2.9.5. Індикатори для приладів відображення інформації
В залежності від розмірів і призначення системи відображення зорової інформації поділяються на колективні (табло стадіону, рухливий світловий рядок), групові (екран телевізору, дісплей) і індивідуальні (циферблат електронного годинника, індикатор мікрокалькулятора). Принципи побудови і фізичні процеси, що лежать в основі роботи таких приладів, різноманітні і докладно викладаються в спеціальній літературі. В даній главі розглянуті лише малогабаритні і мініатюрні індикатори для індивідуального і почасти групового користування, погоджені за своїми параметрами з іншими оптоелектронними елементами.
Основу сучасних малогабаритних приладів для відображення зорової інформації складають три групи приладів: напівпровідникові, рідиннокристалічні і газоразрядні індикатори.
Напівпровідникові індикаториявляють собою набір світловипромінювальних діодних структур спеціальної конфігурації. Вони перекривають весь видимий діапазон спектру (найбільшу складність викликає отримання синього кольору), дають яскраве і чисте світло, зручні в управлінні, економічні, довговічні, технологічно сумісні з іншими оптоелектронними елементами. Для розширення кольорової гами застосовується перетворення випромінювання в більш довгохвильове за допомогою фотолюмінофорів.
Висвічування літерно-цифрової інформації здійснюється трьома способами: а) набором одиничних світлодіодів; б) з використанням сегментів спеціальної конфігурації; в) матричним з певним числом точкових елементів, які світяться. Останні два засоби отримали найбільше розповсюдження.
В сегментному цифровому індикаторі (рис. 2.9.17, а) сім прямокутних світловипромінювальних майданчиків дозволяють відтворювати всі десять цифр і декілька літер. Схема управління забезпечує ввімкнення необхідних сегментів, що світяться, в залежності від кодованого сигналу.
Найпростіший універсальний матричний індикатор (рис. 2.9.17, б) містить 36 крапок (75+1). Цього достатньо для відтворення всіх цифр, літер і знаків стандартного коду для обміну інформацією.
Рис. 2.9.17. Семисегментний цифровий (а) і матричний універсальний (б)
напівпровідникові індикатори
В невеликих за розміром індикаторах використовується монолітна конструкція, тобто всі елементи, що світяться, виробляються в одному кристалі. При збільшенні габаритних розмірів приладів застосовують гібридну технологію, набір пристрою з окремих кристалів.
Для зручності застосування в одному корпусі виробляють не один, а потрібне число розрядів (три, чотири, шість, дев’ять і т. Д.) спільно зі схемою управління, що містить дешифратор і формувач сигналів.
В останній час зросла цікавість до рідиннокристалічних індикаторів. Їх робота основана на використанні матеріалів, що характеризуються одночасним поєднанням властивостей рідини (рухливість) і кристалу (оптична анізотропія). В якості рідинних кристалів (РК) можуть застосовуватися різноманітні органічні сполуки і їх суміші.
РК-індикатори характеризуються найменшим енергоспоживанням (до 0.001 Вт/знак), високою контрастністю, низькою напругою управління (до 3 В), великим терміном служби (до 30 000 г). Ці прилади є пасивними, оскільки самі не генерують оптичне випромінювання, тому дієздатні тільки в освітленому приміщенні (в темряві вимагається спеціальне підсвітлення).
Серйозним недоліком РК-індикаторів є мала швидкодія (до 10-1 с), що обмежує область їхнього застосування.
В основі роботи газорозрядних індикаторів лежить світіння газу при протіканні струму між електродами. При подачі високої напруги (порядку 80-400 В) в газовому об’ємі починається розряд (струм розряду приблизно 1 мА). За рахунок заповнення проміжку між електродами різноманітними інертними газами досягається заданий колір індикатора (неон дає оранжеве світіння, аргон – фіолетове, гелій – жовте). Для розширення кольорової гами використовується розряд в ксеноні (УФ-випромінювання) з наступним перетворенням довжини хвилі випромінювання за допомогою фотолюмінофорів.
Газорозрядні індикатори використовуються на постійному і змінному струмах. В першому випадку електроди взаємодіють з газом, що призводить до інтенсивного катодного розпилення металу, тому обов'язково застосовують баластний резистор для обмеження струму і елемент гасіння розряду. Для роботи на змінному струмі характерна відсутність безпосереднього контакту электродів з газом і самообмеження розряду.
В залежності від способу подання інформації газорозрядні індикатори поділяються на знакові, шкальні і універсальні (плазменні панелі). В знакових індикаторах для висвічування символів напруга управління подається на необхідні катодні сегменти (аналогічно сегментним напівпровідниковим індикаторам). У шкальних – вивід інформації здійснюється шляхом зміни світлової частини шкали, що зручно для приладів з аналоговим характером сигналу.
Найбільш перспективним є універсальний індикатор, що являє собою двокоординатну матрицю, яка містить велике (порядку 105) число елементарних газорозрядних комірок. Для появи розряду на відповідні координатні шини подаються короткі прямокутні імпульси. Світловий стан комірок підтримується за рахунок прикладання опорної синусоїдальної напруги з частотою в декілька кілогерц, що надходить від генератора змінного струму.
Недолік газорозрядних індикаторів – складні високовольтні кола управління. Однак сучасна технологія біполярних і МОН-транзисторів дозволяє виробляти необхідні схеми безпосередньо на задній стороні плазменной панелі, забезпечуючи завдяки цьому плоскістність всієї конструкції.
В газорозрядних індикаторах схеми управління дозволяють змінювати яскравість відтворюваних символів, забезпечуючи передачу декількох десятків напівтонів. Для отримання кольорового зображення використовується багатопластова структура, в якій окремі елементи генерують випромінювання певної довжини хвилі.
Незважаючи на ряд переваг (висока яскравість, контрастність, гарне сприймання як на світлі, так і в темряві, багатокольоровість), застосування газорозрядних індикаторів стримується необхідністю використання високовольтного живлення і меншим у порівнянні з напівпровідниковими приладами терміном служби.