Сұйық кристалды индикаторлар, конструкциясы, қасиеттері, олармен қолдануы

Қазақстан Республикасы білім және ғылым министрлігі

Қарағанды мемлекеттік техникалық университеті

 

 

 

Кафедра: АПП

 

ОСӨЖ

Тақырыбы:« Сұйық кристалды индикаторлар, конструкциясы, қасиеттері, олармен қолдануы»

Пәні: Промышленная электроника

 

 

 

Орындаған: ЭЭ-12-2 тобының студенті

Қайсар Ә.М.

                                                          Тексерген: аға оқытушы, PhD                докторы    Смағүлова Қ.Қ.

 

 

 

 

 

 

Қарағанды 2013

Мазмұны:

 

І.Кіріспе

ІІ. Логикалық жабдықтарының жұмысын баяндау әдістері

Логикалық жабдықтардың ерекшеліктері.

Логикалық жабдықтардың ұстанымдары

Жұмыс тәртібі

Логикалық жабдықтарының  жұмысын баяндау әдісінің параметрлері

Түсті суреттің қалыптасуы

Сұйық кристалды индикатордың жұмысы үшін кернеудің құралымы

Қорытынды

Қолданылған әдебиеттер тізімі

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

І Кіріспе

 

Жалпы сұйық кристалды индикатор дегеніміз - сұйық кристалды индикатордағы электрооптикалық құбылыс әрекеті негізінде жұмыс істейтін, ақпаратты көрсетіп шығаратын аспап. Мозайкалық, матрицалық және аналогтық сұйық кристалды индикатор деп ажыратылады. Мозайкалық сұйық кристалды индикатор. Біріктірілген екі шыны пластинадан тұрады. Олардың арасындағы саңылау (5-5-20 мкм) сұйық кристалмен толтырылған. Мозайкалық сұйық кристалды индикатор да твист-эффект және жарықты динамикалық шашырату эффектісі пайдаланылады. Матрицалық сұйық кристалды индикаторда бірдей элементтер жиынтығы периодты электрондық құрылымның екі жүйесі (жолдар мен бағаншалар жүйесі) қиылысында орналасқан. Аналогтық сұйық кристалды индикатор аналогтық (үздіксіз) түрде берілген ақпаратты бейнелеуге арналған.

Сонымен қатар, сұйық кристалды индикаторларының элементарлы ұяшық құрылымы өте қарапайым және ішкі бетінде мөлдір өткізгіш қабаты бар екі шыны пластинадан тұрады. Сұйық кристалды индикатордың жұмысының өзгешелігі, оған әперу тиіс айнымалы кернеу болып табылады. Сол, берісте түпкілікті кернеудің сұйық кристалды индикаторы сұйық кристаллдың электролизі және индикатор ғана тоқулы болып табылады.

Сұйық кристаллды индикаторлар жақын арада қолданысқа шықанымен, СОИ ретінде кең қолданысқа ие. СК индикаторлар – белсенділігі төмен құрылғы. Олар жарыққа төзімді және қосымша жарықты қажет етеді; ал өздері жарықты қайтару немесе өткізу қызметін атқарып, модулятор қызметін атқарады.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ІІ Сұйық кристалды индикаторлар

 

Қазіргі уақытта  сұйық кристалды индикаторлар индикаторлар ішіндегі ең таралған түрі болып табылады. Тым өздерімнің сұйық кристаллдары(ЖК) белгілі химиқтарға тағы 1888 г. болды, бірақ ғана 1960-х жылдардың оның практикалық игерушілігі басталды. 1990 г. Де. Жен сұйық молекулалықтың қағидасын ашқаны үшін нобелдік сыйлықты алды..

Сұйық кристаллдар (СК) – стержень тәрізді ұзынша келген молекулалары бар органикалық сұйықтық. СК-дың негізінен үш түрі ажыратылады (1- сурет): смектілік, нематикалық және холестириялық.

