Как работает жк индикатор телефона. Жк индикаторы

Жидкие кристаллы - это вещества, проявляющие в определенном температурном интервале свойства как жидкости, так и кристаллов. Они способны в жидком состоянии сохранять упорядоченность молекул (по­добно кристаллам). Для создания индикаторы на жидких кристаллах используются так называемые нематические жидкие кристаллы, которые являются структурной разновидностью данного класса веществ. Материалом для них служат смеси органических соединений, молекулы которых формируются в упорядоченные решетки.

Тонкий слой ЖК вещества (десятки микрон), помещенный, например, между двумя стеклянными пластинами, довольно хорошо пропускает свет. Однако толстые слои жидкости кристаллов (несколько миллиметров) практически непрозрачны. Это связано с заметными тепловыми беспорядочными колебаниями больших групп молекул, что приводит к изменениям показателя преломления и в конечном счете сильному рассеянию света в жидкокристаллической среде. Особенный интерес представляет изменение оптических характеристик жидких кристаллов под действием внешнего электромагнитного поля. Именно это свойство используется для построения элементов индикации на основе тонких прозрачных слоев жидкокристаллических веществ.

Рис. 1. Жидкокристаллический индикатор на эффекте динамического расстояния:

1-прокладка; 2 - жидкие кристаллы; 3 - отражающее покрытие; 4 - заднее стекло; 5 - общий электрод; 6 - прозрачные электроды сегментов; 7 - переднее стекло

Рис. 2. Жидкокристаллический индикатор, основанный на эффекте вращения плоскости поляризации слоем жидких кристаллов, исчезающем под действием электрического поля (твист-эффект):

1- стеклянная ячейка; 2 - отражающее покрытие; 3-поляроидная пластина с вертикальной плоскостью поляризации; 4-жидкие кристаллы; 5 - прокладка; б - прозрачные электроды; 7 - поляроидная пластина с горизонтальной плоскостью поляризации

Существуют два принципа (эффекта) работы индикаторы на жидких кристаллах. Первый из них состоит в том, что при приложении электрического поля к тонкому слою ЖК вещества, заключенному между двумя стеклянными пластинками, происходит разрушение упорядоченной структуры жидких кристаллов, что вызывает диффузное рассеяние света в этой области (эффект динамического рассеяния). В результате прозрачный жидкокристаллический слой становится мутным и при внешнем освещении возникает контраст между возбужденным участком жидкости кристаллов и невозбужденным (фоном). При снятии внешнего электрического поля первоначальная структура жидких кристаллов восстанавливается и указанный контраст исчезает.

Как показано на рис. 1, принципиально жидкокристаллические индикаторы состоят из двух плоскопараллельных стеклянных пластин, между которыми находится слой жидких кристаллов толщиной 12- 20 мкм. На одной из стеклянных пластин прозрачным токопроводящим покрытием нанесен рисунок цифры, который представляет собой конфигурацию в виде сегментов, с помощью которых можно воспроизвести цифры от 0 до 9. На другой пластине прозрачным токопроводящим покрытием нанесен электрод, являющийся общим для цифр. Обе пластины покрытыми поверхностями обращены друг к другу.

Существуют индикаторы, работающие в отраженном («на отражение») и проходящем («на просвет») свете. В первом случае на заднее стекло ИЖК наносится отражающий слой, во втором - за индикатором должен быть использован дополнительный источник света.

При подаче управляющего напряжения жидкие кристаллы в зоне действия электрического поля теряют прозрачность, и если задняя отражающая поверхность белая, то наблюдатель видит темную цифру на светлом фоне. Если задний отражатель имеет черный цвет и внутренние поверхности корпуса также зачернены, то матово-светлое изображение цифры будет хорошо заметно на черном фоне.

При работе прибора на просвет изображение цифры более темное, чем фон. Если при этом мощность установленного источника света составляет 0,5 Вт, то яркость жидко кристаллического инди катора становится сравнимой с яркостью газоразрядного или светодиодного табло, используемого в условиях обычной освещенности.

Выводы от сегментов выполнены в виде износостойких токопроводящих дорожек на стекле. Соединение выводов табло с элементами схемы управления осуществляется с помощью разъема.

Другим принципом, используемым для создания табло на жидких кристаллах, является эффект вращения плоскости поляризации поляризованного света слоем жидких кристаллов, исчезающий под дей­ствием электрического поля (твист-эффект). Индикаторы, работающие на этом принципе, получают, помещая капельку жидких кристаллов между двумя скрещенными поляроидными пластинами, которая растекается между ними в виде тонкой пленки. Сами скрещенные поляроиды имеют взаимно перпендикулярные плоскости поляризации света и поэтому являются совершенно непрозрачными. Но если между этими пластинами имеется слой неметаллических жидких кристаллов, которые п результате технологической обработки приобрели свойство вращения плоскости поляризации проходящего света на 90°, то вся эта оптическая система получается прозрачной (рис. 2).

При приложении электрического поля все молекулы жидких кристаллов ориентируются вдоль поля и эффект вращения плоскости поляризации исчезает. В результате через систему, показанную на рис. 2, пропускание света прекращается. Если возбуждается не весь слой жидких кристаллов, а определенные участки в виде символа или цифры, то изображение данного символа (цифры) будет темным в проходящем свете по сравнению с невозбужденной областью (фоном). Этот принцип получения индикации является более прогрессивным, так как даст значительный выигрыш в мощности потребления и позволяет получать более высокий контраст. В большинстве серийно выпускаемых типов жидкокристаллические индикаторы использован данный принцип.

Возбуждение ЖК слоя в индикаторах осуществляется переменным напряжением синусоидальной формы или формы типа меандр, с эффективным значением (в зависимости от типа) от 2,7 до 30 В и частотой 30-1000 Гц. Постоянная составляющая напряжения не допускается из-за появления электролитического эффекта, что ведёт к резкому сокращению срока службы приборов индикаторы. Основным параметром ИЖК, отражающим качество его работы, является контраст знака по отношению к фону К, который определяется как отношение интенсивностей света, выходящего из ИЖК, в исходном (невозбужденном) и возбужденном состояниях. Контраст измеряется с помощью специальной оптической системы на основе микроскопа с встроенным фотоэлектронным умножителем на выходе. Для устранения внешней засветки объектив микроскопа защищен зачерненным конусом, который направлен на измеряемый индицикатор. Плоскость индикат. расположена перпендикулярно оптической оси микроскопа и освещается специальной лампой подсветки, поток которой через конденсатор направлен к измеряемому образцу под углом 45°. С помощью микроамперметра фиксируют два значения тока ФЭУ: при неработающем индикаторе и при приложенном к сегментам управляющем напряжении. Контраст, %, вычисляется по формуле

К=(Iф -Iз)100/Iф,

где Iф - ток фона - фототок фотоэлектронного умножителя при неработающем индикаторе; I3 - ток знака - фототок фотоэлектронного умножителя при приложенном к сегментам номинальном управляющем напряжении (изображение знака темнее фона). Значение К современные серийные индикаторы имеют порядка 83-90 %. Реже контраст выражают в относительных единицах (отн. ед.): К=Iф/I3.

Чем выше внешняя освещенность, тем ярче изображение на индикаторе. Контраст от освещенности практически не зависит.

Основными параметрами жидкокристаллических цифро-знаковых индикаторов являются:

контраст знака по отношению к фону К-отношение разности коэффициента яркости фона и знака индикатора к коэффициенту яркости фона, выраженное в процентах;

ток потребления IПОТ - среднее значение переменного тока, протекающего через сегмент при приложении к нему номинального напряжения управления рабочей частоты;

напряжение управления Uупр - номинальное значение эффективного переменного напряжения, приложенного к сегментам индикат.;

рабочая частота напряжения управления fраб;

минимальное напряжение управления Uупр- минимальное значение эффективного переменного напряжения, приложенного к сегментам индикат., при котором обеспечивается заданный контраст знака по отношению к фону;

максимально допустимое напряжение управления Uупрmax- максимальное значение эффективного переменного напряжения, приложенного к сегментам индикат., при котором обеспечивается заданная надежность индикатора при длительной работе;

время реакции tреак - интервал времени при включении, в течение которого ток потребления увеличивается до 0,8 максимального значения;

время релаксации tрел - интервал времени при выключении, в течение которого ток потребления снижается до 0,2 максимального значения.

