Индикатор его назначение и устройство

Светодиодные индикаторы. Схемы и подключение

Светодиодные индикаторы — интегральные микросхемы из диодных полупроводниковых источников излучения (светодиодов), предназначены для отображения различной информации и световой индикации.

Электронные индикаторы устанавливаются в различное бытовое и промышленное оборудование для информирования человека об уровне или значении различных параметров, например, напряжения, тока, температуры, заряде батареи и т. д.

Светодиодная шкала

Светодиодная шкала — это десяток отдельных светодиодов, каждый со своим анодом и катодом. Расстояние между ножками кратно 2,54 мм, что означает возможность лёгкой установки на макетную плату. Помните, что светодиоды стоит подключать в последовательном соединении с резистором. На каждый сегмент необходим отдельный резистор.

Семисегментный индикатор

7-сегментный цифровой LED индикатор – это индикатор, состоящий из семи светодиодов, установленных в форме цифры 8. Зажигая или выключая соответствующие LED-ы (сегменты) можно отображать цифры от 0 до 9, а так же некоторые буквы. Существуют индикаторы с общим катодом и с общим анодом.

Четырёхразрядный цифровой индикатор

Четырёхразрядный цифровой индикатор — простое решение для проектов, где требуется отображать числа или ограниченный набор букв. Например, время или показания с сенсоров. Существуют индикаторы с общим катодом и с общим анодом.

Светодиодная матрица

Матричный индикатор — разновидность знакосинтезирующего индикатора, в котором элементы индикации сгруппированы по строкам и столбцам. Матричный индикатор предназначен для отображения символов, специальных знаков и графических изображений в различных устройствах. В отличие от экрана или дисплея, индикатор имеет ограниченное количество элементов индикации, либо предназначен для отображения одного или небольшого количества символов. Наименьший элемент изображения матричного индикатора называется пиксел. Каждый пиксел может состоять из одного или нескольких единичных элементов индикации, работающих одновременно.

Установка на макетную плату

Для подключения на breadboard’е используйте канавку в центре, чтобы не замкнуть ноги на противоположных сторонах.

Токоограничивающие резисторы

Используйте

отдельный резистор для каждого светодиода , иначе при разном количестве включенных сегментов их яркость будет «скакать».

Даже в случае, когда все светодиоды включаются и выключаются синхронно, лучше придерживаться этого правила. Светодиоды могут чуть отличаться своей вольт-амперной характеристикой друг от друга. Первый открывшийся пропустит через себя ток, предназначенный для всех. Из-за чего он может выйти из строя и «эстафета» перейдёт к следующему.

У этого термина существуют и другие значения, см.

Индикатор

.

Электрóнный индикáтор (лат. indicator — указатель) — прибор для наглядного воспроизведения сигналов. Может показывать наличие входного сигнала и/или его величину без указания погрешности. Воспроизведение информации индикатором происходит без её долговременной фиксации. Сигнал индикатора отображает процесс, состояние объекта. Индикаторы бывают визуальные и акустические. Визуальный индикатор преобразует электрические сигналы в пространственное распределение яркости и/или контраста.:4

Электронные индикаторы устанавливаются в различное бытовое и промышленное оборудование для информирования человека об уровне или значении различных параметров, например, напряжения, тока, температуры, заряде батареи и т. д.

Назначение

Электронный индикатор помогает человеку быстро и наглядно оценить необходимые параметры, особенно те, которые человек непосредственно не может определить с помощью своих органов чувств. Если требуется высокая точность такой оценки, устанавливаются многоразрядные цифровые индикаторы; в случаях, когда точность не требуется и необходимо увидеть лишь наличие или отсутствие сигнала, применяют единичные индикаторы.

Причисление тех или иных устройств к индикаторам определяется их применением. Так, например, обычная лампочка накаливания, созданная для освещения, при использовании в системах оповещения или пультах управления и контроля, может считаться индикатором. В то же время, электронное табло, изготовленное из матричных светодиодных индикаторов и используемое для рекламы, уже индикатором не считается. Таким образом, название «электронный индикатор» определяется зачастую не только конструкцией или физическими особенностями изделия, а способом его применения в конкретном устройстве или системе.

Классификация

Понятие электронный индикатор объединяет множество различных устройств и классификация может быть выполнена по различным признакам — конструктивным особенностям, способам управления и по назначению. В литературе встречаются различные способы классификации индикаторов:

По назначению — в зависимости от размера и места установки:

• индивидуальные
• групповые
• коллективного пользования

По физическому принципу формирования изображения:

• Активные — полупроводниковые (светодиодные), газоразрядные, катодолюминесцентные, электролюминесцентные, накаливаемые — все те, которые в процессе работы излучают свет для формирования изображения.
• Пассивные — устройства, которые формируют изображение путём поляризации, отражения или пропускания света от внешнего источника. К пассивным относят жидкокристаллические, электрофорезные, электрохромные, а также сегнетокерамические индикаторы.

