Теоретические сведения о ЖК-индикаторах

Измерения проводятся с использованием блок-схемы (рис. 3.1).

Рис. 3.1. Блок схема установки

Напряжение подается от генератора переменного напряжения в диапазоне частот 2…200 кГц. С выхода генератора напряжение, изменяющееся в пределах 0…11 В, поступает на мост переменного тока Р577, описание работы которого приведено в главе I практикума.

В процессе испытаний экспериментально определяются параметры ЖК-индикатора (рис. 3.1, а): емкость С_n индикатора, пороговое напряжение U _пор, при котором начинают появляться сегменты индикатора; U _{раб мин}, при котором уже устойчиво наблюдаются все сегменты индикатора; частота f _кр, при которой исчезают сегменты (поляризация прекращается) и ряд других.

Емкость С_n индикатора, определяемая с помощью моста переменного тока, позволяет рассчитать значение e ЖК-материала с учетом различных влияющих факторов (рис. 3.2, б). Следует учитывать, что в лабораторной работе все наблюдаемые сегменты соединены параллельно. Можно определить емкость C ₁ одного сегмента, зная количество n видимых сегментов:

С ₁ = С_n / n. (3.1)

В первом приближении сегмент (рис. 3.1; 3.2, а) имеет форму параллелепипеда: длина сегмента – l = 1,75 мм, ширина – b = 0,5 мм; толщина h – 7 мкм.

Значение ε материала рассчитывается с учетом формы ЖК-элемента:

С ₁ = εε₀ S / h, (3.2)

где S = bl - площадь сегмента; электрическая постоянная ε₀ = 8,85·10^–12 Ф/м.

а) б)

Рис. 3.2. Строение ЖК-индикатора (а) и зависимости e(U), De(U) (б)

По мере роста напряжения происходит поляризация ЖК-материала по определенному закону, так что относительная диэлектрическая проницаемость e(U), и соответственно, емкость C (U), изменяются по кривой с насыщением (рис. 3.2, б). При оценке относительной диэлектрической проницаемости ε, значение которой изменяется в процессе изменения напряжения, следует учитывать что:

– значение ε_^ соответствует условиям поляризации в области малых напряжений (U < U _пор);

– значение ε_II соответствует условиям поляризации в области больших напряжений, при которых поляризованность Р материала велика (U > U _раб).

Значение диэлектрической анизотропии Dε(U) рассчитывается по соотношению

Dε(U) = ε(U) – ε_^, (3.3)

Очевидно (рис. 3.2, б), что в области малых напряжений значение диэлектрической анизотропии Dε = 0, затем значение Dε(U) растет и достигает максимального значения Dε(U)_макс при больших напряжениях.

При анализе работы жидкокристаллических индикаторов (рис. 3.2, а) следует обратить внимание на тот факт, независимо от того, работает ЖК индикатор ″на отражение″ (рис. 3.2, а) или ″на пропускание″ (например, в жидкокристаллических мониторах ЭВМ, телевизоров и т.п), излучение (свет) исходящее из объема ЖК-индикатора является поляризованным.

Поляризация света (не путать с поляризацией диэлектриков!) обусловлена волновой природой света. Известно, что электромагнитная волна характеризуется тремя характеристиками: вектором E (напряженность электрического поля, В/м), вектором Н (напряженность магнитного поля, А/м), вектор скорости v (рис. 3.3, а). Плоскость, проходящая через вектора Н и v, называется плоскостью поляризации света.

а) б)

Рис. 3.3. Соотношение векторов Е и H в электромагнитной волне и поляризация света

Естественным светом называется свет от обычного источника, в котором (рис. 3.3, б) присутствуют все возможные плоскости поляризации. Пропустим естественный свет через пластинку поляризатора (специальные полимерные пленки, призмы Николя и т.п.). Плоскость, проходящая через направление света и оптическую ось поляризатора, называется главной плоскостью. Анализ показывает, что через поляризатор проходят, главным образом, те волны (лучи), плоскость поляризации которых совпадает с главной плоскостью. Таким образом, свет, прошедший через поляризатор, становится поляризованным.

Если на пути поляризованного света поставить второй поляризатор (анализатор), у которого главная плоскость перпендикулярна главной плоскости первого поляризатора (рис. 3.3, б), то свет не пройдет через анализатор (рассеется в объеме). Если главная плоскость анализатора параллельна главной плоскости первого поляризатора, то поляризованный свет пройдет через анализатор. Именно поэтому, особенности поляризованного света, выходящего из объема ЖК-материала, можно изучить, вращая анализатор, расположенный перед ЖК-индикатором (рис. 3.2, б).

Дата добавления: 2015-07-17