Устройство индикации на основе жидких кристаллов (стр. 2 из 2)

Лучшие характеристики индикаторов дает использование твист-эффекта, суть которого заключается в следующем. В зазоре между двумя пластинами тем или иным способом достигают «скручивания» номатической структуры ЖК, т. е. такого расположения молекул, когда их большие оси параллельны ограничивающим поверхностям, а направления этих осей вблизи одной и другой пластин взаимно перпендикулярны (рис. 3.2,а).

В настоящее время наиболее распространены индикаторы, использующие полевой твист-эффект (от англ. twist - закручивание). Работа ячейки со скрещенными поляризатором П и анализатором А показана на рис. 3.4.

В отсутствие напряжения питания на ячейке молекулы ЖК закручены приблизительно на 90° благодаря ориентирующему действию подложек П и А.

Поляризатор - это оптический элемент, пропускающий свет, поляризованный в одном направлении, и гасящий свет, поляризованный в противоположном направлении, в зависимости от ориентации поляризатора. Если оси второго поляризатора, называемого анализатором, параллельны осям первого, то свет проходит через второй поляризатор; если же оси анализатора перпендикулярны, излучение гасится.

Рис. 3.4 - Работа ЖК-индикатора на твист-эффекте при напряжениях:

а - нулевом; б - превышающем пороговое

В толще жидкости ориентация молекул меняется постепенно от верхней граничной ориентации к нижней. Технологически такая скрученная структура достигается, например, путем однонаправленного натирания внутренних поверхностей стеклянных пластин во взаимно перпендикулярных направлениях, что и ведет к соответствующей ориентации молекул.

Слой скрученного нематического ЖК вращает плоскость поляризации проходящего света на п/2. Если к ячейке приложить электрическое поле, то (при условии использования материалов с положительной диэлектрической анизотропией) все молекулы ориентируются вдоль поля (рис. 3.2,6) и эффект скручивания пропадает. Теперь слой жидкости не изменяет поляризации проходящего через него света. Помещая на входе и выходе ячейки поляроидные пластины, преобразуют модуляцию поляризации света в амплитудную.

Твист-эффект в отличие от эффекта динамического рассеяния является чисто полевым: для его реализации пропускание тока через структуру не нужно. Это дает существенный выигрыш в энергопотреблении.

Свет, падающий сверху, поляризуется таким образом, что его вектор поляризации совпадает с направлением директора D у верхней подложки. При прохождении через ЖК плоскость поляризации света вращается (как директор у молекул ЖК) и свет проходит через анализатор. При питании ячейки напряжением выше порогового, вектор поляризации ЖК приобретает вертикальное направление и ЖК не вращают плоскость поляризации, а анализатор не пропускает свет.

ЖК-индикаторы имеют преимущества по сравнению с индикаторами на эффекте динамического рассеяния (меньше рабочие токи 1-3 мкА/ см2 вместо 10 мкА/ см2, и поэтому большую долговечность). Быстродействие ЖК на твист-эффекте гораздо выше, чем при использовании динамического рассеяния.

К недостаткам ЖК-индикаторов на твист-эффекте относится меньший, чем у индикаторов на эффекте динамического рассеяния, угол обзора, что связано с узкой диаграммой направленности света при твист-эффекте и влиянием поляризаторов. Применение поляризаторов приводит к потерям до 50 % света, а также повышает стоимость индикаторов.

Индикаторы без поляризаторов могут быть созданы на основе эффекта «гость-хозяин». Стержневидные молекулы красителя (гость) вводятся в ЖК (хозяин). Молекулы красителя стремятся ориентироваться параллельно осям молекул ЖК (рис. 3.5).

Рис. 3.5 - Работа ЖК-ячейки на эффекте «гость-хозяин» при напряжениях:

а - нулевом; б - превышающем пороговое; 1 - молекулы красителя; 2 - молекулы ЖК

В начальном состоянии, при нулевом напряжении на ЖК-ячейке, свет с любым направлением поляризации поглощается (рис. 5.4, а). При наложении достаточно сильного электрического поля ЖК-вещество переходит в состояние, в котором все молекулы красителя ориентированы вертикально, а падающий на ячейку свет свободно проходит сквозь нее (рис. 5.4, б).

Описанная система перспективна, так как позволяет получить почти черное позитивное изображение на белом фоне при высокой яркости и достаточно широком угле обзора. Контраст у индикаторов на эффекте «гость-хозяин» несколько хуже вследствие поглощения света красителем.Для получения низких управляющих напряжений (единицы вольт) зазор между пластинами должен быть небольшим (~10-3 см), а используемая жидкость должна иметь круто нарастающую вольт-контрастную характеристику (рис. 3.1).

Характерно, что стоимость ЖКИ (в отличие от полупроводниковых) очень мало зависит от их площади — изготавливаются приборы с высотой цифр от 3 до 500 мм. Используются конструкции, работающие как в отраженном свете (большинство типов), так и в проходящем. Все ЖКИ работают на переменном токе; при попытках использовать постоянное управляющее напряжение оказываются существенными электролитические эффекты и срок службы прибора становится недопустимо малым.

Жидкие кристаллы представляют собой достаточно удобную основу для создания информационных табло повышенной информационной емкости и экранов малокадрового телевидения. Причины этого—малая потребляемая мощность, высокая контрастность, низкое питающее напряжение, технологичность. Основные сложности связаны со схемами управления: низкое быстродействие ЖКИ затрудняет использование мультиплексных режимов, приводит к созданию ЖК матриц с большим количеством внешних выводов. Перспективы преодоления этой проблемы видятся в разработке конструкции экрана, в которой вместо одной из стеклянных обкладок обычного ЖКИ используется кремниевая пластина, содержащая схему управления и имеющая на своей поверхности матрицу элементарных электродов.

Каждый из этих электродов является оптическим отражателем. Такое технологическое совмещение растра и схемы управления резко сокращает число внешних выводов.

Достоинства ЖК-индикаторов заключаются в следующем:

- малая потребляемая мощность (110 мкВт/см2);

- работа при высоком уровне внешней освещенности;

- простота конструкции и технологии изготовления;

- низкая стоимость, низкое рабочее напряжение.

К основным недостаткам ЖК-индикаторов следует отнести узкий диапазон рабочих температур (от -10 до +60° С), длительные переходные процессы, к тому же зависящие от температуры.

Совершенствование ЖКИ ведется в направлении получения цветных изображений (для этого привлекаются иные, отличные от описанных, электрооптические эффекты), повышения быстродействия, долговечности (значения, близкие к 105 ч, представляются вполне реальными), создания элементов с встроенной памятью.

В настоящее время проводятся работы по созданию матричных ЖК-индикаторов. Значительные успехи достигнуты в создании полицветных ЖК-индикаторов с использованием цветных светофильтров.

Литература:

3.Ю. Готра, Л.К. Вистинь, В.В. Пархоменко, Л.М. Смеркло «Индикаторные устройства на жидких кристаллах» 1980 Москва

Интернет:

http://works.tarefer.ru/89/100330/index.html

http://www.erudition.ru/referat/ref/id.24370_1.html

http://www.referatshop.ru/view/003y30008.php