17 - Alfanumerické zobrazovací součástky


Elektronické zobrazovací součástky (též displeje) jsou zařízení ovládaná elektronickými signály, zprostředkující pozorovateli určitou vizuální informaci. Dělí se na dvě základní skupiny:

a) s malou hustotou informace (např. alfanumerické indikátory dovolující zobrazit jednotlivé číslice, písmena a některé další znaky). Užití: číslicové měřicí přístroje, kalkulátory, digitální hodiny, apod.

b) s velkou hustotou informace (např. obrazovky (viz tam); rozsáhlé bodové matice).


Zobrazovací jednotky s malou hustou informace

Zobrazované symboly těchto zobrazovacích jednotek lze vytvořit 3 základními způsoby (dělení podle konstrukce):

a) z předem vytvořených znaků (obr. A) - obraz vznikne rozsvícením příslušného znaku;

b) ze segmentů (obr. B) - obraz vznikne rozsvícením (zviditelněním) segmentů, jejichž složením znak vznikne;

c) užitím potřebného počtu prvků bodové matice (obr. C) - obraz vznikne rozsvícením potřebného počtu vhodných bodů matice.

Podle základních optických vlastností můžeme zobrazovací jednotky rozdělit na 2 základní skupiny:

a) aktivní - generují světlo (např. součástky využívající doutnavkového výboje v plynech, fluorescence, žhavených vláken, elektroluminiscenčních diod (LED), atd.);

b) pasivní - světlo negenerují, znaky lze pozorovat v odraženém nebo procházejícím světle (např. kapalné krystaly).

Protože informace, která má být zobrazen, přichází zpravidla ve formě elektrických impulsů, sestavených podle daného kódu, je třeba, aby zobrazovací jednotka byla doplněna vhodným dekodérem (viz obr. D).


Základní parametry zobrazovacích jednotek:

Viditelnost se posuzuje snadností a správností čtení informace. Viditelnost je ovlivňována různými činiteli jako jsou jas, kontrast, barva, úroveň okolního osvětlení, apod.

Vlastní spotřeba se posuzuje velikostí napájecího napětí, potřebného proudu i spotřebovaného výkonu pro vytvoření jednoho symbolu (zpravidla číslice 8).

Rychlost odezvy je čas potřebný ke vzniku a vymazání obrazu.

Další vlastností je např. schopnost spolupráce s běžnými logickými integrovanými obvody, složitost budících a dekódovacích obvodů, cena, apod.


Zobrazovací jednotky s předem vytvořenými znaky (obr. A výše):

Jako zobrazovací jednotky s předem vytvořenými znaky pracují speciální výbojky - tzv. digitrony. Využívají ke své činnosti viditelného záření prostředí v okolí katody při doutnavkovém výboji v plynech. Nejčastěji se používají pro zobrazení číslic popřípadě některých dalších znaků (počet je omezen z konstrukčních důvodů).

V baňce výbojky je jediná anoda (jemná mřížka), která je umístěna na povrchu celého systému a musí umožňovat pohled skrze ní. Za anodou je několik (obvykle 10) katod, zformovaných do tvarů znaků (zpravidla číslic). Katody jsou uspořádány těsně za sebou a jsou jednotlivě vyvedeny na patici elektronky. Při činnosti má anoda trvale kladné napětí (cca 170 - 200 V). Potřebný znak se rozsvítí uzemněním příslušné katody. Pro zvětšení kontrastu bývá sklo baňky opatřeno barevným (obvykle červeným) filtrem. Dnes se tato zobrazovací jednotka používá minimálně.


Zobrazovací jednotky vytvářející znaky skládáním segmentů (segmentovky) (obr. B výše):

Existuje mnoho různých způsobů realizace jednotlivých segmentů, ale nejperspektivnější jsou segmenty z elektroluminiscenčních diod (LED) a kapalných krystalů.


a) Segmentovky s elektroluminiscenčními diodami (LED):

Každý ze segmentů indikátoru je tvořen jednou, popř. několika, elektroluminiscenčními diodami. Pro zjednodušení ovládacích obvodů mají diody navzájem propojeny katody nebo anody (v závislosti na typu logiky). Princip činnosti je jinak podobný předešlé zobrazovací jednotce.


