石英和液晶有什么区别?

由:杰夫困难

石英和液晶是如何让你的手表滴答作响的?
Stockbyte /盖蒂图片社

当你低头看你的,你可能没想过有多么不同石英液晶是相互联系的。你可能不应该这么做——当你做完对它们的对比时,你可能会在下一次约会时迟到。虽然石英和液晶的物质状态并不相同,但它们有一个重要的共同点:没有它们,普通的电子表或电子钟就不能正常工作。

在我们对腕表内的功能对比之前,让我们来看看每种物质的一些属性。石英是地球表面最丰富的矿物质之一。已知的化学名称二氧化硅在美国,石英是一种晶体固体,用作珠宝和砂纸的成分。石英晶体也是手机、电视接收器,当然还有手表和钟表等设备的常见组件。乐动体育网站5.0石英被用于如此多的电子设备的主要原因之一就是它确实是压电,这意味着当压力施加在它身上时,它就会产生电荷。石英也展示了一个反向压电效应:当一个电荷被施加到石英晶体上,它就开始振动。正如我们将看到的,这些属性在计时时变得非常重要。

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液晶另一方面,不是单数内物质。乐动体育网站5.0首先在19世纪被科学家发现了试图确定胆固醇的分子量,液晶实际上是包含第四物质的化合物的分类:液晶中的棒状或板状分子倾向于液体,但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。乐动-软件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]

现在我们已经了解了石英和液晶的不同属性,让我们来看看它们是如何在手表中发挥作用的。

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石英的作用

让我们查看手表或时钟需要正常工作的基本组件:

  • 计时装置一种计时装置,通过传送恒定频率来测量时间的长度
  • 以一种我们能理解的方式来表达时间
  • 一个集成电路,存储日期和时间并与定时机制和显示器通信
  • 给这些元素供电的电池
  • 一个电路板来容纳和连接所有的部件[来源:探索Nanoworld]

请记住,我们专门谈论数字石英手表和时钟。这些手表不同于机械表,机械表必须定期上弦,通常不使用石英,也不同于模拟表和钟表,使用齿轮驱动指针沿着表盘,通常不使用液晶。乐动体育网站5.0

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石英起到计时机构的作用。自1969年精工将石英晶体引入手表以来,几十年来石英晶体已经成为现代手表制造商的标准[来源:精工)。用于手表的石英振动频率非常高。这意味着很高的准确性:石英表上显示的时间在一个月里可能只与实际时间相差几秒[来源:Lombardi]。此外,由于石英是压电的,它需要很少的能量来振动,使单一的碱性电池为石英表连续供电。

石英与手表的集成电路协同工作。简而言之,电池向集成电路发送一个小电荷,集成电路通过一对微小电极连接到石英振荡器上。电路把电流传递给石英振荡器,石英就开始振动。手表中使用的石英振荡器已被标准化为每秒振动32,768次,或32.768千赫兹的频率。该集成电路可对振荡器的振动进行计数,并测量秒、分、小时等间隔。每隔一段时间,电路就发射一个电脉冲。

这个脉冲去了哪里?液晶显示。液晶如何在电子表面上显示数字?继续往下读吧。

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液晶的作用

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手表上的液晶显示屏分为7或14段,显示那些熟悉的数字。
Stockbyte /盖蒂图片社

虽然石英以人类无法察觉的微小瞬间来测量时间的流逝,液晶帮助我们以一种容易理解的方式来描述时间的流逝。

我们前面提到过,液晶具有光学特性,这使它们成为液晶显示器屏幕。液晶物质根据其各自的特性,按固体和液体之间的光谱分类。数字手表上最常见的一种液晶显示屏叫做液晶显示屏扭曲向列相(TN)显示。构成液晶的分子排列成扭曲的螺旋状。但是,通过施加外力——比如电脉冲——影响通过它们的光,这些化学物质可以被解开。

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手表上的LCD基本上夹在两个导电玻璃板之间的液晶化学物质,偏振过滤器连接到每个板并彼此取向90度。液晶分子自然平行于偏振滤光器,允许从环境光的照明反射从偏振器下方的镜子中反射 - 这是给出其银光的液晶外观。乐动体育网站5.0然而,将电荷施乐动体育网站5.0加到液晶改变其分子的取向以垂直于偏振滤波器运行,并且过滤器吸收所有光,留下显示器上的黑色电池。

当集成电路在石英振荡器测量的每秒钟、每分钟、每小时和其他间隔后释放这些电脉冲时,它与LCD通信,使部分LCD开关。液晶显示器被分成一系列的7或14段的部分,每个7段的部分传达一个数字零到9。乐动体育网站5.0这些部分的组合可以显示从12:15到12:16或者从1:00到2:00的时间流逝。(由于有更多的细胞,14段的切片可以显示字母和数字。)

正如你所看到的,石英和液晶是非常不同的物质,在计时方面有着非常不同的用途。但没有他们俩一起工作,我们可能要迟到了。

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作者的注意

在我研究这个故事的过程中,最大的惊喜是一个悖论:液晶和石英几乎没有任何共同之处,但在手表的内部,它们相互依赖。我想我从未考虑过这一点,因为我已经很多年没戴过手表了(只要我有iPhone,我可能就再也不会戴了)。但现在让我震惊的是,每当我遇到一个炫耀石英表的人,时间都是由每秒数千次的微振动决定的;我们能识别出前移是因为光通过了滤光片;而这一切都在我们的视线之外发生,但却如此接近我们的一个简单的技术,我们认为这是理所当然的。乐动-软件这让我想知道我车库的开门器里面有什么。

相关文章

来源

  • 冷却,彼得。"液晶:物质的自然微妙阶段,第二版"普林斯顿大学出版社,2002。
  • 柯林斯,格伦。"小手上的大手"《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。“利用液晶作为光电显示。”(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
  • Geology.com。“石英:矿物用途和性质。”(2012年6月29日)http://geology.com/minerals/quartz.shtml
  • Lombardi,迈克尔。“石英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》。“问答: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/tech乐动-软件nology/quartz/index.html
  • 伍德福德,克里斯。“石英钟和手表。”ExplainThatStuff。2011年12月17日。(2012年6月27日)http://www.explainthatstuff.com/quartzclockwatch.html

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