«Свет мой, зеркальце! Скажи…» – умное зеркало и другие проекты с прозрачными экранами

Жидкокристаллические экраны – это давно обыденная вещь. Они повсюду: от мобильного телефона и компьютера до самых разнообразных устройств. Новый взгляд на уже обычные вещи может дать неожиданный и интересный результат. Что может получиться, если немного разобрать обычный экран и использовать его по-другому? Давайте посмотрим.

Как создаётся изображение в обычном ЖК дисплее?

Для начала стоит вспомнить, как устроен жидкокристаллический экран (LCD). Они бывают разных типов, поэтому рассмотрим наиболее распространённый вариант с тонкоплёночными транзисторами (TFT).


Поперечное сечение панели на тонкопленочных транзисторах представляет собой многослойный бутерброд. Крайний слой любой из сторон выполнен из стекла. Между этими слоями расположен тонкопленочный транзистор, панель цветного фильтра, обеспечивающая нужный цвет — красный, синий или зеленый, и слой жидких кристаллов. Обязательной частью экрана является подсветка.

Жидкие кристаллы — это смесь определенных веществ, которая находится одновременно в двух состояниях: жидком и кристаллическом. Как жидкость, она обладает свойством текучести – заполняет собой все пространство, в которое она помещена. Как кристалл, она состоит из молекул, располагающихся в определенном, четко структурированном порядке.

•  Жидкие кристаллы, использующиеся в дисплеях, состоят из стержнеобразных молекул, которые располагаются параллельно друг другу. Одновременно с этим молекулы являются жидкостными, а значит, могут «течь», то есть менять свою ориентацию в пространстве в зависимости от того, поступает ли на них электрическое напряжение. Основной структурный элемент ЖК-дисплея — это пиксель. Каждый пиксель состоит из трех ячеек (субпикселей).
  
  
  
  
  Каждая ячейка-субпиксель, в свою очередь, содержит в себе жидкие кристаллы, расположенные слоями таким образом, что из молекул внутри них складывается спираль. Спиралевидная структура кристаллов зажата между двумя электродами и двумя цветными пластинками, покрытыми поляризационной пленкой. В первой ячейке пластинки красные, во второй — зеленые, а в третьей — синие.
• Поляризационная пленка пропускает через себя световые колебания только определенной ориентации. Через первую пластинку проходят только вертикальные, через противоположную выходят только горизонтальные.
• С одной стороны субпиксель подсвечивается. Свет проходит через первую пластинку (вертикальную) и приобретает вертикальную ориентацию. А затем происходит следующее:
•  Если на электродах нет напряжения, то жидкие кристаллы находятся в покое, образуя спираль. Свет проходит через нее и в итоге меняет ориентацию, становится «горизонтальным» и спокойно выходит наружу через вторую пластинку.
  
  
  
• В результате мы получаем яркий красный, зеленый или синий свет. Если же подать на электроды определенное напряжение, то под его воздействием жидкие кристаллы поворачиваются в одно и то же положение перпендикулярно вертикальной пластинке. Свет проходит через них, остается «вертикальным» и упирается в горизонтальную пластинку, которая его не пропускает. Получается более тусклый свет или полное отсутствие света (черный цвет). 
  
  
  
•   Представьте себе тройку субпикселей. В определенный момент времени в одном из них напряжение сильнее, в другом слабее, а в третьем, например, вообще отсутствует. Получается, что, к примеру, красного света мы видим меньше, зеленого — больше, а синего — еще больше.
•  В большом ЖК-дисплее (например, в телевизоре) миллионы пикселей, а субпикселей, соответственно —  втрое больше. Цветные световые потоки от каждого из субпикселей смешиваются в определенных пропорциях и в определенной геометрии. Таким образом, на выходе мы получаем цветное изображение. Так и работает ЖК-дисплей (каюсь, информацию взял отсюда).      

Есть очень наглядное и понятное видео по теме:


Необычный взгляд на привычные вещи.

Во всех жидкокристаллических экранах есть встроенная подсветка. Что получится, если немного изменить её, отдалив на некоторое расстояние или сделав другую? Давайте посмотрим необычные проекты с использованием прозрачных экранов.

Самодельный 4К проектор, в 10 раз дешевле заводского?

Несмотря на то, что это самодельный проектор, он даёт отличную картинку с резким контрастом и яркими цветами. Источником изображения здесь выступает жидкокристаллический экран, у которого удалены некоторые слои и штатная подсветка. Небольшие дисплеи используются в смартфонах. Автор предлагает использовать телефон Sony Xperia Z5 Premium, экран которого как раз 4К (5,5-дюймовый дисплей 4K UHD (3840 x 2160), 806 PPI). Для мобильного телефона такое разрешение, наверное, избыточно – глаз вряд ли заметит разницу. А вот для проектора такой экран будет в самый раз, ведь картинка растягивается. Для управления матрицей можно использовать как сам телефон, так и специальные платы, преобразующие сигналы hdmi (или другие) в сигналы, необходимые конкретной модели экрана. Родная плата телефона может быть предпочтительнее, так как она же выполняет все функции управления и никакого дополнительного компьютера в этом случае не нужно. Особое внимание стоит уделить выбору подходящего объектива.

