石英和液晶有什么区别?

经过:杰夫困难

石英和液晶如何让您的手表勾选?
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当你瞥一眼你的时候,你可能没想过有什么不同石英液晶彼此偏相成。你可能不应该 - 由你完成滴答了他们对比的时候,你可能会晚点到您的下一个约会。但是,虽然石英和液晶甚至处于同行事状态,但它们具有一个重要的共性:平均数字手表或时钟没有它们无法正常工作。

在我们对比它们在手表中的功能之前,让我们先看看每种物质的一些特性。石英是地球表面发现的最丰富的矿物质之一。它的化学名称二氧化硅,石英是用作珠宝和砂纸的组件的结晶固体。石英晶体也是手机,电视接收器等设备中的共同组件,以及当然,手表和时钟。Quartz在这么多电子设备中使用的主要原因之一是因为它是压电也就是说,当压力施加在它身上时,它就会产生电荷。石英还表现出一种反向压电效应:当电荷加到石英晶体上时,它就开始振动。正如我们将看到的,当涉及到计时时,这些属性变得非常重要。

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液晶另一方面,不是单数内物质。科学家试图确定胆固醇的分子量在19世纪首先发现,液晶实际上是包括物质的第四状态的化合物的分类:在液晶中的棒状或板状的分子倾向于流动状液体,但是保持固体中看到的对齐和顺序[来源:nobelprize.org]。您可能已经注意到LCD - 也称为液晶显示器 - 在计算机,电视和其他技术件中是常见的。那是因为液晶分子具有光学性质,当它通过它们时会影响光的光学性质。1973年出现了具有液晶显示器的第一腕表[来源:《纽约时报》

现在我们知道石英和液晶的不同属性,让我们来看看每一个表内他们的功能如何。

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石英的作用

让我们回顾一下手表或时钟正常工作所需的基本组件:

  • 一种计时机制,通过传输恒定频率测量时间长度
  • 用我们能理解的方式来表达时间
  • 一种集成电路,用于存储日期和时间,并与定时机构和显示器进行通信
  • 为这些元素提供动力的电池
  • 用于容纳和连接所有部件的电路板[来源:探索nanoworld]

记住,我们在谈论的是数字石英手表和时钟。这些手表不同于机械手表,机械手表必须定期上弦,通常不含石英;它们也不同于指针表和指针表,后者使用齿轮驱动指针沿着表盘移动,通常不含液晶。

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Quartz用作计时机制。首先精工于1969年引入手表,石英晶体已经成为现代手表制造商在自[来源:精工]几十年的标准。手表中使用的Quartz以非常高的频率振动。这意味着极大的准确性:在石英表显示的时间与实际时间通过短短的几秒钟在某一个月[来源偏差:Lombardi).此外,因为石英是压电的,它只需要非常少的电力来振动,使一个单一的碱性电池为石英表连续供电数年。

Quartz与手表集成电路串联工作。简而言之,电池向集成电路向集成电路发送小电荷,该电荷与一对微小电极连接到石英振荡器。电路通过电力到石英振荡器,并开始振动。手表中使用的石英振荡器已被标准化,以振动每秒32,768次,或以32.768千赫兹的频率振动。集成电路被编程为计算振荡器的振动,并测量间隔 - 秒,分钟,小时等。在每个间隔处,电路发送电脉冲。

这个脉冲去了哪里?液晶显示。液晶是如何在数码表盘上显示数字的?继续往下读吧。

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液晶的作用

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手表上的LCD分为七个或14段部分,显示这些熟悉的数字。
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虽然石英措施的微时刻,无法察觉到人类时间的推移,液晶有助于描绘的时间在显示器上的方式,我们可以很容易理解的通道。

