Главная > Обзоры > Эспо электроникс-библиотека-жидкокристаллические индикаторы. Смотреть что такое "ЖКИ" в других словарях Почему именно ЖК


Эспо электроникс-библиотека-жидкокристаллические индикаторы. Смотреть что такое "ЖКИ" в других словарях Почему именно ЖК




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.


Рисунок 1. Вращение поляризации света жидким кристаллом

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.



Рисунок 2. Вращение поляризации света жидким кристаллом

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.


Рисунок 3. Временная диаграмма напряжения на выводах ячейки ЖКИ индикатора

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.


Рисунок 4. Принципиальная схема контроллера семисегментного жидкокристаллического индикатора

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

Первый рабочий жидкокристаллический дисплей был создан Фергесоном (Fergason) в 1970 году. До этого жидкокристаллические устройства потребляли слишком много энергии, срок их службы был ограничен, а контраст изображения был удручающим. На суд общественности новый ЖК-дисплей был представлен в 1971 году и тогда он получил горячее одобрение. Жидкие кристаллы (Liquid Crystal) - это органические вещества, способные под напряжением изменять величину пропускаемого света. Жидкокристаллический монитор представляет собой две стеклянных или пластиковых пластины, между которыми находится суспензия. Кристаллы в этой суспензии расположены параллельно по отношению друг к другу, тем самым они позволяют свету проникать через панель. При подаче электрического тока расположение кристаллов изменяется, и они начинают препятствовать прохождению света. ЖК технология получила широкое распространение в компьютерах и в проекционном оборудовании.

Отметим, что первые жидкие кристаллы отличались своей нестабильностью и были мало пригодными к массовому производству. Реальное развитие ЖК технологии началось с изобретением английскими учеными стабильного жидкого кристалла - бифенила (Biphenyl). Жидкокристаллические дисплеи первого поколения можно наблюдать в калькуляторах, электронных играх и в часах.

Насладимся плоским экраном

Современные ЖК мониторы также называют плоскими панелями, активными матрицами двойного сканирования, тонкопленочными транзисторами. Идея ЖК мониторов витала в воздухе более 30 лет, но проводившиеся исследования не приводили к приемлемому результату, поэтому ЖК мониторы не завоевали репутации устройств, обеспечивающих хорошее качество изображения. Сейчас они становятся популярными - всем нравится их изящный вид, тонкий стан, компактность, экономичность (15-30 ватт), кроме того, считается, что только обеспеченные и серьезные люди могут позволить себе такую роскошь.

Время идет, цены падают, а ЖК мониторы становятся все лучше и лучше. Теперь они обеспечивают качественное контрастное, яркое, отчетливое изображение. Именно по этой причине пользователи переходят с традиционных ЭЛТ-мониторов на жидкокристаллические. Раньше жидкокристаллические технологии были медленнее, они не были настолько эффективными, и их уровень контрастности был низок. Первые матричные технологии, так называемые пассивные матрицы, вполне неплохо работали с текстовой информацией, но при резкой смене картинки на экране оставались так называемые "призраки". Поэтому такого рода устройства не подходили для просмотра видеофильмов и игр. Сегодня на пассивных матрицах работает большинство черно-белых портативных компьютеров, пейджеры и мобильные телефоны. Так как ЖК технология адресует каждый пиксель отдельно, четкость получаемого текста выше в сравнении с ЭЛТ-монитором. Отметим, что на ЭЛТ-мониторах при плохом сведении лучей пиксели, из которых состоит изображение, размываются.

Существует два вида ЖК мониторов: DSTN (dual-scan twisted nematic - кристаллические экраны с двойным сканированием) и TFT (thin film transistor - на тонкопленочных транзисторах), также их называют соответственно пассивными и активными матрицами. Такие мониторы состоят из следующих слоев: поляризующего фильтра, стеклянного слоя, электрода, слоя управления, жидких кристаллов, ещё одного слоя управления, электрода, слоя стекла и поляризующего фильтра.

В первых компьютерах использовались восьмидюймовые (по диагонали) пассивные черно-белые матрицы. С переходом на технологию активных матриц, размер экрана вырос. Практически все современные ЖК мониторы используют панели на тонкопленочных транзисторах, обеспечивающих яркое, четкое изображение значительно большего размера.

Как работает ЖК монитор


Поперечное сечение панели на тонкопленочных транзисторах представляет собой многослойный бутерброд. Крайний слой любой из сторон выполнен из стекла. Между этими слоями расположен тонкопленочный транзистор, панель цветного фильтра, обеспечивающая нужный цвет - красный, синий или зеленый, и слой жидких кристаллов. Вдобавок ко всему существует флуоресцентная подсветка, освещающая экран изнутри.

При нормальных условиях, когда нет электрического заряда, жидкие кристаллы находятся в аморфном состоянии. В этом состоянии жидкие кристаллы пропускают свет. Количеством света, проходящего через жидкие кристаллы, можно управлять с помощью электрических зарядов - при этом изменяется ориентация кристаллов.

Как и в традиционных электроннолучевых трубках, пиксель формируется из трех участков - красного, зеленого и синего. А различные цвета получаются в результате изменения величины соответствующего электрического заряда (что приводит к повороту кристалла и изменению яркости проходящего светового потока).

TFT экран состоит из целой сетки таких пикселей, где работой каждого цветового участка каждого пикселя управляет отдельный транзистор. Именно здесь стоит поговорить о разрешении. Для нормального обеспечения экранного разрешения 1024х768 (режим SVGA) монитор должен располагать именно таким количеством пикселей.

Почему именно ЖК?

Жидкокристаллические мониторы обладают совершенно иным стилем. В традиционных электроннолучевых мониторах формообразующим фактором был кинескоп. Его размер и форму нельзя было изменять. В ЖК мониторах кинескопа нет, поэтому можно производить мониторы любой формы.

Сравните 15-дюймовый ЭЛТ-монитор весом 15 кг с жидкокристаллической панелью глубиной (вместе с подставкой) менее 15 см и весом 5-6 кг. Преимущества таких мониторов понятны. Они не такие громоздкие, не имеют проблем с фокусировкой, а их четкость облегчает работу на высоких разрешениях экрана, пусть даже его размер не так велик. Например, даже 17-дюймовый жидкокристаллический монитор прекрасно показывает в разрешении 1280х1024, тогда как даже для 18-дюймовых ЭЛТ-мониторов это предел. К тому же, в отличие от ЭЛТ-мониторов, большинство ЖК - цифровые. Это означает, что графической карте с цифровым выходом не придется производить цифроаналоговые преобразования, какие она производит в случае с ЭЛТ-монитором. Теоретически, это позволяет более тщательно передавать информацию о цвете и о местоположении пикселя. В то же время, если подключать ЖК монитор к стандартному аналоговому VGA выходу, придется проводить аналого-цифровые преобразования (ведь ЖК-панели - это цифровые устройства). При этом могут возникнуть различные нежелательные артефакты. Теперь, когда приняты соответствующие стандарты и все большее количество карт обеспечивается цифровыми выходами, ситуация значительно упростится.

