Максимов Владимир Иванович ЖКМ с рисунками для дву

Максимов В.И.














Жидкокристаллические управляемые
транспаранты


Часть I


Жидкокристаллические мониторы

















Киев - 2003


 
Реферат
УДК 621,3.853;532,783
Максимов В.И.  Жидкокристаллические управляемые транспаранты. Часть I. Жидкокристаллические мониторы. ______, 200 _,  __338__с.

Рассматриваются назначения, классификация, принципы действия, методы и способы управления, устройство, работа, расчеты, характеристики, параметры и применения жидкокристаллических управляемых транспарантов, обеспечивающих пространственно-временную модуляцию когерентных и некогерентных световых потоков в оптических вычислителях и мониторах. Описываются цветные жидкокристаллические транспаранты с неуправляемыми и управляемыми оптическими фильтрами. Указываются области применения жидкокристаллических электрически управляемых транспарантов для отображения информации на экранах мониторов. Раскрываются способы адресации элементов в управляющих матрицах компьютерных и телевизионных жидкокристаллических экранах, а также разновидности схем этих матриц. Приводятся конкретные варианты построения телевизионных жидкокристаллических экранов. Даются общие сведения о выпускаемых промышленностью жидкокристаллических мониторах для компьютеров, телевизоров, радиолокаторов и систем автоматизированного управления, а также рекомендации санитарно-гигиенических нормативных документов, выполнение которых обязательно при работе у экрана монитора.
Книга предназначена для широкого круга научных сотрудников, аспирантов, инженеров и студентов, занимающихся разработкой, изучением и использованием оптических вычислителей и мониторов.
Рис. 98, табл. 4, библ. 257 назв.

 
Содержание

ВВЕДЕНИЕ 6
ГЛАВА 1 9
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ УПРАВЛЯЕМЫХ ТРАНСПАРАНТАХ 9
1.1 Определения и терминология 9
1.2 Общее устройство жидкокристаллических управляемых транспарантов и способы управления ими 10
1.3 Классификация жидкокристаллических управляемых транспарантов 17
1.4 Характеристики и параметры жидкокристаллических управляемых транспарантов 23
1.5 Требования к жидкокристаллическим управляемым              транспарантам 27
ГЛАВА 2 35
АМПЛИТУДНЫЕ ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКИЕ УПРАВЛЯЕМЫЕ 35
ТРАНСПАРАНТЫ, РАССЕИВАЮЩИЕ СВЕТ 35
2.1 Принцип действия, методы и способы управления 35
2.2 Амплитудные жидкокристаллические управляемые транспаранты, динамически рассеивающие свет 37
2.2.1 Метод амплитудной модуляции, основанный на динамическом рассеянии света 37
2.2.2 Мозаичный амплитудный жидкокристаллический электрически управляемый транспарант, динамически рассеивающий свет 52
2.2.3 Мозаичный амплитудный жидкокристаллический электронно-управляемый транспарант, динамически рассеивающий свет 60
2.2.4 Матричный    амплитудный  жидкокристалличекий электрически управляемый транспарант, динамически рассеивающий свет 64
2.3 Амплитудные жидкокристаллические управляемые транспаранты, выключающие рассеяние света при переходе из холестерической фазы в нематическую 69
2.3.1 Метод амплитудной модуляции света, основанный на электро-оптическом эффекте при переходе холестерик-нематик 69
2.3.2 Матричный амплитудный жидкокристаллический электрически управляемый транспарант на эффекте перехода холестерик-нематик 75
2.3.3 Матричный жидкокристаллический экран, работающий на переходе      холестерик-нематик в инверсном режиме 78
2.4 Амплитудные     жидкокристаллические     термооптически управляемые транспаранты,   рассеивающие свет 83
2.4.1 Метод амплитудной модуляции света, основанный на термооптическом эффекте при фазовом переходе жидкий кристалл – изотропная жидкость – жидкий кристалл 83
2.4.2 Амплитудный жидкокристаллический термооптически управляемый транспарант, рассеивающий свет на холестерике 84
2.4.3 Амплитудный жидкокристаллический термооптически управляемый транспарант, рассеивающий свет на смектике 85
2.5 Амплитудные   жидкокристаллические   управляемые  транспаранты, рассеивающие свет, с оптической памятью 89
2.5.1 Метод амплитудной модуляции света, основанный на рассеянии света с оптической памятью 89
ГЛАВА 3 94
ФАЗОВЫЕ   ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКИЕ УПРАВЛЯЕМЫЕ ТРАНСПАРАНТЫ, ДВУЛУЧЕПРЕЛОМЛЯЮЩИЕ СВЕТ 94
3.1  Принцип действия, методы и способы управления 94
3.2  Фазовые жидкокристаллические управляемые транспаранты, двулучепреломляющие свет при поперечном изгибе нематика 95
3.2.1 Метод фазовой модуляции света, основанный на управлении двухлучепреломлением при поперечном изгибе нематика 95
3.2.2  Матричный фазовый жидкокристаллический электрически управляемый транспарант, двулучепреломляющий свет при поперечном изгибе нематика 105
3.3 Фазовые жидкокристаллические управляемые транспаранты, двулучепреломляющие свет при продольном изгибе нематика 112
3.3.1 Метод фазовой модуляции света,    основанный на управлении двулучепреломлением при продольном изгибе нематика 112
3.4 Фазовые жидкокристаллические управляемые транспаранты, двулучепреломляющие свет в закрученном нематике 116
3.4.1  Метод модуляции света, основанный на управлении двулучепреломлением в закрученном нематике 116
ГЛАВА 4 121
ПОЛЯРИЗАЦИОННЫЕ ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКИЕ УПРАВЛЯЕМЫЕ ТРАНСПАРАНТЫ 121
4.1 Принцип действия, методы и способы управления 121
4.2  Поляризационные жидкокристаллические управляемые транспаранты, двулучепреломляющие свет при поперечном изгибе нематика 124
4.2.1  Метод поляризационной модуляции света, основанный на управлении двулучепреломлением при поперечном изгибе нематика 124
4.3  Поляризационные жидкокристаллические управляемые транспаранты, двулучепреломляющие свет при продольном изгибе нематика 127
4.3.1  Метод поляризационной модуляции света, основанный на управлении двулучепреломлением при продольном изгибе нематика 127
4.4  Поляризационные жидкокристаллические управляемые транспаранты, двулучепреломляющие свет в закрученном нематике 129
4.4.1  Метод поляризационной модуляции света, основанный на управлении двулучепреломлением при раскручивании нематика 129
4.4.2  Метод поляризационной модуляции света, основанный на управлении  двулучепреломлением при закручивании нематика 130
4.5  Поляризационные жидкокристаллические управляемые транспаранты, вращающие поляризацию при раскрутке спирали холестерика 134
4.5.1. Метод поляризационной модуляции света, основанный на управлении большим по сравнению с длиной волны шагом спирали холестерика 134
4.5.2  Метод поляризационной модуляции света, основанный на управлении сравнимым с длиной волны шагом спирали холестерика 136
ГЛАВА 5  АМПЛИТУДНЫЕ   ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКИЕ  УПРАВЛЯЕМЫЕ ТРАНСПАРАНТЫ, СОХРАНЯЮЩИЕ КОГЕРЕНТНОСТЬ СВЕТА 146
5.1  Принцип действия, методы и способы управления 146
5.2  Амплитудные жидкокристаллические управляемые транспаранты с двумя поляроидами 147
5.2.1  Метод  амплитудной  модуляции  света, основанный  на поляризационной селекции с помощью двух поляроидов 147
ГЛАВА 6 154
ЦВЕТНЫЕ ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКИЕ УПРАВЛЯЕМЫЕ 154
ТРАНСПАРАНТЫ 154
6.1 Принцип действия, методы и способы управления 154
6.2  Цветные жидкокристаллические управляемые транспаранты, избирательно     пропускающие    свет    неуправляемыми    оптическими фильтрами 156
6.2.1 Метод окрашивания белого света избирательным пропусканием через неуправляемые оптические фильтры 156
6.2.2  Двухцветный жидкокристаллический управляемый транспарант, окрашивающий свет неуправляемым оптическим фильтром 158
6.2.3  Двухцветный жидкокристаллический управляемый транспарант, окрашивающий свет неуправляемым дихроичным фильтром 160
6.2.4  Многоцветный матричный жидкокристаллический электрически управляемый транспарант, окрашивающий свет триадной мозаикой интерференционных фильтров 161
6.3  Цветные управляемые  транспаранты,   избирательно пропускающие свет нематическими фильтрами 164
6.3.1 Метод частотной модуляции белого света избирательным пропусканием через нематический управляемый оптический фильтр 164
6.3.2  Многоцветные плавно электрически управляемые оптические фильтры с нематическим дисперсионным вращателем поляризации 174
6.3.3  Многоцветные дискретно электрически управляемые оптические фильтры с нематическим дисперсионным вращателем поляризации 181
ГЛАВА 7 186
ПРИМЕНЕНИЕ ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИ 186
УПРАВЛЯЕМЫХ ТРАНСПАРАНТОВ ДЛЯ ОТОБРАЖЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ 186
7.1 Области применения жидкокристаллических электрически управляемых транспарантов  в индикаторах 186
7.2 Плоские экраны жидкокристаллических индикаторов 187
7.3  Способы    адресации    элементов       жидкокристаллических электрически управляемых  транспарантов  и плоских экранов жидкокристаллических индикаторов 192
7.4 Параллельно адресуемые матричные жидкокристаллические    экраны для осциллографов 203
7.5 Параллельно-последовательно адресуемые матричные плоские жидкокристаллические экраны для портативных компьютеров 208
7.6. Матрично-мозаичные   жидкокристаллические   экраны   для портативных телевизоров 209
ГЛАВА 8 217
УПРАВЛЯЮЩИЕ МАТРИЦЫ ТЕЛЕВИЗИОННЫХ ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ  ЭКРАНОВ 217
8.1 Общие сведения об управляющих матрицах 217
8.2 Элемент  матрицы  жидкокристаллического экрана с линейной накопительной емкостью 219
8.3 Элемент матрицы жидкокристаллического экрана с нелинейной накопительной емкостью 222
8.4 Элемент матрицы жидкокристаллического экрана с разделительным диодом 224
8.5 Элемент матрицы жидкокристаллического экрана с разделительным транзистором 227
8.6  Пассивная    управляющая   матрица  жидкокристаллического экрана с двумя разделительными диодами и линейной накопительной    емкостью в каждом элементе 231
8.7 Активная управляющая матрица жидкокристаллического экрана с разделительным транзистором и линейной накопительной емкостью в каждом элементе 235
ГЛАВА 9 241
ТЕЛЕВИЗИОННЫЕ ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКИЕ ЭКРАНЫ 241
9.1  Телевизионные жидкокристаллические экраны с активной твердотельной  управляющей матрицей полевых транзисторов 241
9.2  Большие  телевизионные   жидкокристаллические   экраны   с  активной управляющей матрицей тонкопленочных полевых телевизоров 248
9.3  Телевизионный  жидкокристаллический  экран с активной управляющей матрицей тонкопленочных полевых транзисторов на гидрогенизированном аморфном кремнии 250
9.4  Цветной    телевизионный    жидкокристаллический   экран  с  мозаикой триадных треугольных фильтров 261
9.5  Матричный трехцветный жидкокристаллический экран с мозаикой цветных микрополосковых фильтров 266
9.6  Цветной телевизионный жидкокристаллический экран с активной матрицей тонкопленочных транзисторов из аморфного кремния 270
9.7  Цветной телевизионный жидкокристаллический экран с управляющей активной матрицей      тонкопленочных полевых транзисторов на гидрогенизированном аморфном кремнии, легированном фосфором 277
ГЛАВА 10 ВЫПУСКАЕМЫЕ ПРОМЫШЛЕННОСТЬЮ ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКИЕ ИНДИКАТОРЫ (МОНИТОРЫ) 285
10.1 Общие сведения о жидкокристаллических индикаторах            (мониторах), выпускаемых промышленностью 285
10.2 Жидкокристаллические индикаторы для  компьютеров и      телевизоров 285
10.3  Жидкокристаллический видеомонитор для радиолокаторов и систем управления 295
10.4  Медицинские аспекты использования жидкокристаллических мониторов (индикаторов) 299
10.4.1 Рекомендации санитарно-гигиенических нормативных документов 302
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 305
Литература 306
КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРЕ 330
;
ВВЕДЕНИЕ


Жидкокристаллические управляемые транспаранты – это пространственно-временные модуляторы света, осуществляющие функциональные изменения параметров излучения в точках поперечного сечения его потока плоскостью транспаранта во времени. Они являются разновидностью большой группы двумерных модуляторов света [119, 159, 162, 180-183], в которых в качестве модулирующей среды кроме жидких кристаллов могут использоваться электро- и магнитооптические  твердые кристаллы [155], сегнетоэлектрическая керамика, термопластики, эластомеры и т.п. Все эти модуляторы предназначаются для параллельных ввода, хранения, преобразования, обработки, передачи и индикации информации, представленной в двумерном виде (картиной, изображением), в оптоэлектронных системах оптических вычислительных машин [219] и комплексов отображения [127, 186].
Без создания эффективных двумерных модуляторов света нельзя достичь высокой потенциальной производительности оптических вычислителей.
К настоящему времени в нашей стране по жидкокристаллическим (ЖК) управляемым транспарантам (УТ) издано всего три книги. Одна из них [182] полностью, а две другие [110, 180] лишь частично посвящены ЖК УТ. В этих книгах достаточно подробно проведен сравнительный анализ возможностей УТ, использующих различные электрооптические материалы (ЭОМ), перечисленные выше. Поэтому в настоящей книге все внимание будет сосредоточено только на ЖК УТ ввиду их перспективности. Авторы вышеназванных книг рассмотрели физические основы создания ЖК УТ и их возможные области применения, используя материалы своих оригинальных исследований, что, несомненно, является достоинством этих книг. Однако в них не вошли материалы ряда других коллективов, опубликованные в последнее время. Кроме того, эти монографии насыщены сведениями, не всегда доступными для понимания инженерами, впервые приступающими к изучению ЖК УТ. Учитывая, что в вузовских курсах эти устройства еще не изучаются, а число специалистов, включающихся в разработку оптоэлектронных систем с ЖК УТ, непрерывно растет, автор поставил своей целью изложение в настоящей книге вести с позиции инженера. Такой подход был уже ранее использован в [98] применительно к индикаторам на ЖК [64, 65]. Физика и химия ЖК будет освещаться только в объеме, необходимом для понимания работы ЖК УТ. Желающие расширить свои познания в этой области смогут найти необходимые сведения в монографиях [2, 11, 22, 29,41, 77, 78, 102, 103, 174, 175, 197, 198, 214, 215, 225]   и сборниках статей [23, 89 – 94, 195, 200, 201, 213].
Таким образом, в настоящей книге излагаются классификация, принципы действия, устройство, варианты построения, вопросы расчета, конструирования и технологии изготовления, применяемые материалы, характеристики и параметры жидкокристаллических управляемых транспарантов.
В книгу вошли материалы оригинальных работ, опубликованных в отечественных и зарубежных журналах, а также сведения из обзоров, составленных по зарубежным источникам. Четыре таких обзора [128 - 131] и ряд оригинальных работ [132 - 151] написаны при участии автора. Особое внимание  уделено отечественным публикациям последних лет.
При формировании списка литературы автор стремился показать с одной стороны приоритетные работы, а с другой – работы, в которых отражены последние достижения. Промежуток между этими границами заполнялся монографиями и обзорами. Работ иностранных специалистов в списке значительно меньше отечественных. Это обусловлено тем, что большинство первых вошло в списки литературы обзоров на основе зарубежных публикаций, изданных на русском языке, на которые автор ссылается в случае необходимости указать первоисточник.
В прикладном плане жидкокристаллические управляемые транспаранты – это:
- плоские экраны черно-белых и цветных телевизоров, дисплеи электронно-вычислительных машин, индикаторов радиолокаторов, систем обработки и отображения информации [224];
- коммутаторы оптических систем связи [227];
- логические и переключаемые элементы оптических вычислительных машин с картинной аналоговой  и дискретной обработкой [79, 179, 221, 238].
Книга предназначается для студентов, инженеров и научных работников, изучающих, разрабатывающих и исследующих вышеперечисленные оптоэлектронные устройства.
 
ГЛАВА 1


ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ УПРАВЛЯЕМЫХ ТРАНСПАРАНТАХ


1.1 Определения и терминология

Термин "транспарант" заимствован из французского и означает прозрачный, просвечиваемый. Он определяется как натянутая на раму прозрачная ткань с изображением и образован из двух слов: латинского “trans”, что означает “сквозь, через, за, пере…”, и греческого “para” – “рядом, возле, около, вдоль”. В обиходе транспарантами называются переносимые картины и плакаты, используемые на демонстрациях и украшающие здания в праздники.
С появлением оптических систем обработки информации возникла необходимость вводить в эти системы массивы данных, сформированных [76] в  двумерной системе координат, т.е. на плоскости в виде картины. Такие устройства ввода в оптические процессоры, корреляторы получили название транспарантов. Вначале при обработке оптических систем в них в качестве транспарантов использовались фотопленочные диапозитивы. Однако, так как изображение, несущее двумерный массив данных на них, формировалось одноразово, то это не позволяло обеспечить работу оптических систем в динамическом режиме, т.е. в реальном масштабе времени. Возникла задача создания транспаранта многоразового действия, на котором бы информация по желанию оператора записывалась и стиралась многократно. Такие транспаранты стали называться “управляемыми транспарантами”. Этот термин имеет ряд синонимов [116, 128]. К их числу относятся: динамический транспарант, преобразователь изображений, двумерный модулятор света, пространственный модулятор света и, наконец, пространственно-временной модулятор света. Последний термин наиболее полно отражает суть управляемого транспаранта. Он показывает, что модуляция светового потока осуществляется не только во времени, но и в пространстве, точнее, вдоль координат плоскости поперечного сечения модулируемого потока. При этом пространственная модуляция может проводится по одному или нескольким параметрам световой волны по заданной двумерной функции, изменяющейся в реальном масштабе времени.
Однако, при всей привлекательности последнего синонима в настоящей книге в основном используется термин “управляемый транспарант”. Он удобен с точки зрения разработчиков оптических систем обработки и отображения информации благодаря своей компактности, а потому, очевидно, получил наиболее широкое распространение. Кроме того, этот термин является обобщенным, так как к нему сводятся термины плоский экран, индикатор, а также визуализатор. Последний является пространственно-временным модулятором видимого света, управляемым невидимым полем. К управляемым транспарантам можно также отнести пространственно-временные сканеры (дефлекторы) светового потока, осуществляющие его отклонение от первоначального направления в соответствии с заданной программой в плоскости транспаранта.
Таким образом, управляемый транспарант в отличие от неуправляемых (фотографий, фотошаблонов, диапозитивов, мир, масок и т.п.), являющихся по сути пространственными модуляторами света, позволяет быстро изменять вид (форму) функции пространственной модуляции во времени и может быть использован многократно [6, 232 - 234].

1.2 Общее устройство жидкокристаллических управляемых транспарантов и способы управления ими

По своему устройству ЖК УТ представляет многослойную планарную структуру [155]. Разнообразие и число слоев, порядок их следования зависят от назначения УТ, используемого оптического эффекта (ОЭ), способа записи и считывания. Однако, в общем случае все многообразие вариантов можно свести к двухслойному ЖК УТ (Рис.1.1), поскольку в любом УТ четко просматриваются две задачи, решаемые при пространственно-временной модуляции света.
;
 
Первая задача, стоящая перед одним из слоев, состоит в непосредственном воздействии на модулируемый световой поток. Этот слой называется модулирующим 1.
Вторая задача, решаемая другим слоем, состоит в управлении параметрами модулирующего слоя, и этот второй слой называется управляющим 2.
Все остальные слои, которые могут входить в состав ЖК УТ, являются вспомогательными , но без них нельзя практически реализовать гипотетическую схему ЖК УТ, представленную на рис.1.1. Они будут описаны при рассмотрении реальных ЖК УТ.
В описываемых УТ в качестве материала модулирующего слоя используются ЖК. Поэтому данные УТ называются жидкокристаллическими. В управляющем слое могут применяться фотопроводники, полупроводники, прозрачные проводники, поглотители и т.п.
Модулирующий и управляющий слои находятся в электрическом контакте друг с другом. При этом управляющий слой подводит к точкам модулирующего слоя управляющие двухмерные сигналы. Формирование таких сигналов осуществляется в том же управляющем слое под внешним воздействием на него одномерными или двухмерными сигналами, идущими от источника информации.
Пространственно-временная модуляция светового потока может осуществляться при прохождении им слоистой структуры (рис.1.1) или при отражении от нее (рис.1.2) в направлении, перпендикулярном или наклонным к плоскости ЖК УТ.
Рассмотрим для примера устройство простейшего по конструкции УТ на ЖК (Рис.1.3).
Поскольку ЖК в диапазоне рабочих для УТ температур текуч, то для формирования его в слой 1 определенной толщины требуются ограничивающие плоскости. Их роль выполняют прозрачные электроды 2, представляющие собой прозрачные проводящие слои окисей олова или индия, нанесенные на
;
 
внутренние стенки пластин 3 из стекла или кварца. Между прозрачными элек-тродами по их периметру устанавливается изолирующая прокладка 4 из майлара, терлона или стеклоцемента. Такая конструкция представляет собой конденсатор, заполненный ЖК, и называется ячейкой. Для заполнения собранной (склеенной) ячейки рабочей смесью ЖК одна из пластин 3 имеет два отверстия. Заполненная ЖК ячейка герметизируется с помощью термопласта или стеклоцемента. В большинстве случаев использования таких ячеек молекулы ЖК в них должны быть определенным образом ориентированы. Для этого может использоваться натирание поверхности электродов в одном направлении кожей или бумагой, что обеспечивает получение планарной (гомогенной) ориентации молекул слоя ЖК 1, показанной на рис.1.3. Возможны и другие ориентации молекул. Ячейка ЖК, в которой молекулы сориентированы, называется монокристаллической.
В этом УТ роль модулирующего слоя выполняет слой ЖК, а управляющего – один из проводящих слоев или оба. Эти слои прозрачны для считывающего чаще всего видимого света.
Они обеспечивают подачу электрического поля в пространство, занимаемое слоем ЖК. Для этого к ним подводится управляющее напряжение Uу. Электрическое поле вызывает переориентацию молекул ЖК, обладающих дипольным моментом, что приводит к изменению оптических свойств слоя ЖК. При этом могут иметь место различные электрооптические эффекты.
Для обеспечения пространственно-временной модуляции светового потока, падающего на УТ, необходимо, чтобы электрическое поле изменялось по величине вдоль плоскости слоя ЖК в промежутке между прозрачными электродами по закону модулирующей функции. Это может осуществляться тремя способами :
Первый состоит в том, что прозрачные электроды (один или оба) наносятся на стеклянную пластину не сплошным слоем, а в виде дискретных участков, имеющих каждый свой токовый подвод. Форма их может меняться в зависимости от назначения ЖК УТ от сегментов, квадратов до полос.
Сегменты чаще всего используются в цифровых и знаковых ЖК индикаторах, которые в принципе являются пространственными модуляторами света, но не временными, так как форма создаваемой на них картины предопределена заранее и изменить ее в процессе работы нельзя [42 ,68, 98].
Квадратные (или круглые) дискретные элементарные участки прозрачных электродов равномерно с определенным шагом размещенные на поверхности стеклянной пластины (рис.1.4) используются в мозаичных ЖК УТ. При этом в плоскости выходной поверхности ЖК УТ формируемую из дискретных участков картину можно изменять произвольно во времени, варьируя управляющими напряжениями.
Полосовые дискретные участки прозрачных электродов, также равномерно с определенным шагом нанесенные на прозрачные пластины, которые при сборке ЖК УТ развернуты так, чтобы в двух противолежащих слоях прозрачных электродов полосы оказались под прямым углом (рис.1.5), используются в матричных ЖК УТ. Электрооптические эффекты здесь наблюдаются в местах перекрытия полос. Выходное изображение формируется путем соответствующей коммутации управляющих напряжений, подаваемых на полосовые электроды.
Поскольку в мозаичных и матричных ЖК УТ управление свойствами ЖК слоя осуществляется непосредственно электрическим полем, то эти УТ получили название электрически управляемых транспарантов (ЭУТ) [9, 24 – 25, 86,  96, 126, 152, 153, 157, 158, 196, 202, 204, 223,248].
Второй способ изменения электрического поля по закону модулирующей функции состоит в том, что управляющее напряжение можно подводить к слою ЖК с помощью электронного луча 9 (рис.1.6) [226], перемещающегося по поверхности входной стеклянной пластины 5 ЖК УТ, в которую впаяна мозаика токопроволочных электродов. Такие ЖК УТ называются электронно управляемыми транспарантами (ЭнУТ) [184].
 
 
         Третий способ пространственно-временного управления электрическим полем вдоль поверхности слоя ЖК по закону модулирующей функции состоит
в том, что в ЖК УТ между одним из прозрачных сплошных электродов и слоем ЖК помещается чувствительный к оптическому излучению слой 5 (рис.1.7) [170, 171, 207, 217], сопротивление которого уменьшается под воздействием световых волн управляющего сигнала, подключая тем самым управляющее напряжение к слою ЖК. При этом распределение интенсивности управляющего светового потока Iу в его поперечном сечении трансформируется в соответствующее распределение полного сопротивления фоточувствительного слоя 5 и, следовательно, в распределение электрического поля в слое ЖК вдоль его плоскости. Такие ЖК УТ называются оптически управляемыми транспарантами (ОУТ) [5, 6, 8, 10, 16, 17, 27, 30, 33 – 38, 43, 46 – 61, 71, 85, 97, 100, 114 –118, 120, 154, 172, 173, 176, 177, 188 – 192, 223].
Подаваемое на элемент ЖК управляющее напряжение может быть постоянным или переменным (импульсным). Предпочтительно использовать переменное (импульсное) напряжение с нулевой постоянной составляющей, что позволяет исключить протекание необратимых электрохимических реакций в ЖК, являющихся причиной резкого уменьшения долговечности ЖК УТ.

1.3 Классификация жидкокристаллических управляемых транспарантов


Основными признаками для классификации ЖК УТ являются: их назначение, принципы действия, методы и способы, используемые в них для осуществления пространственно-временной модуляции светового потока, а также, методы и способы управления: введения, записи, съема, считывания и стирания информации.
По общему назначению ЖК УТ подразделяются на формирователи и преобразователи изображений.
 
         Первые из них формируют на плоскости изображение (картинку) из электрических сигналов аналоговой или дискретной формы и являются, по сути, плоскими экранами или индикаторами.
Вторые осуществляют преобразование уже сформированных ранее изображений с целью увеличения их яркости, контрастности, переноса из одного участка спектра в другой и т.п.
По назначению в плане выполняемой функции управляемые ЖК УТ подразделяются по видам модуляции, которым подвергается модулируемый световой поток.
Пространственно-временная модуляция светового потока ЖК УТ, так же как и обычная модуляция излучения, может быть амплитудной, фазовой, поляризационной, частотной и по направлению. На классы под этими же названиями будут делиться все транспаранты по назначению.
Деление ЖК УТ на группы по принципу действия наиболее широко распространено в литературе.
Принципы действия их основаны на физических эффектах [99], имеющих место при взаимодействии светового потока с жидкокристаллической средой, находящейся под воздействием электрического поля. К таким эффектам относятся эффекты неселективного рассеяния света, в том числе и динамического, эффекты двойного лучепреломления и вращения плоскости поляризации света, эффекты избирательного поглощения и отражения света, дифракции и полного внутреннего отражения.
Амплитудная модуляция в рассматриваемых транспарантах может осуществляться методом рассеяния. При этом интенсивность промодулированного светового потока уменьшается по заданным законам, как во времени, так и на плоскости его поперечного сечения. При модуляции белого света амплитудные транспаранты, по аналогии с телевидением, могут называться черно-белыми. При модуляции монохроматического когерентного света этими транспарантами когерентность его не сохраняется.

Фазовая модуляция в ЖК УТ основана на использовании двойного лучепреломления в жидких кристаллах. При этом сохраняется когерентность промодулированного светового потока.
Поляризационная модуляция в ЖК УТ обусловлена, также, двойным лучепреломлением, которое приводит к вращению плоскости поляризации промодулированного когерентного света.
Амплитудная модуляция монохроматического когерентного света в ЖК УТ с сохранением когерентности осуществляется методом поляризационной селекции промодулированного по поляризации света.
Частотная модуляция в ЖК УТ основана на селекции по длине волны излучений, содержащихся в белом свете. Эта селекция, которую можно назвать спектральной, осуществляется методом дисперсионного по длине волны вращения плоскости поляризации света в жидком кристалле, с последующим ее выделением с помощью поляроида, а также методами избирательного поглощения и избирательного отражения или пропускания света. Такая частотная модуляция приводит к окрашиванию выходного светового потока и, поэтому, транспаранты, работающие на данных принципах, будут называться цветными.
Пространственно-временная модуляция по направлению, т.е. отклонению луча или пучка лучей в пространстве по углам /сканирование, дефлекция/ в ЖК УТ основана на изменении во времени и пространстве показателя преломления вещества. Она может осуществляться методами управляемой дифракции, управляемого двойного лучепреломления и нарушения полного внутреннего отражения.
Для введения (записи) информации с целью обеспечения пространственно-временной модуляции по плоскости ЖК УТ используются дискретные и аналоговые способы при одновременном и последовательном методах коммутации его элементов.
К дискретным способам относятся мозаичный (индивидуальный) и матричный (двухкоординатный). При их использовании применяется одновременное или последовательное электрическое управление.
Аналоговыми способами последовательной коммутации элементов ЖК УТ будут электронный и оптический, т.е. управление производится электронным или оптическим лучом. Оно может осуществляться различными типами разверток: линейной, кусочно-линейной, растровой, круговой, спиральной, радиально-круговой и другими развертками.
При использовании этих способов управления ЖК УТ выполняет роль формирователя изображений.
Одновременное оптическое управление транспарантом может [133-135, 139-141,143,144,146,147] осуществляться световым потоком, несущим на себе изображение ранее сформированной или полученной естественным путем  картины.
При этом используется весь спектр оптических волн от ультрафиолетовых до инфракрасных. В некоторых случаях управление может осуществляться сверхвысокочастотными волнами.
В случае применения такого управления ЖК УТ является преобразователем изображений.
Введение информации на ЖК УТ с помощью управляющих напряжений и лучей может осуществляться с непрерывным обновлением или записываться на определенное время. В последнем случае ЖК УТ должен обладать памятью.
По этому признаку ЖК УТ делятся на транспаранты с памятью и без нее.
По способу съема /считывания/ информации, записанной на ЖК УТ, они делятся на транспаранты, модулирующие прошедший световой поток, т.е. работающие "на просвет", "на проход" и транспаранты, модулирующие отраженный световой поток, т.е. работающие "на отражение". Первые используются в диаскопических, а вторые в эпископических оптических устройствах. Оптические лучи управления и съема информации в ЖК УТ могут разделяться по спектру, по времени и в пространстве [185].
По способу стирания записанной на ЖК УТ информации, они подразделяются на транспаранты с самопроизвольным и транспаранты с принудительным стиранием.
Особой разновидностью ЖК УТ будут визуализаторы невидимых полей: сверхвысокочастотных [132,136-138,148,149,168,169], инфракрасных [129], ультрафиолетовых [247],  излучений электромагнитного спектра, а также ультразвуковых волн [3,129,132,136-138,148,149]. Они являются пространственно-временными модуляторами видимого света, управляемыми и невидимыми полями, параметры и характеристики которых могут быть определены с их помощью.
Исходя из изложенного, структура содержания настоящей книги построена, в основном, на классификации ЖК УТ по назначению и по принципу действия. Это обусловлено тем, что в зависимости от них сильно изменяется описание устройства и работы ЖК УТ. Вместе с тем, способы управления оказывают наиболее сильное влияние на устройство и конструкцию ЖК УТ. Как уже отмечалось, они чаще всего подразделяются именно по этому признаку на электрически-, электронно- и оптически управляемые транспаранты.
Наиболее широкое применение находят ЖК электрически управляемые транспаранты (ЭУТ), особенно в технике отображения динамической информации в качестве плоских экранов индикаторов [4,19,20,63,65-67,69].
Поэтому в настоящей книге им отдается ее большая часть.
В зависимости от объема отображаемой информации и скорости ее обновления плоские экраны ЖК индикаторов (ЖКИ) делятся на компьютерные, радиолокационные и телевизионные [87,88,228-231]. Первые - предназначены для отображения достаточно больших объемов медленно меняющейся информации произвольного характера. Вторые - формируют телевизионное изображение в реальном масштабе времени, несущее значительно больший объем быстро меняющейся информации. Поскольку экраны тех и других ЖК имеют в настоящее время относительно небольшие размеры (диагональ экрана не превышает 25-60 см), то они в основном находят применение в портативных компьютерах и телевизорах.

1.4 Характеристики и параметры жидкокристаллических управляемых транспарантов

Оценка возможностей, сравнение и выбор ЖК УТ для разрабатываемых оптических систем обработки и отображения информации производится по их характеристикам и параметрам [14,15,44,45,49-52,56,57,60].
Под характеристиками ЖК УТ будем понимать зависимости одних величин, описывающих работу ЖК УТ, от других, а параметры будут определяться как значения этих величин, соответствующих наиболее интересным участкам или точкам характеристик.
Все характеристики ЖК УТ можно разделить на оптические, электрические и эксплуатационные.
К оптическим относятся характеристики определяющие возможности ЖК УТ по их работе в оптической системе.
К электрическим характеристикам ЖК УТ будем относить характеристики, обеспечивающие его связь и согласование с электронным устройствам управления.
К эксплуатационным относят характеристики определяющие внешние условия, в которых может использоваться оптическая система с ЖК УТ.
Оптические характеристики включают в себя модуляционную, передаточную, спектральную, переходную и характеристики, описывающие искажения.
Модуляционная характеристика ЖК УТ есть зависимость модулируемого параметра светового потока от параметров управляющего сигнала.
К модулируемым параметрам световой волны относятся амплитуда или интенсивность, фаза, частота, направление и поляризация.
Параметрами управляющего сигнала могут быть напряжение постоянного или переменного тока, амплитуда импульса, плотность мощности непрерывного оптического сигнала, плотность энергии оптического импульса и т.п.
По модуляционной характеристике определяются такие параметры ЖК УТ как пороговая чувствительность по управляющему сигналу, крутизна на линейном участке, динамический диапазон и коэффициент контрастности.
Передаточная характеристика ЖК УТ описывает зависимость глубины модуляции (контраста) и фазы от пространственных частот передаваемого двумерного сигнала.
Функция передачи глубины модуляции или частотно-контрастная характеристика позволяет определить пространственную разрешающую способность [95], а функция передачи фазы - линейное смещение элементов изображения, возникающее в процессе преобразования.
Спектральная характеристика описывает зависимость интенсивности прошедшего через ЖК УТ светового потока от его длины волны. Она позволяет определить возможности ЖК УТ по управлению цветом выходного изображения.
Переходная характеристика описывает динамику переключения ЖК УТ. Это есть зависимость изменения модулируемого параметра светового потока во времени (отклик) при мгновенном изменении параметра управляющего сигнала (воздействия). По точкам изгиба этой характеристики определяются временные параметры ЖК УТ. С их помощью оценивается быстродействие или инерционность ЖК УТ. Другими словами, они определяют скорость преобразования и обработки двумерных оптических сигналов в УТ [5].
К числу основных временных параметров ЖК УТ относятся время задержки реакции (отклика) относительно момента воздействия (;зр), время реакции (включения) (;р), время удержания во включенном состоянии (;;у), время задержки отключения (;зо) и время релаксации (выключения) (;рл) после снятия управляющего воздействия (рис.1.8).
В зависимости от величины времени удержания во включенном состоянии различают ЖК УТ без памяти, с релаксационной или долговременной
 
 
памятью. В последних двух случаях применяется принудительное выключение (стирание) со временем стирания (;с).
Динамику переключения ЖК УТ можно также оценивать по частотной характеристике, являющейся зависимостью отклика от временной частоты изменения параметра управляющего сигнала.
Характеристики, описывающие искажения [172,173] преобразуемых в ЖК УТ изображений, определяются в виде распределений конструктивных и оптических параметров по координатам его апертуры.  Так  неодинаковость 
оптической толщины ЖК УТ по его раскрыву приводит к фазовым искажениям. Нелинейность [167] характеристик ЖК УТ приводит к преобразованию пространственного спектра частот обрабатываемого изображения. Эти и другие неоднородности приводят к возникновению собственных пространственных шумов в ЖК УТ, ухудшает его пороговую чувствительность, уменьшает динамический диапазон входных двумерных сигналов и контрастность изображений на выходе.
Электрические характеристики включают в себя вольт-амперную -, пороговые - по управляющим напряжению, току, частоте и параметрам импульса, переходные - по напряжению и току, характеристики по потребляемой мощности для непрерывного управляющего сигнала и энергии для импульсного.
Поскольку по отношению к источнику электрического управляющего сигнала ЖК УТ представляет собой резистивно-емкостное сопротивление, то кроме пороговых перечисленные характеристики особых пояснений не требуют.
Пороговые характеристики - это зависимости пороговых значений напряжения, тока, частоты и временных параметров импульса при которых проявляется тот или иной электрооптический эффект от конструктивных параметров ЖК УТ и параметров материалов в них используемых.
Наиболее часто употребляемым параметром этих характеристик является пороговое напряжение.
Эксплуатационные характеристики включают в себя климатические (температура, влажность, давление), динамические (тряска, удар), радиационные и характеристики надежности.
Наибольший интерес представляют температурные характеристики, описывающие зависимость тех или иных параметров ЖК УТ от температуры окружающей среды. Это обусловлено тем, что используемый в ЖК УТ материал может находиться в жидкокристаллической фазе в определенном температурном интервале - области существования ЖК. Оптимальным представляется случай, когда этот интервал совпадает с диапазоном температур, в пределах которого будет эксплуатироваться аппаратура, где используется ЖК УТ. Если температура окружающей среды ниже области существования ЖК, то его вещество переходит в твердое состояние, а если выше, то в изотропную жидкость. При этом отрицательно сказывается как тот, так и другой переходы. Затвердевание ЖК сохраняет в основном его структуру, но влияет на выходные параметры ЖК УТ, в частности, снижает контраст изображения.

1.5 Требования к жидкокристаллическим управляемым              транспарантам

Требования к УТ предъявляются прежде всего по их параметрам. При этом определяются необходимые цифровые значения последних достаточные для использования УТ в устройствах оптической обработки и отображения информации. Конкретные значения параметров УТ определяются исходя из назначения разрабатываемого устройства, однако, по некоторым параметрам требования будут общими для всех случаев. Именно на них концентрируется внимание и приводятся сведения по достигнутым результатам.
1.5.1. Первыми такими параметрами ЖК УТ являются диапазоны длин оптических волн или частот, в пределах которых будет работать создаваемая оптическая система по считывающему световому потоку (;с, ;с), а для ОУТ и по оптическому сигналу записи (;з, ;з).
Разработанные ЖК УТ в настоящее время перекрывают диапазон оптических волн от ультрафиолетовых до ближней области инфракрасного спектра.
1.5.2. Выбираемый (разрабатываемый) ЖК УТ должен обладать достаточной пороговой чувствительностью по управляющему сигналу. Она определяется по модуляционной характеристике и представляет собой значение параметра управляющего сигнала, при котором могут уверенно регистрироваться изменения модулируемого параметра световой волны на фоне шумов по этому параметру.
Предельные значения пороговой чувствительности определяются минимальной и максимальной величинами параметра управляющего сигнала, при которых начинает фиксироваться модуляция светового потока и ее глубина достигает максимума соответственно.
В оптически управляемых транспарантах при амплитудной модуляции таким параметром будет минимальное значение плотности мощности непрерывного или энергии импульсного оптического сигнала, при котором выходной оптический контраст (отношение сигнал/шум) превысит некоторое значение, определяемое из задач решаемых разрабатываемым устройством. Так, например, для использования УТ в оптических вычислительных машинах (ОВМ) требуется чувствительность при записи 10-6 дж/см2 при коэффициенте контрастности 30:1. В системах отображения информации это требование менее жестко. В настоящее время при таком контрасте ЖК УТ имеют чувствительность от 5;10-7 до 2;10-8 дж/см2 [110,118]

1.5.3. Глубина модуляции по интенсивности выходного светового потока
     (1.1)
и коэффициент контрастности
 ,        (1.2)
связаны соотношением
 , (1.3)
где I – интенсивность, пропорциональная квадрату амплитуды световой волны на выходе ЖК УТ в точках его раскрыва с наибольшим (Iмакс) и наименьшим (Iмин) значением величины светового поля.
Из задач систем оптической обработки информации вытекает, что глубина модуляции mI считывающего светового потока на выходе УТ должна достигать 0.9;1. Современные ЖК УТ обеспечивают такое требование. У них mI = 0.8;0.99 ;110;.
При передаче телевизионных изображений минимальное значение коэффициента контрастности должно быть25;40 ;126;. Для цифровых ОВМ требования к контрастности оптических сигналов составляют 20...50, а для оптических корреляторов порядка 100 и более. Такие величины вполне достижимы в ЖК УТ ;118;.
1.5.4. Для энергетического расчета оптической системы, в которой используется ЖК УТ, необходимо знать потери светового потока в нем на поглощение,  рассеивание и потери на отражение, а также часть светового потока, прошедшую на выход. При этом должно выполнятся уравнение энергетического баланса. Для ЖК УТ, работающего "на проход", оно имеет вид:
R+A+T=1,                (1.4)
где R=I0/Iвх – коэффициент отражения считывающего светового потока от входной плоскости УТ;
А – коэффициент потерь, определяемый поглощением и рассеиванием светового потока в слоях УТ;
T=Iвых/Iвх – коэффициент пропускания УТ считывающего светового потока;
Iвх, I0, Iвых – интенсивность входного, отраженного и прошедшего светового потока соответственно.
В цветных ЖК телевизорах с матричным ЖК УТ, работающем на просвет, для получения яркости экрана 50 КД/м2, достаточной для наблюдения изображения при комнатном освещении, подсвет ЖК УТ с противоположной стороны осуществляется источником света с яркостью 1000 КД/м2. Таким образом, коэффициент пропускания (световая эффективность) ЖК УТ составляет 0.05. Для повышения яркости свечения экрана ЖК телевизора необходимо или увеличить яркость источника подсвета или увеличить коэффициент пропускания ЖК УТ. Последнее предпочтительнее.
Для ЖК УТ работающего "на отражение" уравнение энергетического баланса упрощается:
R+A=1.                (1.5)
В этом случае I0=Iвых, а следовательно
R=Iвых/Iвх  .                (1.6)
При работе ЖК УТ в голографических оптических системах необходимо знать дифракционную эффективность ;g, которая определяется как отношение интенсивности света I1, дифрагированного в первый порядок, к интенсивности падающего на входную плоскость УТ потока Iвх, т.е.
;g=I1/Iвх  .                (1.7)
По назначению ЖК ОУТ являются преобразователями изображений, в том числе с функциями оптических усилителей яркости картин. Поэтому они как и каждый усилитель должны характеризоваться коэффициентом усиления оптического двумерного сигнала. Синонимумом  этого параметра в УТ является эффективность преобразования такого сигнала ;с. Она определяется как отношение переменной составляющей интенсивности оптического выходного (считанного, промодулированного) сигнала IвыхN к переменной составляющей интенсивности входного (записывающего, модулирующего) оптического сигнала IвхN, т.е.
;с=IвыхN/IвхN .                (1.8)
В проекционных системах отображения усиление модулирующего сигнала (изображения) должно быть 103;105 раз.
В ЖК УТ должна быть предусмотрена возможность многократного считывания информации без ее разрушения. Для этого должна быть предусмотрена защита слоя ЖК от перегрева считывающим световым потоком. Она достигается использованием фильтров поглощающих инфракрасный спектр в считывающем потоке и ограничением интенсивности потока на рабочей длине волны.
1.5.5. Чтобы сохранить высокие потенциальные возможности ОВМ по быстродействию используемый в них УТ должен обеспечивать запись информации в течении времени ;3=;зр+;р=10-6;10-7 с. и стирание примерно за такое же время. Существующие ЖК УТ имеют в лучшем случае ;3=10-4с, а ;с=10-3 с. Ведутся работы по повышению их быстродействия ;15,33,49-51;.
1.5.6. Следующим наиболее важным параметром ЖК УТ является апертура или площадь его раскрыва ST. Она в значительной степени определяет объем перерабатываемой информации. По требованию разработчиков ОВМ для ОУТ она может быть порядка 3;3 см2. Это достижимо при совместной технологии ЖК ОУТ. Для ЭУТ эта площадь может быть значительно увеличена и достигать 21;15 см2 и более ;19, 20;.
1.5.7. Возможность передачи мелких деталей изображения оценивается по пространственной разрешающей способности ЖК УТ. Она определяется минимальными размерами светового элемента (пятна, зерна) в плоскости выходного раскрыва ЖК УТ. Так, для некоторых ОВМ требуется, чтобы диаметр светового элемента не превышал 20 мкм при шаге 30 мкм, что достижимо в современных ОУТ и ЭУТ на ЖК. Однако, традиционно в литературе ;110, 118; разрешающая способность ЖК УТ оценивается наибольшей пространственной частотой преобразуемого изображения, при которой контрастность или дифракционная эффективность уменьшаются в 2 раза от максимального значения.
Потенциальная разрешающая способность ЖК материала ограничена размерами молекул ;41,42; и краевыми эффектами ;213;.
Практически разрешающая способность ЖК УТ определяется максимальным количеством линий (точек) N, которое может быть записано и отчетливо наблюдаться на отрезке   длиной 1 мм, лежащем в выходной плоскости УТ. В разработанных ЖК УТ этот параметр изменяется в широких пределах от 20 до 300 лин/мм  ;118;, что вполне отвечает требованиям систем формирования, преобразования и отображения информации.
1.5.8. Объем одновременно обрабатываемого потока сведений (информационная емкость) в ЖК УТ определяется числом разрешаемых элементов N0 на всей площади ST выходной его плоскости. Это число может быть определено как отношение площадей транспаранта ST и светового элемента SЭ с учетом интервала между элементами, т.е.
N0=SТ/SЭ.                (1.9)
С другой стороны N0 может быть определено как произведение числа разрешаемых элементов по горизонтали NГ и по вертикали NВ апертуры, т.е.
 N0=NГ;NВ.                (1.10)
Для преобразования изображения по существующему телевизионному стандарту требуется N0=330625 элементов при NГ= NВ=575.
Если использовать ЖК ОУТ с N=25 лин/мм, то для обработки такого объема информации требуется площадь его выхода раскрыва 2.3;2.3 см2, что вполне допустимо при современной технологии  ;56, 57;.
В перспективе телевидение должно перейти на стандарт N0=2250000 элементов при NГ= NВ=1500, что потребует ЖК УТ со стороной раскрыва 6 см.
В ряде оптических вычислителей в УТ достаточно иметь 104;106 индивидуально управляемых элементов.
1.5.9. Для формирования и преобразования двумерных оптических сигналов в ЖК УТ на него подаются управляющие электрические импульсы, несущие информацию о требуемых изменениях в выходной картине изображения. Эти импульсы поступают со схемы управления, сопрягаемой с электронной вычислительной машиной. Особое значение имеет возможность совмещения ЖК УТ с большими интегральными схемами (БИС) последней. Эта совместимость достигается подбором величин параметров управляющих импульсов. К ним относятся амплитуды тока и напряжения, мощность и энергия импульсов, частота и временные параметры. С другой стороны, совместимость достигается согласованием полных сопротивлений, выходного устройства управления со входным ЖК УТ.
Электронные устройства управления на БИС питаются относительно низкими напряжениями лежащими в пределах от 6 до 24 В и лишь некоторые специальные БИС – до 48 В и более. Они могут формировать управляющие импульсы напряжения, как правило, не выходящие по амплитуде за указанные пределы. Поэтому к ЖК УТ предъявляются такие требования, чтобы его управляющее напряжение UУ не выходило за указанные выше пределы. Величина UУ в значительной степени зависит от электрооптического эффекта положенного в основу принципа действия ЖК УТ. Так при динамическом рассеянии света UУ=10...30 В, при "твист-эффекте" UУ=1,5...5 В, при эффекте "гость-хозяин" UУ=2...10 В, при управляемом двулучепреломлении UУ=3...50 В, при индуцированной ориентации UУ=6...24 В, при переходе из холестерической в нематическую фазу UУ=50..80 В и, наконец, перестраиваемая дифракция требует UУ=50...150 В.
Таким образом, по величине UУ большинство разновидностей ЖК УТ совместимо с БИС электронных устройств управления.
В зависимости от используемого электрооптического эффекта частота заполнения управляющего сигнала может меняться от десятков Гц до сотен кГц.
1.5.10. Диапазон рабочих температур  окружающей среды ЖК УТ должен соответствовать допустимым пределам изменения температуры для разрабатываемой оптической системы обработки или отображения информации.
Для ряда ЖК УТ он может лежать в пределах от –10 до +60;С    ;118;.
В ;4; сообщается, что созданы новые смеси ЖК материалов, которые обладают расширенным диапазоном рабочих температур от –40 до +85;С. Столь низкие рабочие температуры были получены благодаря добавке антифриза (фелоциклогексан и бифениловый сложный эфир). Некоторые из новейших ЖК материалов работают до температуры +90;С.
Хранение ЖК УТ и устройств изготовленных на их основе может осуществляться при более широких диапазонах температур. Так, например, ЖК индикаторы для промышленных установок должны иметь диапазон температур хранения от –45 до +70;С, а диапазон рабочих температур – от 0 до +60%С  ;111;. 
К влаге невосприимчивы только наиболее дорогие ЖК материалы герметизированные стеклянной фриттой.
1.5.11. Срок службы (долговечность) электронных устройств, а следовательно и их надежность, оценивается гарантийной наработкой на отказ, т.е. временем безотказной работы. Для оптоэлектронных систем, в которых применяются ЖК УТ оно должно составлять 10000 часов.
По данным прошлых лет время безотказной работы ЖК УТ составляло 3000 часов ;128;. Новых сведений для ЖК УТ нет, но по аналогии с ЖК индикаторами, у которых этот параметр достигает 40-50 тыс. часов ;83, 243;, можно считать, что развитее технологии изготовления в настоящее время обеспечивает такой же срок службы и для ЖК УТ.
Рассмотренные требования к параметрам ЖК УТ являются типовыми и для конкретных разработок они могут отличаться как по номенклатуре, так и по цифровым данным.
Проведенный сравнительный анализ параметров ЖК УТ и требований к ним показал, что основные трудности при внедрении ЖК УТ в системы обработки информации сосредотачиваются вокруг быстродействия. Этому вопросу уделяется большое внимание и ведутся работы по снижению инерционности ЖК УТ  ;110, 159;. В системах отображения информации с ЖК ЭУТ снижение отрицательного влияния инерционности ЖК достигается путем совершенствования способов адресации элементов ЖК экрана, формирующих изображение. 
 
ГЛАВА 2

АМПЛИТУДНЫЕ ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКИЕ УПРАВЛЯЕМЫЕ
 ТРАНСПАРАНТЫ, РАССЕИВАЮЩИЕ СВЕТ


2.1 Принцип действия, методы и способы управления


Принцип действия амплитудных ЖК УТ, рассеивающих свет, основан на управлении рассеянием падающего света, которое вызывается хаотическим отклонением световых волн, прошедших слой ЖК, от первоначального направления, что приводит к уменьшению интенсивности света в этом направлении, а следовательно, к изменению во времени амплитуд промодулированного светового потока в точках его поперечного сечения плоскостью транспаранта в соответствии с модулирующей функцией.
Амплитудные ЖК УТ, в которых реализован это принцип, работают используя методы, основанные на эффекте динамического рассеяния света ;2,6,12,21,70,211;, эффекте перехода рассеивающей свет холестерической фазы в прозрачную нематическую ;8; и рассеянии света, вызванном нагревом ЖК ;128;.
В первом и третьем случаях имеет место включение рассеяния, а во втором – выключение.
Для реализации изложенного принципа действия ЖК УТ молекулы в слое ЖК предварительно приводятся в определенный порядок (ориентируются).
Разупорядочение молекул слоя жидкого кристалла может осуществляться двумя способами: с помощью электрического поля и тепловым воздействием. 
Электрический способ разупорядочения молекул состоит в локальном подключении к слою жидкого кристалла постоянного или низкочастотного переменного электрического поля такой величины, которая способна вызвать электрогидродинамическую неустойчивость, приводящую к вращению молекул с образованием множества участков динамического рассеяния света.
Локальное подключения поля при записи может осуществяться способами, предусматривающими использование мозаичных или матричных прозрачных электродов, электронного луча, фотопроводника, управляемого оптическим лучом или потоком, переносящим изображение картины. Такие способы управления-подключения поля будут в дальнейшем называться электрической, электронной и оптической записью (введением) информации соответственно.
Тепловой способ разупорядочения молекул состоит в локальном нагреве инфракрасным лучом или потоком, переносящем изображение картины, ранее упорядоченного электрическим полем слоя жидкого кристалла, находящегося в жидкокристаллическом состоянии. Этот нагрев переводит вещество в изотропную жидкость, что приводит к нарушению упорядоченности молекул. При остывании вещества до температуры перехода в жидкокристаллическое состояние молекулы остаются разупорядоченными, и слой жидкого кристалла в локальной области рассеивает падающий свет. Поскольку здесь запись осуществляется оптическим (инфракрасным) лучом, вызывающим тепловое воздействие, то она получила название термооптической.
Модулирование когерентного светового потока в амплитудных транспарантах, работающих на рассеяние света, приводит к потере когерентности его. Это вызвано турбулентным движением молекул жидкого кристалла.
Стирание информации при наличии памяти у слоя жидкого кристалла в обоих случаях проводится одним способом – воздействием относительно высокочастотного электрического поля.






