Жидкокристаллический индикатор наличия напряжения
Изобретение относится к жидкокристаллическим устройствам, указывающим на наличие напряжения в электрических проводниках и оборудовании. Предложенный индикатор по сравнению с известными индикаторами имеет высокую чувствительность, малый размер, простую конструкцию и возможность его изготовления известными оптимизированными методами. Жидкокристаллический индикатор напряжения по первому варианту своего конструктивного исполнения реализован так, что каждый из проводящих слоев делится на несколько сегментов, которые не соприкасаются друг с другом, причем конфигурация сегментов обоих проводящих слоев такова, что один концевой сегмент первого проводящего слоя, каковой сегмент снабжен выводом, являющимся внешним электрическим выводом индикатора, расположен напротив фрагмента поверхности одного сегмента меньшего размера второго проводящего слоя, и другие сегменты первого проводящего слоя, за исключением второго концевого сегмента первого проводящего слоя, расположены последовательно, каждый напротив фрагментов поверхности двух соседних сегментов меньшего размера второго проводящего слоя, и второй концевой сегмент первого проводящего слоя расположен напротив фрагмента поверхности сегмента меньшего размера второго проводящего слоя и напротив фрагмента поверхности сегмента большего размера этого слоя. Жидкокристаллический индикатор напряжения по второму варианту своего конструктивного исполнения реализован так, что вся область проводящего сегмента, расположенная на поверхности слоя подложки вне области отображаемого знака, является токоприемным электродом индикатора, и жидкокристаллические элементы выполнены так, что проекция одного жидкокристаллического элемента на плоскость одного из слоев подложки имеет форму полоски, окаймляющей внешний контур отображаемого изображения знака, и края концов этой полоски расположены в непосредственной близости от края промежуточного жидкокристаллического слоя, а проекции других жидкокристаллических элементов расположены в области изображения знака, ограниченной этой полоской. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 6 ил.
Предметом изобретения является жидкокристаллическое устройство, указывающее на наличие напряжения в электрических проводниках и оборудовании. Устройство, которое имеет вид жидкокристаллического устройства отображения, используется для указания наличия напряжения, особенно в системах среднего и высокого напряжения.
Использование жидкокристаллических устройств отображения для обнаружения и указания наличия напряжения известно из многочисленных решений. Например, описание патента США №4112361 раскрывает жидкокристаллический вольтметр, в котором нематический жидкий кристалл расположен между двумя полупрозрачными электродами, которые осаждены на поверхностях поляризационных пластин подложки. Один электрод представляет собой тонкий резистивный слой, а другой электрод - проводящий слой. Источник напряжения постоянного тока подключен к обоим концам резистивного электрода, а проводящий электрод заземлен. На поверхности одной из поляризационных пластин подложки находится соответствующая шкала, указывающая значение измеренного напряжения, которое существует между электродом с резистивной пленкой и землей.
Бесконтактный датчик электростатического напряжения, который регистрирует напряжение, имеющееся на электрически заряженных поверхностях, известен из другого патента США № 4786858. Датчик содержит жидкокристаллическую ячейку с двумя электродами, один из которых электрически соединен через конденсатор, имеющий механически управляемую мембрану, с заряженной поверхностью, напряжение которой подлежит измерению, а другой заземлен. Мембрана подключена к источнику опорного напряжения. Дополнительно напряжение зарядки подается непосредственно на первый электрод жидкокристаллической ячейки для зарядки ячейки до предварительно определенного напряжения.
Данные устройства, известные из уровня техники, нельзя использовать для обнаружения и/или указания наличия напряжения переменного тока в системах среднего и высокого напряжения. В частности, устройство, описанное в патентной заявке США №4112361, в основном применимо к измерению напряжений постоянного тока, не превышающих пороговое напряжение используемой жидкокристаллической ячейки. Измерение напряжения переменного тока возможно с помощью описанного устройства только, когда подается опорное напряжение переменного тока, согласованное по фазе с измеряемым напряжением. Необходимость в подаче такого опорного напряжения в случае систем среднего и высокого напряжения представляет серьезную трудность.
С другой стороны, устройство, описанное в патенте США № 4786858, находит применение в измерении напряжения постоянного тока, генерируемого электростатическим зарядом, накопленным на фоточувствительных элементах электрофотографических устройств и, таким образом, не предназначено для измерения напряжения переменного тока. Кроме того, в оборудовании среднего и высокого напряжения электростатические заряды накапливаются на поверхности проводников в неуправляемом режиме, и измерение, проведенное с помощью такого устройства, будет бесполезным.
