17.2. Жидкокристаллические сои

Жидкие кристаллы (ЖК) называют также анизотропными жидкостями, электрические и оптические свойства которых зависят от направления их наблюдения. Плотность ЖК близка к плотности воды и незначительно отличается от единицы. Жидкие кристаллы — диамагнитный материал; ЖК выталкиваются из магнитного поля; ЖК относятся к диэлектрикам; удельное сопротивление составляет 10⁶... 10¹⁰ Омхсм и зависит от наличия и концентрации проводящих примесей. Теплопроводность ЖК в направлении вдоль молекул отличается от теплопроводности в поперечном по отношению к молекулам направлении. Вследствие анизотропии электрических и оптических свойств в ЖК наблюдаются электрооптические эффекты, связанные с движением вещества — динамическое рассеяние (ДР), а также с поворотом молекул в электрическом поле — твист-эффект (ТЭ) и эффект гость—хозяин (Г — X). В индикаторах на эффекте Г—Х тонкий слой ЖК—«хозяина» взаимодействует с молекулами «гостя». Слой ЖК—хозяина за счет поглощения световой энергии при отсутствии электрического поля приобретает характерную для красителя (гостя) окраску; под воздействием электрического поля он обесцвечивается. Но существуют также вещества гостя и хозяина, в которых окрашивание происходит под воздействием электрического поля. Цветовые различия в индикаторах на эффекте Г—Х хорошо воспринимаются в условиях высокой освещенности даже при небольшом яркостном контрасте.

Жидкие кристаллы находятся в некотором числе фаз, промежуточных между твердым и жидким состояниями. Молекулы ЖК являются стержнеобразными органическими соединениями и находятся в различных ориентациях в этих фазах.

Рис. 17.19. Химическая формула ЖК

В изотропической фазе, которая образуется при повышении температуры и является жидкой фазой, позиция и ориентация молекул случайны. Все ЖК материалы имеют строго определенный верхний предел рабочей температуры, или изотропический предел.

Рис. 17.20. Варианты ориентации молекул в ЖК

Если температура понижается, то в ЖК совершаются переходы через различные фазы, одна из которых - так называемая нематическая фаза используется в дисплеях (twisted nematic liquid crystal displays - дисплеи на закрученных нематических жидких кристаллах). В этой фазе позиции молекул все еще случайны, но все они ориентированы в одном направлении.

Если температура понижается далее, то при очень низких температурах ЖК вещество переходит в твердое, или кристаллическое состояние. Эта температура называется температурой кристаллическо-нематического перехода, или C-N перехода. Ниже температуры C-N перехода молекулы получают периодическую упорядоченность в слоях (смектическая фаза). Таким образом, при понижении температуры в ЖК увеличивается упорядоченность и в конце концов наступает твердое состояние.

Вследствие оптической и электрической анизотропии ЖК-молекул коэффициент преломления зависит от направления поляризации света относительно оси молекулы. Это свойство используется для поворота поляризации при прохождении света через закрученную ЖК-структуру.

Известно, что неполяризованный свет проходит через одинаково ориентированные поляризаторы и не проходит через два скрещенных поляризатора.

Рис. 17.21. Прохождение света через поляризаторы

Молекулы в нематической фазе принудительно закручиваются за счет их помещения между двумя стеклянными пластинами, каждая из которых имеет линейчатую гравировку, перпендикулярную относительно другой пластины. На поверхности стекла молекулы вынужденно размещаются вдоль гравировки, а так как гравировки взаимно перпендикулярны, то между пластинами формируются перекрученные цепочки ЖК-молекул.

Рис. 17.22. Ориентация молекул в ЖК поляризаторе

Расстояние между пластинами составляет порядка 10 мкм. В зависимости от расстояния между пластинами и типа жидкого кристалла закрученность составляет обычно 90^° или 270^° (twisted nematics и super-twisted nematics, TN и STN).

При приложении электрического поля молекулы, вследствие их анизотропии, ориентируются вдоль поля. В этом случае цепочки раскручиваются и пропадает возможность поворота плоскости поляризации света. Этот процесс называется твист-нематическим полевым эффектом (twisted nematic field effect, TNFE).