2.2 Амплитудные жидкокристаллические управляемые транспаранты, динамически рассеивающие свет

2.2.1 Метод амплитудной модуляции, основанный на динамическом рассеянии света

Метод амплитудной модуляции света, положенный в основу работы ЖК УТ, описываемых в этом разделе, использует эффект динамического рассеяния света (ДРС). В дальнейшем этот метод будем для краткости называть "метод ДРС". Он состоит в том , что для изменения амплитуды промодулированного потока используется хаотическое отклонение световых волн в слое ЖК, вызываемое беспорядочным изменением его показателя преломления во времени и вдоль плоскости слоя вследствие турбулентного движения молекул ЖК, находящегося под воздействием электрического поля определенной величины.
Эффект ДРС (без памяти) присущ большому классу нематематических жидких кристаллов (НЖК) с отрицательной анизотропией диэлектрической проницаемости ;;=;|| - ;;<0, где ;|| и ;; - продольная и поперечная диэлектрические проницаемости ЖК соответственно относительно направления преимущественной ориентации молекул ЖК, имеющих продолговатую цилиндрическую форму.
При планарной  исходной  ориентации молекул относительно плоскости прозрачного электрода 1 (рис. 2.1, а) слой ЖК прозрачен. Небольшое электрическое постоянное или переменное поле Е сохраняет эту ориентацию вследствие отрицательной анизотропии и того, что дипольный момент молекулы образует с ее длинной осью некоторый угол. Электрического тока через ячейку практически нет, так как чистые НЖК имеют очень большое удельное сопротивление 1011;1012 Ом;см. Для появления эффекта ДРС необходимо, чтобы через ячейку проходил ток. Это достигается снижением удельного сопротивления до 5;108;5;109 Ом;см путем введения ионных примесей, например,
 
 
четвертичных амониевых соединений. Ионы 3 (рис. 2.1, б) в ЖК могут также возникать в результате разложения его под действием электрического поля или вследствие инжекции электронов с отрицательно заряженного электрода (катода) ячейки. Такой электрон присоединяется к нейтральной молекуле ЖК и образуется отрицательный ион. Под действием электрического поля Е ионы перемещаются от катода к аноду, образуя электрический ток (рис. 2.1, б). В результате столкновения ионов с молекулами ЖК возникает ориентирующая сила трения течения, которая стремится расположить молекулы вдоль тока, т.е. параллельно полю.
Молекулы смещаются, но пока поле невелико силы ориентационной упругости и ориентирующие силы самого поля успевают восстановить исходную ориентацию. При этом, если управляющее электрическое поле, поданное на ячейку с ЖК, ниже некоторого порогового, то ЖК остается в покое (рис. 2.1, б). При превышении полем (напряжением) порога электрогидродинамической неустойчивости молекулы ЖК приходят в движении в результате взаимодействия ряда сил, зависящих от величины внешнего поля, движения ионов,  трения этого течения, ориентирующего действия поверхности прозрачных электродов в начале по относительно правильным траекториям, образуя вращающиеся "шнуры" (рис. 2.1, в). Последние подобны цилиндрическим линзам с фокусным расстоянием, зависящим от величины поля. Под микроскопом "шнуры" просматриваются в виде доменов правильной формы, чаще чередующихся темных и светлых полос. Их обнаружил А.П. Капустин и подробно изучил Р. Вильямс. Домены наблюдаются при напряжении на ячейке от 5 до 12 В. Дальнейшее увеличение поля приводит сначала к изменению траекторий, а затем и к беспорядочному (турбулентному) движению молекул жидкого кристалла (рис. 2.1, г), вызывающему его помутнение. При напряжениях 15;18 В поверхность ЖК слоя становится молочно-матовой (это и есть ДРС). Оно наблюдается невооруженным глазом. При отключении электрического поля ионный ток прекращается, исчезает турбулентное движение молекул, а силы ориентационной упругости их восстанавливают исходную ориентацию (рис. 2.1, а). Слой ЖК становится прозрачным.   
Таким образом, при отсутствии электрического поля (напряжения) или его величине, не достигшей порога возникновения турбулентного движения молекул ЖК, ячейка прозрачна, а при поле превышающем этот порог – рассеивает свет, т.е. большую часть его не пропускает. Таково внешнее проявление эффекта ДРС в ЖК. Его впервые обнаружили В.К. Фредерикс и В.Н. Цветков в 1935 году.
Основные достоинства ДРС сводятся к следующим:
Оно может быть получено в обычной двух электродной ячейке. Причем в ряде случаев даже не требуется строгой ориентации молекул ЖК, т.е. не нужно натирать электроды или применять ориентирующие слои. Кроме того, для его наблюдения не требуются поляроиды, так необходимые при визуализации других эффектов в ЖК. ДРС наблюдается в неполяризованном свете, как в отраженном от поверхности ячейки с ЖК, так и прошедшем через нее (рис. 2.1, г). Поэтому в качестве подсветки может использоваться освещение самого помещения, в котором проводится опыт, и сформированные на ЖК устройстве изображение наблюдается тем лучше, чем выше освещенность этого помещения. Все это упрощает конструкцию таких ЖК устройств. Благодаря этим достоинствам ДРС было первым из эффектов, наблюдающихся в ЖК, примененным в индикаторных устройствах и управляемых транспарантах.
Эффект ДРС обладает широкой индикатрисой рассеяния, форма которой практически не зависит от напряжения в области насыщения ;24, 25;. При гомеотропной (перпендикулярной) начальной ориентации молекул ЖК форма индикатрисы не изменяется при различных углах наблюдения. В случае гомогенной (планарной) начальной ориентации молекул рассеяние света максимально в плоскости, параллельной направлению предварительной ориентации. Приемлемая контрастность сохраняется при изменении угла наблюдения, отличного от нормали к поверхности слоя ЖК, в пределах ;40-50;.
При ДРС области рассеяния в слое ЖК имеют размеры от 1 до 5 мкм, что в 5-10 раз превышает длины волн считывающего видимого света. Поэтому характер рассеяния не зависит от длины волны последнего.
Эффект ДРС наблюдается в тонких слоях ЖК помещаемых как в постоянное, так и переменное электрическое поле, превышающее некоторое пороговое значение ЕДРС. Этому значению поля соответствует пороговое напряжение UДРС, прикладываемое к электродам ЖК ячейки, т.е. UДРС=ЕДРС;d, где d – толщина слоя ЖК. Теория ЖК не дает формульной зависимости, позволяющей достаточно точно рассчитать величину UДРС. Очевидно, это обусловлено сложностью математического моделирования турбулентного движения молекул ЖК. Вместе с тем в работах по теории ЖК ;11,12,21-23, 77; имеется большое число формул, предназначенных для расчета порогового напряжения электрогидродинамической неустойчивости UЭГД, сопровождающейся появлением полосовых доменов. Эти формулы получены из различных моделей и для различных условий. Они не всегда хорошо согласуются с экспериментом ;98;. Поэтому при описании прикладных вопросов по ЖК устройствам используют лишь качественную иллюстрацию зависимости UДРС от параметров ЖК и  конструкции ячейки. Так, например, при управлении ЖК ячейкой с помощью напряжения постоянного тока величина UДРС зависит от значения модуля упругости сдвига, анизотропии диэлектрической проницаемости и анизотропии электропроводности ЖК, а от толщины слоя UДРС не зависит. Так при изменении толщины слоя от 5 до 40 мкм отклонения UДРС не выходили за пределы погрешности измерения ;142;.
В зависимости от состава используемой смеси величина UДРС изменялась от 3,8 до 9 В на неориентированных слоях. Ячейка со смесью ЖК-440 (50%) + МБАА(50%) имела самый низкий порог UДРС=3,8 В, у смеси ЖК-440 - UДРС=4 В; у ЖК-440(50%)+ЭББА(50%) - UДРС=6 В; у ЖК-440(95%)+холестерилацетат(5%) - UДРС=9 В.

 
 
        При использовании ориентированных слоев UДРС увеличивалось, например, у смеси ЖК-440 на 0,5 В. Это обусловлено увеличением сил сцепления молекул с натертой поверхностью электрода ;103;.
Аналогичные результаты получены при оценке напряжения насыщения ДРС. Это напряжение в зависимости от состава смеси изменялось в пределах от 18 до 24 В ;142;.
Поскольку ДРС является токовым эффектом, то он возникает при определенной пороговой плотности тока jn, протекающего через ЖК ячейку. Величина jn с ростом толщины d слоя ЖК уменьшается. Так при увеличении d от 5 до 40 мкм величина jn  для смеси ЖК-440+МББА уменьшилась от 4,4 до 1,6 мкА/см2 ;142;. Это объясняется тем, что при тонких слоях ЖК электроды оказывают большее влияние на ориентацию молекул ЖК ;22;, а поэтому для получения ДРС требуется больший ток. С увеличением толщины слоя ЖК ориентирующее действие электродов ослабляется в глубь слоя, а поэтому для получения ДРС требуется меньший ток.
Отметим, что величина jn увеличивается при уменьшении удельного сопротивления смеси ЖК. Между пороговым напряжением эффекта ДРС UДРС и пороговой плотностного  тока jn существует обратная связь, с уменьшением UДРС, для различных типов ЖК требуемое значение jn увеличивается. Это связано с увеличением удельного сопротивлеия и вязкости ЖК.
Статические вольт-амперные характеристики (ВАХ) ЖК ячеек нелинейны (рис. 2.2) и по форме подобны ВАХ полупроводниковых диодов ;141;, но степень нелинейности их меньше. Она зависит от состава смеси ЖК. Особенно сильно нелинейность проявляется при смене полярности управляющего напряжения. При этом отрицательное значение порогового напряжения (-UДРС) больше по абсолютной величине положительного значения (+UДРС). Кроме того, кривые пропускания света (рис. 2.3) при  отрицательных значениях управляющего напряжения Uy идут более полого, т.е. управляющее напряжение положительной полярности требуется меньшей величины для получения того же ослабления света при ДРС, чем для отрицательной. Другими словами, при одном и том же напряжении Uy смена полярности с положительной на отрицательную приводит к увеличению пропускания света. Это обусловлено тем, что в первом случае при том же напряжении ток больше, а он-то и определяет эффективность ДРС.
Плотности порогового тока при различных полярностях управляющего напряжения оказались одинаковы ;143;, т.е. для получения ДРС основную роль играет не величина приложенного к слою ЖК напряжения, а величина протекающего через него тока. Поэтому сравнение различных ЖК ячеек лучше всего проводить по величине порогового тока, а не порогового напряжения.
В связи с тем, что |-jДРС|=|+jДРС |, а |-UДРС |>|+UДРС |, то удельная потребляемая мощность ЖК ячейки при одной и той же эффективности ДРС больше при питании напряжением отрицательной полярности. Поэтому с целью уменьшения удельной потребляемой мощности питание ЖК ячеек на постоянном токе необходимо осуществлять в прямом напряжении, т.е. от "анода" к "катоду". Таким образом, ЖК ячейка по отношению к полярности и постоянного управляющего напряжения не взаимна.
В конструкции ЖК ячейки такой невзаимности не заложено. Она симметрична. Невзаимность появляется после первого подключения питающего постоянного напряжения. При отключении его электроды ячейки приобретают свой знак, т.е. будут собственно один анодом, а второй – катодом. Между ними в течение достаточно большого промежутка времени (более 1 часа) имеется электро-двигающая сила (ЭДС), которая при подключении нагрузки вызывает ток противоположный по знаку первоначальному и на порядок меньший по величине. Это говорит о большой емкости ЖК ячейки как гальванического источника тока ;141;.
Наличие противо-ЭДС на электродах ячейки объясняется тем, что под действием первичного тока от источника питания вследствие анизотропии проводимости ЖК в нем происходит частичное территориальное разделение положительных и отрицательных зарядов ;21;. Это способствует образованию пространственного объемного заряда, который медленно рекомбинируя вызывает в нагрузке ток противоположного направления. Большее время рекомбинации объемного заряда свидетельствует о малой подвижности носителей заряда ;141;. Все это по отношению к внешнему источнику питающего (управляющего) напряжения Uy проявляется как медленное изменение проводимости ЖК ячейки во времени и ее неэквивалентность при смене полярности Uy.
При положительной полярности Uy максимального значения ток через ячейку достигает через 0,2 мкс после включения. Затем наблюдается спад тока сначала быстрый в течение 20 с, а затем – медленный до установившегося значения в течение десяти минут (кривая 1, рис. 2.4). Спад тока на начальном участке переходной характеристики происходит за счет уменьшения концентрации носителей зарядов в объеме ЖК. Число рекомбинированных в единицу времени носителей зарядов оказывается больше вновь образованных.
При отрицательной полярности Uy отличие состоит в том, что максимального значения ток через ячейку достигает только за 10-20 с (кривая 2,
рис. 2.4). Это время уходит на компенсацию ранее созданного в ячейке объемного заряда. Восстановление проводимости после выключения управляющего напряжения длится в технике несколько часов.
При использовании переменного управляющего напряжения пороговое значение UДРС увеличивается с повышением его частоты. Особенно сильно это наблюдается при частотах превышающих критическую частоту релаксации пространственного заряда ;22; fкр=300-1000 Гц. Здесь уже величина UДРС становится зависимой от толщины слоя ЖК. С повышением температуры слоя ЖК критическая частота увеличивается, что приводит к снижению UДРС.
Коэффициент контрастности К при увеличении управляющего напряжения Uу, превышающего пороговое значение UДРС, монотонно возрастает
(рис. 2.5, кривые 2 и 3). Это позволяет передавать полутона. Однако, в дискретных матричных экранах такое монотонное возрастание К приводит к помеховому эффекту креста. Выбирая соответствующий ЖК материал можно приблизить по характеру эту зависимость к релейной (кривая 1). Для ДРС максималь-
 
 
 
 ное значение К=3-40 остается при Uу=30-50 В. С увеличением толщины слоя d оно уменьшается (рис. 2.6). В диапазоне температур существования мезофазы используемой смеси ЖК коэффициент контрастности на зависит от температуры.Временные параметры ЖК ячеек, в которых для модуляции используется ДРС, зависят от состава ЖК смеси, толщины слоя, температуры, амплитуды и частоты управляющего напряжения, а так же от предшествующего возбуждению состояния ЖК.
После подачи управляющего напряжения в течение некоторого времени ДРС не наблюдается. Это время задержки реакции включения эффекта ;зр. Затем ДРС начинает нарастать в течение времени реакции ;р. Величины ;зр и ;р пропорциональны ;;;;аЕ2, где ; - вязкость ЖК.
Время задержки и время реакции уменьшаются при увеличении управляющего напряжения (рис. 2.7), и температуры в пределах диапазона мезофазы (рис. 2.8), но увеличиваются – при увеличении толщины слоя ЖК (рис. 2.9). Пределы измерения времени реакции от 1 до 100 мс.
Время задержки реакции эффекта ДРС уменьшается путем подачи на ячейку до управляющего напряжения вызывающего ДРС постоянного напряжения смещения по величине ниже порогового.
Время релаксации (затухания) ДРС ;рл пропорционально квадрату толщины слоя и не зависит от напряжения, а при повышении температуры – уменьшается (рис. 2.10). В зависимости от состава смеси ЖК может изменятся от 20 мс до 2 сек.
Для уменьшения времени релаксации до единиц мс необходимо ослабить действие ионных токов и использовать ориентирующее действие электрического поля. Это достигается кратковременным воздействием на ЖК видеоимпульса той же полярности, что и импульс записи, но превышающего по амплитуде в 2-3 раза с задержкой на время ;зс=5 мс после окончания последнего (рис. 2.11, а). Длительность видеоимпульса стирания ;ис должна быть такой, при которой исключается генерация новых ионов, т.е. ;ис;0,05 мс. Время задержки посылки
 
 
 
видеоимпульса стирания ;зс необходимо для того, чтобы нейтрализовать ионы, оставшиеся в ЖК после отключения импульса записи. При воздействии на молекулы ЖК электрического поля, созданного видеоимпульсом большой ампли
туды, их дипольные моменты устанавливаются вдоль направления поля и ДРС быстро затухает.
Время релаксации ДРС может быть также уменьшено воздействием на слой ЖК импульса переменного напряжения по амплитуде такого же как и импульс записи, но с более  высокой частотой заполнения (fс=5-20 кГц) и длительностью ;ис=5-10 мс (рис. 2.11, б). Частота заполнения импульсов стирания должна превышать критическое значение, чтобы ионы в ЖК за время каждого полупериода перемещались незначительно, не вызывая электрогидродинамической неустойчивости. Амплитуда этих импульсов должна быть достаточной для ориентирования дипольных моментов молекул ЖК вдоль поля.
Использование переменных напряжений поля записи и стирания информации в ЖК УТ повышает их срок службы и контраст изображения.
Заметим, что для повышения быстродействия ЖК УТ, динамически рассеивающих свет, необходимо чтобы первоначальная планарная ориентация молекул была более тщательной ;67;. От ее стабильности зависит срок службы ЖК УТ.
Для получения планарной ориентации в ЖК ячейке используют три группы способов ;105;.
К первой группе относятся способы, основанные на нанесении на поверхности прозрачных электродов системы параллельных бороздок, вдоль которых после заполнения ячейки смесью ЖК молекулы самопроизвольно ориентируются своей длинной осью, стремясь к минимуму свободной энергии. Бороздки могут наноситься натиранием в определенном направлении, бомбардировкой электронным или ионным пучком, гравировкой с применением фотолитографии.
Во вторую группу включаются способы, состоящие в нанесении на поверхность прочного электрода ориентирующего слоя (пленки) фторлона или поливинилового спирта методом вытягивания из раствора или в центрифуге с последующим натиранием.
Третья группа охватывает способы "косого" напыления на электрод ориентирующего тонкого слоя, например, моноокиси кремния. Степень связи молекул ЖК с ориентирующим слоем зависит от угла напыления, что позволяет изменить угол их наклона.
Для обеспечения таковых режимов работы ЖК УТ на эффекте ДРС в состав смеси ЖК вводят токопроводящие добавки [111]. При постоянном токе возбуждения  (Uу=10 В) лучшими добавками считаются хлорапил, дихлордицианбензохинон, тетрацианэтилен в смеси с системой "пара-бензохинон-гидрохинон" с добавкой – 4 метокси – или 4-гексилфенолов. На этих смесях долговечность ЖК устройств достигает 5;103 часов.
На переменном токе возбуждения (Uу=10-15 В и f>50 Гц) с использованием добавок на основе тетра-алкил-аммоний галогенид достигнута долговечность (25-30);103 часов. 
   
2.2.2 Мозаичный амплитудный жидкокристаллический электрически управляемый транспарант, динамически рассеивающий свет

Мозаичный амплитудный ЖК УТ, работающий на основе использования ДРС, исследовался в ;33,74,157;. Он является наиболее простым по своему устройству (рис. 2.12). Слой ЖК 1 в нем заключен между двумя стеклянными пластинами 2, на внутренние стенки которых наносятся дискретные прозрачные мозаичные   электроды 3. Толщину слоя ЖК определяет изолирующая прокладка 4.
Каждый элементарный электрод мозаики в совокупности с противостоящим ему таким же электродом образуют конденсатор, заполняющий ЖК. Участок слоя ЖК заключенный между обкладками этого конденсатора является 
 
элементарным электрическим модулятором, управляемым электрическим полем. При подаче на два противостоящих элементарных прозрачных электрода электрического напряжения, превышающего пороговое значение, на участке слоя ЖК, заключенного между этими электродами возникает ДРС.
 Каждый элемент мозаики управляется индивидуально. Из таких элементарных модуляторов формулируется апертура ЖК УТ. Все вместе они могут управляться параллельно и одновременно. В этом УТ считывание может осуществляться как "на просвет", так и "на отражение". При этом формируется картина из отдельных дискретных квадратных участков. Считывание осуществляется как когерентным, так и некогерентным светом с амплитудной пространственно-временной модуляцией его.
В этом ЖК ЭУТ число токовых проводов в два раза больше числа  элементов мозаики. Для исключения возникновения ДРС в промежутках между элементарными участками мозаики необходимо, чтобы картина таковых подводов к их электродам на противоположных стеклянных подложках не совпадала. Разводка их довольно сложна.
В мозаичном амплитудном ЖК ЭУТ, описанном в ;44;, с целью уменьшения числа токовых подводов один из прозрачных электродов 2 (рис. 2.13) выложен из двуокиси олова сплошным, т.е. перекрывающим всю апертуру УТ, на кварцевой подложке 3 с клином ;1;. Второй электрод мозаичный. Он изготовлен на стеклометаллической шайбе 5, в которую впаяны коваровые токоподводы 6. На один конец их через маску напылены серебряные элементные электроды 7 в виде квадратиков со стороной 0,5 мм и интервалом между ними 0,75 мм. При этом число разрешаемых элементов (информационная емкость) составляла 16;16=256. Эта величина может быть существенно увеличена. В ;114; применялись два типа подобных ЖК ЭУТ с плотностью электродов 400 и 1250 на см2. Диаметры электродов были 0,15 мм, а расстояние между ними 0,35 и 0,15 мм соответственно. Коэффициент отражения падающего на электроды света составлял 0,85.
 
 
         В ;74; стеклометаллическая шайба 5 для исключения вредного воздействия ЖК 1 на серебряные электроды 7 покрывалась прозрачным слоем 8 из тефлона марки Ф-32п толщиной около 1,5 мкм. Толщина слоя ЖК 1 определялась тефлоновой прокладкой 4 и составляла 20 мкм. При этом использовалась ЖК смесь МББА:ЭББА=1:2, работающая при комнатных температурах. Клиновид
ность слоя ЖК составляла 0,5;. Вся слоистая структура ЖК УТ герметезировалась.
Поскольку со стороны мозаичного электрода к ЖК УТ проводится большое число токонесущих проводников, что приводит к затенению данной стороны, то рассматриваемый транспарант работает только на "отражение".
Он может освещаться когерентным или некогерентным излучением. При отсутствии управляющего напряжения падающий свет проходит через кварцевую пластину со сплошным прозрачным электродом, слой ЖК, отражается от зеркальной поверхности серебряного электрода и тем же путем возвращается к наблюдению. Поэтому элементы мозаики, в которых не было ДРС, наблюдались в виде светлых точек на темном фоне. Для включения ДРС на них подавалось переменное управляющее напряжение 50 ВЭФФ с частотой 50 Гц и они затемнялись. За исходное взято состояние, когда во всех элементах мозаики будет включено ДРС (записи нулей). Ввод информации осуществляется выключением ДРС на элементе путем снятия напряжения (запись единицы). Схема электронного устройства управления мозаичного амплитудного ЖК ЭУТ представлена на рис. 2.14. Все блоки устройства питались постоянным напряжением 5 В и переменным – 50 ВЭФФ. Данные для записи и стирания информации на ЭУТ поступали от ЭВМ. Адресация элементов осуществлялась параллельно-последовательным способом за 16 тактов.
Двумерный массив информации на выходном раскрыве ЭУТ 7 отображался в течении заданного времени и стирался оператором или автоматически по программе. Запоминание входных сигналов управления ("0" и "1") осуществлялось элементами памяти на триггерах. Блок ключевых элементов 5 скоммутирован по входам синхронизации в 16 строк (горизонтальные шины), содержащих по 16 идентичных элементов памяти на тиристорах переменного тока, которые адресовались матрично. Буферный регистр 2 осуществлял промежуточное хранение информации и выдавал сигналы на ключевые элементы по вертикальным шинам. Ввод информации в элементы памяти блока ключевых элементов производился при совпадении сигналов "1" на вертикальных и горизонтальных шинах. Синхронизатор 4 управлял вводом входных данных и перемещением управляющего сигнала "1" вдоль регистра сдвига 3, благодаря чему осуществляется последовательный ввод информации с выходов буферного регистра 2 в элементы памяти блока ключевых элементов 5 производился по спаду сигналов управления с выходов регистра сдвига 3. Установка ЭУТ в исходное состояние (информация стерта – все элементы темные) производится по сигналу из синхронизатора.
Основные параметры мозаичного амплитудного ЖК ЭУТ следующие: 1) коэффициент отражения одного светлого элемента R = 0,8; 2) коэффициент контрастности элементов с записью световых нуля и единицы К=200; 3) время записи одной строки при формировании позитивных изображений ;з=0,5 с (оно соответственно времени релаксации ЖК к просветленному состоянию); 4) время стирании информации ;с=0,1 с (оно определялось временем включения ДРС); 5) время электронной коммутации ;к=160 мкс; 6) скорость отображения массива информации составляла около 500 бит/с; 7)кадровая (тактовая) частота fК=1/ТС=1/(;ЗС+;С);1,6 кадр/с (она определяется периодом цикла записи и стирания массива информации, т.е. периодом кадра ;к, однако, поскольку эти процессы по строкам осуществлялись параллельно, то ТК=ТС).
Таким образом, быстродействие мозаичного ЖК ЭУТ определялась в целом временем переключения ЖК. Взаимного влияния элементов мозаики, приводящего к ложному отображению, "светового нуля" вместо "световой единицы" не наблюдалось благодаря сильному шунтированию элемента ЭУТ с нулевым электрическим потенциалом малым внутренним сопротивлением скоммутированного ключевого элемента.
В ;74; описаны исследования мозаичного ЖК ЭУТ, работающего "на отражение", при ДРС с информационной емкостью 32;32=1024 элемента в режиме многократного воспроизведения изображения.
На рис. 2.15 приведена зависимость глубины модуляции света mІ от амплитуды управляющих (возбуждающих) односторонних видеоимпульсов UУ     с длительностью ;И=10 мс и периодом следования ТИ=100 мс. Максимальное значение mІ=0,98 получено при UУ       =45 В.
На рис. 2.16, а  изображены зависимости задержки реагирования ;ЗР, время реакции ;Р и релаксации ;рл от величины амплитуды Uу(кривые 1, 2 и 3 соответственно). Видно, что с увеличением амплитуды управляющих односторонних видеоимпульсов уменьшаются перечисляемые временные параметры, т.е. быстродействие ЖК ЭУТ улучшается. Так, для Uу=90 В они составляют: ;зр=0,75 мс, ;р=1,25 мс и ;рл=72 мс.
На рис. 2.16, б  поданы зависимости ;РЛ от длительности управляющих видеоимпульсов ;и при mІ=0,98 и Uу=60, 70 и 90 В (кривые 1, 2 и 3 соответственно). Уменьшение ;И ниже величины;зр +;р при заданном Uу приводило к резкому спаду mІ, обусловленному неполным включением ДРС в ЖК. Минимальное значение ;рл=26 мс достигались при ;и=2 мс и Uу=90 В.
Для дальнейшего уменьшения ;РЛ на общий сплошной электрод ЖК ЭУТ подавались вслед за виеоимпульсами возбуждения радиоимпульсы стирания (гашения ДРС) с частотой заполнения 50 кГц ;117;. На рис 2.16, в. приведены зависимости ;РЛ от амплитуды радиоимпульсов стирания UСТ при Uу=60 В и ;и=4,5 мс    (кривая 1), при Uу=80 В  и  ;И=2,5 мс (кривая 2) и при Uу=90 В и ;и=2 мс (кривая 3). Минимальное значение ;рл=7 мс достигалось при UСТ=110 В. Изменение    частоты  заполнения  радиоимпульсов  стирания  в  диапазоне 10;100 кГц не влияло на ;рл.

 
 
           С целью уменьшения ;зд в промежутке между импульсами стирания и возбуждения на общий электрод ЖК ЭУТ подавались импульсные сигналы подготовки записи, амплитуда которых Un была близка к порогу срабатывания ЖК ячеек. Полярность сигналов подготовки выбиралась такой, чтобы компенсировать постоянную составляющую видеоимпульсов возбуждения, так как протекание постоянного тока через ЖК ЭУТ сокращает срок его службы. На рис. 2.16, г. показаны зависимости ;зр от Un при Uу=90 и 60 В (кривые 1 и 2 соответственно). В первом случае изменение Un от 0 до 14 В сокращало задержку реагирования ЖК ячейки в 7,5 раза. Эпюры всех управляющих импульсных сигналов (возбуждения, стирания и подготовки) приведены на рис. 2.17. В результате достигнута скорость ввода информации до 1,18;105 бит/с при контрасте оптического изображения не менее 50:1. 
Достоинствами мозаичного амплитудного ЖК ЭУТ являются достаточно хорошее качество изображения при высоком контрасте и относительно малых потерях считывающего света при достаточной надежности. Поэтому данный ЭУТ был использован для записи информации в двоичной форме на голограммы. Он может также применяться в качестве плоского экрана в устройствах отображения и обработки информации.
Недостатками описанного ЭУТ есть низкое быстродействие, относительно высокое управляющее напряжение, низкая плотность разрешаемых элементов и недостаточная технологичность. Как уже отмечалось, низкое быстродействие определяется свойствами ЖК ЭУТ можно все же получить лучшие временные параметры и оптический контроль по сравнению с матричными ЖК ЭУТ при всех прочих равных условиях.

2.2.3 Мозаичный амплитудный жидкокристаллический электронно-управляемый транспарант, динамически рассеивающий свет

Мозаичный амплитудный ЖК ЭУТ, работающий на отражение с использованием ДРС, описан в ;32;. Схема этого ЭнУТ представлена на рис. 2.18. 
 
Рис.2.18. Схема электронно управляемого транспаранта, работающего
 "на отражение" с динамическим рассеиванием света: 1-9 – тоже, что и на рис.1.6; 10 – зеркальные площадки мозаичных электродов
 
Здесь мозаичный ЖК ЭУТ площадью 3,75 см2 установлен вместо экрана электронно-лучевой трубки 7. В нем слой ЖК 1 типа АПАПА, толщиной 10 мкм, помещен между сплошным прозрачным электродом 2, нанесенным на стеклянную пластину 3, и мозаичным электродом, выполненным в виде стеклянной пластины 5, в которую введены проволочки 6 диаметром 25 мкм на расстоянии 100 мкм друг от друга, с зеркальными хромовыми площадками 10, напыленными на  торцы  проволочек со стороны слоя ЖК. Сплошной прозрачный электрод 2 соединен с анодом ЭЛТ 7. На ее прожектор 8 подается напряжение Uвв=20-25 кВ, обеспечивающее формулирование электронного луча 9. Отклоняющей системой ЭЛТ обеспечиваются сканирование луча по заданному закону. При этом электронный луч под действием моделирующего напряжения Uм, обегая внешнюю поверхность стекло-металлизированной пластины 5, коммутирует поочередно проволочные электроды мозаики, подключая тем самым управляющее напряжение к элементарным участкам слоя ЖК 1 и вызывая перед зеркальными площадками 10 ДРС. Для считывания записанной информации ЖК ЭнУТ освещается со стороны сплошного прозрачного электрода световым потоком Івх. Последний отражается от хромовых площадок мозаичного электрода 5 не затемненных ДРС. На участке скоммутированным электронным лучом вследствие ДРС интенсивность отраженного светового потока Івых будет меньше. При этом достигнут коэффициент контрастности 7,5 при общем числе разрешающих элементов 150-175 на всей площади мозаичного амплитудного ЖК ЭнУТ. Электронная коммутация обеспечивает малое время включения управляющего напряжения к слою ЖК порядка 0,1-1 мкс. Однако время релаксации ЖК ЭнУТ по-прежнему определялось инерционностью ЖК и составляло 1-100 мс.
Описанный мозаичный амплитудный ЖК ЭнУТ использовался для формирования стационарных и движущихся телевизионных изображений. Однако, при общей тенденции отказа от использования высоковольтных систем в технике обработки информации и особенно ее отображения перспективность использования электронного управления в ЖК УТ невысока. 
2.2.4 Матричный    амплитудный  жидкокристалличекий электрически управляемый транспарант, динамически рассеивающий свет

Матричный амплитудный ЖК ЭУТ, работающий на основе использования эффекта ДРС, разрабатывался и исследовался в ;72;.
По своему устройству он представляет собой заполненную ЖК ячейку с двумя системами полосовых  ортогональных  прозрачных электродов 1 и 2 (рис. 1.5). Области перекрытия этих электродов 5 являются дискретными элементами, из которых под действием электрического поля формируется картина пространственно-временной модуляции светового потока. Управляющее напряжение, подаваемое на два ортогональных электрода, устанавливается достаточным для возбуждения в промежутке перекрытия этих электродов, эффекта ДРС, вызывающего изменение амплитуды светового поля на выходе. Формат ЖК ЭУТ берется прямоугольным.
Упрощенная схема управления матричным амплитудным ЖК ЭУТ представлена на рис.2.19. Здесь эквивалентная схема дискретного элемента изображена в виде параллельного соединения резистора RЖК и емкости СЖК. Для подключения источника управляющего напряжения Uу к дискретным полосовым прозрачным горизонтальным (строчкам) 1 и вертикальным (столбцовым) 2 электродам используется две линейки электронных ключей по столбцам КВ(1;m) и по строкам КГ(1;n). При этом в каждом дискретном элементе ДРС может включаться отдельно от других элементов или же элементы могут быть включены все вместе. Например, при подключении управляющего напряжения Uу с помощью ключей КГ2 и КВ2 на одну строку 2 и один столбец 2 источник возбуждения будет присоединен к выбранному элементу 22 и через его цепочку RЖКСЖК потечет ток, вызывающий ДРС, т.е. элемент 22 будет включен, что является целью такой коммутации. Однако, одновременно с этим источник возбуждения окажется параллельно присоединенным ко всем другим элементам матрицы, включенным между собой последовательно, и по ним потекут паразитные токи. Один из таких токов потечет по цепи +Uу, КВ2, элементы 21,11,12, КГ2, -Uу. При этом в группе элементов полувыбранных, т.е. "подсоединенных" к электродам запитанных строки и столбца (на рис. 2.19 элементы 12,21,23,32) величина паразитного тока будет значительно больше чем в невыбранных элементах не имеющих непосредственной связи с источником (на рис. 2.19 элементы 11,13,31,33).  Это обусловлено тем, что через полувыбранный элемент в столбце (или строке) будут пропускать токи всех невыбранных в его строке (или столбце) элементов.
В результате падения напряжения на полувыбранных элементах UПВ будет также много больше, чем на невыбранных. Причем величина этого напряжения зависит от числа столбцов и строк. При m=n>10 напряжение UПВ;0,5Uу. Для достижения требуемого контраста на элемент матрицы подается напряжение, превышающее двойное пороговое напряжение возбуждения ДРС, т.е. Uу; UДРС. При этом UПВ оказывается больше UДРС, а следовательно, будут возбуждены не только выбранные элементы, но и все полувыбранные в выбранных строке и столбце. На выходной плоскости так записанного матричного ЖК ЭУТ будет наблюдаться крест с более ярким элементом в центре. Это явление носит название кросс-эффекта или эффекта "креста". Оно обусловлено высоким внутренним сопротивлением ЖК элементов, которое способствует возникновению сильных внутренних связей между элементами матрицы.
Эффект "креста" снижает разрешение и контраст формируемых изображений. Конечно, для устранения креста можно снизить Uу до величины, при которой Uу; UДРС. Однако, это снижает контраст выбранного элемента по отношению к невыбранному. Второй способ устранения креста состоит в выборе ЖК материала с крутой вольт-контрастной характеристикой, но это вопрос не схемного решения.
Повысить контраст можно, использовав смешанный режим питания. Его возможность основана на том, что пороговое напряжение возникновения ДРС при питании переменным напряжением возрастает с увеличением частоты. Это особенно резко проявляется в области критической частоты (fкр=300-3000 Гц ),
 
 
         которая обратно пропорциональна электропроводности и не зависит от толщины слоя ЖК. При f>fкр наблюдается рост UДРС;  и толщине слоя.
Различают два режима управления в зависимости от частоты. При f<fкр имеет место режим проводимости, а при f>fкр – диэлектрический режим.
В последнем режиме подача переменного напряжения на элемент матрицы приводит к повышению ориентационной устойчивости и упругости слоя ЖК, повышая пороговое напряжение возникновения ДРС, а также и снижая время релаксации с сотен до единиц миллисекунд. При этом повышается крутизна вольт-контрастной характеристики, что приводит к повышению контраста и разрешения при отсутствии эффекта "креста".
Схема управления матричным ЖК ЭУТ в смешанном режиме представлена на рис. 2.20. Управляющее рабочее напряжение Uу вызывающее на выбранном элементе ДРС получается путем суммирования постоянных напряжений U= от двух источников в результате, их подключения соответствующими ключами Кг и Кв на выбранные строки и столбцы, т.е. Uу=2U=. Кроме того, параллельно источникам постоянного напряжения на все электроды через резисторы R подается переменное напряжение U . Величина переменного напряжения на конкретном элементе матрицы зависит от того, в каком состоянии находятся ключи, подключающие строку и столбец этого элемента к источникам постоянного тока. Значение R подбирается таким, чтобы оно было меньше сопротивления разомкнутого ключа, но больше замкнутого.
При этом к выбранному элементу подключено Uу=2U=, а переменное близко к нулю. К полувыбранному подано ;U=+U;. Последнее обеспечивает исключение эффекта "креста". Невыбранные элементы запитаны практически только переменным напряжением U;, постоянное близко к нулю.
Рассмотренные выше два простейших варианта управления матричным ЖК ЭУТ позволили уяснить фундаментальные особенности этого управления. Дальнейшее совершенствование матричных ЖК ЭУТ привело к отказу от питания их постоянными напряжениями. Это прежде всего обусловлено
 
 
электролизом в ЖК, приводящим к его разложению и к снижению сроку службы ЖК ЭУТ. Кроме того, все ЖК ЭУТ включаемые в системы обработки и отображения информации всегда будут сопрягаться с вычислительными машинами, для которых естественным является импульсный режим работы.
Импульсное управление матричным ЖК ЭУТ может осуществляться поэлементно или построчно. При поэлементном управлении каждый элемент возбуждается один раз в течение кадра. В случае построчного управления информация записывается в регистр с числом ячеек памяти, равным числу элементов в строке. При заполнении регистра все записанные сигналы подаются парал
лельно через электроды столбцов в элементы соответствующей строки матрицы. При этом каждая строка включается один раз в течение кадра.
Построчный способ управления матричным ЖК ЭУТ позволяет увеличить время возбуждения одного элемента. Однако использование такого способа приводит к усложнению схемы управления.


2.3 Амплитудные жидкокристаллические управляемые транспаранты, выключающие рассеяние света при переходе из холестерической фазы в нематическую

2.3.1 Метод амплитудной модуляции света, основанный на электро-оптическом эффекте при переходе холестерик-нематик

Этот метод амплитудной модуляции основан на выключении рассеяния света в слое ЖК при его переходе из холестерической фазы в нематическую, под воздействием приложенного электрического поля. Эффект выключения рассеяния обусловлен тем, что в исходной холестерической фазе слой ЖК имеет мутную конфокальную текстуру непрозрачную, а в нематической – текстура будет гомеотропная прозрачная ;3,8,21-23,174,175;.
Данный электрооптический эффект имеет место в ЖК с положительной анизотропией диэлектрической проницаемости ;;, в которых длинные оси молекул ориентируются вдоль электрического поля.
В зависимости от исходной ориентации оси холестерической спирали относительно направления поля возможны два варианта динамики процесса фазового перехода ХЖК-НЖК.
Электрическое управляющее поле в ячейках ЖК УТ всегда перпендикулярно слою. Поэтому более простым является вариант, когда в исходном состоянии ось спирали ХЖК 3 лежит в плоскости его слоя (рис. 2.21,а). Это имеет место при исходной гомеотропной (перпендикулярной) к плоскости электрода ориентации первых ближайших рядов молекул 1. Такая ориентация обеспечивается напылением на прозрачные электроды тонкого ориентирующего слоя.
Если перпендикулярно к слою такого ХЖК приложено переменное электрическое поле с частотой 50-1000 Гц и амплитудой Е, превышающей некоторое пороговое значение ЕХ;Н, то холестерическая спираль раскручивается и молекулы ЖК 4 переориентируются вдоль направления поля, т.е. гомеотропно к подложке (рис. 2.21, б).
Второй вариант динамики фазового перехода ХЖК-НЖК более сложный. Он имеет место, когда в исходном состоянии ось спирали отдельных участков слоя ХЖК наклонна или перпендикулярна плоскости его слоя. Это будет при исходной конфокальной текстуре.
При подаче на такой слой ХЖК перпендикулярно его плоскости электрического поля, превышающего пороговое значение, вначале возникает периодическая неустойчивость в виде сетки, затем ось холестерической спирали поворачивается, занимая положение перпендикулярное полю, и после чего происходит раскрутка спирали. На реализацию всего этого процесса требуются большие значения электрического поля, чем в предыдущем случае, когда ось спирали лежала в плоскости слоя. Поэтому в ЖК УТ предпочтительным является первый вариант динамики перехода ХЖК-НЖК.

 
          После снятия управляющего напряжения фазовый переход НЖК-ХЖК совершается в обратном порядке. Слой ЖК вновь будет непрозрачен вследствие рассеяния в нем света. Рассмотренный эффект может быть получен как при использовании переменного, так и постоянного управляемого напряжения. В последнем случае выше контраст, однако применение переменного напряжения делает эффект более четким.      
Пороговая напряженность электрического поля перехода ХЖК-НЖК
                ЕХ;Н=;2/Р0; ,                (2.1)
где Р0 – шаг спирали ХЖК,  22 – коэффициент упругости кручения.
В ;202; приведены типовые значения ЕХ;Н=1,5;2,5 В/мкм. Практически раскручивание спирали электрическим полем наблюдается в ХЖК с достаточно большим шагом ее ;11,12;.
Время полной раскрутки спирали (время реакции) [11, 13,23]
 ,                (2.2)
а время свободной релаксации
 ,                (2.3)
где  ; - коэффициент вязкости.
Из (2.2) видно, что время реакции ;р;1/Е2.
Такая зависимость характерна для эффектов в ЖК, обусловленных связью поля с диэлектрической анизотропией.
Время релаксации определяется шагом спирали Р0, если толщина слоя ЖК d>>P0, или толщиной d, если d<< P0. Для ХЖК  P0 =1мкм наблюдались времена реакции и релаксации порядка 50 мкс [23]. В разработанных ЖК ЭУТ они составляли 30-50 мс [72].
Рабочая смесь ЖК, используемая для реализации эффекта фазового перехода ХЖК-НЖК, должна состоять из нематической основы, обеспечивающей широкий диапазон рабочих температур, низкую вязкость и большую диэлектрическую анизотропию, необходимых для высокого быстродействия, и активной хиральной добавки, ответственной за холестерические свойства смеси (шаг спирали) [202].
Зависимость коэффициента пропускания Т от приложенного к слою ЖК переменного управляющего напряжения Uy. Вольт контрастная характеристика эффекта фазового перехода ХЖК-НЖК имеет почти прямоугольную, но гистерезисную форму (рис. 2.22). Такая форма ВКХ обусловлена тем, что приповерхностный слой гомеотропно ориентированных молекул ЖК не имеет дефектов, а в основном объеме слоя под действием достаточно высокого электрического поля исчезают все зародыши холестерической фазы, которые служат центрами образования конфокальных текстур. Поэтому при некотором уменьшении управляющего напряжения ниже порога перехода ХЖК-НЖК Uх;н  сохраняется гомеотропная нематическая текстура и слой остается прозрачным, но при дальнейшем уменьшении Uу до порога перехода НЖК-ХЖК Uн;х  возникает конфокальная холестерическая текстура и слой мутнеет. Величина Uн;х сильно зависит от толщины слоя и состава смеси ЖК. Напряжение просветления при слое d=20 мкм было Uх;н = 50 В, а напряжение обратного помутнения Uн;х = 35В.
Ширина петли гистерезиса, т.е. разность между Uх;н и Uн;х, зависит от амплитуды и длительности просветляющего управляющего напряжения, превышающего Uх;н, а также от температуры.
Эффект выключения рассеяния света при фазовом переходе ХЖК-НЖК обладает широкой индикатрисой рассеяния [24, 25]. При этом сохраняется достаточный контраст в пределах углов наблюдения ;40;, отсчитанных от нормали к поверхности слоя ЖК.
Графики зависимости времени удержания ЖК в нематическом состоянии после снятия управляющего напряжения от напряжения смещения приведены на рис. 2.23.
;
;
2.3.2 Матричный амплитудный жидкокристаллический электрически управляемый транспарант на эффекте перехода холестерик-нематик

Эффект выключения рассеяния света при фазовом переходе ХЖК-НЖК был использован в матричных амплитудных ЖК ЭУТ [202, 242] .
Релейный характер зависимости коэффициента пропускания от переменного управляющего напряжения (рис. 2.22, кривая 1) при большой ее крутизне в области перехода ХЖК-НЖК позволил исключить в матричном ЖК ЭУТ эффект "креста", поскольку на полувыбранных элементах матрицы напряжение Uпв  было ниже порогового Uх;н.
Наличие у этой зависимости двух ветвей 1 и 2 (рис.2.22) позволило увеличить время удержания ЖК элемента в просветленном состоянии при импульсном возбуждении. Для чего, после снятия радиоимпульсного напряжения Uу на элемент матрицы подавалось переменное напряжение смещения Uсм той же частоты, что и Uу, меньшее порогового Uх;н, но большее порогового Uн;х, т.е. Uн;х < Uy <Ux;н. Это обеспечивало удержание слоя ЖК в нематическом гомеотропном, т.е. прозрачном состоянии. Изменяя Uсм в пределах от Uн;х до Uх;н можно в широких пределах регулировать время удержания ;уд элемента ЖК в нематическом прозрачном состоянии (рис.2.21б) при выключенном рассеянии. Наличие такой памяти позволило воспроизводить на выходе ЖК ЭУТ изображение без мельканий при большом числе строк N=;уд/;р и низкой частоте смены кадров, так как ;уд;Тк, где Тк=N;;зст – время записи кадра, ;зст – время записи строки.
Изложенные особенности управления элементом ЖК ЭУТ, работающим на основе использования эффекта выключения рассеяния света при осуществлении фазового перехода ХЖК-НЖК под действием электрического поля были реализованы в матричном экране. Устройство его ЖК ячейки подобно устройству описанной выше ячейки матричного амплитудного ЖК ЭУТ динамически рассеивающего свет. Структурная схема управления матричным ЖК экраном, работающим на переходе ХЖК-НЖК, приведена на рис.2.24. При его работе кодированные в двоичной форме импульсные сигналы, несущие данные о характере формируемого на экране изображения, от источника информации 1 поступают на сдвигающий регистр 2 и записываются в нем. Все каскады этого регистра через свои выходные ключи 3 соединены с соответствующими строчными электродами 4 экрана 5. Ортогональные или столбцовые электроды 6 через свои ключи 7 соединены с тактирующим устройством 8, выполненном на реверсивном счетчике, который запускается от источника информации 1. За каждый такт воспроизведения информации выбирается один столбец и все строки. Причем для перевода элемента матрицы в прозрачное состояние, что соответствует отображению информационной единицы "1", с ключей выбранных строки и столбца передаются такие напряжения, которые в результате алгебраического суммирования на сопротивление ЖК элемента сформировали бы управляющее переменное падение напряжения на нем с амплитудой в 3 раза превышающей напряжение смещения Uсм, т.е. Uу=3Uсм. На все элементы матрицы, которые должны находится в рассеивающем состоянии (отображение информационного нуля "0"), с ключей как выбранных так и не выбранных столбцов и строк подаются такие напряжения, чтобы на сопротивлениях этих элементов падало переменное напряжение равное Uсм. При выключении с выбранного элемента управляющего напряжения Uу, соответствующего информационной единице "1", на нем устанавливается напряжение Uсм и этот элемент переводится в режим запоминания. Для стирания записанной "1" напряжение смещения выключается и элемент переводится в рассеивающее состояние.
Такой режим управления матричным экраном позволяет поддерживать как прозрачное, так и рассеивающее состояние элемента матрицы одним и тем же напряжением смещения, несколько меньшим порогового. Величина отношения Uу/ Uсм может изменятся. Так в ;98; описана работа устройства управления такого экрана в режиме Uу/ Uсм=2.
   
 
           Описанный в ;72; матричный амплитудный ЖК ЭУТ был практически использован в качестве экрана буквенно-цифрового устройства отображения. Экран имел следующие параметры: число строк – 28, число столбцов – 125, число элементов – 3500, управляющее напряжение биполярное, прямолинейной формы, с частотой 40 Гц и амплитудой 105 В, напряжение смещения 35 В; ширина электродов строк и столбцов – 0,85 мм, зазор между ними – 0,15 мм, размеры экрана - 36;148 мм2. На экране для формирования одного элемента использовалось 35 элементов, что позволило воспроизводить 100 различных символов. Время записи каждой строки составило до 75 мс, а кадра, соответственно, - 2,1 с. После снятия напряжения смещения изображения исчезало через 50 мс. Мелькание изображения не наблюдалось даже при снижении скорости обновления информации до одного кадра за 5 с ;248;. 
Матричный амплитудный ЖК ЭУТ на эффекте перехода ХЖК-НЖК с информационной скоростью 56;160 элементов обеспечивал запись кадра за 730 мс ;255;. В ;96; подобный ЭУТ емкостью 128;128 элементов использовался для формирования массива данных при их записи на голограмму. Время цикла записи и стирания массива 1 с.
2.3.3 Матричный жидкокристаллический экран, работающий на переходе      холестерик-нематик в инверсном режиме

Выше отмечалось, что матричные амплитудные ЖК ЭУТ могут использоваться в устройствах отображения в качестве экранов. В ;202; описывается и исследуется матричный ЖК экран, работающий также на основе использования эффекта фазового перехода ХЖК-НЖК в инверсном режиме управления. Он предназначается для отображения больших объемов медленно меняющейся информации. В его рабочей смеси ЖК использовались нематическая основа из класса цианбефинилов и гептилцианфенилового эфира коричной кислоты (ЖК-537). Температурный диапазон ее мезофазы от –0,5 до +80;С, анизотропия диэлектрической проницаемости положительна и равна 14,5. Активной хиральной добавкой в рабочей смесмеси ЖК был взят холестерил нонаноат, при его концентрации в ней 10-13%. Для обеспечения гомеотропной ориентации молекул вблизи поверхности полосовых электродов матричного экрана, на них осаждением в вакууме из тлеющего разряда наносилась тонкая пленка полифторэтилена. Толщина слоя ЖК была примерно 20 мкм. Число элементов N0=128;128 при полезных размерах экрана 80;80 мм2. Управляющее напряжение Uу=120 В. Напряжение смещения Uсм=30 В, время записи строки составляло 25 мс, коэффициент контрастности в начале кадра К=10, а в конце – не менее 7.
Проведенные в [202] исследования эффекта фазового перехода ХЖК-НЖК в диапазоне частот управляющих напряжений показали, что на низких частотах (50;100 Гц) может быть получен достаточно высокий контраст. Он обусловлен тем, что на низких частотах при Uсм; Uх;н в рабочей смеси НЖК+ХЖК наряду с рассеянием на конфокальный текстуре имеет место ДРС, так как его пороговое напряжение Uдрс оказывается несколько меньше порогового напряжения фазового перехода ХЖК-НЖК Uх;н ;202;. Наличие ДРС обусловлено ионными токами в слое ЖК. На низких частотах время разряда ионов на электродах сравнимо с полупериодом управляющего напряжения, что приводит к электрическому разложению ЖК и существенному уменьшению его срока службы до 100 часов. Чтобы предотвратить разложение ЖК необходимо либо уменьшить скорость дрейфа ионов в электрическом поле, либо сократить длительность их пребывания в поле одного знака. Первое достигается снижением управляющего напряжения, но при этом резко ухудшается быстродействие. Предпочтительно второе, для чего необходимо увеличить частоту управляющего напряжения.
На частотах 200-300 Гц и выше пороговое напряжение эффекта фазового перехода ХЖК-НЖК и рассеяние при напряжении смещения определяется исключительно рассеянием на конфокальной текстуре, в результате чего контраст изображения падает в несколько раз, но достигается увеличение срока службы. Так на частоте 1 кГц он составлял 2000 часов.
Матричный ЖК экран ;202; был исследован в диапазоне температур от 10 до 60 ;С. При этом пороговое напряжение Uх;н изменялось от 45 до 38 В, ширина петли гистерезиса ВКХ от 25 до 22 В, наименьшее напряжение смещения от 35 до 32 В.
Зависимость максимального за время кадра коэффициента контрастности К от температуры Т для минимального (1) и максимального (2) напряжения смещения в пределах ширины петли гистерезиса ВКХ показана на рис. 2.25. Видно, что при комнатной температуре (20;С) К в зависимости от увеличения Uсм в пределах петли гистерезиса изменялась от 30 до 17, а при Т=60;С – от 12 до 7.
На рис. 2.26. представлена зависимость длительности импульса записи строки ;зст, обеспечивающий устойчивую работу экрана в матричном режиме, от температуры Т. В диапазоне температур от 20 до 60;С ;зап уменьшилась от 25 до 5 мс.
В отличие от ;72; в ;202; применен инверсный  режим управления по способу записи информации. При его реализации перед записью нового кадра стирается изображение, записанное в предыдущем кадре. Для этого на все элементы ЖК матричного экрана подается импульсное просветляющее управляющее напряжение стирания Uу=3 Uсм на частоте 1 кГц, обеспечивающее их перевод в нематическое прозрачное состояние. Затем сразу же включается напряжение смещения Uсм; Uх;н и нематическое прозрачное состояние поддерживается в течение всего кадра. Для записи информационной единицы "1" на электроды столбца и строки выбранного элемента подаются синфазные управляющие напряжения одинаковой амплитуды. При этом разность потенциалов на выбранном элементе будет равна нулю и он переходит в рассеивающее состояние с конфокальной текстурой. Записанная "1" при подсвете экрана с противоположной стороны выглядит темной точкой на светлом фоне.

