Схемы включения жидкокристаллических индикаторов. Жидкокристаллические индикаторы

Типы жидкокристаллических индикаторов

Жидкокристаллический индикатор (ЖКИ) был создан на эффекте динамического рассеяния, являю­щемся токовым эффек­том.

Работа такого ин­дикатора иллюстриру­ется рис. 2.25. В ячей­ке, заполненной нематиком с отрицательной диэлектрической ани­зотропией, при планарной ориентации в от­сутствии или при малом напряжении на электродах вещество однородно и прозрачно (рис. 2.25,а).

При приложении к ячей­ке порогового напряжения, не зависящего от толщины слоя и слабо зависящего от температуры, возникает волнистая доменная структура - своеобразный рисунок, обусловленный упорядоченным изменением направления директора (рис. 2.31, б). При превышении порогового напряжения доменная струк­тура превращается в ячеистую (рис. 2.31, в). При напряжениях, значительно превышающих пороговое, в жидкости возникает вих­ревое движение. В результате возникновения вихрей жидкий кристалл полно­стью теряет оптическую однородность и рассеивает свет во всех направлениях. Этот электрооптический эффект и называется динамическим рассеянием.

В настоящее время наиболее распространены индикаторы, ис­пользующие полевой твист-эффект. Работа ячейки со скрещен­ными поляризатором Пи анализатором Апоказана на рис. 2.26. В отсутствие напряжения молекулы в ней закручены приблизи­тельно на 90° благодаря ориентирующему действию подложек (рис. 2.26, а). В этом случае свет, падающий на ячейку сверху, поляризуется таким образом, что его вектор поля­ризации совпадает с направ­лением директора D у верхней подложки. При прохождении сквозь слой жидкокристаллического вещества плоскость поляризации света вращается и при попадании в нижнюю подложку оказыва­ется перпендикулярной пло­скости чертежа. В результате свет свободно выходит через анализатор и попадает к на­блюдателю.

При наложении на ячейку напряжения, создающего поле значительно выше порогового, вещество с положительной диэлектрической анизотропией стре­мится повернуться по электрическому полю и его директор D при­обретает вертикальное направление (рис. 2.26, б). Теперь уже жидкокристаллическая ячейка не вращает плоскость поляризации, а анализатор не про­пускает свет.

Жидкокристаллические индикаторы (ЖКИ) на твист-эффекте имеют преимущества по сравнению с индикаторами на эффекте динамического рассеяния, в несколько раз меньшие рабочие напряжения (3-10 вместо 15-40 В), большую долговечность, обусловленную меньшими ра­бочими токами (плотность тока 1-3 мкА/см 2 вместо 10 мА/см 2).

К недостаткам жидкокристаллических индикаторов на твист-эффекте относится меньший, чем у индикаторов на эффекте динамического рассеяния, угол обзора, что связано с узкой диаграммой направленности света при твист-эффекте и влиянием поляризаторов. Путем повы­шения управляющего напряжения до 5-6 В этот угол можно уве­личить до ±45° для управления постоянным напряжением, однако при использовании импульсных напряжений угол обзора заметно снижается. Еще одним существенным недостатком твист-индика­торов является необходимость использования поляризаторов, что приводит к потерям свыше 50 % света, повышает стоимость инди­катора и уменьшает его долговечность.

Индикаторы без поляризаторов могут быть созданы на основе эффекта «гость - хозяин», который иллюстрируется рис. 2.27. Стержневидные дихроические молекулы красителя (гость), кото­рые введены в ЖК-вещество, стремятся ориентироваться парал­лельно осям его молекул. Так как молекулы красителя поглоща­ют свет с поляризацией вдоль длинной оси молекул и пропускают свет с перпендикулярной ориентацией, то, управляя ориентацией ЖК, можно регулировать прохождение света.

В качестве основного электрооптического эффекта в таком жидком кристалле можно использовать переход из холестерического в нематическое состояние. Для начального холестерического состояния вещество имеет спиральную структуру и свет с любым направлением поляризации поглощается (рис. 2.27, а). При наложении доста­точно сильного электрического поля жидкокристаллическое вещество переходит в нематическое гомеотропное состояние, в котором все мо­лекулы красителя ориентиро­ваны вертикально, а падающий на ячейку свет свободно про­ходит сквозь нее (рис. 2.27, б). Описанная система перспек­тивна, так как позволяет по­лучить почти черное позитив­ное изображение на белом фоне при высокой яркости и до­статочно широком угле обзора.

