Analýza současné nabídky dostupných řadičů LCD displejů a s nimi kompatibilních sériově vyráběných displejů

ZÁPADOČESKÁ UNIVERZITA V PLZNI

FAKULTA ELEKTROTECHNICKÁ

KATEDRA APLIKOVANÉ ELEKTRONIKY A TELEKOMUNIKACÍ

BAKALÁŘSKÁ PRÁCE

Analýza současné nabídky dostupných řadičů LCD displejů a s nimi kompatibilních sériově vyráběných displejů

ANOTACE

Analýza současné nabídky dostupných řadičů LCD displejů a s nimi kompatibilních sériově vyráběných displejů

Cílem této práce je analýza současné nabídky dostupných řadičů LCD displejů a s nimi kompatibilních sériově vyráběných displejů. Čtenář by měl být schopen z výsledků této práce porozumět základním principům fungování displejů z tekutých krystalů a principy fungování řadiče pro ovládání displeje. Dále by měl být schopen zvolit vhodnou kombinaci LCD displeje a příslušného řadiče pro případné budoucí aplikace. V této bakalářské práci jsou uvedeny odkazy na internetové stránky výrobců displejů a řadičů, na kterých se uživatel může informovat o novinkách a dalších produktech z této oblasti. Také jsou zde uvedeny odkazy na dodavatele a prodejce LCD displejů a řadičů, na kterých se může informovat o dostupnosti v České republice.

KLÍČOVÁ SLOVA

Displej z tekutých krystalů, LCD, Řadič LCD, Budič LCD
ANNOTATION

Research of presently available LCD display controllers and compatible serially produced LCD displays

The aim of this project is the analysis of the present supply of available controllers of liquid crystal displays and LCD compatible displays, produced in series. With the help of this research work, a reader will understand the basic functional principles of liquid crystal displays and controllers of LCD displays. Moreover the reader will be able to choose a suitable combination of a liquid crystal display and an appropriate LCD controller for future aplications. The references to web pages of  producers of LCD and controllers are listed in this bachelor`s research work where the user can get informations about products in this area. The references to suppliers and sellers of LCD and controllers are also listed here to help the user to obtain information about availability of the products in the Czech republic.

KEY WORDS

Liquid crystal display, LCD, Controller LCD, Driver LCD

PROHLÁŠENÍ

Prohlašuji, že jsem tuto bakalářskou práci zpracoval samostatně a že všechny použité prameny jsou uvedeny v odkazech. Dále souhlasím s tím, že Katedra aplikované elektroniky a telekomunikací Fakulty elektrotechnické v Plzni může využívat výsledky této práce k nekomerčním účelům.

……

Podpis

PODĚKOVÁNÍ

Touto cestou chci poděkovat vedoucímu práce Ing. Petru Hlouškovi, Ph.D. a konzultantovi Ing. Ivanu Tuháčkovi za odbornou pomoc a vedení při psaní této práce.

OBSAH

SEZNAM OBRÁZKŮ a tabulek 8

SLOVNÍK ANGLICKÝCH VÝRAZŮ A ZKRATEK 9

Úvod 10

Kapalné krystaly 11

Historie kapalných krystalů 11

Fyzikální struktura a uspořádání kapalných krystalů 11

Kapalné krystaly s nematickým uspořádáním 12

Kapalné krystaly s cholesterickým uspořádáním 12

Kapalné krystaly se smektickým uspořádáním 13

Displeje z kapalných krystalů 15

Základní rozdělení 15

Základní poznatky o LCD 16

Princip funkce LCD 17

Barevné displeje 19

Způsoby podsvícení displeje 19

Reflexní displeje 19

Transmisivní displeje 20

Transreflexní displeje 21

Způsoby řízení displeje 21

Pasivní řídící matice 21

Aktivní řídící matice - TFT 22

Aktivní řídící matice - Super TFT 23

Moderní technologie DISPLEJŮ 23

Řadiče LCD displejů 26

Základní rozdělení řadičů 26

Vnitřní struktura řadiče 28

Vytvoření obrazu 28

Význam parametru Duty cycle ratio 28

Monochromatický obraz 29

Barevný obraz 29

Znaková sada 29

řízení, Rozhraní a komunikace řadiče a displeje 30

Rozhraní mezi CPU a řadičem 30

analýza parametrů Řadičů lcd displejů a lcd displejů a jejich dostupnosti 34

Výrobci řadičů a budičů LCD DISPLEJŮ 34

Výrobci LCD displejů 35

Distributoři v české republice 37

Závěr 44

LITERATURA 46

SEZNAM OBRÁZKŮ a tabulek

Obr. 1: Nematické uspořádání 12

Obr. 2: Cholesterické uspořádání 13

Obr. 3: Ortogonální smektika 14

Obr. 4: Smektika s nakloněnými molekulami 14

Obr. 5: LCD displej s integrovaným budičem 15

Obr. 6: LCD displej s externím budičem 15

Obr. 7: Princip funkce monochromatického displeje 18

Obr. 8: Pasivní řídící matice 22

Obr. 9: Aktivní řídící matice 23

Obr. 10: Pixel barevného displeje OLED 25

Obr. 11: LCD displej s externím řadičem 26

Obr. 12: LCD displej s integrovaným řadičem – modul LCD 26

Obr. 13: Obecné schéma paralelního zapojení 31

Obr. 14: Zapojení LCD displeje a řadiče na plný sběrnicový systém 31

Obr. 15: Sériové připojení 32

Obr. 16: Připojení pomocí I²C 33

Tabulka 1: Referenční tabulka řadičů LCD displejů 39

Tabulka 2: Referenční tabulka řadičů LCD displejů 40

Tabulka 3: Referenční tabulka řadičů LCD displejů 41

Tabulka 4: Referenční tabulka LCD displejů 42

Tabulka 5: Referenční tabulka LCD displejů 43

SLOVNÍK ANGLICKÝCH VÝRAZŮ A ZKRATEK

Backlight  Zadní zdroj světla, zdroj podsvícení

CCFL Cold Cathode Fluorescent Lamp

Character generator  Znakový generátor

Controller  Řadič LCD displeje

Controller/Driver  Integrovaný obvod obsahující řadič a budič

CPU Central Procesor Unit

Datasheet  Návod

DCR Duty Cycle Ratio

Driver Budič matice LCD displeje

DSTN Double layer Super Twisted Nematic

EL Electroluminescent

FSTN Filmcompensated Super Twisted Nematic

IIC, I²C  Internal Integrated Circuit Bus

LCD Liquid Crystal Display

LED Light Emitting Diode

Liquid crystal phase  Fáze kapalných krystalů

OLED Organic Light Emitting Diode

Pitch Rozteč vrstev kapalných krystalů

Pixel Nejmenší zobrazovaná jednotka

SCL Serial Clock

SDA Serial Data

SPI Serial Peripheral Interface

STN Super Twisted Nematic

TFT Thin Film Transistor

TN Twisted Nematic

Touch screen  Dotykový displej (obrazovka)

UART Universal Asynchronous Receiver Transmitter

Úvod

Úkolem této práce je seznámit čtenáře s obecnou problematikou dostupných řadičů LCD displejů a s nimi kompatibilních sériově vyráběných LCD displejů v takové míře, aby byl schopen v krátké době vybrat vhodnou kombinaci řadiče a displeje pro možné budoucí aplikace. Práce je především zaměřena na LCD displeje s integrovanými budiči matice displeje a dále na řadiče bez integrovaných budičů. Ve světě existuje mnoho výrobců řadičů a displejů. Vnitřní struktura jednotlivých výrobků je odlišná. Tato práce nemá za úkol do detailu popisovat vnitřní strukturu každého obvodu, nýbrž seznamuje čtenáře s obecnými principy funkce řadičů a displejů. Jednotlivé parametry řadičů a displejů jsou uvedeny v referenčních tabulkách v závěru práce.

