Устройство индикации на основе жидких кристаллов (стр. 1 из 2)

Министерство образования Республики Беларусь

Белорусский Национальный Технический Университет

Факультет Информационных Технологий и Робототехники

Кафедра «РТС»

Реферат по теме «Устройство индикации на основе жидких кристаллов»

Выпонила: Жос О.А.

Проверил: Домаренко А,Н,

Минск 2010

Введение:

Жидкокристаллические индикаторы появились недавно (70-е годы) и стали широко применяться в качестве СОИ. Индикаторы на жидких кристаллах в последние годы все чаще применяются в разнообразной электронной аппаратуре. Эти индикаторы отличаются малыми габаритами, потребляют незначительную мощность (не более 100 мкВт) от низковольтных источников питания, обеспечивают высокую контрастность изображения даже при достаточно высоких уровнях засветки.ЖК-индикаторы - пассивные устройства. Они не генерируют свет и требуют дополнительной подсветки, сами же выполняют роль модулятора, работая в режиме пропускания или отражения света.

Жидкий кристалл:

Жидкий кристалл – это специфическое агрегатное состояние вещества, в котором оно проявляет одновременно свойства кристалла и жидкости. Сразу надо оговориться, что далеко не все вещества могут находиться в жидкокристаллическом состоянии. Большинство веществ может находиться только в трех, всем хорошо известных агрегатных состояниях: твердом или кристаллическом, жидком и газообразном. Оказывается, некоторые органические вещества, обладающие сложными молекулами, кроме трех названных состояний, могут образовывать четвертое агрегатное состояние — жидкокристаллическое. Это состояние осуществляется при плавлении кристаллов некоторых веществ. При их плавлении образуется жидкокристаллическая фаза, отличающаяся от обычных жидкостей. Эта фаза существует в интервале от температуры плавления кристалла до некоторой более высокой температуры, при нагреве до которой жидкий кристалл переходит в обычную жидкость. Чем же жидкий кристалл отличается от жидкости и обычного кристалла и чем похож на них? Подобно обычной жидкости, жидкий кристалл обладает текучестью и принимает форму сосуда, в который он помещен. Этим он отличается от известных всем кристаллов. Однако, несмотря на это свойство, объединяющее его с жидкостью, он обладает свойством, характерным для кристаллов. Это — упорядочение в пространстве молекул, образующих кристалл. Правда, это упорядочение не такое полное, как в обычных кристаллах, но, тем не менее, оно существенно влияет на свойства жидких кристаллов, чем и отличает их от обычных жидкостей. Неполное пространственное упорядочение молекул, образующих жидкий кристалл, проявляется в том, что в жидких кристаллах нет полного порядка в пространственном расположении центров тяжести молекул, хотя частичный порядок может быть. Это означает, что у них нет жесткой кристаллической решетки. Поэтому жидкие кристаллы, подобно обычным жидкостям, обладают свойством текучести.

Обязательным свойством жидких кристаллов, сближающим их с обычными кристаллами, является наличие порядка» пространственной ориентации молекул. Такой порядок в ориентации может проявляться, например, в том, что все длинные оси молекул в жидкокристаллическом образце ориентированы одинаково. Эти молекулы должны обладать вытянутой формой. Кроме простейшего названного упорядочения осей молекул, в жидком кристалле может осуществляться более сложный ориентационный порядок молекул.

В зависимости от вида упорядочения осей молекул жидкие кристаллы разделяются на три разновидности: нематические, смектические и холестерические.

В качестве жидких кристаллов могут выступать очень многие органические соединения (тысячи), наилучшие для технических применений результаты дают их смеси. «Классическими» нематическими смесами являются МББА (н-(п-метоксибензилиден) — п- (н-бутиланилин)) и ЭББА (н- (п-этоксибензилиден) — п- (н - бутиланилин)), обеспечивающие получение ΔТжк =Тж—Тк=15 ... 70°. Среди всех структурных разновидностей жидких

кристаллов нематические отличаются наименьшей вязкостью, что обеспечивает их наибольшее быстродействие, определяемое временем переориентации молекул ~10 -1 с (и до ІО-2 ... 10-3 с в специальных рабочих режимах). Удельное сопротивление нематических ЖК очень велико (~1017 Ом*см и для его некоторого уменьшения (что порой необходимо) в

жидкость вводятся органические примеси, при диссоциации которых возникают свободные ионы.

Жидкокристаллические индикаторы:

Жидкокристаллические индикаторы - новый вид индикаторных устройств, не излучающих собственный свет, а преломляющих падающий или проходящий сквозь них свет. Изображение образуется за счет контраста между участками с приложенным напряжением и теми, где оно отсутствует. Основой для создания таких индикаторов послужили так называемые жидкокристаллические вещества. Это некоторые классы химических веществ, которые в границах определенного температурного режима имеют физические свойства жидкости (текучесть, каплеобразование) и в то же время обладают свойствами правильной молекулярной структуры кристаллов, т.е. имеют правильную геометрическую структуру решетки молекулы. Короче, можно сказать, что они обладают текучестью воды и оптическими свойствами кристаллов. Структура вещества достаточно подвижна и легко изменяется под воздействием электрического поля.

По конструкции индикатор с ЖК веществом подобен конденсатору, в котором между двумя стеклянными пластинами, внутренняя поверхность которых покрыта электропроводящим слоем (электродами), находится слой жидких кристаллов толщиной около 10-20 мкм.Поскольку толщина слоя ЖК мала, в индикаторах предъявляются очень жесткие требования к плоскопараллельности стекол.

В конструкции индикаторов на жидких кристаллах также используется сегментный принцип формирования знаков. Индикаторы на жидких кристаллах являются перспективными приборами. Они способны работать практически при любой освещенности помещения, даже под прямыми солнечными лучами. Они являются самыми экономичными. Недостатком их является инерционность. Время включения составляет 20-90мс, а выключения 50-200мс. Использование светодиодных индикаторов и индикаторов на жидких кристаллах перспективно прежде всего в малогабаритных цифровых устройствах.

Жидкокристаллические индикаторы (ЖКИ) относятся к «молодым» и бурно прогрессирующим оптоэлектронным прибором. Жидкокристаллическое состояние вещества характеризуется одновременным сочетанием свойств жидкости (текучесть) и кристалла (оптическая анизотропия). Такое состояние может обнаруживаться в некотором температурном интервале между точкой кристаллизации Тк и точкой превращения вещества в однородную прозрачную жидкость Тж.

Имеется несколько структурных разновидностей жидких кристаллов (ЖК); для индикаторных приборов используются нематические ЖК, характеризующиеся следующими основными особенностями:

— молекулы этих веществ имеют сильно вытянутую, нитевидную конфигурацию;

— в равновесном состоянии проявляется тенденция к ориентации больших осей молекул вдоль какого-то преимущественного направления;

— межмолекулярные взаимодействия очень слабы, поэтому структура жидкости (характер ориентации молекул) может легко изменяться под влиянием внешних воздействий;

— имеет место оптическая и электрическая анизотропия: значения показателей преломления и диэлектрической постоянной в направлении вдоль больших осей молекул (n11 и ε11 ) и перпендикулярно

ему (n┴ и ε┴) различны (ЖК — кристаллы с двойным лучепреломлением);

— В зависимости от знака величины Δε=ε11 – ε 1 различают положительную и отрицательную диэлектрическую анизотропию — при приложении электрического поля молекулы ЖК первого типа ориентируются вдоль поля, второго типа — поперек поля;

— наличие анизотропии и возможность перестройки структуры проявляются в двух разновидностях электро-оптических эффектов; изменение характера поляризации проходящего (отраженного) света и изменение коэффициента отражения (пропускания) света.

Исторически первым электрооптическим эффектом, использованным в индикаторной технике, стал эффект динамического рассеяния. Если к слою слегка проводящего нематического ЖК с отрицательной диэлектрической анизотропией приложить электрическое поле, то молекулы ориентируются поперек поля, а возникающий поток ионов стремится ларушить эту ориентацию.

При некотором значении тока проводимости возникает состояние турбулентности, разрушающее ранее упорядоченную структуру ЖК. Беспрерывные хаотические изменения показателя преломления участков жидкости вызывают рассеяние света (отсюда и название эффекта), внешне проявляющееся как помутнение ЖК. Вольт-контрастная характеристика ЖКИ представлена на рис. 3.1.

Устройство жидкокристаллического индикатора (рис. 3.3) достаточно просто, здесь удобно реализуются современные плоские панельные конструкции.

Конструкция элементарной ячейки ЖК-индикатора проста и содержит две стеклянные пластины, имеющие на внутренней стороне прозрачное проводящее покрытие. Между пластинами залит ЖК. Толщина ЖК лежит в пределах от 6 до 25 мкм. Такая конструкция по сути представляет собой плоский конденсатор. При отсутствии напряжения на ячейке ЖК-вещество однородно и прозрачно. При приложении к ячейке порогового напряжения возникает волнистая доменная структура. При превышении порогового напряжения доменная структура превращается в ячеистую, затем в жидкости возникает вихревое движение. ЖК теряет оптическую однородность и рассеивает свет во всех направлениях. Этот эффект называют динамическим рассеиванием. В настоящее время распространены индикаторы на основе эффекта динамического рассеивания, а также индикаторы, использующие полевой твист-эффект (закручивание) и эффект типа «гость-хозяин».