Преимущества ЖК мониторов

  • ЖК мониторы более экономичные;
  • У них нет электромагнитного излучения в сравнении c ЭЛТ-мониторами;
  • Они не мерцают, как ЭЛТ-мониторы;
  • Они легкие и не такие объемные;
  • У них большая видимая область экрана.
Среди других отличий:

Разрешение: ЭЛТ-мониторы могут работать на нескольких разрешениях в полноэкранном режиме, когда ЖК монитор может работать только с одним разрешением. Меньшие разрешения возможны лишь при использовании части экрана. Так, например, на мониторе с разрешением 1024х768 при работе в разрешении 640х480 будет задействовано лишь 66% экрана.

Измерение диагонали: размер диагонали видимой области ЖК монитора соответствует размеру его реальной диагонали. В ЭЛТ-мониторах реальная диагональ теряет за рамкой монитора более дюйма.

Сведение лучей: в жидкокристаллических мониторах каждый пиксель включается или выключается отдельно, поэтому не возникает никаких проблем со сведением лучей, в отличие от ЭЛТ-мониторов, где требуется безукоризненная работа электронных пушек.

Сигналы: ЭЛТ-мониторы работают на аналоговых сигналах, а ЖК мониторы используют цифровые сигналы.

Отсутствие мерцания: качество изображения на ЖК мониторах выше, а при работе нагрузка на глаза меньше - сказывается ровная плоскость экрана и отсутствие мерцания.

Как выбирать ЖК монитор?

"Внешность обманчива" - это высказывание применимо ко всему, включая и жидкокристаллические мониторы. Большинство неопытных покупателей делают свой выбор под влиянием внешности монитора. При покупке монитора в первую очередь стоит учитывать следующее.

"Мертвые пиксели" - на плоской панели может не работать несколько пикселей. Распознать их нетрудно - они всегда одного цвета. Они возникают в процессе производства и восстановлению не подлежат. Приемлемым считается, когда в мониторе не более трех таких пикселей. В некоторых случаях, такие пиксели могут раздражать - особенно при просмотре фильмов. Поэтому если для вас критично отсутствие мертвых пикселей, перед покупкой конкретного монитора проверьте его.

Угол просмотра - Если вы когда-либо ранее пользовались ноутбуком, вы, вероятнее всего, знаете, что работать за ЖК монитором лучше всего под определенным углом. У некоторых мониторов значение этого угла довольно велико, таким образом вы можете видеть изображение на мониторе даже в тех случаях, когда монитор не находится непосредственно перед вами. Отметим, что некоторые владельцы ноутбуков находят небольшие значения угла полезными - в тех случаях, когда требуется, чтобы ваш сосед не видел, что происходит на экране вашего монитора. Итак, угол в 120 градусов считается неплохим.

Контрастность - сами по себе пиксели не вырабатывают свет, они лишь пропускают свет от подсветки. И темный экран вовсе не означает, что подсветка не работает - просто пиксели блокируют этот свет и не пропускают его сквозь экран. Под контрастностью LCD монитора подразумевается, сколько уровней яркости могут создавать его пикселы. Обычно, контрастность 250:1 считается хорошей.

Яркость - насколько ярким может быть ЖК монитор? По правде сказать, яркость жидкокристаллического дисплея может быть выше яркости электронно-лучевой трубки. Но, как правило, яркость ЖК монитора не превышает 225 кандел на квадратный метр - это сопоставимо с яркостью телевизора.

Размер экрана - как и у ЭЛТ-мониторов, размер ЖК мониторов определяются диагональю. Однако заметим, что у ЖК мониторов нет черной рамочки, какая имеется у ЭЛТ-мониторов. Поэтому экран в 15,1 дюйма на самом деле показывает 15,1 дюйма (обычно это соответствует разрешению 1024х768). ЖК монитор размером 17,1 дюйма будет работать в разрешении 1280х1024.

Как выбирать ЖК монитор?

Существует множество различных производителей ЖК мониторов. Наиболее известны мониторы Viewsonic, Sony, Silicon Graphics, Samsung, Nec, Eizo Nano и Apple. Обычно за такими мониторами сидят крутые ребята. Обратите, ни один современный фильм не обходится без ЖК мониторов - ведь они так привлекательны. Вспомнить, к примеру, последние боевики: Лару Крофт из "Томб Райдера" окружали Sony N50, а в "Рыбе-меч" в компьютерной комнате использовались Silicon Graphics 1600SW. Разве они не выглядят привлекательно?


выглядят хорошо, легко, очень тонкий (всего 1,2 см) - 15"


Толщиной лишь 1,2 см, красивы, дороги, качественная картинка, и вообще, вещь - загляденье - 18"


Viewsonic VP181 - дорогой, имеет входы-выходы для TV, VCD, DBD, кроме того, встроенный колонки - 18";
Apple Cinema Display - отличаются высоким разрешением, имеют большой экран, отличаются дизайном - 22";
Sony M81 - тонкие, но на самом деле выглядят несколько иначе, не так, как на этом рисунке - 18"


SGI 1600SW - отличаются дизайном, превосходными характеристиками, дорогие - 17";
Sony L181 - очень тонкие, очень дорогие, но используют технологию Trinitron - 18";
Eizo Nano - выглядят изящно, дорогие - 18"

Телефоны, плееры , термометры и пр.) могут иметь монохромный или 2-5 цветный дисплей . Многоцветное изображение формируется с помощью 2008) в большинстве настольных мониторов на основе TN- (и некоторых *VA) матриц, а также во всех дисплеях ноутбуков используются матрицы с 18-битным цветом (6 бит на канал), 24-битность эмулируется мерцанием с дизерингом .

Устройство ЖК-монитора

Субпиксел цветного ЖК-дисплея

Каждый пиксел ЖК-дисплея состоит из слоя молекул между двумя прозрачными электродами , и двух поляризационных фильтров , плоскости поляризации которых (как правило) перпендикулярны. В отсутствие жидких кристаллов свет, пропускаемый первым фильтром, практически полностью блокируется вторым.

