на каком явлении основан принцип перевода электромагнитного сигнала в зрительный образ в жк

Жидкокристаллические дисплеи. История, принципы работы, преимущества и недостатки

Сейчас технологии плоскопанельных и жидкокристаллических мониторов являются наиболее перспективными. Хотя в настоящее время на долю ЖК-мониторов приходится лишь около 10% продаж во всем мире, этот сектор рынка является наиболее быстрорастущим (65% в год).

Принцип работы

Экраны LCD (Liquid Crystal Display, жидкокристаллические мониторы) сделаны из вещества (цианофенил), которое находится в жидком состоянии, но при этом обладает некоторыми свойствами, присущими кристаллическим телам. Фактически это жидкости, обладающие анизотропией свойств (в частности, оптических), связанных с упорядоченностью в ориентации молекул.

Как ни странно, но жидкие кристаллы старше ЭЛТ почти на десять лет, первое описание этих веществ было сделано еще в 1888 году. Однако долгое время никто не знал, как их применить на практике: есть такие вещества и все, и никому, кроме физиков и химиков, они не были интересны. Итак, жидкокристаллические материалы были открыты еще в 1888 году австрийским ученым Ф. Ренитцером, но только в 1930-м исследователи из британской корпорации Marconi получили патент на их промышленное применение. Впрочем, дальше этого дело не пошло, поскольку технологическая база в то время была еще слишком слаба. Первый настоящий прорыв совершили ученые Фергесон (Fergason) и Вильямс (Williams) из корпорации RCA (Radio Corporation of America). Один из них создал на базе жидких кристаллов термодатчик, используя их избирательный отражательный эффект, другой изучал воздействие электрического поля на нематические кристаллы. И вот, в конце 1966 года, корпорация RCA продемонстрировала прототип LCD — цифровые часы. Значительную роль в развитии LCD-технологии сыграла корпорация Sharp. Она и до сих пор находится в числе технологических лидеров. Первый в мире калькулятор CS10A был произведен в 1964 г. именно этой корпорацией. В октябре 1975-го уже по технологии TN LCD были изготовлены первые компактные цифровые часы. Во второй половине 70-х начался переход от восьмисегментных жидкокристаллических индикаторов к производству матриц с адресацией каждой точки. Так, в 1976 году Sharp выпустила черно-белый телевизор с диагональю экрана 5,5 дюйма, выполненного на базе LCD-матрицы разрешением 160х120 пикселов.

Работа ЖКД основана на явлении поляризации светового потока. Известно, что так называемые кристаллы-поляроиды способны пропускать только ту составляющую света, вектор электромагнитной индукции которой лежит в плоскости, параллельной оптической плоскости поляроида. Для оставшейся части светового потока поляроид будет непрозрачным. Таким образом поляроид как бы «просеивает» свет. Этот эффект называется поляризацией света. Когда были изучены жидкие вещества, длинные молекулы которых чувствительны к электростатическому и электромагнитному полю и способны поляризовать свет, появилась возможность управлять поляризацией. Эти аморфные вещества за их схожесть с кристаллическими веществами по электрооптическим свойствам, а также за способность принимать форму сосуда, назвали жидкими кристаллами.

Рисунок 1. Конструкция ЖК-дисплея.

Основываясь на этом открытии и в результате дальнейших исследований стало возможным обнаружить связь между повышением электрического напряжения и изменением ориентации молекул кристаллов для обеспечения создания изображения. Первое свое применение жидкие кристаллы нашли в дисплеях для калькуляторов и в электронных часах, а затем их стали использовать в мониторах для портативных компьютеров. Сегодня, в результате прогресса в этой области, начинают получать все большее распространение LCD для настольных компьютеров.

Рисунок 2. Плоскость поляризации.