Рис. 17.23. Механизм твист-нематического полевого эффекта

ЖК-дисплеи имеют два таких перекрещенных поляризатора с перекрученным жидким кристаллом между ними. Благодаря вращению плоскости поляризации ЖК-цепочками свет проходит и дисплей становится прозрачным. При приложении электрического поля к взаимно перпендикулярным прозрачным электродам, нанесенных на внутренние стороны пластин, эффект поворота плоскости поляризации пропадает и соответствующий участок дисплея свет не пропускает, т.е. становится темным.

Рис. 17.24. Конструкция ЖК поляризатора

При выключении напряжения кристалл за время порядка от десятков до сотен миллисекунд возвращается в исходное состояние.

Важной особенностью жидких кристаллов является то, что при протекании постоянного тока кристалл подвергается электролитической диссоциации и теряет свои свойства, поэтому жидкокристаллические индикаторы запитываются переменным напряжением, с постоянной составляющей не более десятков милливольт.

Жидкокристаллические индикаторы (ЖКИ) управляют отражением и пропусканием света для создания изображений цифр, букв, символов и т.д. Символы создаются из одного или нескольких сегментов. Сегментами называются части ЖКИ, работающие как заслонки, включаясь и выключаясь для формирования изображений.

Сегменты создаются прозрачными электродами из оксидов индия и олова, нанесенными на стекло ЖКИ. Цифры от 0 до 9 и некоторые буквы могут быть отображены на семи сегментном индикаторе. Шестнадцати сегментный индикатор может отобразить цифры, все латинские и почти все русские буквы (кроме Й, Ц, Щ). Для того чтобы символы были менее угловатыми и более натуральными, используют матричные индикаторы. С их помощью можно также отображать небольшие изображения. Количество сегментов индикатора влияет на метод управления им.

Рис. 17.25. Сегментные ЖКИ

В добавление к алфавитно-цифовым символам, ЖКИ может отображать небольшие картинки, или иконки. Эти изображения не изменяются - они могут только включатся или отключатся.

Каждый сегмент может быть адресован (запитан) индивидуально, чтобы создать отдельное электрическое поле. Таким образом, прохождение света управляется электрически, включая и отключая необходимые сегменты. В неактивной части дисплея направленность молекул остается спиральной, формируя фон. Запитанные сегменты составляют символы, контрастирующие с фоном.

В зависимости от ориентации поляризатора, ЖКИ может отображать позитивное или негативное изображение. В дисплее с позитивным изображением передний и задний поляризатор перпендикулярны друг другу, так что незапитанные сегменты и фон пропускают свет с измененной поляризацией, а запитанные препятствуют прохождению света. В результате формируются темные символы на светлом фоне.

В дисплее с негативным изображением поляризаторы параллельны, «в фазе», препятствуют прохождению света с повернутой поляризацией, так что незапитанные символы и фон темные, а запитанные - светлые.

Поскольку жидкокристаллические индикаторы не излучают свет, а только управляют отражением или пропусканием света, для создания изображений необходим внешний источник света. В зависимости от того, как в ЖКИ используется внешний световой поток, различают три основных режима отображения: рефлективный, трансмиссивный и трансрефлективный.

Рефлективные (работающие на отражение) индикаторы. Обычно рефлективные ЖКИ используют режим отображения с темными символами на светлом фоне (так называемое позитивное изображение). В индикаторе с позитивным изображением передний и задний поляризаторы находятся в противофазе, или перекрестно поляризованы на 90°.

а)

б)

Рис. 17.26. Механизм формирования светлого а) и темного б) сегмента в рефлективных индикаторах

Если сегмент «выключен», внешний свет идет по следующему пути: проходит через вертикальный поляризатор, через прозрачный электрод сегмента, через ЖК молекулы которые скручивают его на 90°, через прозрачный общий электрод, через горизонтальный поляризатор, и попадает на рефлектор, который посылает свет обратно по тому же пути.

Если сегмент «включен», внешний свет не изменяет своей поляризации при проходе через слой жидких кристаллов. Таким образом, поляризация света противоположна заднему поляризатору, что не дает свету пройти к отражателю. Так как свет не отражается, получается темный сегмент.

Рефлективные индикаторы очень яркие, с отличным контрастом и имеют широкий угол обзора. Они требуют хорошего внешнего освещения и не используют искусственной задней подсветки (хотя в некоторых моделях применяют подсветку сверху). Благодаря малым токам потребления рефлективные индикаторы часто используются в бортовых устройствах.