;
 
       "Инверсный" режим управления позволяет повысить контраст, обеспечить формирование подвижного изображения, устранить влияние нестабильности питающего напряжения и неравномерности толщины слоя ЖК. Повышение контраста при этом режиме обусловлено тем, что отношение коэффициентов пропускания невыбранного элемента при Uу= Uсм и выбранного при Uу=0 больше, чем в случае поддерживания прозрачного и рассеивающего состояний элементов матрицы одним и тем же напряжением смещения по описанному способу записи.
Для улучшения электрофизических параметров слоя ЖК, работающего матричного экрана на переходе ХЖК-НЖК, можно увеличивать в его рабочей смеси концентрацию холестерил нонаноата. Это приводит к уменьшению шага холестерической спирали Р, следствием чего является увеличение коэффициента контрастности К, уменьшения времени реакции ;р и релаксации ;рл, а также увеличения времени удержания ;уд. Так при увеличении концентрации холестерил нонаноата с 10 до 13% временные параметры уменьшились ;р – с 45 до 35 мс, ;рл – с 35 до 25 мс, а ;уд  увеличилось с 35 до 40 с ;202;. Все это положительно, так как можно записывать без мерцаний более 1000 строк.
Однако увеличение концентрации холестерической компоненты имеет и отрицательную сторону. Как отмечалось, шаг спирали Р при этом уменьшается, что как следует из (2.1) приводит к увеличению напряженности порогового электрического поля (при указанных концентрациях с 1,4 до 2 В/мкм), а следовательно, и к увеличению порогового управляющего напряжения просветления. Последнее усложняет схему устройства управления матричным ЖК экраном, в котором используется эффект перехода ХЖК-НЖК, что является недостатком.
;
2.4 Амплитудные жидкокристаллические термооптически
 управляемые транспаранты,   рассеивающие свет

2.4.1 Метод амплитудной модуляции света, основанный на термооптическом эффекте при фазовом переходе жидкий кристалл – изотропная жидкость – жидкий кристалл

Этот метод амплитудной модуляции света, основан на включении рассеяния света ;193; при быстром охлаждении ранее разогретой области слоя ЖК под действием инфракрасного излучения ;106-108,129,132,136-138,148,149;. В исходном состоянии тонкие слои некоторых ХЖК и СЖК с добавкой упорядочивающих примесей (силонов) в межфазах прозрачны. Нагрев ЖК переводит его в изотропную жидкость (ИЖ) с разупорядоченным расположением молекул. Последующее затем охлаждение приводит вещество в жидкокристаллическое состояние, что в свою очередь приводит к фиксированию этой разупорядоченности. При этом образуется сильно рассеивающая текстура. Такое непрозрачное состояние сохраняется достаточно долго, т.е. обладает памятью. Для выключения рассеяния необходимо упорядочить молекулы, что осуществляется воздействием электрического переменного поля (для СЖК с одновременным подогревом).
Метод амплитудной модуляции света, основанный на термооптическом эффекте ;84,220; при фазовом переходе ЖК-ИЖ-ЖК, может быть также реализован в НЖК. Однако, здесь имеет место выключение рассеяния. Для этого слой НЖК прозрачный в исходном состоянии под действием электрического поля, превышающего пороговое, переводится в режим ДРС и становится непрозрачным. Локальный нагрев поверхности ячейки НЖК лучом инфракрасного лазера переводит его в изотропную жидкость. ДРС исчезает. Ячейка в локальной области нагрева прозрачна. Как отмечалось в ;126; для реализации этого метода использовалась обычная ЖК ячейка (рис.1.3) с толщиной слоя
10-50 мкм, заполненная НЖК типа МББА. Пороговая чувствительность при этом составляла 0,3 Дж/см2, а постоянная времени 0,8 с. Для включения рассеяния достаточно убрать нагрев. Термооптический эффект  НЖК памятью не обладает.
2.4.2 Амплитудный жидкокристаллический термооптически управляемый транспарант, рассеивающий свет на холестерике

Термооптический эффект в ХЖК был использован для амплитудной пространственно-временной модуляции света в амплитудном ЖК УТ при последовательном способе записи инфракрасным лучом ;84,220;.
По своему устройству ЖК термооптически управляемый транспарант(ТОУТ) представляет простейшую ячейку, изображенную на рис. 1.3. Отличается только молекулярная текстура слоя ЖК. Однако, один из прозрачных электродов 2 в ТОУТ наряду с выполнением своих прямых функций играет роль термоуправляемого слоя, подводящего тепло к слою ЖК. Рассматриваемый транспарант может работать как "на проход", так и "на отражение".
К рабочей смеси ЖК предъявлялись следующие требования. Для облегчения процесса запоминания при записи шаг спирали ХЖК должен быть намного меньше толщины слоя ЖК, но больше, чем длина волны считывающего видимого света, с тем, чтобы не было селективного рассеяния последнего.
Для облегчения процесса стирания электрическим полем рабочая смесь должна иметь отрицательную анизотропию диэлектрической проницаемости. Этим требованиям отвечает рабочая смесь ЖК состоящая из 90% МББА и 10% холестерил-нонаноата. Толщина слоя ЖК составляла 14 мкм.
Процессы стирания, записи и считывания информации в ЖК ТОУТ иллюстрируются на рис.2.27. Для приведения ЖК ТОУТ в исходное состояние (а) на электроды его в течение 1 с подается переменное управляющее напряжение стирания Uст=40 В с частотой 1,5 кГц. Под действием этого напряжения молекулы ХЖК ориентируются гомогенно относительно электродов. При этом холестерические спирали нормальны к поверхности последних, и слой ХЖК прозрачен. Запись информации (б, рис.2.27) осуществляется инфракрасным (ИК) узконаправленным лучом лазера 5. Это излучение хорошо поглощается стеклом ограничивающих пластин 3 и проводящим слоем электрода 2 в локальной области воздействия луча лазера вызывает нагрев этой области. Тепло передается слою ЖК и приводит его часть, прилегающую к точке воздействия луча ИК, в изотропную жидкость 6. Ввиду малой теплопроводности слоя ЖК эта его часть локализируется. Молекулы в ней оказываются разупорядоченными. В дальнейшем ИК луч в соответствии с заданной пространственно-временной модулирующей функцией перемещается дальше по поверхности ЖК ТОУТ или выключается.
При этом локальная область слоя ЖК с изотропной жидкостью быстро остывает, сохраняя, как бы фиксируя, разупорядоченное состояние молекул. Это приводит к рассеянию света и область локального нагрева оказывается мутной. При считывании потоком Івх (в, рис.2.27) она рассеивает свет, тем самым обеспечивая пространственно-временную модуляцию считанного светового потока Івых. Для стирания на электроды подается стирающее напряжение и цикл повторяется.
В описанном ЖК ТОУТ было обеспечено разрешение 50 линий/мм при скорости записи 104 бит/с.

2.4.3 Амплитудный жидкокристаллический термооптически управляемый транспарант, рассеивающий свет на смектике

В смектическом ТОУТ использовалась та же ячейка, устройство которой изображено на рис. 1.3, отличие только в молекулярной текстуре смектического ЖК слоя. В качестве рабочей смеси здесь использовался смектик типа А (ЦБОА), т.е. N – (n - цианобензилиден)-n-н-октинанилин. Толщина слоя СЖК была 14 мкм. С помощью ориентирующей добавки (силана) был получен прозрачный  гомеотропный слой (рис. 2.28), в котором молекулы 1 перпендикулярны плоскостям электродов.
 
           Процессы записи и считывания такие же, как и у холестерического ТОУТ. Процесс стирания имеет свои особенности. Оно может осуществляться двумя способами: термическим и термоэлектричсеким.
При термическом стирании ИК луч медленно обегает поверхность смектического ТОУТ разогревается ЖК до изотропной жидкости. Затем обеспечивается охлаждение до смектической фазы с малой скоростью. Это приводит к возникновению первоначального упорядоченного прозрачного состояния, так как молекулы успевают выстроиться перпендикулярно плоскости электродов.
При термоэлектрическом способе стирания к электродам смектического ТОУТ прикладывается переменное напряжение стирания Uст=35 В с частотой 1,5 кГц. Это ускоряет процесс стирания.
В смектических ТОУТ можно осуществлять выборочное стирание. Это стало возможным благодаря тому, что в процессе стирания участвуют два поля тепловое и электрическое. Молекула СЖК по сравнению с ХЖК имеет более упорядоченную структуру. Она характеризуется значительной инерционностью и не реагирует на воздействие одного электрического поля ;73;. Молекулы СЖК поддаются воздействию электрического поля только при одновременном нагреве. В этом случае записывающий ИК луч с одновременно приложенным электрическим полем превращается в стирающий. Мощность излучения лазера была 4- 40 мВт. Полезная площадь записи  смектического  ТОУТ составляла 3;3 см2. Получено разрешение 50 линий/мм при скорости записи 104бит/с и контрасте 10. Информация на ТОУТ может храниться достаточно долго без ухудшения качества картины.
Плотность и скорость записи информации на смектических ТОУТ позволяют регистрировать на них инфракрасные голограммы.
;
 
                2.5 Амплитудные   жидкокристаллические   управляемые
транспаранты, рассеивающие свет, с оптической памятью

2.5.1 Метод амплитудной модуляции света, основанный на рассеянии света с оптической памятью 

Этот метод амплитудной модуляции основан на сохранении рассеяния света после выключения управляющего напряжения, вызывающего ДРС, в течение длительного промежутка времени (до нескольких суток). Это уже нединамическое рассеяние света. Оно обусловлено наличием зафиксированной конфокальной текстуры, получившейся после действия тока, вызвавшего ДРС ;21,22,212,217;.
Рассеяние света (РС) с оптической памятью (ОП) наблюдается в смесях холестерических (10%) и нематических (90%) ЖК. Последние должны быть с отрицательной анизотропией диэлектрической проницаемости, а первые – иметь достаточно большой шаг холестерической спирали.
В исходном состоянии тонкий слой ЖК с такой рабочей смесью имеет планарную холестерическую текстуру, оси спиралей которой перпендикулярны электродам, и практически прозрачен (рис.2.29, а), несколько уступая по прозрачности чистому НЖК.
Подключение к этому слою постоянного или низкочастотного электрического управляющего поля, превышающего порог ДРС, вызывает ионный ток и вихревое движение молекул ЖК. Последнее приводит к перестройке планарной холестерической текстуры в конфокальную. При этом оси спиралей разворачиваются и оказываются по-разному направлены в плоскостях, параллельных электродам. Под действием ионного тока все это находится в движении, вызывая сильное ДРС (рис.2.29, б).
Отключение управляющего напряжения прерывает ионный ток и прекращает такое движение. При этом конфокальная холестерическая текстура фиксируется, сохраняясь длительное время без затрат электроэнергии, сильно рассеивая свет (рис.2.29, в).
 
Таким образом,  РС с ОП проявляется как обычное ДРС, которое после выключения вызвавшего его напряжения, сразу не снимается. С течением времени самопроизвольные повороты осей холестерических спиралей до исходного положения перпендикулярного электродам могут постепенно восстанавливать прозрачность слоя ЖК.
Для принудительного выключения РС с ОП на слой ЖК подается стирающее напряжение относительно высокой частоты. Она должна превышать критическое значение, т.е. быть такой, чтобы ионы в ЖК за время каждого полупериода перемещались незначительно. При этом возмущающее действие тока недостаточно и электрогидродинамическая неустойчивость не возникает. В то же время напряженность электрического поля должна превышать пороговое значение, которое достаточно для поворота молекул, а следовательно, и осей холестерических спиралей до нормального положения, что восстанавливает планарную холестерическую прозрачную текстуру (рис.2.29, г).
Величина пороговой напряженности высокочастотного электрического поля Еп, вызывающего просветления, зависит от состава смеси. Она
                Еп;1/ ,                (2.4)
где Р – шаг спирали, d – толщина слоя. В проводимых исследованиях Еп=1,5-2 В/мкм. Она не должна превышать порога электрогидродинамической неустойчивости на высоких частотах ;211;.
Критическая частота стирающего поля fкр  пропорциональна средней электропроводности смеси ЖК (рис.2.30).
Время реакции ;р на возбуждение ДРС при записи с увеличением управляющего низкочастотного напряжения уменьшается и может быть меньше 1 мс при Uунч=100 В ;22;. Однако, для того, чтобы после отключения записывающего напряжения оптическая память была долговременной необходимо длительность воздействия напряжения записи ;з довести до 30-100 мс.
Время самопроизвольной релаксации ;рл рассеяния света на конфокальной текстуре определяет допустимое время удержания ;уд во включенном со-
 
 
стоянии, т.е. время оптической памяти ;п. Это время увеличивается при повышении содержания ХЖК в смеси и экспоненциально растет при увеличении отношения толщины слоя d к шагу холестерической спирали Р. Так при увеличении d/Р0 от 2 до 15 величина ;п удлиняется от одной минуты до нескольких десятков дней.
Коэффициент контрастности К изменяется в процессе записи и в течении времени оптической записи. Максимального значения он достигает к концу времени записи ;з, а затем довольно быстро уменьшается после снятия напряжения возбуждения до установившегося значения, практически постоянного на все время памяти ;п (рис.2.31). Видно, что величина установившегося значения контраста растет при увеличении управляющего низкочастотного напряжения записи Uу.
Установившееся значение К по различным источникам изменяется в широких пределах от 10-30 ;72; до 102-103 ;22;.
Время стирания ;с уменьшается с увеличением стирающего высокочастотного напряжения Uст (рис. 2.32) и его частоты fст до 15 кГц. В дальнейшем при фиксированной величине Uст  значение ;с оставалось постоянным в диапазоне частот от 45 до 200 кГц. Конкретно, ;с=300-700 мс при fст=3 кГц и напряженности стирающего поля Ест=5В/мкм ;72;.
Описанный эффект при повторении циклов записи-стирания не имеет "усталости". Он может быть положен в основу работы ЖК УТ в которых требуется длительное хранение информации с корректировкой данных, т.е. в устройствах памяти.
 
ГЛАВА 3

ФАЗОВЫЕ   ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКИЕ УПРАВЛЯЕМЫЕ ТРАНСПАРАНТЫ, ДВУЛУЧЕПРЕЛОМЛЯЮЩИЕ СВЕТ

3.1  Принцип действия, методы и способы управления

Принцип действия фазовых ЖК УТ основан на управлении разностью фаз между колебаниями обыкновенного и необыкновенного лучей, возникающих при двулучепреломлении линейно-поляризованного когерентного света в анизотропном слое ЖК за счет изменения ориентации его молекул. От нее зависит показатель преломления и скорость распространения необыкновенного луча в ЖК, а следовательно, и его фазовая задержка.
Поскольку обыкновенный луч сохраняет поляризацию входного луча, а плоскости поляризации необыкновенного и обыкновенного лучей взаимно перпендикулярны, то, применив поляризационную селекцию (скрещенные поляроиды), можно выделить только необыкновенный луч, т.е. получить на выходе ЖК УТ световую волну, фаза которой задержана. Изменение фаз во времени осуществляется в точках поперечного сечения модулируемого светового потока в соответствии с модулирующей функцией. При этом когерентность промодулированного света сохраняется.   
Фазовые ЖК УТ, в которых реализован этот принцип, работают, используя методы, основанные на разновидностях эффекта Фредерикса, состоящего в изменении структуры ЖК во внешнем поле, в частности, электрическом. При этом осуществляется синхронная переориентация молекул, ранее сориентированных вдоль определенного направления в слое ЖК. Используются относительно небольшие электрические поля, меньше чем при эффекте ДРС, но превышающие определенный порог, выше которого управление ориентацией молекул ЖК осуществляется легко. Электрического тока через слой ЖК в этом случае нет, а поэтому все разновидности эффекта Фредерикса называют полевыми эффектами, так как они совершаются под действием только электрического поля.
В зависимости от исходной ориентации молекул на поверхности электродов ограничивающих слой ЖК различают три полевых ориентационных эффекта ;21;, положенных в основу методов фазовой модуляции. Эти эффекты условно обозначены первыми буквами следующих английских слов: splay (поперечный изгиб) – S-эффект; bend (продольный изгиб) – В-эффект; torsion (кручение) – Т-эффект; ;112;. Эти названия кратко отражают какую деформацию молекул ЖК вызывает при той или иной исходной ориентации электрическое поле. Последний из них – Т-эффект (не путать с твист-эффектом) менее подходит для экспериментального изучения, так как в этом случае поле вызывает оптическую двуосность слоя ЖК ;22;. Поэтому он пока не нашел применения в ЖК УТ.
В фазовых ЖК также как и в амплитудных локальное подключение управляющего поля осуществляется электрическим, электронным или оптическим способами.
При исследовании фазовых ЖК УТ индикация фазовой модуляции может осуществляться интерференционным или поляризационным способами.
Считывание записанной информации осуществляется только когерентным световым потоком.
Стирание информации осуществляется самопроизвольно после отключения управляющего напряжения или принудительно с помощью относительно высокочастотного напряжения.

3.2  Фазовые жидкокристаллические управляемые транспаранты, двулучепреломляющие свет при поперечном изгибе нематика

3.2.1 Метод фазовой модуляции света, основанный на управлении двухлучепреломлением при поперечном изгибе нематика

Этот метод фазовой модуляции света  основан на управлении двухлучепреломлением при поперечном изгибе НЖК с положительной диэлектрической анизотропией при исходной планарной текстуре с помощью электрического поля (S-эффект).
При такой исходной ориентации молекул ЖК в слое относительно плоскости прозрачного электрода (рис.3.1, а) нормальное падение света на эту плоскость будет также перпендикулярно оптической оси слоя ЖК. В этом случае без изменения поляризации в нем будет распространяться только свет, линейно поляризованый ортогонально или параллельно длинным осям молекул ЖК. Все другие поляризации по мере распространения света преобразуются к выше названным.
В случае, когда плоскость поляризации входного когерентного потока ортогональна оптической оси слоя ЖК, направленной вдоль длинных осей молекул планарной текстуры, свет распространяется как обыкновенный луч без поворота плоскости поляризации и фазовая модуляция отсутствует, так как показатель преломления обыкновенного луча не зависит от управляющего электрического поля.
Подавая на вход планарной ЖК ячейки (рис. 3.1а) когерентный свет,  линейно поляризованный  параллельно длинным осям молекул,  получают на выходе после скрещенного поляроида ортогональный поляризованный свет необыкновенного луча, сдвинутый по фазе относительно входного на величину
 , (3.1)
где   -длина волны падающего света;
   . – показатели преломления обыкновенного и необыкновенного лучей;
 -толщина слоя ЖК.
Величина ;Ф в слое ЖК с ;n =  nc - n0  = 0,3  при  ; = 0,6 мкм  и  d =10 и 16 мкм может  достигать 10; и 16 ; соответственно.
Таким образом, для получения фазовой задержки в слое ЖК, даже пока нерегулируемой, на его вход   нужно подать свет, линейно поляризованный параллельно длинным осям молекул. На входе ЖК ячейки поляризация будет
 
 
фиксированной, но развернутой на 90;, что необходимо учитывать при использовании фазовых ЖК УТ в оптических устройствах.
В фазовых ЖК УТ используются смеси ЖК,  температурный диапазон  Т2 –Т1 мезофазы которых лежат в области  комнатных температур, а показатель двулучепреломления ;n имеет достаточно большое значение: от 0,1 до 0,4. Так смесь метоксибензалиден-бутиланилин (МББА) имеет Т2 –Т1 =17 - 30;С и ;n=0,22, а смесь 41 – этоксибензиледен-4-амибензонитрил (ЭБАБН): 41- бутоксибензилиден –4-аминобенонитрил (ББАБН) =1:1 имеет  Т2 –Т1=90-50;С и
 ;n = 0,33. Наилучшим образом для фазовых  ЖК УТ подходит смесь МББА:ЭББАН=1:8 с Т2 –Т1 =34-15;С и ;n =0,20. Величины   ;n  даны для центральных участков указанного температурного диапазона.
При воздействии на планарный слой ЖК постоянным или переменным  электрическим полем длинные оси его молекул поворачиваются, стремясь сориентироваться по полю, и устанавливаются под некоторым углом ; по отношению к исходной ориентации (плоскости электрода, рис. 3.1б), за исключением молекул примыкающего к электродам тонкого пограничного слоя. Показатель двулучепреломления  ;n =n1-n0 уменьшается в связи с поворотом оптической индикатрисы, связанной со средним участком слоя ЖК. Разность фаз ;Ф между обыкновенным и необыкновенными лучами будет зависеть от толщины слоя d и угла поворота  молекул ;, отсчитанного от плоскости электрода  и рассчитывается по формуле [118] 
 , (3.2)
где z –координата вдоль направления распространения света.
Под действием электрического поля, превышающего порог, угол ; может изменяться в пределах от 0 до 90;. Зависимость максимального в слое угла ;m от управляющего напряжения Uу  для S–эффекта описывается выражением [22]:
 , (3.3)
где  ,

;11,;1 и ;11, ;1 – удельные проводимости и диэлектрические проницаемости вдоль длинных и коротких осей молекул ЖК соответственно;
; - частота управляющего напряжения;
  - критическая частота;
Us  - пороговое напряжение "S" – эффекта;
К11 и К33 – коэффициенты упругости поперечного и продольного изгиба НЖК.
Пороговое напряжение S- эффекта не зависит от толщины слоя, так как [118]
 . (3.4)
Типичное значение Us составляет 1-3 В. Частота управляющего напряжения лежит в пределах от 1,5 до 100 кГц, а амплитуда – от 3 до 50В.
После выключения управляющего электрического поля за время релаксации силы ориентационной упругости возвращают молекулы в исходное состояние и фазовая задержка ;Ф увеличивается до ее первоначального значения.
На рис. 3.2 приведена типовая зависимость фазовой задержки от величины управляющего напряжения Uу при толщине слоя ЖК 10 мкм для двух типов смеси. Видно, что она уменьшается с увеличением Uу, а эффективность электрического управления фазовой задержкой в слое ЖК повышается с увеличением показателя двулучепреломления смеси ;n и ее температурного диапазона 
 
мезофазы ;Т. Крутизна вольт-фазовой характеристики на участках наибольшего наклона достигала 7;;В.
Время реакции ;р в фазовых ЖК УТ определяется временным интервалом, в течение которого фазовая задержка изменяется от максимума до минимума. С увеличением управляющего напряжения оно уменьшается.
В импульсном режиме время реакции уменьшается при увеличении амплитуды и длительности управляющих импульсов. Это обусловлено тем, что переориентация молекул НЖК вследствие его упругости и вязкости существенно зависит от энергии этих импульсов [114] .
На рис. 3.3 приведены графики зависимости фазовых задержек в слое ЖК ЭБАБН с ;n=0,35 толщиной 10 мкм от амплитуды управляющих импульсов при их длительностях 0,5; 1,0; 1,5 и 2,0 мс (кривые 1-4 соответственно). Видно, что максимального уменьшения фазовая задержка достигает при меньшей амплитуде импульсов большей длительности и наоборот. Время реакции достигает единиц миллисекунд, однако время релаксации составляет сотни миллисекунд, т.е. фазовая  модуляция может осуществляться невысокой частотой (порядка 10 Гц).
Однако в фазовых ЖК ЭУТ нет необходимости уменьшать фазовую задержку в слое ЖК на несколько ; до полной ее компенсации. Это приводит к возможности неоднозначности отсчета. Транспарант должен обеспечивать однозначное изменение фазовой задержки в пределах от 0 до ;, а в ряде случаев просто необходимы фиксированные значения 0 и ; изменяющиеся скачком. Такая фазовая модуляция в пределах от 0 до ; осуществляется частичной переориентацией молекул ЖК на малый угол [114].
Реализовать это можно на начальном участке вольт-фазовой характеристики или в ее конце. В первом случае подбирается импульс определенной длительности и по амплитуде, превышающей порог, обеспечивающий уменьшение фазовой задержки на ; от ее максимального значения. Однако близость порога приводит к нежелательным нелинейным и рассеивающим эффектам.
 
 
          Во втором случае рабочая точка устанавливается в конце вольт-фазовой характеристики с помощью постоянного или переменного с частотой 2-200кГц напряжения смещения. Оно обеспечивает исходную ориентацию молекул такой, что компенсируется фазовая задержка на несколько ;, но остается только на ;. Для изменения ее от ; до 0 подается импульс определенной амплитуды и длительности. Такая фазовая модуляция осуществляется при минимальном рассеянии светового пучка, поскольку в исходном состоянии оси молекул располагаются практически вдоль направления распространения света, образуя почти гомеотропную текстуру. Применение напряжения смещения позволило легко устанавливать исходную ориентацию молекул, компенсировать влияния толщины слоя, показателей преломления и температуры ЖК.
На рис.3.4 . приведены графики зависимости фазовой задержки в пределах ; от амплитуды управляющих импульсов при их длительностях 1, 4, 10  и 80 мкс (кривые 1-4 соответственно). Они сняты для случая частичной переориентации молекул напряжением постоянного смещения 7В для того же слоя ЖК, что и на рис.3.1. Управление фазой ; здесь осуществлялось биполярными видеоимпульсами микросекундной длительности с амплитудами в пределах 50 В. Их биполярность увеличивала долговечность ЖК. При этом время релаксации молекул ЖК к исходному состоянию, определяемому напряжением смещения, вследствие уменьшения требуемого угла поворота, уменьшилось и составляло около 250 мкс, что позволило увеличить скорость переключения фазы до 4 кГц.
При всех достоинствах проведенного в ;114; этого исследования недостатком был температурный диапазон ЭБАБН Т2-Т1=113-103;С. Он ограничивает область использования этих результатов.
Таким образом, способ фазовой модуляции света в пределах от ; до 0, реализуемый с помощью предварительной подачи на слой ЖК напряжения смещения и коротких управляющих биполярных импульсов с относительно низкими амплитудами и достаточно высокой частотой повторения, при сохранении когерентности модулируемого потока может быть эффективно использован в фазовых управляемых транспарантах.
Временные параметры ЖК ячеек, в которых используется S-эффект, могут быть ориентировочно рассчитаны:
время реакции
;р=;1d2/;;Uу2,                (3.5)
время  релаксации
                ;р=;1К11(;/d)2,                (3.6)
где ;1 – коэффициент вязкости. При комнатной температуре ;1=5;10-2 кг;м-1;с-1; К11=10-11 Дж;м-1; d=10 мкм; ;;=20;0; Uу=50 В; величина ;р;10 мкм, а  ;рл;50 мс ;118;. Видно, что ;рл на 3-4 порядка больше ;р.
Величина ;р, при которой фазовая задержка уменьшается на ;, в импульсном режиме зависит от напряжения смещения, имея характерный минимум, достигая 20 мкс при Т=20-25;С, что подтверждено экспериментально. 
Для уменьшения времени релаксации используют двухчастотный метод управления ЖК ячейкой ;22;. Этот метод основан на эффекте изменения знака анизотропии диэлектрической проницаемости ;; в зависимости от частоты f управляющего напряжения. Так, если f<f0 (критической частоты), то ;;>0, если f=f0, то ;;;0, а при f>f0 величина ;;;0.
Динамика процесса управления такова. Запись быстро осуществляется при исходной гомогенной ориентации молекул ЖК ;;;0 относительно низкочастотным полем с fз;f0. Принудительное стирания проводится высокочастотным полем с fст;f0. Поскольку ко времени начала его молекулы развернуты полем записи почти до гомеотропного положения, то изменение знака ;; на отрицательный означает, что ориентация зарядов в каждой молекуле произошла вдоль ее короткой оси. Это облегчает поворот молекул до исходного гомогенного положения крутящим моментом, возникающим под действием высокочастотного поля стирания. При этом ;рл уменьшается почти до значения ;р.
Использование двухчастотного метода управления позволило уменьшить время цикла записи и стирания до 160-200 мкс ;14,15;.
Предельное минимальное значение ;р и ;рл не могут быть меньше периода колебаний управляющего переменного напряжения, как бы не была велика его амплитуда. Поэтому для повышения быстродействия необходимо синтезировать смеси ЖК с высокой частотой смены f0 знака ;; (до 50-250 кГц). Эту частоту можно повышать увеличивая температуру ЖК. Последнее приводит к снижению вязкости ЖК и соответственно времени реакции (рис.3.5, кривая 1) и релаксации. Оказалось, что для каждой частоты fст стирающего напряжения Uст существует некоторая температура, при которой время стирания ;ст минимально (рис.3.5. кривая 2). Так, при f=250 кГц, Uст=140 В минимальное ;ст=25...30 мкс было при Т=40;С.
Это объясняется тем, что с повышением температуры в начале из-за снижения вязкости ;ст уменьшается, а f0 увеличивается, но когда f0 приблизится к fст, уменьшится величина |;;(fст)|. Это при неизменной амплитуде Uст приводит к увеличению ;ст ;118;.
Таким образом, выбор материала ЖК, режима управления по амплитудам и частотам записывающего и стирающего напряжения, а также температурного диапазона позволяет существенно повысить быстродействие фазовых ЖК ЭУТ.

3.2.2  Матричный фазовый жидкокристаллический электрически управляемый транспарант, двулучепреломляющий свет при поперечном изгибе нематика

Матричный фазовый ЖК ЭУТ, работающий на основе управления двулучепреломлением при поперечном изгибе ЖК под действием электрического поля (S-эффект) описан в ;36,37;. По своему устройству он подобен матричному амплитудному ЖК ЭУТ, работающему на ДРС. Отличия состоят в размерах элементов, применяемых материалах и управляющих напряжениях. В нем использовано параллельное матричное адрессование элементов, число которых составляло 8;8=64, размещенных на площади 16;16 мм2.
Устройство матричного фазового ЖК ЭУТ включало две кварцевые продолговатые прямоугольные пластины 1 (рис.3.6) с нанесенными на них полосо-
 
 
выми прозрачными электродами 2 из двуокиси олова (по восемь полос на каждой пластине). Пластины при сборке накладывались друг на друга с разворотом по длинным сторонам на 90;. Между ними по периметру зоны перекрытия пластин укладывалась изолирующая калиброванная прокладка 4. К концам прозрачных электродов с помощью индия припаивались выводы разъемов, к которым подводились управляющие напряжения. Ширина полос прозрачных электродов составляла 2 мм, а промежутки между ними – 50-100 мкм. Поверхностное сопротивление электродов было 200-300 Ом на квадрат, а пропускание света 80% на длине волны 638,8 нм. С помощью набора калиброванных прокладок
путем их замены устанавливалась толщина слоя ЖК от 5 до 50 мкм.
Для создания планарной ориентации молекул в слое НЖК вдоль направления одного из полосовых электродов использовалось косое напыление на поверхность электрода ориентирующего слоя 5 моноокиси кремния толщиной 50-100 ; или производилось натирание вдоль того же направления. Перед натиранием на электроды методом вытягивания из раствора наносился слой полимера Ф12-Л толщиной около 0,2 мкм. На втором полосовом прозрачном электроде эти операции выполнялись поперек его полос. Для повышения степени однородности ориентации молекул ЖК и долговечности ячеек заполнение их смесью ЖК производилось в вакууме (порядка 10-3 тор). В слое НЖК использовалась смесь, состоящая из 23,3% n'-цианфенилового эфира n-н-бутилбензойной кислоты, 30% n'-цианфенилового эфира n-н-гексилбензойной кислоты и 46,7% n'-цианфенилового эфира n-н-гептилбензойной кислоты. Температурный диапазон существования мезофазы этой смеси от 10 до 70;С. Основные параметры ее следующие: ;;=21,74; ;n=0,145; К11=0,675;10-6 дин; US=0,59 В.
Для повышения степени поляризованности считывающего когерентного потока использовался входной поляроид 6. Световой поток необыкновенного луча задержанный по фазе выделялся скрещенным по отношению к первому выходным поляроидом 7.
Для управления матричным фазовым ЖК УТ в ;36; был предложен двухчастотный способ, позволяющий при параллельном матричном адрессовании элементов раздельно регулировать исходное состояние и управляющую фазовую задержку. Это стало возможным благодаря тому, что оптический отклик ЖК не зависит от полярности управляющего напряжения, а определяется эффективным его значением, которое при воздействии напряжений двух различных частот равно сумме эффективных напряжений этих частот.
Исходная ориентация молекул ЖК устанавливалась с помощью переменного относительно высокочастотного напряжения Uп (f=20-50 кГц). Оно прикладывалось между горизонтальными и вертикальными электродами через конденсаторы С1-С16 (рис.3.6, б) и регулировалось в пределах от 0 до 20 В. На каждый горизонтальный и вертикальный электрод могли подаваться или постоянное напряжение (в случае формулирования статической картины) или биполярные видео импульсы без постоянной составляющей.
Дополнительная переориентация молекул будет только на участках слоя ЖК, расположенного между перекрещивающимися электродами, на которые поданы потенциалы разной полярности.
Для изменения фазовой задержки на ;, что соответствовало комплексному пропусканию, равному –1, на электроды подавалось постоянное напряжение 15 В или такой же амплитуды биполярные импульсы с частотой повторения 50 Гц и длительностью 10 мс (для каждой полярности).
Времена включения и выключения элементов матричного фазового ЖК ЭУТ составляли 10-30 мс. Этот транспарант использовался для формирования двумерных функций Уолша в когерентном свете ;35,36;.
Для оценки разрешающей способности матричных фазовых ЖК ЭУТ были проведены исследования ориентационных эффектов в неоднородных электрических полях, имеющих место вблизи границ и за пределами электродов ;36;. На рис.3.7 изображены зависимости фазовой задержки от координаты х, отсчитываемой от края электрода, для случаев, когда граница электрода
;
 
перпендикулярна (1) и параллельна (2) длинной оси сориентированной молекулы НЖК. Видно, что расположение переходной области зависит от ориентации молекул относительно границы электрода (рис.3.8). При перпендикулярной
ориентации переходная область значительно шире переходной области при параллельной ориентации и выходит за пределы зоны перекрытия электродов. Во  втором случае переходная область лежит в пределах зоны. Это объясняется наличием порога переориентации при параллельной ориентации и более сложным характером деформации слоя НЖК, для которой необходим большой вклад энергии на возбуждения соседних областей слоя.
 Ширина переходной области увеличивается с ростом толщины слоя ЖК d и анизотропии диэлектрической проницаемости ;;. Последняя зависимость объясняется тем, что локальное увеличение диэлектрической энергии в единице объема ЖК, пропорциональное росту ;;, компенсируется не только деформацией в точке возбуждения, но и за счет вовлечения в процессе деформации соседних областей.
Переходная область также увеличивается с ростом переменного напряжения, обеспечивающего начальную ориентацию молекул ЖК, так как с повышением напряжения поля упругая энергия в точке наблюдения растет медленнее, чем диэлектрическая. В результате равенство упругого и диэлектрического моментов достигается за счет дополнительной деформации соседних областей ЖК ;35;.
Таким образом, разрешающая способность матричного фазового ЖК ЭУТ анизотропна. В плоскости электрода, границы которого перпендикулярны направлению первоначальной ориентации молекул ЖК, она превышает размеры области перекрытия скрещенных электродов на величину переходной области. Эта величина может достигать ширины толщины слоя НЖК.
Рассмотренный матричный фазовый ЖК ЭУТ с дискретной модуляцией фазы (";" или "0") позволяет реализовать комплексное пропускание (-1), что может быть использовано при осуществлении динамической голографии в устройствах когерентной оптической обработки информации.

3.3 Фазовые жидкокристаллические управляемые транспаранты, двулучепреломляющие свет при продольном изгибе нематика

3.3.1 Метод фазовой модуляции света,    основанный на управлении двулучепреломлением при продольном изгибе нематика

Этот метод модуляции света основан на управлении двулучепреломлением, возникающим при продольном изгибе НЖК с отрицательной диэлектрической анизотропией под действием электрического поля при гомеотропной исходной текстуре ("В"-эффект).
При такой исходной ориентации молекул НЖК в слое когда их длинные оси перпендикулярны плоскости прозрачного электрода (рис.3.9, а) и отсутствием управляющего напряжения нормальное падение света на эту плоскость приведет к тому, что он будет распространяться вдоль оптической оси слоя ЖК. В этих условиях сама ЖК ячейка пропускает свет, но двулучепреломление отсутствует.
Поэтому при помещении ее в скрещенные поляроиды вся такая система будет непрозрачна.
При воздействии на гомеотропный слой ЖК постоянным или переменным электрическим полем, превышающим его пороговое значение ЕВ, длинные оси его молекул вследствие отрицательной диэлектрической анизотропии поворачиваются, стремясь сориентироваться перпендикулярно полю и устанавливаются под некоторым углом ; отсчитываемым также от плоскости электрода (рис.3.9, б). Не повернутыми гомеотропно сориентированными оказываются молекулы в тонком пограничном слое, примыкающем к электродам. Под воздействием поля появляется двулучепреломление. Его показатель ;n увеличивается в связи с поворотом оптической индикатрисы, связанной со средним участком слоя ЖК.
 
            В случае нормального падения на входную плоскость ячейки линейно-поляризованного когерентного света разность фаз ;Ф при "В"-эффекте между обыкновенным и возникшим под действием поля необыкновенным лучом   
оценивается по той же формуле, что и в случае "S"-эффекта (3.2). Однако в отличие от последнего она под действием увеличивающегося поля будет нарастать от 0 до ;ФМАКС, оцениваемого по формуле (3.2).
Угол ; при В-эффекте под действием поля может уменьшаться от 90; до 0. При этом зависимость его максимального значения от Uу описывается выражением ;22;:
 , (3.7)
где  – пороговое напряжение для В-эффекта.
Величина Uв=4-6 В. Частота управляющего напряжения от 1 до 100 кГц. Время релаксации ;р уменьшается при увеличении Uу. Так, при Uу=30 В величина ;р=2-10 мс, а при Uу=60 В уменьшается до 1 мс. После выключения управляющего напряжения за время релаксации молекулы НЖК возвращаются в исходное гомеотропное состояние, и фазовая задержка исчезает. Слой ЖК вновь будет однотонным, и система из двух скрещенных поляроидов такой ячейки становится непрозрачной. Время релаксации ;рл;60 мс.
Таким образом, выделяя с помощью скрещенного выходного поляроида (анализатора) необыкновенный луч плоскость поляризации которого развернута на 90; по отношению к плоскости поляризации входного луча, можно получить световую волну, сдвиг по фазе у которой по отношению ко входной , зависит от величины приложенного управляющего напряжения, т.е. осуществить фазовую модуляцию света.
В ячейках, работающих на "В"-эффекте используются высокочастотные с малым содержанием воды НЖК с ;;;0. К ним относятся смеси МББА, ЭББА и другие, работающие при комнатных температурах.
Исходная гомеотропная ориентация молекул в слое ЖК получается при использовании одного из способов ориентации, делящихся на три группы.
К первой группе относятся способы, связанные с технологией изготовления самих прозрачных электродов. Например, "косое" напыление электрода из In2O3:SnO2 или термическая обработка электрода из окиси слоя с целью ее кристаллизации, тщательная очистка поверхности подложки.
Во вторую группу включаются способы, основанные на нанесении ориентирующих полимерных пленок с последующим натиранием и без него. Например, вытягивая электрод из раствора гексадецил-триметил-амоний-бромида соответствующей концентрации, получают пленку, обеспечивающую гомеотропную ориентацию.
Третья группа объединяет способы, предусматривающие внесение в смесь ЖК добавок, имеющих их поверхностное натяжение и смачиваемость электродов. В качестве добавок используются, например, лецитин, полиамидная смола, которая осаждаясь из смеси ЖК на электрод, обеспечивают гомеотропную текстуру. Молекулы ориентирующих веществ имеют довольно крупную головку с постоянным диполем и длинный хвост, похожий на молекулы нематика. Первые прилипают дипольными головками к электроду, особенно если на нем есть электрические заряды или мельчайшие дипольные капли воды. Хвосты ориентирующих молекул вертикальны к поверхности электрода и заставляют ближайшие молекулы НЖК своими длинными осями ориентироваться вдоль них, так как те и другие подобны. Под действием ближайших далее в глубь слоя выстраиваются все остальные молекулы НЖК перпендикулярно электродам.



   3.4 Фазовые жидкокристаллические управляемые транспаранты, двулучепреломляющие свет в закрученном нематике

3.4.1  Метод модуляции света, основанный на управлении двулучепреломлением в закрученном нематике

Этот метод фазовой модуляции света основан на управлении двулучепреломлением в закрученном НЖК с положительной диэлектрической анизотропией под действием электрического поля при планарной ориентации молекул, большие оси которых парпендикулярны на поверхностях противоположных прозрачных электродов (твист-эффект).
При отсутствии управляющего электрического поля исходная ориентация молекул НЖК такова, что их длинные оси по мере углубления в слой постепенно поворачиваются в плоскостях параллельных электродам, образуя твист-структуру в четверть витка спирали (рис.3.10, а). Это приводит к тому, что оптическая ось НЖК тоже поворачивается по мере продвижения вглубь слоя. При этом плоскость поляризации прошедшего через такую ячейку света окажется повернутой на 90;. Она будет прозрачна в скрещенных поляроидах при нормальном падении света, а при параллельных – темной. При наклонном падении света пропускание появляется.
Фазовая задержка когерентного света линейно поляризованного вдоль длинных осей молекул НЖК на входной поверхности твист-ячейки на выходе ее будет
Фе=2;dn||/; ,                (3.8)
а в случае, когда луч поляризован перпендикулярно длинным осям молекул на входе ячейки фазовая задержка Фе=2;dn;/;. В обоих этих случаях поляризация выходного луча линейна. Если входной луч имеет произвольную линейную поляризацию, то выходной луч будет в общем случае эллиптически поляризованным, а фазовая задержка ;Ф=Фе-Ф0.
Твист-эффект имеет место при выполнении условия ;22; ;;(n||-n;)Р0, где Р0 – шаг спирали. При четвертьвитковой спирали в слое ЖК Р0=4d. При доста
 
 
точно больших d;10 мкм твист-ячейка поворачивает плоскость поляризации на 90; во всем видимом диапазоне как монхроматического, так и белого света.
Сборка твист-ячейки осуществляется таким образом, чтобы ориентирующие молекулы НЖК бороздки на поверхностях противоположных электродов были перпендикулярны. Для улучшения однородности твист-структуры в смесь НЖК добавляют немного ХЖК ;142;.
При наложении управляющего электрического поля, превышающего пороговое значение Етв, молекулы ЖК разворачиваются, ориентируясь длинными осями вдоль направления поля (рис.3.10, б).
Величина порогового электрического поля для твист-эффекта ;22;
 .     (3.9)
Прозрачные электроды с ориентирующими бороздками и покрытиями обладают значительным ориентационным воздействием на молекулы ЖК, уменьшающимся в глубь слоя. Поэтому переориентация молекул начинается в центре слоя и распространяется к его границам. Только вблизи электродов сохраняется планарная ориентация.
При достаточно большом управляющем электрическом поле молекулы в центральной части слоя практически имеют гомогенную ориентацию
(рис.3.10, б), т.е. оптическая ось слоя ЖК будет перпендикулярна поверхности электродов. При распространении вдоль нее поляризованного света двулучепреломлениея и вращения поляризации нет. В скрещенных поляроидах запитанная ячейка темная, а параллельных – прозрачная.
Для фазовой модуляции особый интерес представляет случай, когда электрической вектор линейной поляризации Е входного луча развернут по отношению к направлению длинных осей молекул входной исходной планарной ориентации на угол ;=45;. При этом в параллельных поляроидах по мере увеличения управляющего напряжения интенсивность прошедшего света будет нарастать колеблясь относительно некоторой планарной кривой, а фазовая задержка будет увеличиваться почти по линейному закону практически от 0 до 14; для твист-ячейки с НЖК  при d=30 мкм, ;;=+0,22, Т=23;С, имеющей пороговое напряжение Uтв;6 В (рис.3.11).
С увеличением длины волны модулирующего света пороговое напряжение твист-эффекта уменьшается, имеются данные, что оно может составлять 0,9-1 В ;72;.
Временные параметры определяются временем полной переориентации молекул, причем при включении наблюдается задержка реакции ;зд=200-400 мс. Время реакции ;р зависит от коэффициентов вязкости, упругости, толщины слоя, диэлектрической анизотропии, а также величины управляющего электрического поля. При комнатных температурах ;р=100-200 мс, с увеличением температуры ;р уменьшается и при использовании НЖК с рабочей температурой Т;=100;С может достигать 1 мс.
Время релаксации ;рл=100-200 мс при комнатных температурах ;72;.
 
 
ГЛАВА 4
ПОЛЯРИЗАЦИОННЫЕ ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКИЕ УПРАВЛЯЕМЫЕ ТРАНСПАРАНТЫ

4.1 Принцип действия, методы и способы управления

Принцип действия поляризационных ЖК УТ основан на управлении поворотом плоскости поляризации прошедшего через слой ЖК когерентного линейно-поляризованного светового потока во времени и вдоль выходной плоскости транспаранта в соответствии с модулирующей функцией путем изменения ориентации молекул ЖК под действием электрического поля. Взаимодействие поляризованного когерентного света с ансамблем ориентированных молекул в слое ЖК в первом приближении таково. Электрическая составляющая первичной световой волны возбуждает в молекулах ЖК колебания электрических зарядов. Молекула вдоль одной из своих осей становится диполем, испускающим вторичные световые волны, поляризованные вдоль его оси, т.е. вторичное излучение направлено только перпендикулярно этой оси. Другими словами, вдоль направления колебаний зарядов волны не излучаются. Каждая молекула в одном акте испускания сохраняет положение плоскости поляризации неизменным. Последующие группы волн, испускаемые соседними молекулами, возбужденными первичным или вторичным излучением первой, могут иметь новую и не связанную с предыдущими группами волн ориентировку плоскости поляризации, но жестко привязанную к оси диполя своей излучающей молекулы. Результирующая волна получается интерференцией первичной и всех вторичных волн. При фиксированном расположении одинаково ориентированных молекул в пространстве она будет когерентна с первичной волной.
Таким образом, непосредственным преобразователем поляризации излучения является сама молекула ЖК, которая может принимать волны с одной поляризацией, а испускать – с другой. Поворачивая ансамбль молекул ЖК в слое можно изменять положение плоскости поляризации выходного света.
Поляризационные ЖК УТ, в которых реализован этот принцип, работают на основе использования методов управления поворотом плоскости поляризации света при S-, В- и твист-эффектах в НЖК и эффекте раскручивания спирали в ХЖК. В первых двух случаях поворот плоскости поляризации света в слое ЖК сопровождается двойным двулучепрелмлением с линейно-поляризованными волнами. В третьем и четвертом – последнее отсутствует, а в слое распространяется две циркулярно поляризованные волны.
Для получения линейно-поляризованного когерентного светового потока, который подвергнут пространственно-временной поляризационной модуляции, необходимо использовать тонкие слои НЖК. Можно применять также ХЖК с большими по сравнению с длиной волны шагом спирали ;23,175;.
Для получения когерентного светового потока с эллиптической или круговой поляризацией, изменяющейся по закону модулирующей функции во времени в поперечном сечении этого потока необходимо применять ХЖК, но с шагом спирали много меньшим длины волны ;175;.
Запись информации, состоящая в изменении поляризации осуществляется электрическим, электронным или оптическим способами управления. Считывание только когерентным световым потоком. Стирание – теми же способами, что и в фазовых ЖК УТ.
В качестве функций, по которым может осуществляться пространственно-временная поляризационная модуляция (рис.4.1), при кодировании информации с целью ее записи используются функции Уолша ;35;.
Конструктивно ячейка ЖК, предназначенная для поляризационного УТ, мало чем отличается от ячейки, используемой в фазовом УТ. В первой отсутствует выходной поляроид-анализатор. Он будет входить в состав последующей  приемной части оптического устройства и, по всей вероятности, будет представлять собой набор поляроидов, расположенных на одной плоскости и определенным образом ориентированных своими направлениями пропускания.
 
;
4.2  Поляризационные жидкокристаллические управляемые транспаранты, двулучепреломляющие свет при поперечном изгибе нематика

4.2.1  Метод поляризационной модуляции света, основанный на управлении двулучепреломлением при поперечном изгибе нематика

Этот метод поляризационной модуляции света, как и подобной фазовой, основан на управлении двулучепреломлением при поперечном изгибе НЖК с положительной диэлектрической анизотропией при исходной планарной текстуре с помощью электрического поля (S-эффект).
Исходное состояние – планарная ориентация  молекул относительно поверхности прозрачных электродов ячейки устанавливается в слое ЖК одним из способов ориентации ;142; при отсутствии управляющего поля.
В зависимости от ориентации электрического вектора входного луча по отношению к оптической оси слоя ЖК с ;;;0, параллельной при планарной текстуре плоскости электродов, возможны различные варианты в результатах изменения поляризации при прохождении света через слой перпендикулярно его поверхности. Во-первых, при таком падении луч проходит через слой не отклоняясь от первоначального направления, т.е. не преломляясь.
Во-вторых, в слое ЖК, оптическая ось которого перпендикулярна направлению распространения плоской монохроматической линейно-поляризованной световой волны, будут по одному направлению с различной скоростью распространятся обыкновенный и необыкновенный лучи, плоскости поляризации которых взаимно перпендикулярны. Вышедшая из слоя ЖК волна, полученная в результате сложения этих лучей, описывается в общем виде выражением ;232;:
 , (4.1)
где Еm||=Е;cos;; Еm;=Еsin;;
Е||=Еm||;cos;t; Е;=Еm;;cos(;t-;Ф);
Е – амплитуда напряженности электрического поля падающей световой волны; Еm|| и Еm;, Е|| и Е; - амплитуды и мгновенные значения напряженности электрического поля обыкновенного (;) и необыкновенного (||) лучей соответственно;
; - угол между электрическим вектором в падающем поляризованном свете и направлением оптической оси слоя ЖК;
; - круговая частота падающего света.
До подачи электрического поля управления в случае, когда оптическая ось планарного слоя НЖК составляет с направлением поляризации света угол ;=0, в слое будет распространятся только необыкновенный луч, а если ;=90;С, то только обыкновенный. В обоих случаях волна выйдет из слоя без поворота плоскости поляризации. Это обусловлено тем, что первичная и возбужденная ею вторичная волна в слое ЖК одинаково поляризованы. При ;=0; параллельно оптической оси, а при ;=90; - перпендикулярно. Однако, вследствие того, что электроны в молекулах ЖК смещаются в первом случае сильнее, чем во втором, так как при ;;;0 молекулы легче поляризуются вдоль длинных осей, то скорости распространения волны в ЖК при первом и втором вариантах будут различны.
В случаях, когда 0;;;90 в слое ЖК электрическое поле падающей волны своими составляющими будет воздействовать на электроны, поляризующиеся как вдоль длинной, так и вдоль короткой осей молекул ЖК. Это приведет с созданию двух разновидностей диполей, излучающих вторичные волны поляризованные вдоль и поперек длинных осей молекул. Длинные волны, интерферируя с соответствующими составляющими первичной волны, сформируют необыкновенный и обыкновенный лучи. От фазового сдвига между ними ;Ф, рассчитываемого при отсутствии управляющего поля по формуле (3.1), будет зависеть характер поляризации выходного луча.
При ;Ф = ;;/2, выражение перепишется в виде
 , (4.2)
выходная волна имеет эллиптическую поляризацию, которая в частном случае при ;=45;, когда  Еm||=Еm; и  Е||2+Е;2= Еm2 , преобразуется в круговую: левую при ;;=-;/2, и правую при ;;=+;/2.
Если ;;=;; и 0;;;;90;, то Е||/Еm||= ; Е;/Еm;, и выходной свет будет линейно поляризован, но плоскость его поляризации поворачивается на угол 180;-2;. В частном случае при ;=45;  - на угол 90;.
Если же ;;=;2; и 0;;;90;, то Е||/Еm||=Е;/Еm;,
результирующая волна остается линейно поляризованной без изменения направления поляризации.
Таким образом, в исходном состоянии поляризации когерентного луча на выходе слоя ЖК в зависимости от поляризации входного луча, направления оптической оси слоя, соотношения амплитуд и фаз обыкновенного и необыкновенного лучей может изменяться от круговой, через эллиптическую к линейной. В последнем случае с поворотом и без поворота плоскости поляризации.
Если вектор линейной поляризации светового потока составляет с направлением больших осей молекул НЖК только угол ;=45;, то после прохождения слоя он будет повернут относительно исходного направления на угол ;11,12;
                ;;=;d(n||-n;)/; .                (4.3)
При воздействии на слой ЖК управляющего напряжения, превышающего пороговое значение S-эффекта, молекулы ЖК поворачиваются в пространстве изменяя ориентацию от планарной к гомеотропной. Это вызывает изменение скорости распространения необыкновенного луча, а следовательно, и уменьшения фазового сдвига ;Ф, рассчитываемого по формуле (3.4). Все это приводит к повороту и даже вращению плоскости поляризации выходного света, т.е. к поляризационной модуляции.
Особый интерес представляет случай, когда ;=45; и ;Ф=;;. Изменяя фазовый сдвиг на ; с помощью управляющего поля можно коммутировать дискретный поворот плоскости поляризации на 90%. Заметим, что поворот плоскости поляризации однозначно регенерируется именно в пределах от 0; до 90;.
В случае же, когда слой ЖК от планарной ориентации полностью под действием электрического поля перейдет к гомеотропной, нормально падающей на его поверхность когерентный луч света будет проходить слой без изменения поляризации.
Таким образом, коммутируя управляющее напряжение на гомогенно ориентированном слое можно осуществлять поляризационную модуляцию проходящего когерентного света по различным модулирующим функциям как дискретным, так и аналоговым способами.

