Indicatori de cristale lichide

Cristalele lichide sunt substanțe care prezintă într-un anumit interval de temperatură proprietățile lichidului și a cristalelor. Ei sunt în stare în stare lichidă să mențină ordonarea moleculelor (cum ar fi cristalele). Pentru a crea indicatori pe cristale lichide, se folosesc așa-numitele cristale lichide nematice, care sunt o varietate structurală a acestei clase de substanțe. Materialele pentru ele sunt amestecuri de compuși organici, moleculele cărora sunt formate în laturi ordonate.







Un strat subțire de materie LC (zeci de microni), plasat, de exemplu, între două plăci de sticlă, trece ușor destul de bine. Cu toate acestea, straturile groase de cristale lichide (câteva milimetri) sunt practic opace. Acest lucru se datorează oscilațiilor termice aleatorii ale unor grupuri mari de molecule care conduc la modificări ale indicelui de refracție și, în cele din urmă, la împrăștierea puternică a luminii într-un mediu cu cristale lichide. De interes special este schimbarea caracteristicilor optice ale cristalelor lichide sub acțiunea unui câmp electromagnetic extern. Această proprietate este folosită pentru a construi elemente de afișare bazate pe straturi subțiri transparente de substanțe cu cristale lichide.

Fig. 1. Afișaj cu cristale lichide pentru efectul distanței dinamice:

1 de stabilire; 2 - cristale lichide; 3 - acoperire reflectorizantă; 4 - geamul din spate; 5 - electrod comun; 6 - electrozi transparenți de segmente; 7 - sticlă frontală

Indicatori de cristale lichide

Fig. 2. Indicator de cristale lichide bazat pe efectul de rotație a planului de polarizare printr-un strat de cristale lichide care dispar sub acțiunea unui câmp electric (efect twist):

Celule de sticlă 1; 2 - acoperire reflectorizantă; Placă 3-polaroid cu un plan vertical de polarizare; Cristale 4-lichide; 5 - o căptușeală; b - electrozi transparenți; 7 - placă polaroid cu plan orizontal de polarizare

Există două principii (efect) ale indicatorilor de lucru asupra cristalelor lichide. Prima constă în faptul că, la aplicarea unui câmp electric într-un strat subțire de material LC sandwich între două plăci de sticlă, există o distrugere a structurii ordonate a cristalelor lichide, care determină împrăștierea difuză a luminii în această regiune (efect de împrăștiere dinamic). Ca rezultat, stratul de cristale lichide transparente devine tulbure și, atunci când există lumină exterioară, apare un contrast între zona excitată a lichidului cristal și fundalul neconcurențial. Când câmpul electric extern este îndepărtat, structura originală a cristalelor lichide este restabilită și acest contrast dispare.

După cum se arată în Fig. 1, în principiu, indicatorii de cristal lichid constau din două plăci de sticlă plane paralele, între care există un strat de cristale lichide cu o grosime de 12-20 μm. Pe una din plăcile de sticlă de acoperire depuse figuri conductive transparente desen, care este configurat sub formă de segmente prin care să reproducă cifrele 0 la 9. La cealaltă placă un strat transparent conductor aplicat electrodului comun cifrele. Ambele plăci sunt acoperite cu suprafețe orientate unul spre celălalt.

Există indicatori care funcționează în lumina reflectată ("reflectată") și trecerea ("pe luminator"). În primul caz, se aplică un strat reflectorizant pe geamul din spate al HVL, în al doilea - o sursă de lumină suplimentară trebuie utilizată în spatele indicatorului.

Când se aplică tensiunea de control, cristalele lichide din zona câmpului electric pierd transparență, iar dacă suprafața de reflexie a spatelui este albă, observatorul vede o cifră întunecată pe un fond deschis. Dacă reflectorul din spate este negru și suprafețele interioare ale carcasei sunt, de asemenea, înnegrite, imaginea cu lumină mată a cifrei va fi clar vizibilă pe fundalul negru.

Când dispozitivul funcționează la lumen, imaginea cifrei este mai întunecată decât fundalul. Dacă puterea sursei de lumină instalată este de 0,5 W, luminozitatea indicatorului cristalin lichid devine comparabilă cu luminozitatea afișajului cu descărcare în gaz sau cu LED-ul utilizat în iluminarea normală.

