Pour la science № 461 — ЖК-экран

[green_fr]

Статья о том, как работают жидко-кристаллические экраны. Я тут же вспомнил русскую девчонку из Polytechnique на празднике науки. Схема действительно красивая, простая, но не интуитивная.

Начинается рассказ с простого эксперимента. Берём два линейных поляризатора, ставим их перпендикулярно друг другу — вполне ожидаемо, конструкция не пропускает никакой свет. Теперь берём третий поляризатор и ставим его между этими двумя, под углом в 45°. И свет начинает проходить!
В принципе, если посмотреть на формулы, порисовать стрелочки — очевидно, что он должен проходить. Но блин! Мы добавили ещё один слой в структуру, которая уже не пропускала свет — и она стала его пропускать!

Собственно, на этом основывается механизм, поворачивающий поляризацию света на 90°. Более того, чем больше дополнительных слоёв мы туда впихиваем, тем большая часть света проходит через эту конструкцию (каждый последующий поляризатор, расположенный под углом α к предыдущему, пропускает cos²α процентов дошедшего до него света). «Жидкий кристалл» из наших экранов представляют собой такие последовательности фильтров. В свободном состоянии его молекулы образуют поворотную спираль на 90°, каждая молекула работает как поляризатор. А если на кристалл подать ток, то он выровняет расположение всех молекул, и они перестанут разворачивать свет.



Слой жидких кристаллов помещается между двух перпендикулярных поляризаторов. Таким образом, если напряжение не подано, то кристалл поворачивает поляризацию света, и тот проходит через второй поляризатор (белый пиксель). А если напряжение подано — то поляризацию света ничего не изменяет, и второй поляризатор ожидаемо тушит его.
И вот почему поворот второго поляризатора на 90° (его достаточно просто снять с разобранного экрана) меняет картинку на негатив.

А ещё пишут, что поляризация у солнечных очков практически всегда вертикальная (с киношными 3D-очками ситуация несколько сложнее, я про неё тоже уже писал), но не уточняют, почему. Я думаю, это как-то связано с поляризацией света на бликах (горизонтально расположенная вода). Или что максимальное Солнце — в зените. Надо бы разобраться.
Но факт, поляризация вертикальная. Поэтому поляризацию экранов сделали под 45° — видимо, сразу рассчитывали, что экраны будут ставить и «портретом» и «пейзажем».

Comments

[birdwatcher.livejournal.com]

Я и не знал, что добавление третьего фильтра делает сборку из двух первых прозрачной. Да, звучит невероятно.

[aaalex.livejournal.com]

Это просто неверно. Картинки и последующее описание говорят совсем не то.
Жидкокристаллическая среда поворачивает поляризацию, поэтому свет проходит.

Поворот поляризации не может быть получен из линейных поляризаторов.

Если мы поставим посередине линейный поляризатор (как 2 по краям) повернутый на 45 градусов, это не поменяет ничего.
Он просто съест половину интенсивности. Поляризация останется той же.

[birdwatcher.livejournal.com]

Я очень доверчивый.

[green-fr.livejournal.com]

Поверь глазам своим!

[birdwatcher.livejournal.com]

Всë, пока три пары очков не найду, ничему не поверю.

[green-fr.livejournal.com]

Одной пары достаточно. Если их не жалко :-)
Кстати! Надо попробовать с зеркалом и очками поиграться! Я знаю, чем я буду заниматься сегодня вечером.

[green-fr.livejournal.com]

Ну как же "той же"? Разве поляризация света, выходящего из линейного поляризатора не параллельна линии поляризатора? Собственно, потому он и "съедает интенсивность" - интенсивность выходящего света равна проекции поляризации входящего света на линию поляризации. То есть, поляризатор таки поворачивает поляризацию попадающего на него уже поляризованного света.

[birdwatcher.livejournal.com]

А я представлял, что обычная световая волна выглядит как ëршик для бутылок, а поляризатор - как узкая щель, через которую его протаскивают, обдирая большинство волосков.

[green-fr.livejournal.com]

Примерно. Но те, которые не пролезали в ёршике, они просто обрезаются щелью. А со светом - они "прижимаются" к щели, теряя кусочек. То есть, в ёршике пролезет только два волоска, которые изначально были вертикально - а у света пролезет примерно половина.

[birdwatcher.livejournal.com]

В моем школьном учебнике была неправильная картинка. Иллюзия понимания вреднее непонимания.

[green-fr.livejournal.com]

И где текст с картинкой расходится? И там, и там выходит, что при отключенном напряжении кристаллы поворачивают поляризацию на 90°, и это позволяет свету пройти второй, перпендикулярный первому поляризатор.

[aaalex.livejournal.com]

Согласен, глупость сказал.

[muh2.livejournal.com]

/Теперь берём третий поляризатор и ставим его между этими двумя, под углом в 45°. /

Сдается мне, что это не так. Нужен слой повороачивающий поляризацию. Просто поляризатор ничего не даст.

УПД, Тут я неправ. С квантовой картинкой оно даже проще тут понимается.

/с киношными 3D-очками ситуация несколько сложнее, я про неё тоже уже писал), но не уточняют, почему./

Это как раз понятно. Один глаз - вертикально, воторой - горизонтально. Точнее один глаз - левая круговая поляризация, второй - правая. Одна камера проецирует изображение поляризованнаое для одного глаза (правая круговая), другая - для другого.

[green-fr.livejournal.com]

Сдается мне, что это не так. Нужен слой повороачивающий поляризацию. Просто поляризатор ничего не даст.

Ну погоди, давай так. Стоит поляризатор А с вертикальной осью поляризации. На него подаём неполяризованный свет, он пропускает поляризованный, причём ось поляризации - вертикальная. Правильно?
За поляризатором А стоит поляризатор Б с осью в 10° от вертикали. Очевидно, что он пропустит часть поданного на него вертикально поляризованного света. И поляризация прошедшего света будет под 10° к вертикали. Правильно?
Если "да" и "да", то чем тебе не "поворот поляризации"?

УПД: блин, надо привыкать читать сначала последнюю версию, а потом уже отвечать :-)

[muh2.livejournal.com]

/И поляризация прошедшего света будет под 10° к вертикали. Правильно?/

Парвильно. Но неочевидно. И противоречит полученному в школе пониманию (как и у Смотрильщика Птиц).

[green-fr.livejournal.com]

Так и мне неочевидно, для того и пишу :-)