Laboratorium systemów wizualizacji informacji

Laboratorium
systemów wizualizacji
informacji
Badanie charakterystyk statycznych i
dynamicznych oraz pomiar
przestrzennego rozkładu kontrastu
wskaźników ciekłokrystalicznych.
Katedra Optoelektroniki
i Systemów
Elektronicznych, WETI,
Politechnika Gdańska
Gdańsk 2006
Badanie charakterystyk statycznych i dynamicznych oraz pomiar przestrzennego rozkładu
kontrastu wskaźników ciekłokrystalicznych
1. Parametry wskaźników ciekłokrystalicznych
Na całościową charakterystykę wskaźników ciekłokrystalicznych składają się grupy parametrów
charakteryzujących procesy konstrukcyjne i aplikacyjne. Do grupy parametrów konstrukcyjnych zalicza się
parametry opisujące:
o
podłoŜe: grubość, planarność, szorstkość, falistość;
o
komórkę ciekłokrystaliczną: wymiary geometryczne podłoŜy, wymiary obszarów kontaktowania,
grubość komórki, jednorodność grubości;
o
elektrody: właściwości optyczne, rezystywność, jednorodność w komórce, podatność na trawienie,
rysy, pęknięcia, mikrootwory;
o
warstwy orientujące: grubość, kierunki orientacji, stabilność orientacji, właściwości optyczne;
o
polaryzatory: charakterystyka widmowa transmisji, współczynnik polaryzacji, warstwy
przeciwodblaskowe;
o
dodatkowe elementy optyczne: trans reflektory, dyfuzory, reflektory;
o
mieszaniny ciekłokrystaliczne: lepkość, rezystywność, dwójłomność, współczynniki spręŜystości,
stałe dielektryczne, napięcie progowe, napięcie nasycenia, współczynniki temperaturowe,
temperatury przejść fazowych, nachylenie charakterystyki elektro-optycznej;
o
barwniki: widmo absorpcji, stabilność, współczynnik dichroityczny, parametr uporządkowania,
rozpuszczalność
Do grupy parametrów aplikacyjnych naleŜą parametry charakteryzujące właściwości wskaźników
ciekłokrystalicznych pod względem ich funkcjonalności. Właściwości te opisywane są za pomocą
następujących grup parametrów:
o
parametry optyczne: transmisja komórki ciekłokrystalicznej, kontrast, jednorodność kontrastu,
jasność tła, refleksje na powierzchniach granicznych, rozpraszanie na powierzchniach czołowych,
właściwości widmowe, barwa;
o
parametry elektrooptyczne: zmienność transmisji, jasności, kontrastu w funkcji napięcia zasilania
oraz kąta obserwacji wskaźnika, rozkłady przestrzenne parametrów, nachylenie charakterystyki
elektrooptycznej;
o
parametry dynamiczne: czasy zadziałania, czasy włączania-relaksacji, czasy opóźnienia;
o
parametry elektryczne: poziomy napięć sterujących, pobór mocy, natęŜenie prądu, impedancja
komórki ciekłokrystalicznej, zaleŜność impedancji od stopnia multipleksowania;
Laboratorium systemów wizualizacji informacji
Katedra Optoelektroniki i Systemów Elektronicznych, WETI, Politechnika Gdańska
Strona | 2
Badanie charakterystyk statycznych i dynamicznych oraz pomiar przestrzennego rozkładu
kontrastu wskaźników ciekłokrystalicznych
o
parametry jakościowe określające graniczne wartości parametrów kwalifikacji kontroli jakości:
kontrast, jasność, barwa;
o
parametry niezawodnościowe i eksploatacyjne.
Wśród powyŜszych parametrów moŜna wyróŜnić grupę charakteryzującą stan optyczny wskaźnika
ciekłokrystalicznego. Są to:
o
jasność segmentów wskaźnika i jego tła,
o
kontrast,
o
barwa podstawowa wskaźnika,
o
kontrast barwny,
o
skala szarości,
o
rozkład przestrzenny jasności i kontrastu,
o
rozkład przestrzenny właściwości dynamicznych wskaźnika.
