14.3.3. Пассивные индикаторы

Электрохромные индикаторы (ЭХИ) основаны на обрати­мом изменении цвета материала при протекании электрического тока. Один из вариантов ЭХИ показан на рис. 14.17. На стеклян­ной пластинке 1 имеется прозрачный электрод 2. Затем следуют слой трехокиси вольфрама 3, диэлектрик 4 и непрозрачный элект­род 5. При подаче на верхний электрод 2 отрицательного напря­жения в электрохромный материал инжектируются электроны, и в нем возникают центры окрашивания: цвет пленки становится тем­но-синим. При перемене полярности слой диэлектрика препятст­вует инжекции электронов снизу, и ранее введенные электроны экстрагируются анодом и окраска исчезает.

Особенности ЭХИ: экономичность (малые напряжение и за­ряд), большой угол обзора, широкий диапазон рабочих температур (до 150°С) и самое важное наличие памяти (записанное состояние может храниться годами при отключении питания). К недостаткам ЭХИ относятся прежде всего деградационные эффекты (коррозия электрохромного материала), а также значительная инерцион­ность перекрашивания (секунды) и сложность матричной адреса­ции из-за непорогового характера переключения.

Жидкокристаллические инди­каторы. Эти индикаторы основаны на использовании жидких кристал­ле, представляющих собой органи­ческие жидкости с упорядоченным Расположением молекул. В жидких Металлах наряду с анизотропией физических свойств и упорядоченным расположением молекул на­блюдаются текучесть, поверхност­ное натяжение и вязкость, т.е. то что свойственно жидкостям. Жидкие кристаллы имеют среднее удельное сопротивление 10⁶…10¹⁰ Ом-см, за­висящее от наличия примеси. Диэ­лектрическая проницаемость и показатель преломления зависят от ориентации молекул и являются анизотропными величинами. Жидкие кристаллы модулируют интенсивность оптического излу­чения за счет изменения его амплитуды, фазы, длины волны, плос­кости поляризации, направления распространения. Жидкие кри­сталлы прозрачны для световых лучей, но под действием электри­ческих, магнитных или акустических полей структура их нарушает­ся, изменяются коэффициенты отражения, поглощения и рассея­ния, преломления. В результате молекулы располагаются беспо­рядочно и жидкость становится непрозрачной.

Индикаторы на жидких кристаллах могут иметь различные кон­струкции и работать либо в проходящем свете, либо в свете любо­го источника, отражающегося в индикаторе. Индикаторы, работаю­щие на отражение, применяются в микрокалькуляторах, наручных часах. Устройство такого индикатора показано на рис. 14.18. Меж­ду двумя стеклянными пластинами 1 и 3, склеенными с помощью полимерной смолы 2, находится слой жидкого кристалла 4 толщи­ной 10...20 мкм. Пластинка 3 покрыта сплошным проводящим сло­ем (электрод 5) с зеркальной поверхностью. На пластину 1 нане­сены прозрачные слои (электроды А, Б, В), которые имеют фор­му цифр, букв или сегментов для синтезирования различных зна­ков. Между верхними фигурными электродами, формирующими определенный знак, и нижним общим электродом подается упра­вляющее напряжение. Если на фигурные электроды напряжение не подано, то кристалл прозрачен, световые лучи внешнего ос­вещения проходят через него, отражаются от электрода 5 и вы­ходят обратно. Если на какой-то электрод подано напряжение, то жидкий кристалл под этим электродом становится непрозрачным, лучи света не проходят через эту часть жидкости. На светлом фоне появляется темный знак.

Основной оптический параметр этих индикаторов – контраст­ность. Управляющее напряжение обычно составляет до несколь­ких десятков вольт, ток на один знак 1 мкА, а затраты мощности на один знак 1 мкВт/см². Долговечность жидкокристаллических индикаторов составляет десятки тысяч часов. Недостаток этих индикато­ров – низкое быстродействие. Временные характеристики их связа­ны со скоростью протекания электрооптических эффектов. Время появления или исчезновения знаков доходит до 200 мкс. Устройства управления жидкокристаллических индикаторов обычно выполняется на основе интегральных схем.