Ячейки на основе твист-эффекта

 

Схематическое изображение работы ячейки на основе твист-эффекта: скручивания нематематической структуры (СНС-ячейки) представлено на рис. 7.2. Укладки молекул вблизи обеих пластин гомогенные, причем направление ориентации на одной пластине составляет 90⁰ с направлением на другой. Вследствие этого в объеме ЖК возникает спиральная укладка нематематических плоских структур (всего четверть витка спирали), приводящая к тому, что проходящий через ЖК плоско-поляризованный свет превращается в слабо эллиптически-поляризованный свет, азимут которого поворачивается на 90⁰.

Используется НЖК с положительной ДА, поэтому при включении внешнего поля в объеме ЖК начинает устанавливаться гомеотропная ориентация и при напряженностях, превышающих пороговую, весь объем ЖК превращается в одноосный кристалл, в котором свет распространяется вдоль оптической оси, т.е. эффект вращения плоскости поляризации пропадает.

а) ячейка на основе управления двойным лучепреломлением

б) ЖК ячейка на основе «твист-эффекта»

Рис. 7.2

 

Ячейки при таком эффекте, в отличие от эффекта динамического рассеяния, могут работать только «на просвет», т.е. в проходящих лучах света. Если с обеих сторон от ячейки поставить скрещенные поляризатор и анализатор, то при отсутствии управляющего напряжения на электродах свет свободно проходит через анализаторы и данный участок ЖК – ячейки будет светлым. Если включить напряжение, превышающее пороговое, то плоскость поляризации света не будет вращаться, свет через анализатор не пройдет и этот участок ячейки будет темным.

Основными характеристиками ЖК – устройств являются оптические (контраст и пропускание), электрооптические (зависимость контраста и пропускания от управляющего напряжения) и быстродействие.

Контраст и пропускание определяются как отношение интенсивностей света, выходящего из ЖК – устройства в исходном и возбужденном состояниях ЖК - ячейки. Это отношение называется пропусканием, если наблюдение ведется навстречу входящему лучу, и контрастом в остальных случаях. Для ДР – ячеек контраст составляет от 15 до 100, пропускание – 20 в расходящихся лучах и 2500 для лазерного излучения. Для ячеек на основе твис-эффекта контраст и пропускание – (40¸100). Зависимость контраста и пропускания от управляющего напряжения представлена на рис. 7.3.

Рис. 7.3. Зависимость контраста и пропускания от управляющего напряжения:

1 – пропускание ячейки на основе «твист-эффекта»;

2 – контраст ДР – ячейки

 

Частота управляющего напряжения в ДР – ячейках ограничена сверху и снизу. Нижний предел (5 – 10 Гц) обусловлен необратимыми электролитическими процессами. Снижение контраста при высоких частотах объясняется уменьшением времени ускорения ионов, вследствие чего они не успевают приобретать энергии, необходимые для возникновения турбулентных течений.

Ячейки на основе твист-эффекта могут работать и при постоянном напряжении, но электролитические эффекты уменьшают срок службы до 2000 часов.

Верхний предел определяется частотой (10÷100) кГц, при которой De становится равной 0, а затем меняет знак.

Однако вследствие роста с увеличением частоты емкостных токов обычно выбирается частота диапазона f» (1÷10) кГц. При подаче управляющего напряжения вида рис. 8.4 наблюдается плавное изменение контраста, наступающее с некоторой задержкой, затем достигается спад. Время задержки включения t⁰¹ (реакции) пропорционально , а время выключения t¹⁰(релаксации) пропорционально 3d², где h – вязкость ЖК, - ДА, Е=U/d – напряженность поля, d – толщина ЖК. Время t⁰¹ и t¹⁰ тем короче, чем лучше выполнена первоначальная ориентация молекул.

 

Рис. 7.4. Характеристика быстродействия ЖК-ячеек

 

Основные типы и параметры

 

Как показано на рис. 7.5 принципиально жидкокристаллические индикаторы состоят из двух плоскопараллельных стеклянных пластин, между которыми находится слой жидких кристаллов толщиной (12÷20) мкм.

На одной из стеклянных пластин прозрачным токопроводящим покрытием нанесен рис. цифр, который представляет собой конфигурацию в виде сегментов, с помощью которых можно воспроизвести от 0 до 9. На другой пластине прозрачным токопроводящим покрытием нанесен электрод, являющийся общим для цифр. Обе пластины покрытыми поверхностями обращены друг к другу.

Существуют индикаторы, работающие в отраженном («на отражении») и проходящем («просвет») свете. В первом случае на заднее стекло индикатора наносится отражающий слой, во втором – за индикатором должен быть использован дополнительный источник света.

