Жидкокристаллические индикаторы.

Работа ЖКИ связана с поляризацией света. Различают два вида поляризации: круговая, когда электрические колебания света происходят во все стороны, перпендикулярно лучу; линейная, когда колебания происходят в одной плоскости. Может быть ортогональная поляризация, когда колебания происходят в двух взаимно перпендикулярных плоскостях.

Многие кристаллы обладают оптической осьюL. Если направление колебаний света совпадает с направлением оптической оси, свет проходит почти беспрепятственно через кристалл. Чем ближе к 90⁰ направление колебаний светак направлению оптической оси, тем хуже свет проходит через кристалл. Как известно, оптической осью обладают сегнетодиэлектрики (кварц, сегнетова соль).  

ЖКИ выполнены на основе жидкостей, обладающих при определенных условиях (в основном, температуры) такими свойствами кристаллов, как наличие оптической оси. Такими свойствами обладают многие органические жидкости (например, МББА- сложное химическое соединение с очень сложным названием). Молекулы ЖК имеют удлиненную форму (как зерно пшеницы) и представляют собой электрические диполи. Подвижность молекул жидкости больше, чем у твердых тел. Электрическим полем можно ориентировать положение молекул, изменяя тем самым положение оптической оси и прозрачность жидкости в разных направлениях. Эти качества используют в ЖКИ.

Верхняя и нижняя пластины являются поляризаторами. Они поляризуют свет в двух взаимно перпендикулярных направлениях, оси поляризации которых показаны на торцах пластин. Стеклянные пластины полированы в двух взаимно перпендикулярных направлениях: верхняя—параллельно оси поляризации верхнего поляризатора, нижняя—параллельно оси нижнего поляризатора. На верхней пластине нанесены прозрачные электроды (например, семь сегментов, позволяющих создать любую цифру). На каждый из сегментов можно отдельно подать напряжение. Между пластинами находится жидкий кристалл— нематик. Внизу располагается зеркало. Молекулы ЖК, прилегающие к пластине, укладываются в бороздки от полирования, т.е. ось поляризации прилегающего к пластине слоя совпадает с осью поляризации соответствующего поляризатора. В слоях жидкости между этими слоями ось поляризации постепенно поворачивается до 90⁰. Такой слой ЖК обладает важным качеством: он поворачивает ось поляризации падающего света на 90⁰. Луч света, пройдя через верхний поляризатор, поляризуется, проходит через ЖК, в котором ось его поляризации поворачивается на 90⁰, и попадает на нижний поляризатор с совпадающей с ним осью поляризации. Свет доходит до зеркала, отражается и проходит весь путь в обратном порядке. Наблюдателю участок покажется прозрачным (светлым).

При подаче на некоторые сегменты напряжения (на рисунке--цифра 2) поляризация ЖК под сегментами, на которые подано напряжение, будет вертикальной. Она никак не влияет на проходящий свет, который придет к нижнему поляризатору с ортогональной поляризацией и не пройдет через него. Сегменты будут казаться черными.

Так устроены многие ЖКИ. Их достоинство в малом потреблении энергии, возможностью создавать многоточечные структуры, в том числе и жидкокристаллические экраны. Недостаток—в необходимости подсветки в условиях низкой освещенности, необходимость поддерживать поданные заряды периодическим тактированием.

Если убрать зеркало, ЖКИ будут работать "на просвет", что создает уникальные возможности для трюков, рекламы и т.д.

Газоразрядные индикаторы.

Газоразрядные индикаторы работают на основе ионизации электрическим полем инертных газов, находящихся под низким давлением. Электроны, выделяющиеся из источника электронов, ускоряются под действием электрического поля. По пути они могут встречаться с нейтральными атомами, которые от соударения распадаются на ионы и электроны. Такая ионизация называется ударной. При ионизации резко увеличивается электропроводность среды, которая называется электронно-ионной плазмой. Ионизация требует внешней энергии, которая поставляется электрическим полем. Одновременно происходит и рекомбинация нейтральных атомов. Этот процесс сопровождается выделением энергии, что вызывает свечение газа. На рис. приведена вольт-амперная характеристика газоразрядного промежутка.

При напряжении, соответствующем точке А, ток может проходить только под действием внешнего ионизатора. При напряжении, соответствующем точке В (напряжение зажигания), ионизация газа приобретает лавинообразный характер. Сопротивление АНОД-КАТОД резко уменьшается. Напряжение можно уменьшить, но разряд будет продолжаться (участок СD). Разряд называется тлеющим. Ток поддерживается за счет того, что при напряжении тлеющего разряда ионы приобретают такую энергию, что ударяясь о катод они выбивают из него такое количество вторичных электронов, которых достаточно для дальнейшей ионизации газа. Поскольку внешний ионизатор не требуется, разряд называют самостоятельным, в отличие от участка АВ. Дальнейшее увеличение напряжения (участок DE) приводит к дуговому разряду, который может продолжаться и при уменьшении напряжения, если термоэлектронной эмиссии катода достаточно для поддержания тока(участок EF).Разряд называют самостоятельным, если подогрев катода осуществляется за счет ударяющихся о него положительных ионов. При нагреве катода от внешнего источника напряжения разряд называют несамостоятельным.

 В газоразрядных индикаторах используется свечение газа тлеющем разряде. В стеклянном баллоне с инертным газом под низким давлением расположены катоды (обычно десять) и один анод. Катоды имеют форму цифр или знаков. На один из катодов подают напряжение. Между ним и анодом возникает тлеющий разряд. Максимальное количество рекомбинаций происходит вблизи катода. Поэтому катод светится. В сегментных индикаторах (обычно 13 сегментов) подают напряжения на определенные сегменты, синтезируя любую цифру или букву русского или латинского алфавита.