Жидкокристаллические ячейки. 
Архитектура ЭВМ и систем

Рассмотрим сущность твист-эффекта. Для этого воспользуемся рис. 14.5, на котором изображена твистированная нематическая (Twisted Nematic) ячейка, представляющая собой тонкий слой нематических ЖК, заключенный между двумя стеклянными подложками. Верхнюю подложку называют поляризатором, нижнюю — анализатором. Подложки выполняют две функции:

• • пропускают световую волну с заданным направлением вектора Е напряженности электрического поля, определяющего поляризацию светового потока, т. е. выполняют функцию поляризационного фильтра. Для этого на верхнюю и нижнюю подложки нанесены поляризационные решетки с взаимно перпендикулярным направлением поляризации. Развернутые на 90° векторы поляризации поляризатора ЕП и анализатора ЕА показаны на рис. 14.5;
• • обеспечивают (при отсутствии внешнего электрического поля) закрутку на 90° молекул между верхним и нижним слоями, создавая твистированную структуру молекул. Такая структура может быть получена с помощью ориентированных канавок, нанесенных на поверхности верхней и нижней подложки с разворотом на 90°.

При отсутствии внешнего электрического поля падающая световая волна с произвольной поляризацией проходит через верхнюю подложку и приобретает поляризацию Е, совпадающую с направлением продольных осей молекул верхнего слоя твистированной структуры (рис. 14.5,а). Твистированная структура молекул пропускает световую волну, изменяя при этом ее поляризацию. При достижении нижнего слоя молекул вектор электрического поля E разворачивается на 90°. Так как его направление совпадает с направлением поляризации анализатора EA, световая волна свободно проходит через нижнюю подложку.

При наличии внешнего электрического поля с напряженностью Eв > 0,3 В/мкм молекулы жидкокристаллического вещества изменяют свою ориентацию. Их продольная ось располагается параллельно вектору внешнего электрического поля Eв (рис. 14.5,б). Твистированная структура молекул исчезает. При прохождении световой волны через слой ЖК ее поляризация сохраняется. Вектор напряженности электрического поля E световой волны оказывается развернут на 90° относительно вектора поляризации анализатора EA. Световой поток через нижнюю подложку не проникает.

Рис. 14.5. Пояснение сущности твист-эффекта Твистированным нематическим ячейкам, или технологии Twisted Nematic, присущ ряд недостатков:

• • низкие контрастность, яркость и насыщенность изображения и сильная их зависимость от внешних засветок;
• • большое время (до 500 мс) изменения структуры молекул ЖК, не позволяющее выводить на экран монитора динамические изображения;
• • ограниченный угол видимости светящегося изображения и др.

Усовершенствование ЖК-ячеек шло по пути:

• • увеличения угла закручивания молекул твистированных структур до 270°. Такие ячейки получили название сверхзакрученных нематических ячеек, а технология — Super Twisted Nematic (STN). Из свойств ЖК известно, что с увеличением угла закручивания молекул повышается контрастность;
• • объединения двух ячеек с одновременным закручиванием молекул в противоположных направлениях — технология Dual Super Twisted Nematic (DSTN);
• • двойного сканирования экрана, позволяющего повысить быстродействие ЖК-ячеек. При этом экран разбивается на четные и нечетные строки, обновление которых выполняется одновременно. Двойное сканирование совместно с использованием более подвижных молекул позволило снизить время реакции ЖК-ячейки до 150 мс и значительно повысить частоту обновления экрана;
• • использования для индивидуального управления ячейкой встроенных тонкопленочных транзисторов — технология Thin Film Transistor (TFT). Транзисторный ключ с помощью напряжения около 0,7 В позволяет коммутировать напряжение в десятки вольт. Такая технология получила название технологии активных ячеек. Она позволила не только значительно повысить яркость и контрастность ЖК-мониторов, увеличить угол зрения, но и создать на основе активной ЖК-матрицы цветной монитор. Элемент такой матрицы содержит три ЖК-ячейки, каждая из которых снабжена светофильтром одного из трех основных цветов (красного, зеленого или синего) и управляется тонкопленочным транзистором. Изменяя уровень поданного на транзистор управляющего сигнала, можно регулировать яркость каждой ячейки триады.