Жидкокристаллические ячейки и дисплеи разных типов показывают прямую чувствительность к напряжению переменного тока и электрическому полю. Когда напряжение переменного тока, превышающее данное пороговое значение, подается на электроды жидкокристаллической ячейки, оно формирует внутри ячейки электростатическое поле, напряженность которого изменяется в зависимости от ее оптических свойств. Подача такого напряжения также связана с протеканием через ячейку электрического тока, сила которого зависит от значения приложенного напряжения и резистивных и емкостных характеристик ячейки. В жидкокристаллических устройствах отображения подходящая форма электродов позволяет подавать напряжение на локализованные фрагменты ячейки и получать видимый контраст.
Для типичных жидкокристаллических ячеек типа ТН (твист-нематический) пороговое значение напряжения переменного тока, необходимое для получения максимального оптического эффекта, составляет приблизительно 2 В СКЗ (СКЗ - среднеквадратическое значение) на частоте приблизительно 50 Гц. При этом пороговом напряжении через ячейку течет ток на единицу площади поверхности приблизительно 1.5 мкА/см2 СКЗ. Для типичных ячеек типа ПДЖК (полимерно-дисперсный жидкий кристалл) соответствующая пороговая сила тока составляет приблизительно 15 мкА/см2 СКЗ на единицу площади поверхности на частоте 50 Гц.
Существование пороговых значений напряжения переменного тока для жидкокристаллических ячеек и устройств отображения позволяет использовать их для бесконтактного обнаружения напряжения переменного тока. В частности, вблизи каждого проводника, подключенного к напряжению переменного тока, имеется электрическое поле переменного тока, которое также порождает электрический ток через поверхность проводника. Такой электрический ток течет в направлении, параллельном направлению электрического поля, и СКЗ силы этого тока I, измеренное на единицу площади поверхности S, которая перпендикулярна направлению емкостного тока, составляет:
I/S=2πν ε0 ε·E,
где ν - частота, ε0 - диэлектрическая проницаемость вакуума, ε - диэлектрическая постоянная материала и Е - СКЗ напряженности электрического поля.
Такой емкостной ток можно использовать для указания наличия напряжения, являющегося его источником, путем непосредственного возбуждения жидкокристаллической ячейки или дисплея, и изменение оптических свойств ячейки или дисплея указывает на наличие напряжения, превышающего конкретный порог.
Для использования емкостного тока, связанного с электрическим полем, вокруг проводников под напряжением для возбуждения индикатора обычно используют токоприемный электрод в виде плоского проводящего элемента, расположенный в плоскости, перпендикулярной направлению электрического поля. Площадь поверхности токоприемного электрода должна быть достаточной для возбуждения жидкокристаллических элементов, активированных при индикации напряжения и для обеспечения достаточной чувствительности индикатора.
Токоприемные электроды, расположенные параллельно направлению электрического поля, также могут возбуждать индикатор. Однако такое размещение электродов приводит к заметному локальному увеличению электрического поля и может приводить к разрядам, которые оказывают неблагоприятное влияние на электрическое силовое оборудование.
Устройство отображения, обнаруживающее провода под напряжением, известно из опубликованной японской патентной заявки №61-003069. Это устройство предназначено для обнаружения электрического поля вблизи проводников под напряжением с использованием порогового напряжения жидкокристаллического дисплея. Известный двухэлектродный жидкокристаллический дисплей (ЖКД) снабжен двумя дополнительными электродами, один из которых прикреплен к передней стороне дисплея, а другой прикреплен к его задней стороне, причем под задней стороной следует понимать ту, которая находится на поверхности объекта, подлежащего тестированию на наличие вблизи него электрического поля. Оба электрода дисплея электрически соединены с дополнительными электродами таким образом, что разные дополнительные электроды соединены с разными электродами ЖКД. Благодаря дополнительным электродам, разность потенциалов между двумя электродами жидкокристаллического элемента дисплея, формируемая электрическим полем тестируемого объекта, превышает пороговое значение дисплея. Когда тестируемый объект находится под напряжением, дисплей показывает наличие напряжения, которое можно видеть в окне дисплея. В представленном решении была достигнута чувствительность устройства, достаточная для обнаружения наличия напряжения благодаря подключению дополнительных внешних токоприемных электродов к этому дисплею.