Смектілік СК-дарда өте ұзын болып созылған молекулалар молекула ұзындығына сәйкес бірдей қалыңдықтағы қабатпен орналасады. Молекулалар бір-біріне параллельді түрде орналасқан.

Нематикалық СК-дарда қабатты құрылым жоқ, бірақ молекулалар ұзын осьтері арқылы параллельді орналасқан.

Холестериялық СК құрылымы қабатты, бірақ әр қабатта молекулалар өзіндік бағытта орналасқан.

 

1 – сурет - Сұйық кристаллды индикаторлардың түрлері:

a- смектілік; б- нематикалық; в– холестериялық

 

СК-дардағы әрбір  молекула бағыттылығы үздіксіз жылулық флюктуацияға ұшырайды, бірақ сұйықтықтың әрбір нүктесінде директор D деп аталатын – бірлік вектормен сипатталатын орташа бағыттылық болады. СК-зат үлкен көлемді болған кезде молекулада тәуелсіз бағытты директоры бар аймақтар пайда болады. Барлық жұмыс кеңістігінде бірдей бағыттылық болу мақсатында СК жіңішке қасықасты аралық  кеңістікте (бірнеше ондық макрометр) қамалады. Нәтижесінде, СК молекулаларының спецификалық бағыттылығы көршілес молекулалармен де, қасықасты кеңістігінің шегімен де айқындалады. Бағытталған қозғалысқа қасықастындағы SiO₂ жіңішке пленкалардың шаңдануы арқылы қол жеткізіледі.

СК молекулалары жекелеген  дипольдары болып келеді. Молекулалардың бағыттылығы аз мөлшердегі тоқтың кетуімен немесе электрлік өрістің әсерімен байланысқан түрлі электрогидродинамикалық эффектілердің әсерінен өзгеруі мүмкін.

СК индикаторларының элементарлы ұяшық құрылымы өте қарапайым және ішкі бетінде мөлдір өткізгіш қабаты бар екі шыны пластинадан тұрады. Пластиналар арасында СК құрылған. СК қалыңдығы 6-дан 25 мкм-ға дейінгі аралықта. Бұл құрылым негізінен жалпақ конденсатор тәріздес болады. Қуат болмаған жағдайда СК-өнімі бірқалыпты және мөлдір болады. Ұяшыққа бастапқы қуат көзін жүргізген жағдайда толқынды доменді құрылым пайда болады. Бастапқы қуат көзін арттырған жағдайда домендік құрылым ұяшықты құрылымға айналады, содан соң сұйықтықта шапшаң қозғалысқа айналады. СК оптикалық бірқалыптылығын жоғалтып, барлық бағытта жарық таратады. Бұл эффектіні динамикалық тарату деп атайды. Қазіргі кезде динамикалық тарату эффектісі негізіндегі индикаторлар, өрістік твист-эффект әне «қонақ-қожайын» типіндегі эффектілі индикаторлар кеңінен тараған типа.

Қазіргі кезде өрістік твист-эффектісін (ағылш. twist - орау) қолданатын өрістік твист-эффект индикаторлары қолданысқа кеңінен ие. Айқасқан поляризатор П мен А анализаторлары бар қяшықтардың жұмысы 2-суретте көрсетілген.

Молекулаларды қуат көзі болмаған жағдайда СК ұяшықтары П және А қасықасты қозғалыстарына байланысты шамамен 90° оралған болады.

Поляризатор – бұл, поляризатор бағыттылығына байланысты,бір бағытта поляризацияланған жарықты өткізіп,қарсы бағыттағы жарықты өшіретін оптикалық элемент. Егер анализатор деп аталатын екінші поляризатор осі біріншісінің осьтеріне параллельді болса, онда жарық екінші поляризатор арқылы өтеді; егер де анализатор осьтері перпендикулярлы болса, жарық өшеді.