Важнейшей характеристикой цифро-знакового ИЖК как прибора отображения информации является зависимость контраста знака от напряжения управления. С увеличением напряжения контраст круто растет до порогового значения, после чего увеличение контраста с увеличением Uупр практически не происходит. Значение Uупрmin выбирается на пологом участке кривой вблизи порога. Отметим, что контраст знака индикатора является функцией эффективного значения Uупр и практически не зависит от его формы.

Жидкокристаллический индик. как элемент электрической цепи эквивалентен конденсатору. Вследствие этого вольт-амперная характеристика Iпот=f(Uупр) при номинальной частоте управляющего напряжения близка к линейной, а частотная характеристика Uпотр = ф(fраб) имеет вид монотонно возрастающей кривой. Постоянная составляющая управляющего напряжения не должна превышать 1 % эффективного значения Uупр.

Рис. 3. Временная диаграмма нарастания и спада тока потребления жидкокристаллического индикатора (б) при подаче управляющего переменного напряжения (а)

Важной особенностью ЖК индикатора является низкий ток потребления - единицы или сотни микроампер (в зависимости от принципа работы). В интервале рабочих температур ток потребления несколько увеличивается с ростом температуры. Жидкокристаллический индикат. имеет низкое быстродействие, связанное с инерционными процессами перестройки структур органических кристаллов. Быстродействие существенно зависит от температуры. В зоне температур, близких к нижнему пределу, быстродействие резко падает. Измерения временных параметров tpеак и tрел, приводимых в таблицах, производятся на уровне соответственно 0,8 и 0,2 установившегося значения, как показано на рис. 3. Проверку времени реакции и релаксации серийных приборов производят визуально по появлению и исчезновению (при прямом наблюдении) знаков при подаче на них прерывистого напряжения управления с длительностью воздействия 800 мс и длительностью паузы 800 мс.Такие индикаторы работают в весьма узком интервале температур. Подавляющее большинство жидкокристаллических индикаторов не работает при окружающей температуре ниже +1 °С, так как в этих условиях материал переходит в состояние полутвердого кристалла. При приближении к нижнему температурному пределу индикат. реагирует на приложение напряжения все медленнее и в конце концов полностью теряет работоспособность. Индикаторы восстанавливают свои характеристики после возвращения их из среды с низкой температурой в среду с температурой, соответствующей температуре рабочего диапазона. В связи с этим хранение индикаторов разрешается при температуре до -40 °С.

По числу разрядов в одном корпусе цифро-знаковые индикаторы делятся на 1-разрядные, 4-разрядные, 6-разрядные, 9-разрядные. Нумерация разрядов принята возрастающей слева направо.

Существуют также табло, отображающие различные символы, специальные знаки и надписи.

Цифро-знаковые табло изготавливаются в пластмассовых корпусах или из стекла с компаундным упрочнением по периметру с выводами под распайку или под разъем.

В процессе эксплуатации следует избегать попадания на контактную площадку влаги и пыли, вызывающих межэлектродные замыкания. Очищать поверхность индикатора рекомендуется чистым батистом, слегка смоченным этиловым спиртом.

Система обозначений жидкокристаллических индикаторов содержит несколько букв и цифр. Сочетание ИЖК означает: индикат. жидкокристаллический. Четвертый элемент обозначения: буква Ц означает- цифровой, а С - символьный. Пятый элемент - цифра, указывающая номер разработки. Цифра после дефиса указывает число разрядов индикатора, а число через косую дробную черту соответствует высоте в миллиметрах цифры (символа) в разряде.

Приборы, разработанные до введения описанной системы, обозначены иначе. Например, наименование ЦИЖ-5 расшифровывается следующим образом: цифровой индикатор жидкокристаллический, номер раз­работки 5, а ИЖК-2 - индикатор жидкокристаллический, номер разработки 2.

Использование жидкокристаллических индикаторов в радиоэлектронной

аппаратуре стимулируется рядом факторов: низкими токами потребления и напряжениями управления, совместимостью работы с интегральными микросхемами, низкой стоимостью.

Возможными областями их применения являются: индикаторные устройства измерительной аппаратуры, электронные часы и микрокалькуляторы, информационные панели и указатели. Весьма сложным аспектом применения жидкокристаллических приборов являются средства управления (особенно это относится к многоразрядным индикаторам). На рис. 4 показана схема возбуждения сегментов сигналом переменного напряжения. Устройство состоит из двух логических схем И с двумя входами DD2, DD3, инвертора DD1 и ключа-формирователя из транзисторе VT. На коллектор транзистора подается напряжение, равное двойной амплитуде номинального переменного напряжения возбуждения данного ЖК индикатора. С транзистора VT на сегмент индикатора снимается однополярное переменное напряжение прямоугольной формы амплитудой 40 В. Для уничтожения постоянной составляющей импульсного питающего напряжения (она недопустима из физических условий работы жидких кристаллов) к общему электроду прикладывается постоянное напряжение 20 В.

На вход DD2 подается напряжение возбуждения с частотой fв=30-50 Гц, а на вход DD3 - напряжение гашения с частотой fг = 10-40 кГц. При низком логическом уровне управляющего сигнала открывается DD2 и транзистор работает в импульсном режиме с частотой, соответствующей частоте возбуждения ЖК сегмента. Управляющий сигнал с высоким логическим уровнем, поступающий с дешифратора на управляющий вход, открывает DD3. В результате устройство формирует напряжение повышенной частоты, на которую жидкокристаллический сегмент не реагирует. С учетом того, что устройство управления должно быть соизмеримо по потребляемой мощности с жидкокристаллическим индикатором, все логические схемы выполнены на основе КМОП-структур.

Рис. 4. Схема возбуждения сегментов ЖК индикатора переменным напряжением различной частоты

Кроме описанного используется также другой тип устройства возбуждения жидкокристаллических индикаторов. Его схема показана на рис. 5. На входы логических схем И DD2 и DD3 от внешнего генератора подаются импульсные напряжения с частотой f=l5-25 Гц, сдвинутые по фазе относительно друг друга на 180град. В зависимости от уровня управляющего сигнала на сегмент индикатора через ключ-формирователь (транзистор VT1) прикладывается напряжение прямоугольной формы, прямое либо сдвинутое по фазе. На общий электрод индикатора через другой ключ-формирователь (транзистор VT2) постоянно подается сигнал одной фазы.

При совпадении фаз на электродах сегмента последний не возбуждается; при различии фаз происходит возбуждение сегмента. Отметим, что фазовый способ управления позволяет уменьшить напряжение питания индикатора в 2 раза.

При использовании многоразрядных индикаторов требуется большое число внешних соединений, необходимых для управления сегментов. Это заставляет прибегать к созданию мультиплексного управления. На рис. 6 показан принцип управления 4-разрядным цифровым индикатором с разделенными общими электродами для каждого разряда, который заключается в объединении идентичных сегментов по всем разрядам и последовательной адресации данных в соответствующие разряды. Процесс отображения 4-разрядного числа осуществляется по тактам В каждом такте переменное управляющее напряжение прикладывается к шине управления сегментов и к линии общего электрода того разряда, который возбуждается в данном такте. Благодаря большому времен» релаксации жидких кристаллов цифры разрядов в период между тактами возбуждения продолжают читаться без приложения напряжения.

Жидкокристаллическими называют такие индикаторы, в которых используют жидкие кристаллы. Жидкокристаллические индикаторы применяют для визуального отображения информации.