Другой дисплей, используемый для индикации наличия напряжения, известен из опубликованного японского описания №63044173. По аналогии с устройством, представленным в описании JP 61-003069, это устройство содержит жидкокристаллический дисплей и два дополнительных токоприемных электрода, один из которых гальванически соединен с одним, знаковым электродом дисплея, а другой, прозрачный, находится непосредственно на поверхности дисплея и, таким образом, имеет емкостную связь с другим, общим, электродом дисплея. В таком решении достаточная чувствительность устройства достигается обеспечением достаточно большой площади поверхности дополнительных токоприемных электродов по отношению к площади поверхности знаковых электродов дисплея.
В патенте США №4818072 и №4838653, оба поданные Raychem Corporation, раскрыто устройство для обнаружения напряжения в электрических кабелях или оборудовании, и/или для обнаружения электрического поля, сформированного вблизи электрического устройства или оборудования. Устройство имеет вид жидкокристаллического дисплея, который представляет собой жидкокристаллическую ячейку, электроды которой выполнены в виде плоских сегментов, электрически отделенных друг от друга. Эти электроды осаждены на двух слоях подложки, параллельных друг другу, и устроены так, что фрагмент каждого сегмента, осажденного на одном слое подложки, перекрывается с, по меньшей мере, одним фрагментом сегмента, осажденного на другом слое подложки. Перекрывающиеся фрагменты сегментов из обоих слоев подложки образуют жидкокристаллические элементы дисплея, которые электрически соединены друг с другом последовательно. Первый жидкокристаллический элемент в невозбужденном состоянии имеет электрическую емкость, более низкую, чем емкость всех остальных жидкокристаллических элементов этой ячейки, и второй жидкокристаллический элемент, последовательно соединенный с первым жидкокристаллическим элементом, имеет, в основном, тот же размер, что и первый элемент, и его емкость в невозбужденном состоянии ниже емкости первого жидкокристаллического элемента в возбужденном состоянии. В этом решении последовательное соединение жидкокристаллических элементов позволяет активировать данную площадь поверхности дисплея более слабым электрическим током, чем в решениях, представленных в японских заявках №61-003069 и №63-044173. Несмотря на это, вследствие малой площади поверхности проводящих сегментов чувствительность устройства к электрическому полю мала, особенно, когда дисплей находится в плоскости, перпендикулярной направлению электрического поля. Когда дисплей находится в плоскости, параллельной направлению электрического поля, чувствительность индикатора возрастает, но такое размещение не рекомендуется для использования в электрическом силовом оборудовании по причине возможности генерации разрядов.
Фотоэлектрический датчик электрического поля известен из опубликованного японского описания №10260212. Он содержит жидкий кристалл, расположенный между перекрывающимися электродами, соединенными последовательно емкостной связью, а также содержит дипольные антенны, которые электрически соединены с электродами. В этом решении достаточная чувствительность устройства достигается за счет подключения к ЖКД дополнительных дипольных антенн достаточно большого размера.
Недостатком всех этих представленных решений в случае их применения к электрическому силовому оборудованию является тот факт, что для достижения достаточной чувствительности устройства необходимо либо присоединять к ЖКД дополнительные внешние элементы, которые намного больше самого дисплея, либо существенно увеличивать размер дисплея в отношении размера поверхности, активируемой в дисплее в ходе индикации напряжения или электрического поля, либо размещать дисплей в плоскости, параллельной направлению электрического поля, что может приводить к разрядам.