Создание матричных жидкокристаллических индикаторов (ЖКИ) с информационной ем­костью, достаточной для построения графических СОИ или теле­визионных экранов, затруднено тем, что ЭО в них реагируют на действующее значение приложенного напряжения. Отношение этих значений напряжения на включенном и выключенном ЭО с ростом числа строк, по которым производится развертка, падает. В связи с этим жидкокристаллические экраны строят, используя комбинирован­ную термическую и электрическую матричную адресации или вво­дя в каждый ЭО интегрированные схемные элементы, обеспечи­вающие переход от матричной адресации к однокоординатной.

Схема фазовых переходов, происходящих в жидкокристалли­ческом веществе при комбинированном тепловом и электрическом воздействиях, показана на рис. 2.28. При повышении температуры, происходящем в результате нагрева строки матричного экрана, ве­щество переходит из упорядоченного смектического состояния в беспорядочное изотропное (стрелка 3). При охлаждении харак­тер фазового перехода зависит от того, наложено ли на жидкий кристалл электрическое поле или нет. Без электрического поля вещество переходит в смектическую фазу, для которой характер­ны макронеоднородности, вызывающие сильное рассеяние света (стрелка 1). Когда охлаждение ведется в электрическом поле, то в промежуточном нематическом состоянии происходит ориентация молекул по полю (стрелка 2).В конечной смектической фазе воз­никает упорядоченная ориентация и вещество оказывается опти­чески прозрачным.

В матричном индикаторе строчные электроды выполняются как омически нагреваемые резистивные полоски, а столбцы - как прозрачные полоски. Развертка изображения ведется по строкам, а на столбцы подаются информационные импульсы. Время ввода информации в одну строку равно 50 мкс, так как количество на­греваемого жидкокристаллического вещества и его тепловая инерция невелики. После охлаждения состояние вещества (прозрачное или рассеивающее свет) сохраняется, т. е. индикатор запоминает информацию.

Для работы жидкокристаллического индикатора важное значение имеет способ его подсветки. В твист-индикаторах применяют три системы под­светки: отражательную, просветную и отражательно-просветную.

В отражательной системе подсветки (рис. 2.29) внешний свет в жидкокристаллическую ячейку попа­дает только после прохождения левого поляризатора ЛП. Если на сегменты ячейки СЯне подано напряжение, свет после пово­рота вектора поляризации на 90° проходит через правый поляри­затор ПП и отражается рефлектором Р(рис. 2.29, а). При обрат­ном проходе свет снова поворачивается на 90° в слое жидкокристаллического вещества и свободно выходит наружу. Около тех сегментов индикатора, на которые подано напряжение, жидкокристаллическое вещество не способно вра­щать вектор поляризации, вследствие чего лучи света задержива­ются правым поляризатором (рис. 2.29, б). В таком индикаторе видны темные сегменты на светлом фоне.

Рис 2.36. Отражательная ЖК-ячейка на твист-эффекте: а - без напряжения; б – под напряжением

В просветной системе источник света располагается позади одного из поляризаторов. В качестве источника можно использовать миниа­тюрную лампу накаливания с диффузором или люминесцентный источник.

Просветно-отражательная система,в которой отражатель час­тично пропускает свет, идущий сзади, а частично отражает свет, падающий спереди, является наиболее универсальной.

Отражательные индикаторы применяются при достаточной, а просветные - при низкой освещенности окружающей среды.

Б. Характеристики жидкокристаллических индикаторов

Так как жидкокристаллические индикаторы отно­сятся к классу пассивных, то основным их оптическим параметром является не яркость, а контрастность (для просветных индикато­ров вместо контрастности часто пользуются коэффициентом про­пускания, который определяют как отношение интенсивностей выходящего света к падающему).

Вольтконтрастная характеристика жидкокристаллического ин­дикатора зависит не от амплитудного, а от действующего значения приложенного напряжения. Типичные вольтконтрастные характеристики твист-индикатора для углов наблюдения 0 и 45° показаны на рис. 2.30. Для пара­метрического задания кривой можно взять напряжения, соответ­ствующие 5, 10, 50 и 90 % контраста, обозначая их U 5 , U 10 , U 50 , U 90 .

Динамические параметры жидкокристаллических индикаторов определяются вре­менами реакции τ рк и релаксации τ рл. Кривая изменения конт­раста при наложении импульса на­пряжения имеет следующие участки: задержку включения, время нараста­ния (в сумме они равны времени ре­акции), задержку выключения (обыч­но очень малую) и время спада (две последние составляющие в сумме дают время релаксации).

