Главная -> Книги

(0) (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) (11) (12) (13) ( 14 ) (15) (16) (17) (18) (19) (20) (21) (22) (23) (24) (25) (26) (27) (28) (29) (30) (31) (32) (33) (34) (35) (36) (37) (38) (39) (40) (41) (42) (43) (44) (45) (46) (47) (48) (49) (50) (51) (52) (53) (54) (55) (56) (57) (58) (59) (60) (61) (62) (63) (64) (65) (66) (67) (68) (69) (70) (71) (72) (73) (74) (75) (76) (77) (78) (79) (80) (81) (82) (83) (84) (85) (86) (87) (88) (89) (90) (91) (92) (93) (94) (95) (96) (97) (98) (99) (100) (101) (102) (103) (104) (105) (106) (107) (108) (109) (110) (111) (112) (113) (114) (115) (116) (117) (118) (119) (120) (121) (122) (123) (124) (125) (126) (127) (128) (129) (130) (131) (132) (133) (134) (135) (136) (137) (138) (139) (140) (141) (142) (143) (144) (145) (146) (147) (148) (149) (150) (151) (152) (153) (154) (155) (156) (157) (158) (159) (160) (161) (162) (163) (164) (165) (166) (167) (168) (169) (170) (171) (172) (173) (174) (175) (176) (177) (178) (179) (180) (181) (182) (183) (184) (185) (186) (187) (188) (189) (190) (191) (192) (193) (194) (14)

роко распространена в первые годы создания электролюминесЦентнУ;х матричных индикаторов, и не нашла технического воплощения из-за низких значений яркостей этих индикаторов, сложности и громоздкости схем управления. Возможность получения плоского телевизионного экрана на ГРИ обусловлена следующими соображениями: свойством отображать полутоновую информацию, линейной зависимостью яркости от управляющего фактора, внутренней памятью, наличием многоцветности, конструктивной аналогией с экраном цветного кинескопа. За рубежом создаются перспективные средние, большие и сверхбольшие дисплеи на газоразрядных матричных индикаторах с управлением от микропроцессора. Во многих странах к настоящему времени серийно выпускаются ГРИ переменного тока с числом элементов 512X512, разрешающей способностью 2,4 линий/мм, яркостью до 250 кд/м, максимальным питающим напряжением до 250 В. Конструктивные параметры такого ГРИ следующие: ширина зазора в газоразрядной камере 100 мкм, толщина диэлектрика 40 мкм, ширина электрода 85 мкм. Для плоского многоцветного телевизионного экрана требуется большее разрешение ГРИ, которое простым «масштабированием» линейных размеров не достигается ввиду существенного повышения давления, что в свою очередь влияет на диапазон рабочих напряжений, токов, размеры светящегося пятна и яркость. Для решения этой проблемы потребуется изменение материалов, технологии и конструкции. Реально достигнутое разрешение 3,3 лнний/мм. Ведутся работы по повышению числа элементов до 1024X1024, созданию полноцветной конструкции ГРИ и увеличению контраста изображения.

4. Жидкокристаллические знакосинтезирующие индикаторы

4.1. ЭЛЕКТРООПТИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ В ЖИДКИХ КРИСТАЛЛАХ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ В ИНДИКАТОРАХ

Жидкокристаллическим (мезоморфным) называется равновесное термодинамическое состояние вещества, обнаруживаемое у некоторых органических соединений в промежутке между твердым (кристаллическим) и изотропно-жидким состояниями. Это состояние может существовать лишь у веществ с анизотропной (удлиненной или плоской) формой молекул, образующих молекулярные кристаллы. Оно характеризуется наличием ориентационного порядка и полным отсутствием трансляционного порядка. По типу ориентации молекул различают три вида мезоморфного состояния: нематическое - полное отсутствие координационного порядка (кристаллической решетки) и наличие лишь однонаправленной однородной ориентации; холестерическое-аналогично нематическому, но в нем направление преимущественной ориентации закручено по спирали; смектическое - кроме ориентационной упорядоченности характеризуется и одномерной трансляционной упорядоченностью. Существует большое многообразие смектических меэофаз.

