Technologia VA w wyświetlaczach LCD o wysokim kontraście

Nazwa VATN LCD powstała z połączenia kilku skrótów i w pełnym rozwinięciu oznacza "Vertical Alignment Twisted Nematic Liquid Crystal Display". Bezpośrednio odnosi się ona do sposobu ułożenia ciekłych kryształów w wyświetlaczu, które bez przyłożonego napięcia, tj. w stanie spoczynku, ustawione są prostopadle do powierzchni ekranu.

Po przyłożeniu napięcia skręcają się, powodując skręcenie płaszczyzny polaryzacji, w efekcie czego światło emitowane przez źródło podświetlające, przechodząc przez warstwę ciekłokrystaliczną, zmienia swoją polaryzację i jest w stanie przeniknąć przez wierzchni filtr polaryzacyjny wyświetlacza. Zasada działania tych wyświetlaczy została przedstawiona na rysunku 1.

Kontrast i kąty obserwacji

Rys. 1. Sposób ułożenia kryształów i zasada działania wyświetlaczy LCD w technologii VA

Takie ułożenie kryształów skutkuje znacznym poprawieniem jakości wyświetlanego obrazu, w porównaniu do klasycznych matryc TN, FSTN, czy nawet DFSTN (FFSTN). Widać to szczególnie z szerszych kątów, gdzie konkurencyjne technologie pasywnych wyświetlaczy LCD zawodzą. Różnice pomiędzy wyświetlaczami VATN i DFSTN - obu produkcji firmy Winstar, zostały zaprezentowane na rysunku 2.

Wyświetlacze VATN są bardzo czytelne nie tylko od frontu, ale też z boków oraz gdy patrzy się na nie z góry lub z dołu. Wyświetlany obraz cechuje się przy tym zawsze wysokim kontrastem, nawet 12-krotnie większym niż w przypadku technologii STN. Jednocześnie pobierają dwukrotnie mniej prądu niż porównywalne wyświetlacze STN.

W praktyce technologia VA pozwala na tworzenie wyświetlaczy, które pod względem czytelności bardziej przypominają wyświetlacze VFD niż TN, ale są przy tym znacznie mniej energochłonne oraz lżejsze. Standardowe napięcie zasilania na poziomie 5 V również ułatwia ich zastosowanie, w porównaniu do VFD.

Duży kontrast, szerokie kąty obserwacji i mały pobór mocy to również zalety wyświetlaczy wykonanych w technologii OLED. Jednakże matryce VATN wygrywają z nimi przede wszystkim pod względem ceny, a więc lepiej nadają się do aplikacji, w których budżet jest znaczącym ograniczeniem.

Do minusów omawianej technologii należą maksymalne wypełnienie 1/16, które nie pozwala na tworzenie dużych wyświetlaczy graficznych oraz nieznacznie wyższy koszt niż w przypadku wyświetlaczy STN czy DSTN. Problematyczna może okazać się także konieczność doprowadzenia napięcia o polaryzacji ujemnej względem masy całego urządzenia. W przypadku wyświetlaczy Winstara nie stanowi to jednak problemu, ponieważ mają wbudowany generator napięcia ujemnego i dostarczamy jedynie jedno napięcie zasilające 5 V.

Wyświetlacze Winstar VATN

Rys. 2. Porównanie obrazu na wyświetlaczach LCD wykonanych w technologiach VA i DFSTN

Wyświetlacze w omawianej technologii produkuje firma Winstar, a w Polsce sprzedaje je Unisystem. Aktualna oferta obejmuje 9 modeli alfanumerycznych o standardowym układzie dwóch linii 16-znakowych (serie WH1602B i WH1602B2). Wyświetlacze są naturalnie monochromatyczne, ale zastosowana technologia pozwala na swobodne manipulowanie barwą podświetlenia, w efekcie czego przygotowano już modele ze znakami czerwonymi, zielonymi, niebieskimi, żółto-zielonymi i białymi.

Winstar przygotował już także pełną listę modeli od 8×2 do 20×4 znaków, które będą dostępne od września 2014 . Większość z tych produktów jest obsługiwana poprzez interfejs równoległy, ale znaleźć też można wersje z SPI lub I²C. Właściwie każdy z modeli może mieć dowolny interfejs, kolor oraz czcionkę na zamówienie. Sposób programowania tych podzespołów nie różni się od programowania typowych wyświetlaczy STN. W ofercie Unisystemu jako standardowe dostępne będą modele z czcionkami angielskimi i cyrylicą.

Mechanicznie, omawiane wyświetlacze serii WH1602B i WH1602B2 są w zasadzie identyczne, jak wyświetlacze STN. Ich wymiary to 80×36 mm, a grubość od 13,2 lub 13,5 mm dla serii WH1602B oraz 10 mm grubości dla serii WH1602B2. Obszar widzialny ma wymiary 66×16 mm, a aktywny: 56,2×11,5 mm. Są przystosowane do pracy w temperaturach od -20 do +70°C. Czas reakcji wynosi średnio 300 ms i nie przekracza 350 ms.

Podświetlenie zasilane jest napięciem 5 V i wiąże się z poborem mocy na poziomie ok. 48-72 mA, w zależności od barwy (typowo 60 mA). Luminancja podświetlenia przed nałożeniem szkła typowo mieści się w zakresie od 1000 do 2000 cd/m², co również zależy od barwy wyświetlacza. Żywotność podświetlających LED-ów została oszacowana na 50 tys. godzin, przy typowym prądzie zasilania i temperaturze pracy 25°C.

Podsumowanie

Technologia VA świetnie sprawdza się tam, gdzie ważna jest duża czytelność wyświetlacza oraz bardzo istotne są koszty produkcji. Dzięki dużemu kontrastowi, omawiane wyświetlacze mogą być stosowane np. w maszynach do zautomatyzowanej sprzedaży, czy w sprzęcie przenośnym, gdzie kąt patrzenia na ekran zmienia się w zależności od chwili i od użytkownika. Są również polecane do zastosowań np. w urządzeniach medycznych, gdzie poprawność odczytu danych z wyświetlacza może mieć znaczenie dla zdrowia pacjentów.

Dobrym pomysłem może być też zastąpienie wcześniej stosowanych wyświetlaczy LCD STN, modelami wykonanymi w technologii VA, w ramach unowocześniania produkowanego urządzenia. Duży kontrast i intensywne kolory podświetlenia pozwalają za pomocą wyświetlaczy VATN w prosty, ale efektowny sposób zmodernizować sprzęt elektroniczny.

Marcin Karbowniczek
Unisystem
www.unisystem.pl