Температурный диапазон работы жидкокристаллического индикатора часто ограничивается τ рк и τ рл, типичные значения которых составляют десятки миллисекунд при комнатной температуре и существенно возрастают при ее снижении. Времена τ рк, τ рл пропорциональны вязкости жидкокристаллического вещества, которая зависит от температуры как

η в = η в0 exp[ε a /(kT) ], (2.33)

где энергия активации ε а лежит в диапазоне (5-8)×10 - 20 Дж. Формула (2.33) показывает, что изменение температуры с 250 до 300 К меняет η в в 10-50 раз. Поэтому, даже если при снижении температуры рабочее вещество остается в жидком состоянии, ин­дикатор может оказаться неработоспособным из-за плохих дина­мических параметров. Приборы, рассчитанные на работу при низ­ких температурах окружающей среды, должны быть заполнены смесью ЖК-веществ, имеющей при этой температуре малую вяз­кость.

Таблица 2.8

Для повышения срока службы жидкокристаллических индикаторов их питают пе­ременным напряжением, исключая этим направленный характер электрохимических процессов. Чтобы даже небольшая составляю­щая постоянного напряжения не попадала на ЖК, используют ту же тонкую пленку SiO 2 , что и для пассивации.

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 жидкокристаллических индикаторов 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 жидкокристаллического 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 жидкокристаллических индикаторов. Первый из них состоит в том, что при приложении электрического поля к тонкому слою жидкокристаллического 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 поверхностя ми обращены друг к другу.

Существуют индикаторы, работающие в отраженном («на отражение») и проходящем («на просвет») свете. В первом случае на заднее стекло индикатора 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 индикатора также зачернены, то матово-светлое изображение цифры будет хорошо заметно на черном фоне.

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

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

Другим принципом, используемым для создания жидкокристаллических индикаторов, 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 в 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 жидкокристаллических индикаторов использован данный принцип.

Возбуждение жидкокристаллического 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 индикатора. Основным параметром жидкокристаллического индикатора, отражающим качество его работы, является контраст знака по отношению к фону, который определяется как отношение интенсивностей света, выходящего из жидкокристаллического индикатора, 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 индикатор. Плоскость индикатора 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

жидкий кристалл динамический индикатор

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 современных серийных индикаторов составляет 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 индикатор (сегмент) при приложении к нему номинального напряжения управления рабочей частоты; напряжение управления Uупр -- номинальное значение эффективного переменного напряжения, приложенного к сегментам индикатора; рабочая частота напряжения управления fраб; минимальное напряжение управления Uупр-- минимальное значение эффективного переменного напряжения, приложенного к сегментам индикатора, при котором обеспечивается заданный контраст знака по отношению к фону; максимально допустимое напряжение управления Uупрmax-- максимальное значение эффективного переменного напряжения, приложенного к сегментам индикатора, 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 жидкокристаллического индикатора 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 индикатор 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.

Важной особенностью жидкокристаллического 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 индикатор 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. Жидкокристаллические 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 индикатор 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 жидкокристаллические индикаторы, отображающие различные символы, специальные знаки и надписи. Цифро-знаковые жидкокристаллические индикаторы 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: индикатор 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 жидкокристаллического 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 жидкокристаллического 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.

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.

Рис. 5.

Рис. 6.

Литература

• 1. В. И. Иванов, А. И. Аксенов, А. М. Юшин „Полупроводниковые оптоэлектронные приборы”//Справочник.-М: Энергоатомиздат.-1989.
• 2. А.М. Юшин. Оптоэлектронные приборы и их зарубежные аналоги. Сптавочник.-М.:РадиоСофт.-2003(в 5-ти томах)
• 3. А. П. Кашкаров. Регулятор яркости подсветки шкалы.-Радио,№9.-2004.-С.0
• 4. А.П. Кашкаров. Бегущие огни + цветомузыка. - Радиомир,№11.-2004.-С.38
• 5. А.П. Кашкаров. Некоторые отечественные аналоги популярных зарубежных радиоэлементов.-Радиохобби, №2.-2003.-С.31.

