Универсальная схема подключения ЖК-дисплея HD44780 – Радиодед
Предложена простая схема, которая позволяет подключать любые ЖК-индикаторы на базе контроллера HD44780 с параллельной шиной управления в 4- и 8-битовых режимах. Семисегментные и знакосинтезирующие производства ООО «МЭЛТ» и любые зарубежные LCD160x подключаются одинаково. Вместо чтения сигнала готовности используется временная задержка для выполнения индикатором операции записи во внутренние регистры.
Технические решения, положенные в основу разработки, защищены патентами РФ №2390048, №2547217 на изобретение, они будут рассмотрены подробно. Подразумевается, что читатель представляет себе принципы управления ЖКИ и последовательной передачи данных.
Выбор команды или данных при записи в регистр индикатора осуществляется логическим уровнем, подаваемым на сигнальный вход A0. При «0» информационное слово на шине данных интерпретируется контроллером как команда, при «1» — как данные. В предлагаемой схеме этот выбор производится установкой/сбросом линии последовательных данных SD интерфейса сразу после окончания записи в сдвиговый регистр.
Остается, согласно техдокументации на прибор, подать импульс на вход разрешения записи (E), который формирует цепь VD1, R2, C2. Любой импульс на линии CLK заряжает конденсатор C2. Таким образом, с началом записи в сдвиговый регистр, устанавливается высокий уровень на входе разрешения индикатора (в согласии с документацией) и поддерживается в течение всего цикла. По завершению последнего тактового импульса, в текущем обращении, конденсатор начинает разряжаться через R2. При достижении напряжением половины напряжения питания, информация защелкивается в регистре драйвера индикатора (не соответствует документации на индикатор, но в согласии с физикой работы полупроводниковых приборов). Маленький нюанс…
Этот алгоритм надежно работает, когда высокий уровень на входе разрешения установлен до начала изменения данных на шине индикатора. Поэтому логика программы формирует тактовых импульсов на один больше, чем требуется (только для знакосинтезирующих дисплеев).
Самый первый из них информационно пуст, но именно он «взводит» разрешение. Учитывая минимальное время выполнения операции логикой индикатора с контроллером HD44780 (40мкС), время разряда конденсатора до порогового уровня (~14-20мкС) не сильно уменьшает общее быстродействие.
Для примера, время опроса 4-х кнопок и записи байта в 8-и битовом режиме, при тактовой частоте МК 8МГц, составляет всего 34мкС. Байт, в 4-битовом режиме, пишется за 88мкС. Это время включает и сканирование. Для семисегментных MT-10T7/8/9 программная часть чуть проще, сканирование кнопок и вывод 10-и знаков на индикатор занимает около 600uS (тактовая частота МК 8МГц).
Предлагаемое решение имеет существенный недостаток. Поскольку временной интервал записи в регистры ЖКИ формируется с помощью (аналоговой) цепи (R2, C2), схема становится критичной к частоте тактирования управляющего контроллера. Компенсация этой зависимости предусмотрена для индикаторов типа MT-10. В программе необходимо выбрать константу Dly_wr, соответствующую диапазону частоты.
Работоспособность схемы не проверялась на частотах ниже 4-х и выше 20MHz, однако на низких частотах, теоретически, не существует ограничений. Знакосинтезирующие индикаторы MT проверялись на частоте микроконтроллера 8МГц. Другие частоты потребуют коррекции программных задержек. Все испытания проводились с микроконтроллерами ATTINY (13, 24, 25, 261).
Кроме управления индикаторным модулем, описываемое схемное решение позволяет генерировать звуковые сигналы, правда с некоторыми ограничениями. Канал звука содержит n-канальный MOSFET транзистор и пьезоизлучатель. Обновление данных в индикаторе и звуковые сигналы близки по спектру, поэтому для каждого конкретного устройства, где планируется применить это решение, требуется выбрать номинал конденсатора C4 для максимального подавления сигнала с частотой передачи данных по шине, но слабые щелчки в моменты обращения к индикатору все же слышны. Учитывая небольшие затраты на канал звука и преимущества, которые он предоставляет в информационном плане, с этими недостатками можно мириться.