Поверхность электродов, контактирующая с жидкими кристаллами, специально обработана для изначальной ориентации молекул в одном направлении. В TN-матрице эти направления взаимно перпендикулярны , поэтому молекулы в отсутствие напряжения выстраиваются в винтовую структуру. Эта структура преломляет свет таким образом, что до второго фильтра плоскость его поляризации поворачивается, и через него свет проходит уже без потерь. Если не считать поглощения первым фильтром половины неполяризованного света - ячейку можно считать прозрачной. Если же к электродам приложено напряжение - молекулы стремятся выстроиться в направлении поля , что искажает винтовую структуру. При этом силы упругости противодействуют этому, и при отключении напряжения молекулы возвращаются в исходное положение. При достаточной величине поля практически все молекулы становятся параллельны, что приводит к непрозрачности структуры. Варьируя напряжение , можно управлять степенью прозрачности. Если постоянное напряжение приложено в течении долгого времени - жидкокристаллическая структура может деградировать из-за миграции ионов. Для решения этой проблемы применяется переменный ток , или изменение полярности поля при каждой адресации ячейки (непрозрачность структуры не зависит от полярности поля). Во всей матрице можно управлять каждой из ячеек индивидуально, но при увеличении их количества это становится трудновыполнимо, так как растёт число требуемых электродов. Поэтому практически везде применяется адресация по строкам и столбцам. Проходящий через ячейки свет может быть естественным - отражённым от подложки(в ЖК-дисплеях без подсветки). Но чаще применяют , кроме независимости от внешнего освещения это также стабилизирует свойства полученного изображения. Таким образом полноценный ЖК-монитор состоит из электроники, обрабатывающей входной видеосигнал, ЖК-матрицы, модуля подсветки, блока питания и корпуса. Именно совокупность этих составляющих определяет свойства монитора в целом, хотя некоторые характеристики важнее других.

Технические характеристики ЖК-монитора

Важнейшие характеристики ЖК-мониторов:

  • Разрешение : Горизонтальный и вертикальный размеры, выраженные в пикселах . В отличие от ЭЛТ-мониторов, ЖК имеют одно, «родное», физическое разрешение, остальные достигаются интерполяцией .

Фрагмент матрицы ЖК монитора (0,78х0,78 мм), увеличеный в 46 раз.

  • Размер точки: расстояние между центрами соседних пикселов. Непосредственно связан с физическим разрешением.
  • Соотношение сторон экрана (формат): Отношение ширины к высоте, например: 5:4, 4:3, 5:3, 8:5, 16:9, 16:10.
  • Видимая диагональ: размер самой панели, измеренный по диагонали. Площадь дисплеев зависит также от формата: монитор с форматом 4:3 имеет большую площадь, чем с форматом 16:9 при одинаковой диагонали.
  • Контрастность : отношение яркостей самой светлой и самой тёмной точек. В некоторых мониторах используется адаптивный уровень подсветки с использованием дополнительных ламп, приведенная для них цифра контрастности (так называемая динамическая) не относится к статическому изображению.
  • Яркость : количество света, излучаемое дисплеем, обычно измеряется в канделах на квадратный метр.
  • Время отклика : минимальное время, необходимое пикселу для изменения своей яркости. Методы измерения неоднозначны.
  • Угол обзора: угол, при котором падение контраста достигает заданного, для разных типов матриц и разными производителями вычисляется по-разному, и часто не подлежит сравнению.
  • Тип матрицы: технология, по которой изготовлен ЖК-дисплей.
  • Входы: (напр, DVI , HDMI и пр.).

Технологии

Часы с ЖКИ-дисплеем

Жидкокристаллические мониторы были разработаны в 1963 году в исследовательском центре Давида Сарнова (David Sarnoff) компании RCA, Принстон, штат Нью-Джерси.

Основные технологии при изготовлении ЖК дисплеев: TN+film, IPS и MVA. Различаются эти технологии геометрией поверхностей, полимера, управляющей пластины и фронтального электрода . Большое значение имеют чистота и тип полимера со свойствами жидких кристаллов, примененный в конкретных разработках.

Время отклика ЖК мониторов, сконструированных по технологии SXRD (англ. Silicon X-tal Reflective Display - кремниевая отражающая жидкокристаллическая матрица), уменьшено до 5 мс. Компании Sony, Sharp и Philips совместно разработали технологию PALC (англ. Plasma Addressed Liquid Crystal - плазменное управление жидкими кристаллами), которая соединила в себе преимущества LCD (яркость и сочность цветов, контрастность) и плазменных панелей (большие углы видимости по горизонту, H, и вертикали, V, высокую скорость обновления). В качестве регулятора яркости в этих дисплеях используются газоразрядные плазменные ячейки, а для цветовой фильтрации применяется ЖК-матрица. Технология PALC позволяет адресовать каждый пиксель дисплея по отдельности, а это означает непревзойденную управляемость и качество изображения.

TN+film (Twisted Nematic + film)

Часть «film» в названии технологии означает дополнительный слой, применяемый для увеличения угла обзора (ориентировочно - от 90° до 150°). В настоящее время приставку «film» часто опускают, называя такие матрицы просто TN. К сожалению, способа улучшения контрастности и времени отклика для панелей TN пока не нашли, причём время отклика у данного типа матриц является на настоящий момент одним из лучших, а вот уровень контрастности - нет.

TN + film - самая простая технология.

Матрица TN + film работает следующим образом: если к субпикселам не прилагается напряжение, жидкие кристаллы (и поляризованный свет, который они пропускают) поворачиваются друг относительно друга на 90° в горизонтальной плоскости в пространстве между двумя пластинами. И так как направление поляризации фильтра на второй пластине составляет угол в 90° с направлением поляризации фильтра на первой пластине, свет проходит через него. Если красные, зеленые и синие субпиксели полностью освещены, на экране образуется белая точка.

К достоинствам технологии можно отнести самое маленькое время отклика среди современных матриц, а также невысокую себестоимость.

IPS (In-Plane Switching)

Технология In-Plane Switching была разработана компаниями Hitachi и NEC и предназначалась для избавления от недостатков TN + film. Однако, хотя с помощью IPS удалось добиться увеличения угла обзора до 170°, а также высокой контрастности и цветопередачи, время отклика осталось на низком уровне.

На настоящий момент матрицы, изготовленные по технологии IPS единственные из ЖК-мониторов, всегда передающие полную глубину цвета RGB - 24 бита, по 8 бит на канал. TN-матрицы почти всегда имеют 6-бит, как и часть MVA.

Если к матрице IPS не приложено напряжение, молекулы жидких кристаллов не поворачиваются. Второй фильтр всегда повернут перпендикулярно первому, и свет через него не проходит. Поэтому отображение черного цвета близко к идеалу. При выходе из строя транзистора «битый» пиксель для панели IPS будет не белым, как для матрицы TN, а черным.

При приложении напряжения молекулы жидких кристаллов поворачиваются перпендикулярно своему начальному положению и пропускают свет.

