Процессы в жидкокристаллических индикаторах

Жидкокристаллические индикаторы появились в 70-е годы прошлого века и стали широко применяться в качестве средств отображения информации. ЖК-индикаторы - пассивные устройства. Они не генерируют свет, а требуют дополнительной подсветки и выполняют роль модулятора, работая в режиме пропускания или отражения света.

Жидкие кристаллы представляют собой органические жидкости, имеющие удлиненные стержнеобразные молекулы. Различают ЖК трех типов (рис. 7.4):

• смектические;
• нематические;
• холестерические.

В смектических ЖК сильно вытянутые молекулы располагаются слоями одинаковой толщины, близкой к длине молекул. Ориентированы молекулы параллельно друг другу. У нематических ЖК отсутствует слоистая структура, а молекулы также ориентированы параллельно друг другу своими длинными осями. Холестерические ЖК имеют структуру слоистую, но в каждом слое молекулы вытянуты в некотором преимущественном направлении.

Рис.7.4. Типы жидкокристаллических индикаторов: а - смектические; б - нематические; в - холестерические (рисунок выполнен авторами)

Средняя ориентация отдельной молекулы жидкого кристалла, характеризуемая единичным вектором, называемым директором D.

Когда ЖК-вещество занимает большой объем, то в молекуле появляются области с независимыми ориентациями директора. Для придания одинаковой ориентации во всем рабочем пространстве ЖК заключают в узкое (несколько десятков микрометров) пространство между подложками. В результате специфическая ориентация молекул жидкого кристалла определяется и соседними молекулами, и граничной поверхностью подложки. Ориентирующее действие достигается напылением на подложки тонких пленок SiO₂.

Молекулы жидкого кристалла представляют собой индивидуальные диполи. Ориентация молекул меняется в результате различных электрогидродинамических эффектов, обусловленных протеканием даже небольшого тока или под действием электрического поля.

Конструкция элементарной ячейки ЖК-индикатора проста и содержит две стеклянные пластины, имеющие на внутренней стороне прозрачное проводящее покрытие. Между пластинами залит ЖК. Толщина ЖК лежит в пределах от 6 до 25 мкм, фактически это плоский конденсатор.

При отсутствии напряжения на ячейке ЖК-вещество однородно и прозрачно. При приложении к ячейке порогового напряжения жидкий кристалл теряет оптическую однородность и рассеивает свет во всех направлениях. Этот эффект называют динамическим рассеиванием. Наибольшее распространение получили индикаторы на основе эффекта динамического рассеивания, а также индикаторы, использующие полевой твист-эффект (закручивание) и эффект типа «гость-хозяин».

В настоящее время чаще используются индикаторы, использующие полевой твист-эффект (от англ. twist - закручивание). Работа ячейки со скрещенными поляризатором П и анализатором А показана на рис. 7.5.

В отсутствие напряжения питания на ячейке молекулы жидкого кристалла закручены приблизительно на 90° благодаря ориентирующему действию подложек П и А.

Поляризатор - это оптический элемент, пропускающий свет, поляризованный в одном направлении, и гасящий свет, поляризованный в противоположном направлении, в зависимости от ориентации поляризатора. Если оси второго поляризатора, называемого анализатором, параллельны осям первого, то свет проходит через второй поляризатор; если же оси анализатора перпендикулярны, излучение гасится.

Рис.7.5. Работа ЖК-индикатора на твист-эффекте при напряжениях: а - нулевом; б - превышающем пороговое (рисунок выполнен авторами)

Свет, падающий сверху, поляризуется таким образом, что его вектор поляризации совпадает с направлением директора D у верхней подложки. При прохождении через ЖК плоскость поляризации света вращается (как директор у молекул ЖК) и свет проходит через анализатор. При питании ячейки напряжением выше порогового, вектор поляризации ЖК приобретает вертикальное направление и ЖК не вращают плоскость поляризации, а анализатор не пропускает свет.

ЖК-индикаторы имеют преимущества по сравнению с индикаторами на эффекте динамического рассеяния (меньше рабочие токи 1-3 мкА/ см² вместо 10 мкА/ см², и поэтому большую долговечность). Быстродействие ЖК на твист-эффекте гораздо выше, чем при использовании динамического рассеяния.

К недостаткам ЖК-индикаторов на твист-эффекте относится меньший, чем у индикаторов на эффекте динамического рассеяния, угол обзора, что связано с узкой диаграммой направленности света при твист-эффекте и влиянием поляризаторов. Применение поляризаторов приводит к потерям до 50 % света, а также повышает стоимость индикаторов (Савчук В.Л., 2007).

Индикаторы без поляризаторов могут быть созданы на основе эффекта «гость-хозяин». Стержневидные молекулы красителя (гость) вводятся в ЖК (хозяин). Молекулы красителя стремятся ориентироваться параллельно осям молекул ЖК (рис. 7.6.).

Рис. 7.6. Работа ЖК-ячейки на эффекте «гость-хозяин» при напряжениях: а - нулевом; б - превышающем пороговое; 1 - молекулы красителя; 2 - молекулы ЖК (рисунок выполнен авторами)

В начальном состоянии, при нулевом напряжении на ЖК-ячейке, свет с любым направлением поляризации поглощается (рис. 7.6, а). При наложении достаточно сильного электрического поля ЖК-вещество переходит в состояние, в котором все молекулы красителя ориентированы вертикально, а падающий на ячейку свет свободно проходит сквозь нее (рис. 7.6, б).

⇐ Предыдущая12131415161718192021Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. Активные морфонологические процессы в структуре русского производного слова.
2. БИЗНЕС-ПРОЦЕССЫ И БИЗНЕС-СИСТЕМЫ.
3. Влияние эмоций на физиологические процессы в организме ребенка
4. ВООБРАЖЕНИЕ И ОРГАНИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ
5. Вопрос 2. Влияние космических тел Солнечной системы на процессы и явления, происходящие на Земле.
6. Вопрос 46. Россия в 1990-е годы. Социально-экономические и политические процессы.
7. Геологические процессы в земной коре
8. Геополитические процессы в Западной и Восточной Европе и в Прибалтике
9. Геополитические процессы и картины мира Нового времени
10. Геофизические процессы в ландшафтах
11. Глава 17. Психические процессы как структурные элементы управления – 419
12. Глава 4. Геополитические процессы, картины мира и эпохи