В состав модуля дополнительно включена схема сканирования матрицы кнопок. Подпрограмма опроса организует «бегущую единицу» на выходах регистра сдвига, которая поочередно открывает ключи аналогового коммутатора, к которым, в свою очередь, подключены кнопки. Состояние шины SD интерфейса, во время логической «1» на шине CLK, считывается микроконтроллером. Емкость шины SD, заряженная до 5В при подготовке опроса, разряжается, если кнопка нажата. Нажимать можно по одной и группами, логика программы формирует позиционный код независимо для каждой кнопки. Демонстрационная программа для индикаторов МТ-10 выводит скан-код в первую позицию, сопровождая любое нажатие коротким звуковым сигналом. При необходимости, количество кнопок можно удвоить, если добавить второй коммутатор.
Еще одним недостатком является необходимость обновления индикатора при сканировании кнопок. Завершение опроса формирует импульс записи в индикатор и может испортить записанные ранее данные. Хотя этот вопрос до конца пока не исследован (неизвестно, как ведет себя адресный счетчик МТ-10 при переполнении), все же рекомендуется так строить программу, чтобы обойти этот момент.
Демонстрационные программы для семисегментных индикаторов MT-10T7/8/9 и знакосинтезирующих MT-XX при работе в 4-х и 8-и битовых режимах написаны на языке ассемблера для микроконтроллеров фирмы ATMEL серии TINY и компилировались конкретно для tiny2313. Демки демонстрируют только возможности управления индикаторами, сервис кнопок и звукового канала по последовательному двухпроводному интерфейсу. Автор предпочитает называть его DDI — The interface of distant devices (интерфейс удаленных устройств).
Исходный текст легко перекомпилировать на любой микроконтроллер ATMEL, т.к. таймеры, прерывания и специальные возможности не используются. Достаточно «голого» микроконтроллера, к двум портам которого подключена схема сопряжения. Объем кода, отвечающий непосредственно за обслуживание индикатора получился чрезвычайно компактным и не будет помехой даже при реализации на МК с малой памятью.
Несколько комментарий к осцилограммам. Первая осциллограмма иллюстрирует процесс с ЖКИ MT-10T. Первые четыре фронта CLK это запись 1 в младший разряд сдвигового регистра («бегущая 1»). Следующие четыре импульса CLK это сдвиг единицы и чтение состояния кнопок. Обратите внимание на спад вершин импульсов шины SD, они скошены. Это порт микроконтроллера переключен на вход. Кнопки отпущены, читается их инверсное значение. Код нажатия 0000. Потом переход к программе записи информации и занесение нулевого адреса в адресный регистр (SD=A0). Далее (CLK=0) формируется спадающий фронт разрешения записи. Центральная вертикальная линия на половине напряжения питания.
На второй картинке полный цикл обновления данных. 20 полубайт с SD=1 (A0). Состояние кнопок в регистре (sc_key), индикатор обновлен.
Третья относится к знакосинтезирующим индикаторам в байтовом режиме. Вес нажатой кнопки 4. Выводится код символа, по завершению устанавливается SD. Полубайтовый режим не имеет отличий в осцилограммах, поэтому не приводится.
Интересное наблюдение (см. последняя осциллограмма)… Разрешение записи на индикатор подано, на A0 (SD) и шине данных изменяется информация, т.к. идет непрерывная запись в сдвиговый регистр, а на экран будет выведен нужный символ, код которого содержится в последних 8 битах, записанных в регистр. Это указывает, что драйвер индикатора не имеет в составе счетчика бит. Информация в индикаторе сохранится только та, которая находится на шине индикатора в момент спада импульса разрешения. Такая организация контроллера ЖКИ позволяет делать то, что описано в данной статье, напоминая нам известную притчу про гланды.
