Lineárně polarizované světlo LCD monitoru

Pokus číslo: 1836

  • Cíl pokusu

    Cílem experimentu je demonstrovat vlastnosti lineárně polarizovaného světla při průchodu polarizačním filtrem.

  • Teorie

    Monitor/displej z tekutých krystalů (známý pod zkratkou LCD – liquid crystal display) je zdrojem lineárně polarizovaného světla a lze ho tak snadno využít při výuce vlnové optiky. Pokud před displej umístíme lineární polarizační filtr a budeme jím otáčet v rovině rovnoběžné s obrazovkou, zjistíme, že v některých polohách filtr veškeré světlo displeje propustí, zatímco při otočení o 90° je jím veškeré světlo pohlceno. První případ odpovídá tomu, že rovina polarizovaného světla je shodná s rovinou, ve které filtr propouští, ve druhém případě jsou na sebe tyto roviny kolmé.

    Detailnější popis fungování LCD naleznete v sekci Lineárně polarizované světlo LCD monitoru, Jak funguje displej z tekutých krystalů (LCD)

  • Pomůcky

    LCD monitor, polarizační filtr.

  • Postup

    Před LCD monitor vložíme lineární polarizační filtr a otáčíme jím v rovině rovnoběžné s obrazovkou. Pozorujeme postupné tmavnutí obrazu, až monitor zcela pohasne; při dalším otáčení se začne opět rozsvěcet.

  • Vzorový výsledek

    Video ukazuje provedení experimentu.

  • Technické poznámky

    Pokud vyzkoušíte uvedený experiment s displeji smartphonů, zjistíte, že mnohé z nich na otáčení lineárním polarizačním filtrem příliš nereagují. Tyto displeje již nejsou vyrobeny technologií LCD, ale technologií OLED (organic light emitting diodes) a produkují typicky nikoliv lineárně, ale kruhově polarizované světlo.

  • Metodické poznámky

    Studenti velmi dobře znají slovní spojení LCD televizeLED televize a často se domnívají, že jde o dvě zcela rozdílné technologie. Ve skutečnosti jsou ale LED televize jakousi „podmnožinou“ LCD televizí − jde o obyčejný LCD displej, ve kterém je podsvícení realizováno svítivými diodami (odtud LED). Tento způsob podsvícení dnes již zcela vytlačil podsvícení studeným katodovým světlem, které se používalo v předchozí generaci LCD displejů.

    Naopak, principiálně odlišně pracuji tzv. OLED televize, které nepoužívají podsvícení.

  • Jak funguje displej z tekutých krystalů (LCD)

    Ačkoliv základy technologie využívající tekutých krystalů sahají až do 19. století, první LCD (liquid crystal display) obrazovka byla vyrobena až roku 1968, přičemž masivnějšího rozšíření se dočkala až v 90. letech 20. století.

    Zadní strana LCD obrazovky je tvořena zdroji světla – dříve šlo o studené katodové výbojky (CCFL), dnes se používají svítivé diody (LED). Světlo odtud dále prochází přes horizontálně orientovaný polarizační filtr do vrstvy tekutých krystalů. Tekuté krystaly jsou tvořeny spirálovitými molekulami, které za běžné situace stáčejí úhel polarizace o 90\(^\circ\). Pokud na ně ovšem přiložíme elektrické napětí, zorientují se tyto molekuly ve směru vektoru elektrické intenzity dopadajícího světla a rovinu polarizace nestočí.

    Za vrstvou tekutých krystalů zpravidla následuje vrstva barevných filtrů, které určí barvu pixelu, a další polarizační filtr, tentokrát vertikální. Pokud světlo procházelo vrstvou tekutých krystalů s přiloženým elektrickým napětím, pak se jeho rovina polarizace nezměnila a vertikálním filtrem neprojde. Pokud ale procházelo vrstvou tekutých krystalů, na které nebylo přiloženo elektrické napětí, byla rovina polarizace stočena o úhel 90\(^\circ\) a světlo vertikálním filtrem projde.

    Velmi názorně je tento princip vysvětlen ve videu zveřejněném na kanálu In One Lesson:

Typ pokusu: kvalitativní
Věková skupina: od střední školy
Potřebné vybavení: proveditelné s pomůckami, které se na školách obvykle vyskytují
Čas přípravy pokusu: do 3 minut
Čas provedení pokusu: do 3 minut
Pokus je zachycen na videu
Multimediální encyklopedie fyziky