Реологически жидкие кристаллы представляют собой жидкость, но наличие ориентационной упорядоченности анизотропных молекул сохраняет в мезофазе свойства, присущие твердым кристаллам: механические, электрические, магнитные и оптические. Они обладают анизотропией диэлектрической постоянной, магнитной восприимчивости, электропроводности, вязкости и упругости и оптической анизотропией.



Электрооптические эффекты в жидких кристаллах (ЖК) удобно разделить иа следующие группы.

1. Электрогидродинамические эффекты в нематических и холесте-рических ЖК с отрицательной диэлектрической анизотропией: еа = = 8 II-8j, где е II и -диэлектрические постоянные в направлениях, параллельном и перпендикулярном направлению преимущественной ориентации молекул, а также эффект динамического рассеяния света (ДРС) и эффект ДРС с памятью.

2. Ориентационные эффекты в ЖК - управляемая электрическим полем разность хода лучей света в нематиках с положительной и отрицательной диэлектрической анизотропией, эффект гость - хозяин и твист-эффект.

3. Ориентационный эффект в холестерических ЖК - управляемый электрическим полем холестерико-иематический переход.

Перечисленные эффекты наблюдаются обычно в тонком (5- 20 мкм) слое ЖК, заключенном между двумя плоскими электродами, один или оба из которых прозрачны. Специальной обработкой электродных поверхностей добиваются создания однородно-ориентированного слоя ЖК с заранее заданным расположением оптической оси. Эта структура является основой для конструирования различного рода ЖК индикаторов.

Эффект динамического рассеяния внешне выглядит следующим образом: жидкий кристалл в элементарной индикаторной ячейке при приложении к ней напряжения мутнеет, становится матовым, рассеивающим свет. Эффект можно наблюдать в ЖК, имеющем определенный уровень электропроводности (10--10-° Ом--см"). Такое поведение ЖК объясняется тем, что под действием ионного тока он приходит в конвективное движение и по мере увеличения напряжения это движение турбулизуется. Такая электрогидродинамическая неустойчивость ЖК в поле связана как с увеличением вещества этого кристалла униполярным ионным током благодаря инжекции носителей с электродов в жидкий кристалл, так и анизотропией проводимости и диэлектрической постоянной.

Турбулизация движения ЖК приводит к образованию областей с различной ориентацией оптической оси, и из-за оптической анизотропии кристалла на границах этих областей резко изменяется- показатель преломления и происходит сильное рассеяние света. Индикатриса рассеяния света ЖК в состоянии динамического рассеиния зависит не только от приложенного напряжения, ио и от свойств самого кристалла (двулучепреломления, диэлектрической анизотропии, анизотропии проводимости и абсолютного значения электропроводности). Механизм рассеяния света сильно зависит от частоты приложенного напряжения. При частотах, близких к нулевой (инжекциониый режим), действуют оба указанных выше механизма неустойчивости. Для переменного напряжения можно выделить два режима: проводящий и диэлектрический, разделенные критической частотой, которая пропорциональна проводимости и зависит от вязкости и диэлектрической анизотропии.

Проводящий режим начинается с частоты, выше которой инжек-цией можно пренебречь (единицы герц), и ограничен критической частотой, которая находится в диапазоне единиц - десятков килогерц в зависимости от электропроводности ЖК. В этом режиме ориентация молекул ие успевает следовать за полем, а пространственный заряд колеблется с частотой приложенного напряжения. В диэлектрическом режиме, при частоте выше критической, заряд ие успевает следовать за изменением электрического поля и пороговое напряжение электрогид-родииамической неустойчивости увеличивается более чем на порядок (с 5--6 В до 150-200 В).