IPS в настоящее время вытеснено технологией S-IPS (Super-IPS, Hitachi год), которая наследует все преимущества технологии IPS с одновременным уменьшением времени отклика . Но, несмотря на то, что цветность S-IPS панелей приблизилась к обычным мониторам CRT , контрастность все равно остаётся слабым местом. S-IPS активно используется в панелях размером от 20", LG.Philips , NEC остаются единственными производителями панелей по данной технологии.

AS-IPS - технология Advanced Super IPS (Расширенная Супер-IPS), также была разработана корпорацией Hitachi в году. В основном улучшения касались уровня контрастности обычных панелей S-IPS, приблизив его к контрастности S-PVA панелей. AS-IPS также используется в качестве названия для мониторов корпорации LG.Philips.

A-TW-IPS - Advanced True White IPS (Расширенная IPS с настоящим белым), разработано LG.Philips для корпорации году. Усиленная мощность электрического поля позволила добиться ещё больших углов обзора и яркости, а также уменьшить межпиксельное расстояние. Дисплеи на основе AFFS в основном применяются в планшетных ПК , на матрицах производства Hitachi Displays.

*VA (Vertical Alignment)

MVA - Multi-domain Vertical Alignment. Эта технология разработана компанией Fujitsu как компромисс между TN и IPS технологиями. Горизонтальные и вертикальные углы обзора для матриц MVA составляют 160°(на современных моделях мониторов до 176-178 градусов), при этом благодаря использованию технологий ускорения (RTC) эти матрицы не сильно отстают от TN+Film по времени отклика, но значительно превышают характеристики последних по глубине цветов и точности их воспроизведения.

MVA стала наследницей технологии VA, представленной в 1996 году компанией Fujitsu. Жидкие кристаллы матрицы VA при выключенном напряжении выровнены перпендикулярно по отношению ко второму фильтру, то есть не пропускают свет. При приложении напряжения кристаллы поворачиваются на 90°, и на экране появляется светлая точка. Как и в IPS-матрицах, пиксели при отсутствии напряжения не пропускают свет, поэтому при выходе из строя видны как чёрные точки.

Достоинствами технологии MVA являются глубокий черный цвет и отсутствие, как винтовой структуры кристаллов, так и двойного магнитного поля.

Недостатки MVA в сравнении с S-IPS: пропадание деталей в тенях при перпендикулярном взгляде, зависимость цветового баланса изображения от угла зрения, большее время отклика.

Аналогами MVA являются технологии:

  • PVA (Patterned Vertical Alignment ) от Samsung.
  • Super PVA от Samsung.
  • Super MVA от CMO.

Матрицы MVA/PVA считаются компромиссом между TN и IPS, как по стоимости, так и по потребительским качествам.

Преимущества и недостатки

Искажение изображения на ЖК-мониторе при большом угле обзора

Макрофотография типичной жк-матрицы. В центре можно увидеть два дефектных субпикселя (зелёный и синий).

В настоящее время ЖК-мониторы являются основным, бурно развивающимся направлением в технологии мониторов. К их преимуществам можно отнести: малый размер и вес в сравнении с ЭЛТ . У ЖК-мониторов, в отличие от ЭЛТ , нет видимого мерцания, дефектов фокусировки и сведения лучей, помех от магнитных полей, проблем с геометрией изображения и четкостью. Энергопотребление ЖК-мониторов в 2-4 раза меньше, чем у ЭЛТ и плазменных экранов сравнимых размеров. Энергопотребление ЖК мониторов на 95 % определяется мощностью ламп подсветки или светодиодной матрицы подсветки (англ. backlight - задний свет) ЖК-матрицы. Во многих современных (2007) мониторах для настройки пользователем яркости свечения экрана используется широтно-импульсная модуляция ламп подсветки частотой от 150 до 400 и более Герц . Светодиодная подсветка в основном используется в небольших дисплеях, хотя в последние годы она все шире применяется в ноутбуках и даже в настольных мониторах. Несмотря на технические трудности её реализации, она имеет и очевидные преимущества перед флуоресцентными лампами, например более широкий спектр излучения, а значит, и цветовой охват.

С другой стороны, ЖК-мониторы имеют и некоторые недостатки, часто принципиально трудноустранимые, например:

  • В отличие от ЭЛТ, могут отображать чёткое изображение лишь в одном («штатном») разрешении. Остальные достигаются интерполяцией с потерей чёткости. Причем слишком низкие разрешения (например 320x200) вообще не могут быть отображены на многих мониторах.
  • Цветовой охват и точность цветопередачи ниже, чем у плазменных панелей и ЭЛТ соответственно. На многих мониторах есть неустранимая неравномерность передачи яркости (полосы в градиентах).
  • Многие из ЖК-мониторов имеют сравнительно малый контраст и глубину чёрного цвета. Повышение фактического контраста часто связано с простым усилением яркости подсветки, вплоть до некомфортных значений. Широко применяемое глянцевое покрытие матрицы влияет лишь на субъективную контрастность в условиях внешнего освещения.
  • Из-за жёстких требований к постоянной толщине матриц существует проблема неравномерности однородного цвета (неравномерность подсветки).
  • Фактическая скорость смены изображения также остаётся ниже, чем у ЭЛТ и плазменных дисплеев . Технология overdrive решает проблему скорости лишь частично.
  • Зависимость контраста от угла обзора до сих пор остаётся существенным минусом технологии.
  • Массово производимые ЖК-мониторы более уязвимы, чем ЭЛТ. Особенно чувствительна матрица, незащищённая стеклом. При сильном нажатии возможна необратимая деградация. Также существует проблема дефектных пикселей .
  • Вопреки расхожему мнению пикселы ЖК-мониторов деградируют, хотя скорость деградации наименьшая из всех технологий отображения.

Перспективной технологией, которая может заменить ЖК-мониторы, часто считают OLED -дисплеи. С другой стороны, эта технология встретила сложности в массовом производстве, особенно для матриц с большой диагональю.

См. также

  • Видимая область экрана
  • Антибликовое покрытие
  • en:Backlight

Ссылки

  • Информация о флюоресцентных лампах, используемых для подсветки ЖК-матрицы
  • Жидкокристаллические дисплеи (технологии TN + film, IPS, MVA, PVA)

Литература

  • Артамонов О. Параметры современных ЖК-мониторов
  • Мухин И. А. Как выбрать ЖК-монитор? . «Компьютер-бизнес-маркет», № 4 (292), январь 2005, стр. 284-291.
  • Мухин И. А. Развитие жидкокристаллических мониторов . «BROADCASTING Телевидение и радиовещение»: 1 часть - № 2(46) март 2005, с.55-56; 2 часть - № 4(48) июнь-июль 2005, с.71-73.
  • Мухин И. А. Современные плоскопанельные отображающие устройства ."BROADCASTING Телевидение и радиовещение": № 1(37), январь-февраль 2004, с.43-47.
  • Мухин И. А., Украинский О. В. Способы улучшения качества телевизионного изображения, воспроизводимого жидкокристаллическими панелями . Материалы доклада на научно-технической конференции «Современное телевидение», Москва, март 2006.