Экран LCD представляет собой массив маленьких сегментов, называемых пикселями, которыми можно манипулировать для отображения информации. LCD имеет несколько слоев, где ключевую роль играют две панели, сделанные из свободного от натрия и очень чистого стеклянного материала, называемого субстрат или подложка. Слои собственно и содержат тонкий слой жидких кристаллов между собой (см. рис. 1). На панелях имеются бороздки, которые направляют кристаллы, сообщая им специальную ориентацию. Бороздки расположены таким образом, что они параллельны на каждой панели, но перпендикулярны между двумя панелями. Продольные бороздки получаются в результате размещения на стеклянной поверхности тонких пленок из прозрачного пластика, который затем специальным образом обрабатывается. Соприкасаясь с бороздками, молекулы в жидких кристаллах ориентируются одинаково во всех ячейках. Молекулы одной из разновидностей жидких кристаллов (нематиков) при отсутствии напряжения поворачивают вектор электрического (и магнитного) поля в световой волне на некоторый угол в плоскости, перпендикулярной оси распространения пучка. Нанесение бороздок на поверхность стекла позволяет обеспечить одинаковый угол поворота плоскости поляризации для всех ячеек. Две панели расположены очень близко друг к другу.

Жидкокристаллическая панель освещается источником света (в зависимости от того, где он расположен, жидкокристаллические панели работают на отражение или на прохождение света). Как видно на рисунке 2, плоскость поляризации светового луча поворачивается на 90° при прохождении одной панели. При появлении электрического поля, молекулы жидких кристаллов частично выстраиваются вертикально вдоль поля, угол поворота плоскости поляризации света становится отличным от 90 градусов и свет беспрепятственно проходит через жидкие кристаллы (см. рис. 3).

Рисунок 3. Плоскость поляризации.

Поворот плоскости поляризации светового луча незаметен для глаза, поэтому возникла необходимость добавить к стеклянным панелям еще два других слоя, представляющих собой поляризационные фильтры. Эти фильтры пропускают только ту компоненту светового пучка, у которой ось поляризации соответствует заданному. Поэтому при прохождении поляризатора пучок света будет ослаблен в зависимости от угла между его плоскостью поляризации и осью поляризатора. При отсутствии напряжения ячейка прозрачна, так как первый поляризатор пропускает только свет с соответствующим вектором поляризации. Благодаря жидким кристаллам вектор поляризации света поворачивается, и к моменту прохождения пучка ко второму поляризатору он уже повернут так, что проходит через второй поляризатор без проблем (см. рис. 4а).

Рисунок 4. Поляризация светового луча.

Первые LCD были очень маленькими, около 8 дюймов по диагонали, в то время как сегодня они достигли 15-дюймовых размеров для использования в ноутбуках, а для настольных компьютеров производятся LCD с диагональю 20-дюймов и более. Вслед за увеличением размеров следует увеличение разрешения, следствием чего является появление новых проблем, которые были решены с помощью появившихся специальных технологий, все это мы опишем далее. Одной из первых проблем была необходимость стандарта в определении качества отображения при высоких разрешениях. Первым шагом на пути к цели было увеличение угла поворота плоскости поляризации света в кристаллах с 90° до 270° с помощью STN технологии.

Технологии STN, DSTN, TFT, S-TFT

STN — сокращение от Super Twisted Nematic. Технология STN позволяет увеличить торсионный угол (угол кручения) ориентации кристаллов внутри LCD с 90° до 270°, что обеспечивает лучшую контрастность изображения при увеличении размеров монитора.

Рисунок 5. Конструкция ЖК-матрицы.