Součástí práce je nosič CD, na kterém jsou uloženy firemní dokumentace jednotlivých řadičů LCD displejů a LCD displejů.

Kapalné krystaly

Historie kapalných krystalů

Kapalné krystaly byly objeveny v polovině 19. století. Za objevitele považujeme pány Mettenheimera, Virchowa a Valentina. Právě oni se jako první začali zabývat látkami, které mají zajímavé vlastnosti okolo teploty bodu tání látky. V roce 1877 Otto Lehmann zkoumal přechod různých látek z tekuté do pevné fáze. Zjistil, že některé látky vytvoří jakousi mezofázi, neboli fázi mezi tekutou fází a pevnou fází. Roku 1888 Rakouský botanik Friedrich Reinitzer objevil, že organická látka založená na cholesterolu roztavená na 145,5°C tvoří mezofázi a kapalná je teprve při teplotě 178,5°C. Botanik si všiml, že během tání má zvláštní směs podobu zakalené tekutiny, která se při vzrůstající teplotě pročišťuje. Poté byla tato fáze nazvána fáze tekutých krystalů (anglicky liquid crystal phase). Po roce 1888 začala éra výzkumu a vývoje tekutých krystalů. Vzniklo velké množství významných teoretických prací. V Paříži roku 1922 Georges Freidel zjistil, že molekuly tekutých krystalů se orientují ve směru elektrického pole. Navrhl jejich dělení na strukturu nematickou, smektickou a cholesterickou. Tyto názvy se používají dodnes. V roce 1963 Richard Williams objevil, že světlo procházející tenkou vrstvou tekutých krystalů je ohýbáno podle krystalické struktury. V roce 1968 vyrobili s kolegou Georgem Heilmaierem první experimentální displej z kapalných krystalů.

Fyzikální struktura a uspořádání kapalných krystalů

Kapalné krystaly jsou materiály, které pod vlivem elektrického napětí mění svoji molekulární strukturu a díky tomu určují množství procházejícího světla. Jsou to látky anizotropní, tzn. že mají různé vlastnosti v různých směrech. Jejich molekuly se nazývají mezogeny. Jsou dlouhé a úzké a mají výrazný elektrický dipólový moment. Fáze mezi pevným a kapalným stavem se nazývá kapalná krystalická fáze neboli mezofáze. Kapalná krystalická fáze má některé vlastnosti kapalné fáze i pevné fáze. Mezofáze je tekutá jako kapalina a má optické a elektromagnetické vlastnosti jako pevná látka. Uspořádání molekul kapalného krystalu způsobuje změnu polarizace světla, které jimi prochází. Molekuly jsou dipóly, tzn. že jedna část molekuly má kladný náboj a druhá část záporný náboj. V elektrickém poli má dipól snahu otočit se ve směru polarizace pole. Tohoto efektu se právě využívá u LCD displejů. Kapalné krystaly rozdělujeme do dvou základních skupin, a to s nematickým a se smektickým uspořádáním.

Kapalné krystaly s nematickým uspořádáním

Název je odvozen z řeckého výrazu pro vlákno. V této fázi nemají kapalné krystaly žádný poziční řád a molekuly mají volnost pohybu ve všech směrech. Molekuly jsou orientovány v průměru jedním směrem, který se nazývá direktor . Těžiště molekul však nevykazují uspořádání v žádném směru, jde tedy o tzv. orientační uspořádání. Nematika tečou ve všech směrech s viskozitou blízkou izotropní kapalné fázi. Tato struktura tekutých krystalů se používá v zobrazovací technice. Zvláštním typem nematické fáze je cholesterické uspořádání.

Obr. 1: Nematické uspořádání

Kapalné krystaly s cholesterickým uspořádáním

V této fázi je krystal tvořen chirálními molekulami. Pojem chirální v chemii označuje molekulu, která není totožná a zaměnitelná se svým zrcadlovým obrazem. Jedná se tedy o speciální případ fáze nematické, kdy je tekutý krystal složen z molekul s chirálním centrem, které způsobuje určité mezimolekulární síly. Ty zapříčiní vzájemnou orientaci sousedních molekul s pootočením o jistý úhel. Strukturu látky si lze představit jako množství vrstev molekul nematické fáze uložených na sobě se vzájemným mírným pootočením směru direktoru. V průřezu přes vrstvy je pak dobře patrná helikální struktura (šroubovice). Velmi důležitým parametrem je rozteč značená p (anglicky pitch) a udávaná v nm. Jedná se o rozestup vrstev, na kterém můžeme pozorovat celou jednu otáčku směru direktoru až do původní pozice. Vedlejším avšak velmi důležitým důsledkem této struktury je schopnost materiálu odrážet selektivně světelné záření o vlnové délce odpovídající rozteči a tím se jevit barevně. Vzájemná orientace direktorů jednotlivých vrstev je závislá na teplotě materiálu. Zvýšením teploty se dá vzájemný úhel zvětšit a tím zkrátit rozteč helikální struktury. Naopak ochlazením materiálu dosáhneme prodloužení rozteče. Protože odrážená barva koresponduje s délkou rozteče, dochází i ke změně zbarvení. Vlnová délka odráženého světla může být ovlivněna i chemicky, například rozptýlením chirálních molekul mezi nechirální nematický vzorek, kde koncentrace rozptýlených molekul pak určuje délku rozteče. Takto uspořádané kapalné krystaly se používají jako barevné indikátory teploty, pro kontrolu plošných a integrovaných obvodů a v lékařství.

Obr. 2: Cholesterické uspořádání

Kapalné krystaly se smektickým uspořádáním

Slovo 'smectic' je odvozeno od řeckého výrazu pro mýdlo. Tento na pohled podivný původ má logické vysvětlení. Kluzká látka, která se často vyskytuje na spodku mýdla, je vlastně druh smektických tekutých krystalů. Molekuly krystalu jsou v této fázi uspořádány do vrstev. Molekuly zachovávají směr direktoru. Vrstvy se po sobě snadno pohybují a dochází k tečení v rovině. Viskozita je o něco větší než u nematické fáze. Jednu skupinu smektik tvoří fáze s molekulami rovnoběžnými s normálou vrstev (ortogonální smektika, viz obr. 3), druhou skupinu tvoří fáze, u nichž molekuly svírají s normálou vrstev nenulový úhel (smektika s nakloněnými molekulami, viz obr. 4). Tento úhel se může měnit s teplotou a dosahuje hodnot až 40°.

Smektika dále rozdělujeme podle uspořádání ve vrstvách. Může se tedy vyskytovat stav, kdy těžiště molekul nejsou ve vrstvách uspořádána nebo je ve vrstvách hexagonální či čtvercové uspořádání. Je-li smektická látka s nakloněnými molekulami chirální, vzniká podobně jako u cholesterik spirálová struktura. Roviny jsou pak vzájemně natočeny.

