Ученые нашли способ значительно ускорить работу жидкокристаллических дисплеев
Ученые-физики изобрели совершенно новый способ переключения состояния жидких кристаллов, материала, который управляет потоком света, исходящего с экранов большинства современных дисплеев и телевизоров. Область использования новой технологии, по всей видимости, не будет ограничен только созданием новых сверхскоростных жидкокристаллических дисплеев, поскольку переключение состояния кристаллов производится намного быстрее, чем требуется для качественной работы этих устройств.
Жидкие кристаллы являются уникальным материалом, в отношении которого справедливы оба термина, фигурирующие в его названии. Молекулы растворителя жидких кристаллов находятся постоянно в беспорядочном тепловом движении, поэтому они могут течь, подобно жидкости. Но, коллоидные частицы кристаллов, находящиеся во взвешенном состоянии, придают этому материалу некоторые "кристаллические" свойства, в первую очередь свойство пространственной ориентации кристаллической структуры и связанные с этим оптические свойства материала в целом. Выравнивание частичек жидких кристаллов, которое может изменяться под воздействием внешнего электрического поля, определяет направление оптической оси, что оказывает влияние на прохождение через кристалл поляризованного света.
Изменение ориентации частичек жидких кристаллов является именно тем механизмом, за счет которого работают все жидкокристаллические дисплеи. Обычно такой дисплей состоит из слоя жидких кристаллов, располагающегося между двумя пластинами из поляризованного стекла. Углы поляризации пластин сдвинуты на 90 градусов относительно друг друга для того, чтобы свет, проходящий сквозь один слой, был полностью заблокирован вторым слоем стекла, благодаря чему экран остается абсолютно черным. Но, когда к жидким кристаллам прикладывается определенный электрический потенциал, они упорядочивают свое положение и поворачиваются таким образом, что изменяют поляризацию проходящего сквозь них света так, что он почти беспрепятственно начинает проходить сквозь многослойную структуру экрана. Для формирования изображения весь экран разбивают на крошечные области, пикселы, каждым из которых управляют по отдельности.
Такая технология, используемая уже достаточно давно, обладает одним главным недостатком. С помощью прикладываемого электрического потенциала жидкие кристаллы переключаются в светопроводящее состояние очень быстро, за десятки наносекунд времени, а вот обратное переключение, переключение в непрозрачное состояние, происходит в тысячи раз медленнее - за миллисекунды и десятки миллисекунд.
Решением вышеописанной проблемы стала технология, разработанная группой ученых из Кентского университета в Огайо (Kent State University in Ohio). Ключевым моментом этой технологии являются жидкие кристаллы CCN-47, которые имеют не круглую и не цилиндрическую форму, а изготовлены в виде тонких прямоугольных пластинок. Эти кристаллы, как и в обычных жидкокристаллических дисплеях, располагаются между двумя поляризованными стеклами. В своем исходном состоянии эти кристаллы располагаются параллельно друг другу, но за счет теплового движения молекул растворителя их строгая ориентация немного нарушается, что приводит к нарушению оптических свойств жидкого кристалла в целом, в результате чего он перестает пропускать свет. Прикладываемое электрическое поле заставляет кристаллы снова выровняться, как доски в штабеле, после чего за счет двойного преломления свет меняет свою поляризацию и беспрепятственно проходит сквозь структуру экрана. Но самым интересным является тот факт, что при исчезновении электрического поля тепловое движение молекул растворителя приводит к крайне быстрому, занимающему порядка 30 наносекунд, нарушению ориентации кристаллов, в результате чего свет перестает проходить через структуру дисплея.
Изменения в двойном преломлении кристаллов CCN-47 не позволяют полностью прервать световой поток, в результате чего дисплей на их основе всегда равномерно подсвечивается по всей площади. Исследователи утверждают, что от этого эффекта можно будет избавиться позже, подобрав соответствующие материалы растворителя, кристаллов, геометрию пиксела и форму самих крошечных кристаллов.
Технология быстродействующих жидких кристаллов может найти применение не только в создании жидкокристаллических дисплеев, где ее быстродействие весьма избыточно. Такая технология может оказаться более полезной при реализации лазерного коммуникационного оборудования, при создании быстродействующих светофильтров, научных, измерительных приборов и в других устройствах, где требуется модуляция луча света с достаточно высокой частотой.