Скачать исходник и прошивку
Литература:
- Радиолоцман №12, 2016
- http://vbb.su/?p=66
Автор: Бабанин Валерий Борисович, Красноярский край, [email protected]
Просмотров всего: 7 863, сегодня: 10
Методы управления ЖК-дисплеем — Время электроники
PDF версия
Аналитика Статьи
Благодаря достижениям в технологии ЖК-дисплеев и более глубокому пониманию модуляции плотности появились новые способы цифрового управления изображением. Они менее затратны с экономической точки зрения и применимы для любого уровня миниатюризации. В данной статье рассматриваются два цифровых способа управления ЖК-дисплеем в сравнении с классическим.
Обычно управление ЖК-дисплеем осуществляется посредством аналогового метода с помощью резистивного делителя или генератора подкачки.
Причем резистивный делитель используется гораздо чаще. Цепочка резисторов образует делитель напряжения. Управляющий сигнал формируется путем мультиплексирования уровней напряжения на выводах GPIO в определенные моменты времени. Недостатком данного подхода является большое потребление и низкое качество изображения за счет емкостного характера ЖК-дисплея. Генератор подкачки или резистивный делитель генерирует ступенчатое напряжение (см. рис. 1). Количество ступеней зависит от уровня смещения (коэффициента мультиплексирования).
Рис. 1. Управляющие сигналы при аналоговом подходе |
По организации сегментов ЖКИ делятся на симплексные и мультиплексные. Преимущества и недостатки каждого типа перечислены в таблице 1.
Таблица 1. Сравнение симплексного и мультиплексного способов управления
Свойство | Симплексный | Мультиплексный |
| Количество выводов | Много | Мало |
| Количество микросхем контроллеров | Много | Мало |
| Стоимость контроллера | Высокая | Низкая |
| Паразитные помехи | Нет | От небольших до сильных |
| Диапазон управляющих напряжений | Широкий | Фиксированный |
| Температурная компенсация | Нет | –8 мВ/1°C |
| Форма управляющего сигнала | Простая | Сложная |
| Высокие температуры | Отлично | Хорошо |
| Низкие температуры | Очень хорошо | Хорошо |
| Сегменты | 1…160 | 40…6000 |
| Угол обзора | Широкий | Узкий |
| Контрастность | Высокая | Низкая |
| Негативные изображения | Отлично | Плохо |
В дисплее с симплексным управлением каждый сегмент управляется собственным контроллером.
Такие ЖКИ имеют высокий контраст и широкий температурный диапазон и применяются в основном в уличных устройствах отображения (колонки АЗС, часы). Симплексные контроллеры обычно создают управляющее напряжение частотой 30…60 Гц. Сегменты мультиплексного индикатора сгруппированы в матрицу. Имеется несколько общих выводов (COM), на каждом из которых адресация к конкретному сегменту производится с помощью сигнала SEG.
Цифровая корреляция
Цифровая корреляция обеспечивает высокий коэффициент разделения. Однако при этом возрастает мощность потребления и стоимость изготовления схемы. Вместо аналоговых ступеней для формирования управляющего сигнала используются стандартные цифровые уровни — напряжение питания и земля, переключение между которыми производится в заданные моменты времени. Достоинством данного подхода является простая аппаратная реализация (таймер или ШИМ с ПДП или прошивка МК и ISR). Таким образом, управление может проводиться с помощью FPGA или МК.
Вторым важным преимуществом является наличие энергосберегающего режима работы.
Когда устройство выходит из режима ожидания и сменяет субкадр, контроллеру достаточно перевести напряжение на выводе GPIO на низкий или высокий уровень, после чего снова перейти в энергосберегающий режим. В результате в активном режиме схема управления находится очень короткий промежуток времени.
Если общий сигнал (СОМ) совпадает с сигналом сегмента (SEG), то сегмент считается выбранным (см. рис. 2). В конце каждого субкадра вставляется «мертвый» цикл. Уровни включения и выключения генерируются не с помощью ЦАП, как в аналоговых схемах, а за счет регулирования среднеквадратичного напряжения.
Рис. 2. Цифровые управляющие сигналы |
Напряжение на сегменте ЖКИ есть разность между напряжениями SEG и COM. Пороговые значения для напряжения включения и выключения сегмента вычисляются по формулам (1) и (2) соответственно.
| , (1) |
| , (2) |
где n — количество сигналов COM, d — количество «мертвых» состояний.
