Устройства отображения информации на жидких кристаллах: характеристики и параметры индикаторов, конструктивно-технологические особенности индикаторов на различных эффектах, эффекты в жки

Существуют два принципа (эффекта) работы жидкокристалличес­ких индикаторов. Первый из них состоит в том, что при приложении электрического поля к тонкому слою жидкокристаллического вещества, заключенному между двумя стеклянными пластинками, происходит раз­рушение упорядоченной структуры жидких кристаллов, что вызывает диффузное рассеяние света в этой области (эффект динамического рас­сеяния). В результате прозрачный жидкокристаллический слой стано­вится мутным и при внешнем освещении возникает контраст между возбужденным участком жидкости кристаллов и невозбужденным (фо­ном). При снятии внешнего электрического поля первоначальная струк­тура жидких кристаллов восстанавливается и указанный контраст исче­зает.

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 рисунок цифры, который представляет собой конфигурацию в виде сегментов, с помощью которых можно воспроизвести цифры 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 отраже­ние») и проходящем («на просвет») свете. В первом случае на заднее «текло 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 цифры будет хорошо заметно на черном фоне.

При работе индикатора на просвет изображение цифры более тем­ное, чем фон. Если при этом мощность установленного источника света составляет 0,5 Вт, то яркость жидкокристаллического индикатора ста­новится 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 неметаллических жидких кристаллов, которые презультате технологической обработки приобрели свойство вращения плоскости поляризации проходящего света на 90°, то вся эта оптичес­кая система получается прозрачной (рис. 2).

Рисунок 2. Вращение поляризации света жидким кристаллом

На стеклянные панели наносится тонкий слой металла, образующий электроды. Если теперь к электродам подвести напряжение, то молекулы жидкого кристалла развернутся вдоль электрического поля, вращение плоскости поляризации исчезнет, и свет не сможет пройти через поляризационные плёнки, как это показано на рисунке 2. Рисунок 2а соответствует отсутствию электрического поля, а рисунок 2б – приложенному к электродам напряжению.

Напряжение, необходимое для поворота директора составляет обычно 2В-5В. Важно, что действие электрического поля не связано с дипольным моментом молекулы и поэтому не зависит от направления поля. Это позволяет использовать для управления индикатором переменное поле. Постоянное поле может приводить к электролизу жидкого кристалла и, в конечном итоге, выходу прибора из строя.

Рисунок 2. Вращение поляризации света жидким кристаллом

Электроды на жидкокристаллический индикатор наносятся в виде точек, пиктограмм или сегментов для отображения различных видов информации, как это уже обсуждалось ранее.

 

При приложении электрического поля все молекулы жидких крис­таллов ориентируются вдоль поля и эффект вращения плоскости поля­ризации исчезает. В результате через систему, показанную на рис. 2, пропускание света прекращается. 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 даст зна­чительный выигрыш в мощности потребления и позволяет получать бо­лее высокий контраст. В большинстве серийно выпускаемых типов жид­кокристаллических индикаторов использован данный принцип.

Параметры жидкокристаллических индикаторов

Важным параметром индикатора является время релаксации — время, необходимое для возвращения молекул жидкого кристалла в исходное состояние после выключения поля. Оно определяется поворотом молекул и составляет 30-50 мс. Такое время достаточно для работы различных индикаторов, но на несколько порядков превышает время, необходимое для работы компьютерного монитора.

Время релаксации резко зависит от температуры жидкокристаллического индикатора. Именно временем релаксации определяется минимальная температура использования жидкокристаллических индикаторов. Время релаксации современных жидкокристаллических индикаторов при температуре –25°C достигает нескольких секунд. Это время смены информации неприемлемо для большинства практических приложений.

Не менее важным параметром жидкокристаллического индикатора является контрастность изображения. При нормальной температуре контрастность изображения достигает нескольких сотен. При повышении температуры контрастность изображения падает и при температуре порядка +50°C изображение становится практически неразличимым.

Следующий параметр, характеризующий жидкокристаллический индикатор — это угол обзора. Угол обзора жидкокристаллического индикатора существенно зависит от скважности динамического режима индикации. Чем больше скважность – тем меньше получается угол обзора индикатора.

В современных жидкокристаллических компьютерных мониторах используется специальный метод формирования статического формирования изображения при динамическом способе его подачи на дисплей. Это TFT технология. При использовании этой технологии около каждого элемента изображения формируется запоминающий конденсатор и ключевой транзистор, который подключает этот конденсатор к цепям формирования изображения только в момент подачи информации именно для этого элемента изображения.