Индикаторы светодиодного дисплея: особенности и применение

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

Сравнение методов подсветки

Свойство	Светодиодный	Лампами накаливания	Электролюминесцентный
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

Формирование напряжения для работы жидкокристаллического индикатора

Особенностью работы жидкокристаллического индикатора является то, что на него следует подавать
переменное напряжение. Это связано с тем, что при подаче на ЖКИ дисплей постоянного напряжения происходит
электролиз жидкого кристалла и индикатор выходит из строя.

Напряжение для работы жидкокристаллического индикатора формируется логическими элементами, поэтому
обычно используется прямоугольное колебание со скважностью равной двум. Его легко можно получить на выходе
делителя частоты на два

Теперь вспомним, что логические сигналы содержат постоянную составляющую. Ее можно убрать, подав сигнал на
выводы жидкокристаллической ячейки в противофазе друг другу. Временная диаграмма такого напряжения
приведена на рисунке 3.

Если ячейку жидкокристаллического индикатора следует оставить прозрачной, то на ее выводы подаются
синфазные напряжения. В результате разность потенциалов получается равной нулю.

В результате контроллер ЖКИ дисплея можно собрать с использованием схем “исключающего
ИЛИ”. Подобная схема приведена на рисунке 4.

В этой схеме скважность прямоугольного колебания, равную двум, обеспечивает делитель частоты, собранный на
D триггере. Если на вход сегмента подается
единичный потенциал, то логический элемент “исключающее ИЛИ” инвертирует колебание, подаваемое на подложку
жидкокристаллического индикатора COM

Этот сегмент становится непрозрачным.

Если же на вход сегмента поступает нулевой потенциал, то на выходе элемента “исключающее ИЛИ”
колебание не инвертируется. Тем самым на соответствующий сегмент подается нулевая разность потенциалов.
Этот сегмент остается прозрачным.

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.

а)	б)

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.

Принципы работы жидкокристаллических индикаторов

Термином жидкий кристалл обозначается мезофаза между твердым состоянием и изотропным жидким состоянием,
при этом мезофаза сохраняет фундаментальные свойства присущие двум состояниям материи. Жидкие кристаллы, с
одной стороны, обладает текучестью как изотропная жидкость, с другой стороны, сохраняет определенный
порядок в расположении молекул (как кристалл).

В отдельных случаях мезофаза оказывается стабильной в широкой области температур, включая комнатную,
тогда говорят о жидких кристаллах. Большинство жидких кристаллов образуются стержневыми молекулами.

Обычно жидкокристаллический дисплей представляет собой стеклянную кювету толщиной меньше 20 мкм, в которую
помещен жидкий кристалл. Направление молекул жидкого кристалла может быть задано обработкой поверхностей
кюветы таким образом, чтобы молекулы ЖК выстраивались в определенном направлении – параллельно плоскости
кюветы или перпендикулярно к ней. Один из способов обработки поверхности заключается в нанесении на нее
тонкого слоя твердого полимера и последующего «натирания» его в одном направлении.

Используя различные ориентации направления молекул жидкого кристалла первоначально с помощью
поверхностного упорядочения, а затем с помощью электрического поля, можно сконструировать простейший
дисплей. Жидкокристаллический дисплей состоит из несколько слоев, где ключевую роль играют две стеклянные
панели, между которыми помещён жидкий кристалл.

На панели наносятся бороздки. Бороздки получаются в результате размещения на стеклянной поверхности
тонких пленок из прозрачного пластика, который затем специальным образом обрабатывается. Бороздки
расположены таким образом, что они параллельны на каждой панели, но перпендикулярны бороздкам соседней
панели. Соприкасаясь с бороздками, молекулы в жидких кристаллах ориентируются одинаково по всей поверхности.
В результате направление ориентации молекул жидкого кристалла поворачивается от верхней панели к нижней на
90°, вращая, таким образом, плоскость поляризации света, как это изображено на рисунке 1. Изображение
формируется при помощи поляризационных плёнок, размещённых над и под жидкокристаллическим дисплеем. Если
оси поляризации этих плёнок перпендикулярны друг другу, то дисплей будет прозрачным.