 

2-сурет – СК - индикаторларының твист-эффектісінде түрлі қуатта жұмыс істеуі: а - нөлдік; б– бастапқыдан артық

 

Жоғарыдан түскен жарық, жоғарғы қасықастында оның вектор поляризациясы D директор бағытымен сәйкес келетіндей түрде пояризацияға ұшырайды. СК-дардан өткен жағдайда жарықтың поляризация аумағы айналады (СК молекуаларындағы директор сияқты) да, жарық анализатор арқылы өтеді.Ұяшықтарды бастапқы қуаттан гөрі артық қуатпен қамтамассыз еткенде, СК поляризациясының векторы тік бағытқа ие болады және СК поляризация сұйықтығын айналдырмайды, ал анализатор жарық өткізбейді.

СК-индикаторлар динамикалық тарату эффектісіне негізделген индикаторларға қарағанда біршама артықшылықтарға ие (10 мкА/ см² тоққа қарағанда 1-3 мкА/ см²  жұмыс тоғының аздығы, және соған сәйкес ұзақ мерзімді пайдалану). Твист-эффектіде СК шапшаңдығы динамикалық тарату эффектісіне қарағанда әлдеқайда жоғары.

Твист-эффектісі негізіндегі СК-индикаторлардың кемшілігі болып, динамикалық тарату эффектісіне қарағанда, твист-эффектісіндегі жарық бағыттылығының аз көлемді диаграммасымен және поляризатор әсерімен байланысты, көру аумағының аздығы саналады. Поляризаторларды қолдану жарықтың 50 % дейін жоғалуына және индикаторлардың бағасының артуына себепші болады.

Поляризаторларсыз индикаторлар «қонақ-қожайын» эффектісі негізінде құрылыуы мүмкін. Бояғыштың стержень тәрізді молекулалары (қонақ) СК-дарға (қожайын) енгізіледі. Бояғыш молекулалары СК молекулалар осьтері параллельді түрде бағытталуына тырысады (3-сурет).

 

3-сурет - СК-ұяшықтарының «қонақ-қожайын» эффектісінде түрлі қуатта жұмыс істеуі: а - нөлдік; б – бастапқыдан асатын; 1 – бояғыш молекуласы; 2 – СК молекуласы

 

 

Бастапқы жағдайда, СК ұяшықтары нөлдік қуатта болғанда, кез-келген поляризация бағыттылығында жарық жұтылады (5.4-сурет, а). Біршама жоғарғы электрлік өрісті жіберген уақытта СК-өнімі бояғыш молекулалар барлығының бағыттылығы тік, ал ұяшыққа түскен жарық одан еркін өтетін жағдайға ұшырайды (5.4-сурет, б).

Айтып отырған  жүйе өте перспективті, себебі осы жүйе көмегімен ақ фонда қара бейнені жоғарғы сапада, жарықтың қажетті мөлшерінде және көру бұрышының неғұрлым кең аумағында көруге болады. «Қонақ-қожайын» эффектісінде индикатрлардың контрасттылығы бояғыштардың жарықты жұту салдарына байланысты төмен болады.

 

Сұйық кристалды -индикаторлардың басты артықшылықтары:

 

- пайдалану қуатының аздығы(110 мкВт/см²);

- жоғарғы деңгейдегі  сыртқы жарыққа төзімділігі;

- құрылысы мен өндіру технологияларының қарапайымдылығы;

- бағасының  төмендігі, жұмыс қуаттылығының төмендігі.

СК-индикаторлардың негізгі кемшліктеріне жұмыс істеу температурасының аз ауқымдылығын жатқызуға болады ( -10-нан +60° С дейін),сол температураға байланысты өткізгіш үрдістердің ұзақтығы.

1-кестесінде біздің елде шығарылатын СК-индикаторлардың кейбір параметрлері көрсетілген.

