Шишкин Г.Г., Шишкин А.Г. - Электроника (1006496), страница 83
Текст из файла (страница 83)
Выделяют следующиедва основных типа ЖК: смектические (текучие кристаллы), нематические (собственно жидкие кристаллы). Смектические ЖКсостоят ИЗ СИЛЬНО вытянутых, с длиной ДО1 мм,3 мми шириной ДОлинейных молекул, которые образуют слои, расположенные один под другим на равном расстоянии и имеющие одинаковую толщину, близкую к длине молекул. В нематических ЖК непроисходит образования отдельных слоев. Разновидностью смектических ЖК являются холесtерические вещества, в которых ориентация молекул меняется от слоя к слою. Жидкие кристаллыимеют среднее удельное сопротивление 106 ••• 10 10 Ом• см, зависящее от наличия примеси. Диэлектрическая проницаемость еи показатель преломления п зависят от ориентации молекул ипоэтому являются анизотропными величинами.
В отличие отактивных индикаторов ЖКИ не генерируют оптическое излучение, а модулируют его интенсивность за счет изменения такихего характеристик, как амплитуда, фаза, длина волны, плоскость поляризации и направление распространения. Так, например, при прохождении света через ЖК происходит поворот плоскости поляризации электромагнитной волны на угол~7 • 104 град/мм, в то время как у кварца эта величина порядка15 град/мм. В ЖКИ запись информации происходит в результате целенаправленных измененИ:й параметров жидкокристаллической среды под действием электрических, магнитных и акустических полей. Эти изменения приводят к вариации коэффициентов отражения, поглощения и рассеяния, изменению показателяпреломления.
Конструкция ЖКИ очень проста: между двумястеклянными пластинами,на которые нанесены полупрозрачные электроды, заключено жидкокристаллическое вещество, толщина которого определяется прокладками между пластинами(10 ... 20 мкм).1 Комплементарные металл-оксид-полупроводниковые интегральные схемы.Глава1.5.Газоразрядные nркборы к кндккаторы441.Принцип действия ЖКИ основан на изменении оптическихсвойств ЖК под действием электрического поля.
Для этих изменений, как правило, требуются малые напряжения и низкаяпотребляемая мощность. На практике используются ЖКИ, работающие на просвет и отражение. В первом типе ЖКИ обестеклянные пластины прозрачны. При работе ЖКИ на отражение второй электрод должен быть зеркально отражающим. Подиндикатором, работающим в проходящем свете, размещаетсяисточник света и матово-черный экран. Между верхними фИ-.гурными электродами, формирующими определенный знак, инижним общим электродом подается управляющее напряжение отединиц до десятковВ,токна одинзнак достигает~1 мкА, т.
е. затраты плотности мощности на один знак равны~ 1 мкВт / см 2 • Различные типы ЖКИ работают в диапазоне температур от -20 до 55° С. Долговечность ЖКИ составляет десятки тысяч часов.Рассмотрим более подробно основные физические эффекты, используемые в различных типах ЖКИ. Наиболее широкое практическое применение нашли ЖКИ на основе нематических жидкихкристаллов (НЖК), обладающих оптической и диэлектрическойанизотропией. Обычно меру диэлектрической анизотропии опред~ляют величиной Ле= Е1-е 11 , где Е 1 и Е 11 -соответственно диэлектрическая проницаемость. вдоль и поперек направления преимущественной ориентации молекул ЖК.
Величина и знак Леопределяются частотой электрического поля. Обычно величинуЛе определяют на частотах порядка десптков кГц. Если ЛЕ >О,то длинные оси молекул НЖК стремятся расположиться вдольполя, а при Ле <О-поперек поля. В основном именно эти свойства НЖК, вызывающие электрооптические эффекты, связанныес движением вещества (динамическое рассеивание), с поворотом молекул и плоскости поляризации света в электрическом поле (твистэффект), с анизотропией оптического поглощения растворов дихроичных красителей («госты) в НЖК («хозяин») (эффект «rостьхозяин»), используются в подавляющем большинстве ЖКИ.Эффект динамическоrо рассеивания реализуется в НЖК с Ле<О,куда вводится легирующая примесь, приводящая к образованиюсвободных ионов.
Под действием внешнего переменного электрического поля происходит ориентация большей доли молекулНЖК в определенном направлении, и, кроме того, возникают колебания объемного заряда. В результате при напряженностяхвнешнего поля, меньших некоторой пороговой величины, в ЖКРаздел4424.ПРИБОРЫ ОТОБРАЖЕНИЯ ИНФОРМАЦИИустанавливается течение молекул в виде упорядоченных цилиндрических вихрей. При пороговой напряженности заметные токипроводимости разрушают собранную полем упорядоченную структуру из-за возникновения турбулентности (турбулентного течения), что в конечном счете приводит к сильному рассеиванию света.
Таким образом, при напряженностях, меньших пороговой,устанавливается гомогенная ориентация молекул, при которойоптическая ось образовавшейся структуры ЖК перпендикулярна лучу падающего света, а при напряженностях, больших пороговой, возникает их хаотическая ориентация, приводящая кдеполяризации света.Если задние электроды сделать зеркальными, а передние полупрозрачными, то при напряженности поля между электродами меньше пороговой ЖК будет прозрачным и зеркальныеэлектроды будут хорошо видны в отраженном свете. При критических или еще больших напряженностях ЖК становится мутным, при этом зеркальные электроды будут не видны, т.
е. еслиустановить на обеих пластинах систему электродов и менять управляющее напряжение, можно получить то или иное видимоеизображение. Устройство ячейки на эффекте динамическогорассеивания представлено на рис.пластины,кладка,4-2-15.11, а, где 1 - стеклянные3 - изоляционная проэлектрод, 5 - слой ЖК, 6 - выводы.прозрачный электрод,прозрачныйЖКИ на эффекте динамического рассеивания характеризуются уровнями потребляемой мощностиности постоянного тока j~i:r"~ (!.)"'щ~"'i::i65·6#ti"(!.)1g#1="*щ(!.)=5 ...
10 мкВт/см 2 для плот0,5 ... 1 мкА/см 2 и 50 ... 200 мкВт/см 2(!.):s::11о:!"'5о:!il<1 2 3 4 11 2 3 4 1б)а)Рис.15.11Глава15.443Газоразрядные приборы и индикаторыдля переменного токаj=2 ... 10 мкА/см 2 •Рабочее напряжениедля этих приборов обычно не превышает(долговечность) на переменном токе-более20 В, срок службы40 тыс. часов.Твист-эффект основан на повороте плоскости поляризации света, возникающем при распространении света вдоль оси холестеристичес:кой спирали или при скручивании нематическойструктуры.
В нематических ЖК скручивания структуры добиваются специальной обработкой поверхности пластин, что позволяеториентировать длинныеосиприповерхностныхмолекул ЖК или перпендикулярно плоскости пластин (гометроннаяориентация), или параллельно некоторому общему направлениюв плоскости пластин (гомогенная ориентация). Если длинные оси'молекул различных областей ЖК параллельны разным направлениям плоскости пластин, то ориентация называется нвазигомогенной. В отсутствие внешних полей ориентация молекул вобъеме жид:ко:кри;сталлической ячейки определяется ориента -цией молекул, находящихся вблизи поверхности стеклянныхпластин, при этом укладка молекул вблизи обеих пластин гомогенная, но направление осей молекул вблизи одной пластины,составляет угол90°с этим направлением у другой пластины.Таким образом, в объеме ЖК возникает спиральная укладка нематических плоских структур, при этом поворот плоскостей составляет всего Четверть витка спирали.
Проходящий через такой ЖК плоскополяризованный свет превращается в слабо эллиптически-поляризованный, азимут которого повернут на'р.-90°относительно поляризации падающего света. Если с обеих сторон от ячейки поставить скрещенные поляризатор и анализа'тор, то в отсутствие управляющего напряжения на электродахсвет свободно проходит через анализатор и данный участокЖК-ячейки будет светлым. При напряжениях на электродах'больше порогового плоскость поляризации света не будет вращаться и тогда свет не будет пропускаться скрещенными поляризаторами, т. е.
участок ячейки будет темным.ЖКИ,рис.рис.15.11,15.11,использующийтвист-эффект,представленнаб, где использованы те же обозначения, что и наа.Эффект «Гость-хозяин» использует анизотропию оптическогопоглощения дихроичных (от греч. «двухцветных») :красителей внематическом жидком :кристалле. Введение молекул :красителя, («ГОСТЯ») В НЖК В небОЛЬШИХ :КОНЦентраЦИЯХ (1 ... 2%) сохраняет,температуры фазовых переходов и вяз:коупругие свойства смесиРаздел 4.
ПРИБОРЫ ОtоБРАЖЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ444на уровне НЖК-хозяина, но при этом заметно изменяется электропроводность и оптические свойства красителя. Контраст изображения в ЖКИ на эффев;те «гость-хозяин» зависит от оптических свойств красителя, толщины смеси, концентрации в нейкрасителя и условий наблюдения. Оптическая анnзотропия врассматриваемом эффекте обусловлена тем, что молекулы НЖКэффективно ориентируют молекулы красителя в определенномнаправлении.Поскольку ЖКИ-пассивные устройства, то основным ихоптическим параметром является контрастность, а не яркость,как в активных индикаторах. Контрастность знака по отношению к фону определяется коэффициентом К, который представляет отношение разности коэффициентов яркости фона (ВФ) изнака индикатора (В 3 ) к коэффициенту яркости фона, выражен-ное в процентах, т.
е. К =В-ВФВ" 100%. К другим параметрамфЖКИ относятся ток потребленияI п•напряжение управленияИупр• рабочая-частота напряжения управления fраб• минимальное напряжение управления И упр. мин• максимально допустимоенапряжение управления и упр. макс• время реакции tреак и времярелаксации tрл· Одной из основных характеристик ЖКИ является вольт-контрастная.ЖКИ обычно питают переменным напряжением, qтобы избежать направленных электрохимических процессов, которыесокращают срок службы индикаторов, поэтому вольт-контрастная характеристика ЖКИ представляет зависимость контрастности изображения К от действующего значения приложенногонапряжения управления И упр· С увеличением напряжен:ия И упрдо некоторого порогового значения И пор контраст сильно возрастает.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
