Tématický okruh

1.      Displeje LCD, LED

·        Princip činnosti

·        Možnosti použití

·        Zapojení sedmisegmentového displeje

Sylabus:

Studentská práce:

Displeje LCD

 Jiří Fuka

Displej z tekutých krystalů (LCD) je tenký, plochý displej tvořený množstvím barevných, nebo jednobarevných pixelů uspořádaných před světelným zdrojem,či reflektorem.To je velice užitečné, jelikož tato technologie používá velmi malé množství elektrické energie, a je proto vhodná k použití v bateriemi napájených elektronických zařízeních. Každý pixel se stává ze sloupu kapalných krystalových molekul odložených mezi dvěma průhlednými elektrodami a dvou polarizujících se filtrů a osy polarity, z které jsou k sobě kolmé. Tekutý krystal změní (zkroutí) polarizací světla vstupujícího do jednoho filtru a dovolí mu procházet jiným.Molekuly tekutého krystalu mají v sobě elektrické náboje. Tím, že aplikujeme malé elektrické náboje k průhledným elektrodám přes každý pixel nebo subpixel, molekuly jsou zkroucené elektrostatickými sílami. Toto měnící se kroucení světla prochází molekulami a dovolí měnit světla, které je interferováno přes filtry. Mnoho LCD je řízeno střídavým proudem, který přeruší kroutící se účinek světla, a ten se stává slabým, až průhledným.

Princip LCD technologie
Název technologie LCD pochází ze slova Liquid Crystal Display. Tato technologie je založena na elektromagnetických vlastnostech tekutých krystalů. Pomocí napětí na elektrodách jsou molekuly tekutých krystalů usměrňovány do příslušné polohy, přes které prochází polarizované světlo, jehož intenzita je tak polohou molekul regulována.
Každý obrazový bod (pixel) je aktivně ovládán jedním tranzistorem, ale abychom získali obraz, potřebujeme dvě složky - světlo a barvu. Světlo je zajišťováno buď poosvětlujícími katodovými trubicemi, nebo vnějším odraženým světlem. Katodové trubice vytváří tzv. bílé světlo, které je složeno z různých barevných spekter světla. Toto světlo je možné rozložit na tři primární barevné složky - červenou, zelenou a modrou (RGB). Každý obrazový bod je ohraničen dvěma polarizačními filtry, barevným filtrem (pro červenou, zelenou a modrou) a dvěma vyrovnávacími vrstvami. Tranzistor každého obrazového bodu kontroluje velikost napětí, které prochází mezi vyrovnávacími vrstvami a elektrické pole působí na změnu struktury tekutého krystalu, čímž ovlivní natočení jeho částic.

Tímto způsobem je možné regulovat několik desítek až stovek stavů tekutého krystalu, při kterých vzniká výsledný jas barevných odstínů. A protože se každý obrazový bod skládá ze tří základních barevných "sub-pixelů" (RGB), vznikají tak statisíce až miliony různých barevných odstínů. Při použití 8-bitové barevné hloubky pro každý "sub-pixel", tak můžeme získat plných 16 777 216 barevných odstínů.
Jak bylo řečeno výše, každý pixel se skládá ze tří sub-pixelů, což v praxi znamená, že LCD monitor s rozlišením 1 600 x 1 200 má vedle sebe ve skutečnosti ne 1 600 bodů, ale 4 800 sub-pixelů. Velikost těchto bodů je velmi malá a pohybuje se standardně v rozmezí od 0,24 - 0,29 mm. U těch vyspělejších LCD monitorů může velikost těchto bodů klesnout až na pouhých 0,12 mm. Velikost bodů tak ovlivňuje maximální úhlopříčku LCD monitorů, proto se jen velmi málo vyskytují malé LCD monitory s vysokým rozlišením.
Technologie postupuje stále vpřed, a tak kromě různého počtu katodových trubic, které poosvětlují LCD krystaly, se začínají využívat pro poosvětlení i speciální LED diody, jejichž jas je možné regulovat pro každou zvlášť.