我们前面提到过,液晶具有光学特性,这使它们成为一种受欢迎的成分液晶屏幕。液晶物质根据其各自的特性,在固体和液体之间的光谱上进行分类。数字手表上的LCD屏幕上最常见的显示类型叫做a扭曲向列(TN)显示.构成该显示器中液晶的分子以扭曲的螺旋形状布置。但是通过施加外力就像电脉冲,化学物质可以是不驾驭的 - 这将影响通过它们的光。

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手表上的液晶显示器本质上是把液晶化学物质夹在两块导电玻璃板之间,每块玻璃板上都有偏振滤波器,偏振滤波器的方向相互倾斜90度。液晶分子自然地与偏振滤光片平行运行,使周围光线反射到偏振镜下方的镜子上——这就是液晶显示器银色外观的原因。然而,在液晶上加一个电荷,就会改变液晶分子的方向,使其垂直于偏振滤光片,滤光片就会吸收所有光线,只留下黑色单元。

当集成电路在石英振荡器测量的每一秒、每一分钟、每一小时和其他时间间隔之后释放这些电脉冲时,它与LCD通信,打开或关闭LCD的某些部分。LCD被分成一系列7段或14段,每段7段传送一个从0到9的数字。例如,这些部分的组合可以显示从12:15到12:16,或者从1点到2点的时间。(由于有更多的细胞,14段的细胞不仅能显示数字,还能显示字母。)

正如你所看到的,石英和液晶是非常不同的物质,它们在计时方面有着不同的用途。但如果他们俩不合作,我们可能会迟到。

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作者的注意

在我为这个故事做研究的过程中,最大的惊喜是一个悖论:液晶和石英几乎没有任何共同点,但在手表内部,它们是相互依赖的。我想我从来没有考虑过这一点,因为我已经很多年没戴手表了(只要我还有iPhone,我可能就再也不会戴了)。但现在令人震惊的是,每当我遇到佩戴石英表的人,时间是由每秒数千次微振动决定的;我们能认出前移是因为光通过了滤光片;这一切都发生在我们完全看不见的地方,但在我们认为理所当然的一项简单的技术中却如此接近我们。这让我想知道我的车库开门器里面有什么。

相关文章

来源

  • Collings,彼得。“液晶:大自然的微妙阶段,第2版。”普林斯顿大学出版社。2002年。
  • 柯林斯,格伦。“大手搭小手。”《纽约时报》。2005年9月29日。(2012年6月27日)http://www.nytimes.com/2005/09/29/nyregion/29watch.html?pagewanted=print
  • 大英百科全书网上。“液晶化合物。”(2012年6月29日)http://www.britannica.com/EBchecked/topic/343083/liquid-crystal/51853/Liquid-crystal-compounds
  • 大英百科全书网上。用液晶作光电显示器。(2012年6月29日)http://www.britannica.com/EBchecked/topic/343083/liquid-crystal/51856/Use-of-liquid-crystals-as-optoelectronic-displays
  • 探索Nanoworld。“液晶”。2008.(2012年6月27日)http://mrsec.wisc.edu/Edetc/background/LC/index.html#howto
  • 地质学。“石英:矿物用途和属性。”(2012年6月29日)http://geology.com/minerals/quartz.shtml
  • Lombardi,迈克尔。“石英手表的准确性和稳定性。”钟表杂志。2008年2月。(2012年6月29日)tf.nist.gov/general/pdf/2276.pdf
  • 《纽约时报》。“Q&A:液晶。”1990年3月6日。(2012年6月30日)http://www.nytimes.com/1990/03/06/science/q-a-353490.html?src=pm
  • NobelPrize.org。液晶的历史和性质。2003年9月9日。(2012年6月27日)http://www.nobelprize.org/educational/physics/liquid_crystals/history/index.html
  • 美国精工公司。“石英”。(2012年6月29日)http://www.seikousa.com/technology/quartz/index.html
  • 伍德福德,克里斯。“石英时钟和手表。”解释。2011年12月17日。(2012年6月27日)http://www.explainthatstuff.com/quartzclockwatch.html

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