………………………………12

         2.2.2. S-IPS………………………………………………………………….14

         2.2.3. MVA/PVA……………………………………………………………16

ГЛАВА 3: Управление жидкими кристаллами………………………………..19

  3.1.Как работают жидкие кристаллы………………………………………….19

  3.2.Метод управления жидкими кристаллами………………………………..19

  3.3. Запоминающий конденсатор……………………………………………...20

ГЛАВА 4:  TFT -ТЕХНОЛОГИИ……………………………………………….21

   4.1. Что такое TFT?.............................................................................................21

  4.2.Стеклянная подложка, подложка TFT и подложка цветового фильтра.22

  4.3. Как работает жидкокристаллический  индикатор на TFT……………….22

  4.4. Основа структуры TFT-ЖКИ……………………………………………..23

  4.5. Регулирование потока света………………………………………………23

  4.6. Формирование цвета………………………………………………………24

ГЛАВА 5: LCD-технологии……………………………………………………..25

ЗАКЛЮЧЕНИЕ: Преимущества и недостатки ЖК-мониторов………………29

ЛИТЕРАТУРА…………………………………………………………………...31

 

 

ВВЕДЕНИЕ

Монитор (дисплей) компьютера – это  устройство, предназначенное для  вывода на экран текстовой и графической  информации. Его можно смело назвать  самой важной частью персонального  компьютера. С экраном монитора мы постоянно контактируем во время  работы. От его размера и качества зависит, насколько будет комфортно  нашим глазам. Монитор должен быть максимально безопасным для здоровья по уровню всевозможных излучений. Также  он должен обеспечивать возможность  комфортной работы, предоставляя в  распоряжение пользователя качественное изображение. До пятидесятых годов  компьютеры выводили информацию только на печатающие устройства. В то время  компьютеры часто оснащали осциллографами, которые, однако использовались не для вывода информации, а для проверки электронных цепей вычислительной машины. Впервые в 1950 году в Кембриджском университете (Англия) электронно-лучевая трубка осциллографа была использована для вывода графической информации на компьютере EDASC (Electronic Delay Storage Automatic Computer). Через полтора года английский ученый Кристофер Стретчи написал для компьютера «Марк 1» программу, игравшую в шашки и выводившую информацию на экран. Реальный прорыв в представлении графической информации на экране монитора произошел в Америке в рамках военного проекта на базе компьютера «Вихрь». Данный компьютер использовался для фиксации информации о вторжении самолетов в воздушное пространство США. Первая демонстрация «Вихря» прошла 20 апреля 1951 года – радиолокатор посылал информацию о положении самолета компьютеру, и тот передавал на экран положение самолета-цели, которая изображалась в виде точки и буквы T (target). Это был первый крупный проект, в котором электронно-лучевая трубка использовалась для отображения графической информации.

 

ГЛАВА1.  «Открытие жидких кристаллов»

1.1.  Четвертое агрегатное состояние вещества - мегафаза

Жидкий кристалл – это специфическое агрегатное состояние вещества, в котором оно проявляет одновременно свойства кристалла и жидкости. Сразу надо оговориться, что далеко не все вещества могут находиться в жидкокристаллическом состоянии. Большинство веществ может находиться только в трех, всем хорошо известных агрегатных состояниях: твердом или кристаллическом, жидком и газообразном.

Оказывается,   некоторые органические вещества, обладающие сложными молекулами, кроме трех названных состояний, могут образовывать четвертое агрегатное состояние — жидкокристаллическое.  Это состояние осуществляется при плавлении кристаллов некоторых веществ. При их плавлении образуется жидкокристаллическая фаза,  отличающаяся от обычных жидкостей. Эта фаза существует в интервале от температуры плавления кристалла до некоторой более высокой температуры, при нагреве до которой жидкий кристалл переходит в обычную жидкость.

Чем же жидкий кристалл  отличается от жидкости и обычного кристалла и чем похож на них? Подобно обычной жидкости, жидкий кристалл обладает текучестью и принимает форму сосуда, в который он помещен. Этим он отличается от известных всем кристаллов. Однако, несмотря на это свойство, объединяющее его с жидкостью, он обладает свойством, характерным для кристаллов. Это - упорядочение в пространстве молекул, образующих кристалл. Правда, это упорядочение не такое полное, как в обычных кристаллах, но, тем не менее, оно существенно влияет на свойства жидких кристаллов, чем и отличает их от обычных жидкостей. Неполное пространственное упорядочение молекул, образующих жидкий кристалл, проявляется в том, что в жидких кристаллах нет полного порядка в пространственном расположении центров тяжести молекул, хотя частичный порядок может быть. Это означает, что у них нет жесткой кристаллической решетки. Поэтому жидкие кристаллы, подобно обычным жидкостям, обладают свойством текучести.

Обязательным свойством жидких кристаллов, сближающим их с обычными кристаллами, является наличие порядка пространственной ориентации молекул. Такой порядок в ориентации может проявляться, например, в том, что все длинные оси молекул в жидкокристаллическом образце ориентированы одинаково. Эти молекулы должны обладать вытянутой формой. Кроме простейшего названного упорядочения осей молекул, в жидком кристалле может осуществляться более сложный ориентационный порядок молекул.

В зависимости от вида упорядочения осей молекул жидкие кристаллы разделяются  на две разновидности: нематические, смектические

Нематические жидкие кристаллы

 В этих кристаллах отсутствует дальний порядок в расположении центров тяжести молекул, у них нет слоистой структуры, их молекулы скользят непрерывно в направлении своих длинных осей, вращаясь вокруг них, но при этом сохраняют ориентационный порядок: длинные оси направлены вдоль одного преимущественного направления. Они ведут себя подобно обычным жидкостям. Нематические фазы встречаются только в таких веществах, у молекул которых нет различия между правой и левой формами, их молекулы тождественны своему зеркальному изображению (ахиральны). Примером вещества, образующего нематический ЖК, может служить N-(пара-метоксибензилиден)-пара-бутиланилин.

