Wyświetlacze TFT marki P&O w ofercie firmy Micros

LCD, TFT, IPS - co należy wiedzieć

Technologia LCD jest jedną z najpowszechniej stosowanych w branży wyświetlaczy i interfejsów. Ekrany są dostępne w różnych rozdzielczościach i rozmiarach, oferują różne palety barw i kąty obserwacji, mogą mieć matową lub błyszczącą powierzchnię, mogą oferować specjalne funkcje, takie jak duża częstotliwość odświeżania czy tzw. obraz 3D.

Nazwa LCD (Liquid-Crystal Display) oznacza wyświetlacz ciekłokrystaliczny. Ciekłe kryształy to substancje, których stan skupienia wykazuje zarówno cechy cieczy, którą charakteryzuje zdolność do płynięcia oraz cechy struktury krystalicznej, która charakteryzuje się uporządkowaniem tworzących ją cząstek. Zatem cząsteczki ciekłych kryształów mają pewną swobodę ruchu i jednocześnie są uporządkowane. Kryształy te są określane mianem nematyków (kryształów nematycznych) i stąd nazwa TN (Twisted Nematic).

Zasada działania jest bardzo podobna dla wszystkich rodzajów wyświetlaczy LCD, uproszczony schemat budowy i działania został pokazany na rysunku 1. Od dołu i od góry znajdują się polaryzatory światła ustawione prostopadle względem siebie, a pomiędzy nimi znajduje się warstwa ciekłych kryształów. Wyświetlacz wymaga systemu podświetlania matrycy za pomocą diod LED. Światło podświetlenia dochodzi do panelu przez pierwszy polaryzator.

• W stanie nieaktywnym (off), ciekłe kryształy są ustawione w taki sposób, że powodują zmianę polaryzacji światła o 90°, dzięki czemu zostaje ono przepuszczone przez drugi polaryzator.
• W stanie aktywnym (on), po przyłożeniu napięcia do elektrod sterujących, kryształy ustawiają się zgodnie z liniami sił pola elektrycznego i nie powodują zamiany polaryzacji światła. W efekcie światło zatrzymuje się na drugim polaryzatorze.

W przypadku wyświetlaczy kolorowych, światło na koniec trafia na warstwy barwnych filtrów, które nadają mu konkretny kolor.

 

Rys. 1. Uproszczona zasada działania wyświetlacza ciekłokrystalicznego

Wyświetlacze LCD kolorowe i o większych przekątnych zawierają matryce aktywne LCD – AMLCD (Active Matrix LCD). Piksele sterowane są za pośrednictwem tranzystorów cienkowarstwowych TFT (Th in-Film Transistor), a dodatkowo zawierają pewnego rodzaju komórki pamięci na bazie kondensatorów, dzięki czemu podtrzymują swój stan do czasu kolejnego cyklu odświeżania. Typowym przykładem wyświetlacza należącego do grupy AMLCD jest TFT LCD. Matryce tego typu cechują się dobrymi parametrami i mogą być produkowane w dużych rozmiarach.

Na uwagę zasługuje krótki czas reakcji, co pozwala na budowę wyświetlaczy o wysokich częstotliwościach odświeżania (np. 120 Hz), dobrze prezentujących ruchome treści. Jasność matryc może być ustalana w bardzo szerokim zakresie dzięki czemu mogą pracować w miejscach oświetlonych światłem dziennym, a treść pozostanie czytelna. W odniesieniu do nowszych rozwiązań, słabym punktem jest niezbyt perfekcyjne odwzorowanie barw, słaby kontrast i wąskie kąty widzenia.

Bardzo obiecującą technologią matryc jest LCD IPS (In-Plane Switching). Podczas, gdy w matrycach typu TN ciekłe kryształy są ustawione tak, że w dużej mierze są prostopadłe do płaszczyzny ekranu, to w matrycach typu IPS ułożone są zawsze równolegle do powierzchni ekranu. Nowa technologia niesie ze sobą wiele zalet i jest obecnie najbardziej popularnym typem ekranów LCD. Matryce IPS stosowane są często jako ekrany do smartfonów oraz w monitorach komputerowych, gdzie zyskały wielu zwolenników. Coraz częściej dostępne są jako moduły do płytek uruchomieniowych i systemów embedded.