Классификация. Жидкокристаллические индикаторы классифицируют за материалами, электрооптическими эффектами, характером работы, за разрядностью. Различают жидкокристаллические индикаторы, изготовленные на основе нематических (нитевидных) смесей МББА (н-(п-метоксибензилиден)-п-(н-буталанилин)) и ЭББА (н-(п-этоксибензилиден)-(н-бутиланилин)) и др. За электрооптическими эффектами выделяют индикаторы, которые используют эффект динамического рассеяния или твист-эффект. Первый из них наблюдается в жидких кристаллах с отрицательной диэлектрической анизотропией и небольшой электропроводностью (преимущественно созданной искусственно). Он заключается в разрушении ранее упорядоченной молекулярной структуры жидкого кристалла ионным током проводимости, вследствие чего в разрушенных местах возникает состояние динамической турбулентной изменения показателя преломления. Поэтому раньше прозрачный жидкий кристалл в разрушенных местах начинает рассеивать свет, то есть становится непрозрачным. Твист-эффект наблюдается в жидких кристаллах с положительной диэлектрической анизотропией, отсутствующей электропроводностью и предварительно подготовленным «Скрученным» состоянием (состоянием, в котором большие оси молекул становятся параллельными к ограничительным плоскостям, а их направления взаимноперпендикулярнымы). Если на такой жидкий кристалл подействовать электрическим полем, то эффект скручивания исчезает, так как все молекулы жидкого кристалла ориентируются вдоль поля. В результате участки, которые ранее возвращали плоскость поляризации света, перестают ее возвращать. С помощью поляризационных пластин фазовую поляризацию превращают в амплитудную. А это значит, что раньше непрозрачный «скрученный» жидкий кристалл в местах действия поля становится прозрачным.

Классификация. По характеру работы предусматривают разделение жидкокристаллических индикаторов на две группы: те, которые работают на отражение света, и такие, что работают на его пропускания. За разрядностью жидкокристаллические индикаторы делятся на одноразрядные и многоразрядные. Первые из них способны отображать на экране только одну цифру, вторые — больше одной.

Строение. Прежде всего необходимо отметить, что жидкие кристаллы представляют собой большую группу органических веществ, которые одновременно обладают свойствами жидкостей (текучесть) и твердых тел (оптическую и электрическую анизотропию). Есть несколько разновидностей жидких кристаллов. Для жидкокристаллических индикаторов используют преимущественно нематичные жидкие кристаллы, которые имеют нитевидные молекулы с определенной ориентацией и слабым межмолекулярным взаимодействием. Жидкие кристаллы сами не излучают света, поэтому их используют вместе с источниками света.

Рис. 1. Конструкция жидкокристаллической ячейки, построенной на эффекте динамического рассеяния: 1 — жидкий кристалл; 2 — стеклянные пластины; 3 — прозрачный электрод; 4 — изоляционная прокладка; 5 — прозрачный или отражающий электрод

Конструкция элементарной жидкокристаллической ячейки, построенной на эффекте динамического рассеяния, приведенная на рис. 1. Она состоит из двух пластин 2, покрытых изнутри слоем электропроводящего материала 3 и 5 и расположенного между ними слоя жидкого кристалла, толщина которого 8 … 25 мкм. Один из электродов (3) прозрачный, второй прозрачный, если индикатор работает на пропускание света, или зеркальный, если индикатор работаеть на отражение. Электроды 3 и 5 разделяет изоляционная прокладка 4. Подобную конструкцию имеют жидкокристаллические
ячейки, построенные на твист-эффекте (рис. 2). Для индикации цифр используют сегменты, состоящие из восьми элементов, каждый из которых представляет собой элементарную жидкокристаллическую ячейку. Семь из них необходимо для воспроизведения десяти цифр, а восьмой предназначен для индикации комы, которая отделяет целую часть от дробной (рис. 3).

Рис. 2. Конструкция жидкокристаллической ячейки, построенной на твист-эффекте (а) и многоразрядного жидкокристаллического индикатора (б) 1 — стеклянные обкладки; 2 — прозрачные электроды; 3 — ограничитель-фиксатор; 4 — поляроидные пластины; 5 — жидкий кристалл

Источники света (миниатюрные лампы накаливания или люминесцентные излучатели) можно размещать перед индикаторами или за ними. В первом случае с цифровыми сегментами ставят зеркало, а во втором — матово-черную пластину (рис. 3).

Рис. 3. Схемы размещения различных элементов жидкокристаллических индикаторов: а — при работе на отражение; б — при работе на прохождение

Рис. 4. Жидкокристаллическая панель вместе с оптической системой: 1, 2 — стеклянные пластины; 3, 4 — полупрозрачные электроды; 5 — источник света; 6 — рефлектор; 7,8, 9 — дихроичные
зеркала; 10-линза Френеля; 11 — экран

Сегодня промышленность производит устройства отображения информации на жидких кристаллах. Последние представляют собой органические жидкости, которые имеют кристаллическое строение. В этих устройствах вместо кинескопов используют плоские жидкокристаллические панели. Жидкокристаллические панели (рис. 4) состоят из стеклянных пластин 1, 2, одна из которых имеет полусферические выемки, и нанесенных на их внешнюю поверхность полупрозрачных электродов 3, 4. При соединении пластин в процессе изготовления панелей выемки создают ячейки, которые заполняют жидкими
кристаллами. В результате этого образуется своеобразная жидкокристаллическая матрица — панель.

Существует три вида жидкокристаллических устройств:
— Монохроматические с пассивной матрицей;
— Цветные с пассивной матрицей;
— Цветные с активной матрицей.

В устройствах с пассивной матрицей каждой ячейкой руководит напряжение, которое передается через транзисторную схему в соответствии с расположением ячеек в строках и столбцах матрицы экрана.
В устройствах с активной матрицей каждой ячейкой руководит отдельный транзисторный ключ. Жидкокристаллические панели могут входить в состав проекторов и заменять кинескопные проекторы, или выполнять свои функции в составе плоских дисплеев.

Работа. Работа жидкокристаллических индикаторов основывается на электрооптических эффектах жидких кристаллов, то есть на их способности изменять свои оптические свойства под действием электрического тока или напряженности электрического поля. Чтобы на экране получить определенное изображение, используют сегментные электроды, к которым с помощью специальных схем управления подводится питание (Рис. 5).

Рис. 5. Схема управления жидкокристаллическим индикатором

Питание на сегмент подается только тогда, когда соответствующий управляющий транзистор открыт (На рис. 5 приведен только один транзистор седьмого сегмента). Между общим электродом и плюсом источника питания включен ограничительный резистор. При помощи высокоомных резисторов нагрузки Rн задают необходимую для работы сегментов напряжение (≈5 В).

При отпирании транзистора соответствующий сегмент заземляют, на кристаллическую жидкость действует полное напряжение питания, и она под сегментом становится прозрачной или непрозрачной в зависимости от того, какой электрооптический эффект используют. При одновременной работе всех сегментов на экране высвечивается тот или иной знак или символ. Все жидкокристаллические индикаторы работают на переменном токе (на постоянном токе через электрооптические эффекты срок службы приборов уменьшается). Используют приборы, которые работают как на отраженном, так и на проходящем свете. Во время работы в отраженных лучах источниками света может служить освещения из окружающей среды. Жидкокристаллические панели работают так. Световой поток от источника света 5 (рис. 4, а), которым служат ксеноновые или галогенные лампы, делится дихроичними зеркалами 7, 8, 9 на три световые потоки (красный, синий, зеленый), которые направляют их на жидкокристаллическую панель (в других конструкциях — на три простые жидкокристаллические панели). Одновременно на полупрозрачные электроды ячеек с системы управления, которая на рисунке не показана, поступают усиленные детектируемые видеосигналы, которые модулируют прозрачность жидких кристаллов. В результате на выходе жидкокристаллической панели появляются промоделированые по интенсивности синий, красный и зеленый световые потоки, которые линзой Френеля 10 направляются на экран 11, где смешиваются, образуя многоцветное изображение.

Свойства. Жидкокристаллические индикаторы имеют малые весогабаритных показатели, высокую контрастность, высокую технологичность. Они потребляют малую мощность (≤100 мкВт), используют низкое напряжение питания (≈ 5 В). Основные их недостатки обусловлены низким быстродействием, из-за которой усложняются схемы управления. Основные преимущества жидкокристаллических панелей — это безбликовый экран и низкая потребляемая мощность (≈ 5 Вт поровну с ЭЛТ, которая потребляет ≈ 100 Вт), низкая стоимость и высокая технологичность. В устройствах с активной матрицей каждая ячейка оснащена отдельным транзисторным ключом. Это обеспечивает более высокую яркость изображения, чем в устройствах с пассивной матрицей, поскольку каждая ячейка находится под действием постоянного, а не импульсного электрического поля. Но активная матрица потребляет больше энергии. Кроме того, необходимость отдельного транзисторного ключа для каждой ячейки усложняет производство, что, в свою очередь, увеличивает их цену.