На стеклянные панели наносится тонкий слой металла, образующий электроды. Если теперь к электродам
подвести напряжение, то молекулы жидкого кристалла развернутся вдоль электрического поля, вращение
плоскости поляризации исчезнет, и свет не сможет пройти через поляризационные плёнки, как это показано на
рисунке 2. Рисунок 2а соответствует отсутствию электрического поля, а рисунок 2б – приложенному к
электродам напряжению.

Напряжение, необходимое для поворота директора составляет обычно 2В-5В

Важно, что действие электрического
поля не связано с дипольным моментом молекулы и поэтому не зависит от направления поля. Это позволяет
использовать для управления индикатором переменное поле

Постоянное поле может приводить к электролизу
жидкого кристалла и, в конечном итоге, выходу прибора из строя.

Электроды на жидкокристаллический индикатор наносятся в виде точек,
пиктограмм или сегментов для отображения различных видов информации, как это уже обсуждалось ранее.

Режимы работы жидкокристаллических индикаторов

Жидкокристаллические индикаторы используются в двух режимах работы: в режиме отражения света и в режиме
просвечивания. Наиболее экономичный режим использования ЖКИ — это режим отражения. В этом режиме
используются внешние источники света, такие как солнце или осветительные лампы помещения. Сами индикаторы в
этом режиме ток практически не потребляют.

При использовании режима отражения прозрачным оставляют весь дисплей. Информация же формируется непрозрачными
участками жидкого кристалла, образующимися между электродами при подаче на них переменного напряжения.

В режиме просвечивания возможны два вида использования жидкокристаллического дисплея: формирование обычного
изображения как и в режиме отражения и формирование негативного изображения. В режиме негативного изображения
весь дисплей остаётся непрозрачным, а свет проходит только через участки изображения, которые в этом случае
кажутся нарисованными краской. Негативный режим формируется поляризационными плёнками с совпадающей поляризацией.

Для подсветки ЖКИ дисплея обычно используется газоразрядные лампы или светодиоды, так как эти источники света
не выделяют тепла, способного вывести его из строя. Для равномерного распределения света от светодиодов или ламп
дневного света используются светопроводы, выполненные из рассеивающих свет материалов.

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

Режимы отображения ЖКИ

Режим отображения	Изображение	Применение	Прямой солнечный свет	Офисное освещение	Приглушенный свет	Очень слабый свет
Рефлективный позитивный	Темные сегменты на светлом фоне	Без подсветки. Обеспечивает лучший фронтальный контраст и стабильность.	Великолепно	Оченьхорошо	Плохо	Оченьплохо
Трансфлективный позитивный	Темные сегменты на сером фоне	Может освещаться отраженным внешним светом или подсветкой	Великолепно(безподсветки)	Хорошо(безподсветки)	Хорошо (подсветка)	Оченьхорошо(подсветка)
Трансфлективный негативный	Светло-серые сегменты на темном фоне	Требуется яркое освещение или подсветка. Часто используется с цветным трансфлектором (полупрозрачный отражатель)	Хорошо (безподсветки)	Хорошо (безподсветки)	Хорошо (подсветка)	Оченьхорошо(подсветка)
Трансмиссивный позитивный	Темные сегменты на подсвеченном фоне	Разработан для плохих условий освещения, возможно использование при внешнем освещении	Хорошо (безподсветки)	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).

а)	б)

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.

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.

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.

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

Таблица 3

Цвет в ЖКИ

Технология получения цвета	Рефлективный	Трансмиссивный	Трансфлективный
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

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.

Контроллеры ЖКИ

Общие принципы

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

Таблица 4

Сравнение прямых и мультиплексных контроллеров

Свойство	Прямой	Мультиплексный
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.