Obr. 3: Ortogonální smektika

Obr. 4: Smektika s nakloněnými molekulami

Displeje z kapalných krystalů

Displej z kapalných krystalů je v podstatě matice malých bodů, které buď propouští nebo nepropouští světlo emitované zadním zdrojem světla nebo světlo okolní. Zobrazení potřebného obrazce na LCD displeji se provede vybuzením příslušných bodů na dané zobrazovací adrese. Fyzické vybuzení daného bodu zajišťuje budič (anglicky driver) na základě povelu z řadiče (anglicky controller) (viz kapitola 4). Budič může být v LCD displeji již integrován. Jestliže LCD displej není budičem vybaven, je nutné budič k takovému displeji externě připojit. Hlavní nevýhodou je především vysoký počet výstupních vodičů budiče, což se při časté manipulaci s displeji jeví jako velice nepraktické. Tato práce je zaměřena na LCD displeje s integrovaným budičem.

Obr. 5: LCD displej s integrovaným budičem

Obr. 6: LCD displej s externím budičem

Základní rozdělení

Způsobů, podle kterých je možné rozdělit LCD displeje je nespočet, zde budou vybrány jen nejdůležitější parametry společné pro všechny displeje, které jsou volně dostupné na trhu. Jestliže bude mít některý z porovnávaných displejů velmi specifické parametry či funkce, budou pak následně zmíněny v referenčních tabulkách.

Podle zobrazovací jednotky

Znakové (nejmenší zobrazovanou jednotkou je jeden znak)

Grafické (nejmenší zobrazovanou jednotkou je jeden bod)

Podle řídící matice

Aktivní řídící matice

Pasivní řídící matice

Podle podsvětlení displeje

Nepodsvícené

Podsvícené

Ø   Pomocí diod (LED)

Ø   Pomocí fólie (EL)

Ø   Pomocí fluorescenční lampy se studenou katodou (CCFL)

Podle použité struktury tekutých krystalů

TN Twisted Nematic

STN Super Twisted Nematic

DSTN Double Super Twisted Nematic

FSTN Filmcompensated Super Twisted Nematic

Podle použitého zdroje světla

Reflexní

Transmisivní

Transreflexní

Podle druhu řadiče

s integrovaným řadičem

s externím řadičem

Základní poznatky o LCD

LCD displeje jsou založené na využití změn optických vlastností kapalných krystalů v závislosti na změnách elektrického pole, které na ně působí. Pro konstrukci LCD displejů se používají nematické kapalné krystaly. V tomto uspořádání mají všechny molekuly tendenci natáčet své osy podle polární orientace. V LCD displejích se bez přiloženého pole nematický kapalný krystal uspořádává tak, aby propouštěl dopadající sluneční záření či světlo z podsvícení. Po přiložení vnějšího napětí se mezi elektrodami optická osa změní tak, že krystal polarizované světlo nepropouští. Zobrazený znak (bod) se tedy jeví jako tmavý oproti okolím bodům, které světlo propouští.

Kapalný krystal, který otáčí optickou osu světla o 90°, se nazývá Twisted Nematic. Existují i kapalné krystaly, které natočí světlo i o úhel větší než je 90°. Nazýváme je Super Twisted Nematic. Displeje s použitím těchto krystalů mají kontrastní poměr 3x až 4x vyšší. Čitelnost tohoto displeje je pak podstatně lepší. S rostoucím úhlem natočení světelné roviny však dochází ke zkreslení barevného podání. To platí u barevných displejů. Tento nepříznivý jev lze eliminovat použitím dvou vrstev s tekutými krystaly, které jsou odděleny tenkým sklem. Elektricky ovládané jsou pak krystaly pouze v horní vrstvě, spodní vrstva polarizuje světlo. Tato struktura se nazývá Double Super Twisted Nematic. Důležitou roli pro funkci displejů z kapalných krystalů hraje okolní osvětlení nebo podsvícení displejů.

Princip funkce LCD

Když ke kapalnému krystalu přiblížíme jemně drážkovanou destičku, jednotlivé krystaly se stočí rovnoběžně podle drážek. Jestliže uzavřeme krystal mezi dvě drážkované destičky, struktura tekutých krystalů vyplní vzniklou tenkou mezeru. Zajímavý případ nastává, jestliže obě dvě drážkované destičky nejsou drážkovány rovnoběžně, ale jsou vzájemně pootočeny o 90°. Také potom mají jednotlivé molekuly schopnost přizpůsobit svou orientaci na obou stranách. Proto dochází k postupnému natáčení jednotlivých vrstev tak, aby obě krajní odpovídaly svým směrem orientaci obou krycích destiček. Takto vzniklá struktura se nazývá Twisted Nematic. Jestliže takto natočenou strukturou necháme projít světlo, krystaly světlo otočí stejně jako jsou natočeny ony samy.

Aby byl obraz na displeji čitelný, je nutné podsvícení nebo okolní osvětlení. Dále bude v tomto odstavci uvažován displej s podsvícením, tedy displej se zadním světelným zdrojem. Za světelným zdrojem následuje polarizátor, který propouští část světla na vstupu, tzn. jen světlo polarizované v horizontální či vertikální rovině. Barvy nejsou polarizací ovlivněny, citelně je však snížen jas. Za polarizátorem jsou umístěny dvě drážkované destičky, mohou být též označeny jako orientační filtry. Mezi nimi se nachází vrstva tekutého krystalu. Molekuly tekutého krystalu jsou v klidovém stavu vzájemně pootočeny. Mezní stavy jejich natočení udává právě orientační filtr. V klidovém stavu, tedy ve stavu, kdy k řídícím elektrodám není přiloženo vnější střídavé napětí, je světlo ze zadního světelného zdroje propuštěno. Po průchodu světla polarizátorem získáme světlo polarizované ve vertikální rovině. To dále prochází tekutým krystalem. Protože jsou ovšem ve vrstvě tekutého krystalu jednotlivé molekuly pootočeny, je průchodem světla změněna i jeho polarizace z vertikální na horizontální. Světlo s horizontální polarizací je propuštěno polarizátorem. Připojíme-li na řídící elektrody kapalného krystalu zdroj střídavého napětí, změní se jeho vnitřní struktura. Molekuly krystalu již nejsou vzájemně pootočeny, ale napřímeny. Světlo procházející vrstvou tekutého krystalu tedy nemůže změnit svou polarizaci z vertikální na horizontální a je tak zablokováno na polarizátoru, který propouští pouze světlo s polarizací horizontální. Displej tedy zůstává tmavý. Světlo ze zadního světelného zdroje neprojde.

Displej tedy zobrazí na své ploše pouze jednu barvu. Jednotlivé obrazové body buď propouští nebo nepropouští okolní osvětlení či světlo emitované zadním světelným zdrojem. Takové displeje se nazývají jednobarevné neboli monochromatické. Pokročilejší monochromatické displeje dokáží navíc zobrazit i odstíny jedné barvy.

Obr. 7: Princip funkce monochromatického displeje

Barevné displeje

V dnešní době se již ve většině případů setkáváme s displeji barevnými. U barevných LCD displejů rozeznáváme dva způsoby realizace vytvoření barevného obrazu. Prvním způsobem je přidání dichronických látek. To jsou látky, jejichž barva je citlivá na orientaci dopadajícího světla vůči molekulám krystalu. Druhý způsob je pomocí barevných filtrů. Každý bod displeje obsahuje červený, zelený a modrý filtr. Tyto filtry jsou umístěny na horní skleněné destičce (představme si na obr. 7 barevný filtr umístěný pod horizontálním polarizačním filtrem). Propouštěním světla do barevných filtrů získáme výslednou barvu. Tento způsob je používanější a levnější. Barevný displej musí být vždy podsvícen. Důležitým parametrem je počet barev, které displej dokáže zobrazit. Počet barev se odvíjí od počtu bitů, pomocí kterých je nastavení barvy pro každý pixel displeje vyjádřeno. Počtu bitů se říká barevná hloubka nebo také bitová hloubka. Nejjednodušší barevné displeje zvládnou zobrazit 256 barev, což odpovídá barevné hloubce osmi bitů (2⁸=256). Další stupeň je pak displej s 4 096 barvami, což je barevná hloubka dvanácti bitů (2¹²=4096). Následuje hloubka šestnáct bitů, jež dovoluje zobrazit 65 536 barev (2¹⁶=65536). Současným vrcholem je bitová hloubka 24 bitů, což odpovídá více než šestnácti milionům barev.

