Типы индикаторов

Первый ЖК-индикатор был создан на эффекте динамического рассеивания света, являющегося токовым эффектом.

В ячейке заполненной нематиком при планарной ориентации в отсутствии напряжения на электродах вещество однородно и позрачно. При приложении к ячейке напряжения больше порогового структура превращается в ячеистую за счет возникновения турбулентных завихрений при протекании тока. В результате ЖК полностью теряет оптическую однородность и рассеивает свет во всех направлениях.

В настоящее время наиболее распространены индикаторы, использующие полевой твист-эффект.

В отсутствии напряжения молекулы в ячейке закручены приблизительно на 90 градусов благодаря ориентирующему действию подложки. В этом случае свет, падающий на ячейку сверху, поляризуется таким образом, что его вектор поляризации совпадает с направлением директора D у верхней подложки. При прохождении сквозь слой ЖК плоскость поляризации света вращается и при попадании на нижнюю подложку оказывается перпендикулярной плоскости рисунка. В результате свет проходит через анализатор А и попадает к наблюдателю.

При подаче на ячейку напряжения, создающего поле выше порогового, директор D приобретает направление параллельное распространению света. ЖК - ячейка не вращает плоскость поляризации, и анализатор не пропускает свет.

Преимущества ЖК – индикаторов на твист – эффекте:

- меньшее рабочее напряжение (3 – 10) вольт;

- большая долговечность (меньшие рабочие токи 1 – 3 мкА/см² по сравнению с 10млА/ см² в индикаторе на динамическом рассеянии).

Недостатки:

- меньший угол обзора;

- необходимость применения поляризаторов, что увеличивает стоимость и потери света до 50%.

Индикатор без поляризаторов может быть создан на основе эффекта «гость – хозяин».

Стержневидные молекулы красителя (гость), которые введены в ЖК – вещество, стремятся ориентироваться параллельно осям молекул ЖК. Так как молекулы красителя поглощают свет с поляризацией вдоль длинной оси молекул и пропускают свет с перпендикулярной ориентацией, то, управляя ориентацией молекул ЖК, можно регулировать прохождение света.

В качестве основного электрооптического эффекта в таком ЖК можно использовать переход из холестерического в нематическое состояние. Для начального холестерического состояния вещество имеет спиральную структуру, и свет с любым направлением поляризации поглощается. При наложении электрического поля ЖК переходит в нематическое состояние, и падающий свет свободно проходит сквозь ячейку. Эта система позволяет получить почти черное изображение на белом фоне при высокой яркости и достаточно широком угле обзора. Трудности возникают с получением цветного изображения.

Создание матричных ЖК – индикаторов затруднено тем, что ЭО в них реагируют на действующее значение приложенного напряжения. А его величина с ростом числа строк падает. В связи с этим ЖК – экраны строят используя либо комбинированную термическую и электрическую матричную адресацию, или вводят в каждый элемент интегрированные с ним схемные элементы, обеспечивающие переход от матричной адресации к однокоординатной (мозаичной).

Схема фазовых переходов в ЖК при комбинированном тепловом и электрическом воздействии показана на рисунке.

При повышении температуры, происходящем в результате нагрева строки матричного экрана, вещество переходит из смектического в беспорядочное (изотропное) состояние (стрелка 1).При охлаждении характер фазового перехода зависит от того наложено ли электрическое поле или нет. Без электрического поля ЖК переходит в смектическую фазу с макро неоднородностями, вызывающими сильное рассеяние света (стрелка 2). Когда охлаждение ведется в электрическом поле, то в промежуточном нематическом состоянии происходит ориентация молекул по полю (стрелка 3). В конечной смектической фазе возникает упорядоченная ориентация и вещество оказывается оптически прозрачным.

В матричном индикаторе строчные электроды выполняются как омические нагреваемые резистивные полоски, а столбцы – как прозрачные электроды. Развертка изображения ведется по строкам, а на столбцы подаются импульсы напряжения. Время ввода информации в одну строку 50мкс, т. к. количество нагреваемого вещества и его тепловая инерция невелики. После охлаждения состояние вещества (прозрачное или рассеивающее свет) сохраняется, т. е. индикатор запоминает информацию.

Для работы ЖК-индикатора важное значение имеет способ его подсветки. В твист – индикаторах применяют три системы: отражательную, просветную и отражательно просветную.

В отражательной системе свет проходит систему

В элементах, на которые подано напряжение вектор поляризации не вращается и свет не проходит через анализатор. Они выглядят темными.

В просветных системах источник располагается позади одного из поляризаторов.

В поросветно – отражательных системах отражатель частично отражает, частично пропускает свет идущий сзади.