Жидкокристаллические индикаторы

Жидкокристаллические индика­торы отличаются от других при­боров аналогичного назначения тем, что сами они не излучают света: для считывания с них информации не­обходимы либо естественное освеще­ние, либо дополнительные источники света. Принцип действия подобных ин­дикаторов основан на изменении степе­ни прозрачности органического веще­ства, заполняющего индикатор, при приложении электрического поля. Вследствие этого увеличивается конт­растность изображения и око стано­вится различимым.

Жидкокристаллические вещества обладают свойством в определенном интервале температуры сохранять в жидком состоянии упорядоченность молекул подобно кристаллам. В твер­дом состоянии такие вещества имеют кристаллическую структуру. Характер­ная особенность жидких кристаллов — способность изменять оптические ха­рактеристики под влиянием внешних электрического, магнитного и теплово­го полей, при механическом воздей­ствии. Это и позволило создать жид­кокристаллические устройства для ото­бражения различной информации.

В настоящее время используют два типа таких индикаторов. Работа одного из них основана на эффекте измене­ния динамического рассеяния света в жидких кристаллах с нематической (нитевидной) структурой, возбуждае­мых переменным электрическим по­лем. Возникающее в жидкости наруше­ние упорядоченности структуры при­водит к изменению светоотражения от слоя жидкости. В основу работы при­боров второго типа положен эффект деформации структуры жидкости или полевой эффект. Ориентированный слой жидких кристаллов помещают между двумя поляроидами с взаимно перпендикулярной поляризацией. При наложении электрического поля струк­тура жидкокристаллического вещества изменяется и оно становится двулуче-преломляющим. Применение полевого эффекта позволяет получать индикато­ры как с позитивным, так и с негатив­ным изображением.

Индикатор, работающий на прохо­дящем свете от дополнительного ис­точника (например от лампы накали­вания), конструктивно состоит из двух стеклянных пластин, на внутренние по­верхности которых нанесены прозрач­ные проводящие электроды: на одну — элементы изображения знака, а на дру­гую — общая подложка. От каждого элементе сделан отдельный вывод; все подложки знаков электрически соеди­нены и имеют общий вывод. Проме­жуток между электродами, образован­ный тонкой прокладкой, заполняют жидкокристаллическим веществом. Толщина слоя этого вещества — всего 12...20 мкм. Для предохранения жид­ких кристаллов индикатора от воздей­ствия внешней среды пакет пластин герметизируют пленкой из поливинилбутираля и заливкой эпоксидным ком­паундом.

При подаче рабочего напряжения между общим электродом (подлож­кой) и одним из электродов-элементов в пространстве между ними жидко­кристаллическое вещество уменьшит прозрачность (помутнеет). Если подать напряжение на несколько электродов, на индикационном поле возникнет изо­бражение того или иного знака. При снятии напряжения индикационное поле снова становится почти однород­ным.

Отличие индикатора, работающего на отражении падающего света, заклю­чается в добавлении поляризующих пленок по обе стороны от слоя жидких кристаллов. Оба поляроидных покры­тия защищены двумя дополнительны­ми стеклянными пластинами. На внут­реннюю поверхность задней пластины нанесено зеркальное светоотражаю­щее покрытие.

Жидкокристаллические индикаторы в зависимости от типа подключают к внешним устройствам либо через мно­гоконтактный разъем (штепселем слу­жит сам индикатор), либо посредством гибких луженых выводов.

Размеры знака и индикационного поля индикатора конструктивно ничем не ограничены. Для серийного произ­водства индикаторов в настоящее вре­мя определено несколько типоразме­ров. Угол обзора индикаторов очень широк — более 100°. У индикаторов с двойной поляризацией угол обзора уже — около 60°, У большинства вы­пускаемых индикаторов контрастность знака по отношению к индикационно­му полю равна 70...90%. Чем выше внешняя освещенность, тем лучше условия считывания показаний индика­тора.

Все жидкокристаллические индика­торы работают на переменном токе. При постоянном токе в жидкости на­чинают протекать электролитические процессы, резко уменьшающие срок службы индикатора. Поэтому не ре­комендуется использовать даже пере­менный ток с постоянной составляю­щей напряжения свыше 300 мВ (допу­стимое значение постоянной состав­ляющей для каждого конкретного типа индикатора указывают в паспорте прибора). Рабочее напряжение управ­ления находится в пределах 4.,, 15 В. Ток индикатора увеличивается с увели­чением управляющего напряжения, его частоты и температуры окружающей среды и может достигать 1 мА. Часто­та управляющего напряжения может быть от 30 до 3000 Гц, рекомендуемое значение — 50 Гц.

Приборы работоспособны при тем­пературе окружающей среды в преде­лах от —10 до +55° С. Удельное со­противление жидкокристаллического вещества находится в пределах 108...1012 Ом/см. Во избежание появ­ления ложной информации напряже­ние утечки на неподключенных элемен­тах не должно превышать 1 В.

Параметрами, несколько ограничи­вающими область применения описы­ваемых приборов, являются времена реакции t_ и релаксации f . Временем реакции называют промежуток време­ни от момента подачи на индикатор управляющего напряжения до момен­та, когда параметр прибора, прини­маемый за критерий (для жидкокри­сталлического индикатора — контраст­ность изображения), достигнет задан­ного значения. Соответственно время релаксации следует понимать как про­межуток времени между моментом снятия управляющего напряжения и моментом полного исчезновения изоб­ражения на индикационном поле. Эти времена сильно зависят от окружаю­щей температуры, увеличиваясь при охлаждении.

Срок службы жидкокристалличе­ских индикаторов очень велик. Так, гарантированная наработка на отказ равна 20 000...30 000 ч.

Превышение температуры окружаю­щей среды в процессе эксплуатации свыше +60° С недопустимо, так как это может вывести индикатор из строя. Для безотказной работы приборов не­обходимо принять все меры для пред­отвращения появления влаги и пыли между выводами индикатора, могущие стать причиной межконтактных замы­каний. Случайные загрязнения с лице­вой поверхности индикаторов реко­мендуется удалять лоскутом батиста, слегка смоченным этиловым спиртом. Другие растворители применять нель­зя. В случае выхода индикатора из строя по любой причине отремонти­ровать его невозможно.

Промышленность серийно выпускает жидкокристаллические индикаторы для ручных и карманных часов, микро­калькуляторов и других малогабарит­ных устройств.