Физические принципы работы ЖКИ

Структуры элементов (сегментов) ЖКИ, работающих при индикации на отражение и просвет, приведены на рис. 5.11.

Рис. 5.11. Структуры сегментов ЖК индикаторов, работающих на отражение (а) и просвет (б):1 — стеклянная подложка; 2 — металлический электрод-отражатель; 3 — слой жидких кристаллов; 4 — прозрачный электрод; 5 — стеклянное окно; 6 — пленки-поляризаторы

В схеме, приведенной на рис. 5.11, а, свет отражается от металлической пленки — электрода 2, расположенного на стеклянной подложке 1. Затем он проходит слой жидких кристаллов 3 и проводящий прозрачный слой — электрод 4, нанесенный на стеклянное окно 5. При подаче напряжения молекулы нематических ЖК выстра­иваются вдоль силовых линий электрического поля и жидкий кристалл просветляется, создавая изображение электрода 2. В результате на светлом фоне нематического кристалла появится темно-синее изображение пленки на подложке.

Структура сегмента индикатора на ЖК, работающего на просвет (поляризационного типа), показана на рис. 5.11, б. Здесь дополнительно с двух сторон от слоя ЖК установлены пленки-поляризаторы 6 с поляризационными осями, ориентированными под углом 90°. Свет, подаваемый снизу, поляризуется первой пленкой 6 и, пройдя через слой прозрачного электрода 4 и слой ЖК 3, гасится второй пленкой 6, которая не пропускает свет ортогональной поляризации (так как ее плоскость повернута на 90°). Скрещенные поляризаторы пропускают свет, если между ними имеется тонкий слой ЖК, разворачивающий плоскость поляризации при подаче напряжения на электроды. Если на электроды элемента с холестерическим ЖК подать напряжение, то свет будет проходить через него и формируемое изображение можно будет увидеть или спроектировать на экран.

Рассмотрим оптические явления, используемые в жидкокри­сталлических индикаторах.

Интерференция — это явление, заключающееся в наложении волн разной длины, прошедших через слой ЖК, расположенный между скрещенными или параллельными поляризаторами. В этом случае при освещении белым светом изображение выглядит ярко окрашенным.

Плеохроизм — это явление неодинакового поглощения света различных длин волн, приводящее к тому, что ЖК при пропускании через них белого поляризованного света кажутся окрашенными по-разному в разных направлениях.

Рассеяние света в нематических ЖК сильное. Слой ЖК толщиной в несколько миллиметров уже непрозрачен В более тонких пленках свет также рассеивается, создавая молочную или слабую цветовую окраску. При подаче напряжения молекулы вещества перестраиваются и ЖК становится прозрачным в области элек­тродов.

Вращение плоскости поляризации (оптическая активность) наблюдается в тонких пленках ЖК холестерического типа. Луч поляризованного света, прошедший через слой ЖК толщиной h, на выходе имеет плоскость поляризации, повернутую относительно плоскости входного луча на угол α=ρ h (где ρ — удельное вра­ще­ние плоскости поляризации в веществе). В ЖК значение ρ значительно выше, чем в кварце (15,5°/мм): оно достигает 70000°/мм.

Электрооптический эффект «гость—хозяин» проявляется в том, что молекулы нематического ЖК, в электрическом поле, взаимодействуя с молекулами плехроического красителя, выстраиваются в цепочку и гасят цвет красителя.

Элементы индикаторов строятся на различных оптических эффектах ЖК. Например, в цифровых индикаторах калькуляторов используется свойство просветления, т.е. в этом случае визуально воспринимается свет, отраженный от металлической подложки.

Для приборов и индикаторных панелей, работающих в ночное время, используют ячейки ЖК с подсветкой и восприятием проходящего света.

Существуют также жидкокристаллические устройства, усиливающие яркость изображения, и проекционные системы, увеличивающие размеры изображения, а также устройства сохраняющие изображение на длительное время. Сохранение изображения обеспечивается введением между электродами сегнето­электрика. При подаче напряжения сегнетоэлектрик поляризуется и даже после снятия напряжения создает ориентирующее поле для ЖК.