Коэффициент разделения равен отношению Vrms_on к Vrms_off:
| . |
Чем больше D, тем сильнее контраст между включенным и выключенным состояниями сегмента. Чем меньше общих выводов (СОМ), тем коэффициент разделения больше. Рекомендуется использовать не более 4 общих линий.
Модуляция плотности
Многоуровневый ступенчатый сигнал, похожий на управляющий сигнал с рисунка 1, можно получить с помощью модуляции плотности.
В идеальном случае ЖКИ представляет собой конденсатор. Однако за счет внутренних свойств стекла ЖК-дисплея он работает как фильтр. Соответственно, изменяя параметры ШИМ, можно добиться, чтобы он обеспечивал постоянное напряжение.
Достоинством данного подхода является низкая стоимость и малый риск в процессе проектирования, поскольку вместо аналоговых компонентов используется программное обеспечение. С другой стороны, схема имеет высокую мощность потребления за счет высокой тактовой частоты ШИМ.
Для масштабирования мощности потребления к выводам ЖКИ подсоединяются внешние резисторы.
Управляющее напряжение при использовании ШИМ вычисляется по формулам (3) и (4).
| . (3) |
| . (4) |
Контрастность при этом подходе выше, чем в случае цифровой корреляции:
| . |
Пример
Для наглядности сравним рассмотренные выше способы управления на примере ЖКИ VIM-404 TN. Схема управления дисплеем делится на две части: блок установления управляющей последовательности с драйвером (см. рис. 3) и блок формирования логических уровней (см. рис. 4).
Рис. 3. Схема установления последовательности управления |
Рис. 4. Схема формирования логических уровней |
На рисунке 3 показана схема для дисплея с 4 общими сигналами.
Управляющая последовательность (блок Sequencer) задает очередность управления сегментами, а также тип сигнала (инвертированный или нет). Для определения текущего состояния сегмента Sequencer обращается к ОЗУ (см. рис. 4). Это автомат, работающий непрерывно. Регулировка контраста производится путем изменения скважности ШИМ в блоке Dead Time. ШИМ в блоке смещения (Bias) генерирует высокое и низкое напряжения смещения.
На рисунке 5 показан ЖКИ, управляемый методом цифровой корреляции. Изображение не отличается высокой контрастностью и мало отличается от изображения, полученного аналоговым способом. Показанные на рисунках 6 и 7 ЖКИ управляются ШИМ со смещением 1/2 и 1/3. Сегменты имеют более четкий контраст, чем при цифровой корреляции, однако между двумя вариантами смещения разница видна только при очень тщательном рассмотрении.
Рис. 5. Изображение, полученное методом цифровой корреляции |
Рис. |
Рис. 7. Изображение, полученное с помощью ШИМ при смещении 1/3 |
6. Изображение, полученное с помощью ШИМ при смещении 1/2Заключение
Аналоговое управление ЖКИ применяется уже более 20 лет. С появлением более сложных дисплеев с большим количеством пикселов этот подход вытесняется цифровым. Программная реализация позволяет сэкономить место на кристалле и снизить потребление схемы за счет работы в энергосберегающем режиме.
Литература
1. Murphy R. Alternative methods of LCD control.
LCD 16×2 Распиновка, команды и отображение пользовательских символов
— Реклама —
Мы повсюду сталкиваемся с жидкокристаллическими дисплеями (ЖК-дисплеями). В компьютерах, калькуляторах, телевизорах, мобильных телефонах и цифровых часах для отображения времени используется какой-либо дисплей.
ЖК-экран представляет собой электронный дисплейный модуль, использующий жидкие кристаллы для создания видимого изображения.
ЖК-дисплей 16 × 2 — это очень простой модуль, обычно используемый в домашних условиях и схемах. 16×2 переводит отображение 16 символов в строке в 2 таких строки. В этом ЖК-дисплее каждый символ отображается в матрице 5×7 пикселей.