При подаче управляющего напряжения жидкие кристаллы в зоне действия электрического поля теряют прозрачность, и если задняя отражающая поверхность белая, то наблюдатель видит темную цифру на светлом фоне. Если задний отражатель имеет черный цвет и внутренние поверхности корпуса индикатора также зачернены, то матово-светлое изображение цифр будет хорошо заметно на черном фоне.

 

Рис. 7.5. Жидкокристаллический индикатор на эффекте динамического расстояния: 1 – прокладка; 2 – жидкие кристаллы; 3 – отражающее покрытие; 4 – заднее стекло; 5 – общий электрод; 6 – прозрачные электроды сегментов; 7 – переднее стекло

 

При работе индикатора на просвет изображение цифр более темное, чем фон. Если при этом мощность установленного источника света составляет 0,5 Вт, то яркость жидкокристаллического индикатора становиться сравнимой с яркостью газоразрядного или светодиодного индикатора, используемого в условиях обычной освещенности.

Выводы от сегментов выполнены в виде износостойких токопроводящих дорожек на стекле. Соединение выводов индикатора с элементами схемы управления осуществляется с помощью разъема.

Другим принципом, используемым для создания жидкокристаллических индикаторов, является эффект вращения плоскости поляризации поляризованного света слоем жидких кристаллов, исчезающий под действием электрического поля (твист-эффект). Индикаторы, работающие на этом принципе, получают, помещая капельку жидких кристаллов между двумя скрещенными поляроидными пластинами, которая растекается между ними в виде тонкой пленки. Сами скрещенные поляроиды имеют взаимно перпендикулярные плоскости поляризации света и поэтому являются совершенно непрозрачными. Но если между этими пластинами имеется слой немаческих жидких кристаллов, которые в результате технологической обработки приобрели свойство вращения плоскости поляризации проходящего света на 90⁰, то вся эта оптическая система получается прозрачной (в соответствии с рис. 7.6).

Рис. 7.6. Жидкокристаллический индикатор, основанный на эффекте вращения плоскости поляризации слоем жидких кристаллов, исчезающем под действием электрического поля (твист-эффект): 1 – стеклянная ячейка; 2 – отражающее покрытие; 3 – поляроидная пластина с вертикальной плоскостью поляризации; 4 – жидкие кристаллы; 5 – прокладка; 6 – прозрачные электроды; 7 – поляроидная пластина с горизонтальной плоскостью поляризации

 

При приложении электрического поля все молекулы жидких кристаллов ориентируются вдоль поля и эффект вращения плоскости поляризации исчезает. В результате через систему, показанную на рис. 7.7 а, пропускание света прекращается.

а	б
Рис. 7.7 – ЖКИ, работающий по принципу: а-пропускания света, б-отражения света 1 – стеклянная пластина, 2 – прозрачный электрод, 3 – изоляционная прокладка, 4 – прозрачный электрод, 5 – слой ЖК, 6 – выводы

 

Если возбуждается не весь слой жидких кристаллов, а определенные участки в виде символа или цифры, то изображение данного символа (цифры) будет темным в проходящем свете по сравнению с невозбужденной областью (фоном). Этот принцип получения индикации является более прогрессивным, так как дает значительный выигрыш в мощности потребления и позволяет получать более высокий контраст. В большинстве серийно выпускаемых типов жидкокристаллических индикаторов использован данный принцип.

Возбуждение жидкокристаллического слоя в индикаторах осуществляется переменным напряжением синусоидальной формы или формы типа меандр, с эффективным значением (в зависимости от типа) от 2,7 В до 30 В и частотой (30÷1000) Гц. Постоянная составляющая напряжения не допускается из-за появления электролитического эффекта, что ведет к резкому сокращению срока службы индикатора.

Основными параметрами жидкокристаллических цифро-знаковых индикаторов являются:

· контраст знака по отношению к фону К - отношение разности коэффициента яркости фона и знака индикатора к коэффициенту яркости фона, выраженное в процентах;

· ток потребления I_пот – среднее значение переменного тока, протекающего через индикатор (сегмент) при приложении к нему номинального напряжения управления рабочей частоты;

· напряжение управления U_упр – номинальное значение эффективного переменного напряжения, приложенного к сегментам индикатора;

· рабочая частота напряжения управления f_раб;

· минимальное напряжение управления U_{упр min} – минимальное значение эффективного переменного напряжения, приложенного к сегментам индикатора, при котором обеспечивается заданный контраст знака по отношению к фону;

· максимально допустимое напряжение управления U_{упр max} – максимальное значение эффективного переменного напряжения, приложенного к сегментам индикатора, при котором обеспечивается заданная надежность индикатора при длительной работе;

· время реакции t_реак – интервал времени при включении, в течение которого ток потребления увеличивается до 0,8 максимального значения;

· время релаксации t_рел – интервал времени при включении, в течение которого ток потребления снижается до 0,2 максимального значения.