Пассивный жидкокристаллический индикатор напряжения согласно первому варианту осуществления изобретения содержит первый слой подложки, на поверхности которого осажден первый проводящий слой, второй слой подложки, параллельный первому слою, на поверхности которого осажден второй проводящий слой, обращенный к первому проводящему слою, причем, по меньшей мере, один из проводящих слоев прозрачен и содержит промежуточный слой, расположенный между слоями подложки, причем промежуточный слой является структурой, содержащий жидкий кристалл и изменяющей свои оптические свойства в электрическом поле переменного тока, и каждый из проводящих слоев делится на, по меньшей мере, два сегмента, которые не соприкасаются друг с другом, отличающийся тем, что сегменты второго проводящего слоя, осажденного на втором слое подложки, выполнены так, что один сегмент больше всех остальных сегментов меньшего размера этого слоя, и сегменты первого проводящего слоя, осажденного на первом слое подложки, выполнены аналогично сегментам меньшего размера второго проводящего слоя. Конфигурация сегментов обоих проводящих слоев такова, что один концевой сегмент первого проводящего слоя, каковой сегмент снабжен выводом, являющимся внешним электрическим выводом индикатора, распложен напротив фрагмента поверхности одного сегмента меньшего размера второго проводящего слоя, и другие сегменты первого проводящего слоя, за исключением второго концевого сегмента первого проводящего слоя, расположены последовательно, каждый напротив фрагментов поверхности двух соседних сегментов меньшего размера второго проводящего слоя. Второй концевой сегмент первого проводящего слоя расположен напротив фрагмента поверхности сегмента меньшего размера второго проводящего слоя и напротив фрагмента поверхности сегмента большего размера этого слоя.
Жидкокристаллический индикатор напряжения согласно второму варианту осуществления изобретения содержит первый слой подложки, на поверхности которого осаждены проводящие сегменты, электрически изолированные друг от друга, второй слой подложки, параллельный первому слою, на поверхности которого осаждены проводящие сегменты, электрически изолированные друг от друга, причем, по меньшей мере, один из слоев подложки и сегменты, осажденные на нем, по меньшей мере, частично прозрачны и содержит промежуточный жидкокристаллический слой, расположенный между слоями подложки с проводящими сегментами, и конфигурация проводящих сегментов на обоих слоях подложки такова, что фрагмент каждого сегмента, осажденного на одном слое подложки, перекрывается с, по меньшей мере, одним фрагментом сегмента, осажденного на втором слое подложки, и перекрывающиеся фрагменты проводящих сегментов из обоих слоев подложки совместно с частью промежуточного жидкокристаллического слоя образуют жидкокристаллические элементы индикатора, которые последовательно электрически соединены таким образом, что один жидкокристаллический элемент электрически соединен со следующим элементом через общий проводящий сегмент, и все жидкокристаллические элементы в плоскости сечения, параллельной слоям подложки, совместно образуют изображение знака, которое отображается в случае наличия напряжения, и к одному из проводящих сегментов присоединен электрический вывод, проходящий за пределы области промежуточного жидкокристаллического слоя, отличающийся тем, что вся область проводящего сегмента, расположенная на поверхности подложки вне области изображения знака, является токоприемным электродом индикатора, и жидкокристаллические элементы выполнены так, что проекция одного жидкокристаллического элемента на плоскость одного из слоев подложки имеет форму полоски, окаймляющей внешний контур отображаемого изображения знака, и края концов этой полоски расположены в непосредственной близости от края промежуточного жидкокристаллического слоя, а проекции других жидкокристаллических элементов расположены в области изображения знака, ограниченной этой полоской.
Предпочтительно согласно второму варианту изобретения изображение знака состоит из совокупности символов, отделенных друг от друга, каждый из которых выполнен из совокупности жидкокристаллических элементов, и в каждом символе, по меньшей мере, один жидкокристаллический элемент содержит проводящий сегмент, электрически соединенный с выводом через его параллельное ответвление.
Предпочтительно согласно второму варианту изобретения промежуточный жидкокристаллический слой содержит нематический жидкий кристалл.
Предпочтительно согласно второму варианту изобретения промежуточный жидкокристаллический слой содержит жидкий кристалл, заключенный в полимерную основу.
Предпочтительно согласно второму варианту изобретения площади поверхности проекции, по меньшей мере, двух последовательных жидкокристаллических элементов, по существу, одинаковы.
Предпочтительно согласно второму варианту изобретения площади поверхности проекции последовательных, соседних друг с другом, жидкокристаллических элементов возрастают или убывают.
Преимущество жидкокристаллического индикатора напряжения, отвечающего изобретению, состоит в его высокой чувствительности и, в то же время, малом размере, простой конструкции и возможности его изготовления известными, оптимизированными методами, используемыми при изготовлении жидкокристаллических дисплеев. Кроме того, дисплей отличается продолжительным сроком безотказной работы, что особенно важно при использовании в системах передачи и распределения высокого и среднего напряжения. Кроме того, индикатор напряжения не требует использования источника питания. Индикация базируется только на чувствительности к электрическому полю, присутствующему вблизи проводников и оборудования под напряжением, и снятие показаний можно производить невооруженным глазом с безопасного расстояния.
