Prikazovalniki na tekoče kristale (Liquid Cristal Display - LCD) so trenutno najčešče uporabljeni komunikacijski element za dialog človek-naprava. Srečamo jih vgrajene v različne proizvode široke potrošnje od svinčnika, telefona, mikrovalovne pečice, igrač itd. Vgrajen v ročne ure je prisoten tudi v najbolj nerazvitih predelih sveta, njegova uporaba in proizvodnja pa se še vedno strmo dviga iz leta v leto.
Na povsem drugačen, včasih celo neprijeten način se z LCD prikazovalniki srečujejo tudi razvijalci elektronske opreme. Njim srečanje večkrat povzročijo tudi neprijetnosti. Prve težave se začnejo že pri dobavi, saj jih je relativno težko najti in dobavni roki so izredno dolgi. Trgovine z elektronsko opremo jih praviloma nimajo na zalogi in to iz preprostega razloga, ker obstaja množica različnih tipov in trgovci nočejo tvegati naročanja na zalogo, saj bi večina prikazovalnikov zastarela v skladišču. Nabava poteka torej v obliki spontanih naročil pri zastopnikih proizvajalcev. Izbor in uporaba prikazovalnikov na tekoče kristale zahtevata upoštevanje nekaterih kriterijev, ki jih moramo spoznati, da bi lahko izbrali najprimernejši proizvod. V članku se bomo posvetili predvsem spoznavanju nekaterih osnovnih lastnosti in načinov uporabe prikazovalnikov na tekoče kristale. Namenoma bodo v oklepajih napisani tudi angleški izrazi za značilne pojme, ki bodo razvijalcu olajšali pregledovanje katalogov in prospektov.
Prikazovalnike delimo na alfanumerične in grafične. Pričujoči članek bo obravnaval izključno alfanumerične prikazovalnike. Vsebina članka je dovolj splošna in se nanaša na prikazovalnike različnih proizvajalcev, vendar največ informacij izvira iz dokumentacije japonske firme DENSITRON, ki je v svetu znana kot vodilna na področju raziskav in odkrivanja novih tehnologij.
Pri izboru ustreznega LCD prikazovalnika moramo najprej odgovoriti na dve
osnovni vprašanji:
Na splošno so alfanumerični prikazovalniki najenostavnejši in najbolj ekonomičen način povezave naprave z zunanjim svetom. Prikazovalnik lahko prikazuje črke, številke in nekatere simbole. Naslavljamo ga preko paralelnega ASCII podatkovnega vodila. Prikazovalnik že vsebuje osnovne funkcije kot na primer: generiranje znakov, naslavljanje pomnilniških lokacij (RAM), premikanje kurzorja, utripanje itd. Vključeno je tudi dodajanje uporabniško definiranih dodatnih simbolov ( rešitev za č, š, ž ! )
Pri izbiri velikosti prikazovalnikov se oziramo predvsem na število, dolžino in obliko sporočil, ki jih želimo prikazovati. Mnogokrat smo prisiljeni sporočila temeljito okrajšati ali jih celo spremeniti v preprosta gesla. Včasih smo celo prisiljeni, da sporočila zakodiramo v številke. Pri izdelkih masovne proizvodnje je zelo pomembna tudi cena prikazovalnika, zato si v takem primeru pri izboru pomagamo s podatkom o razmerju “cena po znaku”.
Kapaciteta prikazovalnikov je običajno 1 do 4 vrstice in 8 do 80 znakov v vsaki vrstici. Kadar zahteve presežejo 4 vrstice oziroma se pojavijo zahteve po različni velikosti črk, takrat moramo v izbor vključiti tudi grafične prikazovalnike. Zaradi skladnega oblikovanja končnega proizvoda je mnogokrat potrebno velikost prikazovalnika prilagoditi fizični velikosti končnega izdelka.
Čitljivost prikazovalnika je predvsem odvisna od velikosti znakov in njihove osvetlitve. Velikost črk je običajno med 3.31 mm (0.13”) in 12,71 mm (0.5”). Poleg standardnih velikosti prikazovalnikov, ki jih nudi večina proizvajalcev, je v izdelke vgrajenih tudi veliko število najrazličnejših strogo namenskih prikazovalnikov, katerih videz in lastnosti definirajo oblikovalci proizvodov. Taki prikazovalniki (user designed displays) praviloma niso v prosti prodaji ali so celo patentno zaščiteni.
Svetovni proizvajalci prikazovalnikov so sprejeli nekatere standarde o razporedu električnih priključkov. To omogoča zamenjavo prikazovalnika enega proizvajalca s prikazovalnikom drugega proizvajalca, ne da bi bili prisiljeni spremeniti osnovno tiskano vezje, na katero pritrdimo prikazovalnik. Kupec lahko naroči prikazovalnik s krajšim priključnim kablom s konektorjem, kar mu omogoča več svobode pri povezavi prikazovalnika in tiskanega vezja naprave.