Также STN ячейки используются в режиме TSTN (Triple Super Twisted Nematic), когда два тонких слоя полимерной пленки добавляются для улучшения цветопередачи цветных дисплеев или для обеспечения хорошего качества монохромных мониторов.
Термин пассивная матрица (passive matrix) появился в результате разделения монитора на точки, каждая из которых, благодаря электродам, может задавать ориентацию плоскости поляризации луча, независимо от остальных, так что в результате каждый такой элемент может быть подсвечен индивидуально для создания изображения. Матрица называется пассивной, потому что технология создания LCD дисплеев, которая была описана выше, не может обеспечить быструю смену информации на экране. Изображение формируется строка за строкой путем последовательного подвода управляющего напряжения на отдельные ячейки, делающего их прозрачными. Из-за довольно большой электрической емкости ячеек напряжение на них не может изменяться достаточно быстро, поэтому обновление картинки происходит медленно. Такой дисплей имеет много недостатков с точки зрения качества, потому что изображение не отображается плавно и дрожит на экране. Маленькая скорость изменения прозрачности кристаллов не позволяет правильно отображать движущиеся изображения.
Для решения части вышеописанных проблем применяют специальные технологии, Для улучшения качества динамического изображения было предложено увеличить количество управляющих электродов. То есть вся матрица разбивается на несколько независимых подматриц (Dual Scan DSTN — два независимых поля развертки изображения), каждая из которых содержит меньшее количество пикселей, поэтому поочередное управление ими занимает меньше времени. В результате чего можно сократить время инерции ЖК.
Также лучших результатов с точки зрения стабильности, качества, разрешения, гладкости и яркости изображения можно добиться, используя экраны с активной матрицей, которые, впрочем, стоят дороже.
В активной матрице (active matrix) используются отдельные усилительные элементы для каждой ячейки экрана, компенсирующие влияние емкости ячеек и позволяющие значительно уменьшить время изменения их прозрачности. Активная матрица (active matrix) имеет массу преимуществ по сравнению с пассивной матрицей. Например, лучшая яркость и возможность смотреть на экран даже с отклонением до 45° и более (то есть при угле обзора 120–140°) без ущерба качеству изображения, что невозможно в случае с пассивной матрицей, которая позволяет видеть качественное изображение только с фронтальной позиции по отношению к экрану. Заметим, что дорогие модели LCD мониторов с активной матрицей обеспечивают угол обзора в 160° (см рис. 6), и есть все основания предполагать, что технология будет совершенствоваться и в дальнейшем. Активная матрица может отображать движущиеся изображения без видимого дрожания, так как время реакции дисплея с активной матрицей около 50 мс против 300 мс для пассивной матрицы, кроме того, контрастность мониторов с активной матрицей выше, чем у ЭЛТ-мониторов. Следует отметить, что яркость отдельного элемента экрана остается неизменной на всем интервале времени между обновлениями картинки, а не представляет собой короткий импульс света, излучаемый элементом люминофором ЭЛТ-монитора сразу после похождения по этому элементу электронного луча. Именно поэтому для LCD мониторов достаточной является частота вертикальной развертки, равная 60 Гц.

Источник

Ответы для задания №14 реального ВПР 2020 по физике 11 класс

ПОДЕЛИТЬСЯ

Всероссийская проверочная работа по физике 11 класс ВПР 2020 ответы и задания для реального впр задание №14, официальная дата проведения проверочной работы с 16 по 21 марта 2020 года, но может пройти и позже, в связи с карантином, а также вы можете посмотреть:

Ответы для задания №1 реального ВПР 2020 по физике 11 класс

Ответы для задания №3 реального ВПР 2020 по физике 11 класс

Ответы для задания №11 реального ВПР 2020 по физике 11 класс

Правильные ответы задания №14 для реального ВПР 2020 по физике:

1)Почему нельзя эксплуатировать насос при отрицательных температурах?

Ответ: корпус насоса выполнен из металла, который хорошо проводит тепло. Охлаждение воды до 0 ºС приведёт к её замерзанию и разрыву рабочей камеры насоса вследствие расширения воды при замерзании

2)Почему теплообменник изготавливается из меди?

Ответ: медь является хорошим проводником тепла, поэтому она эффективно передаёт тепло от нагревательных элементов воде

3)Почему если в пылесосе одним из пылеуловителей является вихревая камера с пенным водовоздушным слоем, то влажность воздуха в комнате после уборки таким пылесосом повышается?