Основные компоненты и конструкция рефлективного ЖКИ показаны на рис. 17.27.

Рис. 17.27. Конструкция рефлективного ЖКИ

Рефлективный ЖКИ имеет отражатель (рефлектор) за задним поляризатором, который отражает свет, прошедший через незапитанные сегменты и фон. В негативных рефлективных дисплеях свет отражается через запитанные, «включенные» сегменты.

Трансмиссивные (работающие на пропускание) индикаторы. Трансмиссивные ЖКИ не отражают свет. Напротив, они создают изображение, управляя светом искусственного источника освещения, расположенного позади индикатора. В трансмиссивных индикаторах передний и задний поляризаторы находятся «в фазе» друг с другом (параллельны). В выключенным сегменте поляризованный свет подсветки скручивается на 90° молекулами ЖК и оказывается в противофазе с передним поляризатором. Поляризатор блокирует свет, создавая темный сегмент.

Если сегмент включен, свет не скручивается, оказываясь в фазе с передним поляризатором, и проходит через него, создавая световой рисунок. Таким образом, трансмиссивный дисплей создает светлое изображение на темном фоне (негативное изображение).

а)

б)

Рис. 17.28. Механизм формирования светлого а) и темного б) сегмента в трансмиссивных индикаторах

Трансмиссивные индикаторы должны иметь заднюю подсветку, чтобы гарантировать равномерное свечение сегментов. Они хороши для использования в условиях приглушенного или слабого освещения. В условиях прямого солнечного света подсветка не может преодолеть солнечных лучей и изображение не заметно.

Трансрефлективные (работающие на пропускание и отражение) индикаторы. Трансрефлективные индикаторы используют белый или серебряный полупрозрачный материал, который отражает часть внешнего света, а также пропускает свет задней подсветки. Поскольку эти индикаторы как отражают, так и пропускают свет, они могут использоваться в широком диапазоне яркостей освещения. Трансфлективные дисплеи имеют более низкую контрастность по сравнению с рефлективными, так как часть света проходит сквозь отражатель.

Сравнительная характеристика перечисленных режимов отображения приведена в табл. 17.3.

Таблица 17.3

Сравнительная характеристика режимов ЖКИ

Режим ото-бражения	Изображе-ние	Применение	Прямой солнеч-ный свет	Приглуше-нный свет	Очень сла-бый свет
Рефлектив-ный позитивный	Темные сег-менты на светлом фоне	Без подсветки. Обеспечивает лучший фронтальный контраст и стабильность	Велико-лепно	Плохо	Очень плохо
Трансфлек-тивный позитивный	Темные сег-менты на се-ром фоне	Может освещаться отраженным внешним светом или подсветкой	Велико-лепно (без подсвет-ки)	Хорошо (подсветка)	Очень хо-рошо (под-светка)
Трансфлек-тивный негативный	Светло-серые сегменты на темном фоне	Требуется яр-кое освещение или подсветка. Часто исполь-зуется с цвет-ным трансфлек-тором (полу-прозрачный отражатель).	Хорошо (без подсвет-ки)	Хорошо (подсветка)	Очень хо-рошо (подсветка)
Трансмис-сивный позитивный	Темные сег-менты на подсвечен-ном фоне	Разработан для плохих условий освещения, возможно использование при внешнем освещении	Хорошо (без подсвет-ки)	Очень хорошо (подсветка)	Великолеп-но (подсветка)
Трансмис-сивный негативный	Подсвечен-ные сегменты на темном фоне	Не может быть использован без подсветки.	Плохо (под-светка)	Очень хорошо (подсветка)	Великолеп-но (подсветка)

Цветные изображения. Цветные ЖК-индикаторы используют три ячейки растра для формирования пиксела. Яркость свечения для каждой из компонент определяет цветовой оттенок. Существующие методы создания цветного изображения сведены в табл. 17.4.

Таблица 17.4

Технологии создания цветного изображения ЖКИ

Технология получения цвета	Рефлектив-ный	Трансмис-сивный	Трансфлек-тивный
Многоцветный передний поляризатор	+	-	+
Стандартный одноцветный передний поляризатор Красный, Синий, Серый, Зеленый	+	-	+
Цветная шелкография (большой выбор цветов)	-	+	+
Задний фильтр произвольного цвета	-	+	+
Произвольный фильтр и шелкография	+	+	+

В ЖКИ используются следующие варианты подсветки.