Как сообщает автор видео, его проектор получился в десять раз дешевле коммерческих продуктов (Мэт использовал подержанный телефон). Заводские проекторы имеют большую яркость, но они более шумные из-за вентилятора охлаждения. Качество картинки у самодельного проектора получилось ничуть не хуже заводского, а резкость, быть может, даже лучше:


 
Чем порадовать и поразвивать ребёнка?

Не знаете, чем занять ребёнка – просто сделайте с ним простой проектор! У многих есть ненужный рабочий мобильный телефон, светодиодная лампочка и линза. Ах да, ещё нужен соплеклей (куда же без него в таких вещах). Из этого без особых сложностей можно сделать действительно стоящий проект:

Поверьте, детей многому можно научить на примере этого устройства. И они надолго запомнят это время, проведённое с вами.

Кот залез в телевизор?!

Авторы следующего проекта решили поэкспериментировать с обычным монитором, пытаясь сделать его необычным. Устройство разобрали, сделали источник света на некотором отдалении от матрицы. Разбирать такие большие экраны нужно крайне осторожно – матрицу можно легко сломать (не зря парень так нервничал). Помните приложения для добавления всяких глупых подрисовок на фотографиях? Честно говоря, когда узнал, что такое hairy lizard, немного удивился.

<img src=«habrastorage.org/webt/i8/ct/zi/i8ctzifvyn50s17yb_kcgx0dygu.jpeg»
align=«center»/>
Где ещё можно использовать такое устройство? Возможно, оно может быть элементом интерьера. В качестве элемента интерьера можно использовать и такое решение.
Авторы высказали мысль, что можно играть в игры или смотреть романтические фильмы, находясь по разные стороны экрана и глядя при этом друг на друга. Мне такое применение кажется сомнительным (картинка с обратной стороны отражена), проект же больше забавным, чем полезным. А вам?

Лирическое отступление. Коты (и не только) явно умнее, чем может показаться. Один мой друг занимается электроникой, в том числе и оптической техникой. Его маленький рыжий «сынок» тоже увлекается оптикой. Так и норовит потрогать лапой хрупкие детали. Наверное, он в этом понимает.
Ещё вспоминается случай про кота товарища @DIHALT (вы ведь знаете сайт easyelectronics?), когда автор сайта никак не мог побороть глюк в микроконтроллере. Пришёл Лысый, специально лапой кувырк микросхему под стол. Лень было доставать, пришлось взять другой такой же контроллер, и всё заработало. Оказалось, котик скинул китайский брак.

Свет мой, зеркальце!


Сначала я подумал, что здесь тоже используется прозрачный экран. Но это не так. Однако проект всё же интересный и заслуживает внимания. Также хотелось отдать некоторую дань памяти замечательному автору прекрасных строк. Поэтому название решил оставить как есть. Вы ведь помните из какого произведения взята фраза для названия?
В проекте используется не прозрачный экран, а двустороннее или полупрозрачное зеркало, которое с одной стороны пропускает свет, а с обратной отражает. Такие зеркала используются, например, психологами для наблюдения за пациентами или в комнатах для допросов.
За зеркалом размещают монитор. При идеальном освещении всё, что на экране выведется чёрным, будет выглядеть как зеркало. А всё белое (или имеющее другой высококонтрастный цвет) будет просвечивать сквозь зеркало. 
В сети множество различных реализаций данной идеи. На Хабре тоже есть материал про такое зеркало. 
В качестве зеркала используют либо плёнку, либо зеркало на основе стекла. Обычно делают что-то вроде информационной панели, на которую выводится различная полезная информация: календари, погода, курс валют, биткоина, список дел или покупок.
Получается некая смесь Raspberry Pi, открытого проекта Magic Mirror и голосового помощника Alexa.

Такой проект может быть полезным для отображения информации и дополнить убранство помещения.
Позже мне всё таки попалось что-то похожее на зеркало именно с прозрачным экраном.


С таким экраном можно давать представления в кукольном театре – он может дополнить или облегчить создание декораций.

Выводы.

Необычный взгляд на привычные вещи может показать их с действительно неожиданной стороны. А иногда и вовсе преобразить их до неузнаваемости. Наверное, новые устройства так и появляются.
Забыл сказать, что hairy lizard – это волосатая ящерица, и такие, видимо, существуют.
Экспериментировать лучше в компании мелких любознательных животных. Они часто помогают решать задачи, а творческий процесс с их участием становится веселей. У вас ведь есть такие помощники?