Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
IGE-XAOIGE-XAO
Proszę, dodaj wyjątek dla www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Zastosowanie ciekłych kryształów.

14 Lis 2003 23:36 9610 8
  • Poziom 35  
    Jakie jest zastosowanie ciekłych kryształów ? Bardzo proszę o szybką odpowiedz. Mogą też być wszelkie informacje na ten temat.
    Odpowiedzi przysyłajcie do czwartku (w piątek mam oddać referat).

    Pozdrawiam i z góry dziękuję
    Maciej Fajfer
  • IGE-XAOIGE-XAO
  • Poziom 28  
    no wyswietlacze cieklokrystaliczne LCD - czyli kalkulatory,zegarki,telefony kom, itd..

    PS. tak sobie mysle - ciekawe czy sa takie szyby do samochodow zrobione z LCD - fajnie by bylo muc tak sobie przyciemniac szyby jak sie chce i kiedy sie chce ;D
  • IGE-XAOIGE-XAO
  • Poziom 28  
    czyli wszelkiego rodzaje wyświetlacze-plus pokrwne-np.: zastosowane "przelotowo"- wtedy do projektorów,rzutników itp.
    W zasadzie stosując w taki sam sposób-filtry polaryzacji, a ponieważ są jednocześnie specyficznymi filtrami prom elektromagn.- jako szybko przełączalne filtry wstępne
    :arrow: Wowka, nie Ty pierwszy na to wpadłeś. Już z 10 lat temu czytałem ofertę , że na zamówienie zrobią okna takie. A prototyp samochodu to nie tylko szyby ale i dach miał z ciekłymi kryształami. Ceny nawet nie chciałem znać.
  • Poziom 28  
    Tez mi sie wydaje ze ja na to nie wpadlem pierwszy, ale dziwi mnie ze nigdy czegos takiego nie spotkalem w sprzedazy (czyzby przepisy o przyciemnianiu szyb ?) Przeciez koszty wykonania takiego czegos w produkcji seryjnej to chyba takie drogie by nie bylo. A jakby sprzedawac po niskich cenach to by szlo jak swieze bulki.
  • Poziom 28  
    Co do ceny, to chyba się jednak pomyliłeś, a dolicz cenę zabezpieczenia tego przed uszkodzeniami (głównie machanicznymi)-włącznie z konstrukcją nośną, bo odkształcenia mech nie na zdrowie wychodzą takim panelom
  • Poziom 43  
    Wyświetlacze typu LCD to bardzo szeroka rodzina wyświetlaczy. Poraz pierwszy zostały użyte w Angli w roku 1975. Zrewolucjonizowały one elektronike w latach 80. Jest to odpowiedź na miniaturyzacje sprzętu, w szczególności produkcje zegarków naręcznych. Wyświetlacze dotychczas stosowane w zegarkach - wyświetlacze LED - musiały ustąpić miejsca bardzo oszczędnym wyświetlaczą opartym na nieco innej zasadzie działania.

    Niektóre ciała ciekłe, optycnie anizotropowe, przybierają w pewnych warunkach postać obszarów wielościanowych wykazujących uporządkowanie dalekiego zasięgu (podobnie jak w kryształach ciała stałego). Uporządkowanie to nie jest jednak trwałe, gdyz sąsiadujące ze sobą obszary mogą się ze sobą laczyć tworząc krople. Oprócz anizotropii optycznej występuje anizotropia dielektryczna, w wyniku której w cienkich warstwach ciekłych kryształów można pod wpływem pola magnetycznego zmienić orientacje fazy krystalicznej.

    Własnoci ciekłokrystlicznych substancji stały się obecnie podstawą rozwoju urzadzeń służących do wywietlania informacji, w zegarkach, kalkulatorach i telefonach komórkowych. Istnieje równiez możliwoć wykorzystywania tychrze kryształów do budowy ekranów telewizyjnych, komputerowych, często reagujących na dotyk. opisane własnoci optyczne wykazują związki aromatyczne zawierające piercienie benzenowe, substancje chemiczne zawierające zwiazki cykliczne budowane z piercieni naftalenu, związki alifatyczne oraz estry cholesterolu.

    W budowie ciekłych kryształów mozna wyróżnić dwie fazy ciekłokrystaliczne: nematyczną i smektyczną. W fazie nematycznej cząsteczki sa ułozone równolegle do kierunku wydłużenia. W fazie nematycznej występuje oprócz ułozenia nematycznego, występuje ułozenie warstwowe cząsteczek - rys. 4.1



    Rys. 4.1 Fazy ciekłokrystaliczne 1 - namatyczna, 2, 3 - smektyczne

    Dzięki polaryzacji dielektrycznej cienkie warstwy ciekłych kryształów mogą zamieniać rientacje cząsteczek pod wpływem pola elektrycznego. Ta cecha zadecydowała głównie o zastosowaniu ciekłych wryształów do wytwarzania przeróżnych wywietlaczy zegarkowych i kalkulatorowych.