По характеру отображаемой информации:

• Единичный — отдельный индикатор в виде точки или геометрической фигуры, не несущий своей формой никакой информации и передающий состояние наличием, цветом или яркостью.
• Шкальный — дискретный индикатор, предназначенный для отображения информации в виде уровней или значений величин, выполняется в виде нескольких единичных индикаторов, расположенных вдоль прямого отрезка (линейный шкальный индикатор) или криволинейной формы. Передает информацию количеством или положением элементов индикации на шкале.
• Мнемонический — отдельный индикатор в виде геометрической фигуры или изображения, форма которого имеет значение для интерпретации отображаемой информации.
• Цифровой — индикатор, отображающий значения числовой величины в цифровом виде.
• Буквенно-цифровой — предназначен для вывода цифр, букв и специальных знаков. Буквенно-цифровые индикаторы отображают либо заложенный при разработке устройства ограниченный перечень символов, либо дает возможность создавать изображения символов самостоятельно. Часто такой индикатор называют алфавитно-цифровым.
• Графический — наиболее сложный тип индикаторов, позволяющий передавать как символьную информацию, так и рисунки.
• Комбинированный — индикатор, сочетающий два или несколько вариантов отображаемой информации. Комбинированные индикаторы часто используются в бытовой или портативной технике массового производства, поскольку они зачастую уникальны и разрабатываются для каждого типа устройств отдельно.

По конструкции информационного поля:

• Знакомоделирующий — индикатор, который содержит несколько заложенных в конструкцию символов или знаков. Выбор того или иного изображения производится соответствующими схемами управления. По такому принципу работают вакуумные накальные или газоразрядные индикаторы.
• Знакосинтезирующий — индикатор, в котором информация, предназначенная для зрительного восприятия, отображается с помощью одного или совокупности дискретных элементов. К знакосинтезирующим относятся, например, все сегментные индикаторы, в том числе семисегментные, и матричные индикаторы.

По информационной ёмкости:

• Одноразрядные — предназначенные для одной цифры или символа.
• Многоразрядные с фиксированными знакоместами — предназначенные для отображения нескольких цифр или символов.
• Многоразрядные без фиксированных знакомест — обычно матричные графические индикаторы, предназначенные для индикации символов в любом месте информационного поля.

По способу формирования изображения:

• Статические — устройства, в которых каждый элемент отображения имеет собственную схему управления. Состояние каждого элемента однозначно в каждый момент времени и адекватно соответствует воспринимаемому человеком изображению. При этом, способ передачи информации к элементу схемы, определяющей состояние, не имеет значения и может быть в том числе мультиплексным.
• Мультиплексные, или динамические — индикаторы, в которых изображение в каждый момент времени содержит только часть целостной информации, а результирующая картинка воспринимается человеческим глазом в полном виде за счет инерционности зрения или за счет инерционности элементов индикации. Такая схема используется например в матричных индикаторах и в многоразрядных семисегментных индикаторах, когда выводы элементов индикации объединяются между собой для упрощения схемы управления.

По цвету:

• Одноцветные — цвет которых определяется конструкцией.
• Многоцветные — индикаторы, имеющие возможность передавать информацию различным цветом или оттенками цвета. Обычно имеют ограниченное количество передаваемых цветов. Характерным примером могут быть индикаторы опасности, имеющие в обычном состоянии зелёный цвет, а в случае, требующем внимания —- жёлтый или красный цвет.
• Полноцветные — индикаторы, имеющие возможность передавать все оттенки воспринимаемого человеческим глазом цвета.

По способу передачи информации:

• аналоговые — передают информацию яркостью или оттенком цвета.
• дискретные — передают информацию количеством и совокупностью элементов.

Кроме перечисленных классификационных признаков, электронные индикаторы различают:

• По высоте и ширине знака
• По углу обзора и диаграмме направленности
• По яркости элементов отображения и по средней яркости — яркости поверхности
• По неравномерности яркости элементов индикации
• По яркости собственного фона (контрастности)
• По ширине и особенностям спектра излучения
• По длине волны в максимуме излучения
• По времени реакции элементов индикации (времени включения)
• По времени релаксации элементов индикации (времени выключения)

Кроме того — по напряжению, времени готовности, критической частоте, времени жизни и другим специфическим особенностям.

Типы электронных индикаторов

Промышленность выпускает большое разнообразие индикаторов — универсальных, а также разработанных и предназначенных для установки в конкретное изделие. Среди большого количества типов индикаторов, можно выделить несколько наиболее употребимых:

Светодиодный единичный индикатор

Единичные индикаторы

Единичные индикаторы встречаются очень часто. Светодиодные индикаторы или неоновые лампочки встраиваются в выключатели освещения, бытовые приборы, различную аппаратуру. Основное назначение таких устройств — индикация состояния или привлечение внимания. Единичный индикатор можно считать самым надежным из всех видов индикаторов за счет наименьшего количества элементов и простоты схемы управления.

