Hoe komt het dat de tekens op het lcd-scherm van mijn grafisch rekenmachine een schaduw hebben?

Antwoord

Beste Laurens,

da's een leuke vraag die je je stelt, maar zeker niet eenvoudig. Er komt heel wat optica en chemie bij te kijken... Ik zal proberen een verstaanbare uitleg te geven.

Zoals je wel weet bestaat een bundel licht uit golven, en elke golf beweegt in een vlak. Stel je voor dat er een "normale" lichtstraal recht op je afkomt, dan zijn er golven die in het verticale vlak op en neer bewegen, golven die in het horizontale vlak van links naar rechts bewegen, en golven in alle andere vlakken die daar een hoek mee maken. Je hebt ook licht waarbij de golven slechts in één vlak bewegen, dat noemen we gepolariseerd licht, en de "richting" van dat vlak (bvb. horizontaal of verticaal) noemen we de polarisatierichting. Je vindt een verduidelijkende figuur op http://nl.wikipedia.org/wiki/Bestand:Wire-grid-polarizer.svg.

Een LCD-scherm nu maakt op een slimme manier gebruik van de mogelijkheid om van "gewoon" licht gepolariseerd licht te maken en van manieren om de polarisatierichting te veranderen. Vooraan en achteraan zo'n scherm zitten "polarisatiefilters", bvb. vooraan een voor horizontaal gepolariseerd licht en achteraan een voor verticaal gepolariseerd licht. Daartussen zitten "liquid cristals" (vloeibare kristallen, vandaar Liquid Cristal Display), dat zijn een speciaal soort kristallen die als bijzondere eigenschap hebben dat ze de polarisatierichting van licht veranderen, van horizontaal naar verticaal en omgekeerd. Helemaal achteraan zit een spiegel. Let nu op wat er gebeurt als een "normale" lichtstraal uit de omgeving vooraan binnenkomt in het scherm. Door de eerste polarisatiefilter worden enkel de horizontale golven uit die lichtstraal binnengelaten - de golven in de andere vlakken kunnen niet door. Het licht wordt dus horizontaal gepolariseerd. Dat licht gaat verder door de kristallen die de polarisatierichting veranderen. Als het de kristallen gepasseerd is, is het licht dus verticaal gepolariseerd. Dan komt het bij de achterste polarisatiefilter, die enkel verticaal gepolariseerd licht doorlaat. Daar kan het ongestoord passeren. De spiegel helemaal achteraan kaatst het licht terug, en opnieuw raakt het licht door de verticale polarisatiefilter. Daarna gaat het terug door de kristallen en wordt het opnieuw gedraaid, zodat het horizontaal gepolariseerd wordt en ongestoord de voorste, horizontale polarisatiefilter kan passeren. Het licht is dus vlot binnen en weer buiten geraakt.

Een complexe manier om te doen wat een spiegel alleen ook zou kunnen, zul je denken. Maar nu komt de truc. Door de vloeibare kristallen onder een kleine spanning te zetten, kunnen zij de polarisatierichting niet meer veranderen. Het horizontaal gepolariseerd licht dat de kristallen na passage door het eerste polarisatiefilter bereikt, blijft dan horizontaal gepolariseerd en raakt niet door het achterste, verticale polarisatiefilter. Er komt dus geen licht bij de spiegel, zodat er niets weerkaatst wordt. Als je van buiten naar het schermpje kijkt ziet het er zwart uit.

In het schermpje zijn streepvormige gebiedjes van kristallen gemaakt waaruit de cijfers worden opgebouwd - bij het cijfer 8 kan je ze allemaal zien. Elk van die gebiedjes kan apart onder spanning worden gezet via minuscule doorzichtige elektroden. Worden ze allemaal onder spanning gezet dan krijg je het cijfer 8, wordt het middelste, liggend streepje niet onder spanning gezet, dan krijg je het cijfer 0, wordt er niets onder spanning gezet, dan zie je geen cijfer, etc.

En op die manier werkt een LCD-scherm! Meer uitleg vind je ook op http://nl.wikipedia.org/wiki/Lcd of op http://electronics.howstuffworks.com/lcd2.htm, waar ook een goede figuur staat.

De schaduw waar je over spreekt heeft wellicht te maken met de verschillende lagen. Het zwarte cijfer wordt gevormd op de bovenste polarisatiefilter, maar is ook op de onderste filter te zien (als "schaduw"). Daartussen zit de laag vloeibare kristallen waardoor door haar relatief grootte dikte ook zijdelings nog licht kan passeren, zodat je het bovenste en onderste zwarte beeld apart kan zien.