Применение. Жидкокристаллические индикаторы применяют в информационных табло повышенной информационной емкости, экранах малокадрового телевидения, электронных часах, микрокалькуляторах, в пространственно-временных транспарантах, оптических заслонах, светлоклапанных устройствах, мониторах и тому подобное. Распространены жидкокристаллические индикаторы на твист-эффекте, поскольку они не требуют пропускания тока через структуру, что дает выигрыш в энергопотреблении. Жидкокристаллические панели используют в телевизорах вместо кинескопов.

В настоящее время жидкокристаллические индикаторы являются наиболее распространённым видом индикаторов. Хотя сами жидкие кристаллы (ЖК) были известны химикам еще с 1888 г., но только 1960-х годов началось их практическое использование. В 1990 г. Де Жен получил Нобелевскую премию за теорию жидких молекулярных кристаллов.

Принципы работы жидкокристаллических индикаторов

Термином жидкий кристалл обозначается мезофаза между твердым состоянием и изотропным жидким состоянием, при этом мезофаза сохраняет фундаментальные свойства присущие двум состояниям материи. Жидкие кристаллы, с одной стороны, обладает текучестью как изотропная жидкость, с другой стороны, сохраняет определенный порядок в расположении молекул (как кристалл).

В отдельных случаях мезофаза оказывается стабильной в широкой области температур, включая комнатную, тогда говорят о жидких кристаллах. Большинство жидких кристаллов образуются стержневыми молекулами.

Обычно жидкокристаллический дисплей представляет собой стеклянную кювету толщиной меньше 20 мкм, в которую помещен жидкий кристалл. Направление молекул жидкого кристалла может быть задано обработкой поверхностей кюветы таким образом, чтобы молекулы ЖК выстраивались в определенном направлении – параллельно плоскости кюветы или перпендикулярно к ней. Один из способов обработки поверхности заключается в нанесении на нее тонкого слоя твердого полимера и последующего «натирания» его в одном направлении.

Используя различные ориентации направления молекул жидкого кристалла первоначально с помощью поверхностного упорядочения, а затем с помощью электрического поля, можно сконструировать простейший дисплей. Жидкокристаллический дисплей состоит из несколько слоев, где ключевую роль играют две стеклянные панели, между которыми помещён жидкий кристалл.

На панели наносятся бороздки. Бороздки получаются в результате размещения на стеклянной поверхности тонких пленок из прозрачного пластика, который затем специальным образом обрабатывается. Бороздки расположены таким образом, что они параллельны на каждой панели, но перпендикулярны бороздкам соседней панели. Соприкасаясь с бороздками, молекулы в жидких кристаллах ориентируются одинаково по всей поверхности. В результате направление ориентации молекул жидкого кристалла поворачивается от верхней панели к нижней на 90°, вращая, таким образом, плоскость поляризации света, как это изображено на рисунке 1. Изображение формируется при помощи поляризационных плёнок, размещённых над и под жидкокристаллическим дисплеем. Если оси поляризации этих плёнок перпендикулярны друг другу, то дисплей будет прозрачным.

На стеклянные панели наносится тонкий слой металла, образующий электроды. Если теперь к электродам подвести напряжение, то молекулы жидкого кристалла развернутся вдоль электрического поля, вращение плоскости поляризации исчезнет, и свет не сможет пройти через поляризационные плёнки, как это показано на рисунке 2. Рисунок 2а соответствует отсутствию электрического поля, а рисунок 2б – приложенному к электродам напряжению.

Напряжение, необходимое для поворота директора составляет обычно 2В-5В. Важно, что действие электрического поля не связано с дипольным моментом молекулы и поэтому не зависит от направления поля. Это позволяет использовать для управления индикатором переменное поле. Постоянное поле может приводить к электролизу жидкого кристалла и, в конечном итоге, выходу прибора из строя.

Электроды на жидкокристаллический индикатор наносятся в виде точек, пиктограмм или сегментов для отображения различных видов информации, как это уже обсуждалось ранее.

Режимы работы жидкокристаллических индикаторов

Жидкокристаллические индикаторы используются в двух режимах работы: в режиме отражения света и в режиме просвечивания. Наиболее экономичный режим использования ЖКИ — это режим отражения. В этом режиме используются внешние источники света, такие как солнце или осветительные лампы помещения. Сами индикаторы в этом режиме ток практически не потребляют.

При использовании режима отражения прозрачным оставляют весь дисплей. Информация же формируется непрозрачными участками жидкого кристалла, образующимися между электродами при подаче на них переменного напряжения.

В режиме просвечивания возможны два вида использования жидкокристаллического дисплея: формирование обычного изображения как и в режиме отражения и формирование негативного изображения. В режиме негативного изображения весь дисплей остаётся непрозрачным, а свет проходит только через участки изображения, которые в этом случае кажутся нарисованными краской. Негативный режим формируется поляризационными плёнками с совпадающей поляризацией.

Для подсветки ЖКИ дисплея обычно используется газоразрядные лампы или светодиоды, так как эти источники света не выделяют тепла, способного вывести его из строя. Для равномерного распределения света от светодиодов или ламп дневного света используются светопроводы, выполненные из рассеивающих свет материалов.

Параметры жидкокристаллических индикаторов

Важным параметром индикатора является время релаксации — время, необходимое для возвращения молекул жидкого кристалла в исходное состояние после выключения поля. Оно определяется поворотом молекул и составляет 30 ... 50 мс. Такое время достаточно для работы различных индикаторов, но на несколько порядков превышает время, необходимое для работы компьютерного монитора.

Время релаксации резко зависит от температуры ЖК индикатора. Именно временем релаксации определяется минимальная температура использования жидкокристаллических дисплеев. Время релаксации современных ЖКИ индикаторов при температуре –25°C достигает нескольких секунд. Это время смены информации неприемлемо для большинства практических приложений.

Не менее важным параметром жидкокристаллического индикатора является контрастность изображения. При нормальной температуре контрастность изображения достигает нескольких сотен. При повышении температуры контрастность изображения падает и при температуре порядка +50°C изображение становится практически неразличимым.

Следующий параметр, характеризующий жидкокристаллический индикатор — это угол обзора. Угол его обзора существенно зависит от скважности динамического режима индикации. Чем больше скважность – тем меньше получается угол обзора ЖКИ индикатора.

В современных жидкокристаллических компьютерных мониторах используется специальный метод формирования статического формирования изображения при динамическом способе его подачи на дисплей. Это TFT технология. При использовании этой технологии около каждого элемента изображения формируется запоминающий конденсатор и ключевой транзистор, который подключает этот конденсатор к цепям формирования изображения только в момент подачи информации именно для этого элемента изображения.

Формирование цветного изображения

Цветные жидкокристаллические индикаторы обычно выполняют в виде матрицы, то есть на них можно сформировать любые изображения. Для формирования цветного изображения в основном используется режим просвечивания. При этом один пиксель изображения состоит из трёх элементов, напротив каждого из них располагается свой светофильтр: синий, красный и зеленый.

Формирование напряжения для работы жидкокристаллического индикатора

Особенностью работы жидкокристаллического индикатора является то, что на него следует подавать переменное напряжение. Это связано с тем, что при подаче на ЖКИ дисплей постоянного напряжения происходит электролиз жидкого кристалла и индикатор выходит из строя.

Напряжение для работы жидкокристаллического индикатора формируется логическими элементами, поэтому обычно используется прямоугольное колебание со скважностью равной двум. Его легко можно получить на выходе делителя частоты на два.

Теперь вспомним, что логические сигналы содержат постоянную составляющую. Ее можно убрать, подав сигнал на выводы жидкокристаллической ячейки в противофазе друг другу. Временная диаграмма такого напряжения приведена на рисунке 3.

Если ячейку жидкокристаллического индикатора следует оставить прозрачной, то на ее выводы подаются синфазные напряжения. В результате разность потенциалов получается равной нулю.

В результате контроллер ЖКИ дисплея можно собрать с использованием схем "исключающего ИЛИ". Подобная схема приведена на рисунке 4.

В этой схеме скважность прямоугольного колебания, равную двум, обеспечивает делитель частоты, собранный на . Если на вход сегмента подается единичный потенциал, то логический элемент "исключающее ИЛИ" инвертирует колебание, подаваемое на подложку жидкокристаллического индикатора COM. Этот сегмент становится непрозрачным.