    24

    Zalety ciekłych kryształów

    Jako podstawowe zalety ciekłych kryształów wymienia się:

    - niewielką moc pobieraną przez wskanik (0,1 nW/cm2)

    - niskie napięcie sterowania

    - możliwoć stosowania różnego rodzaju owietlenia

    - mozliwoć uzyskania róznobarwnych obrazów

    - mzliwoć uzyskania róznych kształtów elementu wywietlanego

    Budowa

    Wskaniki (ekrany) ciekłokrystaliczne są obecnie budowane w postaci płaskich pojemników stanowiących korpus urządzenia. W nich umieszcza się kryształy nematyczne , których struktury są uporzadkowane względem okrelonego kierunku. Zmiane orientacji można spowodować przez przyłożenie napięcia elektrycznego do cienkowarstwowych elektrod o kształtach odwzorowujących elementy znaku wywietlanego. - mozna w ten sposób ominąć ograniczenia innych wywietlaczy, budować całe grupy wyrazów, znaków i piktogramów. Rysunek 4.2 przedstawia siedmiosegmentowy znak cyfrowy wraz z połączeniami elektrycznymi.


    Rys 4.2 Znak cyfrowy

    Elementy znaku są nanoszone na płaskie cianki wskanika i połączone elektrycznie przełącznikiem napięcia.\jeżeli wskanik zostanie nawietlony wiatłem spolaryzowanym, a elektrody znaku są pod napięciem, to obserwator zobaczy wynik w postaci kontrastowego wyrazu np.: cyfry lub litery.

    wiatło spolaryzowane uzyskuje się dzięki polaroidom umieszczonym po obu stronach wskanika. We wskanikach stosowanych w zegarkach i kalkulatorach uzyskuje się informacje numeryczne. Przezroczyste metaliczne elektrody umieszczone na plaskiej ciance wskanika umożliwiają wywietlenie dowolnej cyfry w zależnoci od napiecia przyłożonego.



    25

    Jako polaryzatora się stosuje folie bąd plytki z tworzyw sztucznych, zawierających np. kryształki siarczanu jodochininy, ułożone równolegle względem siebie wydłużonymi osiami. Ich orientacje względem krawędzi płytki okresla konstrukcja przyrządu.

    W fali wietlnej niespolaryzowanej drgania zachowują we wszystkich kierunkach w płaszczynie prostopadłej do kierunku rozchodzenia się fali. jeżeli wzdłuż promenia fali drgania zachodzą w jednej płaszczynie, to jest to fala spolaryzowana liniowo. Płaszczyzne, w której leży promień fali drgania nazywa się płaszczyzną drgań, a płaszczyzne do niej prostopadła płaszczyzną polaryzacji. Polaryzator przepuszcza promieniowanie wiatła drgające tylko w jednej płaszczynie, a inne pochłania całkowicie. jest to filtr optyczny.

    Podział wywietlaczy LCD:

    Wród obecnie stosowanych wskaników mozna wyróznić:

    - jednobarwne

    - dwubarwne

    - wielobarwne

    Biorąc pod uwage sposób owietlenia możemy wyróżnić:

    - transmisyjne

    - odbiciowe (refleksyjne)

    - transrefleksyjne (transmisyjne i równoczenie najczęciej refleksyjne).

    Ze względu na kształt mozna wyróżnić wskaniki:

    - segmentowe

    - analogowe

    Biorąc pod uwage charakter pracy i jej efekty wskanik ciekłozrystaliczny jestt przełącznikiem optoelektronicznym ponieważ wszystkie z innych wywietlaczy sterowanych bezposrednio prądem czy napieciem wydzielają wiatło i można dokonywać odczytu w ciemnoci.

    Wlasciwoci ciekłych kryształów, możliwoci modyfikacji oraz wykorzystania wiatła spolaryzowanego doprowadziły do powstania wielu rozwiązań konstrukcyjnych dostosowanych do zróznicowanych potrzeb użytkowników.



    26

    Podstawowe właciwoci wskaników LCD

    Wskaniki LCD (ang. Liguid Crystal Display) są to wskaniki zawierające substancje zwane ciekłymi kryształami. Są to takie substancje organiczne, które w okrelonym przedziale temperatury wykazują jednoczenie właciwoci zarówno ciał stałych, krystalicznych (właciwoci optyczne i elektryczne), jak i cieczy (płynnoć). Ciekłe kryształy charakteryzują się niewielkimi siłami oddziaływań międzycząsteczkowych, i do ich uporządkowania są wystarczające małe siły elektrostatyczne. Strukturę ciekłego kryształu można przyrównać do dipoli umieszczonych w cieczy. W zależnoci od ułożenia tych dipoli wyróżnia się trzy możliwe struktury: smektyczną, nematyczną i cholesterolową. Najbardziej uporządkowaną wewnętrznie jest struktura smektyczną, składająca się ze cile równoległych cząsteczek, ułożonych w przylegające warstwy. W strukturze nematycznej, dipole są usytuowane równolegie, wszystkie w tym samym kierunku. Struktura cholesterolowa cechuje się równoległym ułożeniem dipoli w warstwach przesuniętych względem siebie o pewien kąt, co nadaje jej kształt rubowy.