Kadar je zahteva po dobri čitljivosti tudi v slabo osvetljenem okolju, izberemo prikazovalnik z osvetlitvijo (“backlight”).
Za naprave, ki bodo morale delovati v težjih temparaturnih razmerah izberemo prikazovalnik s širšim temperaturnim območjem (“extended temperature”). Ti prikazovalniki lahko delujejo v temperaturnem območju od -20°C do +70°C.
Ko smo postavili zahteve, ki jih mora prikazovalnik izpolnjevati, preidemo k iskanju primernih tipov prikazovalnikov, ki izpolnjujejo vse pogoje. Končna odločitev za konkreten prikazovalnik je odvisna od pogojev dobave oziroma od povsem subjektivnih odločitev pogojenih z izkušnjami komuniciranja s različnimi dobavitelji.
Tip tegočega kristala (“fluid types”) je podatek, ki pogojuje naslednje
lastnosti : vidni kot, kontrast in temperaturno območje delovanja. V alfanumeričnih
prikazovalnikih najpogosteje srečamo naslednje tipe tekočih kristalov:
V novejšem času se pojavljajo tudi novi tipi tekočih kristalov. Za izdelavo prikazovalnikov z povečanim temperaturnim območjem sta primerna le prva dva tipa tekočih kristalov.
Tekoči kristal tipa TN je namenjen uporabi v cenejših prikazovalnikih. Ima vidni kot 40-45°, zato je primeren za uporabo v aplikacijah, kjer so oči uporabnika nad (“top view”) ali pod (“bottom view”) ravnino prikazovalnika. Primer za gledanje od zgoraj je prikazovalnik na avtomobilskem radijskem sprejemniku, primer za gledanje od spodaj pa prikazovalnik na namiznem računalniku. V prvem primeru so oči nad ravnino prikazovalnika, v drugem primeru pa pod ravnino prikazovalnika. Vidljivost pri prikazovalnikih tipa TNK je slabša, kadar so oči točno v ravnini prikazovalnika (mrtvi kot).
Tekoča kristala tipa STN in NTN sta oba visoko kontrastna s širokim vidnim poljem. Oba tipa lahko gledamo od zgoraj ali od spodaj. Prikazovalnika nimata vmesnega mrtvega kota, kot ga poznamo pri tipu TN. Razlikujeta se le po velikosti vidnega polja in kontrastu. Tip STN ima boljše karakteristike od tipa NTN.
| Tip | Kontrast | Vidni kot |
| TN | 3:1 | 40° - 45° |
| NTN | 7:1 | 60° |
| STN | 10:1 | 75° |
Pri vseh tipih prikazovalnikov lahko vidno polje nekoliko izboljšamo s pomočjo
regulacije napetosti Vo na dodatnem potenciometru.
Za razširjeno temeraturno območje lahko uporabimo le tip TN in NTN.
Način in barva prikaza sta odvisna od tipa tekočega kristala, polarizacije in
konstrukcije prikazovalnika. Ločimo med pozitivnim prikazom (črni znaki na svetli podlagi) in negativnim prikazom (svetli znaki na temni podlagi). Kontrast med svetlimi in temnimi deli prikazovalnika izboljšamo na tri načine:
Navedene tri načine izboljšanja kontrasta (reflektivni, tranmisivni in transflektivni) v literaturi običajno srečamo pod podatkom “Polariser Type”.
TN prikazovalniki s pozitivnim načinom prikaza imajo srebrno-sivo metalno barvo ozadja in skoraj črne alfanumerične znake. Pri negativnem načinu prikaza ima ozadje skoraj črno barvo, znaki pa imajo barvo svetlobnega izvora za prikazovalnikom. Ta je običajno rumena, zelena ali bela.
NTN in STN prikazovalniki imajo pri pozitivnem načinu prikaza srebrno ali rumeno ozadje in temne znake, pri negativnem načinu prikaza pa imajo temno ozadje in znake v barvi svetlobnega izvora za prikazovalnikom.
Prikazovalnik izbiramo glede na predvideno najbolj tipično okolje uporabe. Ker prikazovalniki niso narejeni v vseh možnih kombinacijah različnih opcij, moramo včasih idealne zahteve reducirati in izbor prilagoditi realni ponudbi proizvajalcev.
Z osvetljevanjem prikazovalnikov skušamo doseči večjo vidljivost tudi pri slabših svetlobnih pogojih. Poleg boljše vidljivosti je nezanemarljiv tudi učinek svetlečega prikazovalnika, ki da končnemu izdelku privlačen “elektronski” videz, kar je velikokrat pomembno za uspešno prodajo izdelka.