4.3  Поляризационные жидкокристаллические управляемые транспаранты, двулучепреломляющие свет при продольном изгибе нематика

4.3.1  Метод поляризационной модуляции света, основанный на управлении двулучепреломлением при продольном изгибе нематика 

Этот метод поляризационной модуляции света основан на управлении двулучепреломлением при продольном изгибе НЖК с отрицательной диэлектрической анизотропией при исходной гомеотропной текстуре с помощью электрического поля (В-эффект).
Исходное состояние – гомеотропная ориентация больших осей молекул ЖК относительно поверхности прозрачных электродов из окиси олова. Оно достигается путем термической обработки их до кристаллического состояния. При такой ориентации оптическая ось слоя ЖК перпендикулярна его поверхности и скорость когерентного монохроматического света, распространяющегося в слое вдоль этой оси, не зависит от его поляризации, так как все направления поперек оси совершенно равноправны.
Поэтому падающий нормально на поверхность слоя ЖК такой луч света проходит его в исходном гомеотропном состоянии без изменения поляризации.
Подача на слой ЖК управляющего напряжения, превышающего пороговое значение В-эффекта Uв, и достаточного до полной переориентации молекул от гомеотропной к планарной обеспечивает поляризационную модуляцию проходящего светового потока. При этом все возможные варианты изменения поляризации при исходной, планарной ориентации, рассмотренные выше для S-эффекта, будут реализоваться при конечной планарной текстуре при В-эффекте.
Таким образом, управляющее электрическое поле в слое ЖК с ;;;0 ориентированном в исходном состоянии гомеотропно включает механизмы управления поляризацией света (В-эффект), а в слое ЖК с ;;;0 ориентированном планарно – выключает их (S-эффект).
В случае, когда оптическая ось слоя ЖК под действием управляющего напряжения не поворачивается полностью на 90;, а остается наклоненной к поверхности слоя под некоторым углом возможно территориальное разнесение выходного обыкновенного и необыкновенного лучей, т.е. двулучепреломлением в полном смысле этого слова. При этом луч, поляризованный перпендикулярно оси слоя ЖК, проходит по прямой насквозь. Это обыкновенный луч, полученный в результате интерференции первичной и вторичной волн, поляризованных перпендикулярно оптической оси. При формировании необыкновенного луча поляризованного в одной плоскости с осью слоя ЖК поле падающей волны имеет две составляющие, направленные вдоль и поперек оптической оси. Поэтому вторичные волны в ЖК излучаются как вдоль оси, так и перпендикулярно к ней с разными скоростями V|| и V;. Интерференция таких вторичных волн даст луч, который отклонится от нормали к поверхности слоя. Отклонения этого луча нельзя рассчитывать по обыкновенному закону преломления.


4.4  Поляризационные жидкокристаллические управляемые транспаранты, двулучепреломляющие свет в закрученном нематике

4.4.1  Метод поляризационной модуляции света, основанный на управлении двулучепреломлением при раскручивании нематика

Этот метод поляризационной модуляции света основан на управлении двулучепреломлением при раскручивании нематика с положительной диэлектрической анизотропией под действием электрического поля от исходной планарной ориентации молекул, большие оси которых перпендикулярны на поверхностях противоположных прозрачных электродов, а в промежутке между ними молекулы закручены в четверть витка холестерической спирали (твист-эффект).
При такой исходной ориентации оптическая ось слоя ЖК параллельна направлениям длинных осей молекул на электродах, а в глубине слоя она отслеживает постепенный поворот молекул (рис.3.10, а). В свою очередь элекрический вектор линейнополяризованного света параллельно или перпендикулярно длинным осям молекул ЖК на выходе слоя поворачивается, как уже отмечалось, на 90;, сохраняя поляризацию линейной. Произвольная линейная поляризация на входе преобразуется в элиптическую на выходе. При этом длина световой волны намного меньше шага винта.
Подача на закрученный слой НЖК электрического поля, превышающего пороговое твист-эффекта Етв, и достаточного для полной переориентации молекул до почти гомеотропной текстуры приводит к раскручиванию спирали, и оптическая ось слоя будет нормальна его поверхности, а проходящий вдоль нее свет не будет изменять свою поляризацию (рис.3.10, б).
Изменяя управляющее напряжение от порогового Uтв до напряжения полной переориентации Uтт можно обеспечить поворот электрического вектора линейно поляризованного света на требуемый угол в пределах от 0 до 90; или получить эллиптическую и даже круговую поляризацию. Это связано с тем, что оптическая ось закрученного в исходном состоянии слоя НЖК при подаче напряжения, величина которого лежит в пределах от Uтв до Uтт, может оказаться наклоненной к поверхности слоя по-разному в двух плоскостях.
Таким образом, с помощью управляемых твист-ячеек можно осуществлять не только фазовую, но и поляризационную модуляцию светового потока.

4.4.2  Метод поляризационной модуляции света, основанный на управлении
двулучепреломлением при закручивании нематика

Этот метод поляризационной модуляции света основан на управлении двулучепреломлением при закручивании до твист-структуры под действием электрического поля НЖК с отрицательной диэлектрической анизотропией от исходной гомеотропной ориентации молекул (обратный твист-эффект).
Для реализации этого индуцированного электрическим полем твист-эффекта ;128; на электроды ячейки одним из способов также наносятся ориентирующие микроканавки, направления которых на противоположных электродах собранной ячейки перпендикулярны (рис.4.2., а). Гомеотропная ориентация молекул слоя в исходном состоянии обеспечивается введением в смесь ЖК поверхностной активной добавки, например, лицетина, изменяющего поверхностное натяжение и смачиваемость электродов. В этом случае энергия связи молекул ЖК с ориентирующим веществом выше энергии упругих напряжений, вызванных изгибом молекул связи микроканавок.
    Поляризованный свет через ячейку в таком исходном состоянии проходит как через одноосный кристалл, не изменяя своей поляризации.
При наложении управляющего электрического поля, превышающего пороговое значение, молекулы поворачиваются, стремясь ориентироваться своими большими осями параллельно поверхности электродов, так как их ;;;0 в направлении микроканавок на каждом из них. Слой ЖК переходит в состояние, соответствующее закрученному нематику, подобное исходному состоянию обычной твист-ячейки (рис.4.2, б) со всеми ее оптическими свойствами, в том числе с поворотом поляризации прошедшего через нее света на 90;, электриче-
 
 
 
 
ский вектор Е которого параллелен или перпендикулярен микроканавкам на входе.
Таким образом, при обратном твист-эффекте под действием электрического управляющего поля происходит включение поворота поляризации, а в случае прямого твист-эффекта он выключается.
После снятия управляющего электрического поля молекулы ЖК возвращаются в исходное гомеотропное состояние (рис.4.2., а) и вращение поляризации исчезает.

4.5  Поляризационные жидкокристаллические управляемые транспаранты, вращающие поляризацию при раскрутке спирали холестерика

4.5.1. Метод поляризационной модуляции света, основанный на управлении большим по сравнению с длиной волны шагом спирали холестерика

Этот метод поляризационной модуляции света основан на управлении большим по сравнению с длиной волны шагом спирали в слое ХЖК, имеющим положительную диэлектрическую анизотропию, с помощью электрического поля при ориентации оси спирали перпендикулярно его поверхности и толщине слоя меньше шага, т.е. при d;Р0;;; и ;;;0.
В исходном состоянии до подачи управляющего электрического поля на такой слой ХЖК нормально к нему падает свет, линейная поляризация которого совпадает с оптической осью (направлением большой оси молекул) на входной поверхности (рис.4.3, а). По мере распространения в слое световая волна формируется в результате интерференции первичной и вторичной волн. Последняя излучается электронами, легче всего смещаемыми первичной волной вдоль длинных осей молекул. Поэтому на любой глубине слоя ХЖК поляризация вторичной волны должна совпадать с этим направлением, т.е. с оптической осью (штрих-пунктирная линия 00 на рис.4.3) отслеживающей поворот молекул по спирали в плоскостях параллельных электродам. Поскольку шаг ее большой по сравнению с длиной световой волны, то первичная и вторичная волны, интерферируя, успевают отслеживать медленный поворот оптической оси в пространстве. При этом формируется результирующая волна, линейная поляризация которой совпадает с оптической осью ХЖК в любой точке спирали, в том числе и на выходной поверхности слоя. Здесь отличие от твист-ячейки состоит в том, что вектор линейной поляризации может быть повернут на угол не обязательно равный 90;. Он определяется толщиной слоя и шагом спирали, который все же значительно меньше чем в закрученном нематике.
Для получения холестериков с большим шагом спирали смешивают два состава ХЖК с винтами противоположных знаков одного и того же шага. Изменяя весовые соотношения составов в смеси можно изменить шаг ее спирали и направление закручивания с правого на левое и обратно.
При подаче на слой планарного ХЖК с помощью прозрачных электродов перпендикулярного ему электрического поля, по величине превышающего пороговое Епс, ось холестерической спирали поворачивается на 90; (рис.4.3, б). Это приводит к повороту оптических осей в глубине слоя ХЖК и часть из них окажется перпендикулярной поверхностям электродов, а другая – параллельной. Остальные оптические оси займут промежуточные наклонные положения. В первых двух случаях световая волна будет проходить через слой без изменения направления поляризации, а в последнем – поворот вектора поляризации будет изменяться в пределах от 0 до 90;. В параллельных поляроидах области выходной поверхности слоя в первых случаях будут светлыми,  а в последнем – темными.
Дальнейшее повышение управляющего электрического поля от величины его, при которой происходит поворот спирали Епс, приводит к ее раскручиванию, делая шаг сколь угодно большим, до практически гомеотропной ориентации молекул по всему слою ХЖК (рис.4.3, в). В этом случае оптическая ось будет одна и перпендикулярна поверхностям прозрачных электродов, вращения поляризации нет, а сам слой прозрачен. При неполной раскрутке спирали увеличивается ее шаг Р0, что изменяет величину удельного поворота поляризации при сохранении самого эффекта.
Таким образом, с помощью электрического поля можно выключить вращение поляризации света в исходной планарной ориентации ХЖК, переводя ее в гомеотропную квази-нематическую структуру, т.е. осуществлять поляризационную модуляцию.
Время раскручивания спирали (время реакции) может составлять 40 мкс, а время релаксации 60 мкс. ;23;.
В компенсированном ХЖК с добавлением НЖК раскрученное гомеотропное состояние может сохраняться в течение некоторого времени после выключения электрического поля, благодаря электротропному эффекту;11,12;. Он обусловлен тем, что молекулы НЖК затрудняют релаксацию молекул ХЖК. Время такой памяти зависит от температуры и состава смеси. Так в точке компенсации 39;С смесь МББА-ЭББА (1:1) – холестерил-хлорид-холестерил-лаурат имеет практически неограниченное время памяти.
В тонких слоях ХЖК для исключения раскручивания спирали под ориентирующим воздействием поверхностей прозрачных электродов ячейки, подготовленные как для планарной, так и гомеотропной ориентации, необходимо чтобы толщина слоя d превышала некоторое критическое значение dкр, сравнимое с шагом спирали ;23;.

4.5.2  Метод поляризационной модуляции света, основанный на управлении сравнимым с длиной волны шагом спирали холестерика

Этот метод поляризационной модуляции света основан на управлении сравнимым с длиной волны шагом спирали в слое ХЖК с положительной диэлектрической анизотропией с помощью электрического поля при ориентации оси спирали перпендикулярно его поверхности и толщине слоя больше шага, т.е. при d;Р0;; и ;;;0.
Линейно поляризованный свет в исходном состоянии до подачи управляющего электрического поля на такой планарный слой ХЖК, падая нормально к его поверхности, будет распространяться в нем в виде двух независимых лучей с одинаковыми амплитудами и частотами, но с правой и левой круговой поляризацией, а также разными фазовыми скоростями. В отличие от нематика, где собственные волны линейно поляризованы, в рассматриваемом холестерике они обладают круговыми поляризациями. Луч с левой поляризацией имеет при правой спирали большую скорость, а при левой спирали большая скорость будет у луча с правой поляризацией. Это различие существенно возрастает и сказывается на поворот поляризации выходного результирующего луча, когда шаг спирали сравним с длиной волы света. При этом собственные волны с круговой поляризацией окажутся повернутыми на разные углы в противоположные стороны. Чем больше толщина слоя, тем на больший угол повернуться векторы поля собственных волн, а следовательно, и суммарный вектор поляризации выходного луча.
В слое обычного ХЖК удельный угол поворота поляризации может достигать 10 град/мкм, а шаг спирали десятые доли микрометра, т.е. сравним с длиной волны видимого света.
Холестерики с малым шагом спирали для поляризационной модуляции не используются, т.к. у них разница в скоростях распространения волн с правой и левой круговой поляризацией незначительна, а следовательно, и поворот поляризации выходного луча мал.
Слой ХЖК с шагом спирали сравнимым с длиной волны, в отличие от НЖК, некритичен к входной линейной поляризации света, т.е. в нем независимо от ориентации последней происходит поворот ее на угол ;13;
;;=;d(nL-nR)/;,                (4.4)
где nL и nR – показатели преломления лево и право поляризованной волны.
Реально зависимость угла поворота поляризации ;; в ХЖК от длины волны света ; значительно сложнее. В планарной холестерической текстуре для некоторых длин волн разность фазовых скоростей может быть очень большой, так как волна с одной круговой поляризацией испытывает сильное дифракционное отражение, а волна с противоположной поляризацией слабо взаимодействует с ХЖК ;11;. Поэтому вращение поляризации света с длиной волны, лежащей в области селективного отражения значительно больше вращения за счет собственной оптической активности молекул ХЖК. Вследствие дифракционного селективного отражения одна из волн с круговой поляризацией будет распространяться в ХЖК сильно ослабленной по сравнению с другой, т.е. на выходе слоя их амплитуды окажутся различными. Поэтому в результате векторного суммирования получается волна не с линейной, а с эллиптической поляризацией, параметры которой зависят от толщины слоя.
Наряду с этим, даже за пределами области селективного отражения поворот вектора поляризации сильно зависит от длины волны, а направление его оказывается различным по разные стороны от длины волны, соответствующей максимуму этого отражения ;0. При прохождении света с длиной волны ;0 вращения поляризации света нет (рис.4.4). При подходе к ;0 увеличивается степень эллиптичности прошедшего ХЖК линейно поляризованного на входе света, а для ;=;0 поляризация будет круговой и ;;=0.
Кроме того, соотношение (4.4), справедливое для обычных оптических активных сред, в ХЖК не всегда выполняется, так как в них угол поворота большой оси эллипса поляризации зависит от толщины слоя по нелинейному закону (рис.4.5). Поэтому в ;11; получено выражение для расчета угла поворота поляризации на выходе тонкого слоя ХЖК в зависимости от его параметров и длины волны
  ,                (4.5)
где                ;   ;   ;   .
Здесь первое слагаемое может быть использовано отдельно для расчета ; вне области селективного отражения, а второе существенно только для этой области.
Из приведенных на рис.4.4 и 4.5 экспериментальных зависимостей следует, что удельный поворот поляризации ;;/d может достигать 5 град/мкм у хо-
;

























;

 
 
лестерил-2-пропин-1-ил-карбаната и 7,5 град/мкм у холестерил-циннамата. Сравните, в кварце он составляет 0,03 град/мкм.
При увеличении температуры в пределах диапазона ХЖК максимальный удельный поворот поляризации вначале растет, а затем снижается (кривая 1, рис.4.6),  а  длина волны смены ее знака этого поворота – укорачивается (кривая 2).
Рост максимального ;;/d при увеличении Т;С на начальном участке температурного диапазона холестерической мезофазы обусловлен уменьшением шага спирали и толщины приэлектродных областей, в которых молекулы подвержены влиянию стенок. Последнее приводит к увеличению оптически активной части слоя. Уменьшение же максимального ;;/d на втором характерном участке (кривая 1) по мере роста температуры обусловлено растормаживанием вращения вокруг коротких осей молекул и хаотическими тепловыми колебаниями, которые нарастают по мере приближения к точке перехода в изотропную жидкость ;11,12;.
Смеси ХЖК с правыми и левыми спиралями при некоторой температуре меняют знак вращения поляризации (рис.4.7). Причем при двойной смеси смена знака проходит с разрывом функции (кривые 1 и 2), а тройной – без такового (кривая 3). Эти измерения выполнялись в области далекой от селективного отражения, а поэтому, при увеличении длины волны угол поворота поляризации плавно уменьшается (рис.4.8) ;13;.
При рассмотрении амплитудных рассеивающих и поляризационных ЖК УТ рассмотрены два механизма раскручивания спирали ХЖК через увеличение ее шага в случаях, когда электрическое поле направлено перпендикулярно или параллельно ее оси.
В последнем случае, когда поле совпадает с осью спирали возможен механизм раскручивание через уменьшение шага. При этом у ХЖК с ;;;0 возможна коническая деформация, которая выражается в небольшом повороте молекул под действием поля по отношению к плоскостям, перпендикулярным спирали ;11,13;. Характер этой деформации зависит от упругих свойств ХЖК.

 
 
            При К33;К22 конической деформации нет пока поле меньше критического значения
  . (4.6)
После чего холестерик быстро перестраивается в нематик.
При К33;К22 коническая деформация начинается при поле
  (4.7)
и сопровождается непрерывным уменьшением шага спирали, которая полностью раскручивается и холестерик также переходит в нематик при поле
 . (4.8)
Экспериментальная зависимость шага спирали смеси холестерилхлорида-холестерилмиристата, у которой К22/К33;4, от напряженности электрического поля изображена на рис.4.9. В диапазоне полей от Ес до Е"х;н она описывается эмпиричесокй формулой ;13;
Р=Р0;1-(Е/ Е"х;н)3,0;0,2;.                (4.9)
Уменьшение шага спирали приводит к уменьшению длины волны и увеличению интенсивности селективного отражения ("синий сдвиг").
 
 
ГЛАВА 5
 АМПЛИТУДНЫЕ   ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКИЕ  УПРАВЛЯЕМЫЕ ТРАНСПАРАНТЫ, СОХРАНЯЮЩИЕ КОГЕРЕНТНОСТЬ СВЕТА

5.1  Принцип действия, методы и способы управления

Принцип действия амплитудных ЖК УТ, сохраняющих когерентность света, основан на преобразовании поляризационной модуляции в амплитудную путем поляризационной селекции. Последняя осуществляется методом двух поляроидов. Когерентность света, прошедшего амплитудные ЖК УТ, сохраняется благодаря тому, что в принципе действия их не заложено использования каких либо эффектов рассеяния света. Вся работа этих УТ строится на основе интерференционных эффектов.
Поляризационная модуляция когерентного света в этих амплитудных ЖК УТ также как и в поляризационных осуществляется методами, основанными на В-,S- и твист-эффектах в НЖК и эффекте вращения поляризации в ХЖК.
Изменение амплитуды светового потока в различных точках поперечного сечения его осуществляется в соответствии с пространственно-временной модулирующей функцией.
Локальное подключение управляющего электрического поля записи в рассматриваемых здесь амплитудных ЖК УТ может осуществляться теми же способами, что и в амплитудных ЖК УТ, рассеивающих свет, т.е. электрическим или оптическим.
Введение (запись) информации, представленной картиной, оптическим способом и ее считывание проводится когерентными линейно-поляризован-ными световыми потоками различных диапазонов длин волн.
Стирание информации может быть самопроизвольным или принудительным.
В амплитудные ЖК УТ могут вводиться дискретные и аналоговые пространственно-временные сигналы, формируемые параллельными и последовательными методами.
5.2  Амплитудные жидкокристаллические управляемые транспаранты с двумя поляроидами

5.2.1  Метод  амплитудной  модуляции  света, основанный  на поляризационной селекции с помощью двух поляроидов

Этот метод амплитудной модуляции света основан на электрическом пространственно-временном управлении поляризацией света, прошедшего через электрооптическую ячейку со слоем ЖК, при  поляризационной селекции с помощью двух поляроидов.
Первый из них 1 (рис.5.1) стоящий на входе ЖК УТ поляризатор выделяет из светового потока, поступающего на вход волну с определенной линейной поляризацией, т.е. является поляризатором. Эта волна, пройдя через слой ЖК электрооптической ячейки 2 (рис.5.1), в общем случае становится эллиптически поляризованной. Параметры эллипса (размеры осей и углов их поворота) изменяются под действием управляющего электрического поля, т.е. осуществляется поляризационная модуляция – вектор поляризации поворачивается в выходной плоскости слоя ЖК в зависимости от управляющего напряжения. Второй поляроид 3 (рис.5.1), стоящий на выходе ЖК УТ, выделяет одну из ортогональных линейно-поляризованных составляющих, формирующих эллиптически поляризованные волны на выходе слоя ЖК, т.е. является анализатором. Поскольку параметры эллиптически поляризованной волны изменяются во времени под действием электрического поля , то амплитуды формирующих ее колебаний должны также быть переменными. Таким образом, с выхода ЖК УТ, состоящего из двух поляроидов и ЖК ячейки между ними, будет сниматься линейно-поляри-зованная амплитудно-модулированная волна.
Для расчета параметров этой волны в случае нормального падения входного света связь между интенсивностями на выходе Івых и входе Івх ЖК УТ на заданной длине волны будет через коэффициент пропускания считывающего линейнополяризованного светового потока Т; ;225;, т.е.
Івых= Івх;Т;,                (5.1)

 
где Т;=Т;m{cos2;;cos2(;-;)-sin2;;sin2;;sin2;;;},                (5.2)
;;=;Ф/2; Т;m - максимальный коэффициент пропускания, независящей от поляризационных углов и определяемый потерями на отражение от поверхностей элементов УТ и на поглощение световых волн в материале ЖК; ; - угол между векторами поляризации входного света и света, пропускаемого поляризатором; ; -  угол между вектором поляризации света, прошедшего через поляризатор, и начальным положением оптической оси слоя ЖК; ; - угол между начальным положением оптической оси слоя ЖК и вектором поляризации света, прошедшего через анализатор; ;; - угол поворота вектора поляризации света, прошедшего через слой ЖК.
В случае использования поляризованного излучения лазера, плоскости поляризации входящего в ЖК УТ света и пропускаемого поляризатором можно совместить, тогда ;=0, 
Т;=Т;m;;cos2(;-;)-sin2;;sin2;;sin2;;;}.             (5.3)
Если поляризатор и анализатор сориентировать так, что векторы поляризации пропускаемых ими волн будут лежать в одной плоскости, т.е. ;;;, тогда при ;=0
Т;||=Т;m(1-sin22;;sin2;;).                (5.4)
Такую систему из поляризатора и анализатора называют параллельными поляроидами. При ;;=0 она прозрачна, т.е. постоянная составляющая имеется.
Для параллельных поляроидов, т.е. при ;;;, и в случае ;=0 и при ;=45;
Т;||=Т;m;cos2;;=Т;m;cos2;Ф/2.                (5.5)
Наиболее популярен случай, когда векторы поляризации пропускаемых поляризатором и анализатором волн перпендикулярны, т.е. ;-;=90; и при ;=0
Т;;=Т;m;sin22;;sin2;Ф,                (5.6)
Поскольку коэффициент пропускания не может быть отрицательным, то минус опускается, эта система называется скрещенными поляроидами (рис.5.1). При ;;=0 она непрозрачна, т.е. нет постоянной составляющей в выходном световом потоке. Причем наибольшая глубина модуляции получается, когда оптическая ось слоя ЖК в начальном положении лежит по центру между направлениями векторов поляризации световых потоков, прошедших через поляризатор и анализатор, т.е. ;=45;, тогда при ;-;=90; и ;=0
 Т;;=Т;m;sin2;; =Т;m;sin2;Ф/2.                (5.7)
При отсутствии управляющего напряжения выражения (5,5) и (5,7) с учетом (4,4) перепишутся в виде
Т;||=Т;m;cos2;;d(n||-n;)/;;;                (5.8)
  Т;;=Т;m;sin2;;d(n||-n;)/;;.                (5.9)
При подаче управляющего напряжения, превышающего критическое значение, величина n||-n;=;n станет функцией этого напряжения ;n(Uу), тогда
      Т;||=Т;m;cos2;;d;n(Uу)/;;;                (5.10)
   Т;;=Т;m;sin2;;d;n(Uу)/;;.                (5.11)
Из проведенного анализа следует, что пространственно-временная модуляция в ЖК УТ с параллельными поляроидами будет осуществляться, как сказано выше, на фоне постоянной составляющей в выходном промодулированном световом потоке. Это снижает глубину модуляции и контраст выходного изображения. Однако, постоянная составляющая может служить косвенным признаком функционирования ЖК УТ, что является своеобразным достоинством.
Значительно более высокий контраст изображения на выходе ЖК УТ со скрещенными поляроидами делает их предпочтительными к использованию в устройствах отображения информации.
Используя (5.10, 5.11) можно проводить расчеты параметров слоя ЖК применяемого в амплитудных УТ с двумя поляроидами. Так в ;156; для случая скрещенных поляроидов при отсутствии управляющего напряжения, когда показатель двулучепреломления ;n максимален (S-эффект), приведены графики зависимости требуемой толщины слоя ЖК d, необходимой для обеспечения максимального и минимального пропускания света от длины волны ; (рис.5.2). Они позволяют при заданной толщине слоя ЖК определить минимумы и максимумы спектральной кривой пропускания амплитудного ЖК УТ. Здесь же по
 
 
казаны типы поляризации света для заданной длины волны на выходе слоя ЖК при соответствующей фазовой задержке ;Ф. Приведенные на рис.5.2. графики могут использоваться и для случая, когда поляроиды параллельны, но при этом кривые соответствующие максимуму и минимуму пропускания амплитудного ЖК УТ меняются местами.
При подаче управляющего напряжения Uу величина ;n(Uу) уменьшается, а на рис.5.2 это отражается в смещении кривых в верхнюю часть его и увеличения интервала между ними.
В качестве поляризатора и анализатора используются одни и те же поляроиды. Функции их меняются при смене места установки.
Принцип действия поляроидов основан на явлении поляризации света при отражении и преломлении на границе раздела двух изотропных диэлектриков, а также оптической анизотропии и связанными с ней двулучепреломлением и дихроизмом.
Основным параметром листовых поляроидов является коэффициент М, определяемый отношением главных коэффициентов пропускания линейно-поляризованного света при параллельной Т|| и перпендикулярной Т; ориентациях электрических векторов света относительно направления максимального пропускания поляроида, т.е. М= Т||/Т;.
С целью повышения четкости изображения в амплитудных ЖК УТ, работающих на основе твист-эффекта, была использована ЖКЯ, в которой угол закручивания твист-спирали составлял около 270; ;69;. Приложение управляющего напряжения, величина которого всего лишь на 10% превышает невыбирающее напряжение смещения, обеспечивает резкое изменение ориентации молекул до практически гомеотропной. Это явление получило название супертвист-эффекта. Оно привело к резкому возрастанию крутизны вольт-контрастной характеристики и контраста изображения при относительно небольшом увеличении управляющего напряжения.
Супертвист-эффект был использован в матричном амплитудном ЖК ЭУТ, выполняющем роль экрана индикатора с площадью изображения 12,2;24,4 см2, содержащего 270;540=145800 элементов и позволяющего отображать 27 текстовых строк по 89 знаков в каждой. Толщина индикаторного модуля вместе с интегральным устройством управления, расположенным на задней стороне экрана, 12,7 мм. Здесь использовалась двухматричная конструкция, при которой возбуждение каждой половины матрицы производилось с коэффициентом мультиплексирования 135:1, а число выводов составило 1350 (540;2+270).
Коэффициент контрастности при угле обзора 45; изменялся от 10:1 на нормале, до 4:1. Время переключения при комнатной температуре составило 0,3 с. По потребляемой мощности этот индикатор сравним с обычным ЖК ЭУТ на твист-эффекте.
 
ГЛАВА 6

ЦВЕТНЫЕ ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКИЕ УПРАВЛЯЕМЫЕ
 ТРАНСПАРАНТЫ

6.1 Принцип действия, методы и способы управления

Принцип действия цветных ЖК УТ основан на пространственно-временном выделении из светового потока с широким спектром (белого света) узкополосных окрашенных излучений путем селекции их по длине волны [130, 252, 254].
Такая спектральная селекция может осуществляться методами избирательного пропускания, поглощения или отражения света. Эти методы реализуются на основе использования неуправляемых или управляемых оптических фильтров, а также неизбирательных или избирательных поляризаторов [156].
В цветных ЖК УТ формирование изображения в целом или отдельных его деталей может осуществляться как плавно, так и дискретно. При этом получаются изображения с ограниченным числом цветов или многоцветные. Полутоновое многоцветное изображение формируется на основе вывода трехцветной теории зрения, согласно которой любой цвет можно воспроизвести смешением трех основных цветов, путем сложения (аддитивный метод) или вычитания (субтрактивный метод).
Аддитивный метод реализуется на временном или пространственном наложении красного R, зеленого G и синего B светового потоков.
Субтрактивный метод основан на вычитании из белого светового потока его голубой, желтой или пурпурной составляющих. Получение изображения в этом случае реализовывается двумя способами: с помощью триадной мозаики красных, зеленых, синих фильтров и последовательным включением трехцветных  ЖК УТ с раздельным управлением цветом каждого.
Пространственно-временная спектральная селекция в управляемых оптических фильтрах (УОФ) цветных ЖК УТ, работающих на основе метода избирательного пропускания, реализуется за счет дисперсионного по длине волны вращения поляризации света в слое ЖК. Метод избирательного поглощения положен в основу работы УОФ на смесях ЖК и красителей. Метод селективного отражения реализован в УОФ на ХЖК. Все эти три метода спектральной селекции базируются на электрическом управлении переориентацией ранее определенным образом выстроенных молекул при ДРС, S-, B- и твист- эффектах в НЖК, эффекте "гость-хозяин" в НЖК и смесях НЖК с ХЖК и эффекте раскручивания спирали в ХЖК.
Локальное подключение к участкам слоя ЖК управляющего электрического поля может осуществляться непосредственно электрическим, электронным или оптическими способами, а при использовании ХЖК невидимыми сверхвысокочастотными электромагнитными или ультразвуковыми полями.
Количественную и качественную оценку цвета выходной плоскости ЖК УТ можно осуществлять с помощью системы отображения цветов XYZ [80], рекомендованной Международной комиссией по освещению (МКО) в 1931 году. В этой системе, построенной на основе трехцветной теории зрения, X, Y, Z являются фиктивными (нереализуемыми) основными цветами. Параметры цвета могут быть определены по цветовой диаграмме МКО (рис. 6.1). Каждая точка в пределах площади, занимаемой треугольником XYZ, отображает какой-либо фиктивный или реализуемый цвет. Основные фиктивные цвета X, Y, Z располагаются в вершинах прямоугольного треугольника, причем в вершине с прямым углом находится цвет Z. Совокупность точек, отражающих реализуемые цвета, сосредоточена на площади, охватываемой кривой спектральных цветов (жирная линия), на которой отмечены точки цветового тона монохроматического света, т.е. его длины волн  от 0,38 до 0,7 мкм. Прямоугольные координаты хс и ус любой точки С в пределах площади, охватываемой треугольником  XYZ, являются коэффициентами цветности цвета, отображаемого точкой С.
Коэффициенты цветности хс и ус рассчитываются по спектральным характеристикам цветных ЖК УТ методом взвешенных ординат с использованием стандартного источника белого света [80]. Причем ордината Оу количественно равна относительному яркостному коэффициенту цвета. Точка Е, отмечающая центр тяжести прямоугольного треугольника XYZ, соответствует белому цвету. Все точки отрезка прямой линии Е;, соединяющей точку белого цвета Е с какой–либо точкой  ; на кривой спектральных цветов, имеют один цветовой тон с длиной волны ;.
Чистота цвета Р определяется отношением яркости монохроматического излучения В; и белого Вw излучений, т.е.

Р = В; /( В; + Вw ). (6.1)

Величины В; и Вw определяются по спектральным характеристикам (рис.6.2). От точки белого цвета Е до точки монохроматического с длиной волны ; чистота цвета Р вдоль отрезка Е; (рис.6.1) будет изменяться от 0 до 1. Кривая Р представляет собой линию одинаковой чистоты цвета для всех цветовых тонов. На цветовую диаграмму нанесены точки R, G и B, соответствующие цветовым координатам красного, зеленого и синего цветов, установленных Европейским стандартом цветного телевидения.
В стандарте системы NTSC точки красного и синего цветов примерно совпадают с соответствующими точками Европейского стандарта, а точка зеленого цвета G' смещена в область, близкую к ;=0,54 мкм.

6.2  Цветные жидкокристаллические управляемые транспаранты, избирательно     пропускающие    свет    неуправляемыми    оптическими фильтрами

6.2.1 Метод окрашивания белого света избирательным пропусканием через неуправляемые оптические фильтры

Этот метод окрашивания белого света основан на избирательном пропускании волн определенных участков спектра через неуправляемые оптические
 
 
фильтры (НОФ), световой поток на входе которых коммутируется амплитудным пространственно-временным модулятором света (ПВМС) на ЖК, т.е. НОФ осуществляет окрашивание, а ПВМС его изменение по выходной поверхности ЖК УТ во времени.
Таким образом, в цветной ЖК УТ входят два функциональных элемента НОФ 1 и амплитудный ПВМС на ЖК 2 (рис.6.3).
В качестве НОФ используются интерференционные оптические фильтры на тонких пленках SiO2 ; Si2N4; Ti2O5 и  т.д. с коэффициентом преломления более 2 [130]. В НОФ могут также применяться дихроичные фильтры, пропускающие свет с вполне определенным спектром и отражающие с другим, что позволяет получать два цвета на выходной плоскости ЖК УТ.
Для получения многоцветных изображений в цветных ЖК УТ устанавливается набор НОФ в виде триадной мозаики красных, зеленых, синих интерференционных фильтров, имеющих вид кружков или прямоугольных полос, отделенных друг от друга черным промежутком [130].
Переключение окраски выходной поверхности цветных ЖК УТ с НОФ может осуществляться амплитудными ПВМС, работающими на основе использования ДРС, S-, B- и твист-эффектов.
Цветные ЖК УТ с НОФ могут работать на проход (а) и на отражение (б) (рис. 6.3). Во втором случае световой поток через НОФ проходит дважды.
6.2.2  Двухцветный жидкокристаллический управляемый транспарант, окрашивающий свет неуправляемым оптическим фильтром

Одним из первых двуцветных ЖК УТ был транспарант, в котором использовался электрически управляемый ПВМС, закрытый сплошным НОФ.
В ПВМС использовалось матричное управление слоем НЖК с отрицательной диэлектрической анизотропией при исходной гомеотропной ориентации молекул. В этом положении участки слоя НЖК, где не подано управляющее электрическое поле, прозрачны и цвет выходной поверхности ЖК УТ
 
 
 определяется цветом интерференционного НОФ.
На участках слоя НЖК, находящихся под воздействием электрического поля, созданного перекрывающимися полосовыми электродами матрицы, если это поле превышает пороговое ДРС, то возникает рассеяние светового потока и его интенсивность существенно уменьшается. Такие участки выходной поверхности цветного ЖК УТ выглядят темными.
Таким образом, в описываемом цветном ЖК УТ формируется два цвета: черный и один из цветов радуги, определяемый НОФ.

6.2.3  Двухцветный жидкокристаллический управляемый транспарант, окрашивающий свет неуправляемым дихроичным фильтром

Используемый в этом цветном ЖК УТ дихроичный фильтр отражает свет на одном участке спектрального диапазона , а пропускает на другом [128] , что позволяет получить два цвета на выходной плоскости транспаранта, работающего на отражение (рис.6.4).
Такой цветной ЖК УТ состоит из дихроичного НОФ 6 и матричного электрически управляемого ПВМС, включающего в себя слой НЖК 1, прозрачный 2 и зеркальный 5 скрещенные полосовые электроды, нанесенные на стеклянные пластины 3, а также прокладку 4.
Освещающий поток белого света интенсивностью Iвх падает на цветной ЖК УТ со стороны дихроичного НОФ 6. При этом часть потока с   Iвых;1(X,Y,t) в области спектра с центральной длиной волны ;1 отразится, а другая часть в области ;2 пройдет через дихроичный НОФ к ПВМС. При отсутствии на участке слоя НЖК 1 управляющего напряжения, эта часть потока с I;2, пройдя стекляную пластину, прозрачный электрод 2,  слой планарно ориентированного НЖК1 с положительной  диэлектрической анизотропией, отразится от зеркального электрода 5 и, проследуя в обратном порядке названные выше слои, просуммируется на выходной поверхности НОФ с отразившейся от него частью Iвых;1.  Таким образом, при отсутствии напряжения цвет выходной поверхности ЖК УТ получается в результате интерференции волн, отраженных от дихроичного фильтра и зеркального электрода.
В случае подачи управляющего напряжения, превышающего пороговое ДРС, на участок слоя НЖК вследствие рассеяния света в нем составляющей отраженный от зеркального электрода на выходной поверхности ЖК УТ не будет и цвет ее в основном  определяется отраженной от дихроичного НОФ частью спектра.
Двуцветный ЖК УТ, окрашивающий свет дихроичным НОФ, имеет следующие параметры [145] : коэффициент контрасности до 10, разрешающая способность до 10 лин/мм, время включения 0,2;0,5с, а выключения 0,1;0,3с, управляющее напряжение 15;30 В.

6.2.4  Многоцветный матричный жидкокристаллический электрически управляемый транспарант, окрашивающий свет триадной мозаикой интерференционных фильтров

В этом цветном ЖК ЭУТ (рис. 6.5), работающем на просвет [130, 145], НОФ 7 расположен на внешней стороне поляризаторов 5 и представляет собой тонкопленочную мозаику триадных (красных, зеленых, синих) интерференционных фильтров, выполненных в виде прямоугольных полосок, отделенных друг от друга черным промежутком. Используемый здесь ПВМС собран по схеме амплитудного матричного ЖК УТ,  работающего на твист-эффекте и включающего в себя слой ЖК 1, скрещенные полосовые прозрачные электроды 2, стеклянные пластины 3, прокладку 4, параллельные поляризатор 5 и анализатор 6. Интенсивность многоцветного светового потока на длине волны ;, прошедшего через этот ЖК УТ, реализующий аддитивный метод, будет [256]

I(;)=I0(;)[T;R ; TR(;) + T;G; TG (;) + T;B; TB (;)]/3, (6.2)

где I0(;) – интенсивность источника белого света на длине волны ; на
;

 
входе ЖК УТ;
TR(;),TG (;),TB (;) – коэффициенты пропускания красного, зеленого, синего фильтров на длине волны ;;
 T;R, T;G, T;B – коэффициенты пропускания элементарных участков слоя ЖК ЭУТ в местах расположения соответствующих фильтров. В зависимости от величины управляющего напряжения последние изменяются от 0 до 1.
При отсутствии управляющего поля на элементарных участках слоя ЖК матричного амплитудного ПВМС молекулы ЖК, имеющие планарную ориентацию на электродах, закручиваются в твист-структуру благодаря тому, что ориентирующие канавки на скрещенных полосовых электродах нанесены вдоль их длины, а следовательно, на противолежащих участках электродов они будут перпендикулярны. В этом случае входной белый световой поток окрашивается в НОФ 7, преобразуется в линейно поляризованную волну поляризатором 5, проходит стеклянные пластины 3 и призрачные электроды 2, а в закрученном слое НЖК вектор поляризации его поворачивается на 90;. Однако, поскольку поляризатор 5 и анализатор 6 параллельны, то окрашенный линейно поляризованный свет, вектор поляризации которого повернут на 90;, на выход анализатора не проходит. Выходная поверхность цветного ЖК УТ выглядит темной.
При подаче на элементарный участок слоя ЖК управляющего напряжения, превышающего пороговое твист-эффекта, молекулы ЖК ориентируются гомеотропно и этот участок становится прозрачным. Он высвечивается на выходной плоскости ЖК УТ в виде цветной локальной области (точки). Цвет этой области определяется цветом элемента мозаики НОФ, находящегося напротив запитанного элементарного участка слоя ЖК. Многоцветное изображение на выходной плоскости ЖК УТ получается при подаче на скрещенные полосовые прозрачные электроды управляющих напряжений по определенной программе.
Управление многоцветным ЖК УТ осуществляется с помощью прозрачной тонкопленочной матрицы полевых транзисторов (рис.6.6). Управляющее напряжение Uyx и  Uyy к полевым транзисторам 4 подводится с помощью скрещенных полосовых прозрачных горизонтальных (X) 1 и вертикальных (Y) 2 электродов, а от транзисторов 4 через их выводы 5 результирующее управляющее напряжение подключается к элементарным участкам 3 слоя ЖК.
Топология мозаики триад цветных фильтров может быть полосовой 1 , диагональной 2 и треугольной 3 (рис.6.7).
В случае необходимости создания подобных многоцветных ЖК УТ, работающих на отражение, анализатор 6 (рис. 6.6) и прилегающая к нему стеклянная пластина 3 заменяются массивной плоской зеркальной кремниевой пластиной. В [130] имеются сведения о ЖК УТ с устройством управления, состоящим из 14400 полевых транзисторов, расположенных на площади 150 х 150мм2. Такие ЖК УТ имеют коэффициент контрастности не хуже 25, разрешающую способность около 1 лин/мм, время включения 60мс, управляющее напряжение до 30 В.
 В [9] приведены данные о цветном ЖК экране с активной адресующей матрицей тонкопленочных транзисторов из аморфного кремния. Диагональ экрана была 180 мм. Площадь информационного поля 130 х 130 мм2. Число элементов изображения 325 х 325 = 104625. Основной проблемой остается низкий выход годных образцов.
В [20 ] сообщалось о большом цветном экране с площадью 13 х 2 м2, состоящем из ряда индикаторных модулей и устройства управления. Каждый модуль включает в себя источник подсвета (люминесцентная лампа), матричный цветной ЖК ЭУТ с НОФ триадного (красный, зеленый, синий) типа и световод для ориентации и рассеяния выходного света.

6.3  Цветные управляемые  транспаранты,   избирательно пропускающие свет нематическими фильтрами
6.3.1 Метод частотной модуляции белого света избирательным пропусканием через нематический управляемый оптический фильтр

Этот метод частотной модуляции белого света основан на избирательном пропускании волн определенных участков спектра через пространственно-
 
 
временной управляемый оптический фильтр (УОФ), осуществляющий дисперсионное вращение векторов линейной поляризации волн, входящих в состав белого света и их поляризационную селекцию.
Такой фильтр (рис.6.8) состоит из НЖК ячейки 2, размещенной между двумя поляроидами 1 и 3. На выходе первого их них – поляризатора 1 белый свет будет линейно поляризованным. Дисперсионное вращение поляризации в слое НЖК состоит в том, что угол поворота линейной поляризации ;;  зависит от   длины волны ;. Кроме того, он также зависит от приложенного к слою НЖК управляющего напряжения Uу. При угле между вектором поляризации на выходе поляризатора и проекцией оптической оси слоя НЖК на плоскость входного электрода ;=45; угол поворота
;;=;d;n(Uy)/;. (6.3)

Из данного выражения следует, что векторы поляризации световых колебаний с различной длиной волны, входящих в состав белого света, будут по разному повернуты на выходе слоя НЖК в зависимости от управляющего напряжения (рис.6.9). Это позволяет путем поворота выходного поляризатора 3 (рис.6.8) выделить из белого поляризованного света узкополосное колебание с необходимой длиной волны. Тем самым будет получена требуемая окраска выходной поверхности УОФ. Для изменения ее цвета при неподвижном анализаторе необходимо повернуть векторы поляризации волн, входящих в белый свет, на выходе слоя НЖК путем регулирования управляющего напряжения до появления на выходе УОФ требуемой окраски.
Таким образом, технически данный метод цветной модуляции реализуется так же как и метод амплитудной модуляции, основанный на поляризационной селекции с помощью двух поляроидов (рис.5.1 ). Отличие состоит в том, что последний метод используется при модуляции когерентного монохроматического света, а поэтому цвет на выходной плоскости ЖК УТ остается тем же, что и на входе, меняется лишь амплитуда и фаза.
;
 
В реальных ЖК УТ амплитудная и частотная (цветная) модуляция могут быть использованы в одном устройстве.
Ячейка со слоем НЖК, используемая здесь, называется дисперсионным вращателем поляризации (ДВП). В качестве ДВП в цветных ЖК УТ используются электрически управляемые слои НЖК с исходной планарной и гомеотропной ориентацией молекул, позволяющие получить S, B и твист-эффекты. Для получения S- и твист-эффектов в ДВП используются НЖК с положительной диэлектрической анизотропией ;; и максимальным значением показателя двулучепреломления при исходной планарной ориентации ;n = 0,15 – 0,4. При реализации В-эффекта в ДВП применяются НЖК с отрицательной диэлектрической анизотропией, а показатель двулучепреломления при исходной гомеотропной ориентации ;n =0.
При подаче на ДВП управляющего напряжения и его плавном увеличении после порогового значения (для соответствующего эффекта) в слое НЖК с положительной ;; величина ;n уменьшается, а в слое НЖК с отрицательной ;; - увеличивается.
В первом приближении эти зависимости могут быть описаны выражением:
;n = ;nмакс ;Cos2;(Uy), (6.4)
где ;nмакс= ne – n0 = n|| - n; - максимальное значение показателя двулучепреломления;
; - угол между плоскостью электрода и текущим положением оптической оси слоя ЖК.
Для S- и твист-эфектов при ;;>0 величина ; увеличивается под действием управляющего напряжения от 0 до 90;, т.е. большие оси молекул ЖК поворачиваются от направления, параллельного электродам, до перпендикулярного.
В случае В-эффекта при ;;< 0 величина угла ; уменьшается под воздействием электрического поля от 90 до 0;.
Коэффициент пропускания монохроматических составляющих, выделенных анализатором из белого  (ахроматического) линейно-поляризованного света, на выходе УОФ определяется при ;=45; из (5.5) и (5.6) для параллельных и скрещенных поляроидов соответственно.
С учетом (6.4) эти выражения перепишутся в виде:
- для параллельных поляроидов
Т; || = T;m ;Cos2[;d;nмаксCos2;(Uy)/;]; (6.5)

для скрещенных поляроидов
Т; += T;m ;Sin2[;d;nмаксCos2;(Uy)/;]. (6.6)

Цвет выходной поверхности УОФ будет определяться той длиной волны ;ц, при которой выражения (6.5) и (6.6) достигают максимума. Но поскольку косинус и синус функции периодические, то таких длин волн может быть много, так как функции достигают максимумов каждый раз при изменении их аргументов на ;.
Следовательно, условия максимума отношения Т; || / T;m при параллельных поляроидах запишется

    ;d;nмаксCos2;(Uy)/;ц|| = ;(2m-1), ` (6.7)

где m = 1, 2, 3.... – номер порядка или спектральной моды (периода функции синуса),
а при скрещенных поляроидах отношение Т; +/ T;m  достигает максимума, когда
               ;d;nмаксCos2;(Uy)/;ц+= ;(m-0,5). (6.8)
Откуда длины волн, соответствующие максимуму интенсивности света на выходе УОФ, будут при параллельных поляроидах
;y|| = d;nмаксCos2;(Uy)/ (2m-1), (6.9)
при скрещенных поляроидах
;ц+= d;nмаксCos2;(Uy)/ (m-0,5). (6.10)
При увеличении Uy за пороговым значением длины волн ;ц|| и ;ц+ будут уменьшаться при S- и твист – эффектах и расти при В-эффекте, поскольку в первом случае ; увеличивается от 0 до 90;, а во втором – уменьшается  от  90 до 0;.
Из выражений (6.9) и (6.10) следует, что в первом порядке (m=1) определяющие цвет длины волн ;ц|| и ;ц+  будут отличаться по величине в 2 раза. Это означает, что цвет на выходе УОФ при параллельных поляроидах является дополнительным по отношению к цвету в случае использования скрещенных поляроидов при всех прочих равных условиях.
Для расчета ширины спектральной моды при скрещенных поляроидах определим длины волн, при которых интенсивность света на выходе УОФ уменьшается в два раза.
Для коротковолновой области [249]
;1 = d;nмакс/ (4m-1), (6.11)
а для длинноволновой области
;2 = d;nмакс / (4m-3). (6.12)
Тогда при скрещенных поляроидах относительная ширина спектральной моды
;;;;ц+ =(;2 -  ;1)/;ц+ = 4(2m-1)/(4m-1)(4m-3). (6.13)
Зависимости длин волн ;1 и  ;2 от максимальной оптической задержки Г= d;nмакс для спектральных мод m = 1-5 приведены на рис.6.10.
Видно, что с увеличением номера спектральной моды m ширина ее уменьшается. В первой моде ее ширина достаточна для передачи всего видимого спектра. В ряде случаев диапазоны мод накладываются, что приводит к смешению цветов.
Наложение многих мод при больших оптических задержках ухудшает чистоту цвета. Поэтому практическое использование дисперсионного вращения поляризации света при В- и S-эффектах для получения цветных изображений осуществляется только до третьей моды. Кроме того, из рис.6.10 следует, что с
 
 
помощью слоя ЖК, помещенного между двумя поляроидами, можно получить далеко не все известные цвета.
Для оценки цвета выходной плоскости УОФ на слое ЖК с В-эффектом толщиной 10 мкм из МВВА при температуре 25;С, скрещенных поляроидах и нормальном падении света на входную плоскость в [252]  на диаграмму МОК нанесена кривая (пунктир на рис.6.11), описывающая перемещение точки, отображающей цвет при изменении управляющего напряжения Uy  от порогового UВ до 1,8UВ. Видно, что  цвета, получаемые на выходе этого УОФ, менее насыщены, имеют меньшую чистоту по сравнению с цветами Европейского телевизионного стандарта R, G, B.
Отношение коэффициентов максимального и минимального пропускания поляроидов М зависит от длины волны. Для поляроидов типа HN-55 и HN-42 оно изменяется в пределах видимого диапазона от 10 до 65. Для улучшения цветовыделения и получения высокого контраста на выходе   УОФ   необходимо   применять поляроиды с возможно большим М.
Для обеспечения однородности цвета по всей выходной плоскости УОФ необходимо обеспечить однонаправленную ориентацию молекул ЖК в исходном положении. Для этого в [249] применена технология, использующая перпендикулярные и горизонтальные выравнивающие силы молекул ЖК на поверхностях электродов. При этом отмечалось появление на краях изображения черной линии, обусловленной действием боковых электрических полей в ЖК. Было установлено, что этот дефект в изображении исчезает при задании начального угла наклона молекул относительно перпендикуляра к электродам, превышающего некоторое значение, определяющее требуемую контрастность в исходном состоянии. Ибо чем больше этот угол, тем меньше контрастность. Экспериментально определено, что для слоя МВВА/ЕВВА толщиной 4 мкм и ;nмакс=0,12 при В-эффекте и минимальном значении начального угла наклона 1; коэффициент контрастности при скрещенных поляроидах составлял 250.
Для получения зеленого, голубого, красного цветов достаточно управляющих напряжений 12, 13 и 15В соответственно с частотой 140 кГц.
 
Однородность цвета при воздействии управляющего напряжения обеспечивается одинаковостью его по всей поверхности электродов УОФ, что обеспечивает однонаправленный наклон молекул ЖК.

