Image175

■ To warto wiedzieć

■ To warto wiedzieć

fSI

Elektroda górna

Elektroda

dolna

Rys. 16

i

Rys. 17

Elektroda górni

sterowania jest znikoma - jest to bardzo istotna zaleta wszystkich wyświetlaczy LCD.

Ekran LCD nie świeci. Rysunek 15 wskazuje, że do prawidłowego działania klasycznego wyświetlacza LCD wymagane jest zewnętrzne światło. Źródło światła może być umieszczone za ekranem. I tak jest w przypadku notebooków, aparatów cyfrowych i innych „świecących’' ekranów LCD. Na przykład monochromatyczne wyświetlacze LCD sa najczęściej podświetlane światłem zielonych diod LED, natomiast wyświetlacze kolorowe wymagają podświetlenia światłem białym. Dawniej źródłem takiego „białego” podświetlenia były lampy fluorescencyjne (odmiana miniaturowych świetlówek), dziś stosuje się diody LED wytwarzające potrzebne spektrum światła. I takie wyświetlacze z tylnym podświetleniem nazywa się transparentnymi.

Wykonuje się też wyświetlacze refleksyjne, inaczej odbiciowe, w których nie ma takiego tylnego podświetlenia - wystarczy umieścić z jednej strony komórki LCD zwyczajne lustro (np. folię aluminiową), by wykorzystać odbite światło otoczenia. Takie refleksyjne wyświetlacze są stosowane w kalkulatorach, zegarkach i rozmaitych prostych modułach LCD. Generalnie mają gorsze parametry i nie są widoczne w ciemności i przy słabym oświetleniu. Pierwsze wyświetlacze LCD zastosowane na początku lat 70. w zegarkach i kalkulatorach były właśnie opisanego typu TN LCD (Twistcd Nematic) i wykazywały liczne poważne wady: były powolne, miały słaby kontrast i ograniczony zakres temperatur pracy. Z czasem opracowano nowe materiały czynne oraz nowe, ulepszone konstrukcje (oznaczane STN LCD, DSTN LCD, TSTN LCD - Double, Triplc Super Twistcd Nematic LCD, i FSTN - Film STN). W niektórych „kanapka” zawiera więcej warstw, niż pokazuje rysunek 15, a światło jest „skręcane” nie o 90, tylko o 180. ..270 stopni, jak w opracowanych w roku 1983 przez BBC wyświetlaczach STN LCD, które do dziś są stosowane w niezbyt skomplikowanych, także kolorowych wyświetlaczach, np. w telefonach komórkowych. Pozwoliło to zdecydowanie polepszyć właściwości optyczne, zwiększyć kontrast, szybkość reakcji i trwałość. Zwiększano także liczbę segmentów (pikseli). Tu pojawił się kolejny problem.

Proste wyświetlacze do kalkulatorów i ze garków zawierały kilka siedmiosegmentowych znaków i ewentualne nieliczne symbole czy segmenty dodatkowe. Każdy segment był sterowany niezależnie, o jedna z elektrod była elektrodą wspólna (Backplane), jak pokazuje rysunek 16. Sterowanie jest tu stosunkowo proste - na elektrody podaje się przebiegi zmienne (prostokąt o wypełnieniu dokładnie 50%, w fazie zgodne;, lub przeciwnej w stosunku do elektrody wspólnej). Takie właśnie wyświetlacze współpracują na przykład z bardzo popularną do dziś kostką ICL7106. Ten prosty wyświetlacz ma wiele wyprowadzeń -tyle ile segmentów, plus wyprowadzenie elektrody wspólnej. 1 to z czasem okazało się poważnym problemem, gdy próbowano zrealizować wyświetlacze o coraz większej liczbie elementarnych segmentów (komórek). Gdy liczba segmentów (komórek, pikseli) przekracza kilkadziesiąt, z reguły stosuje się sterowanie multipleksowe. Zamiast jednej elektrody wspólnej (backplane) jest kilka elektrod wspólnych.

W prostszych wyświetlaczach tego typu segmenty połączone są mniej więcej tak, jak pokazuje rysunek 17. Przebiegi sterujące

0    dość skomplikowanym, schodkowym kształcie wytwarza współpracujący układ scalony, lakie multipleksowe wyświetlacze stosowane są powszechnie w niezbyt skomplikowa nych wyświetlaczach współczesnych zegarków, przyrządów pomiarowych, itp.

Kolejnym krokiem było opracowanie wyświetlaczy graficznych, gdzie ekran zawiera wielką liczbę jed nakowych punktów - pikseli Setki lub tysiące jed nakowych punktów-komó-rek są połączone w rzędy

1    kolumny. Wyświetlacze o takiej konfiguracji nazy wamy matrycowymi, ściś

lej wyświetlaczami z matrycą pasywną (passi-ve matrix LCD). Zasadę budowy pokazuje rysunek 18. Połączenie matrycowe genialnie redukuje liczbę wyprowadzeń, jednak stwarza inny problem przebiegi sterujące są dużo bardziej skomplikowane niż w najprostszym czy nawet multipleksowanym wyświetlaczu LED. Z tym jednak współczesne układy scalone radzą sobie bez kłopotów. Głównym problemem w pasywnych wyświetlaczach matrycowych jest co innego. Mianowicie zgodnie z zasadą sterowania matrycowego, w danej krótkiej chwili pobudzane są komórki tylko z jednego rzędu. Za chwilę z następnego, itd. Oznacza to, że tak naprawdę dany punkt jest pobudzany tylko przez krótki okres. Przykładowo, w pasywnym wyświetlaczu matrycowym 64x40, zawierającym 40 rzędów, każdy rząd i każda komórka pobudzana jest co najwyżej przez 1/40 czasu. W wyświetlaczu 640x480 byłyby pobudzane tylko co najwyżej przez 1/480 czasu. Tymczasem ciekłe kryształy są generalnie substancjami „leniwymi”. Zmiany stanu następują w ciągu kilkuset, a w najlepszych, najnowszych materiałach kilku milisekund. Żeby na takim wyświetlaczu pokazać w sposób pły nny ruchomy obraz, trzeba cały obraz wyświetlić na ekranie kilkadziesiąt razy na sekundę. Oznaczałoby to, że impulsy pobudzające mają czas trwania rzędu mikrosekund, a to jest zbyt krótko, żeby prawidłowo sterować działaniem ciekłego kryształu. Tym bardziej, że w praktycznie użytecznych wyświetlaczach trzeba uzyskać nie tylko stany jasno/ciemno, ale też pośrednie stopnie szarości. Właśnie mała szybkość reakcji i pokrewne właściwości substancji LC okazały się nieprzekraczalną barierą w rozwoju

Rys. 18

światło

Elektroda dolna

66

Wrzesień 2005

Elektronika dla Wszystkich