Индикаторы
оля молекулы ЖК первого типа ориентируются вдоль поля, второго типа —
поперек поля;
— наличие анизотропии и возможность перестройки структуры проявляются в
двух разновидностях электро-оптических эффектов; изменение характера
поляризации проходящего (отраженного) света и изменение коэффициента
отражения (пропускания) света.
В качестве жидких кристаллов могут выступать очень многие органические
соединения (тысячи), наи-лучшие для технических применений результаты дают
их смеси. «Классическими» нематическими смесами являются МББА (н- (п-
метоксибензилиден) — п- (н-бутиланилин)) и ЭББА (н- (п-этоксибензилиден) —
п- (н - бутиланилин)), обеспечивающие получение ?Тжк =Тж—Тк=15 ... 70°.
Среди всех структурных разновидностей жидких кристаллов нематические
отличаются наименьшей вязкостью, что обеспечивает их наибольшее
быстродействие, определяемое временем переориентации молекул ~10-1 с (и до
ІО-2 ... 10-3 с в специальных рабочих режимах). Удельное сопротивление
нематических ЖК очень велико (~1017 Ом*см и для его некоторого уменьшения
(что порой необходимо) в жидкость вводятся органические примеси, при
диссоциации которых возникают свободные ионы.
Исторически первым электрооптическим эффектом, использованным в
индикаторной технике, стал эффект динамического рассеяния. Если к слою
слегка проводящего нематического ЖК с отрицательной диэлектрической
анизотропией приложить электрическое поле, то молекулы ориентируются
поперек поля, а возникающий поток ионов стремится ларушить эту ориентацию.
При некотором значении тока проводимости возникает состояние
турбулентности, разрушающее ранее упо-рядоченную структуру ЖК. Беспрерывные
хаотические изменения показателя преломления участков жидкости вызывают
рассеяние света (отсюда и название эффекта), внешне проявляющееся как
помутнение ЖК. Вольт-контрастная характеристика ЖКИ представлена на
рис. 3.7.
Лучшие характеристики индикаторов дает использо-
вание твист-эффекта, суть которого заключается в сле-
дующем. В зазоре между двумя пластинами тем или
иным способом достигают «скручивания» номатической
структуры ЖК, т. е. такого расположения молекул, когда
их большие оси параллельны ограничивающим по-
верхностям, а направления этих осей вблизи одной и
другой пластин взаимно перпендикулярны (рис. 3.8,а).
В толще жидкости ориентация молекул меняется
постепенно от верхней граничной ориентации к
нижней. Технологически такая скрученная струк-
тура достигается, например, путем однонаправ-
ленного натирания внутренних поверхностей
стеклянных пластин во взаимно перпендикуляр-
ных направлениях, что и ведет к соответствующей
ориентации молекул.
Слой скрученного нематического ЖК вращает плоскость поляризации проходящего
света на п/2. Если к ячейке приложить электрическое поле, то (при условии
использования материалов с положительной диэлектрической анизотропией) все
молекулы ориентируются вдоль поля (рис. 3.8,6) и эффект скручивания
пропадает. Теперь слой жидкости не изменяет поляризации проходящего через
него света. Помещая на входе и выходе ячейки поляроидные пластины,
преобразуют модуляцию поляризации света в амплитудную.
Твист-эффект в отличие от эффекта динамического рассеяния является чисто
полевым: для его реализации пропускание тока через структуру не нужно. Это
дает существенный выигрыш в энергопотреблении.
Устройство жидкокристаллического индикатора (рис. 3.9) достаточно просто,
здесь удобно реализуюгся современные плоские панельные конструкции. Для
получения низких управляющих напряжений (единицы вольт) зазор между
пластинами должен быть небольшим (~10-3 см), а используемая жидкость должна
иметь круто нарастающую вольт-контрастную характеристику (рис. 3.7).
Характерно, что стоимость ЖКИ (в отличие от полупроводниковых) очень мало
зависит от их площади — изготавливаются приборы с высотой цифр от 3 до 500
мм. Используются конструкции, работающие как в отраженном свете
(большинство типов), так и в проходящем. Все ЖКИ работают на переменном
токе; при попытках использовать постоянное управляющее напряжение
оказываются существенными электролитические эффекты и срок службы прибора
становится недопустимо малым.
Жидкие кристаллы представляют собой достаточно удобную основу для создания
информационных табло повышенной информационной емкости и экранов мало-
кадрового телевидения. Причины этого—малая потреб-ляемая мощность, высокая
контрастность, низкое питающее напряжение, технологичность. Основные
сложности связаны со схемами управления:
низкое быстродействие [pic]
ЖКИ затрудняет использование мулыиплексных режи-
мов, приводит к созданию ЖК матриц с большим коли-
чеством внешних выводов. Перспективы преодоления
этой проблемы видятся в разработке конструкции экра-
на, в которой вместо одной из стеклянных обкладок
обычного ЖКИ используется кремниевая пластина,
содержащая схему управления и имеющая на своей
поверхности матрицу элементарных электродов.