Жидкокристаллические индикаторы (ЖКИ) основаны на использовании так называемых жидких кристаллов (ЖК), пред­ставляющих собой некоторые органиче­ские жидкости с упорядоченным рас­положением молекул, характерным для кристаллов. Жидкие кристаллы прозрачны для световых лучей, но под действием электрического поля напряженностью 2 - 5 кВ/см структура их нарушается, молекулы располагаются беспорядочно и жидкость становится непрозрачной.

Эти индикаторы могут иметь различ­ные конструкции и работать либо в проходящем свете, созданном каким-либо специальным источником, либо в свете любого источника (искусствен­ного или естественного), отражающем­ся в индикаторе.

На рис. 40 представлен ЖКИ, работающий на отражение. Индикаторы такого типа применяются в наручных электронных часах, микрокалькуляторах и других устройствах. Между двумя стеклянными пластинками 1 и 3, склеен­ными с помощью полимерной смолы 2, находится слой жидкого кристалла 4 толщиной 10 - 20 мкм. Пластинка 3 покрыта сплошным проводящим слоем (электрод 5) с зеркальной поверхностью. На пластинку 1 нанесены прозрачные слои - электроды А, Б, В, от которых сделаны выводы, не показанные на рисун­ке. Эти электроды имеют форму цифр, или букв, или сегментов для синтези­рования различных знаков.

Рисунок 40 – Жидкокристаллический индикатор, работающий на отражение

В случае если на зна­ковые электроды напряжение не подано, то ЖК прозрачен, световые лучи внешнего естественного освещения про­ходят через него, отражаются от элект­рода 5, выходят обратно и никаких знаков не видно. Но если на какой-то электрод, к примеру А, подано напряже­ние, то ЖК под этим электродом становится непрозрачным, лучи света не проходят через эту часть жидкости (6), и тогда на светлом фоне виден темный знак.

Жидкокристаллические индикаторы весьма экономичны и долговечны. Для управления ЖКИ применяются довольно сложные устройства, обычно на базе интег­ральных микросхем. Находят широкое применение в качестве дисплеев переносных и стационарных электронных устройств – средств связи, измерительной аппаратуры, компьютерной технике. Вместе с тем, на сегодняшний день являются основным типом мониторов и телœевизионных приемников.

Эффективное и надежное использование многих систем промыш­ленной электроники невозможно без участия человека-оператора в управлении, который должен получать необходимые сведения о рабо­те системы и контролируемых параметрах. Этой цели служат устрой­ства, предназначенные для преобразования различных данных в види­мое изображение и называемые устройствами отображения информации.

Устройства отображения информации могут решать простейшие, но весьма важные задачи контроля состояния системы: ʼʼРаботаетʼʼ, ʼʼНе работаетʼʼ, ʼʼВключеноʼʼ, ʼʼВыключеноʼʼ, ʼʼСтопʼʼ и т. д. В более слож­ных случаях на них возлагается функция отображения цифровой, текстовой и графической информа­ции, характеризующей технологический процесс, работу производ­ственного объекта͵ и целой системы.

И так. Недавно пришли из Китая, через eBay заказанные и купленные, жидкокристаллические алфавитно-цифровые индикаторы на платформе контроллеров HD44780 или KS0066

Они давно уже пользуются большой популярностью у радиолюбителей. Марку сих девайсов определить не удалось. Смотрим фото. Кроме того, что они имеют две строки и в каждой по 16 символов – больше ничего. Такие ЖКИ имеют простую схему управления, например, для отображения информация на таком дисплее достаточно всего шести линий микроконтроллера, а так же они имеют относительно небольшую стоимость. Большинство таких индикаторов имеют подсветку, что позволяет использовать их в условиях плохой видимости или в полной темноте.

Индикаторы имеют однорядную или двух рядную разводку выводов при строго определённой последовательности их нумерации (рис. 2). Но из практического опыта использования ЖКИ-индикаторов необходимо констатировать, что выводы 1 и 2 (питание) зачастую могут иметь обратную полярность. Поэтому перед подключением обязательно убедитесь, как в вашем индикаторе разведено питание. Сделать это очень просто – вывод питания «минус» соединён с металлической рамкой, которая прижимает собственно сам дисплей к печатной плате. При неправильной полярности можно вывести индикатор из строя.

ЖКИ — индикаторы позволяют отображать символы латинского алфавита, цифры, при наличии соответствующего знакогенератора – кириллические (русские буквы), а так же специальные символы. Существуют знакогенераторы и с символами других алфавитов. Таблица знакогенератора «двуязычного» индикатора, или как её называют «Epson раскладка Russian» приведена в таблице ниже.