Ответ: При пропускании струи воздуха через воду он интенсивно насыщается водяными парами вследствие испарения воды. Пылесос забирает более сухой воздух, а выпускает более влажный, влажность воздуха в комнате повышается

4)Зачем необходим аварийный термодатчик?

Ответ: при выходе из строя термостата утюг способен бесконтрольно разогреваться, что может привести к пожару. Поэтому используется защита в виде аварийного термодатчика, который отключает утюг при перегреве

5)Со стороны той части насоса, которая всасывает воду из артезианской скважины, делают защиту от протечек грунтовых вод в корпус электрической части насоса. Почему важно защита от протечек со стороны насосной камеры?

Ответ: грунтовые воды содержат растворённые соли, а потому являются проводником электрического тока. Попадание воды на обмотки электродвигателя приведёт к короткому замыканию и выходу двигателя из строя

6)Укажите возможную причину колебаний температуры горячей воды, поступающей из водонагревателя, в течение года при одних и тех же значениях рабочей мощности нагревателя и напора воды.

Ответ: при одинаковом потоке воды и одной и той же мощности водонагревателя вода, получая одно и то же количество теплоты в единицу времени, нагревается на одно и то же количество градусов. Начальная температура воды меняется в течение года, следовательно, будет меняться и температура горячей воды

7)При понижении расхода воды ниже минимально допустимого водонагреватель автоматически отключается от электрической сети. Объясните, для чего это сделано.

Ответ: при одной и той же мощности нагревателя чем меньше воды протекает в единицу времени по водонагревателю, тем выше температура горячей воды. При очень малых потоках воды она может закипеть в теплообменнике, что приведёт к разрушению нагревателя со взрывом.

8)Почему подошва у утюга гладкая?

Ответ: чтобы уменьшить трение при глажке и улучшить контакт с поверхностью материала

9)Почему приямок для насоса необходимо располагать ниже уровня промерзания грунта?

Ответ: при круглогодичной эксплуатации температура вокруг насоса не должна опускаться ниже 0 ºС. Для этого насос заглубляют ниже уровня промерзания грунта, где температура не опускается ниже 0 ºС

10)Укажите возможную причину колебаний температуры холодной воды, поступающей в водонагреватель в течение года.

Ответ: температура водопроводной воды зависит от температуры окружающей среды: зимой она холоднее, а летом теплее, следовательно, температура поступающей воды зависит от времени года в указанных пределах

11)Почему газовую колонку нельзя использовать для работы с водопроводом с низким напором воды?

Ответ: при низком напоре воды количество воды, протекающей в единицу времени через теплообменник, невелико. Даже при минимальной мощности работающей колонки вода может дойти до кипения, что приведёт к взрыву.

12)Нагревательный элемент утюга представляет собой металлическую спираль, заключённую в керамическое кольцо. Почему керамическое кольцо отделяет спираль от подошвы утюга, ведь без него она нагревалась бы быстрее?

Ответ: керамическое кольцо обеспечивает электрическую изоляцию подошвы утюга от нихромовой спирали, по которой протекает электрический ток

13)Почему для потребителя важно, чтобы крыльчатка, патрубки и камера насоса были выполнены из алюминиевого сплава, допускающего контакт с пищевыми продуктами?

Ответ: вода из артезианской скважины используется в индивидуальном доме как для технических нужд, так и для приготовления пищи. Указанное качество сплава гарантирует, что вода, прошедшая через насос, не содержит вредных веществ

14)После включения электрического водонагревателя вода, текущая из крана, становится горячей спустя некоторое время. Объясните почему.