Způsoby podsvícení displeje

Pro činnost displeje z kapalných krystalů je nutné podsvětlení displeje. To může být realizováno několika způsoby, tedy zadním světelným zdrojem, okolním osvětlením nebo kombinací obou předchozích způsobů. Principy, výhody či nevýhody jednotlivých způsobů budou popsány v následujících odstavcích.

Reflexní displeje

Tento displej potřebuje okolní osvětlení jako světelný zdroj, protože nemá žádné podsvícení. Za zadním polarizátorem je umístěna reflexní vrstva. Tato vrstva odráží světlo, které dopadá na přední stranu displeje. Tyto displeje mají výhodu na velmi silném světle, zejména na slunci nebo ve zvláště osvětlených místnostech. V běžných světelných podmínkách však nejsou tak jasné jako podsvícené displeje. Jejich velká výhoda spočívá zejména v úspoře energie napájecího zdroje, protože využívají energii světla zvenčí.

Transmisivní displeje

Tento displej má průhledný zadní polarizátor a neodráží okolní světlo. Aby byl viditelný, musí být podsvícen. Používá tedy ke své činnosti doplňkový zdroj světla (anglicky backlight). Transmisivní neboli propustné displeje pracují velmi dobře na běžném a slabém osvětlení, zde jsou dobře zřetelné a jasné. Horší čitelnost nastane při silném osvětlení, např. venku na silném slunečním záření. Nevýhodou je odebírání značné energie z napájecího zdroje.

a)            Podsvícení pomocí LED

Pro podsvícení se používají LED diody. Světlo z diody se rozptyluje na celou plochu displeje pomocí speciální rozptylovací vrstvy. Tloušťka této vrstvy bývá okolo několika milimetrů a přičítá se k celkové výšce displeje. LED diody generují velké množství barev, např. zelenou, oranžovou, červenou, jantarovou a žlutozelenou. Tento způsob podsvícení je vhodný pro monochromatické displeje. Napájecí napětí musí být stejnosměrné o velikosti 4 – 17 V. Jas displeje se pohybuje v rozmezí 15 – 80 cd/m². Displej s takovýmto podsvícením dosahuje životnosti 50 000 – 100 000 hodin.

b)            Podsvícení pomocí fólie EL

Pro podsvícení se používá elektroluminiscenční fólie, která musí být napájena střídavým napětím o frekvencích od desítek Hz až do 1 kHz. Při tomto druhu podsvícení odpadá nutnost použití rozptylovací vrstvy, což vede ke snížení výšky displeje. Vznikají modrozelené, žlutozelené a bílé barvy. Tento způsob podsvícení je vhodný pro monochromatické displeje. Musíme však dávat pozor na příliš nízké frekvence napájecího napětí, které by mohly mít za následek blikání obrazu na displeji. Velikost napájecího střídavého napětí je obvykle od 60 V do 150 V (efektivní hodnoty). Jas displeje se pohybuje v rozmezí 50 – 200 cd/m². Hlavní nevýhodou tohoto způsobu podsvícení je podstatně nižší životnost oproti podsvícení pomocí LED diod. Tento druh podsvícení dosahuje životnosti okolo 2000 – 8000 hodin (do poklesu jasu podsvícení o definovanou úroveň – obvykle 50 procent).

c)            Podsvícení pomocí fluorescenční lampy se studenou katodou CCFL

Pro podsvícení se používá fluorescenční lampa se studenou katodou. Tento způsob podsvícení je vhodný především pro barevné maticové displeje. Barva displeje je jasně bílá, což zajistí nezkreslení barev na displeji. Nevýhodou tohoto podsvícení je potřeba střídavého napájecího napětí, jehož velikost se pohybuje v rozsahu kolem 600 – 1000 V o frekvencích 20 kHz – 45 kHz. Jas displeje se pohybuje v rozmezí 200 – 600 cd/m². Životnost displeje se pohybuje v rozmezí 12 000 – 30 000 hodin.

Transreflexní displeje

Tento displej je kombinací obou předchozích typů. Má částečně reflexní zadní polarizátor. Podsvícení se používá jen tehdy, když není dostatečné okolní osvětlení. Tyto displeje se příliš nepoužívají kvůli vysokým nákladům při výrobě.

Způsoby řízení displeje

Je zřejmé, že postavení molekul tekutého krystalu ovládá průchod světla. Jestliže bychom k displeji pouze připojovali a odpojovali střídavé napájecí napětí, získali bychom dva základní stavy, displej propouštějící a nepropouštějící světlo. Nutností je ovšem řízení množství propouštěného světla, resp. změna jasu. Toho docílíme změnou velikosti napětí připojeného k elektrodám displeje. Řízení jasu jednotlivých bodů displeje probíhá pomocí pasivní řídící matice nebo aktivní řídící matice (TFT). Ať již uvažujeme pasivní či aktivní řídící matici, vždy je displej založen na nematické struktuře kapalných krystalů.

Pasivní řídící matice

Při maticovém řízení pomocí pasivní matice mají elektrody v LCD displeji tvar řádkových a sloupcových elektrod. Aktivní je ten zobrazovací prvek, který leží v průsečíku těch elektrod, na něž je přiloženo řídící napětí. U tohoto typu řízení displeje je možno najednou ovládat nejen jeden bod, ale celý řádek či sloupec. Problémy s pasivní řídící maticí nastanou, jestliže ji chceme použít k rozlišení většího počtu úrovní, například šedi. Řídící napětí se musí měnit ve velkém rozsahu a velké změny v jednom bodě způsobí rušení okolních bodů. Při zobrazování obrazu na LCD displeji je zapotřebí obraz obnovovat, přičemž setrvačnost zobrazovaných bodů je 180-350ms. Tyto displeje mají oproti technologii TFT nižší jas a jejich odezva je pomalejší. To se projevuje především při rychlých změnách obrazu, kdy krystaly nestačí dostatečně rychle reagovat na změny napětí. Výroba těchto displejů je však oproti TFT podstatně jednodušší a tedy i levnější.

Obr. 8: Pasivní řídící matice

Aktivní řídící matice - TFT

Aktivní matice je založená na technologii TFT (Thin Film Transistor). Jedná se o tenký film, na kterém jsou vhodnou technologií vytvořeny miniaturní tranzistory. Tato technologie doplnila každou obrazovou buňku (anglicky pixel) o aktivní prvek. Řízení jasu jednotlivých bodů tedy zajišťuje tranzistor. Hlavní funkcí tranzistoru v displeji je elektronicky od sebe oddělit jednotlivé pixely, čímž se odstraní nepřesnost adresace. Tranzistor navíc dokáže aktivovat či deaktivovat zobrazovaný bod rychleji. Řídící napětí je zapotřebí podstatně nižší. Displej může nabídnout mnohem větší rozlišení a vyšší obnovovací frekvenci. Setrvačnost bodu displeje s aktivní řídící maticí je okolo 30ms. V TFT displejích je tedy možné použít tekuté krystaly s podstatně kratší odezvou a problémy s rychlými změnami obrazu jsou vyřešeny. Díky aktivní kontrole každého bodu lze také dosáhnout vyššího jasu. Aktivní displej má ostřejší a čistší obraz.

