Министерство образования Республики Беларусь

Учреждение образования

«Гомельский государственный технический университет им. П.О. Сухого»

Кафедра «Промышленная электроника»

Лабораторная работа №7

«Изучение параметров жидкокристаллических индикаторов и светодиодов»

Выполнил: студент группы ПМ-21

Потапов П.Г.

Проверил преподаватель:

Алексеенко А.А.

Гомель 2011

Цель работы: Изучение особенностей строения жидких кристаллов (ЖК), принципов работы и основных типоконструкций жидкокристаллических индикаторов (ЖКИ), ознакомление с технологическими особенностями изготовления элементов их конструкции и сборки. Экспериментальное определение пороговых напряжений, тока и удельной мощности потребления в зависимости от частоты, исследование инерционности ЖКИ.

Теоретическая часть.

Особенности строения и свойства ЖК.

ЖК представляют собой органические материалы, находящиеся в особом агрегатном состоянии, в котором они обладают свойствами жидкостей (текучестью, вязкостью, поверхностным натяжением) и твердого тела (анизотропией оптических и электрических характеристик). Поэтому такие материалы относятся к промежуточным фазам (между анизотропной и изотропной жидкой) - мезофазам.

Межмолекулярные силы связи в ЖК носят характер ван-дер-ваальсового взаимодействия и, следовательно, отличаются небольшой величиной. Поэтому структура ЖК, помещенного в некоторый сосуд, в большой степени зависит от наличия таких внешних факторов, как температура, механические деформации, электрические, магнитные поля и др. В результате таких воздействий в основном изменяются оптические свойства ЖК, в силу чего появляется очевидная возможность применении их в устройствах отображения информации и других оптических устройствах, где требуется управление световым потоком.

Другой особенностью действующих в ЖК межмолекулярных сил является их электрическая природа, обусловленная дипольным строением молекул. Молекулы большинства ЖК имеют сигарообразную форму, а размеры их составляют длину 1…3 мкм и в ширину 0.5…1 мкм. Они являются достаточно "жесткими" благодаря бензольным кольцам и сопряженным связям.

В зависимости от силы межмолекулярных связей, могут образовываться три основные группы мезофаз: смектическая, нематическая и холестерическая.

Основным принципом смектических жидких кристаллов (СЖК) или смектиков является их слоистое строение, а текучесть объясняется взаимным скольжением слоев, Молекулы в слоях расположены параллельно своим длинным осям, а толщины слоев близки длине молекул.

Примером СЖК может служить этиловый спирт параозоксибензойной

кислоты (мезофаза существует лишь в интервале температуры 114 - 120°С). Нижний предел соответствует температуре плавления (Тпл), когда твердый кристаллический материал превращается в мутную анизотропную жидкость, а верхний - температуре прояснения (Тпр), когда жидкость становится прозрачной и изотропной.

В СЖК А - модификации директор L, показывающий ориентацию длинных осей молекул, направлен перпендикулярно слоям, но расположение молекул в слое хаотическое. В - модификация характеризуется упорядоченной (гексагональной) упаковкой молекул в слое. С - модификация от А - модификации отличается только тем, что директор L образует с плоскостью слоев некоторый постоянный угол.

Нематические жидкие кристаллы (НЖК) имеют ориентацию длинных осей молекул вдоль одного направления при беспорядочном расположении центров тяжести молекул. По отношению к электродным пластинам может быть две характерные ориентации директора L: параллельная и нормальная, поэтому различают соответственно планарную и гомеотропную ориентированную структуру ЖК. Примером НЖК может служить п-азоксианизол (Tпл= 116°С: Тпр= 136°С).

Наиболее сложный тип упорядоченности молекул ЖК –холестерический, названный так, поскольку обычно такое строение имеет место для производных холестерина. Отдельные слои молекул, в которых длинные оси молекул, в отличие от смектиков, располагаются вдоль плоскости, как бы закручены по спирали с шагом z. Холестерические жидкие кристаллы (ХЖК) могут быть правыми или левыми в зависимости от соответствующей поляризации отраженного света, так как известно, что когда неполяризованный свет падает вдоль оси спирали ХЖК и его длина волны равняется 2nz, где n - показатель преломления, проходящий и отраженный, оказывается циркулярно и эллиптически поляризованным в противоположных направлениях.

Кроме того? все ЖК подразделяются на две группы: термотропные и лиотропные. Для термотропных ЖК мезофаза существует в виде расплава в заданном температурном интервале (как в рассмотренных выше двух примерах), а для лиотропных - в форме раствора определенной концентрации одного вещества в другом.

По своим электрическим свойствам ЖК относятся к диэлектрикам, так как их удельная проводимость, зависящая от наличия примесей, обычно составляет 10-6 – 10-9 Сим/м. Для ЖК вводится такая же характеристика, как диэлектрическая анизотропия =||-, где || и  - соответственно параллельная и перпендикулярная составляющие относительной диэлектрической проницаемости с учетом направления действующего электрического поля.

||  , поскольку под действием внешнего электрического поля изменяется ориентация молекул и характер анизотропного строения ЖК. Подобное влияние оказывают на ЖК и магнитные поля. Изменяющийся под действием электрических и магнитных полей характер анизотропии диэлектрической проницаемости ЖК сопровождается изменением анизотропии показателя преломления. Таким образом электрооптические эффекты лежат в основе жидкокристаллических индикаторов (ЖКИ) и экранов, которые по своей природе относятся к пассивным устройствам, они в отличие от активных индикаторов, например, на светоизлучающих диодах, лишь воздействуют на внешний световой поток.