Concluziile din segmente sunt făcute sub formă de conductori rezistent la uzură pe sticlă. Conectarea terminalelor tabloului de bord cu elementele circuitului de comandă se realizează prin intermediul unui conector.

Un alt principiu utilizat pentru a crea placa de cristal lichid, este efectul rotației planului de polarizare a luminii polarizate un strat de cristale lichide care dispare sub acțiunea câmpului electric-Corolarul (efect răsucire). Indicatorii care lucrează pe acest principiu sunt obținuți prin plasarea unei picături de cristale lichide între două plăci polaroid încrucișate care se întind între ele sub forma unui film subțire. Polaroizii încrucișați înșiși sunt perpendiculari față de planul de polarizare a luminii și, prin urmare, sunt complet opaci. Dar dacă între plăcile are un strat de cristale lichide nemetalice care n dobândite prin prelucrarea planului de polarizare proprietatea luminii transmise prin rotație de 90 °, atunci întregul sistem optic este obținut transparent (fig. 2).

Când se aplică un câmp electric, toate moleculele de cristale lichide sunt orientate de-a lungul câmpului și efectul de rotație al planului de polarizare dispare. Ca rezultat, prin sistemul arătat în Fig. 2, transmisia de lumină încetează. Dacă întregul strat de cristale lichide nu este excitat și anumite zone sunt sub forma unui simbol sau a unei cifre, atunci imaginea acestui simbol (figura) va fi întunecată în lumina transmisă în comparație cu regiunea necondiționată (fundal). Acest principiu de obținere a unei indicații este mai progresiv, deoarece va aduce un câștig semnificativ al puterii de consum și va permite obținerea unui contrast mai ridicat. În majoritatea tipurilor de indicatoare cu cristale lichide produse în serie, acest principiu este utilizat.

Excitarea stratului LC în indicatorii se realizează alternativ val sau de tip meandru formă sinusoidală, cu o valoare efectivă (în funcție de tipul) 2.7-30 V și o frecvență de 30-1000 Hz. Componenta constantă a tensiunii nu este permisă datorită apariției efectului electrolitic, ceea ce duce la o scădere drastică a duratei de viață a indicatorilor de instrumente. Parametrul principal ML reflectă calitatea muncii sale este contrastul semn în raport cu fundalul K, care este definit ca raportul dintre intensitatea luminii care iese din ML, în rest (fără tensiune) și stările excitate. Contrastul este măsurat utilizând un sistem optic special bazat pe un microscop cu un multiplicator fotoelectric integrat la ieșire. Pentru a elimina lumina exterioară, obiectivul microscopului este protejat de un con închis, care se îndreaptă spre indicatorul măsurat. Avionul este un indicator. este perpendicular pe axa optică a microscopului și iluminat cu iluminare lampa speciala, care curge prin condensator este direcționat către proba fiind măsurată la un unghi de 45 °. Cu microammeter două valori curente fixe ale PMT: la indicatorul de mers în gol și la o tensiune de control aplicată pe segmente. Contrastul,%, este calculat de formula







unde Iφ - curent de fond - fotocurent al multiplicatorului fotoelectric cu indicatorul care nu funcționează; I3 - semnal curent - fotocurentul multiplicatorului fotoelectric cu tensiunea nominală de control aplicată pe segmente (imaginea semnului este mai închisă decât fundalul). Valoarea indicatorilor K de serie moderni este de ordinul a 83-90%. Mai puțin frecvent, contrastul este exprimat în unități relative (unități relative): K = Iph / I3.

Cu cât este mai mare luminozitatea ambientală, cu atât este mai luminată imaginea de pe indicator. Contrastul cu iluminarea este practic independent.