Výroba takovýchto LCD displejů je komplikovanější. Tranzistory musí být vyrobeny z jednoho kusu křemíku, což při velikém množství tranzistorů není možné bez určitého procenta chybovosti. Z tohoto důvodu bývá každá buňka osazována až pěti tranzistory, z nichž se vždy vybírá ten nejlepší. Problém TFT panelů je relativně malý úhel pohledu. Do určité míry lze tento problém řešit nanášením zvláštních povlaků, které lépe rozptylují světlo. Pro dosažení opravdu širokých úhlů pohledu je třeba použít jiný způsob řízení, např. technologii Super TFT.

Obr. 9: Aktivní řídící matice

aktivní řídící matice - Super TFT

Její základ je stejný jako u technologie TFT, každému pixelu je tedy přiřazen jeden tranzistor, který ovládá jas. Jádrem však již není klasická TN struktura, ale speciální uspořádání jednotlivých molekul kapalných krystalů. Jejich natáčení se pak provádí přivedením proudu z jiných stran krystalu, což má za následek méně intenzivní směrování světelného toku. Výsledkem je to, že paprsky mohou z displeje vybíhat v úhlu až 80 stupňů na každou stranu.

Moderní technologie DISPLEJŮ

Ačkoliv je tato práce zaměřena na displeje z kapalných krystalů, jsou zde uvedeny nové perspektivní technologie, které možná v budoucnosti převezmou funkci displejů z kapalných krystalů.

V poslední době se stále více prosazují nové technologie, které dělají z pasivních displejů z kapalných krystalů vážné konkurenty displejům aktivním. Hlavním důvodem je především vyšší cena aktivního displeje. Jedná se o technologie s označením DSTN a FSTN.

Dále mezi perspektivní technologie patří displeje založené na technologii OLED a plazmové displeje.

a)            Technologie DSTN – Double Layer Super Twisted Nematic

Využívá dvou vrstev s tekutými krystaly, které jsou odděleny tenkým sklem. Elektricky ovládané jsou pak krystaly pouze v horní vrstvě, spodní vrstva polarizuje světlo.

b)            Technologie FSTN – Filmcompensated Super Twisted Nematic

Využívá zpožďování světla před vstupem do vrstvy kapalných krystalů pomocí speciální zpomalující tenké vrstvy.

c)            Plazmové displeje

Plazmové displeje pracují na principu elektrického výboje v plynu o nízkém tlaku. Plazma je vysoce ionizovaný plyn. Mezi největší přednosti plazmových panelů jednoznačně patří vysoce kvalitní kontrastní obraz. Další předností plazmových displejů oproti LCD displejům je jejich veliký pozorovací úhel. Mezi největší nevýhody plazmových displejů patří jejich zvýšená citlivost na manipulaci a především jejich cena. Pořizovací cena je výrazně vyšší než u LCD displejů a navíc se prodraží i jejich provoz, protože mají stále ještě vyšší spotřebu energie. Plazmové displeje jednoznačně triumfují v segmentu obrazovek s extrémně velkými úhlopříčkami, proto se s nimi v průmyslovém využití nesetkáváme.

d)            Technologie OLED – Organic Light Emitting Diode

Matici displeje tvoří mřížka miniaturních LED diod. Nejedná se ale o běžné LED. Tyto diody musí být vyrobeny speciální technologií a vyznačují se tím, že u nich nesvítí pevná náplň, ale plynná látka. Obrovskou výhodou displejů OLED je nízká spotřeba energie, protože nepotřebují podsvětlení, diody dostatečně září samy o sobě. Vítanou vlastností jsou také kvalitní a jasné barvy a také vysoká rychlost zobrazení. Displeje OLED jsou v porovnání s běžnými typy LCD také velmi tenké a jsou ohebné. Jejich výroba by se měla postupně časem zlevňovat.

Obr. 10: Pixel barevného displeje OLED

Řadiče LCD displejů

Řadič je speciální integrovaný obvod, který řídí činnost budičů displeje. LCD displeje mohou být řízeny řadiči s různým stupněm inteligence. LCD displej může být již při výrobě osazen obvodem typu řadič/budič (anglicky controller/driver). Tento obvod v sobě zahrnuje funkci řadiče a budiče. Taková sestava bude dále v textu označována jako modul LCD. Vyrábějí se i LCD displeje bez integrovaného řadiče a řízení takového displeje zajišťuje řadič externí (anglicky controller). Je možné setkat se s případy, kdy je nutné k matici displeje připojit externí budič a externí řadič. Hlavní nevýhodou tohoto zapojení je opět vysoký počet výstupních vodičů z budiče matice. Tato práce je zaměřena na řadiče externí.

Obr. 11: LCD displej s externím řadičem

Obr. 12 LCD displej s integrovaným řadičem – modul LCD

Základní rozdělení řadičů

Způsobů, podle kterých je možné rozdělit řadiče LCD displejů, je nespočet, zde budou vybrány jen nejdůležitější parametry společné pro většinu řadičů. Jestliže bude mít některý z porovnávaných řadičů velmi specifické parametry či funkce, budou následně zmíněny v referenčních tabulkách.

Video paměť

Integrována na čipu

Externí paměť

Maximální DUTY CYCLE RATIO

Rozhraní směrem k CPU

Paralelní připojení

Sériové připojení

Plný sběrnicový systém

Sběrnice I²C

Rozhraní směrem k LCD

Paralelní

Sériové

Barevná škála

Monochromatické

Barevné (n bitová barevná hloubka)

Speciální vlastnosti

Scrolling

Paging

Single & Dual panel

Mnoho dalších

Možnost uživatelských fontů

Fonty programovatelné uživatel

Fonty vytvořeny výrobcem bez možnosti změny

Pouzdro

Pracovní podmínky

Teplota

Napájecí napětí

Vnitřní struktura řadiče

V této pasáži budou uvedeny základní funkční bloky a obvody, které řadič potřebuje ke své činnosti. Každý řadič, ať již integrovaný či externí, obsahuje řídící registry, pomocí kterých se definují parametry cílového displeje, tj. formát, počet barev nebo stupňů šedi, časování zobrazení, inverze obrazu a jiné potřebné parametry. Dále pak instrukční registr a dekodér instrukcí. Instrukční registr slouží pro dočasné uložení instrukce (příkazu) z centrální procesorové jednotky a dekodér instrukcí k jejímu dekódování pro následné zpracování. Řadič obsahuje i datový registr, který slouží pro dočasné uložení příchozích dat. Dále může řadič obsahovat již integrovanou paměť pro data, která mají být zobrazena, nebo lze k řadiči připojit paměť externí. Řadič je vybaven rozhraním pro komunikaci s řídícím procesorem a rozhraním pro ovládání LCD displeje. Musí tedy obsahovat obvody, které zpracovávají signály z procesorové jednotky, a dále pak obvody pro upravení signálů, které vstupují do LCD displeje. Nezbytnou součástí každého řadiče jsou časovací obvody pro generování řídících impulzů. Ty zajišťují správné řízení všech vnitřních obvodů.

