Индикаторные приборы

Для представления поступающей информации в визуальной форме служат индикаторные устройства, позволяющие преобразовывать электрические сигналы в оптические.

Индикаторы на основе жидких кристаллов (ЖК) представляются более перспективными из целого ряда индикаторных приборов (вакуумные и газоразрядные, светодиодные, электролюминесцентные и т.д.) ввиду своей технологичности, простоты в эксплуатации, более высокой чувствительности и использования для их работы низких напряжений питания.

Типичный жидкокристаллический индикатор (рис. 19.1) содержит два электрода, оба прозрачные, если индикатор работает на просвет (2 на рис. 19.1, а), или прозрачный 2 и зеркальный 5, если индикатор работает на отражение (рис. 19.1,б). Электроды, между которыми располагается ЖК (3 на рис. 19.1), нанесены на стеклянные подложки 1; межэлектродный зазор создается при помощи герметизирующих прокладок 4.

а

б

Рис. 19.1. Конструкции жидкокристаллических индикаторов, работающих на просвет (а) и на отражение (б)

Жидкий кристалл (ЖК) - это агрегатное состояние вещества, в котором оно обладает как свойствами жидкости (текучестью, вязкостью, поверхностным натяжением), так и твердого тела (анизотропией оптических и электрических параметров). Подобные свойства обусловлены, с одной стороны, тем, что оси или плоскости соседних молекул ЖК оказываются практически параллельными, но, с другой стороны, центры масс этих молекул не образуют периодической решетки, а располагаются хаотичным образом в пространстве и при этом могут свободно перемещаться.

Упорядоченность расположения соседних молекул обусловлена существованием слабых сил электрического (дипольного) взаимодействия, влияние которых становится заметным, если молекулы жидкости имеют не строго сферическую форму, а, например, вытянутую в одном направлении или, наоборот, уплощенную. Именно это и имеет место в ЖК - в большинстве случаев их молекулы имеют сигарообразную форму. Повышение температуры способствует усилению хаотического движения молекул, в результате чего их взаимная ориентация нарушается и ЖК превращается в обычную жидкость.

Различают три основные фазы ЖК: смектическую, нема-тическую и холестерическую. Смектическая характеризуется наибольшей упорядоченностью расположения молекул — их оси не только параллельны, но, кроме того, их центры масс лежат в одной плоскости. В результате в веществе образуются слои одинаково ориентированных молекул, расположенные на одинаковом расстоянии друг от друга. В нематических ЖК общая ориентация осей молекул сохраняется, но центры их тяжести уже не лежат в одной плоскости, а расположены в пространстве хаотически. У холестерических ЖК оси молекул, лежащих в одной плоскости, направлены в одну сторону, однако оси молекул в соседней, параллельной плоскости повернуты относительно них на некоторый угол. Таким образом, холестерический кристалл состоит из отдельных слоев, взаимная ориентация молекул в которых монотонно меняется при переходе от слоя к слою.

Работа жидкокристаллических индикаторов основана на следующих эффектах.

При подаче на электроды напряжения, достаточного для преодоления дипольного взаимодействия между молекулами нематика, их ориентация нарушается, приобретая хаотический характер. Вследствие этого резко возрастает рассеяние света жидким кристаллом.

Исходная ориентация молекул ЖК задается ориентирующими покрытиями, нанесенными на ограничивающие ЖК поверхности.

Отметим, что такие индикаторы являются пассивными, так как они воздействуют на внешний световой поток. В связи с этим их преимуществом являются очень малые потребляемые мощности. Очевиден и один из их основных недостатков: при малой освещенности и в темноте они становятся неработоспособными.