Рідкокристалічний дисплей

Рідкокристалічний дисплей, який складається з двох герметично з'єднаних прозорих пластин з прозорими електродами, простір між якими заповнений рідким кристалом, двох поляризаторів і прозорих струмопровідних нагрівачів, які нанесені на прозорі пластини, який відрізняється тим, що прозорі пластини виконані товщиною від 0,2 до 1,1 мм з прозорого склокерамічного матеріалу з коефіцієнтом термічного розширення від мінус 0,3-10"6 К~1 до 0,3-10"6 К"1. Запропонований дисплей відноситься до конструкцій рідкокристалічних дисплеїв та може бути використаний на підприємствах приладобудування при конструюванні та випуску індикаторів та приладів для відображення цифрової, та/або літерної, а також графічної інформації. У теперішній час рідкокристалічні дисплеї (РКД) широко використовуються у різних приладах для відображення інформації. Від електролюмінесцентних та плазменних дисплеїв вони відрізняються тим, що самі не випромінюють світло, а тільки змінюють коефіцієнт пропускання світла при прикладанні порівняно малого по амплітуді зовнішнього електричного поля. Тому керування РКД може здійснюватись за допомогою малопотужних джерел. Зазвичай РКД [1] складається що найменше з двох скляних пластин, простір між якими заповнений рідким кристалом. На сторони пластин, які обернені до рідкого кристалу, нанесені прозорі електроди. Якщо до прозорих електродів на протилежних скляних пластинах прикласти електричне поле, то під його дією змінюється просторове розташування молекул рідкого кристалу, що, у свою чергу, змінює умови проходження попередньо поляризованого світла. Таким чином, у конструкції РКД певних типів присутні поляризатори. Хоча РКД можна керувати постійним електричним полем, у більшості випадків керування ведеться змінним електричним полем, що значно збільшує довговічність приладів. Недоліком відомих РКД є те, що рідкі кристали мають досить вузький температурний діапазон існування мезофази (рідкокристалічного стану). Крім того, час, який проходить між моментом прикладання зовнішнього електричного поля та моментом появи інформації на дисплеї (час включення) та час між моментом зняття зовнішнього електричного поля та моментом зникнення інформації на дисплеї (час виключення) суттєво залежать від температури. Як приклад розглянемо твіст-нематичний РКД. РКД такого типу повинен відображати інформацію з можливістю її зміни на протязі 0,5с. Це означає, що час включення та час виключення повинні бути менше ніж 0,25с. Час включення т о п та виключення t o f f залежить від таких зовнішніх факторів, як температура рідкого кристалу Т та прикладена зовнішня електрична напруга V: x off=71—о Х ОП (1)і (2), fn v th =Щ-г Дє (3) де уі - в'язкість кручення РК матеріалу, К константа пружності, Vth -порогова напруга, ДЕ 4517 діелектрична стала. Залежність у-| від температури визначається по формулі Андраде: де А та В - константи. Таким чином, в'язкість кручення РК матеріалу У1 експоненційно збільшується зі зменшенням температури, що приводить до зростання часів переключення. Підтримання необхідної робочої температури РКД є дуже ефективним засобом зменшення часів переключення. При зниженні температури часи перемикання суттєво зростають. При температурах нижче 0°С часи переключення настільки збільшуються, що експлуатація РКД стає неможливою, наприклад, взимку на відкритому повітрі чи у приміщеннях зі зниженою температурою (морозильні камери або технічні засоби без системи підігрівання). При значному зменшенні температури (наприклад нижче мінус 40°С) РКД взагалі перестає працювати, тому що рідкий кристал переходить у твердий стан. РКД при цьому не виходить з ладу, а потребує підігрівання. Найбільш близьким технічним рішенням, прийнятим за прототип, є РКД, який складається з першої та другої прозорих пластин з прозорими електродами, розташованих одна напроти одної, шару рідкого кристалу, розташованого у просторі між першою та другою пластинами, а також елементу регулювання температури, який сформований на першій пластині та/або на другій пластині. Температура рідкого кристалу підтримується рівною або більшою, ніж (TIN-65), та меншою або рівною ніж (TIN-15), де TIN Є температурою фазового переходу нематичний рідкий кристал - ізотропна рідина для даного рідкого кристалу. [2] Недоліком прототипу є те, що нагрівання РКД треба здійснювати дуже повільно, тому що при швидкому нагріванні відбувається їх руйнування. Час нагрівання РКД, виготовленого з традиційних скляних матеріалів, від мінус 60°С до 0°С при потужності нагрівачів 5Вт складає 15 хвилин, тобто швидкість нагрівання складає 4°С на хвилину. Більшу потужність до нагрівачів РКД, виготовленого з традиційних скляних матеріалів, прикладати