12.3.3 Жарық клапанды модулятор

Кеңістікті модуляцияны қамтамасыз ететін оптикалық модуляторды жарық клапанды модулятор деп атайды, сол себепті модуляция процесін айнымалы жылтыры бар виртуалды жылжытылатын терезе қөмегімен сипаттауға болады. Шыны пластинаға жолақтық (полосковый) электродты орналастырады. Екі пластинканы біріктіріп, арасына кеңістік қалдырады, ол кеңістік сұйық кристаллмен толтырылады. Пластинаның жолақтық торлары айқастырылған. Жолақтық электродтардың қиылысқан жерлерінде қарапайым модуляторлар - конденсаторлар пайда болады. Поляризатор мен анализаторды қосу арқылы сұйық кристалл негізінде жарық клапанды модуляторды аламыз. Оның құрылысы 12.11 суретте көрсетілген. Мақсатына қарай, коммутация әдістеріне және де басқа факторларларға қатысты базалық құрылыс элементтеріне басқа да элементтер қосылады. Мысалға жолақтық электродтардың қиылысына МОП-транзисторлары қосылады, олардың затворы көлденең (горизонталь), ал бастаулары (истоки) – тігінен (вертикаль) жалғанады. Егер панель түрлі – түсті кескіндерді көрсетуге арналған болса онда түрлі-түсті RGB фильтрлері қолданылады. Түрлі – түсті фильтр элементінің өлшемі мен формасы модуляцияланатын ұяшық өлшеміне сәйкес келеді. Әрбір келесі жолда фильтр бір элементке жылжиды. Бұл тігінен орналасқан құрылымның визуализациясын болдырмауды мүмкін етеді. Жол саны, панель мен жолдағы ұяшықтар саны панельдің жұмыс істеуіне арналған стандартқа тәуелді.

Айқастырылған электродтар

1-поляризатор, 2-электродтар, 3-подложка, 4-сұйық кристалл, 5-анализатор

12.11 сурет жарық клапанды модулятордың құрылысы

12.3.4. Жалпақ теледидарлар, дисплей және видеопроекторлардың жарық клапанды модуляторы

Сұйық кристалл негізінде активті ұяшығы бар панель – кескіндерді қосуға ыңғайлы құрылғы. Бірнеше жолақтық электродтарға потенциал берген кезде, көлденең және тігінен орналасқан электродтардың қиылысатын ұяшығы активті күйде болады. Әр түрлі заң бойынша потенциалдарды коммутациялағанда активті «терезенің» жылжуының әр түрлі режимін, сонымен қатар кездейсоқ режимін іске асыруға болады. Бұл қасиет арнайы қосымшалар үшін пайдалы. Көбінесе және барлық жағдайда телевиденияда және компьютерде іске асырылатын стандартты жайма (развертка) режимі қолданылады. Сұйық кристаллды (СК) панель құрамына басқару схемасы кіреді, оның негізгі функциясы басқаратын импульстер коммутациясы. Барлық панельдер кадрлық және жолдық жаймалау схемасына ие. Бейнесигналдар санаулар импульстерінің тізбегімен көрсетіледі. Тактілі жиілік қосылатын сигнал стандартымен анықталады. Негізінен СК-панельдер көп стандартты болады, телевизионды және компьютерлік сигналдармен жұмыс істейді. Жолдық жаймалаудың сұлбасы бiр тiк электродтан бейнесигналдың есептеулер импульсін басқасына тактілі жиiлiкпен ауыстырып қосады. Жолдық сөну импульс интервалында кадрлық жаймалау сұлбасы көлбеу электродтарды қайта коммутациялау қызметін атқарады. СК-панельдерді басқарудың қазіргі сұлбаларында оларды ықшамдауға, кемшіліктерді түзетуге және т.б. мүмкіндік беретін әр түрлі айлалар қолданылады. Құралдың модуляция сипаттамасында айтарлықтай сызықты емес, содан жіберілетін градация саны елеулі азаятыны туралы айтылады. Бейнесигналдың сызықты емес өңдеуiнiң элементтерi кескiннiң сапасына модулятордың сызықты еместiгiнiң әсерiн баяулатуға айтарлықтай мүмкiндiк бередi. Бірі тақ электродтарды, ал келесі жұптарды басқаратын жолдық жаймалаудың қосарланған сұлбасы жолдық жаймалаудың тактілі жиілігін төмендетуге мүмкіндік береді. Мұндай типті мысалдарды көбейте аламыз. Қазіргі интегралдық техника стандартты чиптің шектелген кеңістігінде орналасқан күрделі электронды сұлбаларды ұсынуға дайын. Сұйық кристалл негізіндегі экрандар мен дисплейлердің энергия тұтынуы аз мөлшерде. Олардың құрамында қымбат бағалы және тапшы өнімдерді пайдаланбайды. СК-экрандар кинескоп негізінде жасалған экрандарға қарағанда 100 есе қымбаттау. СК – дисплейсіз компьютерлерді, электронды кітаптарды және т.б. елестету мүмкін емес. Жалпақ теледидар мен дисплейлердің СК-экрандары жарыққа жұмыс жасайды. Бұл жағдайда экранның беткі жағынан қарасақ ұяшық артынан жарық көзін қояды. Кіретін жарық ағыны аз жиынтықталмауы керек. Айқасқан поляризатормен модуляция жоқ кезде ағын толығымен кешігеді, ал сәйкес келмейтін ағын толығымен жабылмайды, өтіп кету эффекті осыған негізделеді. Өтіп кеткен компонент модуляцияға қатыспайды және жаңадан өндірілетін кескіннің айқындылығын азайтатын жарық түсіретін фонын құрайды. Бұрыштың аз ғана шамасында өтіп кетудің жиынтықталмауы аз мөлшерде болады, ал бұрыш артқанда өседі. Жиынтықталмаудың нақты кризистік бұрыштары ұяшықтағы жарық жолының ұзындығына, сұйық кристаллдың кәдімгі және кәдімгі емес сыну коэффициенттерінің айырымына, ортаның басқа да физикалық параметрлеріне тәуелді. Қолданылатын жарық ағынына қойылатын талапты өтіп кету эффекті қояды. Қажет болса бағытталған сәулелену көмегімен СК-экрандағы кескіндерді тек бақылау бұрышының(10...15) тар интервалында байқайды. Зерттеушілер бұл кемшілікті байқамай өте алмады. Uchida фирманың мамандары бақылау бұрышының интервалы екі есе үлкейтілген үш өлшемді ұяшық ойлап тапты. СК-панельдерді өндіретін он шақты фирмалар үш өлшемді ұяшықтар қолданады. Зерттеушілер панельдердің ұяшығын басқарудың жаңа жолдарын ойлап табуда. Бұл проблеманың шешімі JVC фирмасының ILA видеопроекторы. Жарық клапанды модулятор орнына «фотокедергі-электрооптикалық ұяшық» жұбы қолданылады. Құрылғының конструкциясы 12.12-суретте көрсетілген.