6.3.2  Многоцветные плавно электрически управляемые оптические фильтры с нематическим дисперсионным вращателем поляризации

Рассмотренный здесь метод частотной модуляции белого света (цветовыделения) используется в плавно перестраиваемом многоцветном оптическом фильтре с ДВП на НЖК [145]. Схема его соответствует схеме, представленной на рис. 6.8.
Следует заметить, что через выходной анализатор УОФ проходит не чисто монохроматический свет. Он имеет некоторую конечную полосу частот. Поэтому цвет выходной плоскости УОФ определяется соотношением интенсивностей монохроматических колебаний в пределах этой полосы. В вариантах построения такого фильтра используются S-, B- и твист-эффекты. В первых двух случаях плавное управление фильтром под действием электрического напряжения позволяет последовательно получить зеленый, желтый и красный цвета.
При использовании твист-эффекта в случае ориентации оптической оси слоя ЖК на входной его плоскости под углом ;=45; к вектору поляризации света, прошедшего через входной поляризатор, плавная перестройка фильтра осуществлялась в пределах красного, зеленого и голубого   цветов. Такой угол ; обеспечивает в исходном состоянии при отсутствии управляющего напряжения одинаковый коэффициент пропускания света для указанных здесь цветов.
Один из первых цветных УОФ с ДВП на НЖК с использованием S-эффекта описан в [251]. В нем применен слой смеси МВВА:ВВАВ=3:1 по весу толщиной 9мкм. Смесь обладает положительной диэлектрической анизотропией при комнатной температуре. Прозрачные электроды выполнены из тонкого слоя двуокиси олова на стеклянных пластинках. При этом необходимая исходная планарная ориентация молекул достигалась путем натирания электродов. В качестве прокладки между электродами и использовалась майларовая пленка.
Для получения стабильного выделения цвета использовалось импульсное управляющее напряжение прямоугольной формы с постоянной длительностью и переменной частотой повторения, на которое накладывались импульсы смещения с постоянной частотой. Все измерения выполнялись при комнатной температуре при прохождении световых волн через УОФ с параллельными поляроидами. Спектральные характеристики пропускания описываемого фильтра с эффектом увеличения частоты повторения Fn управляющих импульсов смещаются  в  сторону  уменьшения  длины   волны,   т.е.   к  фиолетовой границе (рис. 6.12). При этом использовались импульсы смещения с Fn=1,5 кГц, ;и = 60мкс, Uy=11B. Управляющие импульсы имели ;и = 10мкс, Uy=10B, а Fn изменялась от 0,5 до 10 кГц. На верхней границе этого диапазона получался фиолетовый цвет.
Цветной УОФ с ДВП на НЖК, в котором используется твист-эффект, описан в [130] . Слой ЖК имел толщину 12 мкм и состоял из смеси МВВА:ВВАВ=4:1 по весу. Для обеспечения исходной планарной ориентации молекул на поверхности электродов последние натирались хлопком. Использовались нейтральные поляроиды. Исследования проводились при температуре 25;С в монохроматическом и белом свете. Управляющее переменное напряжение имело частоту 5 кГц. Пороговое напряжение твист-эффекта UТ=0,9В.
Зависимости коэффициентов пропускания монохроматического красного, зеленого и синего цвета (кривые 1, 2, 3 соответственно) УОФ с ДВП на НЖК при твист-эффекте от управляющего переменного напряжения с частотой 5 кГц приведены на рис. 6.13. Видно, что для перестройки УОФ в сторону более коротких длин волн требуются большие управляющие напряжения.
Спектральные характеристики пропускания описываемого цветного УОФ при управляющих переменных напряжениях 2,4; 3,8 и 5,9 В с частотой 5кГц (кривые 1, 2 и 3 соответственно) приведены на рис. 6.14. Видно, что длины волн, соответствующие максимальным значениям коэффициентов пропускания
 
;


 

 
УОФ, для указанных напряжений равны 0,68; 0,52 и 0,47 соответственно. Они примерно совпадают с аналогичными значениями при работе УОФ на тех же напряжениях в монохроматическом свете (рис.6.13).
В [142]  приводятся характеристики управления плавно перестраиваемого УОФ с ДВП на НЖК типа МББА+ЭББА (50% + 50% веса) с толщиной слоя 20 мкм и площадью  15х12 мм2, работающего на основе использования В-эффекта. При этом электроды его были из двуокиси олова толщиной 0,5мкм. Исследования проведены при температуре 20;С и работе УОФ на просвет. Равномерная освещенность входной поверхности УОФ белым светом составляла 3000лк. Характеристики управления такого фильтра снимались в импульсном режиме в виде зависимостей длины волны, соответствующей максимуму интенсивности света, прошедшего через УОФ, от амплитуды управляющих видеоимпульсов Uу (рис.6.15), частоты повторения Fи (рис.6.16) и длительности импульсов ;и (рис.6.16). Эти зависимости близки к линейным функциям, что положительно. Причем при Fи=const с уменьшением длительности импульсов диапазон изменения амплитуд управляющих импульсов, необходимый для перестройки УОФ в пределах видимого участка спектра, увеличивается, а абсолютные значения этих амплитуд растут. Следовательно, основное влияние на длину волны на выходе УОФ оказывает удельная импульсная энергия, потребляемая им от источника переменного напряжения.
Наиболее информативными характеристиками УОФ являются спектральные. Они представлены в [142] для УОФ с ДВП на тонком монокристаллическом слое НЖК с В-эффектом. Его толщина составляла 3-4 мкм. Использовался ЖК-440. Применялись скрещенные поляроиды. Угол между вектором поляризации света, прошедшего через входной поляризатор, и проекцией оптической оси слоя ЖК на электрод составлял 45;. Ориентировка наклона молекул осуществлялась натиранием электродов хлопчатобумажной тканью. Микроканавки на обоих электродах были параллельны. Исследования проводились при работе УОФ на просвет.
Спектральные характеристики (рис.6.17) снимались при температуре воз
 
 
духа 18;С и при подаче на УОФ видеоимпульсов управления с Fи=12 кГц;  ;и=10 мкс и амплитудами 21, 31, 42, 50, 66 В, обеспечивающими соответственно выделение сине-зеленого, желто-оранжевого, оранжево-красного, темно-красного и голубого цветов. Эффективное управление цветом было до Uy=66В. Дальнейшее увеличение Uy приводило к тому, что при 86 В выходная поверхность УОФ окрашивалась в зеленый цвет. Увеличение Uy  до 120В не приводило к изменению цвета, а лишь увеличивалась его насыщенность.
Характеристики управления в виде зависимости коэффициента пропускания Т; /Т;m от амплитуды управляющего видеоимпульсного напряжения Uy  описываемого фильтра приведены на рис.6.18. Видно, что при использовании для  перестройки  в  сторону  более  длинных  волн  УОФ  с  ДВП  на  НЖК  с   В-эффектом требуется увеличивать амплитуду видеоимпульсов. При использовании тонких слоев НЖК в УОФ благодаря усилению действия ориентирующих сил на поверхностях электродов на молекулы ЖК улучшается чистота цвета и увеличивается разрешающая способность УОФ, а также уменьшается зависимость цвета выходной поверхности от угла наблюдения [145].

6.3.3  Многоцветные дискретно электрически управляемые оптические фильтры с нематическим дисперсионным вращателем поляризации

Изменение цвета выходной поверхности УОФ дискретно, т.е. скачком, например, от красного к синему, осуществляется дискретным изменением управляющего напряжения. Это может быть осуществлено в УОФ с одним или несколькими нематическими ДВП.
Если в УОФ с одним ДВП используются два скрещенных поляроида, то при каждом скачкообразном изменении управляющего напряжения его величина должна быть такой, чтобы вектор поляризации света с требуемой длиной волны каждый раз поворачивался только на 90;. Состав и толщина слоя НЖК в ДВП могут быть подобраны так, что при Uy=0 угол поворота поляризации света с ;1будет ;; = 90; и на этой волне коэффициент пропускания УОФ Т; максимален.
При этом цвет будет соответствовать ;1, так как колебания с другими длинами волн будут погашены анализатором.
В случае, когда Uy = U;2, угол поворота поляризации света в ДВП ;; = 90; будет для света с ;2 и цвет на выходе соответствует именно ;2 и т.д.
Использование двух и более последовательно установленных НЖК ДВП позволяет получить больше цветов при меньшем числе фиксированных значений управляющих напряжений. В УОФ [142] с двумя ДВП и двумя значениями Uy1 и Uy2 получают четыре цвета: белый, желто-оранжевый, зелено-голубой и черный. Схема такого УОФ изображена на рис. 6.19. Он работает на просвет и состоит из параллельных поляризатора 1 и анализатора 7, прозрачных подложек 2, прозрачных электродов 3, изолирующих прокладок 4, слоев ЖК 5 и 6. На электроды подаются управляющие напряжения Uy1 и Uy2, прикладываемые к слоям ЖК 5 и 6 соответственно.
Первый слой НЖК 5 имеет положительную диэлектрическую анизотропию и закручен в твист-структуру. При Uy1 =0 слой НЖК 5 поворачивает вектор поляризации света на 90;, а когда на него подано Uy1>Un молекулы НЖК ориентируются гомеотропно и поляризованный свет проходит слой ЖК 5 без поворота поляризации.
Второй слой ЖК 6 выполняет роль ДВП и состоит из смеси НЖК и ХЖК: (р- метаксибезилиден - р|-n - бутиланилин –45,0%; р-азоксибензилиден – р| - n - бутиланилин – 31,5%; р-азоксибензилиден – р – аминобензонитрил – 13, 5; холестерил омил карбонат –10,0%). Процентное содержание дано по весу. Обработка электродов обеспечивает планарную структуру слоя. При Uy = 30 В молекулы слоя ЖК 6 ориентируются гомеотропно и поворота поляризации нет.
Подключение или отключение управляющих напряжений к двум ДВП в определенных комбинациях позволяет изменять суммарный угол поворота поляризации света. При этом изменяется форма спектральных характеристик такого УОФ и цвет его выходной поверхности (рис. 6.20).
В качестве ДВП могут использоваться слои на смесях НЖК и ХЖК,
 
используемые для дискретного переключения цветов. Осуществляется это в сочетании со слоями НЖК, поворачивающими вектор поляризации при отсутствии управляющего напряжения на различные дискретные углы в пределах 0 - 90;. Такие УОФ имеют широкий угол обзора, что является достоинством. Зависимости угла поворота поляризации ;; от длины волны ; приведены на рис. 6.21, для различных углов обзора 0;, 10; (кривая 1) и 40;, 50; (кривые 2, 3 соответственно).
Недостатком описанного УОФ с двумя ДВП является зависимость угла поворота поляризации ;; от температуры слоя ЖК Т;С (рис.6.22) при фиксированных значениях длины волны ;=0,4; 0,425; 0,6; 0,7 (кривые 1- 4 соответственно).
 
 
ГЛАВА 7

ПРИМЕНЕНИЕ ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИ
УПРАВЛЯЕМЫХ ТРАНСПАРАНТОВ ДЛЯ ОТОБРАЖЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ

7.1 Области применения жидкокристаллических электрически управляемых транспарантов  в индикаторах

Широкое распространение дешевых и экономичных цифровых, знаковых и буквенных жидкокристаллических индикаторов (ЖКИ) [98]  в часах, весах, калькуляторах, устройствах неразрушающего контроля [209]  и компьютерах [79, 82] дало толчок для поисков путей внедрения ЖК в информативно емкие устройства отображения информации, используемые в осциллографах, персональных и универсальных компьютерах, портативных [240, 241], комнатных [208], проекционных и гигантских телевизорах [205], а также в радиолокаторах и автоматических системах управления [125, 126, 131, 228-231, 150, 151, 161].
Основой таких устройств отображения является экран, на котором формируется картина, несущая огромные объемы информации. Она может быть фиксирована, изменяться самопроизвольно или по требованию оператора, медленно  или быстро в реальном масштабе времени.
Одним из основных требований эргономики к таким экранам является малая величина его размера, не несущего информации, т.е. экран должен быть по возможности плоским.
Проблема создания плоских экранов индикаторов решается на основе использования газоразрядных, светодиодных, электролюминисцентных панелей, электронно-лучевых приборов и ЖК электрически-управляемых транспарантов ;228,229;. Предпочтение в большинстве случаев отдается последним опять же благодаря низкой стоимости, малому энергопотреблению и большому сроку службы.
Однако, следует заметить, что плоские экраны ЖКИ по качеству изображения все еще уступают электронно-лучевым приборам, но этот разрыв имеет тенденцию к уменьшению. Поэтому предприятия, выпускающие портативные компьютеры, оборудуют последние плоскими ЖК экранами или предусматривают возможность их подключения ;163,231;.

7.2 Плоские экраны жидкокристаллических индикаторов

Построение плоских экранов ЖКИ осуществляется по схеме амплитудных матричных ЖК ЭУТ.
Основные преимущества таких экранов ЖКИ ;66; по сравнению с другими плоскими индикаторами следующие.
1. Удельная потребляемая мощность мала (на четыре пять порядков меньше чем у светодиодов) и составляет для ЖКИ, питаемых переменным током и работающих на ДРС не более 50-200 мкВт/см2 (по току 2-10 мкА/см2), а при работе на твист-эффекте – 10 мкВт/см2 (по току 2 мкА/см2).
2. При работе ЖКИ на отражение усиление внешнего освещения приводит к увеличению яркости экрана при сохранении контрастности изображения.
3. Для управления ЖКИ используется низковольтные напряжения (при работе на ДРС – (10-20)В, а на твист-эффекте – (2-5)В), что обеспечивает их прямую совместимость с интегральной электроникой и автономными источниками питания.
4. Конструктивное оформление ЖКИ в виде плоских панелей малой толщины, которая практически равна толщине двух сложенных электродных стекол, позволяет использовать их в малогабаритной аппаратуре.
5. Планарность устройства ЖКИ обуславливает их технологичность ;83;.
6. Высокая долговечность (особенно при управлении переменными напряжением – более 30-40 тысяч часов) позволяет использовать ЖКИ в аппаратуре длительного применения.
Из недостатков плоских экранов ЖКИ следует отметить их инерционность (при минусовых температурах время включения достигает десятков милисекунд) и малые диапазоны температур хранения и работы ;66;.
В плоских матричных ЖК экранах, так же как и в знаковых и цифровых ЖКИ ;9;, с целью обеспечения их высокой долговечности для управления информационными ЖК элементами необходимо на каждый выбранный из них элемент подавать знакопеременные видеоимпульсы прямоугольной формы без постоянной составляющей. Как уже отмечалось, такое питание ЖК слоя переменным напряжением предотвращает деградацию ЖК смеси.
Знакопеременные управляющие видеоимпульсы формируются путем вычитания на внутреннем сопротивлении ЖК элемента двух последовательностей однополярных видеоимпульсов с одинаковыми амплитудами, частотами следования и фазами. Схема подключения ЖК элемента 1 к источникам строчных 2 и столбцовых 3 управляющих видеоимпульсов приведена на рис.7.1.
Для формирования на ЖК элементе электропеременных управляющих видеоимпульсов Uу на выбранные строку 4 и столбец 5 относительно корпуса прибора ; подаются однополярные видеоимпульсы прямоугольной формы строчные Uс с амплитудами равными Uу/2, т.е. половине управляющего напряжения. Их эпюры изображены на рис7.2.
Напряжение на строке Uс (эпюра 1) называется сигналом выборки или сканирования Uск. Знак его все время остается постоянным – положительным.
Напряжение на столбце Uст (эпюра 2) называется сигналом данных или информативными Uи. Знак его меняется с положительного на отрицательный при включении элемента и наоборот с отрицательного на положительный при его выключении. Заметим, что Uск=Uи=Uу/2.
Тогда включенный элемент, находящийся на пересечении выбранных строки и столбца, в среднем за время возбуждения оказывается под знакопеременным напряжением (эпюра 3) Uу=Uск-(-Uи)=2Uск=2Uи, т.е. под удвоенным напряжением источников управления. Элемент ЖК чувствителен к действующему значению этого напряжения Uуд=Uу/2=Uск=Uи, т.е. равному напряжению источников управления. Контраст изображения на экране ЖКИ не зависит от
 
 
 
формы управляющего напряжения до тех пор, пока сохраняется постоянным его действующее значение.
Когда элемент выключен знак Uи положителен и управляющее напряжение на элементе (конец эпюры 3) Uу=Uск-(+Uи)=0, поскольку Uск=Uи.
Формы видеосигналов Uск и Uи подбирается эквивалентными друг другу, чтобы при их вычитании на ЖК элементе было чрезвычайно малое, стремящееся к нулю, значение постоянной составляющей результирующего напряжения.
Рассмотренный способ удвоения управляющего напряжения на элементе ЖКИ за счет подачи на его противоположные электроды видеоимпульсов разной полярности  позволяет снизить требования к амплитудам выходных напряжений источников управляющих сигналов по их величине в два раза.
Для предотвращения возникновения мельканий период повторения управляющих знакопеременных видеоимпульсов должен быть меньше времени спада контраста выбранного элемента ЖКИ по отношению к невыбранному.
Как отмечалось, при рассматривании способов адресации элементов матричных ЖК ЭУТ, подача управляющего напряжения на выбранный элемент приводит также к появлению на невыбранных элементах напряжения, которое из-за низкой крутизны ВКХ элементов частично их возбуждают и вызывает появление перекрестных помех (эффект креста). Последние приводят к снижению контраста изображения. Повышение его может достигаться увеличением отношения напряжения на выбранных и невыбранных элементах ЖКИ, в частности, путем правильного выбора величины специально поданного на элементы ЖКИ напряжения смещения.
В матричных экранах ЖКИ могут реализовываться два режима отображения: прямой и инверсный.
При прямом режиме включается только выбранные элементы, т.е. на них подано управляющее напряжение Uу. Все невыбранные элементы выключены.
В случае инверсного режима вначале включаются все элементы. Затем выбранные элементы выключаются, а невыбранные остаются включенными.
Смена режима приводит к изменению характера формируемого изображения с позитивного на негативный или наоборот. Каким будет исходное изображение позитивным или негативным зависит от многих факторов. Во-первых, от того как работает ЖКИ – на просвет или не отражение. Во-вторых, какой в нем используется электрооптический эффект. В-третьих, как расположена плоскость поляризации поляроидов и т.п.
Основной областью применения плоских экранов ЖКИ является вывод большого объема информации к потребителю. Они могут использоваться в различных информационных, контрольно-измерительных и управляющих системах в качестве дисплеев, а также в портативных компьютерах и телевизорах.
Исходя из последовательного способа передачи информации в ряде систем (например, в телевидении) желательно было бы использовать последовательную адресацию элементов ЖК экрана. Однако, из-за их большой инерционности такая адресация здесь не используется.
Для управления экраном ЖКИ применяется параллельная или параллельно-последовательная адресация элементов (построчное сканирование).

7.3  Способы    адресации    элементов       жидкокристаллических электрически управляемых  транспарантов  и плоских экранов жидкокристаллических индикаторов

Адресация определяется как процесс распределения управляющих сигналов по информационному полю ЖК ЭУТ для индивидуального включения его элементов ;9;. Существуют следующие способы адресации: мозаичная, матричная и комбинированная матрично-мозаичная.
Мозаичная адресация осуществляется непосредственным прямым подключением источника управляющего напряжения к выбранному элементу ЖК ЭУТ (рис.1.4) или ЖК индикатора (ЖКИ). Она обеспечивает одновременное (параллельное) управление всеми элементами ЭУТ.
Если элементы мозаики образуют прямоугольный растр на n строках и m столбцах, то их общее число (информативная емкость) N0=n;m. В случае, когда каждый элемент имеет два дискретных прозрачных электрода число необходимых для управления ЭУТ соединений Nс=n;m. При использовании с лицевой стороны ЭУТ ЖКИ одного сплошного прозрачного электрода Nс=n;m+1. Таким образом, число соединений при мозаичной адресации велико. Поэтому такая непосредственная адресация применяется, когда число элементов мало. Она используется в знаковых и цифровых ЖКИ, применяемых в измерительных приборах, мини-компьютерах, наручных часах и т.п. Кроме того, она может реализоваться в ЖК ЭУТ при вводе относительно небольшого количества информации в оптические процессоры.
Матричная адресация осуществляется путем подключения источника управляющего напряжения в выбранном ЖК ЭУТ с помощью двух пересекающихся полосовых прозрачных электродов, соответственно выбранных из общего числа n строчных и m  столбцовых полосовых электродов матрицы (рис.7.1). Причем эти же выбранные электроды, но в комбинации с другими такими же электродами могут одновременно использоваться для управления другими элементами ЖК ЭУТ. Такая адресация применяется при большом числе N0, которое при прямоугольном реестре также равно n;m. Матричная адресация имеет второе название мультиплексная (multiplexing - многократная) ;9;. Кроме того, употребляется термин – мультиплексирование (много переплетений), что означает переход на матричную адресацию ;26;.
Если слой ЖК элемента ЭУТ располагается непосредственно между пересекающимися электродами, то такая матричная адресация называется внутренним мультиплексированием, а сама матрица – пассивной.
Если же между пересекающимися электродами располагается нелинейный управляющий элемент, например, тонкопленочный транзистор, а от последнего управляющее напряжение подается непосредственно на свой ЖК элемент, то такая адресация будет комбинированной матрично-мозаичной или с внешним мультиплексированием, а сама матрица называется активной.
При матричной адресации различают чистое и смешанное мультиплексирование.
В чисто мультиплексной матричной адресации для управления n строками и m столбцами требуется соединений Nс=n+m. Для сравнения при мозаичной адресации ;87; с одним общим электродом требовалось n;m+1 соединений, что при n;3 и m;3 всегда больше n+m, а с увеличением n и m разница эта существенно возрастает, т.е. уменьшение числа необходимых соединений за счет мультиплексирования очевидно. Таким образом, матричные ЖКИ и ЭУТ могут иметь устройство управления при том же количестве разрешаемых элементов проще, чем мозаичные.
При чисто мультиплексной матричной адресации может обеспечиваться как одновременное (параллельное) ;24;, так и последовательное управление ;72;. Чаще здесь используется параллельно-последовательный ввод информации. На все столбцы параллельно подаются видео сигналы, несущие информацию, а строки подключаются к источнику управляющего сигнала последовательно. Такая запись называется построчной или "Вся строка сразу", т.е. информация на выбранную строку подается параллельно через все столбцы в течение времени выборки строки.
Однако, из-за малой крутизны вольт-контрстной характеристики (ВКХ) ЖК элементов и их большой инерционности техническая реализация матричного ЖКИ или ЭУТ при чистом мультиплексировании встречает ряд трудностей.
Первая из них связана с появлением креста с ярким центром в точке выбранного элемента вместо одной этой точки (рис.7.3). Так при подаче управляющего напряжения между строкой 2 и столбцом 2, превышающего пороговое напряжение используемого электрооптического (ЭО) эффекта, должен включиться только элемент 22. На самом деле полувыбранные элементы 12, 21 , 23, и 32 также будут частично возбуждаться, имея контраст меньший, чем у элемента 22.
 
 
         Это явление обусловлено тем, что на полувыбранных элементах будет приложено напряжение меньше половины напряжения на выбранном элементе, но достаточное для возбуждения ЭО эффекта вследствие низкой крутизны ВКХ.  На невыбранных элементах напряжение будет значительно меньше чем
 на полувыбранных  и не достигает порогового напряжения ЭО эффекта. Поэтому они не возбуждаются. Такое распределение напряжений на полувыбранных и невыбранных элементах обусловлено тем, что ток через полувыбранный элемент в столбце креста состоит из суммы токов невыбранных элементов в той же строке,  а ток через полувыбранный элемент в строке креста включает в себя токи невыбранных элементов в том же столбце. При этом падении напряжения на полувыбранных элементах по сравнению с невыбранными оказывается в простейшем случае ЖК ЭУТ с 3;3 элементами в 2 раза больше. Это видно из схемы подключения внутренних сопротивлений элементов Znm этого ЭУТ к источнику управляющего напряжения Uу, приведенной на рис.7.4. При увеличении числа элементов в матричном ЖК ЭУТ растет ток через полувыбранные элементы, увеличивая падение напряжения на них Uпад до половины Uу, а потому все более удаленные от выбранного элемента полувыбранные элементы будут возбуждаться. Как видно из ВКХ ЖК элемента (рис.7.5) сближение напряжений на выбранном Uу и полувыбранном Uп/в приводит к понижению контраста. Поскольку Uп/в растет с увеличением числа элементов, то и контраст полувыбранных элементов, относительно невыбранных будет расти. При этом уменьшается контраст ;Кк между выбранными Кв полувыбранными Кп/в элементами креста по сравнению с невыбранными элементами Кn, т.е. ;Кк;;К (рис.7.5). Исходя из этого, проявляются требования к крутизне ВКХ для заданного числа полувыбранных элементов, определяемого числом строк или столбцов. Это ограничивает допустимое число строк (столбцов) при пологой ВКХ.
В отличие от общепринятого понятия крутизны любой характеристики параметр крутизны ВКХ
р=(Uн-Uп)/Uп,                (7,1)
где Uп – пороговое напряжение, при котором начинает проявляться выбранный элекрооптический эффект в ЖК; Uн – напряжение при котором  контраст достигает максимального значения. Заметим, что чем больше величина р тем ВКХ более пологая. Поэтому при задании значения контраста ;К максимально возможное число адресуемых строк nмакс уменьшается с увеличением р.
 
При расчете матричных ЖК ЭУТ, исходя из заданных контраста ;К и числа строк n, выбирается ВКХ ЖК элемента по параметру крутизны р и определяются напряжения на выбранных Uу и полувыбранных Uп/в элементах ;21;. Причем чем больше строк тем ближе эти напряжения, а следовательно, ниже контраст креста. Поэтому при выборе необходимо стремиться к такой ВКХ, которая бы имела по возможности прямоугольную форму, т.е. крутизна ее была высокой, а параметр крутизны Р – мал.
Таким образом, чисто мультиплексная адресация при достаточно большом числе элементов матрицы с ЖК элементами, имеющими не прямоугольную ВКХ, не достигает цели.
Вторая трудность, с которой сталкиваются при разработке чисто мультиплексированных матричных ЖКИ и ЭУТ, состоит в том, что контраст выбранных ЖК элементов, в которых шла речь выше достигается только при достаточно большом времени, отводимом на возбуждение этих элементов, т.е. практически в статике. Это обусловлено большой инерционностью ЖК материалов. Кроме того, большинство ЭО эффектов материалов ЖК, используемых в ЖКИ и ЭУТ, памятью не обладают, т.е. при выключении управляющего напряжения контраст выбранного элемента постепенно уменьшается.
Для большинства ЖКИ и некоторых других ЭУТ, управляемых импульсными сигналами, желательно иметь малое время реакции (включения) ;р, большое время удержания ЭО эффекта в ЖК во включенном состоянии ;у и малое время релаксации (выключения) ;рл. Для обеспечения максимального контраста изображения время ;у элемента во включенном состоянии должно быть не менее времени формирования кадра Тк, т.е. ;у;Тк. При последней записи в ЖКИ и ЭУТ с большим числом элементов N0 при времени обновления информации (кадра) Тк ЖК не успевает реагировать за время tэ отводимое для записи одного элемента и равное Тк/N0. Для Тк=20-40 мс, выбранному из условия отсутствия мельканий при использовании наиболее быстродействующих ЖК материалов и ЭО эффектов в них, у которых ;р стремится к единицам милисекунд ;р=2-4 мс, последовательно можно записать Nс=Тк/Тр=10 элементов. Поэтому последовательная запись в ЖК и ЭУТ практически при Nп;10 не используется.
Наиболее широкое распространение получила построчная параллельно-последовательная запись. При этом запись осуществляется всех элементов одной строки сразу за время ;с=Тк/n. Остальное время кадра ЖК элемент удерживается во включенном состоянии. Это может осуществляться за счет релаксационных свойств ЖК материала, когда ;рл;Тк, или дополнительного накопительного элемента. Перед началом следующего кадра ЖК элемент может самопроизвольно релаксировать или принудительно выключаться. Если при таком способе записи в лучшем случае время реакции ЖК ;р;tс=2-4 мс, то ЖКИ или ЭУТ с высоким контрастом изображения, может включать в себе один-два десятка строк максимум, так как в этом случае n=Тк/tс=Тк/tр, но общее число элементов будет значительно больше чем в случае поэлементной записи.
Поэтому чисто мультиплексная построчная адресация при периоде обновления информации заданном из условия отсутствия мельканий на экране, при современном быстродействии ЖК может реализовываться только при относительно небольшом числе строк.
Число строк последовательно адресуемых при чистом мультиплексировании за время одного кадра называется коэффициентом мультиплексирования.
Для преодоления трудностей, встречающихся при реализации чисто мультиплексной адресации в матричных ЖКИ и ЭУТ, связанных с ограничением числа последовательно адресуемых строк, обусловленным малой крутизной ВКХ ЖК элементов, применяется смешанная мультиплексная адресация. Она состоит в том, что с целью увеличения общего числа строк на экране ЖКИ или ЭУТ в течение одного кадра одновременно адресуются две и более строки.
В простейшем случае экран ЖКИ со смешанным мультиплексированием образовывается совмещением на одном стекле (без зазора) двух матриц с числом элементов n;m (рис.7.6). Это приводит к увеличению числа соединений до n+2m и в пределе стремящихся к числу соединений при мозаичной непосредственной адресации (2n;m).
 
Другой вариант ;101; реализации смешанного мультиплексирования в экране ЖКИ состоит в том, что число строк матрицы увеличено в два раза за счет применения более сложной системы вертикальных электродов, выполненных в виде попарно перемежающихся гребенок, вставленных друг в друга (рис.7.7). При этом получается две независимые системы вертикальных электродов. Управляющее напряжение, подведенное к одной системе, не оказывает влияния на участок ЖК, расположенный под элементами второй системы вертикальных электродов, а один строчный электрод управляет двумя независимыми строками изображения. Такое управление матрицей напоминает черезстрочную развертку, используемую в телевидении, когда две независимо формируемые картинки накладывается друг на друга в междустрочьи  не смещаясь по строкам.
Максимальное число строк, которое можно отобразить в такой двойной матрице, равно 60.
Для дальнейшего увеличения числа адресуемых строк при смешанном мультиплексировании используются четырехкратные матрицы с гребенчатой формой вертикальных электродов ;101;. При этом с помощью 30 строчных электродов и 640 столбцовых электродов обеспечивается формирование 120 независимо управляемых строк по 160 элементов изображения в каждой.
Таким образом, при смешанной мультиплексной матричной адресации число соединений может меняться от n+2m до 2n;m в зависимости от того, как подсоединены элементы. Здесь строки могут подключаться к источнику управляющего сигнала как последовательно, так и параллельно, т.е. включаться одновременно, число строк, которое адресуется последовательно называется уровнем мультиплексности . Например, ЖКИ с 3 строками и 3 столбцами является трехуровневым мультиплексным индикатором.
Наряду с понятием уровень мультиплексности используется термин степень мультиплексности (матричности). Она указывает с каким интервалом по строкам одновременно адресуются строки.
 
 
Например, при степени мультиплексности 8:1 одновременно включаются две строки 1 и 9, 2и 10, 3 и 11 и т.д., а при степени мультиплексности 64:1 одновременно включается две строки 1 и 65, 2 и 66, 3 и 67 и т.д.
Таким образом, по сравнению с чистым мультиплексированием при смешанном – число соединений увеличивается, что является недостатком. Однако, использование смешанного мультиплексирования – мера вынужденная. Она позволяет создать ЖКИ и ЭУТ с большой информативной емкостью.

7.4 Параллельно адресуемые матричные жидкокристаллические    экраны для осциллографов

Чисто параллельная адресация элементов матричного ЖК ЭУТ (без сканирования по строкам) состоит в том, что каждый элемент матрицы может одновременно включаться или выключаться со всеми другими ее элементами как в мозаичном ЭУТ. Для реализации такой адресации каждый элемент матрицы должен быть определенным образом закодирован, причем так, чтобы при его включении на выбранные строку и столбец подавались кодированные по длительности разнополярные видеоимпульсы, вычитание которых на элементе матрицы приводило бы к формированию на нем знакопеременного управляющего видеосигнала. Тогда при этой адресации необходимо одновременно подавать пакеты кодированных видеоимпульсов по каждому столбцу в количестве, равном числу строк в матрице, а по каждой строке – числу столбцов. Хотя принципиально такая одновременная передача по линии связи (полосовому электроду строки или столбца) возможна, однако технически применительно к ЖКИ она практически не реализуема. Поэтому здесь рассматривается упрощенный вариант параллельной адресации, обеспечивающей отображение на матричном экране ЖКИ одной однозначной кривой ;24,25;. Такой индикатор может использоваться в плоских осциллографах.
Отображаемый на экране ЖК осциллографа аналоговый сигнал (синусоидальные, импульсное или другой сложной формы напряжение), преобразуется в двоичные сигналы цифровых координат элементов (точек), индицируемых на экране. На основе этих сигналов генератор изогонального кода ;24,25; формирует электрические видеосигналы кода, распределяемые в дальнейшем по строкам и столбцам матрицы в соответствии с алгоритмом отображения графика аналогового сигнала.
На рис.7.8 показан пример распределения кодированных электрических видеоимпульсов по строкам и столбцам при параллельном управлении для случая отображения синусоидального напряжения на матичном экране ЖК осциллографа.
Если параллельно управляемый матричный ЖК экран осциллографа работает в инверсном режиме, то на индицируемых элементах в результате вычитания видеосигналов с одинаковыми кадрами разностное напряжение равно нулю и ЖК не возбужден. На фоновые элементы в этом случае подаются видеосигналы с разными кодами, в результате вычитания на них получается напряжение больше порогового для выбранного эффекта в ЖК и эти элементы возбуждаются.
Для однородного возбуждения всех фоновых элементов необходимо чтобы фиктивное разностное напряжение на них было одинаково. Это достигается использованием изогонального кодового набора ;24,25;, который получается последовательным сдвигом базисного кода.
Для отображения нескольких однозначных кривых, т.е. нескольких К точек в столбце, на строки матрицы постоянно подаются все коды данного кодового набора, а на столбцы в течение кадра подаются информационные сигналы, необходимые для адресации К точек в столбце.
При этом эффективное напряжение на инфицируемых элементах оказывается не равным нулю, но остается меньше порогового электрооптического эффекта в ЖК Uп, а на фоновых элементах оно равно напряжению насыщения эффекта Uн.
Допустимое число отображаемых кривых К зависит от параметра крутизны Р вольтконтрастной характеристики (ВКХ) ЖК элемента. Для инверсного режима эта зависимость рассчитывается по формуле ;

               
               
               
               
               
               
               
               
               
               
               
               
               
               
               
               




Рис.7.8. Распределение кодированных видеосигналов по строкам и столбцам при параллельном управлении матричным ЖК экраном

 
 , (7.2)
где  . Ее график изображен на рис. 7.9 (кривая 1).
При работе параллельно управляемого матричного экрана в прямом режиме на индицируемых элементах разностное напряжение Uу должно быть близко к  Uн, и они возбуждены, а на фоновых - Uу;Uп и последние не возбуждены. В этом режиме на столбцы подаются информационные сигналы полученные путем инвертирования кодов исходных сигналов, подаваемых на строки.
Для прямого режима зависимость   от Р рассчитывается по формуле
  . (7.3)
Ее график изображен на рис.7.9 (кривая 2)
В ;24,25; описан параллельно адресуемый матричный ЖК экран для осциллографирования двух кривых с размером рабочего поля 80;80 мм, числом элементов 128;128 и временем смены информации 0,5 с. В нем использован твист-эффект в слое ЖК толщиной 10 мкм из смеси цианбифенилов. Необходимая при твист-эффекте планарная ориентация молекул ЖК обеспечивалась нанесением на поверхность прозрачных электродов органического полимерного покрытия с последующим натиранием. Управляющее напряжение было 9 В.
Следует заметить, что в таких осциллографах может быть использован любой электрооптический эффект в ЖК, время записи кадра равно времени реакции ЖК, число строк в матице может быть произвольно боьшим, а представление информации в дискретном виде позволяет существенно повысить точность осциллографирования сигналов.
 
;
7.5 Параллельно-последовательно адресуемые матричные плоские жидкокристаллические экраны для портативных компьютеров

Плоские экраны индикаторов портативных компьютеров  предназначаются для отображения достаточно большого объема относительно медленно меняющейся информации в форме символов и графиков. Основные требования к ним сводятся к следующим ;231;.
1. Информационная емкость экрана (текстовой страницы) включает 25 текстовых строк и 80 символов.
2. Диагональ информационного поля экрана должна приближаться к 30 см.
3. Коэффициент контрастности формируемого изображения порядка 20.
4. Размеры элемента отображения (стремятся в пределе к разрешению глаза) порядка 0,2-0,3 мкм.
5. Число градаций яркости (полутонов) достаточно 3-5.
6. Углы обзора по горизонтали и вертикали не меньше ;45;.
Поскольку экран используется в портативном устройстве, то его толщина должна быть меньше 5-6 см, вес – 1-2 кг, потребляемая мощность желательно около ватта, срок службы – более 10000 часов.
Амплитудные матричные ЖК ЭУТ в основном удовлетворяют этим требованиям и поэтому могут быть использованы в качестве плоских экранов индикаторов портативных компьютеров ;206,231;.
С целью предотвращения частичного возбуждения неадресуемых элементов, вызывающего уменьшение контрастности изображения, элементы экрана должны иметь пороговую вольт-контрастную характеристику. Тогда малые сигналы не будут возбуждать их.
Анализ ВКХ ЖК элементов, использующих различные ЭО эффекты, позволяет сделать следующие выводы. Эффект ДРС и твист-эффект имеют недостаточно крутые ВКХ, а поэтому могут обеспечить чисто мультиплексную адресацию в матричных ЖКИ и ЭУТ с коэффициентом мультиплексирования не превышающем нескольких десятков. Эффект фазового перехода ХЖК-НЖК обладает более крутой ВКХ, позволяющей повысить коэффициент мультиплексирования до нескольких сотен. Колебательные по форме ВКХ S- и В-эффектов – до 1000 строк, но только для монохроматического света. Использование нового ЭО эффекта супертвиста в НЖК обеспечивает создание ЖКИ и ЭУТ с коэффициентом мультиплексирования 270 и возможно его увеличение до 600 ;230;. При использовании смектических ЖК создан матричный ЖКИ с коэффициентом мультиплексирования 400 и общим числом элементов отображения 400;640. Второй ЖКИ на СЖК имел информационную емкость 420;780 элементов отображения при времени записи кадра (страницы) 840 мс и угол обзора ;90; ;230;.

7.6. Матрично-мозаичные   жидкокристаллические   экраны   для портативных телевизоров

Портативный телевизор с ЖК экраном, структурная схема которого изображена на рис.7.10, включает в себя телевизионный приемник 1 с антенной 2, усилитель звукового сопровождения 3, громкоговоритель 4, усилитель телевизионного видеосигнала 5, несущего сигналы изображения и импульсы синхронизации по кадрам и строкам, устройства управления 6 и подсвета 7 ЖК экрана 8, включающего управляющую матрицу 9 и модулирующий ЖК слой 10.
Здесь при дальнейшем изложении основное внимание будет уделено ЖК экрану 8, путем рассмотрения различных вариантов конструктивного построения управляющих матриц 9 в сочетании с ЖК слоем 10.
Плоские ЖК экраны портативных телевизионных приемников отображают в реальном масштабе времени быстроменяющиеся черно-белые или цветные полутоновые картины. Исходя из этого основные требования к ним отличаются от требований, предъявленных ранее к экранам портативных компьютеров, и сводятся к следующим ;231;.
 
 
В Европейском телевизионном стандарте число активных строк, наблюдаемых на экране во время прямого хода кадровой развертки, равно 575. Для обеспечения возможности совмещения вновь разрабатываемых телевизионных экранов с существующими телецентрами число строк в таком экране тоже должно быть 575.
Поскольку формат телевизионного изображения принят 4:3, то число столбцов в телевизионном матричном экране должно быть 640.
Для портативного телевизора число строк может быть взято примерно в два раза меньше стандартного, т.е. порядка 240. Это обусловлено тем, что его экран много меньше чем у обычного телевизора, так диагональ его не превышает 10;30 см.
1. Разрешающая способность определяется как число элементов отображения на единицу длины и выбирается из условия, чтобы плавные линии изображения не превращались в ступенчатые. Например, для экрана с диагональю 5см она должна быть не менее 5 элементов/мм, что на полпорядка лучше чем у обычного телевизора.
2. Средняя яркость экрана ТВ приемника должна лежать от 100 до 300 КД/м2. Для ЖК экрана, работающего "на отражение", средняя яркость В определяется внешней освещенностью Е и коэффициентом отражения его R. Она рассчитывается по формуле В=RЕ/;. При R;0,3 и В=100 КД/м2 требуемая минимальная освещенность экрана, при которой можно наблюдать изображение, Е;1000лк.
С целью обеспечения возможности наблюдения изображения на ЖК экране портативного телевизора при отсутствии достаточного освещения помещения применяют режим работы экрана на просвет с задней подсветкой. В этом случае средняя яркость экрана В=ТВнп, где Внп – яркость источника подсвета, Т – коэффициент пропускания экрана. При Т;0,2 и В=100 КД/м2 необходима Внп=500 КД/м2.
4. Угол обзора берется ;20;, что является минимально возможным для матричной конструкции ЖК экрана. При использовании его в качестве индикатора индивидуального использования вполне допустимо.
5.Контрастность изображения должна быть до 50:1. Число градация яркости (полутонов) требуется для телевизионного изображения минимум 16. Оно зависит от яркости самого экрана, внешней освещенности и допускается меньше чем у обычных телевизоров, где достигает 64.
6. Время нарастания контраста при построчной записи должно быть не более периода кадра Тк=20 мс, допустимо и до 30-50 мс (за счет уменьшения контраста).
7. Потребляемая ЖК экраном мощность расходуется на питание устройства управления и источника подсвета.
Потребляемая источником подсвета мощность Р зависит от максимальной яркости экрана Вm, его площади Sэ, коэффициента пропускания Т, световой эффективности источника подсвета ; и рассчитывается по формуле Р=ВmSэ;/;Т.
В качестве источника подсвета в ЖК экранах используются люминесцентные лампы. Их световая эффективность ;30 лм/Вт. Коэффициент пропускания света твист-нематическим экраном Т;0,2. Максимальная яркость Вm используется в этом расчете потому, что она при работе экрана на просвет должна быть обеспечена в любой его точке. Величина Вm превышает среднее значения яркости экрана В в 5 раз, т.е. Вm=5 В. Тогда при В=100 КД/м2 и размерах экрана 5;5 см2, Р;0,4 Вт, что допустимо при использовании автономных источников питания (батареек). Световая эффективного экрана со схемой управления должна быть не меньше 1-3 лм/Вт.
При меньших ее значениях потребляемая мощность быстро возрастает с увеличением площади экрана до неприемлемого уровня ;229;.
8. Однородность поля экрана определяет качество изображения. Неоднородности могут быть связаны с отказами отдельных элементов, непостоянством яркости и контрастности от элемента к элементу при одинаковых возбуждающих напряжениях и ошибками в размещении элементов при изготовлении. Различают четыре типа неоднородностей ;229;: крупномасштабные, мелкоструктурные, периферийные и связанные с углом наблюдения.
Крупномасштабные неоднородности выявляются при сравнении удаленных частей поля экрана. Они мало заметны.
Мелкоструктурные неоднородности, проявляющиеся в соседних участках поля экрана, более заметны. Яркость элементов экрана, на которых наблюдается такая неоднородность, не должна различаться более чем на 15%. Допускается отказ не более 0,01% от общего числа элементов при условии, что отказавшие элементы беспорядочно распределены по полю экрана.
Периферийные неоднородности имеют место в модульных экранах на стыках, а проявление неоднородности, связанной с углом наблюдения, зависят от типа используемого электрооптического эффекта.
9. Для обеспечения хорошей цветопередачи на стороне должно быть 416 цветных триад. Для экранов портативных телевизоров выполнение этого требования не обязательно, они могут быть черно-белыми.
10. Плоские ЖК экраны для портативных телевизоров должны отвечать требованиям планарной технологии и иметь приемлемую для потребления стоимость.
Первый плоский телевизионный ЖК экран был создан на основе холестерика в 1963 году в США ;241;. Используемая в нем мозаичная индивидуальная адресация элементов обеспечивала получение высокой яркости, но и требовала много большего числа выводов и соединений.
Уменьшение числа выводов и соединений достигается в плоском матричном экране с двух координатной адресацией элементов. Последние располагаются на пересечении прозрачных полосовых электродов строк и столбцов. При этом путем подачи управляющего напряжения на одну строку можно обеспечить подготовку к выключению всех элементов столбцов на пересечениях с этой строкой. Адресация здесь так и осуществляется строка за строкой, т.е. предварительно устанавливаются управляющие напряжения на столбцах в соответствии с распределением телевизионного (ТВ) видеосигнала вдоль 1-й строки, а затем включается строчное управляющее напряжение и высвечивается 1-я строка вся сразу. После чего на столбцах устанавливаются напряжения в соответствии с распределением ТВ видеосигнала вдоль 2-й строки и после чего включается ее строчное напряжение и высвечивается 2-я строка вся сразу и т.д.
Уменьшение яркости свечения экрана с построчной матричной адресацией по сравнению с экраном, где адресация мозаичная индивидуальная, обусловлено тем, что уменьшается время возбуждения элемента во столько раз сколько строк в матрице, например 575, и во столько же раз  увеличиваются интервалы между возбуждениями. При индивидуальной адресации элемент возбуждается в течение времени кадра (периода кадровой развертки), а при построчной матричной -  в течение времени строки и (периода строчной развертки). Но, поскольку, элементы ЖК слоя инерционны, то в последнем случае яркость их свечения не достигает максимально возможного значения, которое было при мозаичной индивидуальной адресации.
Если в элементах экрана с построчной записью нет внутренней памяти, то времена включения и выключения их должны быть значительно меньше времени возбуждения строки, т.е. 64 мкс.
Достоинства индивидуальной и двухкоординатной адресации объединились в мозаично-матричном ЖК экране ;244;. Здесь двухкоординатное управление осуществлялось матрицей МОП-транзисторов, сформированных на полупроводниковой пластине, истоки которых выполняли роль выводов и соединений для индивидуального управления элементарными участками мозаики ЖК слоя, нанесенного на эту пластину и покрытого стеком со сплошным прозрачным электродом, этот экран имел размеры 45;45 мм2, содержал 175;175 элементов, быстродействие его позволяло воспроизводить телевизионное черно-белое изображение с разрешением 40 линий/см, контрастностью 20:1 и числом градаций яркости 8.
Достоинствами рассматриваемых экранов были высокая разрешающая способность, возможность получения большого числа градаций яркости и возможность работы в условиях интенсивного внешнего освещения. Недостатками – малое быстродействие, ограниченный угол обзора, трудность получения цветного изображения.
С целью повышения быстродействия были исследованы такие пути ;229; как уменьшение толщины ЖК слоя, использование ЖК с малой вязкостью, применение ХЖК с положительной диэлектрической анизотропией и внедрение СЖК.
Уменьшение толщины твистованного слоя НЖК с 10 до 2-3 мкм привело к уменьшению времени реакции экрана на порядок. Однако этому сопутствовало усложнение технологии и увеличение емкостной нагрузки схем управления.
Применение ЖК с малой вязкостью также позволило уменьшить время реакции экрана. При этом была сохранена толщина ЖК слоя порядка 10 мкм.
Использование ХЖК с +;;, шаг спирали которого много меньше толщины слоя, показало, что время реакции не зависит от этой толщины. Кроме того, такой слой обладает памятью.
Внедрение СЖК в технологию изготовления плоских экранов значительно уменьшило время реакции последних. В СЖК экране ;242; используется термоэлектрический способ управления его прозрачностью с помощью пассивной матрицы. В исходном состоянии ЖК вещество находится в прозрачной смектической фазе. С помощью строчных линейных полосовых электродов, выполненных из резистивного материала, ЖК вещество нагревается и переходит в рассеивающую свет нематическую фазу. Для обеспечения управления прозрачностью к любой точке матричного поля с помощью столбцовых полосовых электродов во время охлаждения к ЖК веществу проводится напряжение видеосигнала. После отключения напряжений подогрева и видеосигнала ЖК вещество возвращается в смектическую фазу и остается прозрачным до следующего цикла нагрева. При толщине слоя СЖК равной 10 мкм время адресации строки было 60 мкс при мощности нагрева 5 Вт и видеонапряжения на столбце 10-25 В. Время релаксации вещества – менее 2 мс, контрастность телевизионного изображения была 10:1. При этом получено 6 градаций яркости серой шкалы. В ;239; описан подобный плоский матричный СЖК экран с размером по диагонали 20 мм, работающий в диапазоне температур 1-30%С.
В цветных плоских телевизионных ЖК экранах используется триадные мозаики цветных светофильтров, двулучепреломление, твист-эффект и эффект "гость-хозяин" с дихроичными красителями.
Для получения неизменных определенных цветов используется два последних эффекта. Здесь цвет задается поляризаторами или красителями.
Произвольно изменяемый цвет на экране получается с помощью регулируемого двулучепреломления в триадных наборах элементов, к каждому из которых прикладывается свое цветозадающее напряжение. При этом число столбцов увеличивается в три раза, т.е. для получения полного цветового ТВ изображения необходимо 575 строк и 1248 столбцов. Тогда общее число выводов будет 1823, а, следовательно, столько же потребуется выходных схем управления.
 
ГЛАВА 8

УПРАВЛЯЮЩИЕ МАТРИЦЫ ТЕЛЕВИЗИОННЫХ ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ  ЭКРАНОВ

8.1 Общие сведения об управляющих матрицах

Управляющая матрица, конструктивно входящая в телевизионный (ТВ) ЖК экран, обеспечивает подключение к элементарным участкам ЖК слоя управляющего электрического напряжения по всей плоскости экрана в соответствии с модулирующей функцией – распределением яркости и цветового тона в формируемом изображении во времени и пространстве.
Требования к характеристикам  и параметрам управляющей матрицы предъявляются исходя из задач, решаемых аппаратурой, в которой предполагается использование ЖК экрана. К такой аппаратуре наряду с портативными телевизорами относятся портативные передающие телевизионные камеры, видеомагнитофоны, персональные и малогабаритные электронно-вычислительным машины (ЭВМ), системы отображения информации мобильных радиолокаторов и т.п. В этом случае при отображении информации на ЖК экране для недопущения мелькания изображений требуется достаточно быстрая смена кадров при высоком контрасте и больших углах обзора. Однако чем больше элементов в разложении изображения и чем меньше времени отводится на формирование одного кадра, тем  в течение меньшего времени должен возбуждаться отдельный ЖК элемент. При этом выбранный электрооптический эффект в ЖК вследствие низкой крутизны вольт-контрастной характеристики, форма которой далека от прямоугольной, и большой инерционности даже самых современных ЖК смесей не успевает полностью проявиться. Это означает, что контраст изображения, достигаемого при формировании статической картины, в динамике нет, что не позволяет осуществить управление непосредственно телевизионным видеосигналом, несущим изображение.
Поэтому на простом матричном ЖК экране при большом числе дискретных элементов изображения (например, телевизионного) из-за малого промежутка времени за один кадр, отводимого на возбуждение одного отдельного ЖК элемента, принципиально нельзя получить высокоскоростное изображение с достаточным углом обзора.
Адресация элементов ЖК экрана мультиплексным методом также не позволяет создать на его поле достаточно большой информативной емкости [7] .
Попытки решить эту проблему за счет выбора из известных электрооптических эффектов в ЖК наилучшего не привели к успеху, даже при использовании супертвиста. Ни один из них не удовлетворяет полностью требования, предъявляемые разработчиками матричных экранов, по крутизне ВКХ, постоянству ее порога и соотношению между временами включения и выключения эффекта. В ряде случаев удовлетворение этих требований принципиально невозможно, так как молекулы ЖК имеют довольно большие размеры, образуя системы со значительной инерционностью.
Поэтому, исходя из предельно достижимых характеристик и параметров разработанных ЖК ячеек, проблему матричного экрана решают схемотехническими способами, добиваясь сохранения уровня величины управляющего электрического напряжения на ЖК элементе в течение всего времени формирования одного кадра и быстрого выключения его в промежутке между кадрами. Это достигается подключением к ЖК емкости каждого отдельного элементарного участка изображения накопительных и разделительных элементов [18]. С их помощью обеспечивается возбуждение ЖК элементов матрицы кратковременными видео- или радиоимпульсами и сокращение времени снятия этого возбуждения.
В качестве накопительных элементов используются линейные или нелинейные емкости, а разделительных – диоды или транзисторы.
В этой связи управляющие матрицы ТВ ЖК делятся на пассивные и активные. В пассивных матрицах непосредственно на экране нет усилительных элементов. К ним относятся матрицы с накопительными емкостями и разделительными диодами. В активных матрицах имеются усилительные элементы – транзисторы. Они размещаются в непосредственной близости у управляемых ЖК элементов матричного экрана, т.е. входят в его многослойную конструкцию.
Изготавливаются матричные ТВ ЖК экраны по твердотельной или тонкопленочной технологии. Твердотельные экраны могут быть непрозрачными, тогда они работают на отражение потока подсвета. Тонкопленочные матричные ТВ ЖК экраны прозрачны для волн видимого участка спектра, а поэтому они чаще работают на просвет.
Требования к управляющим матрицам ЖК экрана [236]  говорят о том, что при сопротивлении ЖК элемента RЖКЭ = 109 ом и минимальном управляющем напряжении Uy=3В ток через элемент в режиме насыщения IЭ должен превышать 1,5мкА. Кроме того, токи утечки зарядов из элемента ЖК экрана не должны превышать 10-10 – 10-12 ;. Площадь элементов управления в каждом элементарном участке ЖК слоя не должна превышать 0,1 от площади этого участка.

8.2 Элемент  матрицы  жидкокристаллического экрана с линейной накопительной емкостью


Линейная накопительная емкость СЛН подключается параллельно с линейной емкостью элементарного ЖК участка СЖКЭ  матричного экрана (рис.8.1,а), управляемого пересекающимися прозрачными полосовыми электродами строк (х) и столбцов (у). Запоминание управляющего напряжения осуществляется   при  заряде   общей   емкости       элемента       ЖК   экрана      СЭ = СЖКЭ + СЛН  видеоимпульсами UВ, формируемыми на нем при совпадении сигналов на строке  UС  и  столбце  UСТ  выбранного  элемента  с  амплитудой  UВ = UС + UСТ. После окончания видеоимпульсов накопленный на СЛН заряд выполняет роль источника питания для инерционного ЖК элемента, поддерживая на нем напряжение достаточным для возбуждения в ЖК выбранного электрооптического эффекта.
 
 
Полутоновое изображение получается в случае, когда амплитуды видеоимпульсов UВ на емкости ЖК элемента линейно связаны с амплитудами телевизионного видеосигнала и эта емкость за время включения ее элемента заражается до амплитудного значения. Это реализуется при длительности импульса записи ;и ; 3;з, где ;з постоянная времени заряда общей емкости элемента. Она определяется общей емкостью СЭ и внутренними прямыми сопротивлениями источников управляющих видеоимпульсов строк RС+  и столбцов RСТ+ в момент включения этих видеоимпульсов, т.е. ТЗ= СЭ(RC+ + RCT+).
При этом RС+  и  RСТ+ должны быть по возможности меньшими. После окончания управляющего видеоимпульса для обеспечения относительно медленного разряда СЭ  в течение кадра с постоянной разряда
  Тр = СЭ(RС- + RCT-) RЖКЭ:(RC- + RCT- +RЖКЭ),
где внутренние обратные сопротивления источников видеоимпульсов строк RC- и столбцов  RСТ- должны быть значительно больше их прямых значений, т.е.  RС- >>  RС+ и  RСТ- >>RСТ+, а RЖКЭ – сопротивление ЖК элемента. Это достигается включением на входе ЖК элемента  невзаимных электронных приборов (диодов или транзисторов). Для поддержания возбуждения в ЖК элементе электрооптического эффекта (ЭОЭ) в течение времени кадра ТК, необходимо, чтобы величина изменяющегося напряжения на общей емкости элемента матрицы  UСэ(t)>UП, где UП – пороговое напряжение ЭОЭ в ЖК, хотя бы на время задержки ;з и реакции ;р процессов в ЖК, которые  ;з + ;р <;к.
Для сохранения контраста изображения в течение кадра  необходимо, чтобы Тр ; 3Тк, тогда величина линейной накопительной емкости, дополнительно включаемой параллельно СЖКЭ, будет
СЛН = 3 Тк;RЖК ( RС- + RСТ- ) : (RС- + RСТ- + RЖК) –СЖКЭ. (8.1)
Величина СЛН в реализуемых ЖК экранах изменяется от 25 до 100пф, превышая СЖКЭ больше, чем на порядок и более. Однако, при использовании разделительных транзисторов, хорошо изолирующих элемент ЖК экрана от матрицы прозрачных полосовых электродов, величина СЛН может не превышать единиц пф и быть по величине сравнима с СЖКЭ [7].

