Displeje z kapalných krystalů

Experiment

Je to skoro jako kouzlo. Když se díváte skrze dvě navzájem zkřížené polarizační fólie, nevidíte vůbec nic, jen černou plochu. Teprve když mezi ně vložíte kousek průhledného plastu, objeví se světlo a fólie najednou v daném místě zprůhlední. Jak je to možné?

Každá z polarizačních fólií propustí světlo, jehož vektor elektrické intenzity kmitá pouze v určité rovině. A jestliže jsou tyto roviny navzájem kolmé jako v našem experimentu se zkříženými polarizátory, žádné světlo nemůže skrze fólie projít. Jsou zcela černé.

Jakmile mezi polarizátory vložíme kousek průhledného plastu, rovina polarizace první fólie je plastem o kousek pootočena, a proto určité množství světla projde i druhým polarizátorem. Protože toto otočení roviny polarizace závisí také na vlnové délce světla, objeví se na průchodu fóliemi zajímavé barvy.

Dokument

Jev popsaný v předchozím experimentu není jen efektní, ale má i své velmi praktické využití. Pomocí kapalných krystalů totiž dokážeme velmi přesně řídit stáčení roviny polarizace světla a účinně tak kontrolovat jeho průchod optickým prostředím. Kapalné krystaly jsou základem moderních elektronických displejů.

Displej z kapalných krystalů (Liquid Crystal Display) je tenké a ploché zobrazovací zařízení skládající se z omezeného počtu barevných nebo monochromatických pixelů seřazených před zdrojem světla. Každý pixel se skládá z molekul kapalných krystalů uložených mezi dvěma průhlednými elektrodami a mezi dvěma polarizačními filtry, přičemž osy polarizace jsou na sebe kolmé (viz obrázek). Bez krystalů mezi filtry by bylo světlo procházející jedním filtrem blokováno filtrem druhým.

Jestliže polarizované světlo dopadá na kapalné krystaly a není zapnuto elektrické pole, molekuly kapalných krystalů jsou uspořádány tak, že stáčí rovinu polarizace o 90° a světlo může displejem projít. Přiložíme-li elektrické napětí, molekuly kapalných krystalů se přeorientují a přestanou stáčet rovinu polarizace světla. Toto světlo pak nemůže projít druhým polarizátorem. Buňka se bude zobrazovat jako černá. Velikostí přiloženého napětí lze nastavit intenzitu světla, které projde oběma polarizátory. Jakmile elektrické pole nepůsobí, molekuly se přeorientují do svého původního uspořádání a světlo může opět procházet.

Jestliže za tyto vrstvy umístíme barevné filtry v základních barvách (červená, zelená, modrá – RGB), pak můžeme pomocí elektrického pole ovládat barvu a intenzitu světla každého jednotlivého pixelu na LCD monitoru nebo na displeji vašeho mobilního telefonu.

Poznámky pro učitele

Jestliže při zkoumání displeje mobilního telefonu nepozorujete ztmavení obrazovky, bude použitá technologie jiná. Mnoho výrobců využívá technologii OLED (Organic Light Emitting Diode). Jako elektroluminiscenční látky jsou zde využívány organické materiály. Mezi průhlednou anodou a kovovou katodou je několik vrstev organické látky. Když je do některého políčka přivedeno napětí, jsou v něm nabuzeny kladné a záporné náboje, které se spojují ve vyzařovací vrstvě a tím produkují světelné záření. Je tedy zřejmé, že v této technologii se nevyužívá polarizované světlo.