Номер контакта | — Реклама — Функция | Имя |
| 1 | Земля (0 В) | Заземление |
| 2 | Напряжение питания; 5В (4,7В – 5,3В) | Вкк |
| 3 | Регулировка контрастности; лучше всего использовать переменный резистор, например, потенциометр. Выход потенциометра подключен к этому контакту. Вращайте ручку потенциометра вперед и назад, чтобы отрегулировать контрастность ЖК-дисплея. | Во/ВЭЭ |
| 4 | Выбирает регистр команд при низком уровне и регистр данных при высоком уровне | RS (выбор регистра) |
| 5 | Низкий уровень для записи в регистр; Высокий для чтения из регистра | Чтение/запись |
| 6 | Отправляет данные на выводы данных при подаче импульса с высокого на низкий; Для выполнения инструкции требуется дополнительный толчок напряжения, и для этой цели используется сигнал EN (разрешение). Обычно мы устанавливаем en=0, когда мы хотим выполнить инструкцию, мы делаем en=1 высоким на несколько миллисекунд. После этого снова заземляем, то есть en=0. | Включить |
| 7 | 8-битные контакты данных | ДБ0 |
| 8 | ДБ1 | |
| 9 | ДБ2 | |
| 10 | ДБ3 | |
| 11 | ДБ4 | |
| 12 | ДБ5 | |
| 13 | ДБ6 | |
| 14 | ДБ7 | |
| 15 | Светодиодная подсветка VCC (5 В) | Светодиод+ |
| 16 | Заземление светодиодной подсветки (0 В) | Светодиод- |
ЖК-дисплей 16X2 имеет два регистра, а именно, команды и данных. Выбор регистра используется для переключения с одного регистра на другой. RS=0 для регистра команд, тогда как RS=1 для регистра данных.
Регистр команд: В регистре команд хранятся командные инструкции, передаваемые ЖК-дисплею. Команда — это указание, данное ЖК-дисплею для выполнения предопределенной задачи. Например:
- инициализация
- очищает экран
- установка позиции курсора
- дисплей управления и т. д.
Обработка команд происходит в регистре команд.
Регистр данных: В регистре данных хранятся данные, которые будут отображаться на ЖК-дисплее. Данные представляют собой значение ASCII символа, которое будет отображаться на ЖК-дисплее. Когда мы отправляем данные на LCD, они попадают в регистр данных и там обрабатываются. Когда RS=1, выбирается регистр данных.
Важные коды команд для ЖК-дисплея| Серийный номер | Шестнадцатеричный код | Команда для инструкции ЖК-дисплея Регистр |
| 1 | 01 | Очистить экран дисплея |
| 2 | 02 | Возвращение домой |
| 3 | 04 | Уменьшение курсора (перемещение курсора влево) |
| 4 | 06 | Курсор увеличения (перемещение курсора вправо) |
| 5 | 05 | Сдвиг дисплея вправо |
| 6 | 07 | Дисплей сдвига влево |
| 7 | 08 | Дисплей выключен, курсор выключен |
| 8 | 0А | Дисплей выключен, курсор на |
| 9 | 0С | Дисплей включен, курсор выключен |
| 10 | 0Е | Дисплей включен, курсор мигает |
| 11 | 0Ф | Дисплей включен, курсор мигает |
| 12 | 10 | Сдвинуть позицию курсора влево |
| 13 | 14 | Сдвинуть позицию курсора вправо |
| 14 | 18 | Сдвинуть весь дисплей влево |
| 15 | 1С | Сдвинуть весь дисплей вправо |
| 16 | 80 | Переместить курсор в начало ( 1-я строка) |
| 17 | С0 | Переместить курсор в начало (2-я строка) |
| 18 | 38 | 2 строки и матрица 5×7 |
Создание пользовательских символов на ЖК-дисплее не очень сложно.
Это требует знаний о специально сгенерированной памяти с произвольным доступом (CG-RAM) ЖК-дисплея и контроллере микросхемы ЖК-дисплея. Большинство ЖК-дисплеев содержат контроллер Hitachi HD4478.
