ТехнКомпЭВС. Практикум По дисциплине Технология компонентов эвс

• Название: Практикум По дисциплине Технология компонентов эвс
• Анкор: ТехнКомпЭВС.doc
• Дата: 08.01.2018
• Размер: 40.57 Mb.
• Имя файла: ТехнКомпЭВС.doc
• Тип: Практикум; #13776
• страница: 31 из 52

Лабораторная работа №5

Изучение технологии изготовления жидкокристаллических индикаторов
Цель работы: 1) изучить основные типы жидких кристаллов; 2) ознакомиться с принципами работы жидкокристаллических индикаторов (ЖКИ) и жидкокристаллических дисплеев (ЖКД); 3) изучить технологический процесс (ТП) изготовления ЖКИ простейшей конструкции; 4) научиться определять тип индикатора среди разнообразия средств отображения информации.

Продолжительность работы - 4ч.

Теоретические сведения

Трудно представить какое-либо современное электронное устройство (ЭУ) без средства отображения информации (СОИ). Не так давно в качестве СОИ использовались различные варианты цветовой сигнализации на светодиодах и лампах. Теперь для этой цели используют символьные или графические индикаторы, более удобные для восприятия человеком. Одними из самых популярных среди них являются жидкокристаллические индикаторы (ЖКИ), имеющие значительное преимущество перед устройствами индикации другого типа по соотношению цены к потребительским свойствам.

ЖКИ применяются в системах измерения, промышленном, медицинском оборудовании, в электронно-вычислительных средствах (ЭВС), в системах охраны, сигнализации и др. При этом серийно изготавливаемые ЖКИ являются недорогими изделиями, как при разработке, так и при производстве.

ЖКИ являются пассивными индикаторами: они не излучают свет, а только преобразуют световой поток, излучаемый внешним источником. Они обладают рядом достоинств: малая потребляемая мощность (для ЖКИ на основе твист - эффекта удельная мощность потребления составляет единицы мкВт/см²); низкие рабочие напряжения (1,5..5 В) и хорошая совместимость КМОП - микросхем; удобное конструктивное исполнение - плоская форма экрана и ограниченная толщина индикатора (до 0,6 мм); возможность эффективной индикации в условиях сильной внешней засветки; большая долговечность (10-12 лет непрерывной работы) и др.

Общие сведения о жидких кристаллах и их свойствах

Жидкий кристалл (ЖК) – это специфическое вещество, которому присущи одновременно свойства кристалла и жидкости. Далеко не все вещества могут находиться в жидкокристаллическом состоянии. У некоторых органических жидких веществ, обладающих сложными молекулами, может проявляться жидкокристаллическое состояние. Это состояние получается, например, при плавлении некоторых молекулярных кристаллов с образованием жидкокристаллической фазы, отличающейся от обычных жидкостей. Эта фаза существует в интервале между температурой плавления кристалла и температурой, при нагреве до которой ЖК переходит в жидкость. Подобно жидкости, ЖК обладает текучестью и принимает форму сосуда, в который он помещён. Также он обладает свойством, характерным для кристаллов – упорядоченное положение молекул в пространстве. Это положение не такое упорядоченное, как в кристаллах. У молекул нет жёсткого порядка в пространственном расположении центров тяжести, имеется только частичный порядок (например, все длинные оси молекул ориентированы одинаково). Тем не менее, это свойство существенно влияет на свойства ЖК и отличает их от жидкостей.

ЖК обладают особенностями: 1) анизотропия (проявление различных оптических, магнитных, электрических свойств в разных направлениях), обусловленная упорядоченностью структуры; 2) способность легко изменять структуру при внешних воздействиях.

Благодаря этим особенностям, можно изменять физические свойства ЖК низким электрическим напряжением при малом расходе энергии, что делает возможным их использование в оптических преобразователях.

В зависимости от характера расположения молекул, т.е. по типу их упорядоченности, ЖК подразделяют на смектические (смектики) и нематические (нематики). Существует разновидность нематических ЖК – холестерические ЖК (холестерики).

Смектики. Характеризуются слоистым строением, как показано на рис.1а. Центры тяжести удлинённых молекул находятся в плоскостях, равноудалённых друг от друга. В каждом слое молекулы ориентированы параллельно за счёт упругого дисперсионного взаимодействия. Текучесть обеспечивается лишь взаимным скольжением слоёв, поэтому среда достаточно вязкая. Из-за высокой вязкости смектические ЖК не получили широкого применения в технике.

Нематики. В нематиках длинные оси молекул ориентированы вдоль одного общего направления, называемого нематическим директором. Однако центры тяжести молекул расположены беспорядочно, поэтому возникает симметрия более низкого порядка, чем у смектических ЖК (рис.1б). При таком строении вещества возможно взаимное скольжение молекул вдоль нематического директора.


Рис.1.Схематическое изображение молекул ЖК: а – смектические; б – нематические; в – холектерические, S – пучок света; L – вектор поляризации.
Холестерики. На расстоянии порядка нескольких молекулярных длин, холестерический жидкий кристалл имеет такую же структуру, как нематик. Молекулы преимущественно ориентированы вдоль директора и отсутствует пространственная периодичность в их центрах тяжести. Однако директор не имеет постоянного направления в пространстве. Существует направление, называемое холестерической осью, при движении вдоль которой направление директора периодически меняется. Возникающая структура является спиральной, она показана на рис.1в. Свойство поворачивать вектор поляризации светового потока получило название “твист – эффекта”.