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.

а) пример ручной установки бескорпусных
микросхем

в) заливка компаундом установленных
бескорпусных микросхем
Рис. 1. Этапы монтажа кристаллов ЖК-контроллеров по технологии COB

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

MT -16S24 -1 Y L G T -3V0 -T
1 2 3 4 5 6 7 8 9
Компания (МЭЛТ) Серия Tраб./Tхран., °C Тип ЖК панели Тип подсветки Цвет подсветки Ориентация Uпит Термокомпенсация
1:
0…50/-10…60 		T: TN positive L: – LED A: янтарный (пусто): 6 часов 2V8 – 2,8 В (пусто): нет
N: TN negative G: желто-зеленый Т: на 12 часов 3V0 – 3,0 В T: есть
2:
-20…70/-30…80 		M: HTN positive R: красный 3V3 – 3,3 В
H: HTN negative B: голубой (пусто) – 5,0 В
3:
-30…70/-40…80 		Y: STN yellow positive W: белый
G: STN gray positive (пусто): опция
4:
-40…80/-40…90 		B: STN blue positive
K: STN negative (blue)
7:
-10…50/-30…60 		F: FSTN positive
V: FSTN negative (black)

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

Наименование Контроллер Разреше-ние Габариты, мм Видимая
область, мм 		Символ, мм Подсветка Тип стекла Uпит, В Траб, °C
КБ1013ВГ6 08х2 58x32x12,9 3×16 3,55х5,56 3; 5 -20…70; -30…70
КБ1013ВГ6 10х1 66x31x9,2 56×12 4,34×8,35 Желто-зеленая STN Positive 5 0…50, -20…70, -30…70
КБ1013ВГ6 16х1 122x33x9,3 99×13 4,86×9,56 Янтарная, синяя, желто-зеленая, белая FSTN Positive, FSTN Negative, STN Negative Blue, STN Positive 3; 5 -20…70; -30…70
КБ1013ВГ6 16х1 122x33x13,1 99×13 4,86×9,56 Янтарная, желто-зеленая, нет
КБ1013ВГ6 16х2 85x36x13 62×19 2,95×5,55 FSTN Positive, FSTN Negative, STN Negative Blue, STN Positive
КБ1013ВГ6 16х2 84x44x13,0 62×19 2,95×5,55
КБ1013ВГ6 16х2 85x30x13,5 62×19 2,95×5,55 Янтарная, синяя, желто-зеленая, белая, нет
КБ1013ВГ6 16х2 122x44x13 105,2×24 4,86×9,56 Янтарная, синяя, желто-зеленая FSTN Positive, FSTN Negative, STN Positive
ST7070 16х2 84x44x13,0 62×19 2,95×5,55 Янтарная, синяя, желто-зеленая, белая FSTN Positive, STN Positive
КБ1013ВГ6 16х4 87x60x13,1 62×26 2,95×4,75 FSTN Positive, FSTN Negative, STN Negative Blue, STN Positive
КБ1013ВГ6 20х1 180x40x9,3 149×23 6,00×14,54 Янтарная, синяя, желто-зеленая, белая, нет
КБ1013ВГ6 20х2 116x37x13 82×19 3,20×5,55 Янтарная, синяя, желто-зеленая, красная, нет FSTN Positive, STN Positive
КБ1013ВГ6 20х2 180x40x9,3 149×23 6,00×9,63 Янтарная, синяя, желто-зеленая, белая, красная, нет FSTN Positive, FSTN Negative, STN Negative Blue, STN Positive 3; 5 -20…70; -30…70
КБ1013ВГ6 20х4 98x60x13 76×26 2,95×4,75 Янтарная, синяя, желто-зеленая, белая, нет
КБ1013ВГ6 20х4 146×62,5×13 122,5×43 4,84×9,22 Янтарная, синяя, желто-зеленая, белая, красная
ST7070 20х4 98x60x13 76×26 2,95×4,75 Янтарная, синяя, желто-зеленая, белая FSTN Positive, STN Positive 5 -20…70
КБ1013ВГ6 24х1 208x40x14,3 178×23 6,00×14,75 FSTN Positive, FSTN Negative, STN Negative Blue, STN Positive 3; 5 -20…70; -30…70
КБ1013ВГ6 24х2 118x36x13,5 92,5×14,8 3,15×5,72 Янтарная, синяя, желто-зеленая, белая, нет FSTN Positive, FSTN Negative, STN Positive
КБ1013ВГ6 24х2 208x40x14,3 178×23 6,00×9,63 Янтарная, синяя, желто-зеленая, белая FSTN Positive, FSTN Negative, STN Negative Blue, STN Positive

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.

Рис. 2. Примеры знакосинтезирующих ЖК-индикаторов МЭЛТ 24 х 2

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

Наименова-ние Контрол-лер Разреш. Габариты, мм Видимая область, мм Размер точки, мм Подсветка Тип стекла Термокомп Uпит, В Траб, °C Тхран, °C
КБ145ВГ4 122×32 77х38х9,5 62×19 0,4×0,4 Нет FSTN Positive, STN Positive Нет 5 -10…60, -30…70 -10…60, -40…80
КБ145ВГ4 122×32 77х38х13 62×19 0,4×0,4 Янтарная, желто-зеленая, синяя, белая, красная FSTN Positive, FSTN Negative, STN Negative Blue, STN Positive Нет 3,3; 5 -10…60, -20…70, -30…70 ,-10…60, -30…80, -40…80
КБ145ВГ4 122×32 84х44х9,5 62×19 0,4×0,4 Нет FSTN Positive, STN Positive 5 -10…60, -30…70 -10…60, -40…80
КБ145ВГ4 122×32 84х44х13,5 62×19 0,4×0,4 Янтарная, желто-зеленая, синяя, белая FSTN Positive, FSTN Negative, STN Negative Blue, STN Positive 3,3; 5 -10…60, -20…70, -30…70 ,-10…60, -30…80, -40…80
КБ145ВГ4 122×32 77х38х13 62×19 0,4×0,4 Янтарная, желто-зеленая FSTN Positive 2,8 -20…70 -30…80
КБ145ВГ4 122×32 94х48,5х9,6 85×26 0,62×0,62 FSTN Positive, FSTN Negative, STN Negative Blue, STN Positive Нет/Есть 3; 5
К145ВГ10 128×64 93х70х13 71,7×38,7 0,44×0,44 Янтарная, желто-зеленая FSTN Positive, FSTN Negative, STN Positive -20…70, -30…70 -30…80
NT75451 128×64 69x48x12 65×34,6 0,47×0,42 Возможна FSTN Positive, STN Negative Blue, STN Positive 3,3
К145ВГ10 128×64 75х52,7х8,5 60×32,6 0,4×0,4 Янтарная, желто-зеленая, синяя, белая, нет FSTN Positive, FSTN Negative, STN Negative Blue, STN Positive Нет 3; 5
КБ145ВГ4 61×16 66х31х9,5 56×12 0,8×0,55 Янтарная, желто-зеленая, нет FSTN Positive, STN Positive Нет 5 0…50 -10…60
КБ145ВГ4 61×16 77х38х13 62×19 0,92×0,72 Янтарная, желто-зеленая Нет 5 0…50 -10…60
К145ВГ10 64×64 40х56х8,5 32×39,5 0,42×0,52 Янтарная, желто-зеленая, синяяб белая Нет 3,3; 5 -20…70 -30…80

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.