    Wskanik zawiera dwie płytki szklane, między którymi znajduje się cienka (ok. 10 um) warstwa ciekłego kryształu. Od rodka są naniesione elektrody z przezroczystego materiału. W tak cienkiej warstwie dipole są uporządkowane samoistnie i padające wiatło przechodzi przez wskanik. Pod wpływem przyłożonego pola elektrostatycznego narusza się uporządkowanie wewnętrzne dipoli, powodując wewnętrzne rozpraszanie padającego strumienia wiatła; wskanik ciekłokrystaliczny przestaje być przezroczysty.



    27

    Uzyskany stopień rozproszenia (kontrast) zależy od:

    - temperatury,

    - częstotliwoci przebiegu sterującego,

    - amplitudy napięcia sterującego,

    - rodzaju użytego ciekłego kryształu,

    - owietlania i kierunku obserwacji.

    Polaryzacja komórki LCD napięciem stałym szybko niszczy właciwoci samouporządkowania cząsteczek ciekłego kryształu, z tego też powodu wskaniki LCD steruje się napięciem zmiennym bez składowej stałej. Aby na wskanikach przedstawiać cyfry i liczby, wytwarza się głównie układy 7- lub 16-segmentowych wywietlaczy. Do wywietlania liter jest najodpowiedniejsza matryca 35-punktowa. W powyższy sposób uzyskuje się obraz czarno-biały. Takie matryce zostały ukazane na rys. 4.4. Za pomocą ciekłych kryształów można również uzyskać obraz kolorowy. Opracowano mieszaniny ciekłych kryształów z barwnikami o wyranych właciwociach dichronicznych, to znaczy takich, które w zależnoci od orientacji przestrzennej cząsteczek absorbują wiatło o różnych długociach fal, czyli dają efekt barwny. wiatło przechodzące przez wywietlacz jest w kolorze barwnika dodanego do ciekłych kryształów. Obecnie produkuje się już odpowiednie barwniki: żółte, czerwone, niebieskie, zielone i pomarańczowe, a mieszanie ich umożliwia uzyskanie barw porednich, do głębokiej czerni włącznie. Zastosowanie wskaników ciekłokrystalicznych jest powszechniejsze niż wskaników cyfrowych półprzewodnikowych. Z wielopunktowych wskaników dichromatycznych są obecnie budowane wskaniki LCD o matrycy zbudowanej z tak wielkiej liczby punktów, że stosuje się je jako wskaniki telewizyjne zastępujące kineskop telewizora.

    Rys 4.4 Matryce wywietlające





    28



    Wskaniki LCD z rozproszeniem dynamicznym

    Zasadę działania wskaników w rozproszeniem dynamicznym przedstawiono na rysunku 4.3. Do jego budowy używa się ciekłych kryształów o strukturze smektycznej.

    Przy braku zewnętrznego pola elektrycznego, padające wiatło przechodzi w całoci przez warstwę ciekłego kryształu i po odbiciu od warstwy odblaskowej powraca niestłumione do obserwatora. Przyłożenie zewnętrznego pola elektrostatycznego o amplitudzie 10 - 50 V powoduje nieregularne przemieszczenie się dipoli ciekłego kryształu, co sprawia, że padające wiatło ulega silnemu rozproszeniu między elektrodami. Uzyskany konstrast wynosi wówczas 20:1. Główną wadę wskaników LCD z rozproszeniem dynamicznym stanowi doć duży pobór mocy, wynoszący ok. 100 uW/cm2.

    Wskaniki LCD z efektem polowym

    Wskanik LCD z efektem polowym charakteryzuje się małym poborem mocy (ok. l uW/cm2). Minimalna amplituda napięcia sterującego wynosi 3 V, tak że wskanik można zasilać bezporednio ze struktury CMOS. Do budowy tego wskanika stosuje się ciekły kryształ o strukturze cholesterolowej.