8.3 Элемент матрицы жидкокристаллического экрана с нелинейной накопительной емкостью

Нелинейная накопительная емкость СНН включается последовательно с линейной емкостью элементарного ЖК участка СЖКЭ матричного экрана
(рис. 8.1,б), управляемого пересекающимися электродами строк (х) и столбцов (у). Запоминание управляющего напряжения осуществляется изменением поляризационного состояния сегнетоэлектрика, заполняющего нелинейную емкость, путем изменения полярности управляющих импульсов. Если сегнетоэлектрик элемента матрицы СНН находится первоначально в верхней точке петли диэлектрического гистерезиса, то импульс отрицательной полярности, формируемый на пересечении электродов Х и У , переводит его в нижнюю точку насыщения, изменив поляризацию на противоположную. Процесс переполяризации сегнетоэлектрика малоинерционен, а поэтому запись величины телевизионного видеосигнала на отдельном элементе матрицы СНН   осуществляется короткими импульсами с длительностью 1 мкс. Время сохранения заряда (поляризации) на нелинейной емкости СНН большое. Таким образом, электрические сигналы, несущие изображение и подаваемые на пересекающиеся полосовые электроды матрицы, преобразуются в картину распределения поляризации в элементарных емкостях СНН по поверхности матрицы. Для  перевода этой картины в видимое изображение на ЖК экране между всеми полосовыми электродами Х (рис.8.1,б) и перекрывающим весь экран передним прозрачным электродом, соединенным с корпусом ;, одновременно подается считывающий импульс с большой длительностью (порядка 1 мс) Uсч. Его напряжение будет распределено между СНН и СЖКЭ. При этом амплитуда напряжения  UСжк на отдельных элементарных емкостях СЖК будет изменяться от элемента к элементу матрицы в зависимости от полярности и величины записанного напряжения UCнн на соответствующих элементарных нелинейных емкостях СНН, т.е. UСжк = Uсч  -(; UСнн). Если изменения управляющего напряжения на элементарных участках слоя ЖК превысят порог, то это приведет к соответствующим вариациям их электрооптических параметров в зависимости от используемого эффекта. На ЖК экране сформируется изображение. Устройство элемента такого ЖК экрана [72] приведено на рис. 8.2. Здесь для создания набора элементарных  нелинейных накопительных емкостей используется сегнетоэлектрическая керамическая пластина 1 толщиной порядка 0,1 мм. С обеих сторон на нее наносятся скрещенные полосовые прозрачные электроды строк (Х) 2 и столбцов (У) 3, на пересечении которых создается запоминающий элемент. В области перекрытия У электроды 3 имеют отверстия. На поверхность керамической пластины со стороны этих электродов наносится слой изолятора 4. Он не полностью занимает отверстия в У электродах, тем самым обеспечивает контакт наносимого затем считывающего электрода 5 с керамической пластиной и емкостную связь его с электродом У. Считывающий электрод 5 имеет форму тарелочки, диаметр дна которой меньше диаметра отверстия  в У электроде. Между слоем изолятора 4 со считывающими электродами 5 и общим передним прозрачным сплошным электродом 6, нанесенным на стеклянную пластину 7, помещается слой ЖК 8.
Таким образом, здесь используется комбинация матричного и мозаичного способов электрического управления ЖК экраном. Нелинейные накопительные емкости элементов управляются матричным способом, а затем от них осуществляется перенос потенциалов к элементарным участкам слоя ЖК мозаичными электродами.
Использование сегнетоэлектрической керамической пластины допускает возбуждение элементов ЖК экрана короткими видеоимпульсами ТВ сигнала, хранение распределения их амплитуд по поверхности экрана в течение кадра исключает возникновение кросс-эффекта. Однако для управления таким ЖК экраном требуются импульсы с амплитудой порядка 200В.
 
8.4 Элемент матрицы жидкокристаллического экрана с разделительным диодом

Разделительный диод D подключается последовательно с емкостью каждого элементарного участка  СЖКЭ матрицы ЖК экрана (рис. 8.3) и обеспечивает отключение этой емкости от источника управляющих видеоимпульсов строк UС
 
 
 
 и столбцов UСТ после их окончания. Этим предотвращается быстрый разряд емкости СЖКЭ через малые внутренние обратные сопротивления источников видеоимпульсов строк RС и столбцов RСТ.
При совпадении на элементе матрицы управляющих видеоимпульсов положительного строчного (+UС1) и отрицательного столбцового (- UСТ2) через малое прямое сопротивление диода Dр происходит заряд емкости СЖКЭ по экспоненциальному закону с постоянной времени
ТЗ = СЖКЭ (RД + RС++ RСТ+) (8.2)
и когда напряжение на ней превысит пороговое значение рабочего эффекта, изменятся оптические свойства этого элементарного участка слоя ЖК.
После окончания управляющих видиоимпульсов разделительный диод Dр   запирается и начинается разряд емкости СЖКЭ через собственное сопротивление элементарного участка слоя ЖК RЖКЭ с постоянной времени разряда
 Тр  = СЖКЭ RЖКЭ. (8.3)
Это соотношение справедливо в случае, когда обратное сопротивление разделительного диода Rд обр>> RЖКЭ, а его емкость Сд <<CЖКЭ.
В начале разряда CЖКЭ к разделительному диоду Dр прикладывается обратное напряжение, примерно равное сумме UC + UCТ, и он будет заперт.
Заметим, что при площади элемента матрицы , равной 0,25 мм2 с толщиной ЖК слоя 6 мкм емкость CЖКЭ ; 1пф, а сопротивление RЖКЭ=108;1010 ом. Тогда, разделительный диод Dр должен иметь  Rд обр > 1011ом, а Сд< 0,1 пф. Такие высокие требования к разделительным диодам обусловлены тем, что часть заряда емкости CЖКЭ через малые обратные сопротивления источников управляющих видеоимпульсов строк  RС- и столбцов RСТ- переносится в промежутке между этими импульсами на емкость Сд. Величина переносимого при этом заряда пропорциональна Сд и чем она больше, тем больше будет уменьшаться запомненное на CЖКЭ напряжение. Кроме того, через емкость Сд запертого диода все же возможна связь между включенными и выключенными элементами матрицы одного столбца.
Ввод разделительных диодов в матрицу ЖК экрана осуществляется путем использования технологии монолитных интегральных схем [18].
Таким образом, разделительные диоды изолируют элементы матрицы друг от друга и от источников управляющих видеосигналов тем самым обеспечивая возможность селективного управления каждым элементом без возникновения кросс-эффекта.
Существенным недостатком схемы управления элементарным участком матрицы с одним разделительным диодом является невозможность использования переменного управляющего напряжения без постоянной составляющей, что ограничивает срок службы ЖК экрана.

8.5 Элемент матрицы жидкокристаллического экрана с разделительным транзистором

Разделительный транзистор Т вводится в элемент матрицы ЖК экрана (ри.8.4) для предотвращения быстрого разряда емкости элемента CЖКЭ через малое внутренне сопротивление источников управляющих сигналов UС строк и  UСТ столбцов. При этом используются как n- так и р-канальные полевые транзисторы (ПТ) типа МДП (метал-диэлектрик-полупроводник) или МОП (металл-окисел-полупроводник).
Управление разделительными транзисторами в этом элементе ЖК экрана осуществляется матричное с помощью набора пересекающихся на разных уровнях изолированных друг от друга полосовых прозрачных электродов, а от транзисторов к элементарным участкам слоя ЖК по сути своей управление будет мозаичное. Слой ЖК в таком экране располагается между внешним сплошным прозрачным электродом перекрывающим всю площадь экрана и внутренне поверхностью управляющей матрицы, на которую нанесены отдельные дискретные электроды, управляемые от разделительных транзисторов.

 
 
В отдельном элементе матрицы разделительный ПТ подключается своим истоком (и) к внутренней обкладке  емкости CЖКЭ и сопротивлению RЖКЭ каждого элементарного ЖК участка, стоком (с) – к столбцовому прозрачному полосовому У электроду и затвором (з) – к строчному прозрачному полосовому Х электроду. Вторая обкладка емкости CЖКЭ является частью сплошного прозрачного внешнего электрода  и подключена к корпусу ; экрана. На столбцовые У электроды подаются управляющие положительные видеоимпульсы UСТ, амплитуды которых зависят от соответствующих амплитуд ТВ сигнала. Канал ПТ сток-исток при отсутствии на его затворе положительного напряжения имеет очень большое сопротивление и поэтому емкость CЖКЭ практически отключена от источников управляющих сигналов UС и  UСТ, а также от других элементов матрицы. При подаче на затвор ПТ через строчный Х электрод положительного видеоимпульса UС1, амплитуда которого превышает некоторое пороговое значение напряжения между затвором и истоком  UЗИпор сопротивление канала ПТ сток исток уменьшается в сотни раз и емкость CЖКЭ оказывается подключенной к источнику положительных сигнальных видеоимпульсов столбца  UСТ1. При совпадении импульсов  UС1 и UСТ1 по времени начинается заряд CЖКЭ выбранного элемента по цепи +UCТ1, сток-исток ПТ, CЖКЭ, корпус ;, - UСТ1. Строчный видеоимпульс  UС1 короче столбцового  UСТ1, а поэтому момент отключения CЖКЭ от источника управляющего напряжения столбца  UСТ1 предшествует его окончанию и разряда CЖКЭ через этот источник не будет. На  ней запомнится потенциал пропорциональный ТВ сигналу. В промежутках между строчными видеоимпульсами UС1, когда сопротивление канала ПТ сток-исток большое, емкость CЖКЭ разряжается через внутренне сопротивление ЖК элемента  RЖКЭ, обеспечивая сохранение управляющего напряжения на нем, достаточного для поддержания в слое ЖК выбранного электрооптического эффекта в течение кадра. В конце его перед началом следующего кадра на затвор ПТ подается импульс, уменьшающий сопротивление канала сток-исток и обеспечивающий разряд емкости CЖКЭ через малое сопротивление источника управляющего напряжения столбца, которое на выходе его в это время отсутствует. Таким образом, элемент матрицы ЖК экрана оказывается подготовленным к следующему кадру.
Требования к разделительным полевым транзисторам предъявляются по обеспечению их развязывающих свойств и быстродействию. Первые определяются отношением сопротивлений К канала ПТ в закрытом RКЗ и открытом  RКО состоянии, т.е. К =RКЗ/ RКО. Их величины зависят от емкости ЖК элемента CЖКЭ и допустимых   значений времени заряда Тз и разряда Тр этой емкости. Заряд емкости CЖКЭ при построчном способе   записи должен осуществляться за время не более длительности строки ТВ растра для европейского стандарта, т.е. менее чем за 64 мкс. Разряд емкости CЖКЭ  должен быть медленным настолько, чтобы к концу кадра эта емкость разрядилась незначительно, т.е. Тр > Тк. Длительность кадра Тк для Европейского стандарта равна 40 мс, а при черезстрочной развертке – 20 мс.
Тогда минимально допустимое отношение сопротивлений
К = Rкз/Rко= Тр/Тз = Тк/Тс = 300 ; 600.
Величина допустимого значения сопротивления канала ПТ в открытом состоянии
Rко = Тз; CЖКЭ = ТС / CЖКЭ. (8.4)
Емкость каждого элементарного участка CЖКЭ ЖК слоя составляет примерно 6,4 пф. Откуда Rко = 107ом. Тогда в закрытом состоянии минимальное сопротивление канала должно быть Rкз = (3;6) 109ом. Для смягчения этих требований в элемент матрицы ЖК экрана параллельно CЖКЭ включают линейную накопительную емкость СЛН в 20-50 раз большую емкости CЖКЭ. При этом требуемые величины сопротивлений канала ПТ уменьшаются и составляют  Rко = 2;105 ом и  Rкз = 6;107 ом, что вполне обеспечивается технологией.
Быстродействие ПТ определяется временем его включения ;т, которое должно быть много меньше длительности строки растра, равной 64 мкс. Величина  ;т зависит от длины канала ПТ L, напряжения на стоке UСТ, подвижности носителей в канале  ; и рассчитывается по формуле [18]:
;т = (2;L2)/(;UCT). (8.5)
Если задаться требуемым временем включения ;т = 10 мкс, то при UCT = 5В и ; = 20 см2/В;с можно получить требуемое значение длины канала ПТ  L = 12 мкм.
Заметим, что при управлении элементами ЖК экрана однополярными видеоимпульсами, как уже отмечалось, снижается срок его службы, а поэтому целесообразно рассмотреть работу управляющей матрицы ЖК экрана при управлении ее элементами с помощью видеоимпульсов, знак которых изменяется от кадра к кадру.

8.6  Пассивная    управляющая   матрица  жидкокристаллического экрана с двумя разделительными диодами и линейной накопительной    емкостью в каждом элементе

С целью обеспечения управления пассивной матрицей ЖК экрана   знакопеременным видеоимпульсным напряжением без постоянной составляющей в каждый элемент матрицы (рис.8.5) вводится два последовательно включенных разделительных диода D1 и  D2, к общим электродам которых одной обкладкой подключаются накопительная линейная емкость СЛН и параллельно ей емкость СЖКЭ  и сопротивление RЖКЭ элементарного участка слоя ЖК. Раздельные электроды диодов подключены к двум полосовым прозрачным строчным Х1 и Х2 электродам, обеспечивающим управление одной строкой ЖК элементов матрицы. Разделительные диоды между собой включены согласно, т.е. катод одного подключен к аноду второго. Вторые обкладки СЖК, СЛН и второй вывод RЖК  подключены к полосовому прозрачному столбцовому У электроду. Эпюры, поясняющие процесс управления элементами рассматриваемого матричного ЖК экрана, приведены на рис. 8.6.
Для формирования на общей емкости элемента матрицы СЭ = СЖКЭ +СЛН переменного напряжения, изменяющего знак от кадра к кадру (эпюра 4), на управляющие столбцовые У электроды подаются знакопеременные от кадра к кадру видеоимпульсы UСТ (эпюра 1). Амплитуды их зависят от соответствующих амплитуд ТВ сигнала (пунктир), несущего информацию о формируемом изображении, и изменяются в пределах  ;2Um, где Um  - максимальное значение управляющего напряжения на слое ЖК, при котором достигается насыщение 
 
 
электрооптического эффекта  (ЭОЭ) в ЖК. Использование UСТ в  два раза больше Um, обусловлено разрядом СЭ за время кадра.
К концу этого разряда напряжение на элементарном участке слоя ЖК  UСЭ должно быть больше Um, тогда параметры формируемого изображения, в частности контрастность, не будет ухудшаться к этому моменту времени.
Коммутация направления тока заряда общей емкости элемента СЭ осуществляется двумя разделительными диодами D1 и  D2 . Последние при разряде СЭ через сопротивление элемента слоя ЖК  RЖКЭ заперты (на эпюрах момент времени t=0), поданным на анод D1 отрицательным напряжением UС1 = -2 Um,  и на катод D2  положительным – UС2 =+2 Um с помощью прозрачных полосовых Х1 и Х2 строчных электродов соответственно.
При поступлении на столбцовый электрод У1 отрицательного импульса  UСТ (эпюра 1) с началом периода кадра Тк(т+1) на строчном электроде Х1 напряжение UС1 падает до нуля и диод D1 открывается. Оставшийся от предыдущего кадра заряд на СЭ (эпюра 4) быстро компенсируется зарядом противоположного знака за счет тока, протекающего по цепи (+) источника UСТ1, корпус ;, источник UС1, D1, СЭ =  СЛН +СЖКЭ, (-) источника UСТ1. Затем начинается заряд СЭ этим же током до  UСэ = -2Um.
Когда величина UСэ превысит пороговое значение Uп для используемого ЭОЭ, изменятся оптические свойства этого элементарного участка слоя ЖК и начнется формирование изображения.
После окончания отрицательного импульса UСТ1 на столбцовом электроде У1 на строчном электроде Х1 появляется отрицательное напряжение UС1 = -2 Um (эпюра 2), запирающее диод D1. При этом заряд СЭ прекращается и она оказывается отключенной от пересекающихся электродов матрицы и других ее элементов, заряженной до величины напряжения, зависящей от амплитуды ТВ сигнала на данном элементе ЖК экрана (пунктир, эпюра 4).
Начинается разряд СЭ через сопротивление RЖКЭ. При этом на RЖКЭ напряжение UСэ постепенно уменьшается (эпюра 4), но за время кадра Тк оно не должно оказаться меньше Um. Таким способом обеспечивается сохранение достаточного уровня управляющего напряжения  на элементарном участке слоя ЖК.
В начале периода следующего кадра Тк(n+2) (эпюра 1) с приходом положительного импульса UСТ1 на столбцовый электрод У1 на строчном электроде Х2 напряжение UС2 падает до нуля (эпюра 3), диод  D2 открывается и начинается перезаряд СЭ в противоположном направлении до UСЭ = +2 Um (эпюра 4). Описание его подобно изложенному выше. При этом на элементарном участке слоя ЖК будет действовать в течение времени Тк(n+2) положительное напряжение, т.е. знак его противоположен знаку напряжения в предыдущем кадре.
Таким образом, в управляющей матрице ЖК экрана с двумя разделительными диодами и накопительной линейной емкостью в каждом элементе полярность импульсного управляющего напряжения на элементарном участке слоя ЖК изменяется от кадра к кадру, обеспечивая быстрый разряд его емкости в конце кадра, и тем самым достигается автоматическое стирание информации предыдущего кадра, а также сохраняется срок службы экрана в целом.
Недостатком такого способа управления ЖК элементами является необходимость использования источника двуполярных импульсов для питания управления столбцовыми электродами, что усложняет схемы внешних устройств управления матрицей ЖК экрана.

8.7 Активная управляющая матрица жидкокристаллического экрана с разделительным транзистором и линейной накопительной емкостью в каждом элементе

Дальнейшее улучшение качества изображения на ЖК экране, т.е. повышение его контрастности и исключения затягивания контуров движущихся объектов, а также увеличение срока службы экрана достигается при управлении ЖК элементами матрицы видеоимпульсами, изменяющими знак от кадра к кадру на противоположный с помощью полевых транзисторов.
Каждый элемент такой активной матрицы ЖК экрана (рис. 8.7) включает в себя участок слоя ЖК, ограниченный размерами дискретного прозрачного 
 
внутреннего электрода,  с емкостью СЖКЭ и сопротивлением RЖКЭ, параллельно им подключается линейная накопительная емкость СЛН. Все они соединены с одной стороны с общим сплошным внешним прозрачным электродом, подключенным к корпусу ; экрана, а со стороны внутреннего дискретного электрода к ним подключается исток (и) разделительного полевого транзистора (ПТ) с каналом n-типа проводимости. Сток (с) и затвор (з) его подключаются к пересекающимся полосовым прозрачным электродам столбца У и строки Х соответственно. Канал ПТ между стоком и истоком обладает большим сопротивлением до тех пор, пока напряжение между затвором и истоком не достигнет некоторой пороговой величины открывания канала +UЗИпор. Поэтому при отсутствии такого напряжения на затворе канал ПТ будет закрыт  и тем самым цепочка СЛН, СЖКЭ и RЖКЭ оказывается отключенной (изолированной) по строкам UС и столбцам UСТ и других элементов матрицы ЖК экрана.
В отличие от рассмотренного выше элемента матрицы с разделительным транзистором, управляемого только положительными видеоимпульсами с одинаковыми амплитудами, рассматриваемый здесь элемент матрицы, кроме включения в него линейной накопительной емкости СЛН, управляется знакопеременными и модулированными по амплитуде видеоимпульсами от кадра к кадру.
Эпюры, поясняющие процесс управления элементом такого матричного ЖК экрана, приведены на рис.8.8.
При этом на столбцовый прозрачный полосовой электрод подаются видеоимпульсы UСТ (эпюра 1), знак которых изменяется от кадра к кадру на противоположный. Амплитуды этих видеоимпульсов изменяются от 0 до ; Um (пунктир) в зависимости от амплитуд телевизионного видеосигнала изображения.
По строчному полосовому прозрачному Х электроду управление осуществляется модулированными по амплитуде видеоимпульсами UС (эпюра 2), напряжение которых при коммутации изменяется в течение времени кадра Тк(n+1) от  -Um  до +(Um + Uзи) и обратно после окончания времени записи Тз,а за время 
 
следующего кадра Тк(n+2)  от -Um  до + Uзи и также обратно. Такой модуляцией амплитуды строчных видеоимпульсов от кадра к кадру достигается тот эффект, что при совпадении на столбце и строке выбранного ЖК элемента управляющих видеоимпульсов всегда напряжение между затвором и истоком ПТ превышает напряжение запирания + UЗИ пор. Таким образом, канал ПТ будет открыт  как при положительных, так и при отрицательных столбцовых управляющих видеоимпульсах (эпюра 1) и ток заряда общей емкости элемента СЭ будет менять направление на противоположное от кадра к кадру в зависимости от полярности столбцового видеоимпульса. Следовательно, управляющее напряжение на ЖК элементе также будет изменять свой знак от кадра к кадру. В течение времени Тр (эпюра 3) будет проходить медленный разряд общей емкости элемента СЭ через его сопротивление RЖКЭ   при полном отключении этого элемента от управляющего электрода и других элементов матрицы, так как на затворе ПТ будет действовать отрицательное напряжение  -Um, запирающее его канал. Смена полярности источника заряда емкости элемента матрицы приводит к полному ее перезаряду, а также к смене направления разрядного тока через участок слоя ЖК. Следовательно, в рассматриваемом случае на элементе матрицы ЖК экрана будет действовать переменное видеоимпульсное напряжение без постоянной составляющей. При этом разложение ЖК вследствие электролиза будет исключено и срок  службы ЖК экрана в целом увеличен.
При воздействии положительных видеоимпульсов строк Uc во всех кадрах напряжение на затворе ПТ будет не менее напряжения запирания его канала + Uзи пор и ПТ будет передавать весь диапазон напряжений видеоимпульсов столбцов, а следовательно, и телевизионного видеосигнала, что позволяет формировать полутоновые изображения.
Заметим, что видеоимпульсы строк UС (эпюра 2) короче на величину ;Т видеоимпульсов столбцов (эпюра 1). Это предотвращает возможный разряд общей емкости ЖК элемента СЭ через малые сопротивления цепей источников управления при отсутствии видеоимпульсов на их выходах, так как ПТ запирается раньше, чем оканчивается зарядное напряжение столбца UСТ.
При построчной записи ТВ изображения, когда одновременно записываются все элементы одной строки матрицы (вся строка сразу) предварительно непрерывный ТВ сигнал, формируемый за время одной строки обычного растра разложения изображения, дискретизируется временными селекторами, разделяясь по соответствующим столбцовым каналам и запоминается.
Для обеспечения функционирования рассмотренной активной матрицы ЖК экрана в источнике управляющих столбцовых видеоимпульсов   поступающие дискретизированные телевизионные видеосигналы изображения должны быть растянуты во времени до длительности, достаточной для возбуждения и достижения максимума выбранного электрооптического эффекта  в слое ЖК элемента экрана, т.е. на время заряда ;з общей его емкости СЭ, сохранив при этом диапазон их амплитуд, обеспечивающий получение полутоновых изображений от черного до белого.
 
ГЛАВА 9
ТЕЛЕВИЗИОННЫЕ ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКИЕ ЭКРАНЫ

9.1  Телевизионные жидкокристаллические экраны с активной твердотельной  управляющей матрицей полевых транзисторов

Телевизионный экран, включающий в себя слой ЖК, осуществляющий пространственно-временную модуляцию белого светового потока, и твердотельную матрицу ПТ, управляющую этим слоем, представляет собой отдельный конструктивно оформленный узел, поставляемый при разработке ТВ устройств как комплектующее изделие, не  подлежащее ремонту. На таких экранах создается черно-белое изображение с помощью эффекта ДРС или твист-эффекта.
Устройство элемента такого экрана, работающего на ДРС, изображено в разрезе (а) и в плане (б) на рис.9.1. Тонкий слой НЖК 1 формируется между двумя ограничивающими поверхностями. Одна из них является поверхностью сплошного прозрачного электрода 2, перекрывающего все элементы экрана и нанесенного на лицевую стеклянную пластину 3. Вторая – это внутренняя поверхность 4 твердотельной управляемой матрицы ПТ, выполненной на непрозрачной пластине монокристаллического кремния 9, допустимые размеры которой ограничивают максимальные размеры всего экрана, не превышающие из-за этого 50 мм ;72; или 100 мм ;161;.
Элемент управляющей матрицы включает в себя отражающий электрод 5, встроенную линейную накопительную емкость Слн, образованную между этим электродом, слоем диэлектрика 6 и проводящим слоем 7, а также ПТ, управляемый скрещивающимися столбцовыми Y и строчными Х электродами (рис.9.1, б).
Полевой транзистор n-канального типа создается на слаболегированной пластине монокристаллического кремния 9 (рис.9.1, а) с проводимостью р-типа. У ее поверхности методами диффузии донорных примесей сформированы сильнолегированные истоковая 10 и стоковая 12 области n+-типа толщиной около 1 мкм, вытянутая между ними область является каналом 11 с длиной L,
;
 
изменяемой в пределах нескольких единиц мкм. Структура эта обратима, т.е. сток и исток могут меняться местами. На поверхность кремниевой пластины 9 наносится тонкий слой диэлектрика 8 толщиной 0,05;0,1 мкм из карбида кремния SiО2. В центре канала на слой этого диэлектрика наносится металлический электрод затвора 14, соединяемый со строчным Х электродом (рис.9.1, б). Стоковая область 12, свободная от диэлектрика, металлическим электродом 13 соединяется со столбцовым Y электродом (рис.9.1, б). Металлическим электродом 15 истоковая область 10, также свободная от диэлектрика, соединена с отражающим электродом 5 и электродом накопительной емкости 7. Все эти электроды ПТ и полосовые Х и Y электроды изолируются друг от друга слоем диэлектрика 4.
В приповерхностный канальный слой 11 пластины кремния вводят примеси, тип и концентрация которых определяют значение и знак порогового напряжения между затвором и истоком Uзипор. При превышении этого напряжения управляющим строчным видеоимпульсом (Uс;Uзипор) в области между стоком и истоком возникает проводящий канал. Эти области должны перекрываться краями электрода затвора на величину ;L.
Эквивалентная схема элемента рассматриваемого ЖК экрана приведена на рис.9.2. Она отличается от описанной выше тем, что на данный элемент как и на все другие элементы матрицы через общий сплошной электрод, нанесенный на лицевое стекло экрана, подается постоянное напряжение смещения Uсм. Под его воздействием из слоя ЖК уходят носители тока, что приводит к увеличению сопротивления RЖКЭ, а  следовательно, и постоянной времени разряда Сжкэ через Rжкэ. Этим улучшаются условия для управления элементом ЖК с помощью кратковременных импульсов. Величина Uсм не должна превышать величины порогового напряжения выбранного электрооптического эффекта (ЭОЭ) в ЖК. Она берется равной половине минимальной амплитуды видеоимпульсов, вызывающих ЭОЭ в слое ЖК, несущих информацию о ТВ изображении и подаваемых на столбцовые экраны.
 
 
          Полутоновое ТВ изображение довольно высокого качества было получено на одном из первых ЖК экранов с активной твердотельной управляющей матрицей ПТ на кремниевой пластине. Размеры экрана 25;25 мм2, информативная емкость 100;100 элементов.
При этом используется динамическое рассеяние идущего от внешнего источника входного белого света Івх (рис.9.1, а), который, пройдя стекло 3 экрана, сплошной прозрачный электрод 2, слой ЖК 1, отразившись от зеркальных электродов 5 элементов матрицы, тем же путем возвращался к наблюдателю. При этом в зависимости от того было на электроде 5 или не было управляющее напряжение Uу, превышающее пороговое напряжение эффекта ДРС, т.е. в слое ЖК возникал этот эффект или нет, отраженный свет Івых (рис.9.1, а) подвергался пространственно-временной модуляции в соответствии с модулирующей функцией несущей передаваемое изображение.
Подобным образом построены ЖК экраны размерами 25;31 мм2, содержащие 200;210 элементов с потребляемой мощностью 10 мВт, а также ЖК экраны с диагональю 75 мм, используемые в карманных ТВ приемниках ;91,92;.
Устройство элемента ТВ ЖК экрана с активной твердотельной управляющей матрицей ПТ, работающего на твист-эффекте, изображено в разрезе на рис.9.3. В отличие от такого же экрана, но работающего на эффекте ДРС, в многослойную его структуру введены ориентирующие слои 16 и 17, поляроидные пленки 18 и 19. Ориентирующие слои обеспечивают формирование в слое ЖК твист-структуры. Плоскости поляризации поляроидных пленок скрещены и совпадают с ориентацией оптических осей (больших осей молекул ЖК) на входе и выходе слоя ЖК.
Экран работает на отражение при внешнем освещении белым световым потоком Івх. Эффективно этот поток Івх1 отражается только теми участками экрана, которые расположены под отражающими электродами 5 элементов матрицы ПТ. В других областях экран занятых полосовыми  пересекающимися электродами и составными частями конструкции ПТ свет Івх2 отражается незначительно, поглощаясь в покрывающих слоях диэлектрика.
 
           Таким образом, формирование изображение осуществляется изменением коэффициентов отражения участков экрана, расположенных под прямоугольниками отражающих электродов. При этом падающий белый свет Івх1, пройдя входную поляроидную пленку 19 становится поляризованным вдоль ее плоскости поляризации. Далее свет проходит лицевую стеклянную пластину 3, прозрачный электрод 2, ориентирующий слой 16 и попадает в слой нематического ЖК 1. Здесь характер поляризованного света зависит от того, подано ли на слой НЖК управляющее напряжение или нет.
При отсутствии такого твист-ориентация оптических осей слоя НЖК обеспечивает поворот плоскости поляризации входящего в слой светового потока на 90;. Выходящий из слоя НЖК световой поток, пройдя в дальнейшем ориентирующий слой 17, прозрачный электрод 20, будет пропущен поляроидной пленкой 18, плоскость поляризации которой скрещена с плоскостью поляризации входной поляроидной пленки 19 и совпадает в этом случае с поляризацией светового потока. После пленки 18 поток пройдет через тонкий прозрачный слой защитного диэлектрика 4, отразившись от зеркального электрода 5, тем же путем вернется к наблюдателю в виде выходного светового потока Івых. Если ни на один отражающий электрод 5 матрицы ПТ не подано управляющего напряжения, то все поле экрана будет светлым.
При подаче управляющего напряжения, превышающего пороговое значение твист-эффекта, на отражающий зеркальный электрод 5 в слое НЖК молекулы примут гомеотропную ориентацию и оптическая ось слоя будет перпендикулярна прозрачному и зеркальному электродам. В этом случае световой поток, распространяясь вдоль оптической оси слоя НЖК, пройдет не изменив своей поляризации, а, следовательно, не будет в дальнейшем пропущен поляроидной пленкой 18 и не достигает отражающего зеркального электрода 5. Таким образом, элемент ЖК экрана, на который подано управляющее напряжение, будет темным.
В управляющей матрице рассматриваемого ТВ ЖК экрана, работающего на твист-эффекте, используется пластина монокристаллического кремния n-типа, на поверхности которой формируется матрица р-канальных ПТ. Подобные экраны имеют размеры 36;48 мм2 и содержат 240;240 элементов изображения ;4;. В другой модификации диагональ экрана составляла 76 мм и на нем формировались 240;380 элементов изображения. В этих экранах с твист-эффектом использовались нематические ЖК с удельным объемным сопротивлением порядка 4;109 Ом;см и пластины монокристаллического кремния с сопротивлением 5 Ом;см. Линейная накопительная емкость была 4 пф. Диапазон рабочих температур от комнатных до +55;С. Управляющее напряжение на слое ЖК составляло 4 В. Время включения и выключения элементов порядка 50 мс.
Коэффициент контрастности изображения достигал 14 при 7 градациях яркости, что значительно лучше, чем при использовании эффекта ДРС.
Однако, использование в этих экранах твист-эффекта привело к уменьшению по сравнению с эффектом ДРС угла наблюдения, т.е. при небольшом отклонении от наблюдателя в сторону изображение становится неразличимым. Этот недостаток пытаются устранить, используя матовые рассеиватели.
В целом картинка на описанном экране формируется практически в реальном масштабе времени, что позволяет передавать движущиеся изображения без затягивания.
Таким образом, малоразмерный ТВ ЖК экран, формирующий на твист-эффекте черно-белое изображение, управляемый матрицей ПТ, созданной на монокристалле кремния, мало потребляющий энергии, имеет все основания для использования его в карманных ТВ приемниках, электронных часах, мини-компьютерах, в качестве видеоискателей малогабаритных передающих ТВ камер и контрольного экрана видеомагнитофонов.

9.2  Большие  телевизионные   жидкокристаллические   экраны   с  активной управляющей матрицей тонкопленочных полевых телевизоров

Разработка на основе ЖК плоских ТВ экранов большой площади черно-белых и цветных, для коллективного пользования в помещениях и вне их стала возможной с созданием технологии тонкопленочных полевых транзисторов ТПТ на прозрачных для видимого света стеклянных пластинах ;235,257;. Размеры этих пластин, в отличие от используемых в малогабаритных ЖК экранах пластин монокристаллического кремния, практически ограничены только технологией производства ветринного стекла и могут быть значительными. При современной технологии реально эти размеры будут определяться возможностями напылительных установок ;250;. Это открывает путь к решению проблемы большого ЖК экрана ;121,131,194;.
В качестве активного полупроводникового материала в ТПТ использовались селенид калия ;18;, теллур ;19;, поликристаллический и аморфный кремний ;204;, а также гидрогенизированный аморфный кремний ;246;.
Изготавливать ТПТ на аморфном кремнии легче, но поликристаллический – имеет большую подвижность носителей и тем самым позволяет получить тот же ток при меньшей площади. Еще большей подвижностью обладает селенид кадмия ;19;.
Поэтому на основе тонкопленочных транзисторов из селенида кадмия (CdSе) первым был разработан матричный телевизионный плоский ЖК экран ;245; с размерами 150;150 мм2, имеющий 14000 элементов, разрешающую способность 8 линий/см, контрастность 20:1, число граней яркости 8. Матрица адресуется построчно. Информация об амплитуде видеосигнала накапливается на конденсаторах строчного запоминающего устройства, которые при их подключении через строчные коммуттирующие транзисторы.
Аморфный кремний (а-Sі) был применен в матричном телевизионном плоском ЖК экране с целью повышения стабильности ТПТ ;193;. Для чего на стеклянную подложку напылялись тонкие алюминиевые затворы шириной 100 мкм, затем последовательно наносились слои нитрида кремния толщиной 0,5-1,0 мкм, аморфного кремния и электродов истока и стока. Поверх всего наливался слой ЖК и устанавливалась стеклянная пластина со сплошным прозрачным электродом.
В матричном ЖК экране вместо слоя ТПТ использовался полупроводниковый слой со свойствами варистора ;237;, обеспечивающий пороговую электрооптическую характеристику. Это существенно упростило адресацию матрицы с 1000 строками и площадью 6 см2. Получено разрешение до 13 линий/см.

9.3  Телевизионный  жидкокристаллический  экран с активной управляющей матрицей тонкопленочных полевых транзисторов на гидрогенизированном аморфном кремнии

Последний в перечне  гидрогенизированный  аморфный  кремний
 (а-Sі:Н) позволяет создать ТПТ с достаточно однородными характеристиками при малых токах утечки и низкой максимальной температуре изготовления не превышающей 300;С. Такая низкотемпературная технология позволяет использовать в качестве подложки для активной матрицы ТПТ дешевые натрий-кальцевые стекла. Использование таких стекол снимает ограничение на размеры ЖК экранов по их подложкам и обеспечивает прозрачность управляющей матрицы для волн видимого света, что позволяет работать ЖК экрану на просвет и даже применять в нем фильтры. Телевизионный ЖК экран с активной управляющей матрицей ТПТ на а-Si:Н ;7; представляет собой ЖК ЭУТ, в котором для сохранения величины управляющего поля на элементе ЖК (рис.9.4) в течение времени кадра параллельно его емкости Сжк включена линейная накопительная емкость Слн, а подключение их к источнику телевизионного (ТВ) видеосигнала и отключение от него осуществляется ТПТ с изолированным затвором. Формирование изображения здесь осуществляется построчной адресацией (записью), для реализации которой входной ТВ видеосигнал, последовательно во времени развертываемый вдоль одной строки ТВ растра, предварительно распределяется по каналам, подключенным к столбцам матрицы, где запоминаются его значения, соответствующие каждому элементу строки, а затем одновременно осуществляется подключение всех столбцов матрицы ко всем соответствующим ЖК элементам одной выбранной строки. Таким образом, осуществляется преобразование последовательного временного ТВ видеосигнала в
 
 
параллельной пространственный набор видеосигналов, несущих информацию к элементарным участкам слоя ЖК экрана. Это подключение осуществляется подачей на строчные электроды, соединенные с затвором (3) ТПТ, положительного видеоимпульса записи строки Uс, который открывает каналы сток-исток всех ТПТ выбранной строки. Источники ранее запомнившие видеосигналы, соответствующие каждому элементу строки, соединенные со столбцовыми электродами теперь оказываются подключенными каждый через свой столбец и свой ТПТ к емкостям ЖК элемента Сжкэ и накопительной Слн. Эти емкости заряжаются за время действия импульса записи строки до соответствующей их элементу величины напряжения ТВ видеосигнала Uст. При этом элементы строки окажутся заряженными в соответствии с распределением амплитуд видеосигналов вдоль строки вдоль ТВ растра. Это приведет к соответствующему изменению оптических свойств (коэффициента пропускания) элементов строки, а следовательно, и исходных световых сигналов, формирующих изображение.
Видеоимпульс записи строки оканчивается раньше ТВ видеосигнала в каждом столбце, а поэтому емкости ЖК элемента оказываются отключенными от низкоомного источника ТВ видеосигнала и вследствие большого внутреннего сопротивления ЖК сохраняют заряд на время кадра.
Таким образом, коммутация элементарных участков слоя ЖК осуществляется комбинированным матрично-мозаичным способом. Управляющие ТПТ коммутируются матрицей из полосовых прозрачных скрещенных изолированных электродов, а участки слоя ЖК – каждый своим ТПТ.
Слой ЖК в этом экране образуется между двумя многослойными листами, сформированными на двух пластинах с размерами 80;60;1 мм из кальций-натриевого стекла, разделенными по периметру прокладкой. На одной из них изготовлена прозрачная управляющая активная матрица ТПТ, обеспечивающая работу экрана на просвет с использованием твист-эффекта. С целью сохранения работоспособности матрицы в случае выхода из строя отдельных ТПТ один элемент экрана 1 состоит из двух одинаковых половинок 2 (рис.9.4), каждая из которых управляется своим ТПТ и включает в себя накопительную встроенную емкость Слн, элементарный прозрачный электрод, перекрывающий участок слоя ЖК с сопротивлением Rжкэ и емкостью Сжкэ.
В отличие от рассмотренных выше эквивалентных схем подобных элементов управляющей активной матрицы ТПТ накопительная емкость Слн подключается к прозрачному полосовому электроду соседней сроки, а не к корпусу ; экрана, соединенному с левым сплошным прозрачным электродом. Такое подключение обусловлено чисто конструктивными соображениями, при использовании в качестве подложки матрицы стеклянных пластин. В противном случае пришлось бы наносить отдельную систему полосовых электродов, соединенных напрямую с корпусом ; экрана для подключения к нему накопительных емкостей Слн всех элементов матрицы.
Включение Слн между истоком ТПТ и полосовым электродом соседней строки обеспечивает параллельное подсоединение ее к элементу ЖК через малое внутреннее выходное сопротивление источника строчного управляющего видеоимпульса и корпус ; экрана в течение всего времени отсутствия этого видеоимпульса, т.е. с окончанием его и до начала следующего кадра. А с приходом на соседнюю строку видеоимпульса Uс в следующем кадре заряд емкости Слн, сохраненный от предыдущего кадра, компенсируется путем ее перезаряда. Она оказывается разряженной и готовой к приходу управляющего видеоимпульса своей строки. В остальном характер процессов заряда общей емкости элемента ЖК экрана, ее отключение от источников управляющих сигналов и медленного разряда через элементарный участок слоя ЖК такой же как и у описанной выше классической управляющей активной матрицы полевых транзисторов с линейной накопительной емкостью.
Существует еще один вариант подключения емкости Слн, когда она включается между истоком и затвором ТПТ в своей строке ;18;. В этом случае заряд на ней будет определяться разностью потенциалов между названными электродами ТПТ. Разность эта значительно меньше напряжения на истоке ТПТ, что снижает возможности по управлению элементарным участком слоя ЖК.
Устройство двойного элемента ЖК экрана с активной управляющей матрицей ТПТ на а-Si:Н [7]  , работающего на просвет с использованием твистованного НЖК приведено в разрезе (а) и в плане (б) на рис.9.5.
Слой НЖК 1 здесь образуется между двумя многослойными листами на двух несущих стеклянных пластинах 3 (рис.9.5, а). Внутренние слои 8 этих листов, обращенные к слою НЖК 1, обеспечивают ориентирование молекул НЖК в соответствии с твист-структурой. Лицевая стеклянная пластина 3, обращенная к наблюдателю, несет на себе с внешней стороны поляроидную пленку 6, а с внутренней – слой диэлектрика 7 из SiО2 толщиной 0,5 мкм и прозрачный сплошной электрод 2 из Zn2O3, покрытый ориентирующим молекулы ЖК слоем 8. Тыловая стеклянная пластина 3, обращенная к источнику подсвета, с внешней стороны покрыта поляроидной пленкой 5. Плоскости поляризации поляроидных пленок 5  и 6 скрещены. С внутренней стороны пластина 3 покрыта слоем диэлектрика 7 из SiО2, толщиной 0,5 мкм, на который напылены электроды затвора ТПТ 11 из пленки хрома Сr толщиной 0,1 мкм, соединенные со строчным полосовым Х электродом (рис.9.5, б). Здесь же напыляются прозрачные прямоугольные участки элементарных электродов 14 из In2O3, формирующих изображение, и их контактные площадки 15 из хрома Cr толщиной 0,1 мкм, обеспечивающие соединение с истоковыми электродами 13 из алюминия Al толщиной 0,5 мкм. Все перечисленные проводящие участки, нанесенные на тыловой стеклянной пластине 3, за исключением участков соединения контактных площадок 15 с истоковыми электродами 13 покрыты изолирующим затворы слоем диэлектрика 12 из оксида кремния SiOxNу:H  толщиной 0,25 мкм. Поверх этого изолирующего слоя наносится активный полупроводниковый слой из a-Si:H толщиной 0,15 мкм. На нем формируются два истоковых электрода 13, по числу функциональных половин элемента ЖК экрана, и один общий стоковый электрод 10 из Al толщиной 0,5 мкм, соединенный со столбцовым У электродом (рис.9.5б). При этом сформированы области каналов ТПТ длиной L = 10 мкм и шириной 280 мкм. Поверх всего этого наносится слой диэлектрика 7 (рис.9.5) из SiO2 толщиной 0,5мкм и ориентирующий молекулы ЖК слой 8.
 
 
Накопительная емкость СЛН  16 (рис.9.5,б) представляют собой прозрачные проводящие слои Zn2O3, изолированные диэлектриком от прозрачных электродов элементарных участков 14, соединенных с соседней строкой.
Для последовательного нанесения изолирующего затвор ТПТ диэлектрического слоя SiOxNу:H и полупроводникового  слоя a-Si:H использовалась технология плазмохимического осаждения из газовой фазы. При этом осаждение велось в реакторе вертикального типа при пониженном давлении для стимуляции реакции в плазме высокочастотного тлеющего разряда без прерывания вакуума при смене газовых смесей [7].
Затворные (Cr) и сток-истоковые (Al) электроды формировались термическим напылением.
Исследования ТПТ на  а-Si:H  [152] показали, что их проходные вольт-амперные характеристики (ВАХ), т.е. зависимости тока через канал сток –исток Icи от напряжения между затвором и истоком  Uзи в темноте (кривая 1)  и на свету (кривая 2) при напряжении между стоком и истоком Uси =8В (рис.9.6), носят явно нелинейный характер. Это говорит о том, что ТПТ работают на основных носителях – электронах в режиме обогащения канала. Изменение Uзи  в сторону положительных значений от 0 до 10В приводит к увеличению тока на 5 порядков, а в сторону отрицательных – от 0 до –3В на порядок. При этом ток Iси в режиме заряда емкостей элемента ЖК экрана при записи информации за время адресации строки (tстр;60 мкс) достигает 10 мкА. В режиме сохранения напряжения на элементе ток разряда его емкости через закрытый канал ТПТ не превышает 10-11А в течение времени кадра (tк=20мс).
Таким образом, за счет изменения проводимости канала ТПТ отношение токов заряда Iз и разряда Iр элемента ЖК, называемое коэффициентом модуляции тока, достигает 106, что позволяет осуществить запись информации кратковременными видеоимпульсами и длительное ее хранение в течение времени кадра даже без дополнительной встроенной накопительной емкости [7].
Проводимость закрытого канала ТПТ в темноте падает до 10-15 ом-1. При воздействии на ТПТ светового потока с интенсивностью ; 10мВт/см2 проводи-
 
мость его закрытого канала возрастает до  ; 10-10 ом-1 . Проводимость открытого канала ТПТ при воздействии света изменяется значительно меньше. При использовании ТПТ в управляющей активной матрице ЖК экрана отмеченная фоточувствительность его нежелательна, так как уменьшает коэффициент модуляции тока канала на 2-3 порядка. Поэтому в [152] предлагается экранировать области каналов ТПТ светонепроницаемыми крышками.
Выходные ВАХ ТПТ на a-Si:H, т.е. зависимости тока через канал сток-исток I   от напряжения между стоком и истоком Uси при  Uзи = 8, 10, 12,14 и 16 В (кривые 1-5 соответственно, рис.9.7), имеют тенденцию к быстрому насыщению при Uси; 8В.
Исходя из рассмотренных проходных и выходных ВАХ для работы ТПТ в управляющей матрице ЖК экрана были установлены следующие управляющие напряжения: в режиме открытого канала на затворе Uзи=+15В подавалось в течение времени адресации строки, а при закрытом канале -Uзи = -8В в остальное время кадра; а на стоке Uси поочередно кадр за кадром принимает значение +8В и –3В соответственно. При этом на элементарном участке слоя ЖК формируется знакопеременный симметричный видеосигнал с периодом 2Тк, что предотвращает деградацию ЖК за счет электролиза [152].
Вольт-контрастная характеристика (ВКХ) элемента рассматриваемого ЖК экрана (рис.9.8) снимались в виде зависимости коэффициента контрастности К от эффективного значения знакопеременного управляющего видеосигнала Uу,эф формируемого на общей емкости элемента Сэ. Видно, что максимальный  коэффициент   контрастности  достигается   при   Uу,эф; 5;6 В.
Быстродействие элементов ЖК экрана оценивается по зависимости коэффициента контрастности от длительности строчного адресующего видеоимпульса (рис. 9.9). Приемлемый коэффициент контрастности К=20:1 обеспечивался при длительности адресующего строку импульса tcтр;25мкс. Такая длительность записи одной строки позволяет записать за время кадра максимальное число строк Nмакс = Тк/ tстр = 800, что превышает телевизионный стандарт числа строк в одном кадре.
 
При индивидуальном переключении одного отдельного элемента ЖК экрана время включения, за которое контраст достигает 0,9 от макимально возможного значения, tвкл;120 мс, а выключения -  tвыкл=100мс, что значительно превышает длительность кадра Тк=20 мс. Поэтому при построчной адресации с сохранением на элементе ЖК экрана управляющего напряжения Uу в течение практически всей длительности кадра максимально возможного контраста на слое НЖК, работающем на просвет с твист-эффектом, не достигалось. Наблюдалось размытие контраста на крайних элементах столбца, которое не превышало 10% при tстр;30мкс независимо от характера информационного сигнала.
Конструктивно ЖК экран выполнен в металлическом корпусе с размерами 135х135х10мм2, обеспечивающем работу его на просвет. Собственные размеры ЖК ЭУТ, т.е. его многослойной конструкции на основе стеклянных пластин 80х60х2 мм3. Размеры информационного поля (слоя ЖК) 52,8х42,24 мм2. Шаг элемента 0,33х0,33 мм2. Число информационных элементов на ЖК экране 160х128.
Таким образом, разработка управляющей активной матрицы ТПТ на а-Si:Н с изолятором затвора на SiOxNy:H позволила создать ЖК экран, который в настоящее время может использоваться в карманных телевизорах, персональных микро-компьютерах, индикаторах мобильных радиолокаторов и т.п., а в перспективе в полноформатном телевидении.

9.4  Цветной    телевизионный    жидкокристаллический   экран  с  мозаикой триадных треугольных фильтров

В цветном телевизионном ЖК экране [235] используется мозаика триадных элементов с треугольной топологией парных цветных фильтров. Каждый элемент мозаики 1 (рис.9.10) в плоскости ЖК экрана состоит из трех пар цветных фильтров: красных R, зеленых G и синих B.  Эквивалентная схема треугольного трехцветного элемента ЖК экрана приведена на рис.9.11. Парная триада формируется на двух строках 2 ЖК экрана, управляемых от одного строчного полосового прозрачного электрода 3 активной матрицы. Два участка
;
 
ЖК под парой фильтров одного цвета в триадном элементе управляются одновременно с помощью одного столбцового 4 и одного строчного 3 полосковых прозрачных электродов. Каждый из этих участков управляется своим тонкопленочным транзистором (ТПТ) 5 из аморфного кремния. Последний включает управляющее напряжение на слой ЖК с помощью дискретного элементного прямоугольного прозрачного электрода 6 через истоковый вывод 7. Всего таких дискретных участков ЖК на экране, а следовательно, и управляющих ТПТ в активной матрице было 480х378. Эти ТПТ управляются в реальном масштабе времени сигналами, сформированными на основе стандартного цветного телевизионного сигнала (ТВС). В NTSC системе частота кадров 30 Гц. Один кадр состоит из двух переплетающихся полей. Каждое поле с учетом обратного хода имеет 525/2 сканируемых строк и следует с частотой полукадров 60Гц.
В описываемом ЖК экране имелось 252 горизонтальные строки и 240 вертикальных столбцов. Структурная схема устройства управления ими приведена на рис.9.12. В преобразователе 5 из аналогового полного телевизионного сигнала формируются дискретные сигналы управления ЖК экраном 1. Устройства управления по строкам 4, нечетным(2) и четным (3) столбцам обеспечивают управление на основе временного метода. При этом одновременно могут быть включены две горизонтальные строки с помощью одного горизонтального и двух наборов вертикальных электродов, так как нечетные и четные столбцы имеют свои раздельные устройства управления. На ЖК экране формируется 240х252 треугольных трехцветных элемента –триады на площади 66х88 мм2. В поперечном сечении ЖК экран по своему устройству (рис.9.13) представляет слоистую структуру, подобную структуре матричного ЖК ЭУТ. В ее состав входят поляроиды 5 и 6, стеклянные пластины 3, общий (заземленный) прозрачный электрод 2 с нанесенной на него мозаикой цветных фильтров 7, полосовые электроды 10  (горизонтальные) и 11 (вертикальные), управляющие матрицей ТПТ 9, элементарные прозрачные электроды 14, формирующие изображение, герметизирующая прокладка 4, определяющая толщину слоя НЖК1, закрученного в твист-структуру. Толщина этого слоя составляла 3 мкм.
 
 
           Шаг для горизонтальных прозрачных полосовых электродов составлял 116 мкм, а вертикальных –274 мкм. Шаг горизонтальных стоковых присоединений равен удвоенному шагу горизонтальных электродов и составлял 232 мкм.
Сформированное цветное изображение визуализируется при просвечивании ЖК экрана люминесцентным белым светом от источника 6 (рис.9.12).
На упрощенной цветовой диаграмме МКО (рис.9.14) изображены цветные треугольники NTSC стандарта R', G', B' и описываемого ЖК экрана R1, G1, B1. Видно, что площадь последнего составляет порядка 76% от первого, что вполне достаточно для практических применений этого экрана. Используемый люминесцентный источник белого света по яркости и спектру соответствовал требованиям цветных фильтров R,G,B. Слой НЖК с твист-структурой обеспечивал контрастность 15:1. Угол наблюдения по горизонтали ;50;, а по вертикали - ;30;. Время реакции экрана при нарастании сигнала 35 мс, а при спаде – 40 мс. Число градаций яркости (полутонов) более 8.
Используемая в описании ЖК экрана мозаика триадных элементов с треугольной топологией парных трехцветных фильтров по сравнению с другими топологиями обеспечивает более высокое качество формируемого полноцветного изображения, а применение здесь временного метода управления с одновременным включением двух строк исключает мелькания, т.е. реализует метод черезстрочной развертки.