 

1-кесте -

Прибор типі	Белгілі  орын саны	Белгі биіктігі, мм	Меңгеруші  қуат , В	Тоқ, мкА	Максималды  релаксация уақыты, мс	Температура, °С
ИЖКЦ1-4/8	4	8	3-15	12	300	-20+55
ИЖКЦ1-8/5	8	5	5,4-6,3	8	350	-1+40
ИЖКЦ3-6/17	6	16,6	4-9	70	300	-10+55
ИЖКЦ4-6/17	6	16,6	4-9	70	300	-10+55

 

Қазіргі кезде матрицалық СК-индикаторлар шығару қолға алынуда. Түрлі түсті жарықфильтрін қолданатын көптүсті СК индикаторларын құрастыруда үлкен жетістерге қол жеткізілуде.

 

 

Сұйық кристалды индикаторлардың  жұмысының ұстанымдары

 

Сұйық кристалл термині көрсетіледі мезофаза ара  қатты күйдің арасында, бұл ретте  мезофаза іргелі ұрғашылыктарды тән  заттың екі күйіне сақтайды және изотропты  сұйық күймен. Сұйық кристаллдар, бір жақтан, аққыштықпен сияқты изотропты  сұйықтық ие болады, басқа жақтан алсақ, тағайынды тәртіпті молекуланың(сияқты кристаллды) жайлауында сақтайды.

Жеке бір  жағдайларда мезофаза қызудың кең  облысында тұрақты болады, бөлме  ішін алсақта, онда сұйық кристаллдар  туралы айтады. Сұйық кристаллдың  көпшілігі арқаулы молекулалармен қыртысталады

Әдетте сұйық кристалды  дисплей өзімен  әйнектің кювету қалыңдықпен шамамен 20 мкм ұсынады, сұйық криталл салынғанға. Сұйық кристаллдың молекуласының бағыты мүмкін тапсырынды кюветы бетінің өңдеуімен ақырында, ЖК молекулаларының - параллель кюветы жазықтықтарының тағайынды бағытта түзілген немесе перпендикуляр оған. Жоғарғы қабатты өңдеудің тағы бір амалы оған жіңішке қабатпен қатты полимер мен оны бір бағытта сылау.

 Сұйық кристаллдың  молекуласының бағытының түрлі бағдарлауларын әуелгіде мен көмек аттамалы реттілеудің пайдалана, ал кейін мен көмек электр өрісінің, құрастыру болады ең жабайы дисплейді. Сұйық кристалды дисплей (мәтіндік және графикалық ақпаратты экранға шығаруға арналған компьютерлік құрылғы) бірнеше қабаттан  құралады, қайда бұлақты рөлді екі әйнектің панельсі ойнайды, оның арасында сұйық кристалл орналасады.

Панельтерге қарықтар безейды. Қарықтар жіңішке үлдірдің әйнектің бетінде кейін арнаулы бейнемен өңделіп, мөлдір пластиктың арасында орналастырылады. Қарыктар ақырында, не пейілді олар бас-басы панельге қатарлас, бірақ көршілес панель қарыктарына перпендикуляр. Қарықтармен өзара жанаса, молекулалар сұйық кристаллдарда бірдей барлық бетке бағдарлайды. Нәтижесінде сұйық кристаллдың молекуласының бағдарлауының бағыты бас 90°, төменгіге сырттың панельсінен бұрала айналад, ақырында, жарық поляризациясының жазықтығын, сияқты сол 1 суретте бейнеленеді. Сурет арқылы сұйықкристалды дисплейдің астында орналасқан поляризациялық үлдірлердің белгілі нысанға келеді. Осы үлдірдің поляризациясының кіндіктері дос досқа перпендикуляр, сол дисплей мөлдір болады.