Если же на вход сегмента поступает нулевой потенциал, то на выходе элемента "исключающее ИЛИ" колебание не инвертируется. Тем самым на соответствующий сегмент подается нулевая разность потенциалов. Этот сегмент остается прозрачным.

Литература:

Вместе со статьей "Жидкокристаллические индикаторы" читают:

Индикаторы предназначены для отображения различных видов информации для человека. Простейший вид информации - это...
http://сайт/digital/Indic.php

Газоразрядные индикаторы используются как для индикации битовой информации, так и для отображения десятичной информации. При построении десятичных индикаторов катод...
http://сайт/digital/GazIndic/

В настоящее время практически везде для отображения двоичной информации используются светодиоды. Это обусловлено тем...
http://сайт/digital/LED.php

Количество соединительных проводников можно уменьшить, если заставить индикаторы работать в импульсном режиме. Человеческий глаз обладает инерционностью...
http://сайт/digital/DinInd.php

Компания МЭЛТ – один из немногих российских производителей электроники, чья продукция соответствует мировому уровню. Сейчас производственная линейка компании насчитывает несколько сотен ЖК-индикаторов, не уступающих иностранным аналогам. При этом отечественные дисплеи обладают рекордно широким диапазоном рабочих температур, поддерживают различные знакогенераторы и имеют вполне конкурентоспособную стоимость.

Присутствие в названии статьи имени российского производителя электроники может направить мысли в сторону актуальной на сегодняшний день проблемы импортозамещения. О замене иностранных товаров, в том числе – электроники, на продукцию отечественного производителя много говорят и пишут. Однако на деле все не так просто.

Российская электроника может составить конкуренцию импортным аналогам лишь в некоторых узких областях. По этой причине каждый успешный отечественный производитель электроники вызывает гордость. Один из них – компания МЭЛТ.

Компания МЭЛТ была основана в 1995 году. Изначально основным направлением ее деятельности была разработка и производство плат АОН (автоматического определения номера). Уже тогда базовым принципом работы компании стала опора на собственные силы – собственную разработку и производство. Благодаря опытной команде разработчиков и закупке современного оборудования был организован полный цикл создания электронных устройств: проектирование, сборка, контроль качества, тестирование и продажа. Эти традиции были сохранены и приумножены. На данный момент МЭЛТ обладает возможностью разрабатывать и производить печатные платы, выполнять сборку электронных блоков с помощью современных технологий монтажа (SMT, COB, TAB).

Стабильное качество продукции МЭЛТ хорошо известно не только российским потребителям, но и их коллегам из стран СНГ, Европы и Ближнего Востока. Чтобы не быть голословными, можно перечислить постоянных партнеров компании МЭЛТ: ЗАО «Связь инжиниринг», ЗАО «МЕТТЭМ-Светотехника», ЗАО «МЕТТЭМ-Технологии», ОАО ПК «Медицинская Техника», Институт космических исследований Российской академии наук, ООО «НПП ИТЭЛМА», ОАО «Саранский приборостроительный завод», ОАО Ставропольский радиозавод «СИГНАЛ», Объединенный институт Ядерных Исследований и многие другие.

В настоящее время компания занимается разработкой и производством печатных плат, ЖК-индикаторов, источников питания, светодиодных линеек.

Среди продукции компании стоит особо отметить ЖК-индикаторы. Знакосинтезирующие и графические ЖК-дисплеи МЭЛТ разрабатываются и производятся за счет собственных мощностей компании. Они зарекомендовали себя с самой лучшей стороны и пользуются заслуженным уважением как крупных производителей электроники, так и непрофессиональных электронщиков-энтузиастов.

Среди достоинств ЖК-индикаторов МЭЛТ можно отметить использование самых современных технологий производства, отличную контрастность, огромный выбор моделей, поддержку русского/английского/белорусского/украинского/казахского знакогенераторов, широкий рабочий диапазон температур, низкую цену и максимальную доступность.

МЭЛТ: современные технологии создания ЖК-панелей

Компания МЭЛТ применяет ЖК-стекла (ЖК-панели) для знакосинтезирующих и графических ЖК-индикаторов по двум наиболее современным технологиям: STN (Super Twisted Nematic) и FSTN (Film Super Twisted Nematic). Каждая из технологий имеет версии с позитивным и негативным изображением (STN Positive/Negative и FSTN Positive/Negative). Кроме того, доступны исполнения, использующие отраженный свет или светодиодную подсветку.

Одним из важнейших достоинств ЖК-панелей МЭЛТ является их рекордно широкий диапазон рабочих температур. Большинство линеек ЖК имеет модели, способные функционировать при температурах -30…80°С, а диапазон температур хранения для них составляет -45…80°С.

Еще одним преимущество ЖК-панелей МЭЛТ является их высокая контрастность. По этому показателю они превосходят своих зарубежных конкурентов.

Стоит отметить, что стекла – это только часть технологического цикла создания ЖК-экранов. Качество ЖК-экрана напрямую зависит от применяемых технологий монтажа электронных компонентов. Здесь у компании МЭЛТ есть особый повод для гордости.

Качество разводки – залог качества ЖК-дисплеев

Очевидно, что одной ЖК-панели мало для создания дисплея. Необходим контроллер, система питания, печатная плата. Кроме того, важно обеспечить качественный монтаж элементов на плату.

МЭЛТ имеет опытную команду инженеров, которая способна самостоятельно разработать схемотехнику и печатную плату дисплея. При этом для большинства модулей применяются ЖК-контроллеры отечественной компании ОАО «АНГСТРЕМ».

Собственное сверхсовременное монтажное производство – гордость компании. В настоящее время МЭЛТ имеет оборудование для выполнения высокопроизводительного монтажа по технологиям SMT и COB.

Технология COB (Chip On Board) предполагает монтаж бескорпусных кристаллов микросхем напрямую на плату. COB имеет преимущества перед использованием стандартных корпусных микросхем.

Как было сказано выше, COB используется для быстродействующих компонентов. Именно по этой технологии происходит монтаж ЖК-контроллеров в ЖК-дисплеях компании МЭЛТ (рисунок 1). Оборудование МЭЛТ позволяет собственными силами выполнять полный цикл монтажа: установку и позиционирование (рисунок 1а), разварку выводов (рисунок 1б), контроль качества монтажа, герметизация кристалла компаундом (рисунок 1в).

Оборудование для COB компании МЭЛТ имеет следующие характеристики:

• количество развариваемых пинов: до 10000;
• ширина проводника: от 90 мкм;
• зазор между проводниками: от 90 мкм.

Кроме перечисленных выше специализированных технологий, МЭЛТ обладает оборудованием ведущих японских и европейских производителей (YAMAHA, Assembleon, Ersa, Dek и других) для традиционного SMT-монтажа и монтажа выводных компонентов. Гибкость сборки мелких и крупных серий печатных плат достигается за счет наличия двух линий поверхностного монтажа и линии сквозного монтажа.

Первая линия поверхностного монтажа предназначена для сборки крупных серий печатных узлов в автоматическом режиме. Ее максимальная производительность составляет до 20000 компонентов в час. Линия включает следующее оборудование:

• автоматический загрузчик печатных плат Nutek NTM 710 EL;
• автоматический принтер паяльной пасты DEK ELA;
• конвекционную печь ERSA HotFLow 5;
• автоматический разгрузчик печатных плат Nutec NTM 710 EM 2;

Вторая линия поверхностного монтажа предназначена для сборки мелких и средних серий печатных узлов. Именно эта линия позволяет производить монтаж бессвинцовых компонентов. Производительность линии также составляет до 20000 компонентов в час. Она включает в себя следующее оборудование:

• полуавтоматический принтер паяльной пасты DEK 248;
• мультифункциональный станок для расстановки компонентов YAMAHA YS12F;
• конвекционную печь BTU Pyramax 98A;
• автоматический разгрузчик печатных плат Nutec NTM 710 EM 2.

Линия сквозного монтажа включает в себя:

• установку пайки динамической волной припоя KIRSTEN-K5360P;
• установку струйной отмывки печатных плат TRIMAX.

После монтажа блоки проходят контроль качества с помощью оптической 3D-устаовки TRION-2000.