Электролюминесцентная подсветка (EL). EL подсветка является основной подсветкой ЖКИ. Большинство дисплеев с позитивным изображением оснащается зелено-голубыми лампами, в дисплеях с негативным изображением обычно применяются белые лампы. Выполняется в виде тонкой пластины с двумя выводами для подключения питания напряжением 100–150 В. Отличается малыми габаритами, весом, относительно низким потреблением при сильной светоотдаче (20–50 кд/м²). Конструктив EL подсветки получается тонким, легким, сама подсветка имеет малое потребление и размещается между сборкой стекла и печатной платой без какого либо изменения самого модуля дисплея. Может работать при отрицательных температурах. Срок службы — 2000–5000 часов непрерывной работы. Сроком службы считают время, за которое яркость свечения упадет вдвое. Необходимо обратить внимание на то, что яркость ламп и срок их службы обратно пропорциональны - с увеличением яркости укорачивается срок службы. Свойство терять яркость можно считать главным недостатком EL-подсветки.

Светодиодная подсветка (LED). Наиболее часто используется в символьных индикаторах. Не требует дополнительного источника питания, долговечна. Срок службы 20 000–100 000 часов. Работает при отрицательных температурах. Можно выбрать цвет (желто-зеленый / оранжевый /красный/ белый). Имеет различные исполнения по напряжению питания от 2 до 24 В. Основным недостатком можно считать повышенное энергопотребление при светоотдаче 20–40 кд/м². Выполняется в двух конструктивных исполнениях.

Боковая светодиодная подсветка — состоит из нескольких рядов светодиодов, расположенных рядом с краем стекла, специального световода и светорассеивателя. Имеет малую толщину. Отличается малым потреблением и светоотдачей.

а) б)

Рис. 17.29. Варианты светодиодной подсветки:

а) - боковая подсветка, б) - фронтальная подсветка

Боковая подсветка используется в модулях с количеством знакомест в строке до 20. В модулях с количеством свыше 20 при боковой подсветке уже образуется более темная, чем на краях, область.

Фронтальная светодиодная подсветка — состоит из нескольких рядов светодиодов, непосредственно направленных на стекло снизу. Имеет толщину 5 мм и отличается интенсивным световым потоком.

Лампа с холодным катодом (CCFL). Используется в качестве подсветки графических индикаторов больших размеров. Отличается высокой светоотдачей (40–200 кд/м²) при сроке службы 10 000–20 000 часов и рабочей температурой 0…+50° С. Для своего питания требует переменного напряжения амплитудой до 1000 В. Проста в обслуживании.

Для питания EL- и CCFL-подсветки индикатора используются специальные преобразователи (инверторы). В то же время некоторые модели графических индикаторов имеют опцию встроенного инвертора питания EL-подсветки. В этом случае нет необходимости использовать внешний инвертор.

Сравнительная характеристика варианты подсветки ЖКИ дана в табл. 17.5.

Таблица 17.5

Сравнительная характеристика вариантов подсветки ЖКИ

Свойство	Светодиодная	Лампами накаливания	Электро-люминесцентная
Яркость	Средняя	Высокая	Малая - Средняя
Цвет	Красный Янтарный Зеленый	Белый	Белый
Размер	Малый	Малый Средний	Тонкий
Крепление	SMD Радиальный	Радиальный Осевой	Осевой
Напряжение	5 Вольт	1,5 В - 28 В	45 В - 100 В
Ток при 5 В (на кв. дюйм)	10 - 30 мА	20 мА	1 - 10 мА
Температура	Теплый	Горячий	Холодный
Распростране-ние света	Направленное	Сферическое	Ламбертское
Ударопроч-ность	Отличная	Низкая	Отличная
Срок службы (часов)	100 000	150 - 10 000	500 -15 000

Особенности конструктивного исполнения. Панель ЖК-дисплея представляет собой матрицу ячеек, каждая из которых находится на пересечении вертикальных и горизонтальных координатных проводников. Для того чтобы получить изображение, нужно подать напряжение на соответствующие ячейки. Различают два основных метода активации изображения и, соответственно, два вида матриц: пассивную и активную. В пассивной матрице точка изображения активируется полем самих координатных проводников. При этом электрическое поле возникает не только в точке пересечения адресных проводников, но и на всем пути распространения тока, что препятствует достижению высокого контраста. В активной матрице каждой точкой изображения управляет свой электронный переключатель, что обеспечивает высокий уровень контрастности. Обычно активные матрицы реализуются с использованием тонкопленочных полевых транзисторов (Thin Film Transistor, TFT). TFT-экраны, иначе называемые экранами с активной матрицей, обладают высоким разрешением. Структура монитора TFT ЖКИ показана на рис. 17.30.