Для того что бы отобразить, допустим символ русской буквы Ш, необходимо указать позицию символа на индикаторе (например, для моего 2-х строчного 16-ти символьного индикатора первая строка имеет адресацию в интервале 80h – 8Fh, вторая строка С0h-CFh), а затем код отображаемого символа Ш – AСh (А – «координата» по горизонтали, С – по вертикали таблицы знакогенератора).
Все это хорошо, но в купленных мною индикаторах, мало того, что нет знакогенератора русских букв, но в нем нет значка градуса, часто необходимого при разработке термометров и т.п. Но в этих LCD предусмотрена запись в знакогенератор семи своих «самодельных» символов. Как это сделать я расскажу. Для начала, чтобы лишить себя удовольствия определения кода каждой точки в матрице, состоящей из 5×8 точек, скачайте программу скачали раз:, она свободно распространяется в сети. Смотрим скриншот этой программы.

Нажатием на ячейки матрицы, мы рисуем нужный символ, в данном случае это символьный значок градуса. Внизу нам программа сразу пишет коды выбранных точек матрицы. Теперь нам необходимо эти коды записать в контроллер индикатора. Для этого нам надо написать небольшую программку. Что бы не путать рубрики сайта эту программу я выложу в статье «Программа взаимодействия PIC16 и ЖК дисплея». Еще документацию на LCD можно прочитать здесь.

Название : Справочник - Знакосинтезирующие индикаторы.

Приведены подробные справочные данные о серийно выпускаемых типах индикаторов: электролюминесцснтных, вакуумных люминесцентных, вакуумных накаливаемых, полупроводниковых, газоразрядных, жидкокристаллических. Кратко описаны физические процессы, принципы конструирования, параметры и характеристики, области применения. Рассмотрены схемы управления.

Содержание.

