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: 32 из 52

Принцип работы ЖКИ

“Твист – эффект” используется в ЖКИ на отражение, где изображение рассматривается в отражённом свете. На рис.2. показаны упрощенная структура индикатора и путь прохождения светового луча S_пад и S’_пад в двух случаях: управляющее напряжение отсутствует (левая часть рисунка), управляющее напряжение приложено к слою ЖК между двумя электродами круговой формы (правая часть рисунка).


Рис.2. Принцип работы холестерического ЖКИ на отражение: 1 – горизонтальный поляризатор; 2 – слой ЖК; 3 – вертикальный поляризатор; 4 – зеркало; 5 – управляющее напряжение; 6 – прозрачные электроды.
Структура индикатора состоит из слоя ЖК толщиной несколько десятков микрон, заключённого между двумя прозрачными стеклянными пластинами. На эти пластины нанесены тонкие прозрачные плёночные электроды из окиси олова SnO. При включении напряжения молекулы ориентируются перпендикулярно поверхности пластин вдоль линий поля. Сверху и снизу от слоя ЖК расположены пластины скрещенных поляризаторов, причём верхний поляризует свет горизонтально, а нижний – вертикально, как показано широкими стрелками. За нижним поляризатором установлено зеркало, отражающее свет к наблюдателю.

Проходя через верхний поляризатор, луч S_пад в левой части рисунка приобретает горизонтальную поляризацию L и далее падает на слой ЖК. Проходя через слой ЖК, благодаря “твист – эффекту” вектор L закручивается по часовой стрелке на угол 90^о, и луч выходит из слоя ЖК вертикально поляризованным. Поэтому он проходит без потерь нижний поляризатор и отражается от зеркала. При отражении поляризацияLне изменяется и нижний поляризатор луч снова проходит без потерь. В слое ЖК происходит обратная раскрутка L против часовой стрелки на 90^о, и на выходе луч имеет горизонтальную поляризацию L. Верхний поляризатор проходится без потерь, и отражённый луч S_отр направляется к наблюдателю. Таким образом, эта часть индикатора в отражённом свете кажется наблюдателю светлой.

В правой части рис. 2 луч S_пад также поляризуется и попадает в слой ЖК. Но при включении напряжения молекулы ЖК ориентируются вдоль линий электрического поля, “твист – эффект” пропадает, и луч падает на нижний поляризатор по-прежнему горизонтально поляризованным. Вертикальный поляризатор полностью задерживает этот луч. Отражённого луча нет, и наблюдателю эта часть индикатора кажется тёмной или чёрной. Таким образом, включая напряжение, можно формировать тёмные символы на белом фоне. Символам – электродам можно придать любую форму: сегментов индикатора, мнемонических знаков, графических символов и др.

Аналогично можно построить индикатор на просвет, для которого потребуется дополнительный источник света вместо зеркала. Под действием электрического поля молекулы ЖК переориентируются параллельно полю. На рис.3а. показано действие индикатора в выключенном состоянии, при котором свет поляризуется, благодаря “твист – эффекту”, и под действие электрического поля (рис.3б), когда свет через поляризаторы не проходит.





Рис.3. Принцип действия ЖКИ на просвет: а – выключенное состояние; б – под действием электрического поля.
Такой индикатор способен работать в полной темноте, но требует значительных затрат мощности на питание источника света.

Особенности конструкции ЖКИ и технология её изготовления

Основой любого ЖКИ является электрооптическая ячейка. Две плоские стеклянные пластинки с нанесённым на них прозрачным проводящим слоем, таким как оксид олова, индия или цинка, выполняющие роль электродов, разделяются тонкими прокладками из непроводящего материала (полиэтилен, тефлон), как показано на рис.4.


Рис.4 . Структура циферблата на ЖК
Образовавшийся зазор между пластинками, который колеблется от 5 до 50 мкм, заполняется ЖК, и вся конструкция по периметру запаивается герметиком. Полученная ячейка помещается между двумя очень тонкими пленочными поляризаторами, плоскости поляризации которых образуют определенный угол с целью наблюдения эффектов ориентации молекул под действием электрического поля. Под нижний поляризатор помещается зеркало. Нижний поляризатор обычно делают сплошным, а верхний – фигурным, состоящим из семи небольших сегментов – электродов, с помощью которых можно изобразить любую цифру. Каждый такой сегмент включается согласно заданной программе от генератора.

Основные этапы изготовления ЖКИ показаны на рис.5.