Vytvoření obrazu

Pro vytvoření obrazu je zapotřebí zvážit barevnou hloubku LCD displeje. Pro monochromatický a barevný displej je rozdíl ve struktuře dat uložených ve video paměti. Pro korektní zobrazení dat na LCD displeji je nutné konfigurovat připojený řadič hodnotou parametru DUTY CYCLE RATIO shodným s hodnotou parametru pro použitý displej. Některé řadiče mají na čipu integrovánu paměť se znakovou sadou, některé řadiče tuto paměť nemají a umožňují její externí připojení.

význam parametru Duty cycle ratio

Obecná definice výrazu DUTY CYCLE RATIO říká, že tento parametr charakterizuje podíl času po který je objekt aktivní.

Aplikujeme-li tuto definici na LCD displej, pak tento parametr udává jaký zlomek času je obsluhována jedna mikrořádka displeje. Tedy k displeji o rozlišení 320x240 bodů je nutno konfigurovat řadič s duty cycle ratio 1/240. To platí pouze za předpokladu, že LCD displej je v provedení Single screen (někdy rovněž označováno jako Single scan), tedy LCD displej je složen z jedné matice bodů.

Displej o rozlišení 320x240 bodů může být realizován jako Dual screen, což znamená, že je LCD displej složen ze dvou matic bodů. K takovému LCD displeji je pak zapotřebí konfigurovat řadič v režimu dual screen s hodnotou parametru duty cycle ratio 1/120.

Monochromatický obraz

Pokud použijeme displej monochromatický, pak každý jeden bit ve video paměti odpovídá jednomu bodu na displeji. Data je třeba do paměti uložit tak, aby se na displeji zobrazil požadovaný obraz (tedy formou monochromatické bitmapy). Data uložená ve video paměti se na displej zobrazují od adresy, která je definovaná konfigurací řadiče. Je tedy často možné vytvořit tzv. „okna“, neboli úseky video paměti, které jsou vymezeny jistou dolní a horní adresou paměti. Data uložená na počáteční adrese jsou zobrazována v levém horním rohu displeje a následně jsou zobrazena data obsažená v tomto vymezeném adresovém intervalu. V některých případech lze využít více takových oken, mezi nimiž se lze rychle přepínat změnou obsahu konfiguračních registrů řadiče, což přináší možnost rychlé změny obrazu bez zdržení s aktualizací video paměti.

Barevný obraz

Pokud použijeme displej barevný, platí tatáž analogie se zobrazováním uložených dat ve video paměti, pouze s tím rozdílem, že uložená data již nemají podobu monochromatické bitmapy. Použijeme-li displej s šestnácti stupni šedi nebo šestnácti barvami, pak každé čtyři bity uložené ve video paměti odpovídají jednomu bodu na displeji a binární hodnota těchto čtyř bitů odpovídá zobrazované barvě. Pro další barevné hloubky platí stejný princip, lišící se pouze v počtu bitů.

Znaková sada

Znaková sada neboli font je uložena ve znakovém generátoru (anglicky character generator). Obecně má řadič uloženy fonty v paměti, která může být integrována na čipu, popřípadě může mít část fontů programovatelnou uživatelem. Existují i řadiče, které tuto paměť mají externí a uživatel pak sám může naprogramovat vlastní sadu fontů. Uživatelem definované znaky mohou sloužit např. pro zobrazení diakritiky či semigrafiky (tedy grafického obrazu sestaveného z jednotlivých znaků).

řízení, Rozhraní a komunikace řadiče a displeje

Pro správnou činnost řadiče je zapotřebí řadič patřičně ovládat, k tomu obvykle slouží tři řídící signály. Jedním z řídících signálů je signál výběrový, neboli CHIP SELECT, který umožňuje aktivaci obvodu v přesně definovaném časovém okamžiku. Dalšími signály jsou signály pro rozlišení, zda do řadiče zapisujeme řídící instrukci či data, a signál pro přepínání činností čtení/zápis.

Z hlediska rozhraní a komunikace nás zajímá směr CPUřadič a směr řadič LCD displej. Rozhraní směrem od řadiče k LCD displeji je zajištěno pomocí n vodičů, typicky 1, 2, 4 až n vodičů. Záleží na typu displeje, zda je znakový, grafický, jaké má rozlišení, počet řádků a sloupců. Tato rozhraní nebudou podrobněji popisována, protože jsou charakteristická pro každý displej a řadič, budou však uvedena v referenčních tabulkách.

Pro komunikaci mezi CPU a řadičem se používá paralelní a sériové připojení, připojení na plný sběrnicový systém a také připojení s využitím sběrnice I²C. Principy, výhody či nevýhody těchto připojení jsou podrobně popsány v následujících odstavcích.

Rozhraní mezi CPU a řadičem

a)            Přímé připojení LCD na vstupně/výstupní porty CPU (paralelní)

Tento způsob patří mezi nejjednodušší. Předpokládáme použití modulu LCD. Jeho hlavní výhody spočívají především ve snadném propojení LCD modulu s příslušnými porty CPU. Veškerá komunikace procesoru s modulem LCD bude realizována na rozhraní, které má řadič integrováno na čipu. Přes toto rozhraní se při každém zápisu musí v přesně dané sekvenci nejprve zapsat dolní adresa buňky na displeji, horní adresa buňky na displeji a nakonec zobrazovaná data. Mezi každým z těchto zápisů je zpravidla nutné navíc načíst z modulu stav integrovaných obvodů a tím verifikovat, že modul provedl požadovanou operaci a zda je schopen přijmout další příkaz (data). V takovémto případě dochází sice ke značnému zjednodušení elektrického zapojení desky plošného spoje, výrazně však roste čas potřebný k zobrazení obrázku na displeji. Moduly LCD je vhodné použít zejména k zobrazení statického obrazu.

Jestliže jsou v programu pro řízení modulu LCD obsaženy instrukce pro zápis i čtení, musí být vývody modulu displeje připojeny na obousměrný port CPU. Pro řídící signály stačí pouze výstupní port (jednosměrný).

Při tomto typu komunikace se velmi často můžeme setkat s LCD moduly, jejichž rozhraní je optimalizováno pro daný typ procesoru, tudíž odpadnou případné problémy při elektrickém zapojování obou zařízení. Rozdíly jsou pak ve významu a existenci některých řídících signálů.

Obr. 13: Obecné schéma paralelního zapojení

b)            Připojení na plný sběrnicový systém

Tento model zapojení je výhodný pouze v systémech, kde je instalovaná plná sběrnice, tedy datová, adresová, řídící. Řadič displeje, případně ostatní obvody pro řízení zobrazování na displeji, jsou adresovány jako periferní obvod. Pro jejich ovládání není zapotřebí žádný další I/O port CPU. Výběrový signál je dekódován z adresové sběrnice pomocí kombinačního obvodu. Při návrhu zapojení je nutné věnovat velkou pozornost časování signálů.

Vstupem do displeje je přímo videosignál upravený pro buzení zobrazovačů. Vlastní řadič displeje se pak připojí na plný sběrnicový systém, tedy na datovou, adresovou a řídící sběrnici. Dojde ke zrychlení zobrazení, protože externí řadič displeje je připojen přímo na vnější sběrnice procesoru, jako by to byla externí paměť RAM. Do obrazové paměti se tedy přistupuje maximální možnou rychlostí sběrnic procesoru.

Na obrázku 14 je uvedeno základní schéma připojení LCD displeje a řadiče na plný sběrnicový systém. Je uvažován řadič s integrovanou video pamětí. Toto schéma je jen ilustrační a slouží pouze pro představu zapojení jednotlivých obvodů.