Parametrii principali ai indicatoarelor digitale cu semne digitale cu cristale lichide sunt:

contrastul semnului cu privire la raportul K de fond al diferenței dintre factorul de luminozitate al fundalului și semnul indicatorului față de factorul de luminozitate al fundalului, exprimat ca procent;

consumul de curent IOTOS - valoarea medie a curentului alternativ care curge prin segment atunci când se aplică tensiunea nominală a controlului frecvenței de lucru;

tensiunea de control Uup - valoarea nominală a tensiunii alternative efective aplicată segmentelor indicatorului;

Frecventa de functionare a tensiunii de control frab;

tensiunea minimă de control Upr este valoarea minimă a tensiunii alternative efective aplicată segmentelor indicatorului. la care contrastul specificat al semnului este furnizat în raport cu fundalul;

tensiunea de comandă maximă admisă Uuprmax este valoarea maximă a tensiunii alternative efective aplicată segmentelor indicatorului. la care fiabilitatea dată a indicatorului este asigurată în timpul funcționării pe termen lung;

timpul de reacție treak - interval de timp la pornire, în timpul căruia curentul de consum crește la 0,8 din valoarea maximă;

timpul de relaxare trel - intervalul de timp la oprire, în timpul căruia curentul de consum este redus la 0,2 valoare maximă.

Cea mai importantă caracteristică a ICL digital semnată ca dispozitiv de afișare a informațiilor este dependența contrastului semnului de tensiunea de comandă. Cu o creștere a tensiunii, contrastul crește abrupt până la o valoare de prag, după care nu se produce practic o creștere a contrastului cu o creștere a Upr. Valoarea Uminmin este selectată pe secțiunea baldachin a curbei de lângă prag. Rețineți că contrastul semnului indicatorului este o funcție a valorii efective a Upr și este practic independent de forma sa.

Ecran cu cristale lichide. ca element al unui circuit electric este echivalent cu un condensator. În consecință, curent-tensiune caracteristică IPOT = f (Ucont) la tensiunea nominală de control al frecvenței este aproape de frecvența de răspuns Upotr = f (frab) are forma unei curbe în creștere monotonă liniare și. Componenta constantă a tensiunii de comandă nu trebuie să depășească 1% din valoarea efectivă Uup.

Indicatori de cristale lichide

Fig. 3. Diagrama timpului de creștere și de cădere a consumului curent al afișajului cu cristale lichide (b) atunci când se aplică tensiunea de control AC (a)

O caracteristică importantă a ecranului LCD este consumul redus de curent - o unitate sau sute de microampe (în funcție de principiul funcționării). În domeniul temperaturii de funcționare, curentul de consum crește ușor cu creșterea temperaturii. Ecran cu cristale lichide. are o rată scăzută de răspuns asociată cu procesele inerțiale de restructurare a structurilor cristalelor organice. Viteza de funcționare depinde de temperatură. În zona de temperaturi apropiate de limita inferioară, performanța scade brusc. Timpul de măsurare tpeak și Trel parametrii din tabele sunt produse la 0,8 și 0,2, respectiv o valoare constantă, așa cum se arată în Fig. 3. Verificarea timpului de reacție și relaxare dispozitivele seriale produc vizual prin apariția și dispariția (prin directă observație) caractere atunci când sunt aplicate pentru a le tensiune de control discontinuu, cu o durată de expunere de 800 ms și o pauză durată de 800 de indicatori ms.Takie funcționează într-un interval de temperatură foarte îngustă. Marea majoritate a afișajelor cu cristale lichide nu funcționează la temperaturi ambiante sub +1 ° C, deoarece în aceste condiții materialul trece în starea unui cristal semisolid. Când se apropie limita inferioară de temperatură, indicatorul. reacționează la aplicarea tensiunii mai încet și, în final, își pierde complet eficiența. Indicatorii își recuperează caracteristicile după ce le-au returnat de la un mediu cu temperatură scăzută la un mediu la o temperatură corespunzătoare intervalului de temperatură de funcționare. În acest sens, stocarea indicatorilor este permisă la temperaturi de până la -40 ° C.

Prin numărul de cifre într-un singur caz, indicatorii digitali de semne sunt împărțiți în 1 biți, 4 biți, 6 biți, 9 biți. Se presupune că numerotarea biților crește de la stânga la dreapta.

Există, de asemenea, plăci cu diferite simboluri, semne speciale și inscripții.

Panourile de semnalizare digitale sunt realizate din plastic sau din sticlă cu armătură compusă în jurul perimetrului cu terminale pentru lipire sau conector.