Рис. 3. Примеры графических ЖК-индикаторов МЭЛТ 128 х 64

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

Формат Видимая
область, мм 		Производитель/Наименование Производитель/наименование
Winstar Powertip Tianma Bolymin Microtips Ampire Sunlike Data Vision Wintek
8×2 35,0×15,24 TM82A BC0802A MTC-0802X AC082A WM-C0802M
10×1 56,0×12,0 – – – – – – – – –
10×2 60,5×18,5 – – – – – – – – –
12×2 46,7×17,5 – TM122A BC1202A – – – – –
16×1 64,5×13,8 – TM161A BC1601A1 MTC-16100X AC161A WM-C1601M
66,0×16,0 – – BC1601B – – – –
63,5×15,8 – – – TM161E – – – – – –
99,0×13,0 TM161F BC1601D1 MTC-16101X AC161B WM-C1601Q
120,0×23,0 – – – – – – AC161J – –
16х2 99,0×24,0 TM162G BC1602E MTC-16201X AC162E WM-C1602Q
36,0×10,0 – – TM162X – – – – – –
50,0×12,0 – – – TM162B – – – – –
62,5×16,1 TM162V BC1602B1 MTC-16202X AC162A
62,2×17,9 – – – – – MTC-16203X – – –
62,2×17,9 TM162J BC1602D – – –
62,2×17,9 TM162D BC1602H MTC-16204X – WM-C1602K
62,5×16,1 – TM162A BC1602A MTC-16205B – WM-C1602M
55,73×10,98 – – BC1602F – – –
80,0×20,4 – – – – – – – – –
80,0×20,4 – – – – – – – – –
16×4 61,4×25,0 TM164A BC1604A1 MTC-16400X AC164A WM-C1604M
60,0×32,6 – – – – – – – – –
20×1 154×16,5 – – – TM201A – – – – –
149,0×23,0 – – – – – – – –
20×2 83,0×18,8 TM202J BC2002A MTC-20200X AC202A WM-C2002M
83,0×18,6 – – – TM202A – – – – – –
123,0×23,0 – – – – – – – –
149,0×23,0 TM202M BC2002B MTC-20201X AC202B WM-C2002P
147,0×35,2 – – – – – – AC202D – –
83,0×18,8 – – – – – – – – –
76,0×25,2 – – – – – – – – –
20×4 76,0×25,2 TM204A BC2004A MTC-20400X AC204A WM-C2004P
60,0×22,0 – – – – – – – – –
77,0×26,3 – – – – – – – –
76,0×25,2 – – – – – – – –
123,0×42,5 TM204K BC2004B MTC-20401X AC204B – WM-C2004R
24×1 178,0×23,0 – – TM241A – – – – – –
24×2 94,5×18,0 TM242A BC2402A MTC-24200X AC242A WM-C2402P
178,0×23,0 – – – – – – – –
40×1 246,0×20,0 – – – – – – – – –
40×2 154,0×16,5 – TM402A BC4002A MTC-40200X AC402A WM-C4002P
153,5×16,5 – – – TM402C – – – – – –
246,0×38,0 – – – – – – – – –
40×4 147,0×29,5 – TM404A BC4004A MTC-40400X AC404A WM-C4004M
140,0×29,0 – – – – – – – –
244,0×68,0 – – – – – – – – –

Таблица 5. Совместимость графических ЖК различных производителей

Разрешение Видимая
область, мм 		Производитель/Наименование Производитель/Наименование
Winstar Powertip Tianma Bolymin Microtips Ampire Sunlike Data Vision Wintek
61×16 56,0×12,0 – – – – – – – – –
62,0×19,0 – – – – – – – – –
64×64 32,0×39,5 – – – – – – – – –
122×32 62,0×19,0 TM12232A MTG-12232A AG12232A WM-G1203Q
62,0×19,0 – – – – – – – – –
85,0×26,0 – – – – – – – – –
128×64 71,7×38,5

Таким образом, использование изделий МЭЛТ – как раз тот случай, когда импортозамещение оказывается эффективным и выгодным.

Программирование ЖК-индикаторов МЭЛТ

Для того чтобы работать с любым ЖК-модулем, нужно реализовать базовые программные функции: сброс и инициализацию, передачу данных и команд в дисплей, чтение данных из дисплея. В документации на ЖК-модули МЭЛТ содержится вся необходимая для этого информация: последовательность и длительность сигналов при аппаратном сбросе, перечень используемых команд, описание адресного пространства, последовательность команд при программном сбросе и инициализации, детальное описание интерфейса обмена данными.

Конечно, можно написать программные драйвера самостоятельно, то есть «с нуля». Однако в подавляющем большинстве случаев более правильным и быстрым способом будет использование библиотеки примеров, доступной для бесплатного скачивания на сайте компании.

По сути, данная библиотека содержит шаблоны для создания драйверов на языке С. Это значит, что примеры не привязаны к конкретным контроллерам, а, соответственно, часть функций, таких как функции задержки, настройки портов ввода/вывода, необходимо реализовать самостоятельно. Таким образом, эти программы не будут компилироваться, но могут быть основой для создания драйверов.

На настоящий момент библиотека содержит следующие примеры программ:

AllText4.c – пример для буквенно-цифровых ЖК-индикаторов с 4-битным режимом включения;

AllText8.c – пример для буквенно-цифровых ЖК-индикаторов с 8-битным режимом включения;

MT-6116.c – пример для графического ЖК-индикатора MT-6116 с любым буквенным индексом;

MT-12232B.c – пример для графического ЖК-индикатора MT-12232B;

MT-12232A,C,D.с – пример для графических ЖК-индикаторов MT-12232A, MT-12232C, MT-12232D;

MT-12864.c – пример для графического ЖК-индикатора MT-12864 с любым буквенным индексом;

MT-6464B.c – пример для графического индикатора MT-6464B;

MT-10T7,8,9.c – пример для сегментных индикаторов MT-10T7, MT-10T8, MT-10T9;

MT-10T11,12.c – пример для сегментных индикаторов MT-10T11, MT-10T12.