CG-RAM является основным компонентом для создания пользовательских персонажей. Он хранит пользовательские символы, однажды объявленные в коде. Размер CG-RAM составляет 64 байта, что позволяет создавать восемь символов за раз. Каждый символ имеет размер восемь байтов.
Адрес CG-RAM начинается с 0x40 (шестнадцатеричный) или 64 в десятичном формате. Мы можем генерировать пользовательские символы по этим адресам. Как только мы сгенерируем наши символы по этим адресам, мы сможем распечатать их, просто отправив команды на ЖК-дисплей. Адреса символов и команды печати приведены ниже.
ТаблицаВ приведенной выше таблице вы можете увидеть начальные адреса для каждого символа с их командами печати.
Первый символ генерируется по адресам от 0x40 до 0x47 и печатается на ЖК-дисплее при отправке команды 0.
Второй символ генерируется по адресам от 0x48 до 0x55 и печатается при отправке команды 1.
Как Создание пользовательских символов в CG-RAMВ ЖК-дисплеях каждый символ находится в матрице 5×8. Где 5 — количество столбцов, а 8 — количество строк.
LCD 16×2 MatrixВот простой пример того, как создать букву «b» в CG-RAM.
Массив для создания ‘b’: char b[7]={0x10,0x10,0x16,0x19,0x11,0x11,0x1E}; То есть
- Отправьте адрес, где вы хотите создать персонажа.
- Теперь создайте своего персонажа по этому адресу. Отправьте значения массива символов «b», определенные выше, одно за другим в регистр данных ЖК-дисплея.
- Для печати сгенерированного символа по адресу 0x40. Отправьте команду 0 в регистр команд ЖК-дисплея. В приведенной ниже таблице это поясняется более четко:
ЖК-модули очень важны во многих встраиваемых системах на основе Arduino для улучшения пользовательского интерфейса системы.
Взаимодействие с Arduino дает программисту больше свободы для легкой настройки кода. Для построения схемы достаточно любой недорогой платы Arduino, ЖК-дисплея 16X2 символов, перемычек и макетной платы. Взаимодействие Arduino с ЖК-дисплеем показано ниже.
Комбинация ЖК-дисплея и Arduino дает несколько проектов, самый простой из которых — ЖК-дисплей для отображения яркости светодиода. Все, что нам нужно для этой схемы, это ЖК-дисплей, Arduino, макетная плата, резистор, потенциометр, светодиод и несколько соединительных кабелей. Соединения схемы ниже.
LCD 16×2 Project CircuitПодробный проект доступен при отображении яркости светодиода на ЖК-дисплее.
Эта статья была впервые опубликована 21 ноября 2016 г. и недавно обновлена 8 декабря 2022 г. Дисплеи (ЖК-дисплеи), такие как компьютеры, цифровые часы, а также проигрыватели DVD и CD. Они стали очень распространенными и совершили гигантский скачок в индустрии экранов, явно заменив использование электронно-лучевых трубок (ЭЛТ).
CRT потребляет больше энергии, чем LCD, а также больше и тяжелее. ЖК-дисплеи сделали дисплеи тоньше, чем ЭЛТ. Даже при сравнении ЖК-экрана со светодиодным экраном энергопотребление меньше, поскольку он работает по основному принципу блокирования света, а не рассеяния. Все мы видели ЖК-дисплей, но никто не знает, как он работает. Давайте посмотрим на работу ЖК-дисплея.
Приведенная ниже статья состоит из двух разделов:
1. Основные сведения о ЖК-дисплеях 2. Принцип работы ЖК-дисплеев с микроконтроллерами: — здесь у нас есть отличная статья о том же: — Примечание о символьном ЖК-дисплее .
Вещество «жидкий кристалл» было случайно обнаружено ботаником Фридрихом Рейнитцером еще в 1888 году. Однако коммерчески доступные жидкие кристаллы не были разработаны до конца 19 века.60-е годы. Если вы хотите подробно узнать об истории изобретения ЖК-дисплея, прочтите статью: — История изобретения жидкокристаллического дисплея (ЖК-дисплея)
Мы получили определение ЖК-дисплея из самого названия «жидкий кристалл».