Najpogosteje sta v rabi dva načina osvetljevanja: osvetljevanje z elektroluminiscenčnimi ploščatimi “žarnicami” (EL) in osvetlitev s svetlečimi diodami (LED).
Pri tem načinu med stekleno osnovo prikazovalnika in njegovo tiskanino vstavimo posebno tanko “žarnico”, ki je narejena posebno za osvetljevanje prikazovalnikov. Večina prikazovalnikov s pozitivnim načinom prikaza je opremljenih s modro ali zeleno žarnico. Prikazovalniki z negativnim prikazom so običajno opremljeni z belo žarnico. Ostale barve je potrebno posebej naročiti.
EL žarnice so narejene za izmenične napetosti 70-110V in 400Hz. Proizvajalci, kot recimo tudi DENSITRON, imajo na voljo vrsto DC/AC invertorjev, ki se napajajo s enosmerno napetostjo +5V . Ker ni strogih pravil glede izbora invertorja za določeno žarnico, lahko izberemo invertor z večjo napetostjo, kar ima za posledico boljšo osvetlitev prikazovalnika in krajšo življenjsko dobo žarnice. Ali pa izberemo invertor z manjšo napetostjo, takrat bo učinek obraten.
Če zmanjšamo osvetljenost na 50% maksimalne dosežemo življenjsko dobo žarnice med 2.000 in 2.500 obratovalnih ur. Življenjsko dobo EL žarnic zmanjšujeta tudi povišana delovna temperatura in vlažnost.
Življenjska doba LED diod je bistveno večja od EL žarnic, vendar na račun večje energetske porabe in fizične velikosti modula. Življenjska doba se poveča na 50.000 obratovalnih ur. Ker vedno osvetljujemo z večjim številom svetlečih diod, se ob izpadu delovanja ene diode osvetljenost le malenkostno poslabša, prikazovalnik je še naprej uporaben, kar pa ne velja za EL žarnice. Modul za osvetljevanje poveča debelino prikazovalnika za 2-4 mm v primerjavi z EL osvetlitvijo. Standardna barva osvetlitve je rumena in zelena. Ostale barve moramo posebej naročiti.
Poznamo dve vrsti LED osvetlitve: svetleče diode razporedimo po robu stekla (“edgelit”) ali pa jih enakomerno porazdelimo po celotni zadnji površini prikazovalnika (“back array”).
Osvetlitev po robu stekla je energetsko manj potratna od osvetlitve zadnje strani. Svetleče diode so običajno razporejene po levem in desnem robu stekla. V prikazovalnikih, daljših od 20 znakov, opazimo padanje osvetljenosti na sredini prikazovalnika. Ta način je zato bolj primeren za prikazovalnike manjših dimenzij, za večje se poslužujemo ali rasporeditve diod po zgornjem in spodnjem robu ali pa preidemo na osvetlitev zadnje strani. Pri stranski osvetlitvi lahko dosežemo tudi manjšo debelino modula. Tipična poraba pri napajanju s 5V= je 30 do 60mA. Modul za osvetlitev je opremljen z preduporom za omejitev električnega toka.
Osvetlitev zadnje strani prikazovalnika omogoča večjo svetilnost in enakomernejšo porazdelitev svetlobe. Pogostejšo uporabo tega načina osvetlitve omejuje energetska potratnost, zato se tega načina izogibamo pri napravah, napajanih z baterijami. Priporočljiv je v napravah, ki črpajo energijo iz električnega omrežja. Pri tem načinu osvetlitve moramo dodati zunanji predupor za omejitev toka. Pri izračunu njegove velikosti upoštevamo podatke proizvajalca in zahteve po stopnji osvetlitve. Če se zahteva nastavljiva osvetlitev, vgradimo potenciometer za ročno nastavljanje osvetlitve ali vezje za impulzno nastavljanje osvetlitve.
Ti nasveti veljajo za prikazovalnike različnih proizvajalcev. Z njihovim
upoštevanjem lahko izredno podaljšamo življenjsko dobo prikazovalnikov in se izognemo morebitnim
motnjam v delovanju ali celo uničenju prikazovalnika.
Spoznali smo osnovne pojme, ki jih potrebujemo za pravilen izbor in nakup alfanumeričnih prikazovalnikov na tekoče kristale. Ti pojmi so skupni za proizvode različnih proizvajalcev. Programiranje prikazovalnikov je sicer izredno enostavno in podobno za vse tipe prikazovalnikov, vendar lahko pri izdelkih različnih proizvajalcev pride do manjših odstopanj, zato je od nakupa dalje priporočljiva uporaba originalne literature, ki smo jo prejeli ob nakupu.
Pričakujemo, da bo vsebina članka opogumila nekatere razvijalce elektronske opreme, ki so se doslej izogibali srečanju s prikazovalniki, k njihovi pogostejši uporabi. Tako bojo izboljšali kakovost, videz in konkurenčnost svojih izdelkov.