Введение
Выбор LCD модулей основывается на двух соображениях:
- какой размер и формат модуля необходим для отображения необходимой информации, и
- какие необходимы оптические характеристики для оптимального видения отображаемой информации и удобства пользования.
Ряд фирм, в частности Densitron, изготавливает матричные LCD двух форматов: полностью функциональные символьные (буквенно-цифровые) модули, и полностью графические модули. Данный материал рассматривает вопросы, относящиеся к выбору символьных модулей.
Символьные модули отображают буквы, цифры, некоторые символы и некоторую, ограниченную графику. Интерфейс организуется через двунаправленную параллельную шину ASCII данных. Для организации работы этих модулей необходимы: генераторы символов, средства адресации RAM отображения, перемещения и мерцания курсора, организации контроля и поддержки программируемых пользователем специальных символов и фонтов. В принципе модули символьных дисплеев являются простейшим и наиболее экономичным средством связи между любой микросистемой и человеком.
Символьные модули могут иметь от 8 до 80 символов в строке. Имеется возможность выбора дисплеев с одной, двумя или четырьмя строками символов. Высота символа может быть в диапазоне от 3,3 мм до свыше 12 мм. Большинство форматов выпускаются в различных корпусах, обеспечивая возможность различных вариантов крепления. С точки зрения удельной стоимости символа, наилучшее значение у многострочных моделей.
Дисплеи, в зависимости от организации подсвета, обеспечивают считывание информации как днем, при ярком свете, так и в условиях плохой освещенности и даже в полной темноте. Выпускаются модули, которые можно эксплуатировать в расширенном диапазоне температур - от -20 до +70°C.
При необходимости отображать свыше 4 строк или свыше 40 символов в строке, придется остановить свой выбор на модулях с графическим форматированием. Графические модули используются также в тех случаях, когда необходимо формировать отличающиеся по размерам символы или символы со специальными шрифтами: китайскими, арабскими и т.п.
Выбор оптимальной версии LCD даже внутри заданного формата, зависит от множества определяющих факторов. Цвет, тип материала жидкого кристалла, вид подсветки - все это влияет на характер работы с дисплеем, на общее впечатление от конечного продукта. Факторами, влияющими на определение типа дисплея, являются и окружающие условия, в которых будет эксплуатироваться конечный продукт: температура окружающей среды, условия освещенности, потребляемая мощность.
Ниже кратко излагаются базовые характеристики основных типов исходных материалов жидкокристаллических дисплеев.
Типы материалов жидких кристаллов
Тип материала жидкого кристалла, применяемого фирмами для изготовления LCD панелей, определяет контраст, угол видения и диапазон рабочих температур LCD. Фирма Densitron, к примеру, использует три основных типа жидких кристаллов: стандартный TN тип; тип NTN, обеспечивающий повышенный контраст; и для получения наилучшего контраста используется тип STN. Большинство TN и NTN моделей способны работать в расширенном диапазоне рабочих температур.
Жидкие кристаллы TN типа
Жидкие кристаллы TN типа - это самый простой материал, используемый при изготовлении LCD дисплеев. Наилучший угол видения кристаллов TN типа находится в пределах от 40 до 45 градусов, относительно перпендикуляра к поверхности дисплея (См. Рис. 1) и обозначается как "верхний" и "нижний" углы (top view, bottom view) также относительно перпендикуляра, углы видения. Нижний угол видения используется в тех случаях, когда пользователь смотрит из нижнего сектора, например если это дисплей настольного калькулятора. Верхний угол видения используется, например, в вертикально расположенных дисплеях.
Рис. 1. Углы видения материалов TN типа
Жидкие кристаллы STN и NTN типов
Материалы STN и NTN типов являются высококонтрастными, с широким углом видения материалами. Тем не менее разница в контрастности и угле видения этих материалов существует. Характер распределения угла видения материалов STN и NTN показан на рисунке (См. Рис.2).
Рис. 2. Распределение угла видения материалов STN и NTN
Угол видения всех жидкокристаллических материалов может быть отрегулирован в некоторых пределах за счет изменения напряжения VO. Качественно диапазон подстройки показан на рисунках.
В таблице приведены основные соотношения, соответствующие жидкокристаллическим материалам рассматриваемых трех типов.
| Тип материала |
Типовой контраст |
Типовой угол видения |
| TN |
3:1 |
40-45° |
| NTN |
7:1 |
60° |
| STN |
10:1 |
75° |
Режимы отображения
Тип материала, используемые поляризаторы и конструкция модуля определяют режим отображения и цвет дисплея. Дисплеи могут быть как с "позитивным" изображением - темными символами на светлом фоне, так и с "негативным" изображением - светлыми символами на темном фоне (См. Рис. 3). Возможность подсветки определяется наличием или отсутствием полного отражателя (reflector) или полупрозрачного отражателя (transflecter) на задней стороне стекла.
Отражающие (reflective) дисплеи оснащены отражателями с полным отражением и, следовательно, в них подсветка не используется. Такие дисплеи имеют наименьшее потребление, наилучший контраст в условиях высокой внешней освещенности и не изготавливаются с режимом "позитивного" изображения.
На прозрачных (transmissive) дисплеях реализуются, обычно, негативные изображения и для лучшей читаемости используется подсветка. Эти дисплеи используются в условиях плохой, или полностью отсутствующей, внешней освещенности и, обычно, их не рекомендуют использовать при прямом солнечном свете, что является особенностью этого типа дисплеев.