Рис. 17.30. Структура монитора TFT ЖКИ

На этом рисунке использованы следующие обозначения:

1) поляризационный фильтр, регулирующий свет;

2) стеклянная прослойка с электродами;

3) прозрачные электроды;

4) выравнивающий слой, который регулирует требуемое расположение жидкого кристалла;

5) жидкий кристалл;

6) распорка, которая поддерживает постоянный промежуток между стеклянными пластинами;

7) цветовой фильтр, который формирует все цвета на базе RGB-фильтров;

8) внутреннее освещение.

В активной матрице цветного ЖК-дисплея (см. рис. 17.31) переключающий тонкопленочный транзистор обеспечивает включение и отключение связанного с ним элемента цвета. Электроды Х и Y связаны с той же панелью, на которой расположены транзисторы TFT. Электрод X обеспечивает сигнал включения, а Y — сигнал цвета.

Рис. 17.31. Структура активной матрицы цветного ЖК-дисплея

Соединение координатных шин с внешними устройствами может осуществляться с помощью жесткого крепления, резинового соединителя и гибкого шлейфа.

Жесткое крепление. В этом случае используется двухрядное расположение выводов (Dual-In-Line, DIL), которое обеспечивает быструю, ровную установку индикатора и его надежную работу при ударах и вибрации. Выводы могут быть впаяны в печатную плату или вставлены в разъем. Эти хорошо проводящие, нержавеющие выводы удобны для использования в суровых условиях эксплуатации.

Рис. 17.32. Конструкция жесткого крепления

Резиновый соединитель (Elastomeric, rubber connector). При этом варианте крепления специальная металлическая рамка фиксирует стекло и прижимает токопроводящую резину к плате и стеклу. Резиновый проводник представляет собой гибкий резиновый брусочек с большим количеством поперечных проводящих прожилок (как гребенка) с очень малым шагом. Он обеспечивает быстрый монтаж/демонтаж без паяных соединений или абразивных контактов, самовыравнивание. Это соединение часто используется в небольших устройствах, где размер ограничен. Хотя оно стойко к ударам и вибрациям, резиновое соединение не стоит применять в особо агрессивных средах.

Рис. 17.33. Конструкция резинового соединителя

Гибкий шлейф (Flex, heat seal connector). Как печатная плата, так и ЖКИ присоединяются к гибкому шлейфу посредством нагревания под давлением. Это соединение используется в наиболее подвижных устройствах, где смещения могут вызвать поломку жестких выводов. Гибкое соединение часто используется в больших ЖКИ или устройствах, требующих отдельную установку платы контроллера.

Рассмотрим основные параметры, определяющие качество ЖК-дисплеев.

Относительное отверстие. Это отношение площади изображения к общей площади матрицы ЖК-дисплея. Чем это отношение больше, тем большая площадь занята цветовыми элементами и, соответственно, тем ярче дисплей.

Угол обзора. Пропускная способность жидкого кристалла зависит от угла наклона падающего света. Поэтому если смотреть на ЖКИ-дисплей не строго перпендикулярно, а сбоку, то происходит затемнение изображения или искажение цвета.

Рис. 17.34. Конструкция гибкого шлейфа

Критические углы зрения (наклона индикатора) зависят от направления обзора и могут быть проиллюстрированы изоконтрастными кривыми на графике в полярной системе координат.

Рис. 17.35. Изоконтрастные кривые углов обзора

Угол обзора зависит также от толщины слоя ЖК. Большинство ЖКИ изготавливаются по второму классу с толщиной от 6 до 8 микрон. Первый класс имеет толщину от 3 до 4 микрон. Наиболее широкий угол обзора (до 165°) достигается при 4-х микронной технологии монтажа высокой плотности. К числу подобных технологий относятся: монтаж микросхемы драйвера прямо на стекло индикатора (Chip on Glass), монтаж микрокомпонентов на гибкую печатную плату, выполненную в виде кабеля (Chip on Flex), что позволяет резко сократить количество контактов между ЖКИ и микроконтроллером за счет использования контроллера с последовательным интерфейсом, а также монтаж компонентов на малогабаритную сверхтонкую печатную плату (Chip on Board). При этом также уменьшается время отклика (срабатывания) ЖКИ.