Ответ: разогрев нагревательных элементов требует времени. Пока не пущена вода и на нагревательные элементы не подано напряжение, они холодные. При протекании электрического тока с течением времени устанавливается равновесие между количеством теплоты, выделяющейся по закону Джоуля–Ленца в нагревательном элементе, и тем количеством теплоты, которое отдаётся воде. Поэтому заданное значение температуры не достигается мгновенно.

15)Почему, если пылесборная насадка присасывает, например, крупный обрывок бумаги, может сработать сигнал о переполнении пылесоса мусором?

Ответ: крупный мусор, обрывок бумаги, клок шерсти и т.п. перекрывают сечение трубыштанги пылесоса, уменьшают поток всасываемого воздуха, что по своему действию аналогично переполнению мешка фильтра

16)Почему накипь внутри теплообменника ухудшает эффективность работы водонагревателя?

Ответ: накипь обладает плохой теплопроводностью, её наличие снижает теплоотдачу от нагревательных элементов, а значит, снижает КПД установки в целом.

17)Обмотка электродвигателя насоса рассчитана на длительную работу. При этом очень важно, чтобы обмотка в процессе работы не перегревалась. Почему обмотка насос выполнена из медного, а не из стального провода?

Ответ: медь обладает малым удельным сопротивлением, поэтому обмотка из меди обладает низким сопротивлением. Значит, нет больших потерь на нагревание и перегрева электромотора при длительной работе

18)Укажите способы регулирования температуры воды на выходе из смесителя. Ответ: Температуру воды на выходе из смесителя можно регулировать тремя способами: количеством подаваемой в смеситель горячей воды;количеством подаваемой в смеситель холодной воды; количеством сжигаемого газа.

19)Почему накипь, образующаяся внутри теплообменника с течением времени, ухудшает эксплуатационные характеристики газовой колонки? Ответ: медь является хорошим теплопроводником, т.е. хорошо передаёт тепло из зоны воде, протекающей внутри теплообменника. Накипь заметно ухудшает теплопроводящие свойства стенок теплообменника, делая работу газовой колонки менее эффективной. Это приводит также к перегреву внешних стенок теплообменника и его более быстрому прогоранию

20)Почему воздух на выходе из пылесоса теплее наружного? Ответ: работа вентилятора по завихрению потоков воздуха, проталкиванию через поры фильтра и т.п. сопровождается трением, а значит, кинетическая энергия воздуха переходит во внутреннюю, температура воздуха поднимается. Кроме того, воздух в пылесосе охлаждает двигатель, нагреваясь при этом. (Для верного ответа достаточно указания на один фактор.)

21)Почему в инструкции запрещается использовать один удлинитель для подключения нескольких обогревателей, которые относятся к приборам большой мощности?

Ответ: при подключении к удлинителю нескольких обогревателей общая мощность этой сети равна сумме мощностей всех тепловентиляторов. При этом существенно возрастает сила тока через провод удлинителя, что может привести к его перегреву и возгоранию.

22)В инструкции есть требование использовать защитные очки при работе с дрелью. Объясните, почему.

Ответ: при работе дрели сверло вращается с достаточно большой скоростью. Значит, мелкие частички дерева, металла или бетона, которые соприкасаются со сверлом могут отскакивать от сверла также с довольно большой скоростью. Попадание их в глаз может его повредить

23)В инструкции указано, что вилка стиральной машины обеспечивает заземление устройства. Для чего делают заземление?

Ответ: при неполадках в электросети машины её корпус может оказаться под напряжением. Если корпус машины заземлён, то при прикосновении к нему через тело человека не будет течь ток, так как сопротивление тела человека достаточно велико, а сопротивление шнура заземления мало.

24)Можно ли разогревать в микроволновой печи картофель в керамической кастрюле, закрытой стеклянной крышкой? Ответ поясните.

Ответ: можно. В микроволновой печи пища разогревается в процессе проникновения СВЧизлучения. Керамика и стекло пропускают СВЧ-излучение

25)В инструкции не рекомендуется устанавливать кондиционер в местах повышенной влажности. Почему это может представлять опасность?