Obr. 14: Zapojení LCD displeje a řadiče na plný sběrnicový systém

c)            Sériové připojení

Při tomto typu komunikace se pro spojení CPU a obvodů pro řízení zobrazení použije sériové rozhraní. Pod pojmem sériové rozhraní si představme obyčejný registr, který slouží k převodu sériových dat z CPU na paralelní, která se pak dále zpracovávají v řadiči.

Pro vysílání sériových dat jsou ideální mikroprocesory obsahující UART (Universal asynchronous receiver – transmitter) nebo SPI (Serial peripheral interface) jako interní periferii. Sériové rozhraní je pak hardwarově řízeno přímo pomocí CPU a obslužný software je tedy velmi jednoduchý. Mikroprocesory, které nemají vestavěn UART nebo SPI musí sériovou komunikaci vytvářet softwarově. Sériové připojení lze realizovat pomocí 2 nebo 3 vodičů. Hlavní výhodou tohoto připojení je úspora vodičů, neboli I/O portů CPU.

Obr. 15: Sériové připojení

d)            Připojení pomocí sběrnice I²C (Internal Integrated Circuit Bus)

I²C je datová sběrnice sloužící zpravidla pro komunikaci a přenos dat mezi jednotlivými integrovanými obvody většinou v rámci jednoho zařízení. Hlavní výhodou této sběrnice je obousměrný přenos pouze po dvou vodičích. Přenos dat se realizuje pomocí logických signálů SDA - serial data a SCL - serial clock. Využití jen 2 vodičů výrazně optimalizuje nároky na počet vstupně-výstupních pinů a celkově zjednodušuje výsledné zapojení. Na jednu sběrnici může být připojeno více integrovaných obvodů. V základní verzi jsou obvody adresovány 7bitově a v rozšířené verzi 10bitově. To umožňuje připojení 128 respektive 1024 čipů s různou adresou na jednu společnou sběrnici. Někdy se však můžeme setkat s čipy, u kterých nelze adresu nastavit, a je tedy dána napevno. Na sběrnici nesmíme použít více než jeden takovýto obvod. Při použití 2 a více obvodů se stejnou adresou by docházelo ke kolizím a celý systém by byl nefunkční. Přenosová rychlost sběrnice je pro většinu aplikací dostatečná i v základní verzi, kde je frekvence hodin 100kHz. Ve vylepšených verzích to může být 400kHz nebo 3,4MHz, ale ne všechny integrované obvody tuto verzi podporují. Rychlost přenosu pak musí být přizpůsobena nejpomalejšímu čipu na sběrnici. Jeden z integrovaných obvodů je nastaven jako MASTER a všechny ostatní obvody jsou SLAVE. Master při jakémkoli přenosu generuje hodinový signál na vodiči SCL. Když jeden čip vysílá, přijímají všechny ostatní a pouze podle adresy určují, zda jsou data určena jim. Čip, který chce vyslat nebo přijmout data, musí nejprve definovat adresu čipu, s kterým chce komunikovat. Zda půjde o příjem nebo vysílání, určuje R/W (read/write) bit, který je součástí adresy.

Obr. 16: Připojení pomocí I²C

analýza parametrů Řadičů lcd displejů a lcd displejů a jejich dostupnosti

V této kapitole jsou uvedeny ve formě referenčních tabulek parametry řadičů LCD displejů a parametry LCD displejů. Vždy jsou uvedeny jen nejdůležitější parametry a především dostupnost na trhu. Některé řadiče či displeje se již nevyrábějí, mohou však ještě být distribuovány na trhu. Dále zde budou uvedeny odkazy na webové stránky jednotlivých výrobců, kde lze nalézt k jednotlivým výrobkům potřebnou dokumentaci (anglicky datasheet).

V referenčních tabulkách jsou uvedeny parametry, které můžeme považovat za základní. Avšak pro úplné pochopení činnosti řadiče či displeje a zjištění všech jeho parametrů a funkcí je zapotřebí seznámit se s úplnou firemní dokumentací výrobku. Kvalitní výrobce by ji vždy měl poskytovat na svých internetových stránkách.

Výrobci řadičů a budičů LCD DISPLEJŮ

EPSON

https://www.epson-electronics.de

https://www.erd.epson.com/vdc/html/products.htm

FUJITSU

https://www.fme.fujitsu.com/products/graphics_controllers/products_start.html

GENESIS

https://www.gnss.com/lcd_summary.phtml

HITACHI

https://www.hitachi.com

HOLTEK SEMICONDUCTOR

https://www.holtek.com.tw/english/products/display_2.htm

OKI

https://www.okisemi.com/eu/1.Products/DisplayDrivers.html

SAMSUNG

https://www.samsung.com/Products/Semiconductor/common/product_list.aspx?family_cd=DDI0102

SANYO SEMICONDUCTOR COMPANY

https://service.semic.sanyo.co.jp/semi/eng/search/search_spec2.asp?PACKAGE=&popupand=1&textfield1=&discon=2&order=TYPE_NUM&a_d=1&preview_count=20&CLASS_CODE=76&row_count=60

Výrobci LCD displejů

AMPIRE

https://www.ampire.com.tw/all_products.htm

BATRON

https://www.batron.com/

CLOVER

https://www.cloverlcd.com/

DELTA COMPONENTS

https://www.delta-components.de/

EM MICROELECTRONIC

https://www.emmarin.com/Line.asp?IdLine=26

ELECTRONIC ASSEMBLY

https://www.electronic-assembly.de/deu/grafik/grafik.htm

HITACHI

https://www.hitachi-displays-eu.com/

https://www.hitachi-displays-eu.com/productb/colour2.asp

MICROTIPS

https://www.microtips.com.tw/Taiwan_Engligh/content/Products_graphicLCD.asp

NEC ELECTRONICS

https://www.nec-lcd.com/english/products/industry.html

https://www.ee.nec.de/products/display/color_tft_display_lineup/index.html

NORITAKE ITRON

https://www.noritake-itron.com/

OPTREX

https://www.optrex.com/

POWERTIP

https://www.powertip.com.tw/

https://www.powertip.cz

SAMSUNG

https://www.samsungsdi.co.kr/contents/en/main.jsp

SEIKO INSTRUMENTS

https://speed.sii.co.jp/pub/compo/display/topics_arrayE.jsp?OWNER_GROUP_ID=40

SIEMENS I-SFT

https://www.i-sft.com/

SHARP MICROELECTRONICS

https://www.sharpsma.com/productgroup.php?ProductGroupID=51

TRULY

https://www.trulyusa.com/lcd/

VISHAY

https://www.vishay.com/displays/lcd/

WINTEK

https://www.wintek.com.tw/

Distributoři v české republice

MSC-VERTRIEBS

Firma MSC - Vertriebs se specializuje na distribuci prakticky všech typů LCD displejů. Je možné u ní objednat LCD displeje od firem AMPIRE, CLOVER, TRULY, HITACHI, NEC, SANYO, SIEMENS I-SFT, dále pak na řadiče a budiče od firem HITACHI A SANYO.

https://www.msc-ge.cz/

https://www.msc-ge.com/

KLIMEŠ TRADING

Firma Klimeš Trading se zabývá distribucí LCD displejů od firem AMPIRE, HITACHI, WINTEK a NEC.

https://www.klimes.cz/

EURODIS ELECTRONIC CZECH REPUBLIC

Firma Eurodis Electronic je schopna dodat LCD displeje od firem OPTREX, DELTA COMPONENTS A VARITRONIX, dále pak řadiče od firem EPSON a HITACHI.

https://www.eurodis.com/

EBV ELEKTRONIK

Firma EBV Elektronik se zabývá distribucí LCD displejů od firmy VISHAY.