Формирование изображения (сканирование) на простом мультиплексном матричном индикаторе

Матричные индикаторы

Мáтричный индикáтор — разновидность знакосинтезирующего индикатора, в котором элементы индикации сгруппированы по строкам и столбцам. Матричный индикатор предназначен для отображения символов, специальных знаков и графических изображений в различных устройствах. В отличие от экрана или дисплея, индикатор имеет ограниченное количество элементов индикации, либо предназначен для отображения одного или небольшого количества символов. Наименьший элемент изображения матричного индикатора называется пиксел. Каждый пиксел может состоять из одного или нескольких единичных элементов индикации, работающих одновременно.

Матричные индикаторы выпускаются различных видов:

• Полупроводниковые (светодиодные)
• Жидкокристаллические
• Люминесцентные

Различного формата. Наиболее употребимые:

• 5 х 7 пиксел
• 5 * 8 пиксел
• 8 * 8 пиксел
• 16 * 16 пиксел

По способу формирования изображения матричные индикаторы бывают двух видов: статические и мультиплексные (динамические). Наиболее часто используется мультиплексный способ управления, когда одноимённые выводы каждого элемента изображения объединяются в строках индикатора, а противоположные выводы — в столбцах (или наоборот). Например, в светодиодном индикаторе при таком способе управления, на столбцы (или на строки) по очереди подаётся питающее напряжение, а на строки (или соответственно — столбцы) — код, определяющий состояние всех её элементов. Таким же образом, формируется изображение на остальных частях индикатора. Для того, чтобы глаз человека воспринимал информацию без мерцания, весь цикл обновления информации должен быть меньше времени реакции глаза (10-20 миллисекунд).

Сегментные индикаторы

Сегментный индикатор — это индикатор, элементы отображения которого являются сегментами, сгруппированными в одно или несколько знакомест. Сегментом называется элемент отображения информации знакосинтезирующего индикатора, контур которого представляет собой прямые и (или) кривые линии. В отличие от матричного индикатора, в котором все элементы изображения одинаковы по форме, в сегментном индикаторе каждый сегмент уникален. Форма и положение сегментов на индикаторе разрабатывается специально для передачи определённого набора символов или знаков. Символы на таких индикаторах формируются совокупностью нескольких сегментов. Основное отличие сегментного индикатора от матричного — это сравнительно небольшое количество элементов индикации и соответственно упрощённая схема управления.

Наиболее часто используются два типа сегментных индикаторов:

• Цифровые семисегментные индикаторы, имеющие семь элементов—сегментов для отображения цифры и возможно дополнительно еще один — для индикации точки.
• Буквенно-цифровые индикаторы, имеющие девять, четырнадцать или шестнадцать сегментов. Такие индикаторы имеют возможность показать большинство символов латинского и русского алфавита, не считая цифр и специальных знаков.

Светодиодный десятиразрядный шкальный индикатор

Шкальные индикаторы

Шкáльный индикатор — это знакосинтезирующий показывающий прибор, предназначенный для визуального отображения уровней или значений величин в виде количества или положения элементов индикации на дискретной шкале. Шкальные индикаторы активно используются в бытовой технике и электронике для индикации уровня заряда батареи, температуры нагревательного элемента, мощности сотового сигнала и везде, где не требуется высокая точность показаний. Шкальный индикатор получил большое распространение, так как очень хорошо и наглядно позволяет оценить величину нужного параметра. Для дополнительной информативности, разные участки шкального индикатора могут быть выполнены в различном цвете.

Управление шкальным индикатором выполняется чаще всего статическим способом, в случае использования совокупности нескольких шкальных индикаторов, например в музыкальной аппаратуре, управление производится мультиплексным способом.

Шкальные индикаторы различаются способом передачи информации:

• С заполнением — когда уровень сигнала показывается совокупностью последовательно включённых элементов от первого до значимого.
• Без заполнения — когда уровень сигнала показывается положением одного или нескольких рядом расположенных элементов индикации.
• Пиковые — когда средний уровень сигнала показывается шкалой с заполнением, а пиковое (максимальное) значение — одним элементом, зачастую другого цвета.

Электронно-механические индикаторы

Несколько отдельно от электронных индикаторов позиционируются электромеханические устройства индикации — блинкерные и электромеханические бистабильные табло. По способам формирования изображения и применению, такие изделия напоминают перечисленные выше индикаторы. Они относятся к знакосинтезирующим цифровым или буквенно-цифровым устройствам с пассивным принципом формирования изображения (отражение падающего света), но содержат механические элементы, положение и способ переключения которых зависит от конструкции изделия. Блинкерные табло имеют одну существенную особенность — они потребляют энергию только в момент переключения (изменения состояния).