Дополнительное преимущество жидкокристаллического индикатора напряжения, отвечающего второму варианту изобретения, состоит в равномерном распределении электрических полей внутри индикатора между его проводящими элементами, что дает возможность работать в более широком диапазоне напряжений. В частности, напряжение между токоприемным электродом индикатора и выводом индикатора, благодаря представленной форме проводящих сегментов индикатора, распределяется везде, по существу, однородно и без значительных градиентов.
Иллюстративный вариант осуществления изобретения представлен на чертежах, где
фиг.1 иллюстрирует вариант осуществления первого варианта индикатора, в котором первый и второй проводящие слои разделены на сегменты в разрезе по линии А-А,
фиг.1а - фрагмент индикатора, показанного на фиг.1, в разрезе по линии В-В,
фиг.1b - фрагмент индикатора, показанного на фиг.1, в разрезе по линии С-С,
фиг.2 иллюстрирует другой вариант осуществления индикатора в поперечном разрезе А-А,
фиг.2а - фрагмент индикатора, показанного на фиг.2, в разрезе по линии В-В,
фиг.2b - фрагмент индикатора, показанного на фиг.2, в разрезе по линии С-С,
фиг.3 - индикатор в поперечном разрезе в плоскости, перпендикулярной сечению на фиг.2,
фиг.4 - система жидкокристаллических элементов, образующая знак Z в виде стрелы, с токоприемным электродом и выводом, рассматриваемая в проекции на слой подложки,
фиг.5 - еще одна конфигурация жидкокристаллических элементов, образующая знак Z, имеющий форму букв "ON", совместно с токоприемным электродом и выводом, рассматриваемая в проекции на слой подложки,
фиг.6 - пример практического применения индикатора.
Жидкокристаллический индикатор напряжения согласно первому варианту осуществления изобретения представляет собой многослойную пластину, содержащую:
- первый слой 1 подложки,
- первый проводящий слой 2, разделенный на проводящие сегменты 2a, 2b, 2c и примыкающий к одной стороне первого слоя подложки,
- промежуточный слой 3, примыкающий к первому проводящему слою 2,
- второй проводящий слой 4, разделенный на проводящие сегменты 4d, 4e, 4f и примыкающий к другой стороне промежуточного слоя 3,
- второй слой 5 подложки.
Промежуточный слой 3 - это структура, которая содержит жидкий кристалл и изменяет свои оптические свойства в электрическом поле переменного тока.
Оба проводящих слоя 2 и 4 разделены на одинаковое количество сегментов, причем первый проводящий слой 2 является прозрачным. Сегменты 4d, 4e и 4f второго проводящего слоя 4 выполнены так, что один сегмент 4f большего размера больше всех остальных сегментов 4d и 4e меньшего размера этого слоя. Сегменты 2a, 2b и 2c первого проводящего слоя выполнены аналогично сегментам меньшего размера второго проводящего слоя, причем конфигурация сегментов двух проводящих слоев такова, что один концевой сегмент 2a первого прозрачного слоя снабжен выводом 6, который является внешним выходным выводом дисплея, и распложен напротив фрагмента поверхности одного сегмента 4d меньшего размера второго проводящего слоя. Другие сегменты первого проводящего слоя, за исключением второго концевого сегмента 2c первого проводящего слоя, расположены последовательно, каждый напротив фрагмента поверхности двух соседних сегментов меньшего размера второго проводящего слоя, а второй концевой сегмент 2c первого проводящего слоя расположен напротив фрагмента поверхности сегмента 4e меньшего размера второго проводящего слоя и напротив фрагмента поверхности сегмента 4f большего размера этого слоя. Сегмент 4f большего размера, показанный в иллюстративном варианте осуществления на фиг.1b, имеет форму заглавной буквы "U", и сегменты 4d и 4e меньшего размера имеют форму прямоугольников и размещены на слое 1 подложки между ветвями буквы "U".
