СОДЕРЖАНИЕ  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, 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. 
рис. 3б "Включенное" состояние. 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 отображения 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).
Рефлективные (работающие на отражение) индикаторы 
рис. 5а Рефлективный индикатор в выключенном состоянии. 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). 
рис. 5б Во включенном состоянии свет находится в противофазе 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. 6а В выключенном состоянии свет не проходит 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). 
рис. 6б Во включенном состоянии свет находится в противофазе 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. Варианты подсветки (backlight) Ниже представлены варианты подсветки ЖКИ.  рис. 7
Условия применения и хранения ЖКИ
рис. 8 Конус обзора описывает область, 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. 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, 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).
Способы присоединения ЖКИ
 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.
Прямое управление  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. |