1-фотокедергі, 2-диэлектрлік айна, 3-сұйық кристалл, 4-мөлдір электрод, 5-поляризатор-айна.

12.12 сурет ILA проекторының жарықты

модуляциялайтын блок

СК-панельдің жұмыс элементтері фотокедергі, интерференциялық шағылыстыратын қабат, сұйық кристалл қабаты, ток өткізетін мөлдір пластина қабаты болып табылады. Кинескоппен көрсетілетін кескіндер фотокедергіге(фоторезист) проекциялайды. Фоторезисттың кедергісі оның жарықтылығының деңгейінен тәуелді. Ақ және қара аймақтың таралуына байланысты бөлек аймақтарда кедергісі өзгеріп тұрады. Осының салдарынан электр потенциалы да өзгереді. Осыдан сұйық кристаллда біртекті емес электрлік кернеулік өрісі қалыптасады, ондағы потенциалдың таралу функциясы фотокедергінің бетіндегі кескінді қайталайды. Жарық клапанды блок принципиальды түрде шағылысуға жұмыс жасайды. Егер қарапайым пленкалы поляризаторды қолдансақ, онда поляризациялық қабат поляризатор мен анализатордың қызметін атқарады. Айтылып кеткендей бұл жағдайдағы модуляция теріс. Бірақ электронды құрылғылар көмегімен терісті оңға өзгертуге болады. Ең басты кемшілігі: жарық модуляторының динамикалық диапазонын толығымен қолданған орынсыз, ал аз индексте айқындылығын азайтатын жарық ағынының қалдықтары пайда болады. Бұл кемшіліктің шешімі сұлбаға жарық ағынының бір өтуі кезінде компоненттердің фазасын 45-ке , екі өткенде 90-ға(екі бағытта да) ығыстыратын қосымша элемент енгізу. Шағылысқан ағыны бар бір поляризаторлы схема поляризатор мен анализатор айқасқан схемаға айналады. JVC фирмасының ILA проекторында басқа шешім табылды. Hughes Aircraft Corp американдық корпорация жаңа поляризациялайтын элемент – айна ойлап тапты, ол 45 бұрышпен түскен жарықтың айна бетімен поляризацияланған компоненттерін өткізеді және ортогональді поляризацияны шағылыстырады. Бұл ерекшелігіне байланысты айна поляризатор да анализаторда бола алады. Бірақ бастысы айна, поляризаторы бар схемаларда жарық ағынының алынып тасталған бөлігін жұтып алатын элементтер жоқ. Артықтары ығыстырылады да сол жерде шашырайды. Поляризация үшін абсорбциялық анизотропия қолданылатын видеопроекторларда поляризациялайтын пленка, ILA видеопроекторы қуаты көп жарық ағынымен жұмыс жасай алады. Бұл үлкен артықшылық. ILA құрылысшылары видеопроектор ішіне кинескопты қайтаруға тәуекел етті, олардың негізгі функциясын яғни кескіндерді суреттеу – жаймалауды сақтау арқылы. Өте жарқыраған жарық ағынын шығару үшін кинескоп қатты күш салмайды. Осыдан оның жұмыс сенімділігі артады. Жарық клапанды модуляторда жарықты жұтып алатын элементтер жоқтығы жарық ағыны элементтеріне қуатты үлестіруге мүмкіндік береді. Тағы бір өзіндік ой СК-дисплей мен разрядты газ элементтерінің гибридінде - плазматронда іске асырылды. Плазматронды жасаудағы алғашқы қадамды 7 жыл бұрын Tektronix фирмасы жасады. 2 жыл бұрын плазматрооның матрицасын жасаудағы қиыншылықты жеңген Sony фирмасы. Жалпақ теледидар-плазматронның алғашқы үлгісі 1995 жылы Берлинде көрсетілді. Плазматрондағы негізгі ой –көлденең жолақтық электродтарды разрядты газ арналармен алмастыру. Бағытталған жарық көзі ретінде плазматронда люминесцентті лампалардан құралған «қабырға» қолданылады. СК-панельдерді жетілдіру үшін Sharp, Toshiba, Hitachi, NEC cияқты атақты фирмалар жұмыс жасауда. Мықтылардың арасына Samsung компаниясы кіреді.