Dodatek - princip činnosti elektroluminiscenční diody (LED):

V této diodě dochází při polarizaci v propustném směru k tzv. elektroluminiscenci, tj. při rekombinaci nosičů náboje uvnitř přechodu PN se přebytečná energie vyzáří ve formě záření. Je to jev, jehož podstatou není žádné žhavení, ale jde o tzv. "studené světlo". Vlnová délka (barva) a další vlastnosti záleží na použitém materiálu (např. fosfid galia (GaP) - zeleně). Průběh VA charakteristiky je obdobný jako u běžné polovodičové diody s malou plochou přechodu. Běžně dostupné jsou LEDky barvy -- červené, zelené, žluté, oranžové.




b) Segmentovky s kapalnými krystaly:

Zobrazovací jednotka se skládá ze 2 rovnoběžných skleněných destiček, mezi nimiž je uzavřena kapalina zpravidla v nematické fázi (viz dále). Na vnitřní stěně přední destičky jsou napařeny elektrody z průhledného vodivého kysličníku ciničitého (SnO2) ve tvaru segmentů numerického nebo alfanumerického indikátoru. Zadní destička je pokryta kysličníkem ciničitým po celé ploše.

Bez napětí jsou osy tekutých krystalů buď v poloze rovnoběžné s povrchem destiček, nebo k němu kolmé (obě možnosti jsou si rovnocenné), a celá deska vykazuje stejné optické vlastnosti - je čirá a průhledná (obr. A níže).

Přiložíme-li na elektrody napětí dostatečné velikosti (min. 5 V), dojde v místech, kde působí elektrické pole, ke vzniku turbulentního proudění krystalů a kapalina se zde silně zakalí, neboť na neuspořádáných a vířících krystalech nastává rozptyl světla - tzv. dynamický rozptyl (obr. B níže).



K vyvolání dynamického rozptylu může být použito jak stejnosměrné, tak i střídavé napětí, které je výhodnější kvůli vyloučení parazitním jevů.

Je zřejmé, že jde o pasivní zobrazovací jednotku, tj. jednotku, která negeneruje světlo. Znaky lze pozorovat buď v dopadajícím světle proti tmavému pozadí, nebo v průhledu při osvětlení ze zadní strany. Symboly nelze sledovat, nedopadá-li na zobrazovací jednotku dostatečné množství světla.

Vlastnosti: extrémně malý příkon (řádově W), relativně malá životnost.


Dodatek - struktura kapalných krystalů:

Kapalné krystaly jsou takové chemické látky, které se navenek chovají jako kapaliny, avšak v určitém teplotním intervalu (některé i v rozsahu -5°C až +75°C) vykazují optické vlastnosti krystalických látek.



Kapalné krystaly jsou složeny z podlouhlých molekul. Podle molekulárního uspořádání dělíme kapalné krystaly na 3 základní druhy:

a) Smektická struktura (obr. A výše) - krystaly mají podlouhlé molekuly, které jsou uspořádány v rovnoběžných vrstvách s delší osou kolmou na plochu vrstvy;

b) Cholesterická struktura (obr. B výše) - krystaly mají tyčinkovité molekuly uspořádány do vrstev, směr jejich delší osy je v jednotlivých vrstvách posunut;

c) Nematická struktura (obr. C výše) - krystaly jsou tvořeny podlouhlými molekulami, jejichž delší osy jsou uspořádány navzájem rovnoběžně, ale nejsou uspořádány do vrstev.

Pro použití v zobrazovacích jednotkách má největší význam nematická struktura kapalných krystalů.


Zobrazovací jednotky se znaky vytvořenými v bodové matici:

Jednotlivé prvky matice jsou umístěny v průsečících dvou navzájem kolmých soustav elektrod (viz přibližný obr. úplně výše). Aktivace potřebného prvku se provede současným přivedením napětí na elektrody, které se v místě onoho prvku protínají - tzv. adresování prvků.

Je zřejmé, že jsou-li ostatní elektrody na nulovém napětí, působí na zbývajících prvcích, připojených ke zmíněným elektrodám, poloviční napětí než na prvku aktivovaném. Prvky musí mít proto takové vlastnosti, aby při tomto polovičním napětí zůstávaly bezpečně neaktivované, jinak by byl znak nečitelný. K aktivaci musí docházet skokem po překročení určitého prahového napětí. Proto se k vytváření bodových matic užívají prvky, které požadovaný prahový jev vykazují, např. elektroluminiscenční diody (LED).

Pomocné obvody aktivují potřebné body matice tak, aby se rozsvítil v určitém okamžiku vždy pouze jediný prvek. Aby se znázornil celý daný znak aktivují se jednotlivé body matice velmi rychle za sebou pomocí impulsů podle určitého postupu řízeného logickým obvodem a při čtení znaku se využívá setrvačnosti lidského zraku.


dlabos.wz.cz