В полуотражающих (transflective) дисплеях объединяются качества отражающих и прозрачных дисплеев. Эти дисплеи с позитивным изображением обеспечивают читаемость при всех условиях освещенности. При плохой освещенности может быть включена подсветка, при хорошей освещенности подсветка может быть выключена, что будет способствовать снижению потребления.
TN дисплеи с позитивным изображением имеют серебристо-серый фон и почти черные символы. При негативном изображении фон будет черным и символы будут иметь цвет подсветки, обычно желто-зеленый или белый (См раздел: Подсветка символьных дисплеев).
 |
 |
Позитивное изображение |
Негативное изображение |
Рис. 3. Позитивное и негативные изображения |
Позитивные изображения NTN и STN дисплеев могут иметь серебристый или желтый фон с темными символами. Версии с негативным изображением имеют темно-синий фон а символы будут иметь цвет подсветки.
Выбор цвета определяется выбранным корпусом (типом корпуса). Не все NTN дисплеи могут быть выполнены с любым цветом.
Подсветка символьных дисплеев
Подсветка LCD применяется для улучшения читаемости при плохой внешней освещенности и придания конечному изделию привлекательности за счет введения цвета. Фирма Densitron в настоящее время использует два типа подсвета символов дисплеев: электролюминесцентную (electroluminescent - EL) подсветку и подсветку светоизлучающими диодами (Light Emitting Diode - LED). Выбор подсветки зависит от требуемого цвета, потребления и срока службы.
- EL подсветка
EL подсветка является основной подсветкой LCD. Конструктив EL подсветки получается тонким, легким, сама подсветк имеет малое потребление и размещается между сборкой стекла и печатной платой без какого либо изменения самого модуля дисплея. Большинство дисплеев с позитивным изображением оснащается зелено-голубыми лампами, в дисплеях с негативным изображением обычно применяются белые лампы. Изготовление подсветки других цветов специально оговаривается.
EL лампы работают на переменном токе, обычно с напряжением от 70 до 110 В с частотой 400 Гц. Фирма Densitron поставляет все необходимые типы DC-AC преобразователей, для питания ламп от первичного источника с напряжением 5 В, использование которых с конкретными типами ламп не представляет затруднений. Необходимо обратить внимание на то, что яркость ламп и срок их службы обратно пропорциональны - с увеличением яркости укорачивается срок службы (снижение яркости до половины исходной). Приведенный ниже график отражает характер этой зависимости.
Рис. 4. Типовая характеристика срока службы электролюминесцентной лампы
Перечень рекомендуемых преобразователей, используемых с модулями различных размеров, приведен ниже.
| Тип преобразователя |
Дисплеи |
| DAS5V4 |
Все символьные дисплеи, за исключением 4x40, 2x40, LM300 & LM4700 серий |
| DAS5V7 |
4x40, 2x40, LM300 & LM700 серии с полуотражением |
| DAS5V8 |
4x40, 2x40, LM300 & LM700 серии с полуотражением |
Учет таких факторов, как условия эксплуатации, требуемая яркость, цвет и срок службы лампы производится при проектировании EL подсветки. Например, негативный прозрачный дисплей, используемый при нормальном комнатном освещении, будет смотреться лучше при использовании более мощного преобразователя, однако срок службы лампы будет короче.
- Подсветка светоизлучающими диодами (LED)
LED подсветка располагает существенно большим сроком жизни, по сравнению с электролюминесцентными лампами, однако ее применение приводит к увеличению потребления и росту размеров модуля. Срок службы электролюминесцентных ламп составляет порядка 50 тысяч часов и, в большинстве случаев, отказ одной лампы не приводит к полному отказу подсветки. При использовании LED подсветка вообще не отказывает. Толщина модуля с LED подсветкой больше на 2 -4 мм, чем у модуля с EL подсветкой или без подсветки. Стандартный цвет - желто-зеленый. По специальному заказу может быть выполнена подсветка и других цветов.
Фирма Densitron использует два типа LED подсветки - боковую и матричную. Получить представление о них можно по рисунку, расположенному ниже.
Боковая подсветка |
Матричная подсветка |
Рис. 5. Типы LED подсветки |
Боковая подсветка используется с модулями с количеством знакомест в строке до 20. В модулях с количеством свыше 20 при боковой подсветке уже образуется более темная, чем на краях, область (В приборах серии LM43X используется смонтированная поверх дисплея подсветка, что способствует организации баланса между освещенностью дисплея и потреблением). Модули подсветки приборов серий4XXX потребляют порядка 30 - 60 мА (при питании напряжением 5 В) и оснащены встроенными токоограничивающими резисторами. Приборы серии 43X потребляют несколько больше и, для обеспечения правильной работы, должны оснащаются последовательно включенными токоограничивающими резисторами.
Матричная LED подсветка обеспечивает более яркий и равномерный свет. При разработке такой подсветки определяющим является потребление. Не рекомендуется использовать их в применениях с батарейным питанием, в которых необходимо иметь постоянно включенную подсветку.
Для каждого модуля спецификации оговаривают рекомендуемую и/или максимальную яркость. Светодиоды организованы в последовательные цепочки, работающие параллельно при напряжении 4,2 В. Яркость свечения устанавливается (или регулируется) выбором соответствующего токоограничивающего резистора. Например, если для получения требуемой яркости необходим ток в 200 мА, то при напряжении питания 5 В на резисторе должно падать 0,8 В (5,0 В - 4,2 В). Таким образом, сопротивление резистора должно составлять: U/I = 0,8/0,2 = 4 Ом.
Яркостью можно управлять посредством потенциометра или ШИМ регулятора.
|
