Светоклапанный индикатор Советский патент 1981 года по МПК G09G3/18 

(54) СВЕТОКЛАПАННЫЙ ИНДИКАТОР

1

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, а именно к технике визуального отображения информации, и может быть использовано, например для экранов телевизоров, видеотелефонов, осциллографов, светомузыкальных устройств, дисплеев электронных вычислительных машин, индикаторных панелей авиационной, автомобильной, приборостроительной промышленностей, автоматических систем управления и во многих других областях науки и техники, как например голографии, технике кино, оптоэлектронных и оптических вычислительных системах.

Известны светоклапанные устройства визуального отображения информации с матричкой и мозаичной адресацией на основе электрооптических эффектов, не сопровождающихся излучением света, суть котодых заключается в изменении оптического состояния среды под действием электрического, акустического или теплового полей.

Управляемыми являются такие характеристики, как поглощение, отражение, рассеяние, преломление и двулучепреломление, оптическая активность и спектральный состав света. В настоящее время осваиваются для использования в светоклапанных устройствах: эффекты в жидких кристаллах (эффект дикалического рассеяния, эффект управляемого полем вращения плоскости поляризации (твист-эффект), эффект управляемого полем двулучепреломления, эффект взаимодействия «гость-хозяин, акустический эффект, термооптический эффект, магнитооптический эффект); эффект электрофореза в суспензиях; электрооптические эффекты в магнитных пленках, сегнетоэлектриках,