9.5  Матричный трехцветный жидкокристаллический экран с мозаикой цветных микрополосковых фильтров

С целью достижения высокой чистоты цвета, исключения паралакса при наблюдении в направлениях, отличных от нормального, а также повышения степени компактности плоской конструкции при сравнительной простоте изготовления в многоцветном матричном ЖК ЭУТ, предназначенном для телевизионного экрана [222], триадные мозаичные цветные НОФ расположены на внутренней поверхности одного из прозрачных электродов в виде микрополос 7 (рис.9.15). Внутренние поверхности прозрачных электродов 2 как без НОФ, так
;
 
и с ними покрываются ориентирующими слоями 8, обеспечивающими планарную ориентацию молекул ЖК на их поверхностях. Остальные элементы схемы матричного ЖК ЭУТ с внутренним расположением НОФ те.же, что и с внешним (рис.9.13). Этот ЖК ЭУТ также работает на твист-эффекте.
В качестве цветных НОФ использовались пленки органических азокрасителей и окрашенных стеклообразных полупроводников. Они создавались в виде полос над полосовыми прозрачными электродами методами вакуумного напыления через маски "обратной" и "прямой" фотолитографии. Необходимая для телевизионных экранов чистота цветов достигалась  при  толщинах  красного  (R)  фильтра  0,6  мкм, зеленого   (G) - 0,7 мкм и синего (B) – 0,4 мкм. Спектральные характеристики пропускания этих R,G,B – фильтров (кривые 1,2,3) (непрерывные линии) приведены на рис. 9.16. Их изменения при установке фильтра в ЖК ячейку отмечены штрихами. Видно, что эти изменения незначительные, так как использовался бесцветный ЖК –материал (ЖКМ-1285), который отвечал требованиям к ЖК-материалам для экранов с цветными фильтрами на твист-эффекте: практически отсутствие поглощения в видимом диапазоне; высокая крутизна вольтконтрастной характеристики; удельное  сопротивление ; ; 5 108ом см; произведение толщины слоя d на показатель двулучепреломления ;n на длине волны 0,55 мкм должно иметь значение d ;n0,55; 1,4. Толщина слоя ЖК составляла 10 мкм. Относительный диапазон управляющих напряжений (Uн – Uт) / Uт, где  Uн и Uт – напряжение насыщения и пороговое твист-эффекта, составлял   0,429. При этом R-фильтр имел цветовой ток с  доминирующей  длиной  волны  ;=0,59 мкм при чистоте цвета Р=0,96; G-фильтр -  ;=0,52 мкм и р=0,29; B- фильтр - ;=0,48 мкм и р=0,83.
Следует заметить, что характеристики цветных фильтров критичны к температуре, при которой осуществляется сборка ЖК ЭУТ. Эта температура не должна превышать 150;С. Управляющие напряжения Uy, подаваемые на элементарные твист-участки слоя ЖК с цветными фильтрами, относительно низкие. Слой ЖК реагирует в пределах от 1 до 3 В. Это видно из зависимостей коэффициентов относительного пропускания белого света Т/Тm от Uу для элемен-
 
 
тарных участков слоя ЖК с красным (R), зеленым (G) и синим (B) фильтрами толщиной 0,2; 0,4 и 0,8мкм соответственно (кривые 1,2 и3 рис.9.17).
Введение в полость ЖК ячейки диэлектрических слоев цветных фильтров приводит к возрастанию напряжений порогового и насыщения на 16%, а их различие на участках экрана с различной толщиной красного, зеленого и синего фильтров не превышает 7%. Это вполне приемлемо для рассматриваемого типа экранов.
Телевизионный экран на основе матричного ЖК ЭУТ с триадными мозаичными цветными НОФ имел размеры 178х153 мм2 с числом элементов разложения 240х960.
Количественная и качественная оценка получаемых цветов на этом экране проводилась с помощью упрощенной цветовой диаграммы МКО (рис. 9.18). Точки отображения R1- G1- и B1 – цветов разработанного экрана были вершинами вытянутого треугольника, вписанного в треугольник Европейского телевизионного стандарта R, G, B. Лучшие результаты дало вакуумное напыление красителей фильтров. Проведенная оценка показала, что эти цветные фильтры могут использоваться для изготовления многоцветного экрана. При этом материалы для фильтров подбирались так, чтобы треугольник  R1 G1 B1, по возможности, заполнял всю площадь треугольника R G B Европейского телевизионного стандарта, а вершины их были близки к совмещению.

9.6  Цветной телевизионный жидкокристаллический экран с активной матрицей тонкопленочных транзисторов из аморфного кремния

Оптическая схема этого экрана обеспечивает его работу на просвет. В качестве схемы адресации используется активная матрица тонкопленочных транзисторов из аморфного кремния (а-Si).
Для управления цветным ЖК экраном телевизионного (ТВ) приемника было разработано устройство [240], в основу работы которого положен способ формирования изображения ТВ формата(4:3) с помощью построчной развертки. Структурная схема этого устройства управления приведена на рис. 9.19.
 
 
Она включает в себя ЖК экран 1, блок обработки телевизионных видеосигналов цветности 2, блоки управления строками 3 и столбцами 4.
Подсвет ЖК экрана осуществляется со стороны противоположной наблюдателю от люминесцентного источника белого света 5 через светорассеиватель 6.
Конструктивно ЖК экран представляет собой плоскую структуру матричного ЖК ЭУТ (рис.9.20) со слоем ЖК 1, работающем на твист эффекте, с мозаикой триадных цветных фильтров 7 и активной матрицей тонкопленочных транзисторов (ТПТ) из аморфного кремния (а-Si)  9, расположенных между стеклянными пластинами 3 с прозрачным электродом (In2O3) 2. На внешние поверхности стеклянных пластин 3 наклеены поляризатор 5 и анализатор 6. Сплошной прозрачный электрод 2, покрывающий всю внутреннюю поверхность входной стеклянной пластины 3, подключен к корпусу. Напряжение управления столбцами UyYn  и строками UуХn подаются на скрещенные полосовые прозрачные электроды (шины) 10 и 11, разделенные слоем диэлектрика (SiОxNy) 12. Полосовые электроды 10 (Аl) соединены со стоками ТП транзисторов 9 матрицы, электроды 11(Cr) – с их затворами, а истоковые шины 13 ТП-транзисторов – с элементарными дискретными участками прямоугольной формы прозрачного электрода 14. Площадь такого участка равна площади одного элементарного цветового фильтра 7 в мозаике. Перед заполнением рабочей смесью ЖК внутренние поверхности стенок ЖК-экрана покрываются ориентирующим слоем 8. Рабочее поле ЖК экрана 60х80 мм2.Число элементов разложения 400х300.
Мозаика триадных цветных фильтров 7 (рис.9.20) наносилась на сплошной прозрачный электрод 2 методами фотолитографии слоев на основе органических красителей и халькогенидных стекол, полученных вакуумным напылением. Толщина этих фильтров подбиралась для получения заданной насыщенности цвета и обеспечения эквивалентности вольт-контрастных характеристик экрана. Фильтры  R, G, B имели толщину 0,6; 0,3; 0,2 мкм, доминирующую
;
 
длину волны 0,59; 0,55; 0,48 мкм и чистоту цвета 100; 50; 60% соответственно. Топология R, G, B –фильтров была гексагональная прямоугольная.
Спектральные характеристики излучения люминесцентной лампы
 (кривая 1) и пропускания ЖК-ячеек с цветными фильтрами R, G, B (кривые 2,3,4) приведены на рис.9.21.
Эквивалентная схема элементарной ячейки цветного матричного ЖК экрана приведена на рис. 9.22. Работа ТПТ осуществляется в ключевом режиме. В открытом состоянии через ТПТ заряжаются емкости накопители Сн и ЖК ячейки Сжк до напряжения, соответствующего уровню ТВ видеосигнала для данного элемента изображения, а в закрытом состоянии – хранение записанного напряжения на время кадра. Сопротивление ЖК ячейки Rжк очень большое. На затвор ТПТ подается управляющее напряжение  UУХn =15В, а на сток  UУУn =;5В. Размеры элементарной ЖК ячейки 0,2х0,2 мм2, время реакции 20 мс, а релаксации – 30 мс.
Блок обработки телевизионных видеосигналов цветности 2 (рис.9.19) обеспечивает согласование со стандартными ТВ видеосигналами. На него подаются от ТВ приемника три видеосигнала основных цветов R,G и B, а также кадровые (КСИ) и строчные (ССИ)синхронизирующие импульсы. Все эти сигналы являются исходными для синтеза ТВ изображения. При этом в данном блоке осуществляется последовательная обработка трех видеосигналов цветности в соответствии с топологией мозаичных цветных фильтров синхронно с КСИ и ССИ. Видеосигналы цветности после квантования преобразуются в дискретные импульсы. Количество этих импульсов соответствует числу ЖК элементов в строке (столбцов), а их эффективные напряжения пропорциональны уровню ТВ видеосигнала для каждого из элементов изображения.
Блок управления столбцами 4 (рис.9.19) осуществляет распределение полученных в блоке 3 импульсов, связанных с ТВ сигналом, на 100 столбцов. Он состоит из буферного и выходного регистров. В буферном регистре осуществляется последовательная запись потенциалов возбуждения ЖК ячеек. В выходном регистре распределение этих потенциалов параллельным кодом переписы-
 
вается из буферного с целью подключения к соответствующим столбцовым шинам ЖК экрана. Время записи одной строки определяется процессами подготовки информации для записи строки в блок управления столбцами и составляет 64 мкс.
Блок управления строками 3 (рис.9.19) запускается строчными синхронизирующими импульсами (ССИ), входящими в полный ТВ сигнал. Блок вырабатывает импульсы напряжения для построчной развертки. При этом для формирования ТВ изображения используется по 300 строк из каждого кадра стандартного ТВ сигнала, предназначенного для черезстрочной развертки. Такое наложение полукадров обеспечивает длительность цикла адресации 20мс(частота 50Гц). Блок 3 состоит из сдвигового регистра на 300 разрядов и выходных формирователей, преобразующих кодовые напряжения выходов сдвигающего регистра в управляющие напряжения, подаваемые на строчные шины ЖК экрана.
Рассмотренный в [204]  цветной телевизионный ЖК экран с активной матрицей тонкопленочных транзисторов из аморфного кремния, работающий на просвет, может быть использован в портативных телевизионных приемниках, в устройствах контроля цветных электронно-лучевых трубок, в портативных микропроцессорах для отображения графической и символьной информации.

9.7  Цветной телевизионный жидкокристаллический экран с управляющей активной матрицей      тонкопленочных полевых транзисторов на гидрогенизированном аморфном кремнии, легированном фосфором

В отличие от только что описанного цветного ЖК экрана с управляющей активной матрицей ТПТ на a-Si [204] в рассматриваемом здесь экране [152,153] полупроводниковый слой ТПТ из аморфного кремния гидрогенизируется так же как и в подобном черно-белом ЖК экране [7] . В свою очередь новым является то, что для улучшения инжектирующих свойств контактов ТПТ на поверхность участка гидрогенизированного кремния наносится тонкая пленка сильнолегированного фосфором гидрогенизированного аморфного кремния. Кроме того, здесь ввиду малой проводимости канала ТПТ в закрытом состоянии [153] реализуется возможность сохранять управляющее напряжение на емкости ЖК элемента в течение времени кадра (Тк=20-40 мс) без дополнительной накопительной емкости. Наконец, из технологических соображений, триадный мозаичный цветной неуправляемый фильтр и сплошной прозрачный электрод, наносимые на внутреннюю сторону лицевого стекла меняются местами, а с внешней стороны последнего поверх поляроидной пленки наносится светорассеиватель для увеличения угла обзора экрана.
Рассматриваемый здесь цветной ЖК экран с управляющей активной матрицей ТПТ на a-Si-H работает на просвет при использовании слоя НЖК с твист-структурой.
Устройство этого экрана изображено на рис.9.23. Слой твистированного НЖК 1 образован между двумя многослойными листами, выполненными на основе двух стеклянных пластин 3. Со стороны тыльного листа идет немодулированный поток подсвета Івх. С выходной поверхности лицевого листа в сторону наблюдателя направляется несущий сформированное изображение, т.е. подвергнутый в этом ЭУТ пространственно-временной модуляции выходной цветной поток Івых.
В состав тылового листа, созданного на одной стеклянной пластине 3, входят с внешней стороны ее поляроидная пленка 5, а с внутренней последовательно напылены система полевых прозрачных строчных Х электродов 11, матрица ТПТ 9, система полосовых прозрачных столбцовых У электродов 10, набор прямоугольных элементных прозрачных электродов 14, формирующих изображение, слой диэлектрика 15 и слой 8, ориентирующий молекулы ЖК для получения твист-структуры.
Лицевой лист, сформированный на второй стеклянной пластине 3, включает в себя с ее внутренней стороны второй слой, ориентирующий в перпендикулярном по отношению к первому слою 8 направлению молекулы ЖК, сплошной прозрачный перекрывающий всю площадь экрана электрод 2, набор 
 
треугольно расположенных триадных мозаичных неуправляемых фильтров 7 красного, синего и зеленого цветов, слой диэлектрика 15, а на внешней стороне той же стеклянной пластины 3 нанесены поляроидная пленка 6, плоскость поляризации которой скрещена с плоскостью поляризации первой поляроидной пленки 5, и рассеивающая свет матовая пленка 16.
Топология управляющей матрицы описываемого здесь ЖК экрана отличается от описанной ранее [7]. Матрица состоит из двух систем, выполненных на двух уровнях, ортогональных строчных и столбцовых электродов, изолированных в местах пересечения слоем диэлектрика и аморфного полупроводника ТПТ. Для обеспечения возможности ремонта матрицы после короткого замыкания в области пересечения, каждый столбцовый электрод в этом месте имеет раздваивание на две независимые области перекрытия электродов с различными площадями. При ремонте выявленной пробитой ТПТ вместе с частью раздвоенного участка электрода большой площади отключается от столбцового электрода, но связь с дальнейшими элементами столбца сохраняется по второму узкому (2...3мкм) ответвлению. Строчные электроды проходят между прозрачными прямоугольными электродами, формирующими изображение, нечетных столбцов матрицы и через прозрачные электроды четных, разделяя последние на две равные части, с управлением каждой части отдельным ТПТ. Это необходимо для треугольного расположения цветовых триад неуправляемых оптических фильтров. Технология изготовления рассматриваемой здесь матрицы подобна описанной ранее [152].
Устройство  элемента   управляющей   активной  матрицы  ТПТ  на а-Si-Н, лигированного в областях контактов фосфором, изображено на рис.9.24. В качестве подложки используется пластина 3 из дешевого кальций-натриевого стекла, которая покрывается пленкой диэлектрика 7 из SiO2. На него наносятся строчные электроды матрицы (на рис.9.24 не показаны) и соединенные с ними электроды 11 затворов ТПТ. Те и другие сформированы из пленки Cr толщиной 0,1 мкм. Пленка затворного диэлектрика 12 из оксинитрида кремния SiOхNy, толщиной 0,3...0,4 мкм, осаждается из смеси газов: SiH4,  N2,  O2 и  H2. Полу-
 
проводниковая пленка 9 из  a-Si:H толщиной 0,1...0,2 мкм, получена осаждением из смеси газов SiH4 и  H2 без прерывания вакуума. Улучшающие инжектирующие свойства контактов электродов стока 10 и истока 13 ТПТ пленки 17 из сильнолегированного n+- a- Si:H с удельным сопротивлением ;103ом/см осаждается из газовой смеси  SiH4,  PH3, H2. Электроды стоков 10, истоков 13 и столбцовые электроды матрицы(последние на рис. не показаны) сформированы из пленки  Al с прозрачными электродами 14 элементов, формирующих изображение, выполненных из I2O3.
Ширина строчных столбцовых полосовых электродов 24 мкм. На случай обрыва полосового электрода предусмотрена возможность подключения его к устройству управления с двух сторон.
Использование в ТПТ матрицы [153] пленок 17 из n+- a- Si:H ведет к улучшению инжекции основных носителей – электронов из исток-стоковых электродов в объем полупроводника  a- Si:H. При этом по сравнению с ТПТ без пленок в 5...7 раз снижается чувствительность к свету, исключается гистерезис и повышаются временная стабильность, воспроизводимость и однородность (разброс ; 20%) характеристик ТПТ, улучшается термическая и электрическая стабильности матриц больших размеров. Статические вольт-амперные характеристики (ВАХ) проходные (а) и выходные (б) для тестовых ТПТ, расположенных вплотную к истоковому полю матрицы с пленкой n+- a- Si:H (сплошные кривые) и без нее( пунктирные) приведены на рис. 9.25. Проходные ВАХ снимались при напряжении на затворе Uзи =5В. Выходные ВАХ для ТПТ с пленкой n+- a- Si:H (кривые 1,2,3) и без нее (кривые 4,5,6) снимались при напряжении на стоке Uси = 10,14 и 16 В соответственно. Видно, что выходные ВАХ у ТПТ без  пленки n+- a- Si:H не имеют в пределах рабочих напряжений Uси области насыщеия.
Описанная здесь управляющая матрица [153]  использовалась в ЖК экране миниатюрного цветного телевизора. При управлении экраном использовался способ параллельной записи информации по столбцам и последовательной выборкой строк, обеспечивающей включение всех ее элементов одновременно. 
 
Элемент ЖК экрана с целью предотвращения деградации ЖК управлялся симметричными видеоимпульсами, знак которых изменялся от кадра к кадру на противоположный, с нулевой постоянной составляющей. Установлено, что существенное влияние на эти видеоимпульсы оказывает паразитная емкость Сзи между затвором и истоком ТПТ, возникающая за счет перекрытия этих электродов. Наличие ее приводит к образованию емкостного делителя с коэффициентом деления (Сзи+Сжкэ)/Сзи, равным 5 (для данного экрана). Это приводит на спаде видеоимпульса от    до   к скачку потенциала на истоке Uск и соответственно на ЖК элементе  =(  -  ) Сзи/(Сзи+Сжкэ).
Такой скачок потенциала обуславливает возникновение постоянной составляющей в симметичном информационном сигнале на ЖК элементе, для компенсации которой входные видеоимпульсы Uси, несущие ТВ изображение и подаваемые на сток ТПТ, при смене знака должны изменять и амплитуду, т.е. положительный видеоимпульс  = , а отрицательный  , где   – модуль потенциала на истоке ТПТ после окончания управляющего видеоимпульса. Диапазон изменений эффективных значений управляющих видеоимпульсов на ЖК элементе был от 0 до 5 В. Ток включенного ТПТ обеспечивал зарядку емкости ЖК элемента до потенциала стока за время ; 60 мкс.
Основные топологические параметры матрицы ТПТ на a- Si:H с контактной пленкой n+- a- Si:H следующие [153]: стеклянная подложка имеет размеры 79х96х0,9мм3, активное поле – 60х80 мм2, контактная площадка – 0,28х1,5 мм2; шаг элементов изображения – 0,2мм, а контактных площадок 0,4 мм; длина канала ТПТ 10 мкм, а ширина его – 60 мкм; число элементов изображения 300х400 =120000, - ТПТ в матрице 180000, - контактных площадок 704.
При создании описанной матрицы для снижения числа коротких замыканий между полосовыми Х и У электродами, расположенными на двух уровнях, технологическим путем повышались изоляционные свойства используемых диэлектриков и была разработана аппаратура для поиска и устранения этих замыканий [1]. Отмечается, что наличие нескольких десятков случайно распределенных по полю экрана отключенных элементов существенно не влияет на качество воспроизводимого изображения.
 
ГЛАВА 10
ВЫПУСКАЕМЫЕ ПРОМЫШЛЕННОСТЬЮ ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКИЕ ИНДИКАТОРЫ (МОНИТОРЫ)

10.1 Общие сведения о жидкокристаллических индикаторах            (мониторах), выпускаемых промышленностью

Название индикаторов, используемых в электронной технике для представления визуальной информации, имеет несколько синонимов: -монитор; -дисплей; -видео-дисплейный терминал (ВДТ); -видеомонитор.
Жидкокристаллические индикаторы (ЖКИ) – мониторы выпускаются промышленностью в трех разновидностях. Первая из них используется в портативных компьютерах (ноутбуках), вторая – в персональных компьютерах настольного (или щитового) вариантов и телевизорах, а третья – в радиолокаторах и автоматизированных системах управления (АСУ). Они отличаются друг от друга по технологическим характеристикам и конструктивному оформлению. Основной составной частью их является жидкокристаллическая панель, на экране которой отображается информация.
Эти панели создаются на основе пассивной или активной ЖК матрицы. Наибольшее распространение получила вторая.

10.2 Жидкокристаллические индикаторы для  компьютеров и
     телевизоров

Основные параметры ЖКИ с активной TFT-матрицей, выпускаемых в 1996 году и применяемых в портативных компьютерах [81] , приведены в таблице 10.1.
Процесс функционирования активной TFT-матрицы ЖКИ описан выше. Для облегчения перехода к английским названиям, часто используемым в литературе, напомним его кратко. В этой матрице используется TFT-технология, которая получила свое название по примененному в ней тонкопленочному транзистору (ТПТ) или thin-film transistor (TFT).
В такой активной TFT матрице в каждой точке пересечения прозрачных полосовых электродов "установлен" тонкопленочных транзистор, причем его затвор "подключается" к горизонтальному электроду, а сток – к вертикальному. К истоку TFT "подключаются" параллельно друг другу накопительная емкость и ЖК ячейка.
Если через горизонтальный электрод подано определенное напряжение на затвор TFT, то он окажется подготовленным к открыванию, т.е. к передаче через него напряжения, подаваемого от вертикального электрода на сток TFT и далее через исток TFT на накопительную емкость и ЖК ячейку пикселя, ограниченную областью пересечения электродов.
Так подается управляющий видеосигнал, вызывающий появление соответствующего электрооптического эффекта  в области ЖК тонкого слоя, равного по площади пикселю.
Таблица 10.1.Основные параметры ЖК индикаторов  портативных компьютеров

№ п/п Фирма и тип компьютера Digital HiNote
Ultra 475 CT Chaplet
il и FA
860 PCI IBM
Think Pacl
760 CD NEC
Versa
4000C
1 Диагональ,
(размеры), дюймы 9,5" или
8,5х11х2,5" 10,4"
или
11,3"
12,1" 9,5х11,7х2,1"
2 Разрешение, пиксели
640х480 1280х1024 800х600
Внешний монитор
1024х768 1024х768
3 Количество цветов
256 256 64000 256
Внешний монитор
256 256 (16 битов)



Продолжение таблицы 10.1
№ п/п Texas Instrument
Extensa 550 CDT ToshiBa
Satellite
Pro 400 CDT Compaq
LTE 500 Gateway
Solo 2000
1 10,4"
10,4" 10,4" 11,3"
2 640х480 640х480 800х600 800х600
1024х768
1024х768
3 256 (24 бита)
16 000 000 64000 256
256

Анализ данных таблицы 10.1 показал, что 10,4-дюймовый экран стал в 1996 году промышленным стандартом даже для самых дешевых моделей. Маленький экран 9,5 дюйма установлен на самом легком (2,9 кг) Digital HiNote . В конце 1996 года  появились первые 13,6- дюймовые экраны.
 Для обеспечения требуемого качества изображения необходимо при увеличении размеров экрана улучшать его разрешение. Стандарт SVGA (640х480 пикселов) используется в основном на экранах с малой диагональю 9,5 дюйма. В последнее время начал широко использоваться стандарт 800х600 пикселов. Появились экраны с разрешением 1024х768 пикселов, особенно в качестве внешних мониторов, изображение на которых формируется с 8 битами цвета.
Вес большинства типов персональных компьютеров с ЖК мониторами составляет около 3,5 кг, а некоторые весят до 5 кг.
Время работы компьютера с включенным дисководом CD-ROM при использовании литиевой батареи составляло 3,5 часа.
Габаритные размеры портативного компьютера 9,5х11,7Х2,1 дюйма.
По данным фирмы ToshiBa за 1998 год жидкокристаллические индикаторы (мониторы) с цветной активной матрицей  TFT используются в следующих типах портативных компьютеров:
- ToshiBa (420, 430) CDT  имеют диагональ 11,3 дюйма и разрешение 800х600;
- ToshiBa (315, 440, 460, 480, 500, 510 ) CDT – диагональ 12,1 дюйма, разрешение 800х600;
- ToshiBa (550, 730 ) CDT – диагональ 12,1 дюйма, разрешение 1024х768;
- ToshiBa (740, 750 ) CDT  и 750 (CDM, DVD) – диагональ 13,3 дюйма, разрешение 1024х768.
Из приведенных сведений следует, что в 1998 году наметился переход на жидкокристаллические индикаторы с диагональю экрана 13,3 дюйма и разрешением 1024х768.
Фирма Sharp вывела ЖК-технологию Continuous Grain (CG) Silicon на коммерческий уровень [119а]. Она представила 60-дюймовый дисплей задней проекции, созданный на базе этой технологии, которая способна сделать переворот в портативной компьютерной технике.
Суть технологии CG- Silicon состоит в следующем. Твердофазный процесс в ней формирует на субстрате тонкую пленку кремния, причем между отдельными зернами непрерывность сохраняется на атомарном уровне. Благодаря этому скорость движения электронов в полупроводнике увеличивается примерно в 600 раз по сравнению с тонкопленочными транзисторами на базе аморфного кремния, и в четыре раза по сравнению TFT из низкотемпературного полисиликона. Подвижность электронов 300 см2/В/С при максимальной частоте колебаний 1 ГГц находится практически на уровне показателей для кристалла кремния.
Технология CG- Silicon открывает возможность создавать на стеклянном субстрате не только ЖК-панели с высокой частотой обновления экрана, но также интегрировать туда все остальные периферийные цепи, получая таким образом "систему на стекле".
По заявлению Sharp технология CG- Silicon позволит разработать сверхтонкие электронные устройства, такие как мультимедия-ноутбуки, все габариты которых будут определяться размерами ЖК-панели.
Компания Sony представила новый ЖК-монитор Multiscan M151 с диагональю экрана 15,1 дюйма [119а], который по своей области видимости сравним с большинством 17-дюймовых моделей. Этот монитор с помощью кронштейна может крепиться на стене.
Разрешение его активной матрицы ЖК –TFT составляет 1024х768 при кадровой частоте 75 Гц. Панель имеет контрастность 300:1 и яркость 200кд/м2. Имеются три режима функции цифрового сглаживания (графический, текстовой и стандартный). Они обеспечивают качественное воспроизведение графики и текстов даже за пределами предусмотренных разрешений.
Монитор Multiscan M151 подключается к компьютерам на РС и Macintosh без сложной процедуры переустановки. Достаточно один раз нажать клавишу, чтобы включить функцию авторегулировки и получить на экране неискаженное изображение. Предусмотрено экранное меню, с помощью которого можно регулировать фазу, шаг, контрастность, яркость и цветовую температуру.
В рабочем состоянии Multiscan M151 потребляет от сети всего 25 Вт, а в неактивном режиме –1,5 Вт. Он отвечает нормам нового стандарта безопасности ТСО‘99, включая требования по электромагнитному излучению, потребляемой мощности и утилизации используемых материалов.
Компания КЛАССИКА – ТВ [31] в 2001 году специализируется на разработке, производстве и оптовой продаже жидкокристаллических мониторов – телевизоров марки SUPERVSION (КАРАТ) (15", 17", 22") и автомобильных ЖК телевизоров-мониторов навигационной системы (5,6"; 7", 11"). В них используются системы цветности PAL/SECAM –D/K, B/G, I, L, NTSC-M, NTSC-4/43.
Компания "К-Системс" [28] в 2001 году выпускает портативные компьютеры SkyBook Life с активной жидкокристаллической индикаторной (ЖКИ) панелью размером 13,3", позволяющей выводить изображение с разрешением 800х600 точек.
Кроме того, компания "К-Системс" выпускает плоскопанельный ЖК монитор R-SYSTEMS 15 M3. Размер матрицы по диагонали 15", рекомендуемая разрешающая способность 1024х768 точек при частоте кадровой развертки 85 Гц, количество оптимальных цветов 16,7 млн (24 бита), отвечает требованиям стандарта ТСО‘99. Данная модель является функциональным аналогом монитора LG795FT.
Жидкокристаллические (ЖК) панели [164] компании Sony завоевывают все большую популярность в качестве альтернативы мониторам с обычной электронно-лучевой трубкой. Их основные преимущества – малый размер корпуса (глубина 185 –215 мм) при большом размере видимой части экрана (ЖК-панель с диагональю 18" имеет такой же размер видимой области, как и обычный 19" монитор), высокая четкость изображения и повышенная безопасность.
Например, новая модель ЖК-монитора Sony SDM-N50 имеет стильный дизайн, способный поднять престиж владельца и украсить обстановку в доме и офисе. Толщина ЖК панели составляла всего 12 мм. Для придания еще более изящного вида основные электрические схемы и блок питания этого монитора вынесены в отдельный компактный Media Boх, который модет быть размещен в отдалении от ЖК –панели и соединен с нею посредством всего одного тонкого кабеля. В таблице 10.2 приведены данные по параметрам мониторов с типом экрана TFT LCD, соответствующих стандарту ТСО-95 и имеющих контраст 300:1. (LCD – Liquid Crystal Display – жидкокристаллический индикатор).
Таблица 10.2. Параметры ЖК мониторов с экраном типа TFT LCD 2000 год

Параметры Мониторы фирмы
SDM-N50
Sony CPD-M151
Sony Acer Veretion FP
Sony CPD-L181A
Sony FP855
Acer
Диагональ, дюймы 15" 15,1" 15" 18,1" 18,1"
Размер элемента разрешения, мм 0,297 0,30 0,2805 0,2805
Видимая область, мм 304х228 307х230 359х289 359х287
Яркость, кд/м2 200 200 200 235
Горизонтальная частота, кГц 30 - 61 30 - 61 30 - 92 30 - 90
Вертикальная частота, Гц 48 - 85 50 - 70 48 - 85 50 - 85
Максимальное разрешение при 85 Гц 1024х768 1024х768 1024х768 1280х1024 1280х1024
Угол обзора:
- горизонтальный 140; 140; 160; 160; 160;
-вертикальный 120; 120; 160; 160;
Типы видеовходов D-SUB D-SUB 2xD-SUB D-SUB
Размеры монитора,  мм
(ШхВхГ) 356х346
х185 395х358
х193 376х389
х167 468х420х208 457х469х217
Масса, кг 3,0 5,1 9,5 9,0 9,8
 
Жидкокристаллические мониторы фирмы Sony обеспечиваются полной трехлетней гарантией.
Моноблочная система Acer Veritan – FP это ультракомпактный персональный компьютер [166], который включает все необходимое для работы в оффисе – блок монитора с встроенным сервером и клавиатуру. Данные по нему приведены в таблице. Его жидкокристаллический экран не будет утомлять глаза даже при 12 – часовом непрерывном использовании. При небольшой глубине (всего 16,7 см) он занимает на рабочем столе немного больше места, чем ЖК-монитор с таким же размером экрана. Благодаря компактному размеру, новый персональный компьютер органично впишется даже в самый изысканный интерьер.
Портативный (мобильный) компьютер  Travel Mate серии 510 [165] успешно сочетает в себе функции, необходимые для эффективной работы и возможности, которые в полной мере позволят насладиться минутами отдыха, особенно в путешествии. Его экран имеет формат А4, толщину около одного дюйма и вес 1,8кг.  Display: HPA/TFT  -12". Размеры 308х257х44,5 мм.
Фирма Samsung [119б]  создала матрицы Sync Master TFT 570S, 570B, 570P  размер по диагонали 38 см (15") и Sync Master TFT 770 с размером по диагонали 43 см (17").
Компания  Philips и  LG Electronics [119в] в 2000 году объединили предприятия по производству TFT дисплеев (LG) и  LCD (Philips) с уставным фондом в 1,1 миллиардов долларов.
В 2000 году фирма VD MAILS (электронные компоненты и системы) город Киев предлагала цветные ЖК-мониторы с экраном типа TFT Belinea "Future Class" с активной матрицей. Параметры их приведены в таблице 10.3.
Таблица 10.3. Параметры цветных ЖК мониторов Belinea "Future Class" с экраном типа TFT активная матрица, 2000 год.

Параметры Фирмы и типы мониторов

Belinea
101530 Belinea
101550 Belinea
101810 Belinea
101710 Belinea
101540
Диагональ, дюймы/см 15,1"/38,35 15"/38,1 18,1"/45,97 17"/43,18 15,1"/38,35
Размер элемента разрешения, мм 0,3 0,297 0,2805
Размеры картины, мм 307,2х230,4 304,1х228,1 359,0х287,2
Разрешение,
пиксели 1024х768 1024х768 1280х1024 1280х1024 1024х768
Отображаемые цвета 16 Mio (FRC) 16,7 Mio 16,7 Mio 16,7 16
Яркость, кд/м2
max (min) 200 (170) 200 (160) 235 (180) 235 (typ) 235 (typ)
Контрастность
typ (min) 200:1 (150:1) 200:1 (150:1) 300:1 (200:1) 400:1 250:1
Угол обзора:
-горизонтальный 150;
(140;) 160; (160;) 160; (120;) 160; 150;
-вертикальный
typ (min) 110;
(100;) 160; (160;) 160; (120;) 135; 110;
Горизонтальная частота, кГц
30-70 30-70 31-80
Вертикальная частота, Гц 50-87 50 - 87 50 - 85
Время отклика, мс
подъем/спад 30/20 25/25 30/30
Ширина полосы, МГц 94 94 135
Размеры,  мм
(ШхВхГ) 385х410
х255 385х410
х255 457х468
х217
Вес, кг 6,0 6,4 12,6

Все перечисленные в таблице 10.3 ЖК-мониторы Belinea отвечают требованиям по электробезопасности ТСО 99. Имеют гарантийный срок три года. Кроме первой колонки, все снабжены двумя одноваттными громкоговорителями.
Компания Сатурн; Дейта Интернешенел (город Киев) предлагает промышленные ЖК панели, шасси и рабочие станции (продукция компании Astech, Portwell). В основы всех этих устройств положены ЖК панели АМВ-218CS, AMB-2IST, AMB-2R3T с размерами экранов 9,4";10,4", 12,1" цветных (DSTN, TFT, TFT) мониторов.
Компания Филур электрик (город Киев) предлагает жидкокристаллические индикаторы: матричные, графические, стандартные по спецификации заказчика в модульном исполнении.
Компания Квазар – микро (город Киев) предлагает плоские мониторы View Sonie на активной матричной панели.
Научно-новационная фирма "Вектор" (город Харьков) выпускает ноутбуки серии Green740, Green 751. В них в качестве дисплея используются жидкокристаллические  LCD матрицы: 9,5" MONO (одноцветные), 10,3" Color DSTN (цветные) и 9,5" Color TFT (цветные).
Наибольшие размеры экрана по диагонали (28 дюймов) в 2002 году имел жидкокристаллический монитор фирмы Sharp.
Фирма  LG (Южная Корея) в 2003 году поставляет цветные телевизоры на жидкокристаллическиих мониторах с диагональю экрана 15 дюймов типа ЖК LG-RT15А31, цена 1131,7 долларов (в Киеве) и типа ЖК LG- LА15А15, цена 1243 доллара, а также с диагональю 20 дюймов типа LGRT20 LA30, цена 2375,1 долларов. Они обеспечивают практически то же качество изображения как и у цветных телевизоров на электронно-лучевых трубках (ЭЛТ).
Параметры цветных ЖК мониторов с экраном типа  TFT LCD, 2003 год приведены в таблице 10.4. Все они имеются в продаже от ФАРМ Sony и Samsung у компании UNITRADE.
Таблица 10.4. Параметры цветных ЖК мониторов с экраном типа  TFT LCD, 2003 год.

Параметры Фирмы и типы мониторов
Sony
SDM-S71 17" TFT Samsung SM 171 S17" TFT Pivot Samsung
Sync Master SM151 S15" TFT Samsung
S90S Master
SM152B15" TFT Sony
SDM-X52TFT
Диагональ, дюймы 17" 17" 15" 15" 15"
Размер элемента разрешения, мм 0,264 0,264 0,297 0,297 0,3
Видимая область, мм 304х228 307х230 359х289 359х287
Яркость, кд/м2 200 250 250 350 300
Контрастность 350:1 350:1 350:1 450:1 300
Разрешение при частоте, пиксели 1024х768 при 85Гц
1280x1024 при 75 Гц 1280x1024 при 85 Гц
1024х768 при 85 Гц
800х600 при 85 Гц 1024х768 при 75 Гц
800х600
при 75 Гц 1024х768 при 75 Гц
800х600 при 75 Гц 1024х760 при 85 Гц
1280х1024 при 75 Гц
Угол обзора:
-горизонтальный 160; 160; 120; 160; 120;
-вертикальный 160; 160; 110; 150; 90;
Типы видеовходов DVI DIGITL
DVI
Соответствие стандартам по электробезопасности

Пониженное излучение
MPR11,
TCO99 Пониженное излучение
ТCO99 MPR,
TCO95
TCO99 Пониженное излучение
TCO-99

Цена, доллары

943,2
780,0
471,5
559,6
679,1

10.3  Жидкокристаллический видеомонитор для радиолокаторов и систем управления

Видеомонитор цветной жидкокристаллический ВМЦ-45.2 ЖК [40] предназначен для отображения цветной полутоновой и знакографической информации в подвижных системах автоматизированного управления и радиолокационных системах обнаружения и наведения сухопутного и морского базирования. Цена 5600 долларов.
Основные технические данные ВМЦ-45.2 ЖК следующие:
1. Размер экрана по диагонали не менее 450 мм (17,32 дюйма).
2. Число градаций яркости в белом и основных цветах не менее 8.
3. Количество цветов не менее 256.
4. Контрастность изображения не менее 20:1.
5. Яркость свечения не менее 60кд/м2.
6. Угол наблюдения изображения в пределах: - в горизонтальной   плоскости ; 45 градусов; в вертикальной  ; 30 градусов.
7. Число адресуемых точек изменяется в зависимости от режимов работы: 640х480, 540х400, 800х600,1024х768 и наконец, максимальное – 1280х1024.
8. Время готовности к работе: - при положительной температуре не более 10 минут, а при отрицательной – не более 5 минут.
9. Время непрерывной работы не менее 48 часов.
10. Потребляемая мощность (без системы термостабилизации) при пониженной рабочей температуре не более 100 Вт.
11. Потребляемая мощность системой термостабилизации при повышенной рабочей температуре не более 6 Вт.
12. Габаритные размеры не более: - ширина 460 мм, - высота 380 мм, - глубина 184 мм.
13. Масса видеомонитора не более 20 кГ.
14. Средняя наработка на отказ не менее 25000 часов.
15. Полный средний срок службы не менее 20 лет.
16. Работоспособность обеспечивается в условиях: - повышенной влажности до 98% (при температуре 35;С); температуры окружающей среды, пониженной до минус 20;С и повышенной до плюс 55;С;
- пониженного атмосферного давления до 450 мм. рт.ст.;
- -синусоидальной вибрации в диапазоне частот от1 до 300 Гц;
- механического удара одиночного действия с пиковым ударным ускорением 75g;
- механического удара многократного действия с пиковым ударным ускорением 15g;
- постоянного магнитного поля с напряженностью 400А/м;
- переменного магнитного поля с напряженностью 80 А/м.
В состав ВМЦ-45.2 ЖК входят: - ЖК модуль; - плата выпрямителя; - три преобразователя; - фильтр сетевой; - плата управления и индикации; - плата коммутации; - плата согласования. Конструктивно видеомонитор выполнен в виде единого моноблока, установленного на четырех амортизаторах. Корпус его состоит из лицевой панели и кожуха. На лицевой панели ЖК модуля (рис.10.1) расположены следующие органы управления и индикации: - сетевой  переключатель 8 и индикатор включения (отключения) электропитания "СЕТЬ" ("POWER") 7; - кнопка "ВЫБОР" ("SELECT") 3; - кнопка увеличения "+" 4; - кнопка уменьшения   "-" 5; - кнопка "СБРОС" ("RESET") 6; - Индикатор тепловой готовности "ТГ" ("TR") 2.
На кожухе сзади (рис.10.2) установлены разъемы для подачи питающего напряжения "220В, 1А" ("220V, 1A") 10; - разъем видеосигналов управления "ВИДЕО" ("VIDEO") 9; - площадка "ПС/RC" 11; - клемма заземления ";" 12 ; - четыре амортизатора 14; - фирменная планка 13 и пломбы 15.
По своему устройству рассматриваемый видеомонитор собран на основе цветной жидкокристаллическиой активной матрицы, управляемой импульсами синхронизации по кадрам (КСИ) и строкам (ССИ), а также видеоимпульсов цветности красного R, зеленого G и синего B. Все импульсы подаются через разъем "ВИДЕО" ("VIDEO").
 
Для поддержания тепловой готовности видеомонитора предназначена плата согласования.
Плата управления и индикации служит для индикации напряжения питания и тепловой готовности, а также для управления регулировками.
Первый преобразователь питания предназначен преобразования общего напряжения питания. Второй – для питания инвертора ЖК-модуля и платы согласования.
В видеомониторе применяется система термостабилизации для обеспечения работоспособности в условиях воздействия пониженной температуры окружающей среды. Она обеспечивает необходимый температурный режим и тепловую готовность видеомонитора и работает в релейном режиме со скважностью в зависимости от температуры окружающей среды. Сигнализация о тепловой готовности осуществляется с помощью индикатора "ТГ" ("TR"). При его свечении внутри видеомонитора обеспечивается нормальное функционирование. Режим термостабилизации устанавливается автоматически.
Управление видеомонитором осуществляется с помощью экранного меню. Выбор любого пункта меню осуществляется с помощью кнопок "+" и"=". При этом выбранный пункт высвечивается другим цветом. Выбрав необходимую регулировку, нажимают кнопку "ВЫБОР" ("SELECT") и входят в меню второго уровня. С помощью кнопок "+" и"-" осуществляется увеличение или уменьшение выбранной регулировки с отображением изменений на шкале регулировки.
Из приведенных выше сведений о выпускаемых промышленностью жидкокристаллических индикаторах (мониторах) следует, что эта область индикаторной техники находится на подъеме своего развития. Из года в год появляются новые образцы ЖКИ. Идет непрерывное улучшение характеристик (параметров) этих индикаторов. Прежде всего отмечается увеличение размеров экранов. Так за последние 5 лет их диагональ увеличилась более, чем в двое с 9,5 до 20 дюймов. Яркость экрана возросла со 160 до 350 кд/м2. Контрастность – с 200:1 до 450:1. Зернистость (размер элемента разрешения) уменьшилась с 0,3 до 0.264 мм. Число разрешаемых элементов (точек) увеличилось с 640х480 пикселей до 1280х1024 пикселей.
Обилие ЖК-мониторов в торговой сети и их разнообразие говорит о популярности этих типов индикаторов, предназначенных для отображения картинной, цифровой и графической информации в компьютерах, телевизорах, радиолокаторах и автоматизированных системах управления.

10.4  Медицинские аспекты использования жидкокристаллических мониторов (индикаторов)

Мониторы на ЖК имеют ряд преимуществ по сравнению с электронно-лучевыми трубками (ЭЛТ), к числу которых следует отнести:
1. Повышенная безопасность ЖК мониторов связана с тем, что в них отсутствует высокое напряжение. Это исключает поражение оператора электрическим током вследствие незапланированного пробоя на корпус.
2. В мониторах на ЖК (в отличие от ЭЛТ) с экрана не испускается излучение в области рентгеновского спектра, а поэтому они не требуют использования  специальных мер для защиты от этого вредного для человеческого организма излучения.
В ЭЛТ, особенно в цветных, рентгеновское излучение имеет место вследствие торможения электронов, разогнанных большими ускоряющими электрическими полями, измеряемыми десятками киловольт, при соударении электронов с экраном. Необходимость столь сильного ускорения заложена в самом принципе действия ЭЛТ. Для защиты наблюдателей (операторов) от рентгеновского спектра экраны телевизоров, особенно цветных, покрываются пленками, поглощающими рентгеновское излучение и пропускающими видимый свет.
3. Мониторы на ЖК имеют значительно меньший размер по глубине по сравнению с мониторами на ЭЛТ. Благодаря этому они по своему виду приближаются к картине. Это способствует обеспечению более удобного размещения их в пространстве с целью комфортного наблюдения за экраном.
Берегите свои глаза, особенно если вы работаете много часов с компьютером или смотрите долго телевизор! Используйте компьютеры и телевизоры с ЖК мониторами!
Требования к видеотерминалам (индикаторам, дисплеям) предъявляются на основании "Правил охраны труда при эксплуатации электронно-вычислительных машин" и сведены к следующему [178] :
1. Яркость знака (фона) от 35 до 120 кд/м2.
2. Внешняя освещенность экрана от 100 до 250 лк.
3. Контраст (для монохроматических изображений) от 3:1 до 1,5:1.
4. Неравномерность яркости в рабочей зоне экране – не больше 1,7:1.
5. Отклонение формы рабочей зоны экрана от прямоугольной:
по горизонтали и вертикали – не больше 2%;
по диагонали – не более 4% отношения суммы коротких сторон к сумме длинных.
6. Разница длин рядков или столбцов – не более 2% среднего значения.
7. Размер минимального элемента изображения (пикселя) для монохроматических изображений – 0,3 мм.
8. Допустимая временная нестабильность изображения (мигания) – не должна быть зарегистрирована в 90 % наблюдений.
9. Отражающая способность, зеркальное и смешанное отражение (отблеск) не больше 1% (допускается выполнение требований при использовании приэкранного фильтра).
10. Отношение ширины знака к его высоте для больших букв от 07 до 09.
11. Изменчивость размера знака не больше 5% высоты.
12. Ширина линии контура знака 0,15-0,1 высоты знака.
13. Модуляция относительно яркости растра: - для монохромных изображений не больше 0,4; - для многоцветных – не больше 0,7.
14. Расстояние между строками не меньше ширины контура знак или одного элемента изображения.
Требования по электробезопасности при работе с вычислительной техникой определяются радом документов, в частности, "Временными санитарными нормами и правилами для работников вычислительной техники", №4559-80. Министерства охраны здоровья Украины [62] .
Предельно допустимые величины напряженности электрической составляющей (Е) электромагнитного поля (ЭМП) в диапазоне частот 30-350 кГц на расстоянии 10 см от всех поверхностей монитора – 25В/м. (СНиП 239-96, МР1533-90).
Допустимая величина напряженности электростатического поля на поверхности полимерных материалов (клавиатура, стол, стул, пол) не должна превышать – 150В/см. (СниП 6027 А-91).
Допустимая величина напряженности электростатического поля на поверхности одежды – 250В/см. (НИИ ОКГ им. Морзеева, г.Киев).
Требования электробезопасности относительно допустимых значений неионизирующего электромагнитного излучения следующие [178]:
1. Напряженность электромагнитного поля на расстоянии 50 см вокруг ЭВМ по электрической составляющей не должна превышать: - в диапазоне частот 5 кГц –2 кГц – 25 В/м;  -  в  диапазоне  частот 2 кГц – 400 кГц – 2,5 В/м.
2. Плотность магнитного потока не должна превышать: - в диапазоне частот 5кГц - 2 кГц  - 250 нТл; - в диапазоне частот 2 кГц - 400 кГц – 25нТл.
3. Поверхностный электростатический потенциал не должен превышать 500 В.
4. Мощность дозы рентгеновского излучения на расстоянии 5 см от экрана и других поверхностей ЭВМ не должен превышать 100мкР/год.
Из заграничных стандартов, определяющих максимально допустимые величины излучения магнитного и электрического полей, отмечаются шведские стандарты MPR II  и ТСО. Последние более жесткие, они имеют несколько модификаций.
ТСО‘92 регламентирует максимально допустимые электромагнитные излучения, а также устанавливает стандарт на функции энергосбережения.
ТСО‘95 определяет эргономические свойства, требования к излучениям (электрических и магнитных полей, шума и тепла), режимам энергосбережения.
ТСО‘99 предъявляет более жесткие ограничения, чем ТСО‘95 по эргономике, энергопотреблению, излучению, охране окружающей среды, а также пожарной и электрической безопасности. Он является предпочтительным.

10.4.1 Рекомендации санитарно-гигиенических нормативных документов
(Временные санитарные нормы и правила для работников вычислительной
 техники №4559-80)

Для сохранения здоровья персонала обслуживающего и работающего на вычислительной технике с мониторами, дисплеями, предназначенными для визуализации информации, санитарно-гигиенические нормативные документы определяют следующие рекомендации:
1. В помещении необходимо поддерживать относительную влажность воздуха 40-60%, температуру воздуха +(22-24;С) в холодный период года, а в теплый период года +(22-25;С).
2. Операторы не должны носить одежду из синтетики или шелка. Им рекомендуется матерчатая обувь на кожаной подметке.
3. Полы в помещении должны иметь антистатическое покрытие.
4. Для стирки одежды из искусственных тканей или химических волокон применять средства с антистатическим действием.
5. При работе с видеодисплейными терминалами:
- корпус должен быть заземлен;
- экран должен иметь защитный фильтр;
- дисплеи должны выключаться при отсутствии работы на них;
- поверхности аппаратуры необходимо протирать специальными салфетками, пропитанными антистатиками не менее одного раза за смену;
- оптимальное расстояние глаз оператора от экрана должно быть 40-80 см;
- для уменьшения напряжения зрения, устранения бликов на поверхности экрана, снижения внешней освещенности и увеличения общей контрастности экрана, а также снижения интенсивности радиочастотных и ультрафиолетовых излучений от дисплея необходимо установить оптические поляризационные экраны с заземлением.
6. Для снижения интенсивности облучения персонала низкочастотными магнитными полями (0-3 кГц) рабочие места сотрудников располагать от боковых и задних поверхностей дисплеев на расстоянии не менее 1,22м.
7. Работа, связанная с повышенным напряжением зрения (слежения за экраном дисплея), требует обязательных предварительных при поступлении на работу и периодических медицинских осмотров (один раз в два года). (Приказ МОЗ №555 от 29.09.89).
8. Время работы у экрана дисплея: -непрерывная продолжительность работы при 8 часовом рабочем дне – не более 4-х часов или через каждый час работы перерыв на 10 минут, а через 2 часа –15 минут.
9. Для создания качественного изображения на экране монитора необходимо:
- снять статическое электричество в зоне его расположения;
- исключить скачки сетевого фильтра импульсных помех;
- не включать в одну розетку с компьютером кофеварки, СВЧ печи, вентиляторы, лазерные принтеры и другие электроприборы;
- графический адаптер и монитор должны быть одного типа.
10. Операторы, работающие у экрана монитора, имеют право на дополнительный отпуск в составе 4-х календарных дней. (Постановление кабинета министров Украины №1290 от 17.11.97 г.).
;
ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Выпускаемые промышленностью жидкокристаллические мониторы, используемые в портативных и персональных компьютерах, телевизорах, мобильных телефонах, радиолокаторах и автоматизированных системах управления по своим характеристикам практически не уступают электронно-лучевым трубкам. К достоинствам ЖК мониторов следует отнести:
1. Высокое качество изображения, достигаемое за счет высокого разрешения и высокой яркости свечения экрана.
2. Практическое отсутствие электромагнитных и рентгеновского спектров излучения со стороны экрана и боковых поверхностей монитора.
3. По своей форме они приближаются к картинам, так как имеют малую глубину своего модуля, что выгодно отличает их от мониторов на электронно –лучевых трубках.
4. Потребляемая мощность жидкокристаллических мониторов более, чем в 10 раз меньше по сравнению с мониторами на электронно –лучевых трубках.
Проведенный выше обзор выпускаемых промышленностью современных жидкокристаллических мониторов имел своей целью показать в динамике их разработки и производства все многообразие таких индикаторов, используемых в электронной технике бытового и производственного назначения. Это еще раз послужило убедительным доказательством необходимости написания монографии по этому перспективному направлению.