Для испытаний узлов при разной температуре и влажности используется климатическая камера тепла/холода/влажности ESPEC SH-661.

Таким образом, компания МЭЛТ способна не только разрабатывать, но и производить ЖК-дисплеи собственными силами с поддержанием высочайшего качества изготовления.

Восемь причин выбрать ЖК-дисплей МЭЛТ

Существует достаточно широкий круг производителей ЖК-панелей и дисплеев. По этой причине особенно приятно осознавать, что компания МЭЛТ не теряется на их фоне. Более того, по ряду параметров продукция МЭЛТ превосходит зарубежные аналоги.

Назовем целых восемь причин, по которым стоит выбрать именно ЖК-дисплеи МЭЛТ.

Во-первых, великолепные показатели контраста, не уступающие конкурентам. Это достигается благодаря использованию самых современных технологий FSTN и STN.

Во-вторых, широчайший выбор моделей (более 600 представителей): знакосинтезирующие и графические; с позитивным и негативным отображением; с различными цветами подсветки (янтарный, желто-зеленый, красный, голубой, белый); с напряжением питания 2,8/3,0/3,3/5 В; с различными форматами и разрешением; с термокомпенсацией и без.

О многообразии моделей говорит даже фирменное именование дисплеев, состоящее из девяти позиций (таблица 1).

Таблица 1. Именование ЖК-дисплеев МЭЛТ

В-третьих, реальная работоспособность при низких и высоких температурах. Существуют дисплеи с диапазоном рабочих температур -40…70°C. При этом диапазон хранения для них -45…80°C. И, в отличие от иностранных аналогов, это не какие-то специализированные труднодоступные версии, выполненные под заказ, а серийные образцы.

А для заказных индикаторов рабочий диапазон и вовсе может достигать -40…80°C.

В-четвертых, цифро-буквенные знакосинтезирующие дисплеи МЭЛТ имеют возможность поддержки русского/английского/белорусского/украинского/казахского знакогенераторов. Кроме того, использование формата букв 5х8 делает отображение букв кириллицы понятнее и больше!

В-пятых, дополнительная страница знакогенератора в кодировке Win-CP1251 упрощает написание программ в среде Microsoft Windows.

В-шестых, высочайшая надежность и качество продукции МЭЛТ.

В-седьмых, доступность и возможность поставки больших партий индикаторов в кратчайшие сроки при низкой стоимости.

И последним восьмым пунктом является возможность заказа уникальных и специализированных индикаторов при минимальных сроках изготовления. Более подробно о заказных ЖК-экранах будет сказано в заключительной части статьи.

Обзор продукции МЭЛТ начнем с серийных моделей.

Знакогенерирующие ЖК-дисплеи МЭЛТ

Номенклатура цифробуквенных ЖК-дисплеев МЭЛТ насчитывает 19 серий, включающих более 500 моделей (таблица 2).

Таблица 2. Серии цифробуквенных ЖК-дисплеев МЭЛТ

При таком многообразии легко выбрать дисплей с требуемыми характеристиками:

• с применением различных технологий, например, STN Positive/Negative, FSTN Positive/Negative (рисунок 2);
• с различными форматами символов и строк – 08х2, 10х1, 16х1, 16х2, 16х4, 20х1, 20х2, 20х4, 24х1, 24х2;
• с различным цветом подсветки – янтарным, желто-зеленым, красным, голубым, белым;
• с различным напряжением питания: 3 или 5 В;
• с разными рабочими температурными диапазонами, в том числе и -30…70°C;
• с последовательным (контроллер ST7070) или параллельным (контроллер КБ1013ВГ6) коммуникационным интерфейсом.

Стоит особо отметить, что большая часть дисплеев построена на базе отечественного контроллера КБ1013ВГ6 производства ОАО «АНГСТРЕМ». По функционалу он аналогичен контроллерам HD44780 компании Hitachi и KS0066 производства Samsung.

Отличительными чертами КБ1013ВГ6 являются:

• широкий диапазон питающих напряжений: 2,7…5,5 В;
• диапазон питания ЖКИ: 3,0…13 В;
• высокоскоростной интерфейс связи: до 2 МГц (при Uпит = 5 В);
• 80 байт ОЗУ отображаемых данных (80 символов);
• 19840 бит ПЗУ знакогенератора с возможностью программирования двух пользовательских страниц символов;
• 64 байта ОЗУ знакогенератора.

Графические ЖК-дисплеи МЭЛТ

Как и в случае со знакосинтезирующими дисплеями, номенклатура графических ЖК производства компании МЭЛТ также приятно удивляет: 10 линеек, которые объединяют более 120 моделей (таблица 3).

Таблица 3. Серии графических ЖК-дисплеев МЭЛТ

Отличительными чертами графических дисплеев МЭЛТ являются:

• современные технологии STN Positive/Negative, FSTN Positive/Negative (рисунок 3);
• широкий выбор разрешений: 122×32, 128×64, 61×16, 64×64;
• различные цвета подсветки: янтарный, желто-зеленый, красный, голубой, белый;
• различные напряжения питания: 2,8/3,0/3,3/5 В;
• различные диапазоны рабочих температур, в том числе и -30…70°C.

Важной отличительной чертой большинства графических дисплеев МЭЛТ является использование отечественных ЖК-контроллеров.

К145ВГ10 – ЖК-контроллер производства ОАО «АНГСТРЕМ», аналогичный KS0108 производства компании Samsung.

Кроме совместимости контроллеров, стоит отметить и совместимость дисплеев МЭЛТ с продукцией конкурентов.

Несколько слов об эффективном импортозамещении

Большая часть ЖК-дисплеев МЭЛТ совместима с аналогами других компаний-производителей. При этом, как было показано выше, ЖК от МЭЛТ превосходят их по характеристикам. Это касается как знакосинтезирующих или символьных, так и графических ЖК (таблицы 4, 5).

Таблица 4. Совместимость знакосинтезирующих или символьных ЖК различных производителей

Таблица 5. Совместимость графических ЖК различных производителей

Подключение ЖК индикаторов с использованием разъёмов.

Некоторые типы разъёмов - например штыревые - не обеспечивают надёжного электрического контакта при наличии механических напряжений в разъёме. Что может привести к выходу ЖК индикатора из строя!
Механические напряжения могут возникать по очень многим причинам: несоосность разъёма и крепёжных деталей индикатора, перекос в разъёме, колебания температуры, от частой замены индикаторов, при внешних механических воздействиях на индикатор и/или изделие целиком.

Поэтому рекомендуется подключать ЖК индикатор методом пайки.
Или, по крайней мере, не использовать разъёмы непосредственно между платой ЖК индикатора и другой платой. А соединять ЖК индикатор с основной платой с использованием шлейфа, который уже можно подключать как пайкой, так и с использованием разъёмов.
Можно подключать ЖК индикатор и любым другим методом, исключающим возникновение механических напряжений в разъёмах.

4-х битный режим в буквенно-цифровых ЖК индикаторах.

1. В 4-х битном режиме включения ЖК индикаторов недопустимо изменение состояний сигналов R/W и A0 в течении всего цикла передачи байта, в том числе и при неактивном сигнале E между двумя передачами полубайтов. По любому изменению сигналов R/W и A0 внутренний счётчик полубайтов в ЖК индикаторе сбрасывается в состояние приёма старшего полубайта. Это является отличием наших ЖК индикаторов от импортных аналогов и направлено на повышение надёжности работы ЖК индикатора.

2. Все циклы обращения к индикатору должны быть парными (обязательно передавать и старший и младший полубайты). Единственное исключение - первые четыре команды в процедуре инициализации.
Или перед передачей старшего полубайта использовать возможность сброса внутреннего счётчика полубайтов в ЖК индикаторе из пункта 1. В последнем случае теряется совместимость с импортными ЖК индикаторами.

3. Младшие 4 бита шины данных можно оставлять неподключенными - в ЖК индикаторе вся шина данных подтянута к Ucc через высокоомные резисторы.

4. И не надо забывать выбирать правильный тип интерфейса (4 или 8 бит) при смене страницы кодировки знакогенератора.

Сколько реально памяти в ЖК индикаторах?