Каждый из этих электродов является оптическим
отражателем. Такое технологическое совмещение растра
и схемы управления резко сокращает число внешних
выводов.
Совершенствование ЖКИ ведется в направлении получения цветных изображений
(для этого привлекаются иные, отличные от описанных, электрооптические
эффекты), повышения быстродействия, долговечности (значения, близкие к 105
ч, представляются вполне реальными), создания злементов с встроенной
памятью.
3.3 Газоразрядные индикаторы (ГРИ) являются примером того, как влияние
конструкторско-технологических идей микроэлектроники заново преобразует
«старую» традиционную область техники.
[pic]
Основу любого прибора этого класса составляет элементарный газоразрядный
промежуток (рис. 3.10). За-жигание и поддержание разряда требует высокого
напряжения (Uзаж?80 ... 400 В, Uгор?50 ... 300 В), ток близок к 1 мА.
Заполнение рабочего объема неоном дает оранжевое свечение, а гелием и
аргоном — желтое и фиолетовое. Возможно и непрямое преобразование энергии:
разряд в ксеноне (УФ излучение) в сочетании с фотолюминофорами желаемого
цвета свечения. Инерционность газового разряда определяется в основном
временами его гашения (10-7 ... 10-8 с) и исчезновения плазмы (10-6 ... 10-
4 с).
Используются два основных режима работы. В режиме постоянного тока
обязателен балластный резистор,
необходим и элемент гашения разряда. Взаимодействие газа с электродами
(рис. 3.10,а) сопровождается катодным распылением, особенно интенсивным при
минусовых температурах. Значительно перспективнее высокочастотный разряд,
для которого характерны самоограничение и отсутствие непосредственного кон-
такта газа с электродами (рис. 3.10,6).
Среди газоразрядных индикаторов выделяют: знаковые, шкальные и
универсальные (плазменные
панели). На смену громоздкой пакетной конструкции газоразрядной лампы с
десятью изолированными катодами, высвечивающими отдельные цифры, пришел
многоразрядный монодисплей панельного типа, один из вариантов которого
представлен на рис. 3.11. Его характерные особенности: плоскостность, малая
толщина (несколько миллиметров), простота конструкции (всего четыре детали)
и технологии. Две плоские электродные решетки из ковара, получаемые
штамповкой или травлением, закрепляются на отдельных стеклянных пластинах,
после чего части собранного пакета соединяются в горячем состоянии. Затем
пакет вакуумируется, заполняется газовой смесью и герметизируется. Кроме
катодных линейных элементов, формирующих изображение, электродные решетки
содержат и внешние выводы.
Имеется много разновидностей сегментных ГРИ, но все они однотипны с
описанным прибором. Типичные значения высоты знаков составляют 5... 16 мм,
число разрядов 3 ... 9. Для питания необходимо напряжение постоянного тока
170 ... 200 В.
Универсальный индикалэр или плазменная панель представляют собой
двухкоординатную матрицу, содер-жащую не менее 104 ... 105 элементарных
газоразряд-
[pic]
ных ячеек. Разрабатываются панели постоянного и переменного тока, т. е. с
внутренними и внешними элек-тродами (рис. 3.12). Высокочастотный экран
питается двумя возбуждающими напряжениями от генераторов Г1 и Г2 (рис.
3.12,в): синусоидальным опорным с частотой в несколько килогерц,
поддерживающим разряд, и записывающим (или стирающим) в виде коротких
прямоугольных импульсов, «поджигающих» ту или иную ячейку.
В конструкциях рис. 3.12 центральная мозаичная пластина служит для изоляции
разрядных промежутков друг от друга, ею определяется разрешающая
способность экрана, близкая к 10 ... 20 лин/см. Ограничения области разряда
можно добиться и без перегородок повышением давления газовой смеси, которое
ведет к стягиванию плазменного шнура, возникающего в месте пересечения
возбужденных X- и У-электродов. Идя по этому пути, можно существенно
повысить разрешающую способность,
особенно у панелей переменного тока.
Высокое напряжение питания и большое число эле-ментов
требуют довольно сложных схем управления. Тем не менее
на основе как биполярных, так и МОП-транзисторов и спе-
циальных интегральных схем удается изготовить достаточно
компактные плоские устройства, размещаемые на задней
стороне панели. Схемы управления не только воспроизводят
на экране требуемые образы, но и позволяют изменять интен-
сивность свечения, обеспечивая передачу до нескольких
десятков полутонов (градаций яркости). Для уменьшения чис-
ла выводов от панели и упрощения схемы управления используют
принцип самосканирования, для реализации которого в
центральной пластине делают специальные отверстия, соеди-
няющие определенным образом соседние ячейки друг с другом.
Вследствие этого зажженное состояние, созданное в одной
ячейке, последовательно перемещается по всем элементам
строк и столбцов экрана. Для получения цветного изображения
изготавливается прозрачная панель (рис. 3.13), каждый слои
которой генерирует свечение определенно
| |  скачать работу |
Индикаторы |