https://www.ebv.com/en/locations/office_addresses/sales_offices/czech_republic.html

DISTRELEC

Firma Distrelec je schopná dodat LCD displeje od firmy ELECTRONIC ASSEMBLY. Na internetových stránkách je možnost objednat LCD displeje v jakémkoliv množství (počtu kusů).

https://www.distrelec.com

ELATEC

Firma prodává na základě požadavku zákazníka a zpracuje tedy individuální cenovou nabídku. Zabývá se distribucí LCD displejů od firem ELATEC, EMMARIN, I-SFT, NEC, POWERTIP. Dále se zabývá výrobou zákaznických LCD displejů, kdy na přání zákazníka vyrobí displej s požadovanými parametry. Tyto LCD displeje nemají integrovaný řadič. Firma je dále schopna dodat řadiče a budiče od firem HOLTEK, OKI, PRINCETON.

https://www.elatec.cz/

KOALA

Zabývá se distribucí displejů od firem SHARP, TOSHIBA, FAIRCHILD. Při odběru určitého počtu kusů poskytuje slevu.

https://www.koala.cz/

Tabulka 1: Referenční tabulka řadičů LCD displejů

Tabulka 2: Referenční tabulka řadičů LCD displejů

Tabulka 3: Referenční tabulka řadičů LCD displejů

Tabulka 4: Referenční tabulka LCD displejů

* vyrábí se

Tabulka 5: Referenční tabulka LCD displejů

* vyrábí se

Závěr

Hlavním úkolem této práce je analýza současné nabídky dostupných externích řadičů LCD displejů a s nimi kompatibilních sériově vyráběných displejů.

V současné době je situace na trhu taková, že se většina výrobců zabývá výrobou obvodů typu řadič/budič (controller/driver). Výrobci dále vyrábějí samostatné budiče (driver), vyráběné množství typů je však podstatně menší oproti předchozímu typu obvodu. Výroba samotného řadiče LCD displeje se již mnoho nerozvíjí. Vývoj elektronických zařízení se dnes zaměřuje především na začlenění co nejvíce funkcí výrobku do jediného celku a úplnou samozřejmostí je jeho miniaturizace. Od výrobku se pak vyžaduje funkčnost s co možná nejmenším počtem externě připojitelných součástek a obvodů, což následně umožňuje snadný návrh budoucích aplikací. Vysoké množství vyráběných produktů následně zlevňuje výrobu a pozitivně ovlivňuje výslednou cenu.

Z těchto důvodu právě výrobci spojují obvody řadiče a budiče do jediného obvodu a tento obvod dále integrují k matici LCD displeje. Výsledkem tohoto procesu je pak modul LCD, ke kterému bez větších problémů stačí připojit řídící procesor, čímž se dosáhne snadného ovládání tohoto modulu.

Výrobci se zaměřují na dvě varianty provedení LCD displejů, a to na displeje s integrovaným budičem a na displeje s integrovaným budičem a řadičem. Displeje s integrovaným budičem a řadičem mají na trhu větší zastoupení. Především se vyrábějí barevné a monochromatické grafické displeje z kapalných krystalů, dále znakové displeje, avšak díky jejich omezeným možnostem jsou postupně vytlačovány grafickými displeji. Na trhu jsou také dotykové displeje z kapalných krystalů (anglicky touch screen). Dotykové aplikace zvyšují variabilnost aplikací v oblastech např. medicíny, průmyslových řídících systémů, jízdenkových a různých výdejních automatů. Dále firmy vyrábějí displeje, jejichž podstata je založena na nových technologiích. Jedná se především o displeje s OLED technologií.

Většina výrobců, ať již displejů či řadičů, se také zabývá výrobou řídících procesorů (např. fy Hitachi), což je výhodné, protože jednotlivé komponenty mají optimalizovaná rozhraní pro komunikaci s ostatními obvody a odpadnou tím možné problémy s kompatibilitou používaných zařízení.

Dále byla zjišťována dostupnost řadičů LCD displejů a LCD displejů v České republice. Ačkoliv bylo kontaktováno emailem několik distributorů v České republice, odpověděla pouze firma Elatec. Distributoři na svých internetových stránkách odkazují pouze na adresy výrobců řadičů a displejů. Pokaždé je nutné kontaktovat distributora, zda je schopen daný řadič či displej objednat, což potvrdila i tato firma.

Závěr této práce tvoří volba vhodné kombinace řadiče a displeje pro případné budoucí aplikace. Většinou postačí použití LCD displeje s integrovaným řadičem, existují však aplikace, kde je použití LCD displeje s externím řadičem naprostou nutností, zejména v železniční zabezpečovací technice. Pro průmyslové aplikace postačí ve většině případů displej monochromatický, který je levnější a má často lepší některé parametry, např. čitelnost. Pro oblast spotřební elektroniky, např. pro mobilní telefony, kapesní počítače, různé informační panely apod. je již dnes nutností barevný displej.

Přes výše nastíněný trend se podařilo nalézt výrobce externích řadičů – viz. tab.1, 2, 3.

Za velmi dobré lze považovat externí řadiče od firmy EPSON. Tyto řadiče (např. S1D13505, S1D13A4) mají optimalizované rozhraní pro několik rodin procesorů. Dále poskytují mnoho funkcí, které zvyšují atraktivnost výsledné aplikace pro konečného uživatele, jako např. různé rotace a rolování textů, dále pak práce s grafikou a jiné efekty. V neposlední řadě tyto řadiče podporují téměř všechny druhy LCD displejů, to znamená, že snadněji vybereme optimální kombinaci řadiče a displeje. Další výhodou je, že jsou tyto řadiče dostupné v České republice, což je samozřejmě jedním z nejdůležitějších ukazatelů rozhodujících při výběru.

LITERATURA

Kučerová, E.: Elektrotechnické materiály. Skripta ZČU Plzeň, 2002.

Fyzikální ústav AV ČR

https://www.fzu.cz/texty/brana/kapkrystaly/kapkryst1.php#Obsah

Hardware server

https://www.hw.cz

LCD monitory

www.lcdmonitory.cz

Mobil idnes

https://mobil.idnes.cz/mob_tech.asp?r=mob_tech&c=A020812_5090510_mob_tech

Mobil idnes

https://mobil.idnes.cz/mob_ceny.asp?r=mob_ceny&c=A020819_5158504_mob_ceny

Mobilmania

https://www.mobilmania.cz/Profi/Ar.asp?ARI=107606&CHID=1&EXPS=&EXPA=

Palmare idnes

https://palmare.idnes.cz/PalmOS/PalmOS_Hardware/typydispleju1010710.html

PC Svět

https://www.pcsvet.cz/art/article.php?id=1613

Státnice z elektroniky

https://www.sweb.cz/jjohnyk/elektronika/07.htm

Svět hardware

https://www.svethardware.cz/art_doc-72E593AEF388EE8BC1256CE700442B8D.html

Svět vědy

https://www.svetvedy.cz/zobraz_archiv.php?id=236&cislo=5_2004

Vodní svět

https://vodnisvetsta.wuwej.net/elementViewer-elementId=107.htm#_ftn1

Evidenční list
Souhlasím s tím, aby moje diplomová / bakalářská práce byla půjčována k prezenčnímu studiu v Univerzitní knihovně ZČU v Plzni.
Datum:	Podpis:
Uživatel stvrzuje svým čitelným podpisem, že tuto diplomovou / bakalářskou práci použil ke studijním účelům a prohlašuje, že ji uvede mezi použitými prameny.
Jméno  Fakulta/katedra  Datum  Podpis