Рис.5.Основные этапы изготовления ЖКИ: а – очистка стеклянных подложек; б – формирование проводящих электродов; в – формирование ориентирующего покрытия; г – нанесение ограничивающих элементов; д – формирование клеевой дорожки; е – совмещение модулей; ж – заливка ЖК – материала; з – герметизация заливочного отверстия.
Некоторые этапы стоит рассмотреть подробнее.

Очистка стеклянных подложек. Параметры электропроводящих прозрачных плёнок и их воспроизводимость существенно зависят от чистоты поверхности пластин. Пластины должны иметь гладкую поверхность (не ниже 13 – 14 класса обработки), высокие значения механической прочности, теплопроводности и плоскопараллельности, максимальные значения прозрачности и чистоты поверхности. Очистку осуществляют посредством обезжиривания в растворе изопропилового спирта, трихлорэтилена и ацетона в пропорции 1:1:1. Последующая обработка осуществляется в растворе H₂SO₄ (97%), H₂O₂ (47%) и в метаноле. Одним из эффективных способов является промывка в ацетоне, очистка при температуре 353К, промывка деионизованной водой с последующей ультразвуковой и паровой очисткой в изопропиловом спирте.

Формирование проводящих электродов. Тонкие электропроводящие прозрачные пленки получают термическим (пленки олова) и катодным (пленки In, Sn, In₂O₃, SnO₂) распылением металлов и окислов. Главное достоинство химических методов – получение пленок с высокими значениями электропроводности и прозрачности путем подбора смесей и легирующих добавок.

Конфигурацию прозрачных электродов ЖКИ создают масочными методами (рис.6), фотолитографией, электронно-лучевой и лазерной фрезеровкой.


Рис.6. Схема изготовления электродов с помощью контактной маски.
Формирование ориентирующего покрытия. Для реализации “твист-эффекта” в слое ЖК необходимо задать начальную ориентацию молекул верхнего и нижнего слоёв. Для этого используют такие методы, как химическая очистка или травление, механическая полировка, шлифовка с внутренней стороны (рис.7) или другой вид деформации.


Рис.7. Ориентация приграничных слоёв молекул ЖК: 1 – стеклянная пластинка; 2 – продольные канавки в стекле; 3 – молекулы ЖК.

Ориентация молекул бывает гомогенная и гомеотропная , как показано на рис. 8.



Рис.8.Ориентация ЖК молекул: а – гомогенная; б – гомеотропная. 1 – стеклянные пластины; 2 – электроды; 3 – молекулы ЖК
При гомеотропной ориентации длинные оси молекул и, соответственно, директор перпендикулярны внутренней поверхности стеклянной пластины ЖКИ. При гомогенной – параллельны.

Нанесение ограничивающих элементов. Зазор между пластинами в ЖКИ составляет от нескольких единиц до сотен микрометров и создаётся посредством прокладок из плёнок фторопласта, металлической фольги, диэлектрических или металлических частиц, термопластичных смол и других, инертных по отношению к ЖК материалов. Основные этапы нанесения ограничивающих элементов показаны на рис.9.


Рис.9. Последовательность основных этапов технологического процесса создания зазора с помощью высокомолекулярной пленки из полиметилметакрилата: а – стеклянная пластина; б – нанесение прозрачной проводящей пленки (SnO₂, Jn₂O₃); в – нанесение высокомолекулярной пленки; г – нанесение маски на участки, предназначенные для образования прокладок; д – удаление высокомолекулярной пленки из участков, не закрытых маской; е – удаление маски метакрилата.

Заливка ЖК – материала. Известно несколько способов заполнения ЖКИ: растекание капли ЖК, под давлением, с помощью вакуумных капилляров и др.

При использовании метода растекания, капля ЖК наносится пипеткой на одну из пластин, после чего накладывают вторую, их склеивают и герметизируют. Недостатком этого метода является сложность герметизации ЖКИ после заполнения. Наиболее распространённым является заполнение ЖКИ в вакууме, которое исключает недостатки метода растекания. После заполнения, излишки ЖК удаляют со стенок, и отверстие герметизируют эпоксидной смолой или низкоплавким металлом. Такой способ отличается экономным расходом ЖК и отсутствием загрязнений при его введении в зазор между стеклянными пластинами ЖКИ.

Герметизация заливочного отверстия. Конструкция ЖКИ может иметь одно или два отверстия, через которые осуществляется процесс заполнения. Процесс герметизации может осуществляться посредством пайки, заклеивания и др.

После герметизации осуществляется приклеивание поляроидов и формирование внешних выводов, как показано на рис.10.






а) б) в)

Рис.10. Присоединение внешних выводов ЖКИ: а – DIL (Dual-In-Line) выводы; б – резиновый соединитель; в – гибкое соединение.