Parametry te decydują o postrzeganiu i rozróŜnianiu informacji przekazywanej obserwatorowi. Mają
decydujący wpływ na czytelność prezentowanej informacji i zakres zastosować danego wskaźnika
ciekłokrystalicznego.
2. Opis systemu DMS (Display Measurement System)
System DMS umoŜliwia pomiar parametrów charakteryzujących element elektrooptyczny (np. wskaźnik
ciekłokrystaliczny) takich jak luminancja, jasność, transmisja i kontrast. System ten przystosowany jest do
pomiarów rozkładu przestrzennego tych parametrów, który w decydującym stopniu ogranicza moŜliwości
zastosowań wielu wskaźników. Schemat blokowy systemu DMS przedstawiono na rysunku 1.
Rysunek 1
Rysunek 1 Budowa systemu DMS
Kompletny system składa się z układem mechanicznym wraz z układem oświetlenia i mikroskopem
pomiarowym (rysunek 2), części elektronicznej wraz z układem fotopowielacza i przetworników AD/DA,
monochromatora wraz z układami kontrolno-sterującymi oraz komputera sterującego całym systemem.
Laboratorium systemów wizualizacji informacji
Katedra Optoelektroniki i Systemów Elektronicznych, WETI, Politechnika Gdańska
Strona | 3
Badanie charakterystyk statycznych i dynamicznych oraz pomiar przestrzennego rozkładu
kontrastu wskaźników ciekłokrystalicznych
Rysunek 2 Szkic części mechanicznej układu pomiarowego
Część mechaniczna składa się z następujących elementów:
a – płyta podstawowa systemu,
b – napęd obrotu stołu pomiarowego,
c – silniki krokowe ruchu w osiach XY,
d – stół pomiarowy,
e – układ oświetlenia dla pomiarów transmisyjnych,
f – napęd nachylenia mikroskopu pomiarowego,
g – zmiana wysokości osi pomiarowej,
i – mikroskop pomiarowy,
k – półkula Ulbrichta,
l – tubus z okularem do obserwacji obiektu mierzonego,
m – fotopowielacz z przedwzmacniaczem,
n – adapter,
o – światłowód.
Laboratorium systemów wizualizacji informacji
Katedra Optoelektroniki i Systemów Elektronicznych, WETI, Politechnika Gdańska
Strona | 4
Badanie charakterystyk statycznych i dynamicznych oraz pomiar przestrzennego rozkładu
kontrastu wskaźników ciekłokrystalicznych
a)
b)
Rysunek 3 a) Geometria pomiaru w systemie DMS; b) Charakterystyka spektralna źródła oświetlenia wskaźnika
Pomiar rozkładu przestrzennego parametrów optycznych wskaźnika ciekłokrystalicznego związane jest ze
zmianą kąta nachylenia mikroskopu pomiarowego (kąt θ). Na skutek zjawiska paralaksy punkt pomiarowy
ulega przesunięciu na płaszczyźnie warstwy ciekłokrystalicznej (Rysunek 4). Wielkość odchyłki ∆ punktu
pomiarowego zaleŜy od grubości podłoŜa szklanego i jego współczynnika załamania światła.
Rysunek 4 Wpływ paralaksy na cykl pomiarowy
3. Zadania laboratoryjne
a) Zapoznać się z systemem pomiarowym
b) Przygotować system DMS do pomiarów ( właściwe umieszczenie wskaźnika ciekłokrystalicznego na
stole pomiarowym, ustawienie parametrów systemu DMS)
c) Pomiar charakterystyki elektrooptycznej w zakresie napięć 0-5 V
d) Pomiar charakterystyk dynamicznych dla trzech napięć sterowania wskaźnikiem ciekłokrystalicznym
e) Zbadanie rozkładu przestrzennego kontrastu wskaźnika ciekłokrystalicznego dla trzech róŜnych napięć
sterowania
Laboratorium systemów wizualizacji informacji
Katedra Optoelektroniki i Systemów Elektronicznych, WETI, Politechnika Gdańska
Strona | 5