Głównymi zaletami tej technologii są szerokie kąty widzenia, szeroka paleta realistycznych barw. Słabszą stroną matryc IPS jest wolniejszy czas reakcji, w porównaniu z matrycami TN.

Kolejnym ważnym parametrem wyświetlacza jest rozdzielczość. Im wyższa rozdzielczość tym więcej detali jesteśmy w stanie umieścić na wyświetlonym obrazie. Rozdzielczość naszych wyświetlaczy wynosi od 80×160 do 720×1280 pikseli.

 

Fot. 1. Niewielki wyświetlacz typu O TFT-0.96-RGB o przekątnej 0,96"

Jasność wyświetlacza ma istotny wpływ na jego czytelność. Jasność musi być dostosowana do warunków w jakich pracuje wyświetlacz – im jaśniejsze i bardziej oświetlone otoczenie, tym jasność ekranu musi być większa, aby była czytelna. Jednostki określające jasność to cd/m² lub inaczej nity. Nasze wyświetlacze mają jasność na poziomie 280...400 cd/m².

Kontrast to współczynnik, który określa natężenie światła pomiędzy najjaśniejszym oraz najciemniejszym punktem ekranu. Dzięki wysokiemu kontrastowi oraz optymalnej jasności nasze wyświetlacze prezentują czytelny oraz wyraźny obraz. Kontrast naszych wyświetlaczy wynosi od 260:1 do 1500:1.

W zależności od technologii i konstrukcji wyświetlacze zapewniają najbardziej czytelny obraz przy określonym kierunku widzenia. Odchylenie to podaje się jako orientację godzinową – np. godzina 12:00 oznacza, że obraz obserwowany jest lekko z góry (względem obserwowania na wprost przed wyświetlaczem), godzina 6:00 oznacza obserwowanie z dołu, itd. W przypadku naszych wyświetlaczy: godzina 6.00 jest optymalnym kierunkiem obserwacji wyświetlaczy o przekątnej 7", godzina 12.00 jest optymalna dla wyświetlaczy 2,4"... 3,5", natomiast niektóre wyświetlacze – 0,96", 4,3", 5" mają nieograniczony kąt widzenia. Paleta zastosowań wyświetlacza zależy w dużym stopniu od jego zakresu temperatur pracy. Jest to kluczowy czynnik w przypadku aplikacji outdoorowych oraz przemysłowych – wyświetlacze są wtedy narażone na upały oraz na mróz. Nasze wyświetlacze przystosowane są do szerokiego zakresu temperatur od –20°C do 70°C.

 

Fot. 2. Wyświetlacz typu O TFT-2.4-MCU z interfejsem MCU

 

Fot. 3. Wyświetlacz typu O TFT-3.5-CTP z pojemnościowym panelem dotykowym

Panel dotykowy

 

Fot. 4. Wyświetlacz typu O TFT-4.3-CTP-RGB z szybkim interfejsem RGB 24-bitowym

Wiele aplikacji wymaga od wyświetlaczy nie tylko prezentowania jakieś treści, ale przede wszystkim tego, aby w efektywny sposób realizował graficzny interfejs użytkownika. Dlatego niemal wszystkie wyświetlacze z naszej oferty są oferowane także w wersjach z panelem dotykowym, rezystancyjnym lub pojemnościowym.