Во всех буквенно-цифровых ЖК индикаторах встроено 80 байтов внутренней памяти. Адреса памяти лучше уточнить по документации на ЖК индикатор. Часть памяти отображается на индикаторе, но вся память доступна как по записи, так и по чтению. Память сохраняет свое содержимое пока включено питание ЖК индикатора, независимо от того, включен или выключен ЖК индикатор.

В графических ЖК индикаторах встроенной памяти:
MT-6116 = 80 байтов/строку * 4 строки = 320 байтов (отображается 61 байт/строку * 2 строки);
MT-6464 = 64 байта/строку * 8 строк = 512 байта (отображается 64 байта/строку * 8 строк).
MT-12232 = 80 байтов/строку * 4 строки * 2 кристалла = 640 байтов (отображается 61 байт/строку * 4 строки * 2 половины ЖКИ);
MT-12864 = 64 байта/строку * 8 строк * 2 кристалла = 1024 байта (отображается 64 байта/строку * 8 строк * 2 половины ЖКИ).
Размер памяти от буквенного суффикса ЖК индикатора не зависит.

В сегментных индикаторах с параллельным интерфейсом (MT-10T7, MT-10T8, MT-10T9) чтение встроенной памяти невозможно, размер памяти 10 байтов + триггер блокировки.

Работают ли ЖК индикаторы с высокоскоростными контроллёрами? Какова максимальная скорость заполнения?

Да, работают. Но надо не забывать про времена предустановки и удержания сигналов.

Максимальная скорость записи в индикаторы:
MT-**S* (MT-10S1, MT-20S1, MT-16S2, MT-24S2, MT-20S4, ...) - 25-30 тысяч символов/сек;
MT-6116, MT-12232 - 0.5-1 млн. байтов/сек (4-8 млн. точек/сек);
MT-12864, MT-6464 - 100-130 тысяч байтов/сек (1 млн. точек/сек).
Для индикаторов с двумя кристаллами (MT-12232, MT-12864) возможен вариант поочерёдной записи в правый/левый кристалл - это позволяет практически в два раза увеличить скорость записи. Но за счёт усложнения программы.
Большие (из указанных) скорости достигаются при опросе готовности индикаторов - за исключением индикаторов MT-6116 и MT-12232, для которых выгоднее выдержать паузу между сигналами E, чем опрашивать готовность индикатора.

Как правильно включать подсветку ЖК индикатора?

Все ЖК индикаторы рассчитаны на питание подсветки от источника питания самого индикатора. Т.е. плюс подсветки (вывод A) на вывод Ucc, минус подсветки (вывод K)- на вывод GND. Это верно как для 5-ти вольтовых индикаторов, так и для 3-х вольтовых.

Как регулировать контрастность ЖК индикатора?

1. Сегментные ЖК индикаторы с параллельным интерфейсом (MT-10T7, MT-10T8, MT-10T9): контрастность регулируется изменением номинала резистора между выводами Uo и GND, как описано в PDF на индикатор.

2. Буквенно-цифровые ЖК индикаторы с 3-х вольтовым питанием: контрастность не регулируется.

3. Буквенно-цифровые ЖК индикаторы с 5-ти вольтовым питанием: контрастность регулируется изменением напряжения на выводе Uo в пределах примерно -2В..+2В относительно GND. Обратите книмание, что недопустимо подавать на вывод Uo напряжение, приближающееся к напряжению питания индикатора (Ucc)! Напряжение на выводе Uo должно хотя бы на 1В меньше напряжения питания индикатора! Иначе ЖК индикатор выходит из строя.

4. Графические индикаторы MT-6464*: контрастность регулируется изменением напряжения на выводе Uo, как описано в PDF на индикатор.

5. Графические индикаторы MT-12232*: контрастность не регулируется.

6. Графические индикаторы MT-12864*: контрастность регулируется изменением номинала резистора между выводами Uo и Uee, как описано в PDF на индикатор.

В любом случае, лучше уточнить в документации на конкретный ЖК индикатор. Если есть сомнения в правильности сведений в документации - свяжитесь с нами или спросите на форуме.

Можно ли подключать 5-ти вольтовый ЖК индикатор к 3-х вольтовому контроллёру?

В принципе, можно. Но надо учитывать разность в уровнях логических сигналов: для некоторых индикаторов уровень логической 1 может оказаться выше, чем способен сформировать управляющий контроллёр. Например, это касается вывода RES индикатора MT-12864, уровень лог.1 которого может быть не менее 3.75В (0.7*5.5В), хотя остальные выводы имеют уровень лог.1 всего 2.4В.

Также, проблемы будут при использовании операции чтения из ЖК индикатора. В цикле чтения ЖК индикатор честно выдаст на выводы напряжение лог.1 вплоть до 5В и ток потечёт через защитные диоды в управляющем контроллёре, что может повлечь выход из строя как ЖК индикатора, так и управляющего контроллёра. Необходимо предусматривать схемы согласования уровней, ограничения тока по выводам и тому подобные меры.

Как правильно подавать команды в буквенно-цифровые и графические ЖК индикаторы?

Есть несколько вариантов, выберите наиболее подходящий Вам или придумайте новый, не противоречащий документации на ЖК индикатор.

1. Перед (или после) каждого цикла обращения выдерживать паузу не менее указанной в документации. Это самый простой, но и самый неоптимальный по затратам времени управляющего контроллёра способ.

2. После каждого цикла обращений к ЖК индикатору опрашивать бит занятости и ждать пока индикатор не выполнит посланную команду. Это способ лучше первого, но всё ещё весьма неоптимальный.

3. Ждать готовности ЖК индикатора перед каждым циклом обращения. Это, вероятно, самый удобный вариант управления ЖК индикатором из основной программы (не из прерываний). Хотя он и не обеспечивает минимальных затрат времени управляющим контроллёром на работу с ЖК индикатором, но освобождает максимум времени для других действий, кроме работы с индикатором.

4. Можно так написать программу, выдающую команды в ЖК индикатор, чтобы между любыми двумя последовательными циклами обращений проходило не менее указанного в документации времени. Этот способ оптимален по затратам времени управляющего контроллёра (не делается ничего лишнего) и скорости вывода информации в ЖК индикатор, но весьма сложен в написании и отладке.

5. Если циклы обращений к ЖК индикатору формируются в прерывании, то можно настроить частоту прерываний так, чтобы между вызовами проходило не менее указанного в документации на индикатор времени паузы. Если в системе допустимо иметь такие низкую частоту прерываний и скорость вывода информации в ЖК индикатор, то этот способ, наверно, лучший.

6. Если нужна высокая скорость прерываний или вывода информации на ЖК индикатор, можно в прерывании опросить готовность индикатора и, если не готов, выйти из прерывания не формируя цикла обращения к индикатору.

Разумеется, это не все возможные варианты, но их вполне достаточно в большинстве случаев.

Как правильно проверить готовность ЖК индикатора к обмену данными?

В наиболее общем случае надо выполнить цикл чтения информации из ЖК индикатора, установив управляющие сигналы для получения байта статуса и проверить бит BUSY в считанном байте. Для буквенно-цифровых ЖК индикаторов с 4-х битным режимом включения надо не забывать получать оба полубайта, независимо готов или нет индикатор. Для управляющих контроллёров, в которых возможно выбирать режим работы шины данных (на ввод или на вывод) надо также не забывать переключать шину данных на ввод до формирования импульса E (строба чтения).

Для буквенно-цифровых и графических ЖК индикаторов возможен и более быстрый способ проверки флага BUSY: начать цикл чтения, но проверять бит BUSY сразу на шине данных, не сбрасывая строб E, только лишь выдержав время задержки выдачи данных индикатором. При этом можно сохранять строб E активным до обнаружения сброса флага BUSY и только потом завершить цикл чтения байта статуса. Но завершить правильно необходимо в любом случае - например, для буквенно-цифровых индикаторов с 4-х битным режимом включения обязательно надо получить и младший полубайт байта статуса, хотя бит BUSY находится в старшем полубайте и, казалось бы, читать ещё и младший лишнее. Нет, не лишнее!

Могут ли ЖК индикаторы работать при отрицательных температурах?