На самом деле это сочетание двух состояний материи – твердого и жидкого. Они обладают свойствами как твердых тел, так и жидкостей и сохраняют свое соответствующее состояние по отношению к другому. Твердые тела обычно сохраняют свое состояние, в отличие от жидкостей, которые меняют свою ориентацию и перемещаются повсюду в конкретной жидкости. Дальнейшие исследования показали, что жидкокристаллические материалы находятся в более жидком состоянии, чем в твердом. Следует также отметить, что жидкие кристаллы более чувствительны к теплу, чем обычные жидкости. Небольшое количество тепла может легко превратить жидкий кристалл в жидкость. По этой причине они также используются для изготовления термометров.
Основы ЖК-дисплеев:-
Жидкокристаллический дисплей имеет явное преимущество в том, что потребляет меньше энергии, чем светодиод. Обычно это порядка микроватт для дисплея по сравнению с милливаттами для светодиодов. Требование низкого энергопотребления сделало его совместимым с интегральной логической схемой МОП.
Другими его преимуществами являются низкая стоимость и хорошая контрастность. Основными недостатками LCD s являются дополнительные требования к источнику света, ограниченный температурный диапазон эксплуатации (от 0 до 60°C), низкая надежность, малый срок службы, плохая видимость при слабом окружающем освещении, низкая скорость работы и необходимость привод переменного тока.
Базовая структура ЖК-дисплея
Жидкокристаллическая ячейка состоит из тонкого слоя (около 10 мкм) жидкого кристалла, зажатого между двумя листами стекла с прозрачными электродами, нанесенными на их внутренние поверхности. Поскольку оба стеклянных листа прозрачны, ячейка известна как ячейка пропускающего типа. Когда одно стекло прозрачное, а другое имеет отражающее покрытие, ячейка называется отражающего типа. ЖК-дисплей не излучает собственной подсветки. На самом деле его визуальный эффект полностью зависит от освещения, падающего на него от внешнего источника
Типы ЖК/жидкокристаллических дисплеев.
Доступны два типа дисплея: дисплей с динамическим рассеянием и дисплей с эффектом поля.
Когда на дисплей динамического рассеяния подается питание, молекулы области дисплея, находящейся под напряжением, становятся турбулентными и рассеивают свет во всех направлениях. Следовательно, активированные области приобретают вид матового стекла, что приводит к серебристому дисплею. Конечно, обесточенные области остаются полупрозрачными.
ЖК-дисплей с полевым эффектом содержит передний и задний поляризаторы, расположенные под прямым углом друг к другу. Без электрического возбуждения свет, проходящий через передний поляризатор, поворачивается в жидкости на 90°.
Теперь давайте рассмотрим различные разновидности жидких кристаллов, доступных для промышленных целей. Наиболее пригодными жидкими кристаллами среди всех других являются жидкие кристаллы нематической фазы.
ЖК-дисплей с нематической фазой
Наибольшее преимущество жидкокристаллического вещества с нематической фазой заключается в том, что оно может вызывать предсказуемые контролируемые изменения в зависимости от проходящего через них электрического тока.
Все жидкие кристаллы зависят от их реакции на разницу температур, а также от природы вещества.
Скрученный нематик, особое нематическое вещество, скрученное естественным образом. Когда к веществу прикладывается известное напряжение, оно раскручивается в той или иной степени в соответствии с нашим требованием. Это, в свою очередь, полезно для контроля прохождения света. Жидкий кристалл с нематической фазой можно снова классифицировать на основе того, как молекулы ориентируются друг относительно друга. Это изменение ориентации в основном зависит от директора, которым может быть что угодно, от магнитного поля до поверхности с микроскопическими канавками. Классификация включает смектические, а также холестериновые. Смектик можно снова классифицировать как смектик C, в котором молекулы в каждом слое наклонены под углом по отношению к предыдущему слою. Холестерин, с другой стороны, имеет молекулы, которые слегка закручиваются от одного слоя к другому, создавая спиралевидный дизайн. Существуют также комбинации этих двух, называемые сегнетоэлектрическими жидкими кристаллами (FLC), которые включают холестерические молекулы в молекулу смектического типа C, так что спиральная природа этих молекул обеспечивает микросекундное время отклика переключения.
