Электрофоретические индикаторы (эфи)

Принцип действия электрофоретических индикаторов основан на явлении электрофореза. В результате электрофореза изменяется коэффициент отражения и цвет рабочего вещества. Обычно такой коллоидный раствор состоит из четырех компонент: пигмента – мелкодисперсных белых частиц (TiO₂, BaSO₄, MgSO₄ и т. п.), полимера с длиной молекулы 5-50 нМ, неводного высококипящего растворителя или суспензионной жидкости (дибутилфталат, различные масла) и органического красителя, придающего раствору интенсивную окраску. Пигмент в чистых органических растворителях не растворим, но при добавлении в раствор полимера и перемешивании молекулы полимера адсорбируются на частицах пигмента и сообщают им заряд, что препятствует слипанию частиц и выпадению их в осадок.

Типичные параметры элемента ЭФИ толщиной 50 мкм приведены в таблице 3. Увеличение температуры приводит к возрастанию рассеиваемой мощности.

Таблица 3

Параметр	Значение
Время перемещения пигментных частиц	100 мс
Напряжение	30 В
Плотность тока	1 мкА/см^2
Потребляемая мощность	<12 мкВт/см^2
Диапазон температур	-15...+50^0 С
Ресурс работы	10^8 циклов

Работа электрофоретических индикаторов (ЭФИ) основана на миграции заряженных пигментных частиц в суспензии, которая заключена между парой электродов, один из которых прозрачен. Толщина слоя суспензии составляет 10-100 мкм. При приложении к электродам постоянного напряжения заряженные частицы пигмента перемещаются к электроду с потенциалом противоположного знака, прилипают к нему и образуют белое изображение па тёмном фоне. Цвет фона определяется красителем. При изменении полярности частицы пигмента перемещаются к противоэлектроду, в результате чего рабочий электрод приобретает окраску окружающего фона.

П

Рис.7

усть цвет положительно заряженных частиц (Рис.7) белый, а цветсуспензионной жидкости черный. В этом случае, когда к электродам прикладывается электрическое напряжение, прозрачный электрод заряжен отрицательно и белые пигментные частицы вследствие электрофореза движутся к прозрачному электроду, в результате эта часть электрода становится окрашенной в белый цвет. Цвет другой части индикатора черный, если прозрачный электрод заряжен положительно и белые пигментные частицы за счет сил отталкивания перемещаются от прозрачного электрода, то они скрываются за слоем черной суспензионной жидкости. При этом наблюдатель видит черно-белое изображение с высоким контрастом и широким углом обзора.

Для создания такого изображения требуется очень мало энергии, причем изображение может сохраняться при разомкнутой цепи питания. Изображение стирается подачей сигналов противоположной полярности. Придав одному из электродов (как правило, ближнему по отношению к наблюдателю) форму сегментов с помощью стандартных методов фотолитографии, можно отображать любую информацию. Контраст ЭФИ зависит от состава суспензии, толщины слоя суспензии и напряженности электрического поля.

Если суспензия состоит из прозрачной жидкости и распределенного в ней пигмента, контрастное изображение получить невозможно. При добавлении в суспензию краски пигмент вблизи заднего электрода становится незаметным и контраст увеличивается. При некоторой концентрации краски контраст достигает максимума, а затем уменьшается при дальнейшем ее увеличении. Снижение контраста обусловлено тем, что из-за непрозрачности краски уменьшается яркость во включенном состоянии, т.е. пигмента со стороны наблюдателя стало больше, чем необходимо для достижения непрозрачности в выключенном состоянии.

При заданных составах суспензии и напряженности электрического поля с увеличением толщины активного слоя контраст сначала увеличивается (Рис.8), а затем, когда практически весь свет, входящий в индикатор и рассеиваемый пигментом у тылового электрода, поглощается слоем жидкой краски, спадает. Однако дальнейшее увеличение толщины активного слоя при одновременном снижении концентрации краски может привести к значительному повышению контраста, поскольку повысится яркость пигмента у переднего электрода.

Яркость элемента электрофоретического индикатора во включенном состоянии при заданном составе суспензии и толщине слоя зависит от плотности рассеивающих свет элементов (частиц пигмента) у электрода, т.е. от напряженности электрического поля, упорядочивающего слой пигмента (Рис.9).

Для достижения высокого быстродействия ЭФИ необходимо прикладывать высокие напряжения к рабочей среде. Следует отметить, что электрофоретическая подвижность непосредственно влияет на время включения индикатора. На время выключения определяющее значение оказывает характер взаимодействия частицы с электродом.