Мы выпускаем несколько разновидностей ЖК индикаторов, многие из которых предназначены для эксплуатации, в том числе, и при отрицательных температурах. Серийно производятся ЖК индикаторы с рабочей температурой до -30°C (температура хранения при этом до -40°C). Максимально допустимая рабочая температура от +50°C до +70°C (температура хранения от +60°C до +80°C). Но при применении ЖК индикаторов с расширенным температурным диапазоном надо понимать, что они, во-первых, дороже; во-вторых, при отрицательной температуре существенно возрастает время смены информации на стекле ЖК индикатора (от 0.2с при +20°C до 7с при -20°C и 15с при -30°C). Это время от записи новой информации в индикатор до окончания (на глаз) переходных процессов в стекле ЖК индикатора. Если информация в ОЗУ индикатора при записи не изменяется, то и никаких переходных процессов не будет. Т.е. время на переходные процессы нужно только при смене выводимой информации. К времени записи информации во внутреннее ОЗУ индикатора это время отношения не имеет.
Если выводить меняющуюся информацию в индикатор чаще, чем указанное время, то ничего не испортится, но на индикаторе видно будет нечто среднее между старой и новой информацией.

Можно ли сменить тип интерфейса управления ЖК индикатором?

Да, для ЖК индикаторов MT-6116, MT-6116B, MT-12232B можно сменить тип интерфейса управления с 68000 на 8080. При этом сигнал R/W станет сигналом /WR, а сигнал E - сигналом /RD. Активным может быть всегда только один из них. Выбор типа интерфейса 8080 осуществляется подачей на вывод RES перепада с лог.1 на лог.0 и оставлением лог.0 на всё время работы ЖК индикатора.
Подробнее смотрите документацию на кристалл КБ145ВГ4 (Ангстрем) или SED1520DOA. Или связывайтесь с нами.

Для ЖК индикаторов MT-12232A, MT-12232C и MT-12232D смена типа интерфейса также физически возможна, но из-за наличия в схеме индикатора дешифратора обращений к двум кристаллам приведёт к неработоспособности ЖК индикатора.

Особенности ЖК индикаторов MT-6116, MT-12232.

Все ЖК индикаторы MT-6116 и MT-12232 основаны на одном и том же кристалле и имеют некоторые особенности, которые надо учитывать при проектировании изделий на данных индикаторах:

1. Хотя в индикаторе присутствует цепь начального сброса по включению питания, часто её оказывается недостаточно и для правильной работы индикатора надо подавать сигнал сброса снаружи. Эти индикаторы сбрасываются любым перепадом на выводе RES (и 0->1, и 1->0), причём этот же вывод выбирает тип интерфейса управления. Поэтому желательно подавать внешний сигнал сброса ЖКИ на вывод RES - удерживая RES=лог.0 не менее 10 мкс после подачи напряжения питания на ЖКИ и потом подавая перепад лог.0 -> лог.1 с длительностью фронта не более 10 мкс. До момента подачи перепада 0->1 ЖК индикатор может выдавать на шину данных случайную информацию (зависит от управляющих сигналов R/W, A0, E) и надо обеспечить режим ввода (или Z-состояние) по шине данных в управляющем контроллёре на это время.
Если же импульс сброса будет формироваться и в процессе работы, не только при включении питания, то на всё время лог.0 на выводе RES также надо переводить шину данных управляющего контроллёра в режим ввода (или Z-состояние) для исключения конфликта на шине.

2. Для ускорения обновления индикатора предусмотрен специальный режим чтения-модификация-запись , при котором адрес столбца увеличивается только после записи (флаг RMW). После установки этого режима можно прочитать байт из индикатора, при необходимости изменить его и записать обратно в индикатор, не добавляя команд установки адреса столбца. Без этого режима последовательность была бы следующей: установить адрес столбца, прочитать данные, снова установить тот же адрес столбца, записать новые данные. Здесь на целых две операции больше (если выполнять модификацию нескольких последовательных байтов).

3. С другой стороны, с включенным режимом чтения-модификация-запись ЖК индикатор не обрабатывает многие команды (например, точно не работает команда установки страницы). Поэтому надо не забывать сбрасывать этот режим, когда он не нужен.
И в процедуре инициализации в нашей документации не для всех индикаторов этот режим сбрасывается и может оказаться, что после включения питания режим окажется установленным. В этом случае ЖК индикатор будет работать неправильно. Лучше добавить в процедуру инициализации команду сброса режима RMW.

4. При чтении информации из внутренней памяти индикатора нужно делать "пустой" цикл чтения - после команд установки адреса столбца первый цикл чтения не выдаст полезной информации, реальные данные будут выданы только начиная со второго цикла чтения. Для чтения байта статуса лишних циклов чтения делать не надо.

5. Так как кристаллы в индикаторе независимы, то опрашивать надо оба байта статуса. Или, по крайней мере, из того кристалла, к которому будет обращение.

6. По той же причине (независимость кристаллов) для правильной работы ЖК индикатора необходимо провести начальную инициализацию для обоих кристаллов индикатора. При инициализации только одного из двух кристаллов индикатор что-то показывать будет, но картинка правильной не будет даже на половине индикатора.

Особенности ЖК индикаторов MT-6464 и MT-12864.

В нашей документации на ЖК индикатор забыто указание на минимальное время паузы между циклами обращения к индикатору: 10 мкс. Можно или выдерживать данное время, или проверять флаг занятости индикатора.

Также не указано, что при чтении информации из внутренней памяти индикатора нужно делать "пустой" цикл чтения - после команды установки адреса первый цикл чтения не выдаст полезной информации, реальные данные будут выданы только начиная со второго цикла чтения.
Для чтения байта статуса лишних циклов чтения делать не надо.

Так как кристаллы в индикаторе независимы, то опрашивать надо оба байта статуса. Или, по крайней мере, из того кристалла, к которому будет обращение.
По той же причине (независимость кристаллов) для правильной работы ЖК индикатора необходимо провести начальную инициализацию для обоих кристаллов индикатора.

В документации не указаны входные и выходные токи для индикаторов.

Индикаторы обеспечивают указанные в документации выходные напряжения при следующих максимальных выходных токах:
1. Все буквенно-цифровые (MT-**S*): Ioh=0.4мА, Iol=1.2мА.
2. MT-6116*: Ioh=0.4мА, Iol=0.4мА.
3. MT-6464*: Ioh=0.2мА, Iol=1.6мА.
4. MT-12232*: Ioh=0.4мА, Iol=0.4мА.
5. MT-12864*: Ioh=0.2мА, Iol=1.6мА.

Входные токи для индикаторов указаны в документации на индикатор, за исключением MT-6116*, MT-12232*:
1. MT-6116*: Iih=Iil=3мкА.
2. MT-12232*: Iih=Iil=3мкА.

Можно ли как нибудь быстро проверить работоспособность ЖК индикатора?

ЖК индикатор ничего не показывает, что делать?

Чаще всего, информация на ЖК индикаторе не появляется по причине неверно выставленной контрастности - реально индикатор работает, изображение есть, но его не видно. Проверить это можно чтением записанной ранее информации из ЖК индикатора (неприменимо для сегментных индикаторов).

Если есть подозрение на неисправность ЖК индикатора, рекомендуем:
* проверить наличие питания ЖКИ,
* уровни управляющих сигналов,
* настройку контрастности,
* отсутствие помех на управляющих выводах и питании ЖКИ,
* форму управляющих сигналов (особенно при длинном кабеле подключения индикатора),
* соблюдение временных параметров при управлении индикатором,
* правильность процедуры начальной инициализации индикатора,
* попробовать подключить индикатор к LPT порту компьютера и проверить исправность индикатора программой из предыдущего пункта,
* включить другой аналогичный ЖК индикатор,
* обратиться к нам.

А нет ли примера программы для вывода на ЖК индикатор?

Есть, вот с примерами программ для вывода на наши ЖК индикаторы. Программы написаны на подобии языка C и предназначены для пояснения алгоритмов работы с ЖКИ. Они подробно прокомментированы, но компилиться не будут - нужно доопределить функцию задержки времени и имена сигналов управления ЖКИ.

Не нашли ответа на свой вопрос? Свяжитесь с нами.

На этом сайте работает , где мы отвечаем на любые вопросы по нашим ЖКИ. Рекомендуем, прежде чем писать письмо с вопросами, внимательно с ним ознакомиться.

.
По техническим вопросам: Козлов Сергей Владимирович "Kozlov@сайт".
.
По вопросам закупок: Отдел продаж "Sales@сайт".