0 связанные с поворотом плоскости поляризации и дифракцией поляризованного светового луча; эффект перехода жидкости в пар и некоторые другие 1.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является светоклапанный индикатор на эффекте перехода жидкости в пар, содержащий слой жидкости, помещенный между прозрачной лицевой панелью с матированной внутренней поверхностью и экраном. В известном индикаторе на матированную поверхность нанесен прозрачный электрод. Этот электрод изготавливается равномерно тонким (500°А), в результате чего он почти повторяет рельеф щероховатой поверхности. Шероховатая пп.верхность с электродами располагается в .непосредственном контакте с прозрачной, легко испаряющейся жидкостью. Жидкость смачивает все выступы и углубления шероховатой поверхности и в результате делает ее прозрачной. Оптимальный эффект достигается, когда показатели преломления прозрачной лицевой панели, материала электрода и жидкости совпадают. В этом случае на шероховатой поверхности отсутствует рассеяние, поскольку лицевая панель, электрод и жидкость оптически однородны для падающего Света. Когда к электроду не подводится электрическая энергия состояние «Выключено наблюдатель видит через лицевую панель электрод и жидкость зачерненный экран. Для получения состояния «Включено на прозрачный электрод подается напряжение. Под действием электрического тока электрод нагревается, и слой жидкости, контактирующий с электродом, испаряется. В результате у шероховатой поверхности образуется слой, пара в виде пузырьков. Поскольку показатель преломления большинства парообразных веществ приблизительно равен показателю преломления воздуха, т. е. 1,0, то наблюдатель видит светорассеивающую молочно-белую поверхность лицевой панели. Парожидкостная матричная панель составляется из множества подобных ячеек в различных конструктивных исполнениях. Для состояния «Выключено очень просто подбираются и другие цвета окраской задней стенки ячейки или самой жидкости в соответствующий цвет 2. Недостатками таких светоклапанных панелей, выполненных на парожидкостных ячейках, являются: а)больщое потребление энергии сигнала переключения порядка 2ВТ/см2, которое обуславливает сложность их согласования с управляющими интегральными схемами; б)снижение контрастности отображаемой информации в связи с уменьшением общей прозрачности за счет присутствия полу. прозрачного электрода на пути прохождения света; в)высокое электрическое сопротивление электрода (порядка 10000 ом), в связи с необходимостью получения минимальной толщины, для увеличения его прозрачности; г)необходимость наличия шероховатости на внутренней поверхности лицевой панели, что значительно усложняет технологию ее производства; д)ограниченный ассортимент материалов для прозрачных электродов (как правило, окислы сурьмы, индия, олова), что исключает возможность применения материалов с лучщей электрической проводимостью, химической и механической стойкостью, лучщей сцеплйемостью с основой, меньшей дефицитностью. Цель изобретения - упрощение технологии изготовления и уменьшение мощности управляемого сигнала. Поставленная цель достигается тем, что управляющие электроды нанесены на внутреннюю сторону экрана, а слой жидкости выполнен в виде раствора, состоящего из смеси, по крайней мере, из двух веществ и имеющего в рабочем диапазоне температур порог изменения оптической однородности, а также тем, что слой жидкости состоит из смеси метилового спирта и сероуглерода, взятых в весовом соотнощении 4:1. На чертеже схематически изображена конструкция светоклапанного индикатора. Светоклапанный индикатор состоит из прозрачной лицевой панели 1, внутренняя поверхность которой находится в непосредственном контакте со слоем жидкости 2 (активным слоем), который, в свою очередь, ограничен экраном 3. На внутренней стороне экрана 3 расположены управляющие электроды 4. По периметру светоклапанный индикатор герметизируется, например, методом фриттования, или высокочастотной пайки предварительно металлизированных торцовых участков лицевой панели 1 и экрана 3. Наиболее подходящим прозрачным твердым материалом для лицевой панели 1 является стекло, благодаря его хорощим оптическим свойствам, механической и химической стойкости. Активный слой (слой жидкости) 2 должен удовлетворять следующим требованиям: а) его показатель преломления должен быть равен или близок показателю преломления лицевой панели; б) на его возбуждение должна затрачиваться минимальная энергия управляющего сигнала; в)в его основе должны лежать химически не агрессивные вещества; г)вязкость и электропроводность должны быть минимальны, а термостойкость - максимальной. Существует множество однородных сред и смесей, отвечающих указанным требованиям, например, смесь метилового спирта и сероуглерода в соотношении 80 ч по весу первого и 20 ч по весу второго 4:1. Толщина слоя жидкости может составлять от 0,0001 с и более, так как уже толщина 0,0001 см достаточна для создания рассеивающего слоя, поскольку она вдвое превыщает длину волны зеленого света. Экран 3 может быть выполнен из того же материала, что и лицевая панель 1, из соображений полного равенства их коэффициентов линейного расширения с целью исключения короблений индикаторов в диапазоне температур окружающей среды, Д электродам 4 предъявляются менее жесткие требования по сравнению с прототипом. Материал должен иметь высокую электропроводимость, химическую и механическую стойкость, хорошую сцепляемость с основой, быть не дефицитным. Этим требованиям отвечает большинство металлов и сплавов, прим,е,няемых в промышленности, например олОто и его сплавы, серебро и его сплавы, медь и ее сплавы, и др. Электроды 4 могут точно изготавливаться, например методом фотолитографии или любым другим методом, обеспечиваюш,им. надежное свдпление металла с подложкой. Светоклапанный индикатор работает еле дующим образом. На управляющие электроды 4 подается определенное напряжение смешения, при котором слой жидкости 2 нагревается до критической температуры, (для смеси метилового спирта и сероуглерода в определенном весовом соотношении 4:1) эта температура составляет 40°С. Критическая температура смещения характеризует такое состояние смеси, при котором особенно легко осуществляется местное отступление от равномерного распределения. При критической температуре смещения наступают значительные флуктуации концентрации и связанные с ними нарушения оптической однородности. В таких смесях (известны многочисленные комбинации вешеств), которые при обычной температуре лишь частично растворяются друг в -друге, но при повышении температуры становятся способными смешиваться друг с другом при критической температуре смещения имеет место очень интенсивное молекулярное рассеяние света (критическая опалесценция). При этом наблюдатель видит через прозрачную панель 1 молочно-белую лицевую поверхность индикатора (режим молекулярного рассеяния отраженного света). В состоянии, когда к электродам 4 подводится электрический сигнал управления на слой жидкости 2 воздействует температура выше критической температуры смещения (более 40°С для рассматриваемой смеси). При этой температуре оба компонента полностью смешиваются. Распределение одного вещества в другом происходит настолько равномерно, что раствор представляет собой среду, в оптическом отношении не менее однородную, чем- обычные жидкости, т. е. концентрация-растворенного вещества в рабочем объеме одинакова и отступления от среднего (флуктуации концентрации) крайне малы. При этом наблюдатель через прозрачные слои лицевой панели 1 и жидкости 2 видит черную поверхность экрана 3. Таким образом, черный свет соответствует управляющему сигналу достаточной амплитуды. Изменяя амплитуду управляющего сигнала, можно получить различную интенсивность рассеивающего света, т. е. различную градацию яркости (шкалу серого). При критической температуре в случае активной однородной среды сжимаемость очень велика (теоретически стремится к бесконечности). В этих условиях легко возникают в небольших объемах заметные отступления от средней плотности., ибо большая сжимаемость означает, что тепловое движение достаточно для образования заметных вариаций плотности в малых объемах. Флуктуации плотности, в свою очередь, ведут к флуктуации показателя преломления или к флуктуации диэлектрической проницаемости, а эти последние и представляют собой оптическую неоднородность. Вследствие теплового движения -анизотропных молекул среды кроме флуктуации плотности, возникает также и флуктуация ориентации анизотропных молекул или флуктуация анизотропии. Это означает, что статический характер движения молекул приводит к тому, что в объемах, малых по сравнению с длиной волны света, в некотором направлении оказалось больше молекул, ориентированных одинаково, чем в любом другом направлении. Такая преимущественная ориентация анизотропных молекул или также флуктуация анизотропии создадут оптическую неоднородность и, следовательно, вызовут интенсивное рассеивание света. Светоклапанный индикатор может работать как в режиме молекулярного рассеяния отраженного света, так и в просветном режиме. При этом экран 3 и электроды 4 необходимо выполнить прозрачными. Определенное количество тепловой энергии, требуемое для получения критической температуры смешения, обеспечивает резкий порог включения, что можно использовать при матричной адресации в опалесцентных панелях, в которых отсутствует какой-либо основной механизм старения, в результате чего в течение многих часов непрерывной коммутации не наблюдается признаков деградации. Кратковременная и долговременная память обеспечивается известными в оптоэлектронной технике способами, например, емкостным накоплением энергии в нагревательных электродах и цепях адресации. Для состояния «включено очень просто подбираются и другие цвета окраски экрана 3 или слоя жидкости 2 в соответствующие цвета, что позволяет при пакетном исполнении получить цветное и объем.ное отображение информации. Формула изобретения 1. Светоклапанный индикатор, содержащий слой жидкости, помещенный между прозрачной лицевой панелью и экраном, и управляющие электроды, отличающийся тем, что, с целью упрощения технологии изготовления и уменьшения мощности управляющего сигнала, управляющие электроды помещены на внутренней стороне экрана, а слой жидкости выполнен в виде раствора состоящего, по крайней мере, из двух веществ и. имеющего в рабочем диапазоне температур порог изменения оптической однородности.

р Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

-« -/