Предисловие редактора. 8
Введение. 10
ЧАСТЬ I. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
1. Классификация и условные обозначения знакосинтезирующих индикаторов.
1.1. Классификация. 13
1 2. Условные обозначения. 16
1.3. Основные светотехнические параметры знакосинтезирующих индикаторов.
2. Вакуумные люминесцентные и никаливаемые знакосинтезирующие индикаторы. 27
2.1. Физический принцип действия вакуумных люминесцентных индикаторов.
2.2. Конструктивные особенности вакуумных люминесцентных индикаторов. 28
2.3. Принцип действия и управления вакуумных люминесцентных индикаторов.
2.4. Типы вакуумных люминесцентных индикаторов и их основные параметры.
2.5. Области применения вакуумных люминесцентных индикаторов. 32
2.6. Вакуумные накаливаемые знакосинтезирующие индикаторы. 33
3. Газоразрядные знакосинтезирующие индикаторы. 35
3.1. Физический принцип действия. 35
3.2. Конструктивные особенности. 43
3.3. Принцип управления. 45
3.4. Основные параметры. 49
3.5. Области применения и перспективы развития. 49
4. Жидкокристаллические знакосинтезирующие индикаторы. 50
4.1 Электрооптические эффекты в жидких кристаллах, используемые в индикаторах. 50
4.2. Особенности конструкции жидкокристаллических индикаторов. 55
4.3. Принципы управления. 57
5. Полупроводниковые знакосинтезирующие индикаторы. 60
5.1. Физический принцип действия. 60
5.2. Основные материалы. 62
5.3. Конструктивные особенности. 64
5.4. Управление индикаторами. 65
5.5. Перспективы развития. 68
6. Электролюминесцентные знакоситезирующие индикаторы. 69
6.1. Физический принцип действия. 69
6.2. Конструктивные особенности. 71
6.3. Типы электролюминесцентных индикаторов и их основные параметры. 73
6.4. Области применения. 74
7. Методика оценки эффективности применения знакосинтезирующих индикаторов в средствах отображения информации. 76
7.1. Основы методики. 76
7.2. Алгоритмы оценки эффективности применения знакосинтезирующих индикаторов в средствах отображения информации. 83
8. Рекомендации по применению и эксплуатации. 85
8.1. Выбор знакосинтезирующих индикаторов. 85
8.2. Эксплуатация знакосинтезирующих индикаторов. 135
ЧАСТЬ II. ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ И ХАРАКТЕРИСТИКИ ЗНАКОСИНТЕЗИРУЮЩИХ ИНДИКАТОРОВ И СХЕМ УПРАВЛЕНИЯ ИМИ.
Общие сведения. 137
Условные обозначения параметров. 137
Единичные знакосинтезирующие индикаторы. 140
Вакуумные люминесцентные знакосинтезирующие индикаторы. 140
Газоразрядные знакосинтезирующие индикаторы. 152
Полупроводниковые знакосинтезирующие индикаторы. 156
Электролюминесцентные знакосинтезирующие индикаторы. 175
Цифровые знакосинтезирующие индикаторы. 179
Цифровые одноразрядные знакосинтезирующие индикаторы. 179
Вакуумные люминесцентные знакосинтезирующие индикаторы. 179
Вакуумные накаливаемые знакосинтезирующие индикаторы. 197
Газоразрядные знакосинтезирующие индикаторы. 210
Жидкокристаллические знакосинтезирующие индикаторы. 213
Полупроводниковые знакосинтезирующие индикаторы. 215
Электролюминесцентные знакосинтезирующие индикаторы. 276
Цифровые многоразрядные знакосинтезирующие индикаторы. 278
Вакуумные люминесцентные знакосинтезирующие индикаторы. 278
Газоразрядные знакосинтезирующие индикаторы. 312
Жидкокристаллические знакосинтезирующие индикаторы. 317
Полупроводниковые знакосинтезирующие индикаторы. 351
Буквенно-цифровые знакосинтезирующие индикаторы. 355
Вакуумные люминесцентные одноразрядные знакосинтезирующие индикаторы.
Газоразрядные одноразрядные знакосинтезирующие индикаторы. 382
Жидкокристаллические одноразрядные знакосинтезирующие индикаторы. 388
Полупроводниковые одноразрядные знакосинтезирующие индикаторы. 390
Электролюминесцентные одноразрядные знакосинтезирующие индикаторы. 407
Газоразрядные многоразрядные знакосинтезирующие индикаторы. 412
Шкальные знакосинтезирующие индикаторы. 425
Вакуумные люминесцентные знакосинтезирующие индикаторы. 425
Газоразрядные знакосинтезирующие индикаторы. 428
Полупроводниковые знакосинтезирующие индикаторы. 435
Электролюминесцентные знакосинтезирующие индикаторы. 56
Мнемонические знакосинтезирующие индикаторы. 459
Вакуумные люминесцентные знакосинтезирующие индикаторы. 459
Жидкокристаллические знакосинтезирующие индикаторы. 463
Электролюминесцентные знакосинтезирующие индикаторы. 479
Графические знакосинтезирующие индикаторы. 488
Вакуумные люминесцентные знакосинтезирующие индикаторы. 488
Газоразрядные знакосинтезирующие индикаторы. 497
Полупроводниковые знакосинтезирующие индикаторы. 543
Электролюминесцентные знакоснинтезирующие индикаторы. 554
Интегральные схемы управления знакосинтезирующими индикаторами. 560
Список литературы.

Классификация знакосинтезирующих индикаторов .

В настоящее время принята классификация ЗСИ по следующим признакам: виду отображаемой информации; виду элементов отображения информации и способу формирования информационного поля; расстоянию наблюдения и числу наблюдателей; помехоустойчивости; привычности начертания знаков; числу знакомест; способу преобразования энергии; физическому принципу, положенному в основу работы; конструктивному оформлению; материалу корпуса; значению питающего напряжения; виду питающего напряжения (тока); числу элементов; способу управления.

По виду информации, для отображения которой ЗСИ предназначены, они делятся на: единичные - для отображения информации в виде точки, круга, квадрата, прямоугольника или другой простой геометрической фигуры; цифровые - для отображения информации в виде цифр; буквенно-цифровые - для отображения информации в виде букв различных алфавитов, цифр, знаков препинания, математических и других специальных знаков и символов; шкальные - для отображения информации в виде уровней или значений величин, дискретных, аналоговых и дискретно-аналоговых шкал или их частей как оцифрованных, так и неоцифрованных; мнемонические - для отображения информации в виде мнемосхем или их частей; графические - для отображения информации в виде букв различных алфавитов, цифр, знаков препинания, математических и других специальных знаков и символов, графиков и другой сложной информации, в том числе и телевизионной.

Бесплатно скачать электронную книгу в удобном формате, смотреть и читать:
Скачать книгу Справочник - Знакосинтезирующие индикаторы - Вуколов Н.И., Михайлов А.Н. - fileskachat.com, быстрое и бесплатное скачивание.