Принципы работы жидкокристаллических индикаторов

Термином жидкий кристалл обозначается мезофаза между твердым состоянием и изотропным жидким состоянием вещества, при этом мезофаза сохраняет фундаментальные свойства присущие двум состояниям материи. Жидкие кристаллы, с одной стороны, обладает текучестью как изотропная жидкость, с другой стороны, сохраняют определенный порядок в расположении молекул (как кристалл).

В отдельных случаях мезофаза оказывается стабильной в широком диапазоне температур, включая комнатную температуру. В этом случае говорят о жидких кристаллах. Большинство жидких кристаллов образуются стержневыми молекулами.

Обычно жидкокристаллический дисплей представляет собой стеклянную кювету толщиной менее 20 мкм, в которую помещен жидкий кристалл. Направление молекул жидкого кристалла может быть задано обработкой поверхностей кюветы таким образом, чтобы молекулы жидкого кристалла выстраивались в направлении, параллельном плоскости кюветы или перпендикулярно к ней. Один из способов обработки поверхности экрана заключается в нанесении на него тонкого слоя твердого полимера и последующего «натирания» его в одном направлении.

Используя различные ориентации направления молекул жидкого кристалла первоначально с помощью поверхностного упорядочения, а затем с помощью электрического поля, можно сконструировать простейший дисплей. Жидкокристаллический дисплей состоит из несколько слоев, где ключевую роль играют две стеклянные панели, между которыми помещен жидкий кристалл.

На панели наносятся бороздки. Бороздки получаются в результате размещения на стеклянной поверхности тонких пленок из прозрачного пластика, который затем специальным образом обрабатывается. Бороздки расположены таким образом, что они параллельны на каждой панели, но перпендикулярны бороздкам соседней панели. Соприкасаясь с бороздками, молекулы в жидких кристаллах ориентируются одинаково по всей поверхности. В результате направление ориентации молекул жидкого кристалла поворачивается от верхней панели к нижней на 90°, вращая, таким образом, плоскость поляризации света, как это изображено на рис. 9.25. Изображение формируется при помощи поляризационных пленок, размещенных над и под жидкокристаллическим дисплеем. Если оси поляризации этих пленок перпендикулярны друг другу, то дисплей будет прозрачным.

Рис. 9.25. 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 пленки, как это показано на рис. 9.26. Рис. 9.26 а соответствует отсутствию электрического поля, а рис. 9.26 б — приложенному к электродам напряжению.

Напряжение, необходимое для поворота директора составляет обычно от 2 до 5 В. 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.

Рис. 9.26. Прохождение света через жидкий кристалл при отсутствии электрического поля (а) и при воздействии на него электрического поля (б).

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