Индикаторы (стр. 3 из 4)
— В зависимости от знака величины Δε=ε11 – ε1 различают положительную и отрицательную диэлектри-ческую 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.
В качестве жидких кристаллов могут выступать очень многие органические соединения (тысячи), наи-лучшие 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.
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 упо-рядоченную 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. 3.7.
Лучшие характеристики индикаторов дает использо-
вание твист-эффекта, суть которого заключается в сле-
дующем. 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 по-верхностям, а направления этих осей вблизи одной и
другой пластин взаимно перпендикулярны (рис. 3.8,а).
В толще жидкости ориентация молекул меняется
постепенно от верхней граничной ориентации к
нижней. Технологически такая скрученная струк-
тура достигается, например, путем однонаправ-
ленного натирания внутренних поверхностей
стеклянных пластин во взаимно перпендикуляр-
ных 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. 3.8,6) 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.
Устройство жидкокристаллического индикатора (рис. 3.9) достаточно просто, здесь удобно реализуюгся современные плоские панельные конструкции. 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. 3.7). 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 мало-кадрового телевидения. Причины этого—малая потреб-ляемая мощность, высокая контрастность, низкое питающее напряжение, технологичность. Основные сложности связаны со схемами управления:
низкое быстродействие
ЖКИ затрудняет использование мулыиплексных режи-
мов, приводит к созданию ЖК матриц с большим коли-
чеством внешних выводов. Перспективы преодоления
этой проблемы видятся в разработке конструкции экра-
на, 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.
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 злементов с встроенной памятью.
3.3 Газоразрядные индикаторы (ГРИ) являются примером того, как влияние конструкторско-технологических идей микроэлектроники заново преобразует «старую» традиционную область техники.
Основу любого прибора этого класса составляет элементарный газоразрядный промежуток (рис. 3.10). За-жигание и поддержание разряда требует высокого напряжения (Uзаж≈80 ... 400 В, Uгор≈50 ... 300 В), ток близок к 1 мА. Заполнение рабочего объема неоном дает оранжевое свечение, а гелием и аргоном — желтое и фиолетовое. Возможно и непрямое преобразование энергии: разряд в ксеноне (УФ излучение) в сочетании с фотолюминофорами желаемого цвета свечения. Инерционность газового разряда определяется в основном временами его гашения (10-7 ... 10-8 с) и исчезновения плазмы (10-6 ... 10-4 с).
Используются два основных режима работы. В режиме постоянного тока обязателен балластный резистор,
необходим и элемент гашения разряда. Взаимодействие газа с электродами (рис. 3.10,а) сопровождается катодным распылением, особенно интенсивным при минусовых температурах. Значительно перспективнее высокочастотный разряд, для которого характерны самоограничение и отсутствие непосредственного кон-такта газа с электродами (рис. 3.10,6).
Среди газоразрядных индикаторов выделяют: знаковые, шкальные и универсальные (плазменные
панели). На смену громоздкой пакетной конструкции газоразрядной лампы с десятью изолированными катодами, высвечивающими отдельные цифры, пришел многоразрядный монодисплей панельного типа, один из вариантов которого представлен на рис. 3.11. Его характерные особенности: плоскостность, малая толщина (несколько миллиметров), простота конструкции (всего четыре детали) и технологии. Две плоские электродные решетки из ковара, получаемые штамповкой или травлением, закрепляются на отдельных стеклянных пластинах, после чего части собранного пакета соединяются в горячем состоянии. Затем пакет вакуумируется, заполняется газовой смесью и герметизируется. Кроме катодных линейных элементов, формирующих изображение, электродные решетки содержат и внешние выводы.
Имеется много разновидностей сегментных ГРИ, но все они однотипны с описанным прибором. Типичные значения высоты знаков составляют 5... 16 мм, число разрядов 3 ... 9. Для питания необходимо напряжение постоянного тока 170 ... 200 В.
Универсальный индикалэр или плазменная панель представляют собой двухкоординатную матрицу, содер-жащую не менее 104 ... 105 элементарных газоразряд-
ных ячеек. Разрабатываются панели постоянного и переменного тока, т. е. с внутренними и внешними элек-тродами (рис. 3.12). Высокочастотный экран питается двумя возбуждающими напряжениями от генераторов Г1 и Г2 (рис. 3.12,в): синусоидальным опорным с частотой в несколько килогерц, поддерживающим разряд, и записывающим (или стирающим) в виде коротких прямоугольных импульсов, «поджигающих» ту или иную ячейку.
В конструкциях рис. 3.12 центральная мозаичная пластина служит для изоляции разрядных промежутков друг от друга, ею определяется разрешающая способность экрана, близкая к 10 ... 20 лин/см. Ограничения области разряда можно добиться и без перегородок повышением давления газовой смеси, которое ведет к стягиванию плазменного шнура, возникающего в месте пересечения возбужденных X- и У-электродов. Идя по этому пути, можно существенно повысить разрешающую способность,