Все примеры содержат базовые функции: инициализации, записи/чтения байта по параллельному интерфейсу, записи команды. Например, AllText8.c является универсальным шаблоном для дисплеев MT10S1, MT16S1, MT20S1, MT24S1, MT16S2, MT20S2, MT24S2, MT20S4, и содержит четыре С-функции: void LCDinit(void); void WriteCmd(byte b); void WriteData(byte b), void WriteByte(byte b, bit cd).

Рассмотрим более подробно функцию инициализации void LCDinit(void) как пример реализации функции инициализации буквенно-цифровых ЖК индикаторов с 8-битным режимом включения:

void LCDinit(void)
{
LCD.E=0; Delay(>20ms); //при необходимости настроить шину данных на вывод
LCD.RW=0; LCD.A0=0; LCD.D=0x30; //установка типа интерфейса (8 бит)
Delay(>40ns); //это время предустановки адреса (tAS)
LCD.E=1; Delay(>230ns); //время предустановки данных попало сюда (tDSW)
LCD.E=0; Delay(>
LCD.E=1; Delay(>230ns); //минимально допустимая длительность сигнала E=1
LCD.E=0; Delay(>40us); //пауза между командами
LCD.E=1; Delay(>230ns);
LCD.E=0; Delay(>270ns); //минимально допустимый интервал между сигналами E=1 //здесь индикатор входит в рабочий режим с установленным типом интерфейса и можно подавать команды как обычно
WriteCmd(0x3A); //настройка правильного режима ЖКИ
WriteCmd(0x0C); //включение индикатора, курсор выключен
WriteCmd(0x01); //очистка индикатора
WriteCmd(0x06); //установка режима ввода данных: сдвигать курсор вправо
}

Анализ позволяет сделать несколько замечаний. Во-первых, в функции уже содержится требуемая последовательность сигналов для аппаратной настройки дисплея (LCD.E, LCD.RW, LCD.A0, LCD.D). Во-вторых, LCDinit использует необходимые временные интервалы и задержки (функция Delay). В-третьих, LCDinit также содержит последовательность команд программной инициализации (функция WriteCmd). Таким образом, пользователю не придется скрупулезно вычитывать документацию на ЖК-модуль в поисках всей необходимой информации.

Вместе с тем стоит заметить, что файл AllText8.c не содержит реализацию функции задержек и функций инициализации и работы с портами ввода/вывода. Пользователь должен создать их самостоятельно для конкретного используемого микроконтроллера.

Все полученные выводы остаются справедливыми и для остальных функций из AllText8.c.

Другие примеры из библиотеки МЭЛТ построены по тому же принципу: все базовые функции реализованы, пользователю остается только «привязать» их к своему контроллеру.

Области применения ЖК-индикаторов МЭЛТ

Богатый выбор моделей позволяет разработчику выбрать оптимальный ЖК-дисплей с учетом уникальных особенностей конкретного приложения.

По сути, модельный ряд МЭЛТ покрывает практически весь спектр возможных областей электроники от промышленного оборудования до портативных приборов и бытовой техники. Тем не менее, можно выделить ряд приложений, где ЖК-дисплеи МЭЛТ определенно превосходят конкурентов.

Автомобильная электроника. Опыт создания автомобильной электроники специального назначения показывает, что выбор ЖК-дисплея оказывается одним из наиболее критичных пунктов разработки.

В качестве примера можно рассмотреть пульт управления агрегатами уборочного автомобиля (рисунок 4). Для удобства использования пульт устанавливается на приборной панели. Это значит, что летом в солнечную погоду он испытывает значительный нагрев от солнечных лучей, а зимой должен работать при низких температурах, особенно если уборочная машина стоит на улице (что является нормой для российских реалий).

Таким образом, в соответствии с ГОСТ 15150-69, пульт может быть отнесен к категории изделий 3 (или 3.1). Это значит, что даже для климатического исполнения для умеренного климата предельный рабочий диапазон, в лучшем случае, составит -40…45°C.

Сейчас не сложно найти микросхемы и электронные компоненты, отвечающие таким требованиям, чего не скажешь о ЖК-дисплее. В итоге именно из-за него приходится в экстренном порядке в ТУ устанавливать более узкий диапазон рабочих температур. В этом несложно убедиться, если посмотреть на характеристики подобных изделий. Для подавляющего большинства из них рабочий диапазон совпадает с диапазоном хранения и составляет всего -20…60°C.

Использование ЖК-дисплеев МЭЛТ сразу расширяет эксплуатационный диапазон до -40…70°C, а температуру хранения – до -45…80°C.

Промышленная электроника. Технологические пульты операторов ЧПУ и консоли управления, несмотря на распространение TFT и других типов дисплеев, по-прежнему часто используют стандартные ЖК-дисплеи.

В условиях промышленного производства негативными факторами являются повышенный уровень запыленности и невысокое качество освещения. Чтобы добиться максимального удобства оператора, необходимо обеспечить высокий контраст изображения при больших углах обзора. Именно этими качествами отличаются индикаторы МЭЛТ.

Не последнюю роль также будет играть поддержка русского знакогенератора.

Нефтегазовая отрасль. Географически нефтегазовая отрасль в нашей стране расположена в восточных и северо-восточных регионах. Для них характерен ярко выраженный континентальный климат с низкими зимними температурами. При этом разработка месторождений очень часто производится в труднодоступных областях. По этой причине замена оборудования в ряде случаев может быть физически недоступной, если поломка случилась, например, в занесенном снегом лагере.

В итоге электроника должна обеспечивать максимально надежную работу в жестких условиях. Стоит ли в таких случаях экономить и использовать ЖК производства небольших компаний из Юго-Восточной Азии? Ответ очевиден. В данном случае высочайшая надежность ЖК-дисплеев МЭЛТ делает их идеальным выбором.

Еще одним важным достоинством дисплеев МЭЛТ является их стоимость. По этому параметру ЖК производства компании МЭЛТ не уступают азиатским аналогам. Например, оптовая стоимость MT-08S2A составляет около 170 рублей. При текущем курсе доллара продукция компании МЭЛТ дешевле азиатских аналогов, приобретенных на месте производства.

Заказные ЖК-индикаторы и ЖК-панели

Компания МЭЛТ предлагает сотрудничество при создании заказных ЖК-дисплеев. При этом МЭЛТ берет на себя все вопросы от разработки до производства этих специальных индикаторов. Выше уже была дана характеристика широким производственным возможностям компании.

