Дисплеи

Жидко-кристаллические индикаторы (ЖКИ) основаны на использовании так называемых жидких кристаллов (ЖК), открытых еще в прошлом веке и представляющих собой некоторые органические жидкости с упорядоченным расположением молекул, характерным для кристаллов. В настоящее время известно большое число жидко-кристаллических веществ и они изучены достаточно хорошо. Жидкие кристаллы прозрачны для световых лучей, но под действием электрического поля напряженностью 2 — 5 кВ/см структура их нарушается, молекулы располагаются беспорядочно и жидкость становится непрозрачной. Эти индикаторы могут иметь различные конструкции и работать либо в проходящем свете, созданном каким-либо специальным источником, либо в свете любого источника (искусственного или естественного), отражающемся в индикаторе. Рассмотрим этот последний, наиболее распространенный тип ЖКИ (рис. 21.21). Индикаторы такого типа применяются в наручных электронных часах, микрокалькуляторах и других устройствах. Между двумя стеклянными пластинками 1 и 3, склеенными с помощью полимерной смолы 2, находится слой жидкого кристалла 4 толщиной 10 — 20 мкм. Пластинка 3 покрыта сплошным проводящим слоем (электрод 5) с зеркальной поверхностью. На пластинку 1 нанесены прозрачные слои — электроды А, Б, В,.... от которых сделаны выводы, не показанные на рисунке. Эти электроды имеют форму цифр, или букв, или сегментов для синтезирования различных знаков. Если на знаковые электроды напряжение не подано, то ЖК прозрачен, световые лучи внешнего естественного освещения проходят через него, отражаются от электрода 5, выходят обратно и никаких знаков не видно. Но если на какой-то электрод, например А, подано напряжение, то ЖК под этим электродом становится непрозрачным, лучи света не проходят через эту часть жидкости (6), и тогда на светлом фоне виден темный знак.

Жидко-кристаллические индикаторы весьма экономичны. Ток, потребляемый для воспроизведения одного знака, не превышает 1 мкА. Долговечность ЖКИ составляет десятки тысяч часов. Недостаток этих индикаторов — низкое быстродействие. Время появления или исчезновения знака, т. е. время перехода молекул ЖК из упорядоченного расположения в беспорядочное или обратно, доходит до 200 мс. Для управления ЖКИ применяются довольно сложные устройства, обычно на основе интегральных микросхем.

Помимо рассмотренных индикаторных приборов простейшего типа разработаны и выпускаются еще и другие, более сложные.

Дисплеи — это оконечные устройства информационных систем, служащие для визуального изображения информации и связи человека с машиной. Широко применяются дисплеи малого размера, например в электронных часах или микрокалькуляторах, и дисплеи большого размера. Различные типы дисплеев основаны на использовании разнообразных физических и химических явлений.

Все дисплеи можно разделить на две большие группы: излучающие свет и модулирующие свет.

Светоизлучающий дисплей должен давать свечение достаточной яркости. Особенно большая яркость необходима, если дисплей применяется при солнечном освещении. Важен цвет свечения: человеческий глаз наиболее чувствителен к желтому и желто-зеленому цвету. Изображение должно быть контрастным. Чем больше отношение максимальной яркости к минимальной, тем выше контрастность. Желательна широкая диаграмма направленности дисплея, т. е. возможность хорошей видимости изображения под разным углом зрения.

Для управления работой дисплея применяются токи и напряжения различного вида и амплитуды. Всегда желательна возможно меньшая потребляемая мощность. Дисплеи, работающие с устройством на интегральных схемах, должны питаться напряжением не более 30 В. У дисплеев большого размера, потребляющих значительную мощность, важен более высокий КПД. Высокое быстродействие не требуется для дисплеев, так как человеческий глаз не может различать изменения, происходящие быстрее чем за 0,1 с. Разрешающая способность дисплея оценивается минимальным размером наблюдаемого элемента. Это может быть квадрат со стороной не менее 50 мкм. У многих дисплеев этот элемент больше, причем он зависит от яркости и расстояния от дисплея до наблюдателя.

Некоторые типы дисплеев обладают «памятью», т. е. могут сохранять изображение без потребления или с малым потреблением энергии.

Рассмотрим теперь основные типы светоизлучающих дисплеев.

В электронно-лучевых дисплеях используются электронно-лучевые трубки.

Дисплеи на светоизлучающих диодах, как правило, имеют небольшие (несколько сантиметров) линейные размеры и низкое (не более 5 В) напряжение питания.

Дисплеи на газоразрядных элементах, иначе плазменные, имеют две взаимно перпендикулярные системы электродов в виде проводящих полос. Между электродами инертный газ — неон, или ксенон, или смесь газов. Такие системы иногда называют еще газоразрядными индикаторными панелями (ГИП). Дисплеи с электродами в виде полос могут иметь различное число электродов, например 512 горизонтальных и столько же вертикальных. Разрешающая способность характеризуется числом линий (обычно две-три) на 1 мм. Возможно также применение точечных электродов.

Неон дает оранжевое свечение. Иногда на подложку, на которой расположены электроды, наносят люминофор, дающий свечение другого цвета. Питание этих дисплеев возможно постоянным или переменным током.

Электролюминесцентные дисплеи составлены из электролюминесцентных индикаторов (ЭЛИ).

Рассмотрим основные типы светомодулирующих дисплеев.

Жидкокристаллические дисплеи

(ЖКД) потребляют малую мощность, дают хорошую видимость изображения даже при высоком уровне внешней освещенности, имеют низкую стоимость, бывают малого (например, в часах) и большого размера.

Электрохромные дисплеи (ЭХД) основаны на использовании электрохромного эффекта, который заключается в том, что некоторые вещества под действием электрического поля или при прохождении тока изменяют свой цвет. В качестве электрохромного вещества чаще всего применяют триоксид вольфрама WO₃. Его пленка под напряжением приобретает синий цвет. Для этого требуется напряжение всего лишь 0,5 — 1,5 В. При перемене полярности напряжения пленка приобретает исходный цвет. Эти дисплеи потребляют небольшую мощность и обладают «памятью», т. е. сохраняют цветное изображение некоторое время (минуты и даже часы) без потребления мощности. Так как ЭХД на WO₃ имеют ряд недостатков, в частности невысокое быстродействие и небольшой срок службы, то ведутся разработки таких дисплеев на других веществах.

Электрофорезные дисплеи (ЭФД) основаны на явлении электрофореза, который состоит в том, что под действием электрического поля в жидкости перемещаются взвешенные частицы (например, частицы пигмента в окрашенной жидкости), притягиваясь к какому-то электроду или отталкиваясь от электрода в зависимости от знака потенциала. Жидкость выбирается с хорошими диэлектрическими свойствами для уменьшения потребляемого тока. Пигмент выбирается по цвету резко отличным от жидкости. Напряжение для ЭФД составляет десятки вольт. Срок службы может достигать десятков тысяч часов. В течение этого срока могут происходить десятки миллионов переключений. Быстродействие ЭФД невысокое.

Лекция №8. Плазма. Процессы в плазме. Излучение и диагностика плазмы