 

4 –  сурет - Жарық поляризациясының сұйық кристаллмен айналуы

Әйнектің панельтеріне металдың электродтерді тәрбиеле- жіңішке  қабаты безейтын. Енді электродтерге тақырға отырғыз- кернеу, сол сұйық кристаллдың молекулалары  электр өрісінің бойымен қанат жаяды, поляризацияның жазықтығының айландыр- бітеді, қарамастан және жарық арқылы поляризациялық үлдірлерді өте алады, сияқты сол 5-суретте көрсетілген. 2а суреті электр өрісінің болмағандығына сәйкеседі, ал 2б суретінің - электродтерге тос- кернеуге.

Директордың айланпасы  үшін қажетті әншейін 2В-5В келетін  кернеу. Түбегейлі, не электр өрісінің әрекеті және сол себептен молекуланың  диполдіқ кезімен байланыссыз даланың бағытынан деген тәуелді болмақ. Сол басқарма үшін пайдалану индикатормен айнымалы өрріс қояды. Түпкілікті өріс сұйық кристаллдың электролизіне және, ақыр соңында, аспаптың шыға берісінің саптан келтіру біледі.

 

 

5 –  сурет - Жарық поляризациясының сұйық кристалмен айналуы

Электродтар сұйық кристалды индикаторға нүкте түрінде, таңбашалардың немесе буындардың ақпараттың түрлі көрінісінің кескіні үшін безейды, сол сияқты бұрын талданды.

 

 

Сұйық кристалды индикатордың жұмыс тәртібі

 

Сұйық кристалды индикатор 2 жұмыс тәртібінде қолданады: сәуле түсіру тәртібінде және рентген сәулесін түсіру тәртібінде. Сұйық кристалды индикаторды қолданудың  ең үнемді тәртібі –сәуле түсіру . Шырақтарды бөлме осы режимде жарықтың сыртқы бастаулары пайдаланылады, мынадай немесе күн сияқты. Сұйық кристалды индикаторлар өздері токты қолданбайды.

Рентген сәулесін түсіру тәртібінде сұйықкристалды дисплейдің колданушылары екі көрініске  ие болады: әдеттегі суреттің құралымы сияқты және сәулені түсіру тәртібінде ықтимал және теріс суреттің құралымы. Теріс суреттің режимінде барлық дисплей мөлдір емес қалады, ал жарық өту  арқылы ғана арада осы уақытта бояумен салып беру сияқты суреттер телімделеді. Теріс режим поляризациялық үлдірлермен түйіс- поляризациямен белгілі нысанға келеді.

Сұйық кристалды индикатордың жарық бергіші үшін әншейін пайдаланыл- газ дәржесіндегі шам немесе жарықдиодтар, себебі жарықтың осы бастаулары саптан деген шығару сұйық кристалды индикаторды алғыр жылыны қасқайтпайтын. Жарықтың біркелкі таратуы үшін жарық диодты индикаторлардың астында жарықты ыдыратушылардан орнына жарық сымдары пайдаланылатын.

 

 

Сұйық кристалды индикатордың параметрлері

 

Индикатордың  маңызды параметрімен релаксацияның уақыты үшін сұйық кристаллдың молекуласының оралғысы үшін қажетті бастапқы күйге кейін өрістің сөндіру уақыты болып табылатын. Ол молекуланың айланпасының анықталады және 30-50 мс. Мынадай уақыт үшін түрлі индикатордың жұмысы үшін баршылық келеді, бірақ біраз тәртіпке ғана,  компьютерлік монитордың жұмысы үшін қажетті уақыт аса түседі.

Релаксацияның уақыты шұғыл сұйық кристалды индикатордың қызуынан деген тәуелді болады. Тап релаксацияның уақытының сұйықкристалды индикатордың игерушілігінің ең төмен қызуы анықталады. Қазіргі сұйық кристалды индикатордың релаксациясының уақыты 25°C  қызуда бірнеше секундқа жетеді. Ақпараттың ауысуының сол уақыты практикалық аддендумнің көпшілігі үшін қабылданбайды.