Жидкокристаллический индикатор напряжения, выполненный согласно второму варианту осуществления изобретения, представляет собой многослойную структуру, содержащую первый и второй слои подложки 10 и 50, проводящие сегменты 20a, 20b, 20c и 40d, 40e, которые осаждены произвольным методом изготовления тонкопленочных слоев, на поверхностях слоев 10 и 50 подложки, обращенных друг к другу, и промежуточный жидкокристаллический слой 30, расположенный между слоями подложки 10 и 50 и между проводящими сегментами 20a, 20b, 20c и проводящими сегментами 40d и 40e. По меньшей мере, один слой подложки и сегменты, осажденные на нем, по меньшей мере, частично прозрачны. Проводящие сегменты 20a, 20b, 20c, осажденные на слое 10 подложки, электрически изолированы друг от друга. Сегменты 40d и 40e, осажденные на слое 50 подложки, также изолированы друг от друга. В этом иллюстративном варианте осуществления изобретения количество проводящих сегментов, осажденных на обоих слоях подложки, ограничено пятью, но в практическом варианте осуществления индикатора он может иметь любое количество сегментов.
Конфигурация проводящих сегментов 20a, 20b, 20c и 40d, 40e такова, что в ортогональной проекции одного слоя подложки на другой фрагмент каждого сегмента 20a, 20b и 20c первого слоя 10 подложки перекрывается с, по меньшей мере, одним фрагментом проводящего сегмента 40d, 40e второго слоя 50 подложки. Перекрывающиеся фрагменты проводящих сегментов из обоих слоев подложки совместно с частью промежуточного жидкокристаллического слоя 30 образуют жидкокристаллические элементы дисплея 70ad, 70db, 70be, 70ec, которые электрически последовательно соединены, как показано на фиг.3. В частности, элемент 70ad электрически соединен с элементом 70db через сегмент 40d, элемент 70db электрически соединен с последующим элементом 70be через общий проводящий сегмент 20b и элемент 70be электрически соединен с элементом 70ec через сегмент 40e. Все жидкокристаллические элементы 70ad, 70db, 70be, 70ec в проекции на плоскость слоев подложки 10 и 50 образуют изображение знака Z в виде стрелы, которое отображается в случае наличия напряжения, каковой знак Z показан на фиг.2 и фиг.4.
Как показано на фиг.2b, проводящий сегмент 40d имеет форму геометрической фигуры в виде полоски, примыкающей к внешнему контуру отображаемой стрелы, и края концов этой полоски расположены в непосредственной близости от концов промежуточного жидкокристаллического слоя 30. Сегмент 20b выполнен аналогично сегменту 40d. Сегмент 40e заполняет поверхность знака, ограниченную сегментом 40d, и сегмент 20 с заполняет поверхность знака, ограниченную сегментом 20b. Вывод 60, ведущий за пределы промежуточного жидкокристаллического слоя 30, присоединен к сегменту 20c. В иллюстративном варианте осуществления изобретения, показанном на фиг.2 и 4, вывод 60 осажден на слой подложки 10 с использованием той же технологии, что и в случае проводящих сегментов 20a, 20b и 20c.
Согласно фиг.2а сегмент 20a занимает наибольшую площадь на слое 10 подложки, и его площадь во много раз больше, чем площадь поверхности любого другого сегмента на этом слое и также больше суммарной площади других сегментов. Этот сегмент является токоприемным электродом жидкокристаллического дисплея, и проекция жидкокристаллического элемента 70ad, лежащего в области, где этот сегмент перекрывается с сегментом 40d, имеет форму полоски, примыкающей к внешнему контуру отображаемого изображения знака, и края концов этой полоски находятся в непосредственной близости от края промежуточного жидкокристаллического слоя 30. Последовательные сегменты 20b, 40e и 20c выполнены таким образом, что проекции жидкокристаллических элементов 70db и 70be, аналогично проекции элемента 70ad, имеют форму полосок, последовательно примыкающих друг к другу и расположенных во внутренней области отображаемой стрелки, тогда как края концов этих полосок находятся в непосредственной близости от края промежуточного жидкокристаллического слоя 30, и проекция жидкокристаллического элемента 70ec заполняет поверхность знака Z, ограниченного проекцией жидкокристаллического элемента 70be.
