Жидкокристаллические индикаторы

Жидкие кристаллы — это сложные органические соединения, характеризующиеся сочетанием свойств жидкости (например, теку­честью) и кристалла (оптической анизотропией). Среди множества веществ такого типа для индикаторов выбирают те, которые сохра­няют свои свойства в достаточно широком диапазоне температур (обычно 0—70° С). Наиболее широкое распространение получили кристаллы так называемого нематического типа, имеющие вытяну­тую молекулярную структуру, причем все молекулы располагаются параллельно и их оси в равновесном состоянии ориентированы вдоль некоторого преимущественного направления. Так как связи между молекулами очень слабы, то структура жидкого кристалла легко изменяется под влиянием внешних воздействий, например электрического поля. Наличие анизотропии и возможность управляемой перестройки структуры жидкого кристалла дают возможное! использовать два типа оптических эффектов: изменение коэффициента отражения света (при ого пропускании) и изменение характера поляризации лучей при отражении света. Таким образом, в отличие от описанных индикаторов жидкокристаллические ячейки треб; ют обязательной внешней подсветки, выполняя роль модуляторов при пропускании или отражении света.

Широкое распространение для целей индикации получило ж пользование в жидких кристаллах так называемого «твист-эффекта». В ячейке, получаемой в результате заполнения жидкокристаллическим веществом полости между двумя стеклянными пластинками, на внутренней поверхности которых нанесены прозрачны электроды (рис. 88),

ориентации молекул постепенно меняется от верхнего слоя к нижнему. Это достигается с помощью определенной технологии изготовления ячейки. Слой скрученного нематического жидкокристаллического вещества вращает плоскость поляризации проходящего света па 90°. При наложении электрического поля молекулы раскручиваются и ориентируются в направлении вектора напряженности электрического поля. Фаза света при прохождении через ячейку в этом случае не меняется. Помещая на входе

и выходе ячейки пленочные поляризаторы, обеспечивают блокировку света определенной фазы и пропускание его при поворот плоскости поляризации на 90°. Тем самым задаются включенное и выключенное состояния приборов. Одно из них получается приложением электрического поля, а противоположное — отсутствием его. Для обеспечения этого эффекта обычно достаточно напряжения 5—10 В при микроамперных токах. Малая потребляемая мощность, плоскостность конструкции и невысокая стоимость делают жидкокристаллические индикаторы одним из самых удобных средств отображения знаковой информации в малогабаритных электронных устройствах (часы, калькуляторы, измерительные приборы и пр.) Однако широкое применение этих индикаторов ограничено рядом принципиальных недостатков. Отметим среди них относительно не высокий коэффициент контраста (не более 20 в лучших образцах) Этот коэффициент значительно падает при отклонении угла наблюдения от нормали (обычно допустимый угол обзора не превышает 45°). Жидкокристаллические приборы очень инерционны, время и. переключения составляет десятки и даже сотни миллисекунд и зависит от температуры.

Серийно выпускаемые жидкокристаллические индикаторы вы­полнены в виде единичных знаковых модулей либо в виде неболь­ших табло из наборов этих модулей. Для отображения требуемой информации верхний электрод делается сегментным и рассеяние света наблюдается только на тех участках, на которые подано напряжение. Питание индикаторов обычно осуществляется перемен­ным током, что увеличивает срок их службы, так как исключает электролитический эффект.

Создание жидкокристаллических панелей большой площади сталкивается с рядом принципиальных трудностей. Организация матричной панели с мультиплексированием сигналов по шинам связана со значительным уменьшением контраста изображения. Непосредственная же адресация каждого элемента с помощью интегральных ключей сильно удорожает все устройство. Тем не менее прогресс в этой области идет достаточно быстрыми темпами. Имеются опытные панели с числом элементов 128X128 и временем записи кадров в несколько секунд.