În timpul funcționării, trebuie evitată umiditatea și praful care cauzează închiderea între electrozi. Se recomandă curățarea suprafeței indicatorului cu un bambus curat, ușor umezit cu alcool etilic.

Sistemul de afișare cu cristale lichide conține mai multe litere și numere. Combinația dintre IHC înseamnă: un indicator. cristal lichid. Al patrulea element al desemnării: litera C reprezintă elementul digital, iar C simbolic. Al cincilea element este cifra care indică numărul de dezvoltare. Cifra după cratimă indică numărul de cifre ale indicatorului, iar numărul printr-o linie fracționată oblică corespunde cu înălțimea, în milimetri, a cifrei (simbol) din cifră.

Dispozitivele dezvoltate înainte de introducerea sistemului descris sunt indicate în mod diferit. De exemplu, numele TSIZH-5 este interpretat după cum urmează: afișaj digital LCD, numărul de dezvoltare 5, și ML-2 - display LCD, dezvoltarea de numărul 2.

Utilizarea indicatorilor de cristale lichide în electronice

echipamentele sunt stimulate de un număr de factori: curenți de consum redus și tensiuni de control, compatibilitatea lucrului cu microcircuite integrate, costuri reduse.

Domeniile posibile ale aplicării lor sunt: ​​dispozitive de indicare a echipamentelor de măsurare, ceasuri electronice și microcalculatoare, panouri informative și indicatoare. Un aspect foarte complex al utilizării dispozitivelor cu cristale lichide sunt controalele (în special pentru indicatorii din mai multe cifre). În Fig. 4 prezintă schema de excitare a segmentelor printr-un semnal alternativ de tensiune. Aparatul este format din două porți logice ȘI cu două intrări DD2, DD3, DD1 invertor-cheie tranzistor driver de VT. Colectorul tranzistorului este alimentat cu o tensiune egală cu amplitudinea dublă a tensiunii de excitație alternantă nominală a acestui indicator LCD. C VT indicator segment tranzistor unipolar îndepărtat amplitudine de tensiune alternativă dreptunghiulară de 40 V. Pentru a elimina componenta continuă a impulsului de tensiune de alimentare (este inacceptabil din condiții de lucru fizice ale cristalelor lichide) se aplică la comun electrodul de tensiune constantă de 20 V.

Intrarea DD2 este furnizată cu tensiune de excitație cu o frecvență fν = 30-50 Hz, iar intrarea DD3 - tensiunea de stingere cu frecvența fg = 10-40 kHz. La un nivel logic scăzut al semnalului de comandă, DD2 se deschide și tranzistorul funcționează în modul pulsatoriu cu o frecvență corespunzătoare frecvenței de excitare a segmentului LCD. Semnalul de control cu ​​un nivel logic ridicat, provenind de la decodor la intrarea de control, deschide DD3. Ca rezultat, dispozitivul generează o tensiune de frecvență crescută la care segmentul de cristal lichid nu răspunde. Având în vedere că dispozitivul de comandă trebuie să fie proporțional cu consumul de energie cu afișaj cu cristale lichide, toate circuitele logice sunt realizate pe baza structurilor CMOS.

Indicatori de cristale lichide

Fig. 4. Schema de excitare a segmentelor indicatorilor LCD prin alternarea tensiunii de frecvență diferită

În plus față de cele descrise, se utilizează de asemenea un alt tip de dispozitiv de excitare pentru indicatorii cu cristale lichide. Schema sa este prezentată în Fig. 5. Intrările circuitului DD2 AND și DD3 de la un generator de impulsuri de tensiune extern alimentat cu o frecvență f = Hz l5-25, defazate în raport cu altele 180grad. În funcție de semnalul de control al nivelului segmentului indicator prin cheie generator (VT1 tranzistor) tensiune de formă dreptunghiulară, directă aplicată sau deplasată în fază. Pe electrodul indicator comun prin celălalt șofer-cheie (tranzistor VT2) semnalul unei singure faze este alimentat în mod constant.

Dacă fazele coincid pe electrozii segmentului, acesta din urmă nu este excitat; Cu diferența de fază, segmentul este excitat. Rețineți că metoda de control al fazelor permite reducerea tensiunii indicatorului de 2 ori.

Indicatori de cristale lichide







Articole similare

Trimiteți-le prietenilor: