7.1.2 Ячейки на основе эффекта динамического рассеяния (др – ячейки)

Первоначальная укладка молекул может быть любой, но для лучшего контраста желательна гомеотропная. Используются нематематические ЖК с отрицательной ДА, поэтому при напряженностях электрического поля, меньших пороговой, в объеме ЖК устанавливается гомогенная ориентация (оптическая ось перпендикулярна к лучу света), а при напряженностях электрического поля, больших пороговой, – хаотическая, приводящая к рассеянию, которое сопровождается деполяризацией света. Следовательно, если электроды на дальней от наблюдателя пластине сделать зеркальными, а на ближней – полупрозрачными, то при напряженности поля между электродами меньше пороговой, ЖК будет прозрачным и зеркальные электроды будут хорошо различимы (в отраженном свете). Если напряженность поля превысит пороговую, то ЖК станет мутным и зеркальные электроды будут не видны. Таким образом, создав на обоих пластинах систему электродов и меняя управляющее напряжение, на них можно получить то или иное видимое изображение.

7.1.3 Ячейки на основе твист-эффекта

Схематическое изображение работы ячейки на основе твист-эффекта: скручивания нематематической структуры (СНС-ячейки) представлено на рис. 7.2. Укладки молекул вблизи обеих пластин гомогенные, причем направление ориентации на одной пластине составляет 90⁰ с направлением на другой. Вследствие этого в объеме ЖК возникает спиральная укладка нематематических плоских структур (всего четверть витка спирали), приводящая к тому, что проходящий через ЖК плоско-поляризованный свет превращается в слабо эллиптически-поляризованный свет, азимут которого поворачивается на 90⁰.

Используется НЖК с положительной ДА, поэтому при включении внешнего поля в объеме ЖК начинает устанавливаться гомеотропная ориентация и при напряженностях, превышающих пороговую, весь объем ЖК превращается в одноосный кристалл, в котором свет распространяется вдоль оптической оси, т.е. эффект вращения плоскости поляризации пропадает.

а) ячейка на основе управления двойным лучепреломлением

б) ЖК ячейка на основе «твист-эффекта»

Рис. 7.2

Ячейки при таком эффекте, в отличие от эффекта динамического рассеяния, могут работать только «на просвет», т.е. в проходящих лучах света. Если с обеих сторон от ячейки поставить скрещенные поляризатор и анализатор, то при отсутствии управляющего напряжения на электродах свет свободно проходит через анализаторы и данный участок ЖК – ячейки будет светлым. Если включить напряжение, превышающее пороговое, то плоскость поляризации света не будет вращаться, свет через анализатор не пройдет и этот участок ячейки будет темным.

Основными характеристиками ЖК – устройств являются оптические (контраст и пропускание), электрооптические (зависимость контраста и пропускания от управляющего напряжения) и быстродействие.

Контраст и пропускание определяются как отношение интенсивностей света, выходящего из ЖК – устройства в исходном и возбужденном состояниях ЖК - ячейки. Это отношение называется пропусканием, если наблюдение ведется навстречу входящему лучу, и контрастом в остальных случаях. Для ДР – ячеек контраст составляет от 15 до 100, пропускание – 20 в расходящихся лучах и 2500 для лазерного излучения. Для ячеек на основе твис-эффекта контраст и пропускание – (40100). Зависимость контраста и пропускания от управляющего напряжения представлена на рис. 7.3.

Рис. 7.3. Зависимость контраста и пропускания от управляющего напряжения:

1 – пропускание ячейки на основе «твист-эффекта»;

2 – контраст ДР – ячейки

Частота управляющего напряжения в ДР – ячейках ограничена сверху и снизу. Нижний предел (5 – 10 Гц) обусловлен необратимыми электролитическими процессами. Снижение контраста при высоких частотах объясняется уменьшением времени ускорения ионов, вследствие чего они не успевают приобретать энергии, необходимые для возникновения турбулентных течений.

Ячейки на основе твист-эффекта могут работать и при постоянном напряжении, но электролитические эффекты уменьшают срок службы до 2000 часов.

Верхний предел определяется частотой (10÷100) кГц, при которой  становится равной 0, а затем меняет знак.

Однако вследствие роста с увеличением частоты емкостных токов обычно выбирается частота диапазона f  (1÷10) кГц. При подаче управляющего напряжения вида рис. 8.4 наблюдается плавное изменение контраста, наступающее с некоторой задержкой, затем достигается спад. Время задержки включения t⁰¹ (реакции) пропорционально , а время выключения t¹⁰(релаксации) пропорционально 3d², где  – вязкость ЖК, - ДА, Е=U/d – напряженность поля, d – толщина ЖК. Время t⁰¹ и t¹⁰ тем короче, чем лучше выполнена первоначальная ориентация молекул.

Рис. 7.4. Характеристика быстродействия ЖК-ячеек