За своєю структурою всі індикатори діляться на різні види і типи. На сьогоднішній день одним з найбільш поширених типів індикаторів вважається рідкокристалічні індикатори.
Рідкі кристали, з одного боку, має плинністю як ізотропна рідина, з іншого боку, зберігає певний порядок в розташуванні молекул, як кристал. В окремих випадках мезофаза виявляється стабільною в широкій області температур, тоді говорять про рідких кристалах. Більшість рідких кристалів утворюються стрижневими молекулами. Зазвичай рідкокристалічний дисплей являє собою скляну кювету товщиною менше 20 мкм, в яку поміщений рідкий кристал. Напрямок молекул рідкого кристала може бути задано обробкою поверхонь кювети таким чином, щоб молекули шикувалися в певному напрямку - паралельно площині кювети або перпендикулярно до неї. Один із способів обробки поверхні полягає в нанесенні на неї тонкого шару твердого полімеру і подальшого «натирання» його в одному напрямку. Використовуючи різні орієнтації напрямки молекул рідкого кристала спочатку за допомогою поверхневого упорядкування, а потім за допомогою електричного поля, можна сконструювати найпростіший дисплей.
1 - висновки, 2 - полімерна прокладка ущільнювача, 3 - скло, 4 - покриття з окису олова, 5 - рідкокристалічна суміш
Мал. 1.7. Структура осередку рідкокристалічного індикатора
Рідкокристалічний дисплей складається з кілька шарів, де ключову роль грають дві скляні панелі, між якими поміщений рідкий кристал. На панелі наносяться борозенки. Борозенки виходять в результаті розміщення на скляній поверхні тонких плівок з прозорого пластика, який потім спеціальним чином обробляється. Борозенки розташовані таким чином, що вони паралельні на кожній панелі, але перпендикулярні борозенками сусідній панелі. Стикаючись з борозенками, молекули в рідких кристалах орієнтуються однаково по всій поверхні. В результаті напрямок орієнтації молекул рідкого кристала повертається від верхньої панелі до нижньої на 90 °, обертаючи, таким чином, площина поляризації світла. Зображення формується за допомогою поляризаційних плівок, розміщених над і під рідкокристалічним дисплеєм. Якщо осі поляризації цих плівок перпендикулярні один одному, то дисплей буде прозорим. На скляні панелі наноситься тонкий шар металу, який утворює електроди. Якщо тепер до електродів підвести напругу, то молекули рідкого кристала розгорнуться вздовж електричного поля, обертання площини поляризації зникне, і світ не зможе пройти через поляризаційні плівки. Важливо, що дія електричного поля не пов'язане з дипольним моментом молекули і тому не залежить від напрямку поля. Це дозволяє використовувати для управління індикатором змінне поле. Постійне поле може призводити до електролізу рідкого кристала і, в кінцевому підсумку, виходу приладу з ладу. Електроди на рідкокристалічний індикатор наносяться у вигляді точок, піктограм або сегментів для відображення різних видів інформації, як це вже обговорювалося раніше.
Рідкокристалічні індикатори використовуються в двох режимах роботи: у режимі відбиття світла і в режимі просвічування. Найбільш економічний режим використання рідкокристалічного індикатора - це режим відображення. В цьому режимі використовуються зовнішні джерела світла, такі як сонце або освітлювальні лампи приміщення. Самі рідкокристалічні індикатори ток практично не споживають. При використанні режиму відображення прозорим залишають весь дисплей. Інформація ж формується непрозорими ділянками рідкого кристала, що утворюються між електродами при подачі на них змінної напруги.
У режимі просвічування можливі два види використання рідкокристалічного дисплея: формування звичайного зображення, як і в режимі відображення і формування негативного зображення.
У режимі негативного зображення весь дисплей залишається непрозорим, а світло проходить тільки через ділянки зображення, які в цьому випадку здаються намальованими фарбою. Негативний режим формується поляризаційними плівками з збігається поляризацією.
1 - електрофоретичні пігментні частинки, 2 - суспеція з пофарбованої рідиною, 3 - скляна пластина, 4 - прозорий електрод, 5 - прокладка, 6 - електрод, 7 - джерело живлення, 8 - основна пластина
Мал. 1.8. Схема дисплеї на електрофоретичної основі
Для підсвічування рідкокристалічного індикатора зазвичай використовується газорозрядні лампи або світлодіоди, так як ці джерела світла не виділяють тепла, здатного вивести з ладу рідкокристалічний індикатор. Важливим параметром індикатора є час релаксації - час, необхідний для повернення молекул рідкого кристала в початковий стан після виключення поля. Таке час досить для роботи різних індикаторів, але на кілька порядків перевищує час, необхідний для роботи комп'ютерного монітора. Час релаксації різко залежить від температури рідкокристалічного індикатора. Саме часом релаксації визначається мінімальна температура використання рідкокристалічних індикаторів. Час релаксації сучасних рідкокристалічних індикаторів при температурі -25 ° C досягає декількох секунд. Це час зміни інформації неприйнятно для більшості практичних застосувань.
