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.
Рис. 8.5. Жидкокристаллический индикатор на эффекте динамического расстояния: 1 — прокладка; 2 — жидкие кристаллы; 3 — отражающее покрытие; 4 — заднее стекло; 5 — общий электрод; 6 — прозрачные электроды сегментов; 7 — переднее стекло |
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).
Рис. 8.6. Жидкокристаллический индикатор, основанный на эффекте вращения плоскости поляризации слоем жидких кристаллов (твист-эффект): 1 — стеклянная ячейка; 2— отражающее покрытие; 3— поляроидная пластина с вертикальной плоскостью поляризации; 4 — жидкие кристаллы; 5 — прокладка; 6 — прозрачные электроды; 7 — поляроидная пластина с горизонтальной плоскостью поляризации |
/ * о ■» - V 12 3 4 А 6 |
Рис. 8.7. ЖКИ, работающий по принципу: а — пропускания света; 6 — отражения света; 1 — стеклянная пластина: 2 — прозрачный электрод; 3 — изоляционная прокладка; 4 — прозрачный электрод; 5 — слой ЖК; 6 — вывод |
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
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.
Таблица 8.1. Основные параметры ЖК-индикаторов
|
Окончание таблицы 8.1
Тип |
Принцип Действия |
Область Применения |
Число Разря Дов |
Основные параметры |
|||
Контраст знака, % |
Ток потребления, мкА |
Напряжение управления, В |
Высота Цифры, Мм |
||||
ИЖКЦ 1-4/24 ИЖКЦ2-4/24 |
Твист-эффект |
Отображение цифровой информации в электронных настольных часах |
4 |
80 |
9,5...25 |
3 |
24 |
ИЖКЦ1-6/17 ИЖКЦ2-6/17 |
То же |
Отображение цифровой информации в электронных приборах точного времени |
6 |
90 |
45 |
6 |
16,6 |
ИЖКЦЗ-6/17 ИЖКЦ4-6/17 |
— » — |
Отображение информации в радиоприемных устройствах |
6 |
90 |
70 |
9 |
17 |
ЦИЖ-5 |
Динамическое Рассеяние |
Отображение цифровой информации в электронных приборах точного времени |
6 |
90 |
60 |
15 |
16 |
ЦИЖ-9 |
Твист-эффект |
Отображение информации в малогабаритных приборах точного времени |
6 |
83 |
2 |
2,7 |
5 |
ИЖКЦ 1-8/5 |
То же |
Индикация в микрокалькуляторах |
9 |
83,5 |
8 |
9 |
5 |
ЦИЖ-4 ЦИЖ-4-1 |
Динамическое Рассеяние |
Отображение цифровой информации в приборах с автономным питанием |
9 |
90 |
100 |
20 |
6 |
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).