Поскольку физический принцип формирования изображения основан на отражении света от специального отражающего покрытия и следовательно это изображение — не результат электронного эффекта, электронно-механические индикаторы не относятся к электронным индикаторам.

См. также

• Одометр

Примечания

1. ↑ Индикатор//Корнеева Т.В. Толковый словарь по метрологии, измерительной технике и управлению качеством. Основные термины: около 7000 терминов —М.:Рус.яз., 1990
2. ↑ I.046 indicator индикатор//Толковый словарь по вычислительным системам —М.: Машиностроение, 1990
3. ↑ Индикаторы информации//Энциклопедия кибернетики. Том первый. Абс — Мир —Киев: Главная редакция УСЭ, 1974
4. ↑ D.246 display 1. отображение (информации) 2. дисплей, индикатор//Толковый словарь по вычислительным системам —М.: Машиностроение, 1990
5. ↑ Индикатор//Ожегов С.И. Толковый словарь русского языка —М.: Мир и Образование, Оникс, 2011
6. ↑ Смирнов В.М. Устройства отображения информации —СПб: ГУАП, 2007
7. ↑ Индикатор // Казахстан. Национальная энциклопедия (рус.). — Алматы: Қазақ энциклопедиясы, 2005. — Т. II. — ISBN 9965-9746-3-2. (CC BY-SA 3.0)
8. ↑ В.Л. Савчук. Электронные средства сбора, обработки и отображения информации: Учебное пособие. Федеральное агентство по образованию, Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники, кафедра промышленной электроники. — Томск: ТУСУР, 2007. — 174 с.
9. ↑ А.И.Солдатов. Расчет схем управления дискретными индикаторами: Учебное пособие. — Томск: ТПУ, 2009. — 105 с.
10. ↑ Пиковые индикаторы уровня

Литература

• Б.Л. Лисицын. Низковольтные индикаторы: Справочник. — М.: Радио и связь, 1985. — 136 с.
• Н.И. Вуколов, А.Н. Михайлов. Знакосинтезирующие индикаторы / под ред. В.П. Балашова. — М.: Радио и связь, 1987. — 592 с.
• ГОСТ 25066–91  «Индикаторы знакосинтезирующие. Термины, определения и буквенные обозначения»
• О.Н. Ермаков, В.П. Сушков. Полупроводниковые знакосинтезирующие индикаторы. — М.: Радио и связь, 1990. — 240 с.
• Н.В. Пароль, С.А. Кайдалов. Знакосинтезирующие индикаторы и их применение: Справочник. — М.: Радио и связь, 1988. — 128 с.
• ГОСТ 25024.3-83  «Индикаторы знакосинтезирующие. Методы измерения тока и напряжения»
• Б.Ф. Лаврентьев. Аналоговая и цифровая электроника: Учебное пособие. — Йошкар-Ола: МарГТУ, 2000. — 155 с.
• Ю.С. Забродин. Промышленная электроника. Учебник для вузов. — М.: Высшая школа, 1982. — 496 с.

Эта страница в последний раз была отредактирована 18 марта 2022 в 12:31.

Как только страница обновилась в Википедии она обновляется в Вики 2.
Обычно почти сразу, изредка в течении часа.

Теоретические основы и принципы работы ЖКИ

Жидкокристаллические индикаторы (ЖКИ) управляют отражением и пропусканием света для создания изображений цифр, букв, символов и т.д. В отличии от светодиодов, жидкокристаллические индикаторы не излучают свет.

Основу ЖКИ составляют жидкие кристаллы (ЖК), молекулы которых упорядоченны послойно определенным образом между двумя стеклянными пластинами. В каждом слое сигарообразные молекулы ЖК выстраиваются в одном направлении, их оси становятся параллельны (рис.1).

Рис. 1 — Один слой молекул ЖК. Все молекулы параллельны друг другу.

Стеклянные пластины имеют специальное покрытие, такое что направленность молекул в двух крайних слоях перпендикулярна. Ориентация каждого слоя ЖК плавно изменяется от верхнего к нижнему слою, формируя спираль (рис. 2). Эта спираль «скручивает» поляризацию света по мере его прохождения через дисплей.

Рис. 2 — Несколько слоев молекул ЖК, упорядоченные так, что поляризованный свет «скручивается», проходя через них.
Молекулы в разных слоях выстраиваются по спирали.

Под действием электрического поля молекулы ЖК переориентируются параллельно полю. Этот процесс называется твист-нематическим полевым эффектом (twisted nematic field effect, TNFE). При такой ориентации поляризация света не скручивается при прохождении через слой ЖК (рис. 3а и 3б). Если передний поляризатор ориентирован перпендикулярно заднему, свет пройдет через включенный дисплей, но заблокируется задним поляризатором. В этом случае ЖКИ действует как заслонка свету.