Келесі параметр, сұйық кристалды индикаторды сипаттайтын – ол бұрыштық шолу. Сұйық кристалды идиктордың бұрышқтық шолуы байыпты индикацияның үдемелі режимінің тығыз еместігіне тәуелді болады. Тығыз емес неғұрлым көп болса – соғұрлым индиктордың бұрыштық шолуы аз болады.

Қазіргі сұйық кристалды компьютерлік мониторларда суреттің статикалық құралымының арнаулы әдісі оның берісінің үдемелі қиюында дисплейге пайдаланылады. Ол TFT технология.

 

 

Түсті суреттің қалыптасуы

 

Әдетте түсті сұйықкристалды индикаторлар ұяқалыптың түрінде орындалады, яғни оларды белгілі нысанға келтіруге болады. Түсті суреттің құралымы үшін арада негізгі жарық түсіру режимі пайдаланылады. Бұл ретте суреттің бір пиксельсі үш элементтен құралады, барлыгына қарасам-қарсы  олардан өзінің жарық сүзгісі: көк, қызыл және жасыл орналасады.

 

 

Сұйық кристалды индикатордың жұмысы үшін кернеудің құралымы

 

Сұйық кристалды индикатордың жұмысының өзгешелігі, оған әперу тиіс айнымалы кернеу болып табылады. Сол, берісте түпкілікті кернеудің сұйық кристалды индикаторы сұйық кристаллдың электролизі және индикатор ғана тоқулы болып табылады.

Кернеу сұйық кристалды индикатордың жұмысы үшін логикалық элементтермен белгілі нысанға келеді, сол себептен әдетте  тіктөртбұрыштың бұлғағы тығыз емес тең екі пайдаланылады. Оның жеңілтек жиіліктің бөлгішінің шыға берісінде алу болады.

Сұйық кристалды индикатордың мөлдір  торларын қалдыру тиіс, сол оның тұжырымдарына синфазалық кернеулер әпереді. Арада нәтижеде әлуеттің айырымы тең нөлге алады.

Арада нәтижеде сұйықкристалды индикатордың контроллерін мен колдануында мынандай сызба  сызуға болады "болдырайтын НЕМЕСЕ". Осындай нобай 6-суретте келтірілген

 

 

6-сурет- Жетісегмент сұйықкристалды индикатордың контроллерінің қағидашыл нобайы

 

Осы нобайда  тең екі тіктөртбұрыштың бұлғағының тығыз еместігі, қамсыздандыр- на D шүріппеде  жинақы жиіліктің бөлгіші. Буынның  кіре берісіне бірен-саран әлует  әперсе, сол логикалық элемент "болдырмайтын НЕМЕСЕ" .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Қорытынды

 

Қорыта келе, сұйық кристалды индикатор тақырыбы аясында, оның құрылысы, жұмыс тәртібі , ерекшелігі және параметрлері қарастырылды. Индикаторлардың артықшылығына тоқталсақ: пайдалану  қуатының аздығы; жоғарғы деңгейдегі сыртқы жарыққа төзімділігі; құрылысы  мен өндіру  технологияларының қарапайымдылығы; бағасының төмендігі, жұмыс қуаттылығының төмендігі. Сұйық кристалды индикаторлардың  негізгі кемшліктеріне жұмыс істеу температурасының аз ауқымдылығын жатқызуға болады. Бірақ соған қарамастан қазіргі уақытта сұйық кристалды индикаторлар индикаторлар ішіндегі ең таралған түрі болып табылады.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Қолданылған әдебиеттер тізімі

 

1. Ғаламтор желісі   www.ie.tusur.ru/books/COI/page_26.htm

                www.wikipedia.org

www.jaxik1.narod.ru/index.files/jidko.htm

www.dic.academic.ru

 

2. С. П. Мирошниченко, П.В.Серба. «Устройство ЖКИ» типография ТГРУ, 2005 г.