В другом варианте осуществления второго варианта согласно изобретению, показанном на фиг.5, изображение знака Z имеет вид двух заглавных букв "O" и "N", где буква "N" состоит из жидкокристаллических элементов 80ad, 80db, 80be, 80ec дисплея, и буква "O" состоит из жидкокристаллических элементов 90ad, 90db, 90be, 90ec дисплея, сформированных, как в предыдущем варианте осуществления изобретения, вывод 60 дисплея разветвляется на два параллельных электрических проводника, каждый из которых присоединен к конкретному проводящему сегменту одной из букв "O" и "N". В этом варианте осуществления индикатора на одном из слоев 10 и 50 подложки находится фрагмент подложки, на поверхности которого нет проводящего сегмента и который является внутренней областью замкнутой буквы "O".
Согласно иллюстративному варианту осуществления изобретения слои 10 и 50 подложки выполнены из стекла. Проводящие сегменты 20a, 20b, 20c, 40d и 40e и вывод 60 прозрачны и выполнены из оксида индия-олова (ITO). На поверхности слоев 10 и 50 подложки с осажденными проводящими сегментами осаждены выравнивающие слои, которые ориентируют жидкий кристалл и которые не показаны на чертеже. Между выравнивающими слоями помещен нематический жидкий кристалл, ограниченный герметиком (не показан на чертеже), который связывает между собой слои 10 и 50 подложки по их внешней границе. Выравнивающие слои совместно с жидким кристаллом, расположенным между ними в пространстве, ограниченном герметиком, образуют промежуточный жидкокристаллический слой 30 типа ТН (твист-нематический).
Чтобы можно было использовать описанный индикатор для обнаружения напряжения с возможностью снятия показаний невооруженным глазом, вблизи внешней поверхности слоя 10 подложки размещен поляризатор 101 и вблизи слоя 50 подложки размещены поляризатор 102 и отражатель 103 согласно известному способу построения отражательных жидкокристаллических дисплеев ТН-типа. Вывод 60 электрически соединен с тестируемым электрическим проводником или элементом 104 посредством соединителя 105, как показано на фиг.6, и индикатор напряжения в целом находится в плоскости, параллельной поверхности тестируемого объекта 104. Дополнительно между отражателем 103 и тестируемым элементом 104 помещен диэлектрический разделитель, не показанный на чертеже, для снижения паразитной емкости, возникающей между проводящими сегментами индикатора и тестируемым элементом 104.
Если тестируемый элемент 104 не находится под напряжением, т.е. не существует разности потенциалов между тестируемым элементом 104 и его окружением, поверхность индикатора, рассматриваемая сквозь поляризатор 101, является однородной. Когда на тестируемый элемент 104 подано напряжение переменного тока, электрическое поле Е переменного тока, возникающее вблизи поверхности индикатора, формирует переменный электрический ток, текущий от тестируемого элемента 104 через соединитель 105 и вывод 60, через ряд жидкокристаллических элементов 70ec, 70be, 70db, 70ad в проводящий сегмент 20a, который является токоприемным электродом, и далее на окружающий индикатор через емкость между токоприемным электродом и окружением. Этого тока достаточно для превышения порогового значения для жидкокристаллических элементов 70ec, 70be, 70db, 70ad. В результате активируется жидкий кристалл внутри поверхности знака Z и появляется знак соответствующей формы, видимый невооруженным глазом, сигнализируя о наличии напряжения на тестируемом элементе 104.
Альтернативно слои 10 и 50 подложки могут быть выполнены из полимера, например сложного полиэфира, и промежуточный жидкокристаллический слой индикатора 30 может представлять собой структуру с жидким кристаллом в полимерной основе.
Альтернативно вместо гальванического соединения 105, показанного на фиг.6, вывод 60 может иметь емкостную связь с тестируемым проводником или элементом 104, что не показан на чертеже.
Альтернативно вместо соединения с элементом 104 вывод 60 может быть соединен с дополнительным, по меньшей мере, частично прозрачным проводящим слоем, расположенным перед слоем 10 подложки, который не показан на чертеже. Тогда ток, активирующий индикатор, течет в проводящий сегмент 20a, который является токоприемным электродом, через его емкостную связь с тестируемым проводником или элементом 104.
Кроме того, очевидно, что можно создать другие схемы соединения, которые позволят использовать индикатор в других конфигурациях.