Отображение различных символов достигается избирательным травлением проводящей поверхности, предварительно созданной на стекле. Не вытравленные области становятся символами, а вытравленные — фоном дисплея.

Рис — 3а. «Выключенное» состояние ЖКИ.
ЖК молекулы формируют спираль, скручивая поляризацию света.

Рис — 3б.»Включенное» состояние.
Электрическое поле переориентирует ЖК молекулы так, что они не изменяют поляризацию света.

Символы создаются из одного или нескольких сегментов. Каждый сегмент может быть адресован (запитан) идивидуально, чтобы создать отдельное электрическое поле. Таким образом прохождение света управляется электрически, включая и отключая необходимые сегменты. В неактивной части дисплея направленность молекул остается спиральной, формируя фон. Запитанные сегменты составляют символы, контрастирующие с фоном.

В зависимости от ориентации поляризатора, ЖКИ может отображать позитивное или негативное изображение. В дисплее с позитивным изображением передний и задний поляризатор перпендикулярны друг другу, так что незапитанные сегменты и фон пропускают свет с измененной поляризацией, а запитанные препятствуют прохождению света. В результате — темные символы на светлом фоне.
В дисплее с негативным изображением поляризаторы параллельны, «в фазе», препятствуют прохождению света с повернутой поляризацией, так что незапитанные символы и фон темные, а запитанные — светлые.
Рефлективный ЖКИ (reflective LCD) имеет отражатель (рефлектор) за задним поляризатором, который отражает свет, прошедший через незапитанные сегменты и фон. В негативных рефлективных дисплеях свет отражается через запитанные, «включенные» сегменты. Трансмиссивные дисплеи (transmissive LCD) используют те же принципы , но фон или сегменты становятся ярче за счет использования задней подсветки.

Рис. 4 — Основные компоненты и конструкция рефлективного ЖКИ.

Режимы отображения ЖКИ

Режимы от ображения ЖКИ определяют то, как индикатор управляет светом для создания изображения. Чтобы выбрать оптимальный режим для конкретного приложения необходимо рассмотреть типичные условия освещения индикатора (см. таблицу 1).

Таблица 1

Рефлективный позитивный	Темные сегменты на светлом фоне	Без подсветки. Обеспечивает лучший фронтальный контраст и стабильность.	Великолепно	Очень хорошо	Плохо	Очень плохо
Трансфлективный позитивный	Темные сегменты на сером фоне	Может освещаться отраженным внешним светом или подсветкой	Великолепно (без подсветки)	Хорошо (без подсветки)	Хорошо (подсветка)	Очень хорошо (подсветка)
Трансфлективный негативный	Светло-серые сегменты на темном фоне	Требуется яркое освещение или подсветка. Часто используется с цветным трансфлектором (полупрозрачный отражатель)	Хорошо (без подсветки)	Хорошо (без подсветки)	Хорошо (подсветка)	Очень хорошо (подсветка)
Трансмиссивный позитивный	Темные сегменты на подсвеченном фоне	Разработан для плохих условий освещения, возможно использование при внешнем освещении	Хорошо (без подсветки)	Хорошо (подсветка)	Очень хорошо (подсветка)	Великолепно (подсветка)
Трансмиссивный негативный	Подсвеченные сегменты на темном фоне	Не может быть использован без подсветки	Плохо (подсветка)	Хорошо (подсветка)	Очень хорошо (подсветка)	Великолепно (подсветка)

Рефлективные (работающие на отражение) индикаторы

Обычно рефлективные ЖКИ используют режим отображения с темными символами на светлом фоне (так называемое позитивное изображение).

В индикаторе с позитивным изображением передний и задний поляризаторы находятся в противофазе, или перекрестно поляризованы на 90°.

Если сегмент «выключен», внешний свет идет по слелующему пути: проходит через вертикальный поляризатор, через прозрачный электрод сегмента, через ЖК молекулы которые скручивают его на 90°, через прозрачный общий электрод, через горизонтальный поляризатор, и попадает на рефлектор, который посылает свет обратно по тому же пути (рис. 5а).

Рис. 5 — Работа рефлективного индикатора:

а) — рефлективный индикатор в выключенном состоянии. Свет проходит через горизонтальный поляризатор и отражается обратно.
б) — во включенном состоянии свет находится в противофазе с горизонтальным поляризатором, так что он не доходит до рефлектора.

Если сегмент «включен», внешний свет не изменяет своей поляризации при проходе через слой жидких кристаллов. Таким образом поляризация света противоположна заднему поляризатору, что не дает свету пройти к отражателю. Так как свет не отражается, получается темный сегмент (рис. 5б).

Рефлективные индикаторы очень яркие, с отличным контрастом и имеют широкий угол обзора. Они требуют хорошего внешнего освещения и не исползуют искуственной задней подсветки (хотя в некоторых моделях применяют подсветку сверху). Благодаря малым токам потребления рефлективные индикаторы часто используются в устройствах с питанием от батареек.