Это делает FLC полезными для продвинутых дисплеев.
Молекулы жидких кристаллов далее подразделяются на термотропные и лиотропные кристаллы. Первое изменяется пропорционально изменениям давления и температуры. Они также делятся на нематические и изотропные. Нематические жидкие кристаллы имеют фиксированный порядок рисунка, в то время как изотропные жидкие кристаллы распределены случайным образом. Лиотропный кристалл зависит от типа растворителя, с которым они смешаны. Поэтому они полезны в производстве моющих средств и мыла.
Изготовление ЖКИ
- Несмотря на то, что изготовление ЖК-дисплея довольно простое, при его изготовлении необходимо учитывать некоторые факты.
- Базовая структура ЖК-дисплея должна контролируемо изменяться в зависимости от приложенного электрического тока.
- Свет, который используется на ЖК-дисплее, может быть поляризованным.
- Жидкие кристаллы должны быть способны как пропускать, так и изменять поляризованный свет.
- Существуют прозрачные вещества, которые могут проводить электричество.
Чтобы сделать ЖК-дисплей, вам нужно взять два куска поляризованного стекла. Стекло, не имеющее поляризованной пленки, необходимо натереть специальным полимером, создающим на поверхности микроскопические бороздки. Следует также отметить, что канавки находятся в том же направлении, что и поляризационная пленка. Затем все, что вам нужно сделать, это добавить покрытие из нематических жидких кристаллов на один из фильтров. Канавки заставят первый слой молекул выровняться с ориентацией фильтра. Затем под прямым углом к первой части вы должны добавить вторую часть стекла вместе с поляризационной пленкой. До самого верхнего слоя на 9Под углом 0 градусов ко дну каждый последующий слой молекул TN будет продолжать скручиваться. Первый фильтр будет естественным образом поляризован, когда на него падает свет в начале. Таким образом, свет проходит через каждый слой и направляется к следующему с помощью молекул.
Когда это происходит, молекулы стремятся изменить плоскость вибрации света, чтобы она соответствовала их собственному углу. Когда свет достигает дальней стороны жидкокристаллического вещества, он вибрирует под тем же углом, что и последний слой молекул. Свету разрешается проникать только в том случае, если второй поляризованный стеклянный фильтр такой же, как и последний слой. Взгляните на рисунок ниже.
Основной принцип работы молекул жидких кристаллов заключается в том, что при подаче на них электрического тока они имеют тенденцию раскручиваться. Это вызывает изменение угла прохождения света через них. Это вызывает изменение угла наклона верхнего поляризационного фильтра по отношению к нему. Так мало света может проходить через эту конкретную область ЖК-дисплея. Таким образом, эта область становится темнее по сравнению с другими.
Для изготовления ЖК-экрана сзади необходимо установить отражающее зеркало. Сверху удерживается электродная плоскость из оксида индия-олова, а с нижней стороны также добавляется стекло с поляризующей пленкой.
Вся площадь ЖК-дисплея должна быть покрыта общим электродом, а над ним должно находиться жидкокристаллическое вещество. Далее идет еще один кусок стекла с электродом в форме прямоугольника внизу и еще одна поляризационная пленка сверху. Следует отметить, что оба они держатся под прямым углом. Когда тока нет, свет проходит через переднюю часть ЖК-дисплея, отражается зеркалом и отражается обратно. Поскольку электрод подключен к временной батарее, ток от него вызовет раскручивание жидких кристаллов между электродом общей плоскости и электродом в форме прямоугольника. Таким образом, свет блокируется от прохождения. Таким образом, эта конкретная прямоугольная область кажется пустой.
Цветной жидкокристаллический дисплей
Цветные ЖК-дисплеи — это те, которые могут отображать изображения в цвете. Чтобы это было возможно, должно быть три субпикселя с красными, зелеными и синими цветовыми фильтрами для создания каждого цветного пикселя. Для объединения этих субпикселей эти ЖК-дисплеи должны быть подключены к большому количеству транзисторов.