1. Жидкокристаллический индикатор напряжения, содержащий первый слой подложки, на поверхности которого осажден первый проводящий слой, второй слой подложки, параллельный первому слою подложки, на поверхности которого осажден второй проводящий слой, обращенный к первому проводящему слою, причем, по меньшей мере, один из проводящих слоев является прозрачным, и содержащий промежуточный слой, расположенный между слоями подложки, причем промежуточный слой является структурой, содержащей жидкий кристалл и изменяющей свои оптические свойства в электрическом поле переменного тока, отличающийся тем, что каждый из проводящих слоев делится на, по меньшей мере, два сегмента, которые не соприкасаются друг с другом, сегменты второго проводящего слоя (4), осажденного на втором слое (5) подложки, выполнены так, что один сегмент больше любого другого сегмента меньшего размера этого слоя, и сегменты первого проводящего слоя (2), осажденного на первом слое (1) подложки, выполнены аналогично сегментам меньшего размера второго проводящего слоя (4), конфигурация сегментов обоих проводящих слоев такова, что один концевой сегмент первого проводящего слоя, снабженный выводом (6), являющимся внешним электрическим выводом индикатора, расположен напротив фрагмента поверхности одного сегмента меньшего размера второго проводящего слоя (4), и другие сегменты первого проводящего слоя (2), за исключением второго концевого сегмента первого проводящего слоя (2), расположены последовательно, каждый напротив фрагментов поверхности двух соседних сегментов меньшего размера второго проводящего слоя (4), и второй концевой сегмент первого проводящего слоя (2) расположен напротив фрагмента поверхности сегмента меньшего размера второго проводящего слоя (4) и напротив фрагмента поверхности сегмента большего размера этого слоя.
2. Жидкокристаллический индикатор напряжения, содержащий первый слой подложки, на поверхности которого осаждены проводящие сегменты, электрически изолированные друг от друга, второй слой подложки, параллельный первому слою, на поверхности которого осаждены проводящие сегменты, электрически изолированные друг от друга, причем, по меньшей мере, один из слоев подложки и сегменты, осажденные на нем, по меньшей мере, частично прозрачны, и содержащий промежуточный жидкокристаллический слой, расположенный между слоями подложки с проводящими сегментами, и конфигурация проводящих сегментов на обоих слоях подложки такова, что фрагмент каждого сегмента, осажденного на одном слое подложки, перекрывается с, по меньшей мере, одним фрагментом сегмента, осажденного на втором слое подложки, и перекрывающиеся фрагменты проводящих сегментов из обоих слоев подложки, совместно с частью промежуточного жидкокристаллического слоя, образуют жидкокристаллические элементы индикатора, которые последовательно электрически соединены таким образом, что один жидкокристаллический элемент электрически соединен со следующим элементом через общий проводящий сегмент, и все жидкокристаллические элементы в плоскости сечения, параллельной слоям подложки, совместно образуют изображение знака, которое отображается в случае наличия напряжения, и к одному из проводящих сегментов присоединен электрический вывод, ведущий за пределы области промежуточного жидкокристаллического слоя, отличающийся тем, что вся область проводящего сегмента, расположенная на поверхности слоя подложки вне области изображения знака, является токоприемным электродом индикатора, и жидкокристаллические элементы выполнены так, что проекция одного жидкокристаллического элемента на плоскость одного из слоев подложки имеет форму полоски, окаймляющей внешний контур отображаемого изображения знака, и края концов этой полоски расположены в непосредственной близости от края промежуточного жидкокристаллического слоя, а проекции других жидкокристаллических элементов расположены в области изображения знака, ограниченной этой полоской.
3. Жидкокристаллический индикатор по п.2, отличающийся тем, что изображение знака состоит из многих символов, отделенных друг от друга, каждый из которых выполнен из многих жидкокристаллических элементов, и в каждом символе, по меньшей мере, один жидкокристаллический элемент содержит проводящий сегмент, электрически соединенный с выводом через его параллельное ответвление.
4. Жидкокристаллический индикатор по п.2, отличающийся тем, что промежуточный жидкокристаллический слой содержит нематический жидкий кристалл.
5. Жидкокристаллический индикатор по п.2, отличающийся тем, что промежуточный жидкокристаллический слой содержит жидкий кристалл, заключенный в полимерную матрицу.
6. Жидкокристаллический индикатор по п.2, отличающийся тем, что площади поверхности проекции, по меньшей мере, двух последовательных жидкокристаллических элементов, по существу, одинаковы.
7. Жидкокристаллический индикатор по п.2, отличающийся тем, что площади поверхности проекции последовательных, соседних друг с другом жидкокристаллических элементов возрастают или убывают.