Трансмиссивные (работающие на пропускание) индикаторы

Трансмиссивные ЖКИ не отражают свет. Напротив, они создают изображение, управляя светом искуственного источника освещения, расположенного позади индикатора.

В трансмиссивных индикаторах передний и задний поляризаторы находятся «в фазе» друг с другом (параллельны). В выключенным сегменте поляризованый свет подсветки скручивается на 90° молекулами ЖК и оказывается в противофазе с передним поляризатором. Поляризатор блокирует свет, создавая темный сегмент.

Рис. 6 — Работа трансмиссивного индикатора:
а) — в выключенном состоянии свет не проходит сквозь трансмиссивный дисплей,
б) — во включенном состоянии свет находится в противофазе с горизонтальным поляризатором и не доходит до рефлектора..

Если сегмент включен, свет не скручивается, оказываясь в фазе с передним поляризатором, и проходит через него, создавая световой рисунок. Таким образом трансмиссивный дисплей создает светлое изображение на темном фоне (негативное изображение).

Трансмиссивные индикаторы должны иметь заднюю подсветку, чтобы гарантировать равномерное свечение сегментов. Они хороши для использования в условиях приглушенного или слабого освещения. В условиях прямого солнечного света подсветка не может преодолеть солнечных лучей и изображение не заметно.

Трансрефлективные (работающие на пропускание и отражение) индикаторы

Трансрефлективные индикаторы используют белый или серебрянный полупрозрачный материал, который отражает часть внешнего света, а также пропускает свет задней подсветки. Поскольку эти индикаторы как отражают, так и пропускают свет, они могут использоваться в широком диапазоне яркостей освещения. Примером могут служить индикаторы мобильных телефонов — они читаемы как при ярком свете, так и в полной темноте. Трансфлективные дисплеи имеют более низкую контрастность по сравнению с рефлективными, так как часть света проходит сквозь отражатель.

Рис. 7 — Варианты подсветки ЖКИ.

Таблица 2

Яркость	Средняя	Высокая	Малая — Средняя
Цвет	Красный — Янтарный — Зеленый	Белый	Белый
Размер	Малый	Малый — Средний	Тонкий
Крепление	SMD — Радиальный	Радиальный — Осевой	Осевой
Напряжение	5 Вольт	1,5 В — 28 В	45 В — 100 В
Ток при 5 В (на кв. дюйм)	10 — 30 мА	20 мА	1 — 10 мА
Температура	Теплый	Горячий	Холодный
Стоимость (на кв. дюйм)	0,10 — 1,00 долл.	0,10 — 0,80 долл.	0,50 — 2,00 долл.
Распространение света	Направленное	Сферическое	Ламбертское
Ударопрочность	Отличная	Низкая	Отличная
Срок службы (часов)	100 000	150 — 10 000	500 -15 000

Условия применения и хранения ЖКИ

Температура использования и хранения

Анализ температурного диапазона очень важен при описании ЖКИ. Все ЖК материалы имеют строго определенный верхний предел рабочей температуры, или изотропический предел. Выше этого предела молекулы ЖК принимают произвольную ориентацию. Изотропические условия делают позитивное изображение полностью темным, а негативное — прозрачным. Изотропическая температура называется температурой нематическо-изотропического перехода, или N-I перехода.

ЖКИ могут восстанавливаться после короткого воздействия изотропической температуры, хотя температуры свыше 110°C разрушают внутреннее покрытие индикатора.

Нижний предел температурного диапазона ЖКИ не так хорошо определен, как верхний. При низких температурах время срабатывания индикатора увеличивается, так как замедляется движение молекул и возрастает вязкозть ЖК вещества.
При очень низких температурах ЖК вещество переходит в твердое, или кристаллическое состояние. Эта температура называется температурой кристаллическо-нематического перехода, или C-N перехода. Однако ЖК материал «суперхолодный», воспринимает температуры ниже C-N предела, фактически поворачивая кристаллы вещества. (Обычно при воздействиях до -60°C). В результате ЖКИ часто работоспособны при температурах ниже их C-N перехода.

Эффект низких температур обычно обратим. К примеру, ЖКИ опущенный в жидкий азот возвращается в нормальное состояние после короткого периода нагрева.

В добавление, ЖК материалы имеют низкий температурный коэффициент. Этот коэффициент важен для мультиплексных индикаторов по причине низкого значения действущего напряжения управления. За пределами температурного диапазона может потребоваться температурная компенсация.

Нагреватели

Индикаторы с интегральными нагревателями могут работать при температурах до -55°C. Нагреватели требуют температурно-управляемого источника питания. При использовании нагревателями время отклика индикатора при низких температурах остается таким же, как и при 0°C. Увеличение мощности нагревателя уменьшает время нагрева. Обычно требуется мощность между 2 и 3 ваттами на квадратный дюйм поверхности индикатора.