    Wskanik na górnej i dolnej płytce ma dodatkowo dwa polaryzatory o prostopadle usytuowanych osiach polaryzacji. Przy braku sygnału sterującego, wiązka wiatła jest polaryzowana na górnym polaryzatorze, a potem skręcana o 90° w ciekłym krysz

    Rys. 4.3 Zasada działania wskanika ciekłokrystalicznego z rozpraszaniem dynamicznym: a) światło przechodzi; b) światło ulega rozproszeniu / -- płytki szklane, 2 -- wiatło o polaryzacji kołowej, 3 -- rozproszenie wiatła, 4 -- wiatło po przejciu przez ciekły kryształ, 5 -- izolacyjny materiał uszczelniający, 6 -- elektrody, 7 -- ciekły kryształ



    29

    tale. Wiązka ta przechodzi następnie przez dolny polaryzator i po odbiciu od folii

    odblaskowej wraca tą samą drogą do obserwatora. Wskanik jest więc przezroczysty. Doprowadzenie napięcia zmiennego o amplitudzie 3 - 10 V i częstotliwoci 25 - 1000 Hz powoduje równoległe ustawienie dipoli ciekłego kryształu, dzięki czemu uzyskuje się rozproszenie w dolnym polaryzatorze. W wyniku tego rozproszenia kontrast wynosi ok. 40:1. Sposób działania został ukazany na rysunku 4.5.


    Rys. 4.5 Zasada działania wskanika ciekłokrystalicznego z efektem polowym: a) światło przechodzi; b) wiatło ulega rozproszeniu

    A,b -- skręcone o 90° płaszczyzny ciekłego kryształu, 1-- wiatło o polaryzacji kołowej, 2, 7 -- płytki

    polaryzujące, 3,6 -- płytki szklane, 4,5 -- elektrody, 8 -- powierzchnia odbijająca wiatło, 9, 10 -- wiązka

    światła, 11 -- uporządkowane powierzchnie ciekłego kryształu, 12 -- rozproszenie wiata, 13 -- odbicie

    światła

    Sterowanie wyświetlaczami LCD

    Jedną z wad wyświetlaczy LCD jest to, iż potrzebują one skomplikowanego układu zasilającego ich elektrody. Do sterowania układami LCD służy cała gama układów scalonych serii ICL, wykonanych w technologii CMOS i zasilanych głównie napięciem 9V. Układy serii ICL często są rozbudowanymi przetwornikami A/C, gdzie napięcie lub inna wielkoć przetworzona na napięcie jest transformowana na odpowiednią wielkoć cyfrową widoczną na wywietlaczu. Układy ICL to podstawa wszelkiego rodzaju termometrów, gdzie temperatura została zamieniona na odpowiednie napięcie, nastepnie to napięcie zostało przetworzone wielkoć cyfrowa i zostało wywietlone na wywietlaczu.

    7. LITERATURA

    1. Karol Michel, Tadeusz Sapiński; Czytam rysunek elektryczny, Wydawnictwa Szkolne i Pedagogiczne, Warszawa 1996
    2. PN-92/E-01200 [5]; Symbole graficzne przyrzadów półprzewodnikowych i lamp elektronowych
    3. Waldemar Oleśniuk, Krzysztof Paprocki; Podstawy konstrukcji mechanicznych dla elektroników, Wydawnictwa Szkolne i Pedagogiczne, Warszawa 1996
    4. Dieter Nürman; Elektronika łatwiejsza niż przypuszczasz,
    5. Pieńkoś, Turczyński; Układy scalone TTL w systemach cyfrowych s. 373
    6. Stefan Okoniewski; Technologia dla elektroników, Wydawnictwa Szkolne i Pedagogiczne, Warszawa 1997
    7. Praca zbiorowa: CD54/74HC4543 - BCD-to-7 Segment Latch/Decoder/Driver for LCD?s - Texas Instruments, Dallas 1999
    8. Praca zbiorowa: DM7447A - BCD to 7-Segment Decoders/Drivers with Open-Collector Outputs - Fairchild , 1986
    9. Praca zbiorowa: DM54/DM7441A,141 - BCD/Decimal Decoders/Drivers - MSI
    10. Piotr Zbysiński; Elektronika Praktyczna 2/03 ; "AVT-Korporacja Sp. z o.o." Warszawa 2003

    ============================
    Troszke :) - prosto książka z dokumentu Adobe Pagemaker - czasami wystepują podpisy pod obrazkami których tu niema ...
  • Poziom 35  
    Dzięki ostatniej odpowiedzi na mój post dostałem 6. I to dzięki wam !
  • Poziom 43  
    To tylko część pracy dyplomowej sprzed roku :) żałuje tylko mojej leniuchowatości - tam jeszcze pełno wykresów było by to bardizej rzeczowe - czasami wiec się znajdują jedynie podpisy pod niezamieszczone rysunki.
  • Poziom 1  
    Witam, potrzebuje rysunki sruktur i zastosowanie nematykow,smektykow i cholesterykow.
    Bylbym wdzieczny za udzielenie odpowiedzi na ten post.