Ответ: кондиционер является электрическим прибором, и при попадании влаги в сеть прибора (при нарушении изоляции) может произойти короткое замыкание.

26)Почему в инструкции запрещается закрывать вентиляционные отверстия фена?

Ответ: если закрыть вентиляционные отверстия фена, то нарушится поток воздуха через нагревательный элемент. Воздух возле нагревательного элемента перегреется, что приведет к перегреву частей электрической цепи фена. Это, в свою очередь, может привести к возгоранию

27)Почему в инструкции рекомендуется использовать очки при работе с газонокосилкой?

Ответ: вращающиеся части газонокосилки имеют достаточно большую скорость. Соответственно, из-под косилки во время работы могут вылетать части травы, почвы и т.п. с достаточно большой скоростью. При попадании в глаза этих быстродвижущихся частиц глаза могут быть повреждены

28)Почему в микроволновой печи пища не будет разогреваться в алюминиевом контейнере?

Ответ: в микроволновой печи пища разогревается в процессе проникновения в неё СВЧизлучения. Металлы ( в том числе и алюминий) не пропускают электромагнитное излучение. Значит, и пища внутри металлического контейнера разогреваться не будет.

29)В инструкции указано, что посудомоечную машину нужно устанавливать горизонтально. Что может произойти, если нарушить это правило?

Ответ: при наклонной установке машины при ее работе могут наблюдаться вибрации корпуса и
течь воды.

30)Почему в инструкции рекомендуется помещать в нагреваемую жидкость пластмассовую ложку?

Ответ: при нагревании в микроволновой печи в жидкости нет тех конвекционных потоков, как при нагревании на газовой горелке. Ложка нужна для образования дополнительных пузырьков пара, чтобы предотвратить бурное вскипание жидкости, поскольку это может вызвать ожог.

31)В инструкции указана максимальная высота, на которой может быть закреплен сливной шланг. Почему сливной шланг нельзя размещать на высоте, большей 750 мм?

Ответ: для удаления отработанной воды из посудомоечной машины используется насос. Если увеличить высоту расположения верхней части сливного шланга, то при выкачивании воды необходимо будет преодолевать давление столба воды большей высоты. У насоса может не хватить мощности для такой работы.

32)Почему в инструкции запрещается пользоваться микроволновой печью, если износился уплотнитель, деформировался или погнулся кожух?

Ответ: в микроволновой печи пища разогревается в процессе проникновения СВЧ-излучения. При нарушении уплотнения дверцы (или дефекте дверцы) СВЧ-излучение может проникать наружу и воздействовать на ткани человека точно так же, как на приготовляемую пищу, нанося вред здоровью человека.

33)Какое действие тока используется при контактной сварке?

Ответ: тепловое действие тока

34)Какой процесс наблюдается в газе, находящемся в сильном электрическом поле?

Ответ: ионизация молекул, ударная ионизация, коронный разряд

35)На каком явлении основан принцип действия термометра сопротивления, описанного в тексте?

Ответ: на зависимости сопротивления металлов от температуры

36)На каком явлении основан принцип действия термометров сопротивления?

Ответ: на зависимости электрического сопротивления вещества от температуры

37)Какая сила удерживает спутники на орбите вокруг Земли?

Ответ: сила всемирного тяготения, гравитационная сила, сила тяжести

38)На чем основан принцип работы ареометра?

Ответ: закон Архимеда, условие плавания тела, зависимость силы Архимеда от плотности жидкости

39)На каком явлении основано разогревание пищи в СВЧ-печи?

40)На каком явлении основан принцип перевода электромагнитного сигнала в зрительный образ в жидкокристаллическом телевизоре?

41)На каком явлении основан принцип действия полупроводниковых фоторезисторов?

Ответ: внутренний фотоэффект (фотоэффект)

42)На каком явлении основан принцип действия изображённого на рисунке спектроскопа?

Источник