Внешнее освещение

Как уже обсуждалось, яркость внешнего освещения индикатора очень важна. Выбор типа индикатора осуществляется именно исходя из условий внешнего освещения.

Внешние воздействия

Существует множество модификаций ЖКИ, стойких к различного рода внешним воздействиям, так как этого требуют военные стандарты. К примеру существует «высокостабильное» покрытие для защиты от высокой температуры и влажности. Покрытие — «барьер» препятствует загрязнению проводящими веществами, могущими вызвать короткое замыкание в индикаторе. Тонкопленочные нагреватели могут использоваться в низкотемпературных приложениях. Правильный выбор соединителя также помогает преодолеть внешние воздействия.

Индикация ЖКИ

Угол и направление обзора

Рис. 8 — Конус обзора описывает область, в пределах которой наблюдатель может прочитать информацию на дисплее.

При выборе ЖКИ следует определить как наблюдатель будет смотреть на индикатор: Будет ли он сидеть или стоять? Под каким углом расположен дисплей? Какая требуется ширина угла обзора? Дело в том, что контрастность изображения на индикаторе зависит от относительного расположения дисплея и наблюдателя.
Обычно направление зрения описывается аналогично циферблату часов. Если наблюдатель смотрит сверху, это называется 12 часов, снизу — 6 часов, справа — 3 часа, слева — 9 часов. Критические углы зрения (наклона индикатора) зависят от направления обзора и могут быть проиллюстрированы изоконтрастными кривыми на графике в полярной системе координат (рис. 9).

Угол обзора зависит также от толщины слоя ЖК. Большинство ЖКИ изготавливаются по второму классу с толщиной от 6 до 8 микрон. Первый класс имеет толщину от 3 до 4 микрон. Наиболее широкий угол обзора (до165°) достигается при 4-х микронной технологии. При этом также уменьшается время отклика (срабатывания) ЖКИ.

Рис. 9 — Изоконтрастная кривая ЖКИ.
Объективное измерение контрастности изображения под разными углами.

Контраст изображения

Контрастность главным образом определяется условиями внешнего освещения и правильностью выбора позитивного или негативного изображения. При повышении действующего среднеквадратического напряжения контрастность увеличиваетвя. Эффективность поляризатора и ЖК жидкости также способствуют лучшей контрастности.

Сегменты ЖКИ

Части ЖКИ, работающие как заслонки, включаясь и выключаясь для формирования изображений, называются сегментами.

Сегменты создаются прозрачными электродами из оксидов индия и олова, нанесенными на стекло ЖКИ. Цифры от 0 до 9 и некоторые буквы могут быть отображены на семисегментном индикаторе. Шестнадцатисегментный индикатор может отобразить цифры, все латинские и почти все русские буквы (кроме Й, Ц, Щ). Для того чтобы символы были менее угловатыми и более натуральными, используют матричные индикаторы. С их помощью можно также отображать небольшие изображения. Количество сегментов индикатора влияет на метод управления им.

Рис. 10 — Семисегментный дисплей, шестнадцатисегментный дисплей, матричный дисплей 5х7

В добавление к алфавитно-цифовым символам, ЖКИ может отображать небольшие картинки, или иконки. К примеру дисплей на рис. 11 отображает функции копира. Эти изображения не изменяются — они могут только вкючатся или отключатся.

Рис. 11 — Функциональный дисплей копировального аппарата.

Время срабатывания

ЖКИ обычно имеет время срабатывания 50 мс при 20°C, а лучшие модели — до 10 мс. Стандартный ЖКИ может отображать сигнал до 10 Гц, если требуется; невооруженным глазом тяжело отследить данные с такой частотой.

Цветные изображения

Существует несколько методов создать цветное изображение в ЖКИ (таблица 3).

Таблица 3

Многоцветный передний поляризатор	+	—	+
Стандартный одноцветный передний поляризатор Красный, Синий, Серый, Зеленый	+	—	+
Цветная шелкография (большой выбор цветов)	—	+	+
Задний фильтр произвольного цвета	—	+	+
Произвольный фильтр и шелкография	+	+	+

Способы присоединения ЖКИ

Двухрядное расположение выводов (Dual-In-Line, DIL)

Двухрядное расположение выводов удобно для использования в суровых условиях. DIL обеспечивает быструю, ровную установку индикатора. Выводы могут быть впаяны в печатную плату или вставлены в разъем. Эти хорошо проводящие, нержавеющие выводы обеспечивают жесткое крепление, даже при ударе или вибрации.

Рис. 12 — DIL выводы

Резиновый соединитель (Elastomeric, rubber connector)

Резиновый проводник представляет из себя гибкий резиновый брусочек с большим количеством поперечных проводящих прожилок (как гребенка) с очень малым шагом. Он обеспечивает быстрый монтаж / демонтаж без паянных соединений или абразивных контактов, самовыравнивание. Это соединение часто используется в небольших инструментах, где размер ограничен. Хотя оно стойко к ударам и вибрациям, резиновое соединение не стоит применять в особо арессивных средах без повышенного внимания к защите ЖКИ.

Рис. 13 — Резиновый соединитель

Гибкий соединитель (Flex, heat seal connector)

Как печатная плата, так и ЖКИ присоединяются к гибкому шлейфу посредством нагревания под давлением. Это соединение используется в наиболее подвижных устройствах, где смещения могут вызвать поломку жестких выводов. Гибкое соединение часто используется в очень больших ЖКИ или устройствах требующих отдельную установку платы контроллера. Популярность этого метода соединения растет и разработчики находят ему все новые применения.

Рис. 14 — Гибкое соединение

Контроллеры ЖКИ

Общие принципы

Существует два типа контроллеров ЖКИ: прямой и мультиплексный. Оба типа имеют свои преимущества и недостатки.

Таблица 4

Количество выводов	Много	Мало
Количество микросхем контроллеров	Много	Мало
Стоимость контроллера	Высокая	Низкая
Паразитные помехи	Нет	От небольших до сильных
Диапазон управляющих напряжений	Широкий	Фиксированный
Температурная компенсация	Нет	-8 мВ на °C
Форма управляющего сигнала	Простая	Сложная
Высокие температуры	Отлично	Хорошо
Низкие температуры	Очень хорошо	Хорошо
Сегменты	От 1 до 160	От 40 до 6000
Угол обзора	Широкий	Узкий
Контрастность	Высокая	Низкая
Негативные изображения	Отлично	Плохо

Прямое управление

Прямое (статическое,симплексное) управление означает, что каждый сегмент ЖКИ имеет независимое соединение с контроллером. ЖКИ с прямым управлением имеют высокий контраст и широкий температурный диапазон. Они обычно используются для уличных устройств (колонки АЗС, часы).
Симплексные контроллеры обычно создают управляющее напряжение частотой от 30 до 60 Гц. Частоты менее 30 Гц вызывают мерцание дисплея, а выше 60 Гц требуют черезмерного тока управления. Это важный параметр, особенно для устройств, работающих от батареек. Если ЖКИ превышает предельные частоты и напряжения, выключенные сегменты могут случайно подсвечиваться. Такая частичная активация сегментов называется паразитной помехой.

При увеличении числа сегментов, количество независимых соединений и схем управления растет.

Мультиплексное управление

Мультиплексное (MUX) управление уменьшает количество необходимых выводов ЖКИ. Мультиплексные дисплеи имеют более одного общего вывода (COM). Мультиплексность означает, что каждый вывод сегментов (SEG) адресует сегмент на каждом из выводов COM. Количество общих выводов называется значением мультиплексности ЖКИ.

Рис. 15 — Вариант организации выводов COM и SEG

Сегменты мультиплексного индикатора сгруппированы в матрицу. Контроллер создает разноамплитудные, синхронизированные по времени сигналы для строки и столбца, адресуя конкретный сегмент.

Поскольку в мультиплексных ЖКИ напряжение приложено к выключенным сегментам, разработчику следует минимизировать напряжения, могущие вызвать паразитные помехи. Уровни смещения напряжения используются для деления напряжения, уменьшая вероятность помех. К примеру контроллер со смещением 1/3 разделен на три уровня: Vdd, 2/3Vdd и 1/3Vdd.

Контраст сегмента зависит от действующего напряжения COM минус сигнал на SEG в текущей ячейке матрицы. Форма сигнала, а значит и действующее напяжение может быть как выше напряжения включения (Voff), так и ниже напяжения визуального предела (Von). Напряжения могут быть настроены для оптимального контраста сегмента.

Производители микросхем выбирают уровни смещения и форму сигнала, которые оптимизируют характеристики ЖКИ. Конечный пользователь может настроить уровни напряжения для подбора свойств ЖК ячейки, изменяя сопротивления внешнего делителя.

При увеличении мультиплексности отношение Von/Voff стремится к единице, по причине корреляции свойств сигналов драйвера. Максимально возможная мультиплексность в конечном счете остается на усмотрение конечного пользователя, но при увеличении мультиплексности уменьшаются контраст сегмента, угол обзора, температурный диапазон.

Энергопотребление

Обычно ЖКИ требует очень небольшой энергии для работы — от 5 до 25 мкА при 5 В (на кв. дюйм) для TN индикатора. Искуственная подсветка или нагрев требуют дополнительной энергии.

Все ЖКИ тебуют чистого переменного управляющего напряжения. Случайное постоянное напряжение, как например постоянная составляющая в сигнале, может значительно уменьшить срок службы индикатора и должно быть ограниченно 50 мВ.