Krystaly

Tekuté krystaly jsou substance, které vystavují fázi záležitosti, která má vlastnosti mezi tradiční kapalinou a pevného krystalu. Tekuté krystaly mohou být rozděleny na thermotropic a lyotropic LCS. Thermotropic LCS vystavuje fázový přechod do LC fáze a je měněn společně s teplotou, zatímco lyotropic LCS vystavuje fázové přechody jako funkce koncentrace. Tekuté krystaly musí mít všechny potřebné vlastnosti, mezi nimiž je elasticita, viskozita či správný index odrazu. Ve výsledku pak má tekutý krystal podobu molekuly tyčovitého tvaru, která se jakoby vznáší v tekutině.

Použití

-První využití bylo v medicíně – nanesení a změna barvy, kde byl zánět.

-Využívaly jich i kalkulačky či digitální hodinky.

-Přes přenosné počítače se pak pomalu dostávaly i na pracovní stoly, kde začaly oslabovat pozice klasických CRT monitorů, hlavně kvůli jejich nenáročnosti na prostor, úspoře energie a hlavně kvalitě obrazu.

Displeje LED

LED display,je typ displeje, který je napojen přímo na čip, který rozsvěcuje LED diody.

-Luminescenční dioda je polovodičová dioda s jedním přechodem PN, u níž se využívá zářivé rekombinace nosičů náboje.

-Vznik elektroluminescence předpokládá nerovnovážnou koncentraci volných nosičů náboje v polovodiči, vybuzenou vnějším zásahem. Do této skupiny patří GaAs , AlSb , InP , GaSb, které mají šířku zakázaného pásu 1,43 eV při 300K. Diody zhotovené z těchto materiálů mohou vyzařovat světlo pouze v infračervené oblasti spektra.

-Diody s větším výkonem a větší účinností lze realizovat dotováním křemíkem. V krystalové mřížce GaAs vytváří křemík buď donory nebo akceptory, což závisí na tom, který základní prvek nahrazuje. Výroba GaAs diod dotovaných křemíkem se provádí epitaxním růstem z kapalné fáze (LPE) GaAs legované Si. Nad teplotou C se vytváří typ polovodiče N a pod touto teplotou typ P. Poloha maxima°750 vyzařovaného spektra závisí na koncentraci křemíku.

-Pro výrobu elektroluminescenčních diod se používá celé spektrum polovodičových materiálů- dané druhy jsou v tabulce spolu s vlnovými délkami.

-Mezi základní parametry elektroluminescenčních diod patří: vlnová délka vyzářeného světla, kapacita přechodu, svítivost, úhel vyzařování, maximální stejnosměrný prou a výchozí materiál.

- O luminescenčních diodách obecně platí, že jejich průrazné napětí v závěrném směru se pohybuje kolem 3-5V.

-Kvalitu luminescenčních diod lze posuzovat podle tzv. vnějších kvantové účinnosti.

 

Segmentovky

Jedná se o zobrazení čísel, písmen či znaků za pomocí jednotlivých segmentů, které mohou být tvořeny mnoha různými principy. V současné době se nejvíce používají kapalné krystaly a světelné diody(LED). Tyto diody mají převážně obdélníkový tvar.

Segmentovky se světelnými diodami

obr. Zapojení vnějších vývodů dvou sedmi segmentového displeje s vazbou na jednotlivé segmenty

Základ tvoří, jak již název napovídá, světelné diody (LED). Každý segment je tvořen jednou či několika diodami. Ty jsou navzájem pospojované a to buď tak, že mají společnou anodu nebo společnou katodu. Doba odezvy se pohybuje kolem 10 nanosekund.Velikosti znaků se pohybují od 3 do 16 mm, přičemž nejmenší jednotky odebírají proud v rozmezí 0,5-1 mA a ty největší až do 15 mA. Ty to hodnoty se vztahují na jednotlivé segmenty.
Obrázek je pro logický obvod TTL. Tyto logické obvody se dodávají napětí 5V, proto jsou do obvodu zapojeny odpory, omezující proud jednotlivých segmentů.

Použití

:jako displeje u různych elektronických zařízení  (mp3)

:ve sdělovací technice

obr.:ukázka sedmi segmentového displeje