 
Литература

1. Автоматизированный стенд для измерений и исследований полевых транзисторов/Л.М.Атаманчук, Е.Н.Борзов, Т.П.Лещенко и др.// Электронная промышленность.-1987.-№4,с.48-49.
2. Адамчик А., Стругальский З. Жидкие кристаллы: Пер. с польск./Под ред. И.Г.Чистякова. –М.:Сов. радио, 1979. – 160с.
3. Адрич В.С., Клеопов А.Г., Маглеванный В.И., Тищенко В.Г. Монохромные холестерические смеси в акустической голографии// Тез. докл. Пятой конф. соц. стран по жидким кристаллам.  –   Одесса, 1983. - Т.2, - ч.2.-с.18-19.
4. Аллен Р. Современные индикаторы: борьба за область их применения // Электроника, -1980. – Т.53, №6. – с.52-69.
5. Аннин С.Н., Беляев В.В., Купрейченко В.С., Ковтонюк Н.Ф., Лапшин А.Н., Одиноков С.Б., Щетинкин В.С. Особенности формирования электрооптического отклика ПВМС типа МДП-ЖК при импульсной входной засветке//Пространственно-временные модуляторы света (ПВМС) для оптической обработки информации. Сб. науч. тр. Физ. тех. ин=та АН СССР, Под ред. С.Б. Гуревича. – Л. – 1987. с.34-38.
6. Ассулин Ж., Харенг М., Лейба Е. Преобразователь изображения на жидком кристалле и фоторезисторе//ТИИЭР. –1971.-Т., №9. – с.86-88.
7. Атаманчук Л.М., Лещенко П.Т., Петров А.А. ЖК ПВМС для воспроизведения телевизионного изображения// Пространственно-временные модуляторы света (ПВМС) для оптической обработки информации. Сб. науч. тр. Физ. тех. ин=та АН СССР. Под ред. С.Б.Гуревича. Л.-1987. –с.58-66.
8. Басаева Л.И., Владимиров Ф.Л., Моричев И.Е., Морозова Е.А., Мыльников В.С., Плетнева Н.И. Пространственно-временной модулятор света типа фотополупроводник – жидкий кристалл с текстурным  и холерико-нематическим переходами// Квантовая электроника.-1983.-Т.10, №8. – с.1542-1545.
9. Бахадур Б. Мультиплексирование – эффективное средство адресации жидкокристаллических индикаторов // Электроника. – 1984. –Т.57, №19. – с.68-78.
10. Белов В.В.,  Елистратов В.А.,  Лебедина  Г.А.,  Названов В.Ф.,    Шебанин Е.П. Управлямые светом транспаранты на основе структур фотопроводник – электрохромный материал// Тез. докл. 7-го Всесоюз. семинара по оптическим и электрооптическим методам и средствам передачи, преобразования, переработки и хранения информации. –М.: Ин=т проблем управления. – 1981.- с.122-123.
11. Беляков В.А., Сонин А.С. Оптика холестерических жидких кристаллов.-М.: Наука, 1982. – 360 с.
12. Беляков В.А. Оптика  жидких кристаллов.-М.: Знание, 1982. – 64 с.- <Новое в жизни, науке, технике.Сер. "Физика", №3>.
13. Беляков В.А., Дмитриенко В.Е., Орлов В.П. Теория  оптических свойств холестерических жидких кристаллов//Холестерические жидкие кристаллы. Сб. статей под ред. Г.М.Жарковой.=Новосибирск: Ин=т теор. и прик. мех=ки СО АН, 1976, -С.35-50.
14. Беляев В.В., Чигринов В.Г. Динамика переключения НЖК с низкочастотной дисперсией диэлектрической анизотропии// Кристаллография. – 1978. Т.23, №4. –С.811-815.
15. Беляев В.В., Васильев Н.А., Компанец И.Н., Матвейко А.А., Парфенов А.В., Попов Ю.М. Повышение быстродействия жидкокристаллических модуляторов света// Письма в ЖТФ. – 1980. – Т.6. №14.
16. Бережной А.А., Попов Ю.В. Пространственно-временные электрооптические модуляторы света для систем оптической обработки информации// ОМП, - 1984. -№11, -С.52-61.
17. Берестнев С.П., Васильев А.А., Думаревский Ю.Д., Ковтонюк Н.Ф., Компанец И.Н., Парфенов А.В., Попов Ю.М., Фабричнов А.В. Жидкокристаллический преобразователь изображения. Авторское свидетельство СССР SU№858450 А, приоритет от 04.04.80 г, Бюл. изобретений №33, 07.09.02.
18. Биленкис А.М. Дисплеи на ЖК с дополнительными элементами // Зарубежная электронная техника. – 1976. - №7, - С.3-37.
19. Биндра А.К. Увеличение размеров и яркости и улучшение параметров индикаторных панелей // Электроника. 1984. – Т.57. №6. – С.25-40.
20. Бирман Г., Уэбер Д.М. Новые дешевые типы индикаторов с улучшенным качеством изображения //Электроника. – 1985. – Т.58,  №9. – С.25-40.
21. Блинов Л.М. Электрооптические эффекты в жидких кристаллах// Успехи физ. наук.-1974.-Т.114, №1.
22. Блинов Л.М. Электро- и магнитооптика жидких кристаллов. М.:Наука, 1978.-384с.
23. Блинов Л.М., Беляев С.В.  Электро- магнитооптические эффекты в холестерических жидких кристаллах// Холестерические жидкие кристаллы. Сб. статей под ред. Г.М.Жарковой.- Новосибирск: Ин=т теор. и прикл. мех=ки СО АН СССР, 1976. –С.69-80.
24. Бобылев Ю.П., Петеримов С.В., Шошин В.М. Мультиплексное управление жидкокристаллическими индикаторами// Современные методы и устройства отображения информации. –М.: Радио и связь, 1981. – С.109-117.
25. Бобылев Ю.П., Петеримов С.В., Тагер С.А., Шошин В.М. Параллельное управление матричным жидкокристаллическим индикатором // Электронная промышленность. – 1982. -№5-6. –С.18-20.
26. Борисюк А.А. Матричные системы отображения информации. –К.: Техніка, 1080. – 223с.
27. Богдановичус А., Балтрушайтис Р., Гайдялис В., Жиленас Р., Смильгявичус А. Исследование системы фотопроводник – жидкий кристалл // Литовский физ. сб. – 1973. – Т.8,№2. – С.261-271.
28. Бочкин И.И. Развитие компьютерного рынка России. Взгляд изнутри. Каталог "Живая электроника России. Издательство "Электронные компо-ненты", 2001 год, - С.22-28.
29. Браун Г., Уолкен Дж. Жидкие кристаллы и биологические структуры. Пер. с англ. – М.:Мир, 1982.-200с.
30. Будагов К.М., Алиев Д.Ф., Казым-заде А.Г. Фотоэлектрические свойства контакта жидкий кристалл – кремний // Микроэлектроника. – 1983. –Т.12, №1. –С.76-78.
31. Быструшкин К, к.т.н., начальник СКБ МНИТИ. Развитие рынка теле-, видеотехники в России. Тенденция и перспективы развития. Предварительный маркетинг рынка на 2001 год. Каталог "Живая электроника России. Издательство "Электронные компоненты", 2001 год, - С.8-15
32. Ван-Раалте Д.А. Телевизионное воспроизводящее устройство на жидком кристалле//ТИИЭР, -1968. Т.56,№12. –С.55-58.
33. Васильев А.А., Компанец И.Н., Никитин В.В. Сокращение времени переключения оптического транспаранта на жидком кристалле // Квантовая электроника / Под ред. Н.Г.Басова. –М.: Сов. радио, 1972. №3(9). – С.81-83.
34. Васильев А.А., Компанец И.Н., Парфенов А.В., Попов Ю.М. Преобразователь изображения. Авторское свидетельство СССР SU№847806 А, кл. G02F 1/13, приоритет от 13.06.79 г., Бюл. изобретений №41, 07.11.86г.
35. Васильев А.А. Управляемые жидкокристаллические транспаранты для устройств преобразования и кодирования оптических сигналов // Труды физ. Ин=та АН СССР. 1981. –Т.126. –С.3-75.
36. Васильев А.А., Компанец И.Н., Парфенов А.В. Достижения в области разработки и применения оптически управляемых пространственных ЖК модуляторов света (обзор) // Квантовая электроника. 1983. – Т.10, №6. –С.1079-1088.
37. Васильев А.А., Компанец И.Н., Парфенов А.В. Новые возможности оптически управляемых пространственных  модуляторов света на жидких кристаллах // Тез. докл. Пятой конф. соц. стран по жидким кристаллам. – Одесса, 1983. –Т.2, - ч.2. – С.4.
38. Васильев А.А., Дадешидзе В.В., Компанец И.Н., Лунякова Г.А., Синигибский А.И. Жидкокристаллические ПВМС в корреляционной схеме выделения вращательно и масштабно – инвариантных признаков в изображениях // Пространственно – временные модуляторы света (ПВМС) для оптической обработки информации. Сб. науч. тр. Физ. тех. Ин=та АН СССР. Под ред. С.Б. Гуревича. – Л. –1987.-С.39-57.
39. Веремей В.В., Лебедев В.И., Пуговкин Л.В., Томилин М.Г. Расчет светопропускания жидкокристаллических ячеек // ЖПС, - 1979. – Т.30, -№1, -С.141-145.
40. Видиомонитор цветной ВМЦ-45.2ЖК. Руководство по эксплуатации НВИТ.467846.008-03РЭ.- 19с.
41. Вистинь Л.К., Чистяков И.Г. Жидкие кристаллы. М.: Знание, 1975. –64с. <Новое в жизни, науке, технике.Сер. "Физика", №8>.
42. Вистинь Л.К. Устройства на жидких кристаллах в системах управления связи и информации // Обзорная информация. Сер. Электроника.-М.: ЦНИИПИ, 1977. – 58с.
43. Владимиров Ф.Л., Моричев И.Е., Плетнева Н.И. Оптически управляемые транспаранты на основе жидких кристаллов // ОМП, - 1984. №3. –С.54-63.
44. Владимиров Ф.Л., Моричев И.Е., Плетнева Н.И., Решетникова Т.О. Фотоэлектрические характеристики халькогенидного стеклообразного полупроводника As10Se90 // ОМП, -1985. №6. С.6-7.
45. Владимиров Ф.Л., Моричев И.Е., Петрова Л.И., Байкалов В.А., Барник М.И., Пожидаев Е.П. Электрооптические и временные характеристики структуры фотопроводник – сегнетоэлектрический смектик Сх // ЖТФ, 1987. –Т.57, №4. –С.836-837.
46. Владимиров Ф.Л., Моричев И.Е. Оптически управляемые транспаранты на основе структуры фотопроводник – жидкий кристалл // Пространственно – временные модуляторы света (ПВМС) для оптической обработки информации. Сб. науч. тр. Физ. тех. Ин=та АН СССР. Под ред. С.Б. Гуревича. – Л. –1987.-С.8-16.
47. Владимиров Ф.Л., Моричев И.Е., Плетнева Н.И. Оптическая нелинейность структуры фотополупроводник – жидкий кристалл // ЖТФ, -1982. -№2. С.392-393.
48. Владимиров Ф.Л., Моричев И.Е., , Плетнева Н.И. Влияние поляризации на кинетику ориентационных эффектов в нематических жидких кристаллах //ЖТФ, -1983. –Т.53, -№5. –С.919-921.
49. Владимиров Ф.Л., Моричев И.Е., Плетнева Н.И. Временные характеристики оптически управляемого транспаранта на S-эффекте //ЖТФ, - 1985. Т.55, -№6, -С.912-913.
50. Владимиров Ф.Л., Моричев И.Е., Плетнева Н.И. Временные характеристики жидкокристаллических модуляторов света на S-эффекте //ЖТФ, - 1983. Т.53, -№6, -С.1225-1226.
51. Владимиров Ф.Л., Моричев И.Е. Влияние температуры на временные характеристики структуры фотопроводник – жидкий кристалл // ЖТФ, -1984. –Т.54,-№3, -С.657-659.
52. Повторение 44.
53. Владимиров Ф.Л., Моричев И.Е., Петрова Л.И., Плетнева Н.И. К вопросу об использовании жидких кристаллов с низкочастотной инверсией знака диэлектрической анизотропии в оптически управляемых структурах фотопроводник – жидкий кристалл //ЖТФ, -1986.Т.56, -№5, -С.946-947.
54. Владимиров Ф.Л., Морозова Е.А. Особенности отклика нематического жидкого кристалла с положительной анизотропией диэлектрической проницаемости в поперечном электрическом поле // ОМП, -  1989. - №10, -С.61-62.
55. Владимиров Ф.Л.,  Гуревич В.З.,  Морозов С.В., Плетнева Н.И., Сергеенко Т.Н. Представление речевого сигнала в координатах частота-время на управляемом транспаранте типа ХСП-ЖК //ОМП, -1990. -№5, -С.23-24.
56. Владимиров Ф.Л., Чайка А.Н.,  Моричев И.Е., Плетнева Н.И. Особенности временных характеристик оптически управляемых транспарантов типа фотопроводник-жидкий кристалл при их использовании в голографическом корреляторе // "Оптический журнал", -1993. -№7, -С.53-56.
57. Владимиров Ф.Л., Моричев И.Е., Плетнева Н.И. Влияние параметров элементов на основные характеристики оптически управляемых транспарантов типа фотопроводник – жидкий кристалл //ОМП. –1985. -№5, С.1-3.
58. Владимиров Ф.Л., Моричев И.Е., Петрова Л.И., Плетнева Н.И. Аналоговый индикатор на жидких кристаллах // ОМП, -1987.-№3, - С.27-28.
59. Владимиров Ф.Л., Моричев И.Е., Петрова Л.И., Плетнева Н.И. Модуляторы света на основе полевых эффектов в нематических жидких кристаллах // ОМП, - 1987. №5, С.11-13.
60. Владимиров Ф.Л., Моричев И.Е., Плетнева Н.И., Петрова Л.И., Байкалов В.А., Барник М.И., Пожидаев Е.П. Электрооптические и временные характеристики структуры фотопроводник-сегнетоэлектрический смектик С // ЖТФ, -1987. Т.57,-№4, -С.836-837.
61. Волков Н.В., Козенков В.В., Компанец И.Н., Парфенов А.В., Чигринов В.Г. Способ оптической обработки изображений. Авторское свидетельство СССР SU №1403005 А1, кл.G02F 1/135. Бюл. изобретений №22, 15.06.88 г.
62. Временные санитарные нормы и правила для работников вычислительной техники. №4559-80. Министерство Охраны Здоровья Украины.
63. Гатлер Р.В., Мозе К. Устройства индикации на жидких кристаллах // Зарубежная радиоэлектроника. –1973. -№12. –С.32-38.
64. Головатая Н.М., Курик М.В. Цветовые характеристики жидкокристаллических индикаторов //Тез. докл. Пятой конф. соц. стран по жидким кристаллам. Одесса, 1983. –Т.2. –ч.2.-С.35-36.
65. Горелик А.И., Максимова Т.А. Цифровые жидкокристалличесткие индикаторы ИЖКЦ 3-6/17, ИЖКЦ 4-6/17 //Электронная промышленность. –1982. -№5-6.-С.28.
66. Горфинкель Б.И., Севостьянов В.П., Попов А.И. Состояние и перспективы развития жидкокристаллических индикаторов // Электронная промышленность.-1982. -№5. –С.26-53.
67. Горшков М.М. Жидкокристаллические устройства в электронике // Зарубежная радиоэлектроника. –1976. - №5.- С. 26-53.
68. Готра З.Ю. Справочник по технологии микроэлектронных устройств. – Львов: Каменяр, 1986. – 287с.
69. Гош Д. Жидкокристаллический индикатор, использующий "супервист" –эффект для повышения четкости изображения //Электроника. –1985. Т.58. -№7.С.32-35.
70. Гребенкин М.Ф., Чилая Г.С., Лазрева В.Т., Ройтман К.В., Блинов Л.М., Титов В.В. Динамическое  рассеяние света в жидких кристаллах из класса азотосодинений // Кристаллография, -1973. №2. – С.429.
71. Грузевич Ю.К., Лебедев Е.Н., Левов  С.Н., Тележников В.Н. Система обработки и отображения информации в широком спектральном диапазоне на основе ЖК ПВМИ //Пространственно-временные модуляторы света (ПВМС) для оптической обработки информации. Сб. науч. тр. Физ. тех. ин=та АН СССР, Под ред. С.Б. Гуревича. – Л. – 1987. С.17 –23.
72. Грошев А.А., Сергеев В.Б. Устройства отображения информации на основе жидких кристаллов // - Л.: Энергия, 1977. – 80с. - <Б-ка по автоматике. Вып. 570>
73. Грищенко Н.И., Курик М.В., Рогоза А.В. Проводимость холестерилпеларгоната в области фазового перехода СЖК-ТК // Тез. докл. Пятой конф. соц. стран по жидким кристаллам. Одесса, 1983. –Т.2. –ч.2.- С.86-87.
74. Гук А.В., Коленников П.И., Пилипович В.А. Устройство ввода информации в голографическое ЗУ на основе мозаичного жидкокристаллического управляемого транспаранта // Автометрия. – 1979. -№1. – С.83-87.
75. Гуревич В.З., Крупицкий Э.И. Модуляторы света для вода информации в устройствах оптической обработки // Зарубежная радиоэлектроника. –1972. -№12. – С.49-63.
76. Дадешидзе в.В., Компанец И.Н., Лунякова Г.А., Васильев А.А., Вересков С.Н. Классификация объектов и сцен с использованием корреляционной функции инвариантного описания изображений // Известия ВУЗов "Радиоэлектроника". – Киев. – 1990. -№8. С.38-44.
77. Де Жен П. Физика жидких кристаллов. Пер. с англ. под ред. А.С. Сонина. - М.: Мир, 1977. – 400с.
78. Де Же В.Г. Физические свойства жидкокристаллических веществ. Пер. с англ. под ред. А.С. Сонина, - М.: Мир, 1982. – 152с.
79. Деркач В.П. Стринжа М.В., Рыжкова Н.Б., Ходаковский Н.И. Анализ тенденций развития жидкокристаллических устройств для вычислительной  техники // Тез. докл. Пятой конф. соц. стран по жидким кристаллам. Одесса, 1983. –Т.2. –ч.2.-С.91-93.
80. Джадд Д., Вышецки Г. Цвет в науке и технике // -М.: Мир, 1978. – 592с.
81. Джиром М. Портативные компьютеры в мире мультимедиа. Компьютеры + Программы, №3(27), 1996, С.22-27.
82. Дорошкин А.А., Максимова Т.А., Зеленова Л.А. Жидкокристаллические индикаторы для измерительной аппаратуры // Электронная промышленностью – 1982. -№5-6. –С.29.
83. Дорфман В.Ф. Твердотельные интегральные структуры и их синтез // <Новое в жизни, науке, технике.Сер. "Радиоэлектроника и связь". Из-во "Знание", - М.: 1981.
84. Дрожжин А.Н., Михайлова Л.Н., Шошин В.М. Устройство отображения, использующее термооптический эффект в жидких кристаллах // ОМП. – 1981.-№5. – С. 20-40.
85. Думаровский Ю.Д., Ковтонюк Н.Ф., Савин А.И. Преобразование изображений в структурах полупроводник – диэлектрик. –М.: Наука, 1987.–176с.
86. Жидкокристаллический индикатор, адресуемый матрицей тонкопленочных полевых транзисторов на аморфном кремнии / Атаманчук Л.М., Борисов Б.С., Васенков А.А. и др. // Электронная промышленность. – 1987. -№8(166), - С.37-38.
87. Жидкокристаллический управляемый транспарант с индивидуальной адресацией / Г.Ш. Мухерадзе, А.А.Ермаков, И.Н. Компанец, В.Я. Ремизов // Квантовая электроника. 1987. –Т.5, №1. –С.209-211.
88. Жидкокристаллические панели лидируют в состязаниях плоских экранов // Электроника. –1981. –Т.54. №10, -С.93-95.
89. Жидкие кристаллы. Ученые записки Иван. гос. ун=та. –1974. Том 128. –142с.
90. Жидкие кристаллы. Межвуз. сб. статей Иван. гос. ун=та. –1976. –160с.
91. Жидкие кристаллы и их практическое применение. Межвуз. сб. статей Иван. гос. ун=та. – 1976. – 148с.
92. Жидкие кристаллы. Межвуз. сб. статей Иван. гос. ун=та. –1978. –160с.
93. Жидкие кристаллы / Под ред. С.И. Жданова. –М.: Химия, 1979.- 328с.
94. Жидкие кристаллы и их практическое применение. Межвуз. сб. научн. тр. Иван. гос. ун=та. – 1987. – 116с.
95. Жиленас Г.- Р.Г., Ионкус С.И. О разрешающей способности преобразователя на основе жидкокристаллического слоя // Докл. 2-й Всесоюз. конф. по жидким кристаллам и симпозиума по их практическому применению. – Иваново. Иван. гос. пед. ин=т, - 1973. –С.285-289.
96. Запись голограмм с помощью жидкокристаллического управляемого транспаранта емкостью 128х128 элементов / А.А.Дорошкин, И.И.Климов, И.Н. Компанец и др. // Квантовая электроника. – 1978. Т.5, №7. –С.1471-1475.
97. Елистратов в.А., Куликова Н.А., Названов В.Ф. Управляемые светом транспаранты на основе сэндвич – структур ZnSe – жидкий кристалл // Тез. докл. 7-го Всесоюзного семинара по оптическим и электрооптическим методам и средствам передачи, преобразования, переработки и хранения информации. –М.: Ин=т проблем управления. –1981. –С.124.
98. Индикаторные устройства на жидких кристаллах / З.Ю. Готра, Л.К. Вистинь, В.В. Пархоменко, Л.М. Смеркло и др.; Под ред. З.Ю. Готры. –М.: Сов. радио, 1980. –240с.
99. Использование электрооптических эффектов, возникающих в жидких кристаллах, для практических целей. Laser Focus. 1970. IX. -№9. С.45-49.
100. Каганович Э.Б., Максименко Ю.Н., Свєчников С.В., Сорокин В.М. Исследование характеристик и параметров преобразователя изображения на основе структуры фотопроводник – жидкий кристалл // Микроэлектроника. – 1983. -№3. –С.270-273.
101. Казаков Б.В. Устройства отображения телевизионной информации с жидкокристаллическим плоским экраном // Зарубежная радиоэлектроника. –1982. -№11. С.45-51.
102. Капустин А.П. Электрооптические и акустические сойства жидких кристал лов. -М.: Наука, 1973, - 232 с.
103. Капустин А.П. Экспериментальные исследования жидких кристаллов.- М.: наука, 1978. -368с.
104. Каленников П.И. Блок формирования записи и стирания информации в ЖК УТ // ПТЭ. –1980. -№1. –С.
105. Кан Ф.Ж., Тейлор Г.Н., Шонхорн Х. Методы ориентации жидких кристаллов поверхностью подложки // ТИИЭР. 1973. –Т.61. -№7, С.28-35.
106. Клюкин Л.М., Сонин А.С., Степанов Б.М. Параметры жидких кристаллов как среды для термофотографии в импульсном режиме // Квантовая электронка. –1974. –Т.1, №8. –С.1700-1709.
107. Клюкин Л.М., Сонин А.С., Степанов Б.М., Шибаев И.Н. Применение термографии на пленках холестерических жидких кристаллов для исследования параметров излучения лазеров инфракрасного диапазона, работающих в непрерывном режиме // Квантовая электроника. –1975. Т.2, №1. –С.61-67.
108. Клюкин Л.М., Сонин А.С., Степанов Б.М.  Фотографируется тепло ,, Наука и жизнь. –1975. - №3. С.70-78.
109. Ковальчук А.В., Курик М.В., Лаврентович О.Д. Капсулированные нематические жидкие кристаллы: новый класс устройств отображения информации // Зарубежная радиоэлетроника. –1989. -№5. С.44-58.
110. Ковтонюк Н.Ф. Электронные элементы на основе структур полупроводник-диэлектрик . -М.: Энергия. 1976. –184с.
111. Ковшов Е.И., Севостьянов В.П. Жидкокристаллические материалы для индикаторов // Электронная промышленность. –1982. -№5-6. –С.7-11.
112. Козунов В.А., Чигринов В.Г. Электрооптика твист-эффекта в жидких кристаллах // Обз. по электр. технике. Сер.3. Микроэлектроника. 1988. –Вып.8. –60с.
113. Козыркин Б.И., Бараненков И.В., Кощиенко А.В., Голованов Н.А. Методы получения прозрачных проводящих покрытий на основе оксида олова (IV) // Зарубежная радиоэлектроника. – 1984. -№10. С.69-86.
114. Компанец И.Н., Никитин В.В. Нематические кристаллы в оптоэлектронных устройствах. –М., 1973. –54С. -<Препринт АН СССР, Физ. Ин=т; №127>.
115. Компанец И.Н., Никитин В.В. Нематические кристаллы в оптоэлектронике // Микроэлектроника. – 1974. –Т.3, №5. С.441-452.
116. Компанец И.Н. Уравляемые транспаранты //  Зарубежная радиоэлектроника. – 1977. -№4. С.46-77.
117. Компанец И.Н., Парфенов А.В. Пространственный модулятор света. Авторское свидетельство СССР SU №708814 А, кл.G02 F1/03, приоритет от 20.07.78 г., Бюл. изобретений №41, 07.11.86г.
118. Компанец И.Н. Методы пространственной модуляции света в управляемых транспарантах на основе нематических кристаллов и электрооптической керамики: Дис.   д=ра физ.=мат.наук. –М., 1980. –386с.
119а. Компьютерное обозрение, 1999 г., №48, С.7.
119б. Компьютерное обозрение, 2000 г., №42, С.32-33.
119в. Компьютерное обозрение, 2000 г., №47, С.-7, 44-45.
119. Кондратенков Г.С. Обработка информации когерентными оптическими системами. –М.: Сов. радио. 1972. –206c.
120. Косарев А.И., Соколов В.К. Пространственно-временные модуляторы света // Зарубежная радиоэлектроника. – 1974 -№8.- С.59-80.
121. Крупноформатная проекционная телевизионная система на жидких кристаллах // Радиоэлектроника за рубежом. –1971. -№36. С.34-36.
122. Курик М.В., Лаврентович О.Д.
// Письма в ЖЭТФ. – 1981. Т33, №10. –С.545.
123. Курик М.В., Лаврентович О.Д.
// Письма в ЖЭТФ. – 1982. Т35, №9. –С.362.
124. 122. Курик М.В., Лаврентович О.Д. Новый класс дефектов в жидких кристаллах: монопольные структуры // Тез. докл. Пятой конф. соц. стран по жидким кристаллам. – Одесса, 1983. –Т.1, - ч.1. – С.112-113
125. Литвак И.Н., Ломов Б.Ф., Соловейчик И.Е. Основы построения аппаратуры отображения в автоматизированных системах. М.: Сов. радио, 1975. – 368с.
126. Лямичев И.Я. Устройства отображения с плоским экраном. –М.: Радио и связь, 1983. –208с.
127.Майдельман И.Н., Ревенко В.Н., Саркисян Б.Г. Отображене информации в АСУ. –М.: Сов. радио. 1972. -  296с.
128. Максимов В.И., Кириченко Г.Б. Управляемые транспаранты на жидких кристаллах // Зарубежная радиоэлектроника. – 1978. -№6. С.91-113.
129. Максимов В.И., Буханцов Н.И. Жидкокристаллические визуализаторы невидимых полей // Зарубежная радиоэлектроника. – 1979. -№12. С.3-16.
130. Максимов В.И., Гопко А.Н. Цветные управляемые транспаранты на жидких кристаллах //  Зарубежная радиоэлектроника. – 1980. -№11. С.43-63.
131. Максимов В.И., Кириченко Г.Б. Проекционные устройства отображения информации на управляемых транспарантах с жидкими кристаллами // Зарубежная радиоэлектроника. – 1982. -№7. С.36-52.
132. Максимов В.И., Четкарев в.А. Устройство для визуализации сверхвысокочастотного поля. Авторское свидетельство  №603921 с приоритетом от 26 марта1976 года. Бюл. изобретений №13, от 25.04.78г.
 133. Максимов В.И., Кириченко Г.Б. Противоослепляющие очки. Авторское свидетельство  №1005787 с приоритетом от 22 сентября 1978 года. Бюл. изобретений №11, от 23.08.83г.
134. Максимов В.И., Гопко А.Н. Цветной управляемый транспарант на жидких кристаллах. Авторское свидетельство  №1049853 с приоритетом от 13 ноября 1981 года. Бюл. изобретений №39, от 23.10.83г.
135. Максимов В.И., Кириченко Г.Б. Управляемый транспарант на жидких кристаллах. Авторское свидетельство  №818298 с приоритетом от 11 ноября 1979 года.
136. Макссимов В.И., Четкарев В.А. Термофотоиндикация распределения больших уровней потока сверхвысокочастотной мощности на жидких кристаллах // Приборы и техника эксперимента. –1977. -№2. -С.154-156.
137. Максимов В.И., Четкарев В.А. О нелинейности термофотоиндикации сверхвысокочастотного поля на жидкокристаллических экранах //Изв. ВУЗов. Радиоэлектроника. –1978. –Т.21, №9. –С.1294-1302.
138. Максимов В.И., Четкарев В.А. Исследование спектра рассеяния света сверхвысокочастотными термофотоиндикаторами на холестерических жидких кристаллах // Приборы и техника эксперимента. –1979. -№3. -С.218-220.
139. Максимов В.И., Кириченко Г.В. Исследование изменения во времени проводимости жидкокристаллических модуляторов света // Микроэлектроника. -1979. – Т.8, №3. –С.276-278.
140. Максимов В.И., Кириченко Г.В. Исследование электростатических характеристик управления транспарантов на жидких кристаллах // Журнал технической физики. –1979. –Т.49, №9. –С.215-217.
141. Максимов В.И., Кириченко Г.Б. Исследование нелинейности жидкокристаллических электрооптических ячеек // Журнал технической физики. –1979. –Т.49, №9. –С.2683-2685.
142. Максимов В.И., Кириченко Г.Б. Экспериментальное исследование электрически управляемых цветных оптических фильтров на нематических жидких кристаллах // Оптика и спектроскопия. –1980. –Т.48, №5. –С.983-986.
143. Максимов В.И., Кириченко Г.Б. Исследование жидкокристаллических ячеек в импульсном режиме // Журнал технической физики. –1980. –Т.50, №11. –С.2478-2480.
144. Максимов В.И., Кириченко Г.Б. Исследование влияния толщины и состава жидкого кристалла на величины пороговых напряжений и токов эффекта динамического рассеяния света // Журнал технической физики. –1981. –Т.51, №8. –С.1765-1768.
145. Максимов В.И., Гопко А.Н. Исследование режимов управления жидкокристаллических цветных оптических фильтров // Журнал технической физики. –1982. –Т.52, №6. –С.1122-1125.
146. Максимов В.И., Гопко А.Н. Интерференционный фильтр на основе жидкого кристалла // Оптико-механическая промышленность. –1983. -№3. С.49-51.
147. Максимов В.И., Кириченко Г.Б. Управляемый транспарант на жидких кристаллах для одновременной записи статической и динамической информации // Приборы и системы управления. –1984. -№3. С.27-28.
148. Максимов В.И., Четкарев В.А. Влияние конечного размера сверхвысокочастотного термофотоиндикатора на процесс визуализации СВЧ поля // Метрология. –1984. -№9. С.37-40.
149. Максимов В.И., Четкарев В.А. Исследование двухслойных СВЧ-термоиндикаторов // Радиотехника и электроника. –1985. –Т.30, №8, С.1634-1637.
150. Максимов В.И. Цветные управляемые транспаранты на жидких кристаллах в устройствах отображения информации о воздушной и наземной обстановке на большом экране // Тезисы докладов V военно-научной конференции Житомирского высшего училища радиоэлектроники ПВО. Житомир. Издание училища, -1986. –С.85.
151. Максимов В.И. Многофункциональные оптически управляемые транспаранты на жидких кристаллах в лазерных системах обработки и отображения информации// Тезисы докладов IV Всесоюзной конференции "Применение лазеров в технологии и системах передачи и обработки информации. Киев. РДЭНТП. 22-24 октября 1991. –С.50.
152. Матрица тонкопленочных полевых транзисторов на аморфном кремнии для управления ЖКИ / Атаманчук Л.М., Борисов Б.С., Васенков А.А. и др. // Электронная промышленность. –1987. -№8 (166), С.35-37.
153. Матрица тонкопленочных полевых транзисторов на аморфном кремнии для цветного ЖК-экрана / Атаманчук Л.М., Лещенко П.Т., Петров А.А. и др. // Электронная промышленность. –1988. -№5 (173), С.44-47.
154. Моричев И.Е., Владимиров Ф.Л., Плетнева Н.И., Петрова Л.И., Морозова Е.А., Онохов А.П., Жельникова О.Н. Жидкокристаллические пространственно-временные модуляторы света // Известия АН СССР. Серия физическая, -1988. -Т.52, -№2, -С.252-256.
155. Мосе Т., Баррел Г., Эллис Б. Полупроводниковая оптоэлектроника: Пер. с англ. –М.: Мир, 1976, -432с.
156. Муртазина Н.В., Петренко З.Г., Сухенко Е.П. Жидкокристаллические модуляторы цвета и поляризации световых пучков // Современные методы и устройства отображения информации. –М.: Радио и связь, 1981. –С.104-109.
157. Мцкерадзе Г.Ш., Ермаков А.А., Компанец И.Н., Ремезов В.Я. Жидкокристаллический управляемый транспарант с индивидуальной адресацией // Квантовая электроника. –1978. –Т.5, №1. –С.209-211.
158. Мцкерадзе Г.Ш., Дорошкин А.А., Климов И.И., Компанец И.Н., Мазур А.И. Запись голограмм с помощью жидкокристаллического управляемого транспаранта емкостью 128х128 элементов // Квантовая электроника, -1978, -Т.5,№7.с.1471-1475.
159. Мустель Е.Р., Парыгин в.Н. Методы модуляции и сканирования света. –М.: Наука, 1970. –295с.
160. Носов Ю.Р. Оптоэлектроника. –М.: Сов. радио, 1977. – 232с.
161. Носов Ю.Р. Тенденции развития оптоэлектронной техники обработки, передачи и отображения информации // Зарубежная радиоэлектроника. – 1984. -№9. –С.3-41.
162. Некоторые разработки оптических систем обработки информации // Радиоэлектроника за рубежом. –1977. -№3. – С.3-15.
163. Некрасов В.В., Раков В.Ф., Чернышев А.Б. Устройство для управления жидкокристаллическим модулятором света.  Авторское свидетельство СССР SU №1317389 А, кл.G02 F1/13, приоритет от 19.11.85 г., Бюл. изобретений №22, 15.06.87г.
164. Новые модели ЖК – мониторов Sony. Жидкокристаллические панели. Каталог BMS Trading (Дистрибьютерская компания), №1 (7), 2000, весна-лето, - С.12.
165. Портативные компьютеры ACER, там же.-С.7.
166. Моноблочные системы, там же, -С.6.
167. Одулов С.Г., Резников Ю.А., Соскин М.С., Хижняк А.И. Конформационная оптическая нелинейность жидких кристаллов и фотостимулированное изменение температуры фазового перехода //  Тез. докл. Пятой конф. соц. стран по жидким кристаллам. – Одесса, 1983. –Т.1, - ч.2. – С.129-130.
168. Огустин К.Ф. Визуальное наблюдение картины поля // Электроника. –1968. –Т.41, №13. –с.28-32.
169. Огустин К.Ф., Кох У.Е. Голограмма СВЧ с использованием визуальной индикации поля в жидких кристаллах // ТИИЭР. –1969. Т.57, №3. –С.11-112.
170. Оптические свойства полупроводников: Справ. //  В.И. Гавриленко, А.М. Грехов, Д.В. Корбутяк, В.Г. Литовченко. –К.: Наукова думка, 1987. –608с.
171. Панков Ж. Оптические процессы в полупроводниках. Пер. с англ.-М.: Мир. 1973. –456с.
172. Парфенов А.В. Особенности пространственного отклика фоточувствительных структур с жидким кристаллом // Микроэлектроника. –1983. Т.12, №5. –С.475-477.
173. Парфенов А.В., Компанец И.Н.Ю Попов Ю.М. Пространственная модуляция света в фоточувствительных высокоразрешающих структурах с жидким кристаллом // Квантовая электроника. –1980. –Т.7, №2. –С.290-297.
 174. Пикин С.А. Структурные превращения в жидких кристаллах. –М.: Наука, 1981. –336с.
175. Пикин С.А., Блинов Л.М. Жидкие кристаллы // Под ред. Л.Г.Асламазова. –М.: Наука, 1982. –208с. -<<Б-ка "Квант". Вып.20>
176. Плетнева Н.И., Моричев И.Е, Владимиров Ф.Л., Басяева Л.И. Пространственно-временной модулятор света на основе структуры фотопроводник –жидкий кристалл на стекловолоконном элементе // Квантовая электроника, –1983. –Т.10, №9. –С.1892-1895.
177. Плетнева Н.И., Моричев И.Е., Петрова Л.И. Структуры фотопроводник-жидкий кристалл – многофункциональные пространственно-временные модуляторы света // Пространственно-временные модуляторы света для оптической обработки информации. Сб. науч. тр. Физ.тех. ин=та АН СССР. Под ред. С.Б. Гуревича. – Л.-1987. –С.3-7.
178. Правила охорони праці підчас експлуатації електронно-обчислювальних машин. Державний нормативний акт про охорону праці. Видавництво "Основа" Київ, 1999, 112с. (см. с.33,34).
Раздел. ДНАОП 0.00-1.31-99. Правила охраны труда при эксплуатации электронно-вычислительных машин (стр.60-104, исп. стр.86-88). Государственный нормативный акт об охране труда, Киев, 1999 г.
179. Применение жидких кристаллов в вычислительной технике. Сб. науч. тр. ин=та Кибернетики АН УССР. –К.: Наукова думка, 1980. -172с.
180. Пространственные модуляторы света. Сб. статей , Под ред. С.Б. Гуревича. –Л.: Наука, 1977. –144с.
181. Пространственно-временные модуляторы света для оптической обработки информации. Сб. науч. тр. Физ тех. ин=та АН СССР , Под ред С.Б. Гуревича. –Л.: -1987. –208с.
182. Пространственные модуляторы света , А.А. Васильев,  Д. Касасент, И.Н. Компанец, А.В.Парфенов; Под ред. И.Н.Компанца. –М.: Радио и связь, 1987. –320с.
183. Проспекты фирмы ИБМ .. Зарубежная радиоэлектроника. – 1978. №10.-С.123.
184. Разработка ЭЛТ с жидкокристаллическим экраном // Электроника. – 1973. -№14. –С.18-19.
185. Ребрин Ю.К. Управление оптическим лучом в пространстве. –М.: Сов. Радио, 1977. – 336с.
186. Ревенко В.Н., Сегал В.М. Комплексы средств отображения информации. М.: Радио и связь. 1985. –217с.
187. Свечников С.В. Элементы оптоэлектроники. – М.: Сов. радио, 1971. – 272с.
188. Сихарулидзе Д.Г., Бродзели М.И. Оптически управляемые транспаранты на основе структур типа полупроводник-диэлектрик // Тр. ин=та киб=ки АН ГССР. – Тбилиси, 1977. –С.11-33.
189. Сихарулидзе Д.Г., Чилая Г.С., Бродзели М.И. Жидкокристаллический преобразователь некогерентного изображения в когерентное на основе структуры типа полупроводник-диэлектрик // Квантовая электроника. –1979. –Т.6, №6. –С.1271-1277.
190. Сихарулидзе Д.Г. Пространственно-временная модуляция света в структуре типа МДП-электрический материал: Дис….канд.физ.=мат.наук. –Тбилиси, 1979. -191с.
191. Сихарулидзе Д.Г., Чилая Г.С. Преобразователи изображений типа МДП- электрооптический материал. М.: Сов. радио, 1986. – 102с.
192. Сихарулидзе Д.Г. , Бродзели М.И., Чавчанидзе В.В. Электрооптический преобразователь изображения. Авторское свидетельство СССР SU №680462 А, кл.G02 F1/03, приоритет от 03.08.77 г., Бюл. изобретений №28, 30.07.85г.
193. Смит К. // Электроника. 1979, -52, №13.
194. Скрупски. Большие индикаторные панели // Электроника. – 1977. -№7.- С.74.
195. Сонин А.С. Жидкие кристаллы в оптоэлектронике // Свойства материалов, применяемых в устройствах оптоэлектроники. – Красноярск.:    , 1975. –С.112-158.
196. Сонин А.С., Нефедев В.С., Черенкова Н.Ф., Компанец И.Н. Жидкокристаллическая ячейка, управляемая с помощью ИС // Микроэлектроника. – 1976. –Т.5, №3, -С.284-286.
197. Сонин А.С. Кентавры в рабочей упряжке // Наука и жизнь. –1978. -№2. –С.18-25.
198. Сонин А.С. Кентавры природы. –М.: Атомиздат, 1980. –192с.
199. Стеблюк Ю.В., Минделевич С.В. Жидкокристаллические экраны для телевизионных систем // Зарубежная радиоэлектроника. – 1978.  №3. – С.128-136.
200. Структура и свойства жидких кристаллов и высокомолекулярных веществ. Ученые записки Иван. пед. ин=та. –1967. –Т.62.-Вып.1.-194с.
201. Структура и свойства жидких кристаллов. Ученые записки Иван. гос. пед. ин=та. –1970. –Т.77.-Вып.1.-120с.
202. Тагер. С.А., Шошин В.М. Матричный экран на жидких кристаллах // Микроэлектроника. –1983. –Т.12. –Вып.2. –С.157-162.
203. Томилин М.Г. Краевые эффекты в электрооптических жидкокристаллических ячейках // Тез. докл. Пятой конф. соц. стран по жидким кристаллам. – Одесса, 1983. –Т.1, - ч.2. – С.232-233.
204. Устройство формирования цветного телевизионного изображения на ЖК-экране / Григос В.М., Лукьянченко Е.С., Самарин А.В. и др. // Электронная промышленность. – 1988. -№5(173), -С.47-49.
205. Устройство отображения информации на большом экране // Радиоэлектроника за рубежом. –1982. -№15.
206. Усовершенствованный индикатор для портативного компьютера фирмы Data General // Электроника. –1986. -№10, -С.58-61.
207. Уханов Ю.И. Оптические свойства полупроводников // Под. ред. В.М. Тучкевича. – М.: Наука, 1977. – 368с.
208. Ушаков А.М., Мазур А.М.,Мутазина Н.В., Быкова Л.Ю. Жидкокристаллический экран для отображения телевизионной информации // Тез. докл. Пятой конф. соц. стран по жидким кристаллам. – Одесса, 1983. –Т.2, - ч.2. – С.94.
209. Фергасон Ж.Л. Применение жидких кристаллов в испытаниях без разрушения образца // Зарубежная радиоэлектроника. –1969. -№10.-С.106-122.
210. Фотоника. Сб. статей , Под ред. М.Балкански и П. Лалемана. Пер. с англ. –М.:Мир, 1978. – 416с.
211. Хейлмайер Г.Х., Занони Л.А., Бартон Л.А. Динамическое рассеяние. Новый электрооптический эффект в некоторых классах нематических кристаллов // ТИИЭР. – 1968. –Т.56, №7. –С.24-34.
212. Хейлмайер Г.Х., Гольдмахер Д.Е. Новый эффект оптического накопления при отражении в смешанных жидкокристаллических системах , управляемых электрическим полем // ТИИЭР. –1969. Т.57, №1. –С.41-46.
213. Холестерические жидкие кристаллы. СБ. статей под ред. Г.М.Жарковой. – Новосибирск.: Ин=т теор. и прик. мех=ки СО АНСССР, 1976.-99с.
214. Чандрасекар С. Жидкие кристаллы: Пер. с англ. под ред. А.А.Веденова и И.Г. Чистякова. – М.: Мир, 1080. –344с.
215. Чистяков И.Г. Жидкие кристаллы. –М.: Наука, 1966.-128с.
216. Чирков В.Н., Султанов Ф.К., Миранцев Л.В., Зейналлы А.Х. Электродинамические явления в жидком кристалле, находящемся в контакте с фотопроводником // Письма в ЖТФ. – 1979, -Т.5, №18. -С.1141-1144.
217. Чилая Г.С., Сихарулидзе Д.Г. Эффект "памяти" холестерико-нематического перехода в жидких кристаллах с симметричной структурой полупроводник-диэлектрик // Письма в ЖТФ. – 1978, -Т.4, №7. -С.384-387.
218. Цветков В.А., Морозов Н.А., Елинсон М.И. Картинная логика и жидкие кристаллы // Квантовая электроника.- 1974, №8, -С.1785-1791.
219. Цветков В.А. Жидкие кристаллы в узлах и устройства оптической обработки информации // Зарубежная радиоэлектроника. – 1980. -№4. –С.76-96.
220. Цветков В.А. Термооптические эффекты в жидких кристаллах для систем воспроизведения информации // Зарубежная радиоэлектроника. – 1982. -№1. –С.43-62.
221. Цветков В.А. Жидкие кристаллы в авиационной технике // Зарубежная радиоэлектроника. – 1983. -№2. –С.28-44
222. Цветные фильтры микрополоскового типа для жидкокристаллических экранов / Б.Г. Грибов, В.И. Григос, Е.С., Е.С.Лукьянченко и др. // Электронная техника. Сер.3. Микроэлектроника. – 1988. -№3 (127). – С.15-17.
223. Цуккерман Н.С., Субботин Ф.М., Романов А.М. Динамическая функция модуляции оптически управляемых транспарантов на основе жидких кристаллов // Пространственно-временная модуляция света (ПВМС) для оптической обработки информации. Сб. науч. тр. Физ. тех.ин=та АН СССР. Под ред. С.Б.Гуревича. –Л. –1987.- С.23-32.
224. Штейн А.П., Дорошкин А.А., Ульянова Т.В. Состояние и тенденции развития пассивных плоских индикаторов // Зарубежная электронная техника. –1978. -№13. – С.3-55.
225. Шубников А.В. Оптическая кристаллография. –М.: АН СССР, 1950.     -276с.
226. Электронные приборы. Под ред. проф. Г.Г.Шишкина. –М.:Энергоатомиздат, 1989. – 496с.
227. Электрооптический модулятор // Радиоэлектроника за рубежом. – 1971. -№11. –С.16-17.
228. Яблонский Ф.М. Новые типы электронных индикаторов для средств отображения информации // / Зарубежная радиоэлектроника. – 1978. -№11. –С.75-92.
229. Яблонский Ф.М. Исследования и разработки плоских телевизионных экранов // Зарубежная радиоэлектроника. – 1982. -№1. –С.63-79.
230. Яблонский Ф.М., Пикуленко В.С. Перспективы применения дискретных электронных индикаторов в графических видеотерминалах // Зарубежная радиоэлектроника. – 1984. -№7. –С.83-95.
231. Яблонский Ф.М. Плоские экраны для портативных компьютеров и телевизоров // Зарубежная радиоэлектроника. – 1988. -№5. –С.65-75.
232. Яворский Б.М., Детлаф А.А. Справочник по физике для инженеров и студентов ВУЗов. Издание второе. –М.: Наука, 1964, -848с.
233. Assouline G., Leiba E. and Spitz. Convertisseur d'images // French patent # 6919329, June 11, -1969.
234. Assouline G., Leiba E. and Spitz. Convertisseur d'images а memoire et son application dans un systeme de reproduction a photocopieur //French Patent #7039259. Okt. 30.-1970.
235. A high picture quality LC-TV using triangle trio-color dots addressed  by     a-Si TETs /.T.Saito, R.Noguchi, S.Ichikawa, at all // International display research conference. San. Diego. Calif. –1985. –15-17. - oct ., -P.27-29.
236. Ast D.G.  a-Si:H FET-addressed LCD panel, semiconductors and semimetals // Academic Press. – 1984. –21. –Part D. – P.115-138.
237. Castleberry D. // IEEE Trans., - 1979, -ED –26. #8.
238. Collings N., Pourzand A.R., Vladimirov F.L., Pletneva N.I., Chaika A.N. The construction of a multiplayer analogue neural netwirk using liquid crystal SLMs // Optical memory and Nenrol Netwirks. -1997. -#6. P.187-198.
239. Della Mussia J. – Inter Electron. 1979. #282.
240. Electrooptical Systems Design. –1976, -8, #9, -P.8-40.
241. Fergason J. – Opt. Spectra, 1978, v.12, #9.
242. Hareng V., Le Bezze S. – In: Int. Electron Devices Meeting, Washington, D.C., 1978; New York, #4., P.1978.
243. Kmetz A.R. Liquid crystal display prospects in perspective // IEEE Trans. – 1979. – ED-20. -#11, P.954-961.
244. Lipton L., Stephebs C., Lloyd. – In: SID Int. Symposium Dig. Techn. Papers. Boston 1977. N.Y. 1977.
245. Luo F., Brody T., Hester W. –Proc. Soc. Inf. Display, 1978. –19. #2.
246. Le Comber P.G., Spear W.E. The development of the a-Si:H field – effect transistor and its possible applications / Semiconductors and Semimetals. –1984. – 21. – P.81-114.
247. 247. Margerum J.D., Nimoy J., Wong S. Reversible ultraviolet imaging with liquid crystals // Appl. Phys. Lets. –1970. –17.-#2. –P51-53.
248. Ohtsuka T., Tsukamoto V., Tsuchiya V. Liquid crystal matrix display // Jap. J. Appl. Phys. – 1973. –12. #2. –P.371 –378.
249. Photoactivated Birefringent Liquid- Crystal Light Valve for Color Symbology Display / J. Grinberg, W.P. Bleha, A.D. Jacobson, A.M. Lackner, G.D. Myer, J.D. Margerum, L.M. Fraas, and D.D. Boswell // IEEE Transactions jn Electron Devices. –1975. ED-22. -#10, -P.775-783.
250. Powell M.J. Amorphous silicon thin-film transistors: Performance and material properties // Proceedings of the SJD. –1985. 26/3. –P.191-196.
251. Sato S., Wada M. Frequency color display by Nematic liquid Cristal // Jap. J. Appl. Phys. –1974. –13. #3, -P.559.
252. Scheeffer T.J. Liquid crystal color displays. Nonemissive Electrooptic Displays // Pros. 4th Brown Boveri Symp. Baden. –1975, New York – London. – 1976. P.45-77.
253. Shanks I.A. Multicolour displays using a liquid crystal colour  switch // AGARD CPP167. April, -1975, - P.18.
254. Shimomura T., Mada H., Kobayashi J. Electro-optical color effect of an off-ninety degree twisted nematic liquid crystal cell // Jap. J. of Appl. Phys. –1977. –16. -#8, -P.1431-1435.
255. Tsukamato M., Ohtsuka T. Liquid Crystal Matrix Display with a New Panel Structure // Jap. J. of Appl. Phys. –1974. –13 -#10, -P. 1665,1666.
256. Uchida T. Multicolored liquid crystal displays // Optical Engineering. –1984. –23. #3, - P.247-252.
257. Yamano M., Takesodo H. Full color liquid crystal television addressed by amorphoys silicon TFTs // Jornal of Non-Crystalline Soligs 77-78. –1985. –P.1383-1388.
 
КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРЕ

Максимов Владимир Иванович, инженер по радиолокации, специальность радиотехническая, кандидат технических наук, доцент, инженер-полковник.
Родился 9 октября 1934 года на Украине в городе Глухове Сумской области в семье аграрной интеллигенции. До Великой Отечественной войны проживал на Глуховщине и Днепропетровщине, где его родители  были преподавателями в сельскохозяйственных техникумах.
Во время войны отец был на фронте, а Владимир с матерью, братом и сестрой – в эвакуации в Казахстане, где в 1942 году в городе Чимкенте пошел в первый класс начальной школы.
После войны проживал в городе Днепропетровске. Отец его, Максимов Иван Петрович, старший лейтенант запаса, был заведующим сельскохозяйственного отдела Городского совета и старшим преподавателем Днепропетровского сельскохозяйственного института.
Мать, Регульская Евфросиния Михайловна, была преподавателем и заведующей лабораторией кафедры агрохимии того же института.
В 1952 году окончил среднюю школу №100 и поступил на первый курс Военной академии тыла и снабжения в городе Калинине (теперь Тверь) слушателем.
После окончания первого курса в 1953 году в составе всего учебного подразделения решением командования был переведен на второй курс Киевского высшего инженерного радиотехнического училища, которое закончил в 1956 году. При этом ему была присвоена квалификация инженера по радиолокации по радиотехнической специальности.
Затем до 1962 года проходил службу в Закавказском военном округе. Был начальником цеха по ремонту радиолокаторов обнаружения воздушных целей и наведения зенитных орудий. Командовал радиотехнической батареей зенитного ракетного дивизиона и одновременно был заместителем командира того же дивизиона по технической части.
В 1962 году поступил в адъюнктуру Киевского высшего артиллерийского инженерного училища, а в 1965 году стал преподавателем того же училища. В 1968 году защитил диссертацию на соискание ученой степени кандидата технических наук по быстродействующим сверхвысокочастотным ферритовым измерительным преобразователям. В 1971 году ему было присвоено ученое звание доцент, а в 1976 году – инженер-полковник. Будучи доцентом по кафедре "Построение и устройство радиотехнических систем", читал следующие курсы: электрорадиоизмерения, построение и устройство радиолокаторов, теоретические основы радиолокации, индикаторы радиолокаторов, телевидение, инфракрасная и лазерная техника.
Научные интересы выливались в разработки ферритовых измерительных преобразователей, жидкокристаллических визуализаторов невидимых полей и управляемых транспарантов для систем отображения и обработки оптической информации. В 1988 году с должности старшего преподавателя Киевского высшего зенитного ракетного инженерного училища был уволен в запас по выслуге лет.
В том же 1988 году прошел конкурс на замещение должности научного сотрудника кафедры общей и теоретической физики Киевского политехнического института. В связи с ликвидацией научно-исследовательской части кафедры был переведен в ее лабораторию, заведующим которой он стал в 1992 году.
С января 1996 года перешел на работу в Научно-исследовательский институт новых физических и прикладных проблем начальником лаборатории отдела обработки изображений. В связи с ликвидацией последнего был переведен в отдел  глобальных позиционных систем (GPS) с августа 1996 года на должность ведущего научного сотрудника, где занимался разработкой приемников корректирующей информации глобальных спутниковых систем.
В связи с ликвидацией отдела глобальных позиционных систем при объединении Научно-исследовательского института новых физических и прикладных проблем с Научно-исследовательским институтом "Квант – Навигация" и образования на их основе Центрального научно-исследовательского института навигации и управления с 2002 года работал патентоведом последнего до увольнения на пенсию в мае 2008 года.
Общий трудовой стаж 56 лет.
Список его научных и научно-педагогических трудов состоит из 118 наименований. Из них 6 авторских свидетельств на изобретения, 32 печатных статьи (22 – в центральных журналах), 13 книг (брошюр), 38 отчетов по научно-исследовательским работам, 15 докладов на конференциях и семинарах, 3 депонированные рукописи и одна монография, зарегистрированная в Украинском агентстве авторских и смежных прав, три отчета по патентным исследованиям и другие.


Рецензии