ОПТОЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ И УСТРОЙСТВА

Основные типы и параметры ЖК-индикаторов

Как показано на рис. 8.5, принципиально ЖК-индикаторы состоят из двух плоскопараллель­ных стеклянных пластин, между которыми находится слой жидких кристаллов толщиной (12...20) мкм.

На одной из стеклянных пластин прозрачным токопроводящим покрытием нанесен ри­сунок цифр, представляющий собой конфигурацию в виде сегментов, с помощью которых можно воспроизвести цифры от 0 до 9. На другой пластине прозрачным токопроводящим покрытием нанесен электрод, являющийся общим для цифр. Обе пластины покрытыми по­верхностями обращены друг к другу.

Существуют индикаторы, работающие в отраженном («на отражении») и проходящем («просвет») свете. В первом случае на заднее стекло индикатора наносится отражающий слой, во втором — за индикатором должен быть использован дополнительный источник света.

При подаче управляющего напряжения жидкие кристаллы в зоне действия электриче­ского поля теряют прозрачность, и если задняя отражающая поверхность белая, то наблю­датель видит темную цифру на светлом фоне. Если задний отражатель имеет черный цвет и внутренние поверхности корпуса индикатора также зачернены, то матово-светлое изобра­жение цифр будет хорошо заметно на черном фоне.

При работе индикатора на просвет изображение цифр более темное, чем фон. Если при этом мощность установленного источника света составляет 0,5 Вт, то яркость ЖК-индика - тора становится сравнимой с яркостью газоразрядного или светодиодного индикатора, ис­пользуемого в условиях обычной освещенности.

Выводы от сегментов выполнены в виде износостойких токопроводящих дорожек на стекле. Соединение выводов индикатора с элементами схемы управления осуществляется с помощью разъема.

Другим принципом, используемым для создания ЖК-индикаторов, является эффект вращения плоскости поляризации поляризованного света слоем жидких кристаллов, исче­зающий под действием электрического поля (твист-эффект). Индикаторы, работающие на этом принципе, получают, помещая капельку жидких кристаллов между двумя скрещен-

Ными поляроидными пластинами. Капелька растекается между ними в виде тонкой пленки. Сами скрещенные поляроиды имеют взаимно перпендикулярные плоскости поляризации света и поэтому являются совершенно непрозрачными. Но если между этими пластинами имеется слой неметаллических жидких кристаллов, которые в результате технологической обработки приобрели свойство вращения плоскости поляризации проходящего света на 90°, то вся эта оптическая система получается прозрачной (рис. 8.6).

При приложении электрического поля все молекулы жидких кристаллов ориентируются вдоль поля и эффект вращения плоскости поляризации исчезает. В результате через систе­му, показанную на рис. 8.7, а, пропускание света прекращается.

К

СО о ■С

І

II

Ю го го о. х

Если возбуждается не весь слой жидких кристаллов, а определенные участки в виде символа или цифры, то изображение данного символа (цифры) будет темным в проходящем свете по сравнению с невозбужденной областью (фоном). Этот принцип получения индика­ции является более прогрессивным, так как дает значительный выигрыш в мощности по­требления и позволяет получать более высокий контраст. В большинстве серийно выпускае­мых типов ЖК-индикаторов использован данный принцип.

Возбуждение ЖК-слоя в индикаторах осуществляется переменным напряжением сину­соидальной формы или формы типа «меавдр», с эффективным значением (в зависимости от типа) от 2,7 до 30 В и частотой (30... 1000) Гц. Постоянная составляющая напряжения не до­пускается из-за появления электролитического эффекта, что ведет к резкому сокращению срока службы индикатора.

К основным параметрам ЖК-индикаторов относятся:

- контраст знака по отношению к фону К — отношение разности коэффициента ярко­сти фона и знака индикатора к коэффициенту яркости фона, выраженное в процентах;

- ток потребления /пот — среднее значение переменного тока, протекающего через ин­дикатор (сегмент) при приложении к нему номинального напряжения управления ра­бочей частоты;

- напряжение управления £/упр — номинальное значение эффективного переменного на­пряжения, приложенного к сегментам индикатора;

- рабочая частота напряжения управления^;

- минимальное напряжение управления (Уупр тт — минимальное значение эффективного переменного напряжения, приложенного к сегментам индикатора, при котором обес­печивается заданный контраст знака по отношению к фону;

- максимально допустимое напряжение управления £/упр тах — максимальное значение эффективного переменного напряжения, приложенного к сегментам индикатора, при котором обеспечивается заданная надежность индикатора при длительной работе;

- время реакции /р<.ак — интервал времени при включении, в течение которого ток по­требления увеличивается до 0,8 максимального значения;

- время релаксации /рел — интервал времени при выключении, в течение которого ток потребления снижается до 0,2 максимального значения.

Важнейшей характеристикой цифро-знакового ЖК-индикатора как прибора отображе­ния информации является зависимость контраста знака от напряжения управления. С уве­личения напряжения контраст круто растет до порогового значения, после чего увеличе­ния контраста с увеличением С/упр практически не происходит. Значение С/упр тт выбирает­ся на пологом участке кривой вблизи порога. Отметим, что контраст знака индикатора представляет собой функцию эффективного значения С/упр и практически не зависит от его формы.

Жидкокристаллический индикатор как элемент электрической цепи эквивалентен кон­денсатору. Вследствие этого вольт-амперная характеристика /пот =/([/упр) прн номинальной частоте управляющего напряжения близка к линейной, а частотная характеристика Дот= ф(/раб) имеет вид монотонно возрастающей кривой. Постоянная составляющая управ­ляющего напряжения не должна превышать 1 % эффективного значения.

Важная особенность ЖК-индикатора — низкий ток потребления, составляющий единицы или сотни микроампер (в зависимости от принципа работы). В интервале рабочих температур (1...50°С) ток потребления несколько увеличивается с ростом температуры. ЖК-индикатор имеет низкое быстродействие, связанное с инерционными процессами перестройки струк­тур органических кристаллов. Быстродействие существенно зависит от температуры. В зоне температур, близких к нижнему пределу, быстродействие резко падает.

Система обозначений ЖК-индикаторов содержит несколько букв и цифр. Сочетание ИЖК обозначает: индикатор жидкокристаллический. Четвертый элемент обозначения: бук­ва Ц обозначает — цифровой, а С — символьный. Пятый элемент — цифра, указывающая номер разработки. Цифра после дефиса указывает число разрядов индикатора, а число через косую дробную черту соответствует высоте в миллиметрах цифры (символа) в разряде.

Приборы, разработанные до введения описанной системы, обозначены иначе. Напри­мер, наименование ЦИЖ-5 расшифровывается следующим образом: цифровой индикатор жидкокристаллический, номер разработки 5, а ИЖК-2 — индикатор жидкокристалличе­ский, номер разработки 2.

Основные параметры жидкокристаллических индикаторов сведены в табл. 8.1.

Окончание таблицы 8.1

Использование ЖК-индикаторов в радиоэлектронной аппаратуре стимулируется рядом факторов: низкими токами потребления и напряжениями управления, совместимостью ра­боты с интегральными микросхемами, низкой стоимостью. К возможным областям их при­менения относятся: индикаторные устройства измерительной аппаратуры, электронные ча­сы и микрокалькуляторы, информационные панели и указатели. Весьма сложным аспектом применения ЖК-приборов являются средства управления (особенно это относится к много­разрядным индикаторам).