Самохвалов М.К. Элементы и устройства оптоэлектроники (2003) (1095923), страница 21
Текст из файла (страница 21)
Оптическая и электрическая анизотропия: показатель преломления и диэлектрическая проницаемость в направлении вдоль больших осей молекул (n║и ε║ ) и перпендикулярно им (n┴ и ε┴ ) имеют разные значения, в таких материалах наблюдается двойное лучепреломление.884. В зависимости от знака величины различают положительную (∆ε>0) и отрицательную (∆ε <0) диэлектрическую анизотропию, т.е. молекулы ориентируются вдоль или поперек электрического поля.5. Сильная анизотропия свойств и возможность перестройки структуры проявляются в ряде электрооптических эффектов.Используемые в индикаторах жидкие кристаллы представляет собой смесисложных органических соединений с очень высоким удельным сопротивлением(до 1016 Ом·см).
Такие материалы применяются в приборах, управляемых электрическим полем и имеющих малое энергопотребление. Введение специальныхдобавок ("легирование" ЖК) позволяет снизить значение сопротивления до1010-108 Ом·см, что необходимо для использования в индикаторах, управляемых электрическим током.Жидкокристаллическое состояние используемых материалов реализуется вограниченных диапазонах температур, что определяет значения Тmin = -30 - 0°Си Тmax = 50-80°С.Основные эффекты, используемые в жидкокристаллических индикаторах.1. Эффект динамического рассеяния. Он заключается в том, что в сильномэлектрическом поле жидкокристаллический материал становится непрозрачным.
Эти индикаторы управляются электрическим током.2. Твист-эффект. Он заключается в изменении электрическим полем ориентации молекул жидкого кристалла, что приводит к изменению направления плоскости поляризации света. Для управления поляризацией света дополнительноиспользуются поляроидные пленки.Ориентация структуры жидкого кристалла вблизи электродов обеспечиваетсяориентирующим действием их поверхности, что создается с помощью механического натирания пластин, косого напыления пленок GeO2 или SiO2 или нанесения ориентированных слоев органического поверхностно-активного вещества(ПАВ).Твист-эффект является полевым эффектом, наиболее часто используемым вжидкокристаллических индикаторах.
Такие индикаторы имеют больший уголобзора и более высокую разрешающую способность. Возможность отображения цветных изображений осуществляется при использовании необходимыхсветофильтров и подсветкой белым светом.3. Эффект «гость-хозяин» (G-H). В структуру жидкого кристалла встраиваются протяженные молекулы красителя. При изменении электрическим полемориентации молекул жидкокристаллического материала происходит переориентация молекул красителя, вследствие чего изменяется окраска поверхности.4. Термооптический эффект фазового перехода в смектических жидких кристаллах.
При прохождении через жидкий кристалл импульса тока происходитего нагревание и переход в изотропную, беспорядочно ориентированную фазу.Охлаждение ее в электрическом поле обеспечивает прозрачную структуру, приохлаждении в отсутствии поля материал непрозрачен. Это состояние сохраняется длительное время, что используется также в устройствах памяти. Для стирания памяти пропускается дополнительный импульс тока.89Конструкции и технология изготовления жидкокристаллических индикаторов достаточно простые и отработанные.
Выпускаются две разновидности конструкций индикаторов, работающие на отражение и на просвет. Они отличаются расположением источника света относительно пользователя.Достоинства жидкокристаллических индикаторов: малая потребляемая мощность (до 10 мкВт/см²), низкое напряжение возбуждения (2-20 В), что обуславливает совместимость с МДП ИС; высокий контраст в условиях сильнойвнешней засветки (К≥0,9), простота реализации малых (1,5-3 мм) и больших (до500 мм) знаков, панельная плоская конструкция, широкий выбор исходныхжидкокристаллических соединений, простота технологического процесса инизкая стоимость.К недостаткам жидкокристаллических индикаторов относятся: ограниченныйдиапазон рабочих температур, невысокое быстродействие (до 0,1 с), необходимость внешней засветки, небольшой угол обзора (<50о).Электрохромные индикаторыЭлектрохромные индикаторы также относятся к индикаторам с пассивнымрастром. В них под действием внешнего электрического поля изменяется окраска поверхности материала.
В качестве электрохромных материалов используют в основном WO3 (триоксид вольфрама), а также иридиево-оксидные пленки,органические вещества, в том числе некоторые жидкие кристаллы.Рис. 57. Структура электрохромного индикатора.Если на прозрачный электрод подать отрицательное напряжение, происходитинжекция электронов в WO3, в приповерхностном слое возникают центры окрашивания, поверхность пленки окрашивается в синий цвет.
Реакция обратима- при перемене полярности напряжения желтый цвет поверхности восстанавливается. Диэлектрик необходим для предотвращения инжекции электронов изметаллического электрода.Рабочее напряжение составляет десятые доли вольта, контраст 2:1 достигается примерно за секунду. Особенность - наличие памяти, окраска активного слояможет сохраняться в течение многих часов. Значение заряда, необходимого дляизменения цвета, мало ≤5 мкКл/см². Эти индикаторы более экономичны, чемжидкокристаллические, угол обзора больше (до 160о), температурный диапазонот -20 до +150 °С.К недостаткам электрохромных индикаторов относится значительная инерционность (τ ~1 с), недолговечность (до 107 переключений - в часах ресурс ра-90боты секундных цифр < 3000 часов).
Быстродействие повышается, если использовать в качестве рабочего материала жидкости, но срок службы таких индикаторов снижается.Электрофоретические индикаторыВ электрофоретических индикаторах используется электрофорез - направленное движение заряженных частиц одного цвета, взвешенных в диэлектрической жидкости другого цвета. В зависимости от полярности напряжения электрическое поле перемещает частицы пигмента (чаще всего порошки TiO2) к одному или другому электроду ячейки.
На прозрачном электроде появляется илиисчезает светлое изображение. Подбор пигментов и диэлектрической жидкостиобеспечивают большой набор сочетаний цветов. Индикаторы обладают памятью. Типичные характеристики: толщина рабочего слоя - 50 мкм; управляющеенапряжение - 30 В; рабочий ток - 1мкА/см²; инерционность - 100 мс; ресурсработы - 107-108 циклов; диапазон рабочих температур - -15 +50 °С.К недостаткам электрофоретических индикаторов относятся сравнительнобольшое управляющее напряжение (десятки вольт) и малое быстродействие(0,1-1 с).Электролитические индикаторыВ них используется явление обратимого осаждения на поверхности электродапленки металла из электролита. При осаждении металла (Ag) на прозрачномэлектроде тонкая пленка (0,01 мкм) поглощает свет, элемент кажется темным.Напряжение обратной полярности просветляет электрод.
Рабочее напряжениесоставляет единицы вольт, ресурс работы ~ 107 циклов, рабочий диапазон температур - -40 +60 °С, память - несколько суток. Инерционность - время записии стирания – 0,2-1 с.В стадии разработки находятся магнитомеханические и дипольные (электромеханические) индикаторы с пассивным растром, в которых мелкие намагниченные или электрически заряженные (гириконы) шарики в зависимости отвнешнего магнитного или электрического поля поворачиваются окрашеннойили не окрашенной стороной. Возможно создание полутонового цветного изображения при использовании шариков трех цветов и раздельного поворота ихнеоднородным полем. Область их применения – так называемая “электроннаябумага” (E-paper).ЭкраныЭкраны представляют собой многоэлементные индикаторы, отображающиесветовые образы - цветное, движущееся изображение.
Экраны и схемы электронного обрамления объединяют понятием дисплеи. Физические принципы91работы экранов аналогичны соответствующим знакосинтезирующим индикаторам.В то же время к экранам предъявляются специфичные требования, связанныес согласованием характеристик СОИ-оператор (качество изображения на экране).1. Яркость изображения должна плавно регулироваться до 150-200 кд/м², необходимо обеспечить заданное число градаций яркости.2.
Контраст изображения при освещенности 300-500 лк должен составлять от1:8 до 1:15.3. Для реализации возможностей глаза различать детали с угловыми размерами не менее 1`, размеры отдельных светящихся точек экрана не должны бытьболее 0,3 мм, на отображаемый символ по высоте должно приходиться не менее10-12 точек, чтобы не была видна зернистая структура.4. Для получения слитных фаз движения зафиксированного на соседних кадрах движущегося изображения необходимо обеспечить показ от 16 и более кадров в секунду, для экранов большой площади и высоких яркостей до 100 Гц.5. Желательно использовать многоцветные экраны, рекомендуется предоставлять самому оператору выбор удобного сочетания цветов.
Для монохромныхэкранов утомляемость оператора меньше при отображении информации темными символами на светлом фоне, а не наоборот.6. Желательна плоская панельная конструкция с возможностью увеличениягабаритных размеров (до 1-1,5 м по диагонали).7. Совместимость растра с микроэлектронными схемами управления: малыенапряжения и токи возбуждения, возможность мультиплексного режима, наличие памяти у светоконтрастных ячеек, пороговый характер вольт-яркостныхили вольт-контрастных характеристик.В качестве экранов в настоящее время используются электронно-лучевыетрубки, газоразрядные, жидкокристаллические и электролюминесцентные панели. Важнейшей особенностью различных видов экранов является способформирования изображения.
В электронно-лучевых трубках применяются дваосновных способа формирования изображения: функциональный (векторный) ирастровый (ТВ). Векторный способ использовался для создания изображения вграфических дисплеях. Основной недостаток - невозможность создания сплошных областей, достоинство - меньше требуемый объем памяти. Телевизионный(строчно-кадровый) способ является основным применяемым в кинескопах идисплеях.Плоские экраны имеют свои особенности управления.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