 

Смектические жидкие кристаллы

Смектические жидкие кристаллы имеют слоистую структуру, слои могут перемещаться друг относительно друга. Толщина смектического слоя определяется длиной молекул (преимущественно, длиной парафинового  «хвоста»), однако вязкость смектиков значительно выше чем у нематиков и плотность по нормали к поверхности слоя может сильно меняться. Типичным является терефтал-бис(nара-бутиланилин):

1.2. Явление двупреломления

Исследования по физике жидких кристаллов и их применениям в настоящее время ведутся широким фронтом во всех наиболее развитых странах мира. Отечественные исследования сосредоточены как в академических, так и отраслевых научно-исследовательских учреждениях и имеют давние традиции. Широкую известность и признание получили выполненные еще в тридцатые годы в Ленинграде работы В.К. Фредерикса к В.Н. Цветкова. В последние годы бурного изучения жидких кристаллов отечественные исследователи также вносят весомый вклад в развитие учения о жидких кристаллах в целом и, в частности, об оптике жидких кристаллов. Так, работы И.Г. Чистякова, А.П. Капустина, С.А. Бразовского, С.А. Пикина, Л.М. Блинова и многих других советских исследователей широко известны научной общественности и служат фундаментом ряда эффективных технических приложений жидких кристаллов.

Существование жидких кристаллов было установлено очень давно, а именно в 1888 году, то есть почти столетие назад. Хотя учёные и до 1888 года сталкивались с данным состоянием вещества, но официально его открыли позже.

Первым, кто обнаружил жидкие кристаллы, был австрийский ученый-ботаник Рейнитцер. Исследуя новое синтезированное им вещество холестерилбензоат, он обнаружил, что при температуре 145°С кристаллы этого вещества плавятся, образуя мутную сильно рассеивающую свет жидкость. При продолжении нагрева по достижении температуры 179°С жидкость просветляется, т. е. начинает вести себя в оптическом отношении, как обычная жидкость, например вода. Неожиданные свойства холестерилбензоат обнаруживал в мутной фазе. Рассматривая эту фазу под поляризационным микроскопом, Рейнитцер обнаружил, что она обладает двупреломлением.  Это означает, что показатель преломления света, т. е скорость света в этой фазе, зависит от поляризации.

Явление двупреломления это типично кристаллический эффект, состоящий в том, что скорость света в кристалле зависит от ориентации плоскости поляризации света. Существенно, что она достигает экстремального максимального и минимального значений для двух взаимно ортогональных ориентаций плоскости поляризации. Разумеется, ориентации поляризации, соответствующие экстремальным значениям скорости свете в кристалле, определяются анизотропией свойств кристалла и однозначно задаются ориентацией кристаллических осей относительно направления распространения света.)

1.3. Небычные электрические свойства жидких кристаллов.

Современный этап изучения жидких кристаллов, который начался в 60-е годы и  придал науке о жидких кристаллах сегодняшние формы, методы исследований, широкий размах работ сформировался под непосредственным влиянием успехов в технических приложениях жидких кристаллов, особенно в системах отображения информации. В это время было понято и практически доказано, что в наш век микроэлектроники, характеризующийся внедрением микроминиатюрных электронных устройств, потребляющих ничтожные мощности энергии для устройств индикации информации, т. е. связи прибора с человеком, наиболее подходящими оказываются индикаторы на жидких кристаллах.

Дело в том, что такие устройства отображения информации на ЖК естественным образом вписываются в энергетику и габариты микроэлектронных схем. Они потребляют ничтожные мощности и могут быть выполнены в виде миниатюрных индикаторов или плоских экранов. Все это предопределяет массовое внедрение жидкокристаллических индикаторов в системы отображения информации, свидетелями которого мы являемся в настоящее время.

Чтобы осознать этот процесс, достаточно вспомнить о часах или микрокалькуляторах с жидкокристаллическими индикаторами. Но это только начало. На смену традиционным и привычным устройствам идут жидкокристаллические системы отображения информации. Так часто бывает, технические потребности не только стимулируют разработку проблем, связанных с практическими приложениями, но и часто заставляют переосмыслить общее отношение к соответствующему разделу науки. Так произошло и с жидкими кристаллами. Сейчас понятно, что это важнейший раздел физики конденсированного состояния.

Другим важным обстоятельством  является то, что проводимость в  жидких кристаллах носит ионный характер. Это означает, что ответственными за перенос электрического тока в жидких кристаллах являются не электроны, как в металлах, а гораздо более массивные частицы. Это положительно и отрицательно заряженные фрагменты молекул (или сами молекулы), отдавшие или захватившие избыточный электрон. По этой причине электропроводность жидких кристаллов сильно зависит от количества и химической природы содержащихся в них примесей. В частности, электропроводность нематика можно целенаправленно изменять, добавляя в него контролируемое количество ионных добавок, в качестве которых могут выступать некоторые соли.

Из сказанного понятно, что ток  в жидком кристалле представляет собой направленное движение ионов  в системе ориентированных палочек-молекул. Если ионы представить себе в виде шариков, то свойство нематика обладать проводимостью вдоль директора в p раз больше, чему, представляется совершенно естественным и понятным. Действительно, при движении шариков вдоль директора они испытывают меньше помех от молекул-палочек, чем при движении поперек молекул-палочек. В результате чего и следует ожидать, что продольная проводимость будет превосходить поперечную проводимость.