Существуют и другие методы, направленные на устранение этого эффекта. Например, используется особое пленочное покрытие, которое увеличивает качество изображения при «боковом» чтении. Однако в целом ряде случаев приемы, увеличивающие угол обзора, снижают динамические параметры отображения информации.

Контраст изображения. Контрастность главным образом определяется условиями внешнего освещения и правильностью выбора позитивного или негативного изображения. При повышении действующего среднеквадратического напряжения контрастность увеличивается. Эффективность поляризатора и ЖК вещества также способствуют лучшей контрастности. Максимальную контрастность имеют модули на ферроэлектрических супертвист- нематических кристаллах (FSTN – Ferroelectric Super Twisted Nematic). Для повышения контрастности применяют также двойное сканирование: экран разбивается на две части, в которых сканирование происходит одновременно. Таким образом повышается частота обращения к каждой ячейке.

Степень интерференции. Интерференция проявляется за счет влияния активизированных пикселов на соседние пассивные. Это явление в меньшей степени проявляется в мониторах с активной матрицей и в большей — в мониторах с пассивной матрицей.

Яркость. Яркость дисплея определяется яркостью заднего освещения и пропускной способностью панели. Пропускная способность жидкого кристалла мала, поэтому для увеличения яркости изображения применяют апертурную решетку с большим относительным отверстием и цветовые фильтры с высокой пропускной способностью.

Время срабатывания. ЖКИ обычно имеет время срабатывания 50 мс при 20°C, а лучшие модели - до 10 мс. Стандартный ЖКИ может отображать сигнал до 10 Гц, если это требуется, т.к. невооруженным глазом тяжело отследить данные с такой частотой

Энергопотребление. Обычно ЖКИ требует очень небольшой энергии для работы - от 5 до 25 мкА при 5 В (на кв. дюйм) для TN индикатора. Искусственная подсветка или нагрев требуют дополнительной энергии. Как отмечалось, все ЖКИ требуют чистого переменного управляющего напряжения. Случайное постоянное напряжение, например, постоянная составляющая в сигнале, может значительно уменьшить срок службы индикатора и должно быть ограниченно 50 мВ.

Качество ЖК-дисплеев во многом зависят от условий применения.

Температура использования и хранения. Анализ температурного диапазона очень важен при эксплуатации ЖКИ. Все ЖК материалы имеют строго определенный верхний предел рабочей температуры, или изотропический предел. Выше этого предела молекулы ЖК принимают произвольную ориентацию. Изотропические условия делают позитивное изображение полностью темным, а негативное - прозрачным. Изотропическая температура называется температурой нематическо-изотропического перехода, или N-I перехода.

ЖКИ могут восстанавливаться после короткого воздействия изотропической температуры, хотя температуры свыше 110°C разрушают внутреннее покрытие индикатора.

Нижний предел температурного диапазона ЖКИ не так хорошо определен, как верхний. При низких температурах время срабатывания индикатора увеличивается, так как замедляется движение молекул и возрастает вязкость ЖК вещества. Однако ЖКИ часто оказываются работоспособными при температурах ниже их C-N перехода. Эффект низких температур обычно обратим. К примеру ЖКИ, опущенный в жидкий азот, возвращается в нормальное состояние после короткого периода нагрева.

За пределами температурного диапазона для поддержания нормального функционирования используется температурная компенсация. Индикаторы с интегральными нагревателями могут работать при температурах до -55°C. Нагреватели требуют температурно-управляемого источника питания. При использовании нагревателями время отклика индикатора при низких температурах остается таким же, как и при 0°C. Увеличение мощности нагревателя уменьшает время нагрева. Обычно требуется мощность между 2 и 3 ваттами на квадратный дюйм поверхности индикатора.

Внешнее освещение. Как уже отмечалось, яркость внешнего освещения индикатора очень важна. Выбор типа индикатора осуществляется именно исходя из условий внешнего освещения.