Panele rezystancyjne są niedrogie w produkcji i łatwe w obsłudze z poziomu aplikacji, dlatego są chętnie stosowane w ekranach o mniejszych rozmiarach przeznaczonych do prostych aplikacji. Użytkownik musi użyć niewielkiej siły, aby "dotyk" zareagował, co powoduje niewielki dyskomfort obsługi. Wśród wad należy również wymienić nieznaczne pogorszenie kontrastu i jasności świecenia wyświetlacza leżącego pod panelem rezystancyjnym, niską odporność mechaniczną samego panelu (można je łatwo uszkodzić zarysowując, nacinając, przekłuwając) oraz ograniczoną żywotność (zależnie od producenta, typowo ok. 1 mln naciśnięć rysika). Dodatkowo, na skutek rozrzutu parametrów oraz starzenia się, panel rezystancyjny wymaga kalibracji przed użyciem i czasami w trakcie eksploatacji.

 

Fot. 5. Wyświetlacz typu O TFT-7.0-CTP-RGB o przekątnej 7" z pojemnościowym panelem dotykowym

Zasada działania pojemnościowych paneli dotykowych CTP (Capacitive Touch Panel) polega na pomiarze zmian pojemności kondensatorów utworzonych przez elektrody rozmieszczone na powierzchni panelu. Ten rodzaj paneli dotykowych ma szereg zalet, do najważniejszych należy to, że do jego obsługi wystarczą delikatne dotknięcia i doskonale nadaje się do budowy interfejsów multi-touch. Ponadto, panele tego typu tylko nieznacznie pogarszają widzialność umieszczonego pod nimi wyświetlacza. Zazwyczaj mają też wbudowane kontrolery, co zwalnia konstruktora z konieczności implementacji skomplikowanych procedur obsługi. Zasadniczą wadą paneli pojemnościowych jest ich znacznie wyższa cena niż paneli rezystancyjnych. Ponadto w większości modeli obsługa jest możliwa tylko przy użyciu palca (lub przedmiotami przewodzącymi elektryczność).

Sterowanie

Każdy wyświetlacz jest wyposażony w interfejs komunikacyjny, a niektóre z naszych wyświetlaczy mają więcej niż 1 złącze – np. O TFT-3.5-CTP. Obecnie stosowane są 4 typy interfejsów:

• RGB – jest to specjalny typ łącza równoległego operującego bez bufora. Ma osobną linię dla każdego bitu wyświetlanego koloru, przy czym spotyka się magistrale o szerokości 16, 18 lub 24 bity. Pozwala na zdecydowanie wyższą częstotliwość odświeżania, jak O TFT- 0.96-RGB.
• MCU – magistrala danych o szerokości 8 (9) bitów lub 16 (18) bitów, która łączy wszystkie urządzenia peryferyjne mikroprocesora z jednostką CPU. Wyświetlacz może zostać łatwo zintegrowany z tą magistralą. Interfejsy MCU mogą działać w trybach kompatybilności z 8080 i 6800. Dzięki równoległemu przetwarzaniu danych i wynikającej z tego wyższej przepustowości możliwe jest sterowanie wyświetlaczami średniej wielkości i średnią głębią kolorów, np. O TFT-2.8-RTP.
• MIPI – interfejs różnicowy o wysokiej przepustowości. Zawiera jedną parę różnicową do transmisji sygnału zegarowego oraz od 1 do 4 par do transmisji danych, podobnie jak w wyświetlaczu O TFT-5.5-MIPI. Stosowany jest najczęściej w urządzeniach mobilnych – tabletach, telefonach komórkowych.
• SPI – interfejs szeregowy, spotykany najczęściej w niewielkich wyświetlaczach o niskiej rozdzielczości. Jest łatwy w implementacji oraz wymaga niewielkiej liczby połączeń, jednak niska przepustowość łącza ogranicza częstotliwość odświeżania obrazu. Znajduje się np. w wyświetlaczu O TFT-2.4-SPI.

Podsumowanie

Firma Micros została oficjalnym dystrybutorem firmy Shenzhen P&O Technology Co., Ltd w Polsce. W tabeli 1 zestawiono parametry wyświetlaczy TFT dostępnych w ofercie, jednak producent jest w stanie wyprodukować wyświetlacze także na specjalne zamówienie.

Micros
www.micros.com.pl