Не менш важливим параметром рідкокристалічного індикатора є контрастність зображення. При нормальній температурі контрастність зображення досягає декількох сотень. При підвищенні температури контрастність зображення падає і при температурі близько + 50 ° C зображення стає практично невиразні.
Наступний параметр, що характеризує рідкокристалічний індикатор - це кут огляду. Кут огляду рідкокристалічного індикатора істотно залежить від шпаруватості динамічного режиму індикації. Чим більше шпаруватість - тим менше виходить кут огляду індикатора. В сучасних рідкокристалічних комп'ютерних моніторах використовується спеціальний метод формування статичного формування зображення при динамічному способі його подачі на дисплей. При використанні нової технології біля кожного елемента зображення формується запам'ятовує конденсатор і ключовий транзистор, який підключає цей конденсатор до ланцюгів формування зображення тільки в момент подачі інформації саме для цього елемента зображення. Рідкокристалічні індикатори зазвичай виконують у вигляді матриці, тобто на них можна сформувати будь-які зображення. Для формування кольорового зображення в основному використовується режим просвічування. При цьому один піксель зображення складається з трьох елементів, навпроти кожного з них розташовується свій світлофільтр: синій, червоний і зелений.
Електролюмінесцентний індикатор являє собою конденсатор, обкладками якого служать токопроводящая плівка, нанесена на скло, і підкладка між якої розташований діелектрик з виваженим люмінофором.
1 - непрозорий електрод, 2 - ізольований матеріал, 3 - люмінофор, 4 - прозорий електрод, 5 - світловий промінь
Рис 1.9. Конструкція порошкового електролюмінесцентн індикатора
У теперішній час порошкові електролюмінісцентні індикатори виготовляються за коштами напилення прозорого електрода на скляну пластину і подальшого нанесення на електрод светоизлучающего шару. Як зв'язку використовується матеріал з високою діелектричної проникністю. Введенням активаторів в люмінофор можна отримати різні кольори світіння - синій, жовтий, зелений, червоний. Біле світіння виходить при використанні каскадної люмінесценції, синє люмінесцентне свічення збуджує домісилися жовтий органічний барвник і виходить білий колір. Якщо через такий конденсатор пропустити змінний струм, то внаслідок перетворення електричної енергії в світлову енергію, можуть світитися зеленим, блакитним, помаранчевим, жовтим і іншими квітами. Яскравість світіння залежить від частоти і напруги живильного струму. З підвищенням напруги яскравості світіння збільшується. Верхня межа напруги обмежується величиною противного напруги діелектрика електролюмінесцентн шару, а частота - гранично допустимим струмом через нього. Відповідно до цього виділяють люмінесцентні індикатори і напівпровідникові індикатори, відомі як світлодіоди.
1 - непрозорий електрод, 2 - ізолюючий матеріал, 3 - люмінофор, 4 - ізоляційний матеріал, 5 - прозорий електрод, 6 - скляна пластина, 7 - світловий промінь
Мал. 1.10. Конструкція плівкового електролюмінесцентн індикатора
Газорозрядний індикатор - це іонний прилад для відображення складної інформації, що використовує тліючий розряд.
вид збоку вид зверху
1 - скляні пластини, 2 - діелектрична матриця, 3 - електроди
Мал. 1.11. Конструкція газорозрядної індикатора
У порівнянні з одиничним індикатором неоновою лампою, має ширші можливості. Для виготовлення відображає пристрої заданої складності газорозрядних індикаторів потрібно менше, ніж треба було б для порівнянного за складністю пристрою одиничних неонових ламп.
1 - анод індикації, 2 - діелектричні стінки комірки, 3 - катод, 4 - анод
Мал. 1.12. Схематичне зображення газорозрядної індикатора
Ще одну структуру індикатори ми розглянемо на прикладі семисегментний індикатора. Для відображення цифрової інформації в системах на базі мікроконтролерів використовуються світлодіодні семисегментний індикатори. Вони прості в управлінні, має високу яскравість, широкий діапазон робочих температур і низьку вартість. До недоліків світлодіодних індикаторів відносяться - високе енергоспоживання, відсутність керуючого контролера і мізерні можливості щодо виведення буквеної інформації. Світлодіодний семисегментний індикатор являє собою групу світлодіодів розташованих в певному порядку і об'єднаних конструктивно.