Внешние воздействия. Существует множество модификаций ЖКИ, стойких к различного рода внешним воздействиям, так как этого требуют военные стандарты. К примеру, существует «высокостабильное» покрытие для защиты от высокой температуры и влажности. Покрытие «барьер» препятствует загрязнению проводящими веществами, которые могут вызвать короткое замыкание в индикаторе. Тонкопленочные нагреватели могут использоваться в низкотемпературных приложениях. Правильный выбор соединителя также помогает преодолеть негативные последствия внешних воздействий.

Долговечность ЖКИ. В процессе эксплуатации ЖКИ изменяется внешний вид информационных полей, что проявляется как ухудшение и исчезновение контраста между активными и пассивными зонами, увеличивается время реакции. Изменения внешнего вида и времени реакции является следствием электрохимических явлений на границе жидкокристаллическое вещество (ЖКВ)-поверхность подложки. Скорость деградационных процессов в основном определяется постоянной составляющей напряжения возбуждения, предельно допустимое значение которого указывается в справочных данных. Наличие постоянной составляющей приводит к электролизу ЖКВ, в результате которого возникает газовыделение в объеме ЖКВ, образуются пузырьки газов, визуально воспринимаемые как черные точки. Электроды индикатора (проводящие пленки) теряют свою прозрачность, и сегменты становятся видимыми в отсутствие напряжения возбуждения. В результате старения нарушается ориентация молекул ЖКВ и растет ток, потребляемый индикатором. В процессе эксплуатации ЖКВ потребляемый ток может расти за счет проникновения влаги через слой герметика. Влага разрушает ЖКВ. Особенно опасно сочетание влаги с воздействием высокой температуры. При эксплуатации ЖКИ в условиях низкой температуры отдельные компоненты ЖКВ могут кристаллизоваться. Чередование замораживания и размораживания ЖКВ может привести к образованию воздушных пузырьков, которые также выглядят как черные точки.

Значительную роль в развитии жидкокристаллических технологий сыграли корпорации Sharp, Sanyo, Toshiba и Cannon. В последнее время в число технологических лидеров в данной области вошла корпорация Samsung Electronics. Что касается разработчиков авиационных систем индикации на основе активных жидкокристаллических матриц, то здесь необходимо отметить компании Aerospace Display Systems Inc., Displays and Technologies, Interface Products, Planar Advance Inc., Systran Corp., а также фирмы, которые занимаются системной интеграцией информационно-управляющих полей кабин экипажа - Rockwell Collins, Universal Avionics Systems Corp., AlliedSignal Aerospace, Honeywell.

Корпорация Universal Avionics в альянсе с Avionic Displays Corp. предложила нормализованный ряд плоских приборно-панельных дисплеев различных размеров и всевозможного назначения: модель 500 – 5,0 дюймов, модель 550 – 5,5 дюймов, модель 640 – 6,4 дюйма, модель 104 – 10,4 дюйма (размер по диагонали).

Российские производители авионики также предприняли ряд успешных попыток создания информационно-управляющих комплексов на базе ЖКИ. ЗАО ОКБ «Русская авионика» (г. Жуковский) предложило широкий спектр многофункциональных индикаторов, пультов и вычислительной аппаратуры. К их числу относятся многофункциональные индикаторы МФИ-55 и МФИ-68, использующие в качестве экранов активные жидкокристаллические матрицы, соответственно, CQ5050-64 и CS8362.

Серию из четырех полноцветных жидкокристаллических дисплеев (МФЦИ-01 - МФЦИ-04) с нормализованным рядом размеров экрана (127х127, 152х152, 211,2х158,4 и 158,4х211,2 мм) предлагает потребителям ОКБ «Электроавтоматика». Еще одну серию приборов аналогичного назначения (ИМ-7, ИМ-8, ИМ-68) разработало ОАО «Авиаприбор-Холдинг». Подобные разработки имеются в арсенале Раменского приборостроительного конструкторского бюро, что послужило базой для интеграции систем обработки информации от различных средств наблюдения и целеуказания, в результате чего поддерживается режим синтезирования трехмерного изображения впередилежащей местности по данным, поступающим от радиолокатора и тепловизора. Отмеченные принципы и элементы базового комплекса бортового оборудования нашли применение в оборудовании самолетов Су-27М, Су-32, Су-30МК и вертолетов Ми-28Н, Ка-52.