4* 51



Для индикаторов, основанных на эффекте ДРС, наиболее важной характеристикой является вольт-контрастная. Форма ее зависит от оптимального подбора оптических, диэлектрических свойств, проводимости и ее анизотропии, вида ориентации ЖК слоя между электродами.

Типичная форма вольт-контрастной характеристики ЖКИ с оптимальным составом и гомеотропной ориентацией смеси приведена иа рис. 4.1. Времена переключения ЖКИ иа материале с использованием эффекта ДРС при комнатной температуре составляют: 50-500 мс на включение и 150-800 мс на выключение. Длительность этих процессов прямо пропорциональна вязкости, обратно пропорциональна квадрату толщины слоя и связана обратной зависимостью с его электропроводностью. Время реакции обратно пропорционально квадрату управляющего напряжения. Сильная зависимость переходных времен от температуры у всех электрооптических эффектов в ЖК обусловлена аналогичной зависимостью вязкости от температуры. Точно такое же явление электрогидродинамической неустойчивости наблюдается и в холе-стерических ЖК с отрицательной и небольшой по абсолютной величине диэлектрической анизотропией. Отличие электрогидродииамического эффекта в холестериках и нематиках состоит в том, что процесс турбу-лизации ЖК в последних приводит к созданию такой текстуры в слое кристалла, которая сильно рассеивает свет и может сохраняться несколько месяцев и более после отключения возбуждающего напряжения. Время обратного перехода из светорассеивающего состояния в прозрачное с плоскостной текстурой можно значительно уменьшить до единиц и даже долей секунды, если подключить поле с частотой выше критической. При этом возбуждения электродинамического процесса не происходит и электрическое поле производит лишь диэлектрическое воздействие па ЖК п переориентирует его в соответствии со знаком диэлектрической анизотропии. Вольт-коптрастные характеристики процессов записи и стирания приведены на рис. 4.2. Этот эффект обычно называют эффектом динамического рассеяния с памятью.

Эффект управляемой электрическим полем разности хода в нематиках с положительной и отрицательной диэлектрической анизотропией имеет одинаковую физическую природу. Различие заключается лишь в различной начальной ориентации молекул ЖК относительно электрода: параллельно электродам (гомогенная ориентация) для переориен-

К, отн. ей.


и,в и,В -kO

Рис. 4.1. Типовая вольт-контрастная характеристика ЖКИ на основе динамического рассеяния света

Рис. 4.2. Типовая вольт-контрастная характеристика ЖКИ с памитью на основе эффекта динамического рассеяния света



(0) (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) (11) (12) (13) ( 14 ) (15) (16) (17) (18) (19) (20) (21) (22) (23) (24) (25) (26) (27) (28) (29) (30) (31) (32) (33) (34) (35) (36) (37) (38) (39) (40) (41) (42) (43) (44) (45) (46) (47) (48) (49) (50) (51) (52) (53) (54) (55) (56) (57) (58) (59) (60) (61) (62) (63) (64) (65) (66) (67) (68) (69) (70) (71) (72) (73) (74) (75) (76) (77) (78) (79) (80) (81) (82) (83) (84) (85) (86) (87) (88) (89) (90) (91) (92) (93) (94) (95) (96) (97) (98) (99) (100) (101) (102) (103) (104) (105) (106) (107) (108) (109) (110) (111) (112) (113) (114) (115) (116) (117) (118) (119) (120) (121) (122) (123) (124) (125) (126) (127) (128) (129) (130) (131) (132) (133) (134) (135) (136) (137) (138) (139) (140) (141) (142) (143) (144) (145) (146) (147) (148) (149) (150) (151) (152) (153) (154) (155) (156) (157) (158) (159) (160) (161) (162) (163) (164) (165) (166) (167) (168) (169) (170) (171) (172) (173) (174) (175) (176) (177) (178) (179) (180) (181) (182) (183) (184) (185) (186) (187) (188) (189) (190) (191) (192) (193) (194)