Мал. 1.13. Схема цифрового індикатора з розмірами
Запалюючи одночасно кілька світлодіодів можна формувати на індикаторі символи цифр, що складаються з сегментів індикатора.
Рис 1.14. Зовнішній вигляд плати індикації і принципова схема
Індикатори розрізняються за типом з'єднання світлодіодів - загальний анод, загальний катод, за кількістю відображуваних розрядів - однораразрядние, двох розрядні і за кольором - червоні, зелені, жовті. Семісегментним індикатором можна управляти статично або динамічно.
При статичному управлінні розряди індикатора підключені до мікроконтролеру незалежно один від одного і інформація на них виводиться постійно. Цей спосіб управління простіше динамічного, але без використання додаткових елементів, як-то зсувні регістри, підключити багаторозрядних семисегментний індикатор до мікроконтролеру буде проблематично - може не вистачити висновків.
Динамічне управління або динамічна індикація на увазі почергове запалювання розрядів індикатора з частотою, що не сприймається людським оком. Схема підключення індикатора в цьому випадку набагато більш економічна завдяки тому, що однакові сегменти розрядів індикатора об'єднані.
Мал. 1.15. Комбінаційна схема управління семісегментним індикатором
Семисегментний індикатор - пристрій відображення цифрової інформації. Це найбільш проста реалізація індикатора, який може відображати арабські цифри. Семисегментний індикатор, як зрозуміло з його назви, складається з семи елементів індикації, тобто сегментів, що включаються і виключаються окремо. Включаючи їх в різних комбінаціях, з них можна скласти спрощені зображення арабських цифр. Часто семисегментні індикатори роблять в курсивном зображенні, що підвищує читаність. Цифри, 6, 7 і 9 мають по два різних уявлення на семи сегментному індикаторі. Сегменти позначаються буквами від A до G; восьмий сегмент H - десяткова кома, призначена для відображення дрібних чисел. Зрідка на семисегментний індикаторі відображають літери.
Мал. 1.16. Схема семисегментний індикатора з розмірами
Для відображення букв з'явилися четирнадцатісегментние індикатори і шестнадцатісегментние індикатори, але зараз їх майже повсюдно замінили точково-матричні екрани. І лише там, де потрібно відображати тільки цифрову інформацію, семисегментний індикатори залишилися незамінними - через простоту, контрасту і впізнаваності. У більшості індикаторів використовуються світлодіоди. Але існують альтернативи - лампи тліючого розряду, електровакуумні індикатори, катодолюмінесцентному, розжарюються, лампи розжарювання, рідкі кристали.
Світлодіодні індикатори мають гранично просту форму, так як в них застосовуються світлодіоди, відлиті у формі сегментів, і чим менше різних типів світлодіодів, тим дешевше пристрій.
Таблиця істинності роботи семисегментний індикатора
У звичайному світлодіодному індикаторі дев'ять висновків, один йде до катодам всіх сегментів, і інші вісім - до анода кожного з сегментів. Ця схема називається схема із загальним катодом, існують також схеми із загальним анодом.
Мал. 1.17. Схеми підключення з загальним анодом і катодом сегментів
Багаторозрядні індикатори часто влаштовані по матричному принципом. Висновки всіх однойменних сегментів всіх розрядів з'єднані разом. Щоб виводити інформацію на такий індикатор, керуюча мікросхема повинна циклічно подавати струм на загальні висновки всіх розрядів, в той час як на висновки сегментів ток подається в залежності від того, запалено даний сегмент в даному розряді.
Таким чином, щоб отримати десятирозрядний екран мікрокалькулятора, потрібні всього вісімнадцять висновків. Подібним чином сканується клавіатура калькулятора. Існують спеціальні мікросхеми семисегментних дешифраторів, що переводять четирёхбітний код в його семисегментного уявлення.
Мал. 1.18. Схема контролера рідкокристалічного індикатора
Іноді дешифратори вбудовують прямо в індикатор. Крім десяти цифр, семисегментний індикатори здатні відображати літери. Але лише деякі з букв мають інтуїтивно зрозуміле семисегментного уявлення. Тому семисегментний індикатори використовують тільки для відображення найпростіших повідомлень. На перевернутому микрокалькуляторе можна отримати певний діапазон букв, на цьому засновані гри з калькулятором.
Дев'ятисегментний індикатор - пристрій відображення цифрової та буквеної інформації. Це продовження простого семисегментний індикатора, що має два додаткових діагональних або вертикальних сегмента між верхнім, середнім, і нижнім горизонтальними сегментами. Це забезпечує найпростіший спосіб виведення букв і цифр