неможливо, тому що скляні пластини руйнуються. Таким чином, відомий прототип потребує довготривалого прогрівання для готовність до роботи при низьких температурах. Задачею запропонованого винаходу є суттєве скорочення часу підготовки РКД до роботи в умовах низьких зовнішніх температур. Поставлена задача вирішується завдяки тому, що у РКД, який складається з двох герметично з'єднаних прозорих пластин з прозорими електродами, простір між якими заповнений рідким кристалом, двох поляризаторів і нанесених на прозорі пластини прозорих струмопровідних нагрівачів, пластини виконані товщиною від 0,2 до 1,1мм з прозорого склокерамічного матеріалу з коефіцієнтом термічного розширення від -0,3 Ю"6 К"1 до 0,3 Ю" 6 ^ 1 . Запропонована конструкція РКД представлена на Фігурі. РКД складається з двох пластини зі склокерамічного матеріалу з ультранизьким коефіцієнтом температурного розширення 1 та 2, які герметично з'єднані між собою (наприклад, склеєні клеєм 3) із зазором, заповненим рідкокристалічною речовиною 4. На пластинах 1 та 2 зі сторін, обернених до рідкокристалічної речовини, створений топологічний малюнок електродів з прозорого струмопровідного оксиду індію відповідно до відображуваної інформації. Кожний прозорий електрод має свій зовнішній контакт 8. Із зовнішньої сторони на пластину 1 нанесений прозорий струмопровідний нагрівач 5. Зовні на пластини 1 та 2 з прозорими нагрівачами наклеєні плівкові поляризатори 6. Крім того, зі сторони другої пластини РКЕ знаходиться додаткова пластина, виконана зі склокерамічного матеріалу з ультранизьким коефіцієнтом температурного розширення 7 з нанесеним прозорим струмопровідним нагрівачем 5. Для підведення напруги до нагрівачів на пластинах створені металічні контакти та припаяні гнучкі мідні проводи у ізоляції 9 та 10. Всі пластини виконані зі склокерамічного композиційного матеріалу типу Zerodur та Ceram виробництва фірми Шотт (Німеччина), або з аналогічних матеріалів з КТР у межах а ЦоіО.ЗуіО" 6 К~1 у діапазоні температур від мінус 100°С до +500°С. Позитивний ефект, який досягається, обумовлений тим, що, у порівнянні з відомим оптичним склом, склокерамічні матеріали у своєму складі мають мікрокристалічну компоненту р-евкрептит, КТР якого має від'ємне значення (мінус 100*10"6 К~1), і тому склокерамичні прозорі матеріали витримують швидке охолодження чи нагрівання на сотні градусів без механічного руйнування. Новітність запропонованого рішення обумовлена тим, що прозорі склокерамічні матеріали раніше використовувалися тільки як оптичні елементи для відбивання світла (дзеркала), а на просвіт не використовувалися по причині високого розсіювання світла на включеннях кристалів другої фази (р -евкрептит) у товстих шарах цих матеріалів (як правило, більш ніж 4мм для забезпечення механічної тривкості). Такий матеріал, як Ceram, використовується не як оптичний, а як конструкційний матеріал для електричних та газових плиток. У запропонованій конструкції пластини зі склокерамічного матеріалу виконані за допомогою шліфування та полірування тонкими (товщина від 0,2 до 1,1мм), що забезпечує їхню прозорість та можливість візуального спостереження інформації, яку відображує РКД. Запропонована конструкція працює наступним чином. При температурах вище 0°С на нагрівачі не подається напруга. Якщо температура, при якій експлуатується РКД, нижче 0°С, то на нагрівачі подається необхідна потужність та здійснюється нагрівання РКД до температури 0°С, після чого він готовий до роботи. РКД, виготовлений із запропонованого матеріалу, допускає прикладання електричної потужності до нагрівачів більш ніж 50Вт без руйнування. Ця потужність обмежується тільки допустимою температурою плівкових поляризаторів. Випробування виготовленого дослідного зразка, які були проведені на Державному підприємстві завод Арсенал у ХПЗ "Гарантійний нагляд та ви 4517 пробувальний центр - арсенал" (Атестат акредитації №UA 6.002.Н 002 від 12.08.2003р у системі УкрСЕПРО та №SSAQ 024 6.20001 від 12.03.2002 р в системі СОВАК) показали, що час нагрівання РКД, виготовленого із склокерамічного матеріалу, від мінус 60°С до 0°С при прикладанні електричної потужності до нагрівачів ЮВт складає 2,5 хвилини (швидкість нагрівання 24°С за хв.), 20Вт-1,5хв 20Вт-1,5хв. (40°С за хв), 40Вт-0,85хв (71°С за хв.) та 50Вт-0,5хв. (120°С за хв) Література 1 С. Шерр Электронные дисплеи. М , Мир, 1982 с.222-231, 537-540. 2. Патент США №US2004/0036834 A1 від 26 лютого 2004 року. Фіг. Комп'ютерна верстка В Мацело Підписне Тираж 37 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул Урицького, 45, м Київ, МСП, 03680, Україна ДП "Український інститут промислової власності", вул Глазунова, 1, м Київ-42, 01601