Важнейшей характеристикой цифро-знакового жидкокристаллического индикатора как прибора отображения информации, является зависимость контраста знака от напряжения управления. С увеличением напряжения контраст круто растет до порогового значения, после чего увеличение контраста с увеличением U_упр практически не происходит. Значение U_{упр min} выбирается на пологом участке кривой вблизи порога. Отметим, что контраст знака индикатора является функцией эффективного значения U_упр и практически не зависит от его формы.

Жидкокристаллический индикатор как элемент электрической цепи эквивалентен конденсатору. Вследствие этого, вольт-амперная характеристика при номинальной частоте управляющего напряжения близка к линейной, а частотная характеристика имеет вид монотонно возрастающей кривой. Постоянная составляющая управляющего напряжения не должна превышать 1% эффективного значения.

Важной особенностью жидкокристаллического индикатора является низкий ток потребления – единицы или сотни микроампер (в зависимости от принципа работы). В интервале рабочих температур (1÷50)⁰ С ток потребления несколько увеличивается с ростом температуры. Жидкокристаллический индикатор имеет низкое быстродействие, связанное с инерционными процессами перестройки структур органических кристаллов. Быстродействие существенно зависит от температуры. В зоне температур, близких к нижнему пределу, быстродействие резко падает.

Система обозначений жидкокристаллических индикаторов содержит несколько букв и цифр. Сочетание ИЖК обозначает: индикатор жидкокристаллический. Четвертый элемент обозначения: буква Ц обозначает – цифровой, а С – символьный. Пятый элемент – цифра, указывающая номер разработки. Цифра после дефиса указывает число разрядов индикатора, а число через косую дробную черту соответствует высоте в миллиметрах цифры (символа) в разряде.

Приборы, разработанные до введения описанной системы, обозначены иначе. Например, наименование ЦИЖ-5 расшифровывается следующим образом: цифровой индикатор жидкокристаллический, номер разработки 5, а ИЖК-2 – индикатор жидкокристаллический, номер разработки 2.

Основные параметры жидкокристаллических индикаторов сведены в таблицу 7.1.

 

Таблица 7.1 – Основные параметры индикаторов

Тип	Принцип действия	Область применения	Число разряд	Основные параметры
Контраст знака, %	Ток потребления, мкА	Напряжение управления, В	Высота цифры, мм
ИЖКЦ-1-1/18	Твист эффект	Отображение цифровой информации в устройствах пневмоавтоматики		83,3
ЦИЖЗ-1 ЦИЖЗ-2	Динамическое рассеяние	Отображение цифровой информации в устройствах пневмоавтоматики
ЦИЖ-8	Динамическое рассеяние	Отображение информации на табло группового пользования
ЦИЖ-6	Твист эффект	Отображение цифровой информации в малогабаритных приборах точного времени		83,3		4,5
ЦИЖ-2	Твист эффект	Отображение цифровой информации в малогабаритных приборах точного времени		83,3	1,5	4,5	4,5
ИЖКЦ2-4/5 ИЖКЦ3-4/5	Твист эффект	Отображение цифровой информации в малогабаритных приборах точного времени		83,3		2,7
ИЖКЦ1-4/16	Динамическое рассеяние	Отображение цифровой информации в настольных электронных часах и измерительных приборах
ИЖКЦ1-4/18	Твист эффект	Отображение цифровой информации электронной аппаратуры		87,5
ИЖКЦ1-4/24 ИЖКЦ2-4/24	Твист эффект	Отображение цифровой информации в электронных настольных часах			9,5¸25
ИЖКЦ1-6/17 ИЖКЦ2-6/17	Твист эффект	Отображение цифровой информации в электронных приборах точного времени					16,6
ИЖКЦ3-6/17 ИЖКЦ4-6/17	Твист эффект	Отображение информации в радиоприемных устройствах
ЦИЖ-5	Динамическое рассеяние	Отображение цифровой информации в электронных приборах точного времени
ЦИЖ-9	Твист эффект	Отображение информации в малогабаритных приборах точного времени				2,7
ИЖКЦ1-8/5	Твист эффект	Индикация в микрокалькуляторах		83,5
ЦИЖ-4 ЦИЖ-4-1	Динамическое рассеяние	Отображение цифровой информации в приборах с автономным питанием

 

Использование жидкокристаллических индикаторов в радиоэлектронной аппаратуре стимулируется рядом факторов: низкими токами потребления и напряжениями управления, совместимостью работы с интегральными микросхемами, низкой стоимостью. Возможными областями их применения являются: индикаторные устройства измерительной аппаратуры, электронные часы и микрокалькуляторы, информационные панели и указатели. Весьма важным аспектом применения жидкокристаллических приборов являются средства управления (особенно это относится к многоразрядным индикаторам).

 

⇐ Предыдущая39404142434445464748Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: