5. Жидкокристаллические уои

Устройства на жидких кристаллах—пассивные устройства: они не генерируют свет, а только управляют им, рассеивают и модулируют его. Системы отображения информации на ЖКИ применяется для оперативного отображения графики и алфавитно-цифровой информации.

Основу ЖКИ составляют жидкие кристаллы (ЖК), молекулы которых упорядочены послойно определенным образом между двумя стеклянными пластинами. Отображение различных символов достигается избирательным травлением проводящей поверхности, предварительно созданной на стекле. Не вытравленные области становятся символами, а вытравленные - фоном дисплея. Символы создаются из нескольких сегментов, которые работают 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 семисегментном индикаторе.

На рис.17 представлена ячейка на жидком кристалле. Она состоит из двух пло­скопараллельных стеклянных пластин 1, на внутренние поверх­ности которых нанесены электроды 3. Между ними расположен тонкий слой жидкого кристалла 2. Толщина этого слоя зависит от толщины диэлектрической прокладки 4 (тефлон и др.) и обычно составляет, несколько единиц или десятков микрометров.

Рис. 17. Ячейка на жидком кри­сталле:

1-плоскопараллельные стеклянные пластины; 2- слой жидкого кристалла; 3- электроды; 4- диэлектрическая прокладка.

У индикаторов, работающих в проходящем свете, оба электрода прозрачны, а источник света 2находится за индикато­ром (рис. 18,а). Такой индикатор в невозбужденном состоянии прозрачен и пропускает свет, а в возбужденном — рассеивает его. Электроды могут быть сплошными или с вытравленными рисунка­ми для получения изображений.

а) б)

Рис. 18. Жидкокристаллический ин­дикатор:

а—в проходящем свете: б—в отраженном свете.

Индикаторы, основанные на принципе отражения света, более экономичны, так как не требуют дополнительного источ­ника света (рис. 18,б). У них второй электрод изготовляется из материала с большим коэффициентом отражения (алюминий, ни­кель, хром), а в качестве источника света 2 может служить обыч­ный дневной свет или освещение помещения, в котором находится оператор 1.

Принцип действия таких индикаторных устройств основан на использовании электрооптических эффектов, которыми обладают нематические и холестерические ЖК.

Смеси холестерических (10%) и нематических (90%) ЖК с отрицательной диэлектрической анизотропией обладают эффек­том накопления. Здесь при отсутствии электрического поля вещество прозрачно, а при его воздействии в жидкости возникает турбулентный поток и связанное с ним рас­сеивание света.

Существуют ЖК, в которых используется эффект вращения плоскости поляризации, состоящий в том, что молекулы таких ЖК только поворачиваются в соответствии с ориентацией электрического поля. Достоинство - большее быстродействие и меньшее потребление энергии. Недостаток— необходимость в по­ляризаторах, что усложняет конструкцию, повышает стоимость и ограничивает угол наблюдения.

Нематическим ЖК с весьма высокой степенью чистоты и гомеотропной ориентацией молекул (оси молекул перпендикулярны поверхностям электродов) свойствен эффект деформации ориенти­рованных фаз. Этот эффект проявляется в способности молекул вещества изменять направление поляризации падающего света. С повышением напряжения можно зафиксировать цвет, начиная от черного (выключенное со­стояние) с переходом через ряд градаций серого до почти белого, и дальше — желтый, оранжевый, красный, пурпурный, синий, зе­леный.

Электрооптические эффекты в ЖК характеризу­ются пороговыми значениями электрического поля (напряжения). Пороговое напряжение составляет 6—9 В при возбуждении напряжением постоянного тока. С увели­чением напряжения выше порогового уровня контрастностьК плавно возрастает и при некотором значении напряжения наступает насыщение (рис. 19). С увеличением освещенности контраст­ность изображения увеличивается. Рассмотрим реакцию ЖК на приложенный прямоугольный импульс напряжения (рис. 20).

Ди­намическое рассеяние в ячейке возникает с запаздыванием t_з ,рав­ным времени образования потока ионов. КонтрастностьКдости­гает значения, равного 0,9 от максимального значения, за время реакцииt_р .Время включения

t_в =t_з + t_р , (5)

уменьшается с ростом температуры и уменьшением толщины слоя ЖК.

Рис. 19. Зависимости контрастности от напряжения возбуждения при различной толщине слоя ЖК

U

Рис. 20. Реакция ЖК на им­пульсное напряжение возбуждения

Время t_взависит от величины напряжения и исходного состояния ячейки. Если повторные импульсы напряжения посту­пают через промежутки времени, меньшие времени отключения (релаксации), ячейкиt₀ , т. е. когда динамическое рассеяние пол­ностью не исчезает, то время включения уменьшается. Быстродействие ячейки зависит от удельного сопротивления и дру­гих характеристик вещества.

Возбуждение ячейки осуществляется постоянным или перемен­ным напряжением. Пороговое напряжение ЖК увеличивается с по­вышением частоты. Следует учитывать, что, начиная с критической частоты (300—1000 Гц), пороговое напряжение становится зависи­мым от толщины слоя.

Отказы индикаторов на ЖК возникают из-за уменьшения кон­трастности, изменения цвета, ухода рабочей температуры за преде­лы допуска.

Недостатки ЖК индикаторов отражательного типа—наличие бликов, которые затрудняют работу оператора. У индикаторов просветного типа необходимо устранять влияние ослепляющего воздей­ствия источника света на оператор.