Варианты исполнения заказных ЖК-панелей чрезвычайно многообразны. Компания предлагает ЖК-панели с применением:

  • различных технологий кристаллов: TN, HTN, STN, FSTN;
  • позитивного или негативного режима отображения;
  • различных цветов подсветки: желто-зеленой, красной, янтарной, голубой, белой, RGB;
  • различных диапазонов рабочих температур, вплоть до -40…70°С;
  • изготовления панелей с жесткими металлическими выводами c шагом 0,8…4,0 мм;
  • дополнительных конструктивных требований: гибкой печатной платы с установкой контроллера на стекло (COG – chip on glass), контактов для электропроводной резины и так далее.

От заказчика требуется только техническое задание на ЖК-панель или ЖК-индикатор.

Более подробно ознакомиться с техническими возможностями производства и заказа ЖК-панелей можно на официальном сайте производителя: www.melt.com.ru.

Заключение

МЭЛТ – один из немногих российских производителей электроники, выпускающих качественную продукцию, не уступающую зарубежным аналогам, а по ряду параметрам и превосходящую их.

Благодаря опытному коллективу разработчиков и собственному полному циклу производства компания смогла вывести на рынок более шестисот ЖК-дисплеев с различными характеристиками, таких как:

  • выполненные по современным технологиям: STN Positive/Negative, FSTN Positive/Negative;
  • знакогенерирующие с различными форматами символов и строк: 08х2, 10х1, 16х1, 16х2, 16х4, 20х1, 20х2, 20х4, 24х1, 24х2;
  • графические с разрешениями: 122×32, 128×64, 61×16, 64×64;
  • с различными цветами подсветки: янтарным, желто-зеленым, красным, голубым, белым;
  • с различным напряжением питания: 2,8/3,0/3,3/5 В;
  • с различными рабочими температурными диапазонами, в том числе и -30…70°C;
  • с последовательным и параллельным коммуникационным интерфейсом.

Богатая номенклатура моделей, низкая стоимость, широкий температурный диапазон, поддержка русского/английского/белорусского/украинского/казахского знакогенераторов, высокая надежность – все это делает дисплеи МЭЛТ идеальным выбором практически для всех областей электроники.

Компания МЭЛТ может выполнить разработку и производство заказных ЖК-индикаторов и панелей.

Литература

  1. http://www.melt.com.ru/.

ЖК индикатор WH1602B

WH1602B-YYK-CTK - это ЖК индикатор 16x2 с латинским и кириллическим шрифтом и HD44780-совместимым интерфейсом.

ЖК индикатор WH1602B-YYK-CTK 450 р. 350 р. В корзину

форме заказа .

ЖК индикатор WH1602B-YYK-CTK PLS 550 р. 400 р. В корзину

Внимание! У Вас отключено выполнение JavaScript. Нормальная работа системы заказа и корзины невозможна. Если по каким-то причинам Вы не можете включить JavaScript, просто перечислите заказываемые товары в форме заказа .

ЖК индикатор 16x2 WH1602B-YYK-CTK c запаянными "низкими" (4мм) штыревыми разъемами - специально для LCD Keypad Shield .

  • Тип: знакосинтезирующий (текстовый)
  • Количество символов: 2 строки по 16 символов
  • Подсветка: светодиодная, желто-зеленая
  • Шрифт: латинский и кириллический
  • Габариты (мм): 80x36x14
  • Область вывода (мм): 56x11
  • Напряжение питания (В): 5
  • Интерфейс: HD44780 совместимый

Более полное техническое описание доступно в документации производителя.

Подключение к Arduino

WH1602B-YYK-CTK, как и другие ЖК индикаторы с HD44780 совместимым интерфейсом, легко подключается к любой Arduino-совместимой плате.

Одним из вариантов является применение LCD Keypad Shield , но возможно, также и непосредственное подключение (потребует больше свободных выводов).

Дисплей имеет следующее расположение выводов:

Модуль может работать в 4-х битном режиме, что уменьшает число необходимых выводов - нужно подключить только Gnd, Vin, VO, RS, RW, E, DB4-DB7, и при необходимости подсветку. Также, поскольку обычно обмен данными идет только в одну сторону - от микроконтроллера к ЖК дисплею, вывод RW может не подключаться к Arduino, а быть подключенным к Gnd.

Возможный вариант подключения представлен на рисунках. На втором рисунке «сэкономлен» один вывод за счет подключения RW к Gnd. Итого, в минимальном варианте для подключения требуется 6 свободных портов Arduino, и это могут быть любые порты - не обязательно те же, что и на рисунках.

Переменный резистор Contrast номиналом 10-20 кОм служит для регулировки контрастности.

Обращаем внимание на резистор LCD backlight - он ограничивает ток в цепи подсветки, а значит, от его номинала зависит ее яркость. Сопротивление такого резистора при питании подсветки от +5В должно быть порядка 6-8 Ом, а сам ток около 100 мА.

Пример вывода на ЖК дисплей, подключенный согласно второго рисунка:

#include

//Создаем объект для работы с дисплеем.
//При создании указываем номера портов
//в порядке RS, E, DB4, DB5, DB6, DB7
LiquidCrystal lcd(12 , 10 , 5 , 4 , 3 , 2 ) ;

void setup() {
//Выставлем число столбцов и строк
lcd.begin (16 , 2 ) ;
//Выводим текст
lcd.print ("hello, world!" ) ;
}

void loop() {
//Выставляем курсор во 2-ю строку,
//1й столбец (счет идет с 0, поэтому
//строка номер 1, стобец номер 0)
lcd.setCursor (0 , 1 ) ;
//Выводим число секунд со старта
lcd.print (millis() / 1000 ) ;
}

Вывод русского текста имеет ряд особенностей в связи с тем, что исходный код в среде Arduino сохраняется в кодировке UTF-8, которая, конечно, не соответствует таблице символов в ЖК дисплее. Для вывода русских символов можно указывать их коды в восьмеричной системе в соответствии с синтаксисом C/C++, ориентируясь на таблицу из документации. Пример такого вывода:

//вывод строки "ЖК дисплей"
lcd.print ("\243 K \343 \270 c\276 \273 e\271 " ) ;

Здесь "\243", "\343", "\270", "\276", "\273", "\271" - коды символов "Ж", "д", "и", "п", "л", "й". Обратите внимание, что символы "K", "c" и "e" - это символы латинского алфавита.

Более удобным может быть использование библиотеки LiquidCrystalRus , которая, хоть и занимает несколько дополнительных десятков байт flash-памяти, зато позволяет непосредственно использовать русские символы в кодировке UTF-8 при выводе на дисплей. Библиотека доступна также и на сайте ее разработчика.