Приборы и устройства для формирования видимого изображения: Учебное пособие, страница 18

              Конструкции ЖКИ универсальны и в то же время зависят от применяемого способа управления. Можно выделить следущие три основные способа управления ЖКИ:

-  электрическое управление, при котором изменение свойств ЖК достигается за счет приложенного электрического поля;

- оптическое управление, при котором изменение свойств достигается воздействием квантов света;

- оптоэлектронное управление, осуществляемое совместным воздействием электрического поля и квантов излучения.

В свою очередь, при электрическом управлении применяется либо активно-матричное, либо пассивно - матричное управление. При оптоэлектронном управлении применяются структуры фотопроводник – ЖК или структуры МДП – ЖК. И, наконец, при оптическом управлении используют как эффекты поглощения света, так и нелинейно-оптические эффекты.

В каждом из перечисленных направлений можно выделить ряд поднаправлений, отличающихся реализацией выбранного способа управления.

В ЖКИ может использоваться прямая (пассивная), пассивно-матричная и активно-матричная адресация. Исторически первым способом управления матричным ЖКИ является прямая - поэлементная или построчная адресация, при которой элемент управляется аналоговыми сигналами, поступающими со схемы управления. При такой адресации для каждой ячейки (элемента отображения) необходим свой вывод драйвера. Для адресации можно использовать те же устройства, которые предназначены для управления двухэлектродными (например, светодиодными) индикаторами. Схема устройства для пассивной адресации приведена на рис. 3.1. Транзисторные ключи в драйверах играют роль переключателей напряжения, подаваемого на шины соответствующих столбцов и строк.

Основной недостаток пассивной адресации - большие потери мощности на сопротивлении катодных и анодных шин. Другим недостатком является отсутствие возможности запоминания информации. Кроме того, при таком способе управления невозможно обеспечить высокую яркость даже при построчной или постолбцовой развёртке и максимальном импульсном токе (напряжении) элемента.

При пассивно-матричной адресации, схема которой приведена на рис. 3.2, а,б, управление элементами отображения осуществляется с помощью аналоговых сигналов, подаваемых на затвор соответствующего транзистора (шины В). Напряжение источника питания подводится к транзистору шинами А. Ко всем шинам затворов, кроме выбранного элемента, прикладывается потенциал около 0 В для того, чтобы транзисторы невыбранных элементов находились в состоянии "выключено" с большим сопротивлением. К выбранной шине затворов прикладывается положительный импульс U₁ длительностью t₁, что приводит к включению всех транзисторов данной шины. Информация для этой строки подаётся одновременно на все шины истоков: нулевой сигнал для невыбранных,   сигнал амплитудой U₂ для выбранных элементов. В конце каждого периода строчной развёртки импульс затвора передаётся на следующую шину затворов, а информация для этой линии одновременно подаётся на истоки транзисторов. Когда цикл адресации всех шин затворов заканчивается, процесс повторяется, однако теперь полярность импульсов U₂ меняется на обратную, что обеспечивает подачу на ЖК-элементы управляющего напряжения переменного тока.

         Если U₁ >U₂, то заряд и разряд ЖКЭ носят экспоненциальный характер. Для устойчивой пассивно-матричной адресации необходимо выполнение следующих условий:

        -сопротивление открытого транзистора R₀ должно быть достаточно низким, чтобы за время импульса t_и мог произойти заряд ёмкости C элемента, т.е. CR₀<t_и,

       -сопротивление закрытого транзистора R_з должно быть достаточно высоким, чтобы заряд неадресованных ЖКЭ был пренебрежимо мал, а также чтобы не допустить за время кадровой развёртки t _р заметной утечки заряда с выбранных элементов R_зС> t_р,

       -ёмкость затвор–сток и паразитные ёмкости должны быть малы, по сравнению с ёмкостью ЖКЭ,

       -времена включения и выключения ЖКЭ должны быть значительно меньше длительности управляющего импульса.

       Если эти условия выполняются, то максимальное число сканируемых строк равно t_р/t_и и зависит от отношения сопротивлений закрытого и открытого транзистора (оно составляет 10⁵  и более).

        Для ЖКЭ, в которых используется эффект динамического рассеяния (с малым сопротивлением слоя ЖК) и для индикаторов с небольшими размерами элементов необходимо создавать дополнительную память в виде конденсатора, включаемого параллельно с элементом. Когда элемент уже не адресуется, заряд конденсатора обеспечивает его работу.      

При пассивно-матричном  управлении уменьшается влияние потерь в шинах стока, а также увеличивается время активного состояния элемента (появляется память) из-за наличия паразитной ёмкости затвора транзистора.

При активно-матричной адресации, схема подключения элемента при которой приведена на рис. 3.3, для управления используется два транзистора: один (Т1) -   для адресации, а второй (Т2) - для непосредственного управления состоянием слоя ЖК-вещества. В качестве элемента памяти используется паразитная ёмкость затвора второго транзистора.

Одним из недостатков активной адресации является неизбежный технологический разброс передаточных характеристик адресующих и ключевых транзисторов различных элементов индикатора по его площади. Такой разброс имеет место как для пассивно-матричной, так и для активно-матричной адресации. Компенсировать разброс яркости позволяет предложенная недавно для матриц светодиодов система самокалибровки, в которой драйверы столбцов содержат встроенные аналого-цифровые преобразователи, измеряющие величину тока и (или) напряжения на элементе, задающие его яркость. Контроллер на некоторое время переводит драйвер в режим калибровки, при котором осуществляется поэлементное сканирование всей матрицы с одними и теми же подаваемыми напряжениями (токами). По результатам сканирования для каждого элемента вычисляются и заносятся в память поправочные коэффициенты. При развертке изображения контроллер производит умножение данных видеобуфера на поправочные коэффициенты.