Wyświetlacze 7-segmentowe LCD

Wyświetlacze 7-segmentowe LCD nie są tak popularne jak te wykonane w wersji LED. Przyczyny tego zjawiska zapewne należy szukać w większej komplikacji układowej potrzebnej do uzyskania obrazu i w jakimś stopniu można to uznać za wadę. Jednak przy tym wszystkim mają one jedną bezdyskusyjną zaletę.

Tego typu komponenty jako elementy pozwalające zobrazować przede wszystkim informacje cyfrowe są niekwestionowanym liderem w zastosowaniach, w których istotna jest minimalizacja zużycia energii. Dlatego częściej znajdziemy je w urządzeniach zasilanych z baterii, jak choćby zegarki elektroniczne czy mierniki uniwersalne. Powodem jest fakt, że sam wyświetlacz (czyli samo „szkło”) praktycznie nie potrzebuje prądu, by dany segment cyfry był widoczny, w przeciwieństwie do LED-owych odpowiedników, gdzie każdy segment wymaga kilku mA prądu. Z tego względu trudno użyć w stosunku do tych komponentów (w wersji LCD) określenia „wyświetlacz”, gdyż one nie emitują żadnego światła. Jednak funkcjonalność zbliżona do odpowiedników LED, które rzeczywiście emitują światło, pozwala posłużyć się takim określeniem – w końcu służą do zobrazowania informacji liczbowych.

Wady i zalety wyświetlaczy 7-segmentowych LCD

Podstawową zaletą 7-segmentowych wyświetlaczy LCD (ogólnie – elementów obrazujących informacje bez zintegrowanego sterownika) jest bardzo mały pobór mocy przez sam wyświetlacz. Również jako zaletę należy wymienić możliwość wbudowania w taki wyświetlacz różnych symboli i piktogramów o dowolnym kształcie, które są traktowane jak każdy inny segment. Mówiąc o ich zaletach, z czystej rzetelności należy wspomnieć także o wadach. Główną jest fakt, że nie emitują światła, w warunkach słabego oświetlenia są mało czytelne, toteż wymagają podświetlenia. Drugim problemem jest bardziej złożona procedura sterowania (w stosunku do wersji LED, gdzie sterowanie należy do banalnie prostych) – aby uzyskać zamierzony obraz konieczne są układy pośredniczące. Nie bez znaczenia jest również to, że są wykonane ze szkła, a to jak wiadomo można potłuc (wyświetlacza LED jeszcze nie udało mi się potłuc).

Budowa wyświetlacza

Opisując budowę można posłużyć się pewną analogią do wyświetlaczy LED, gdzie ileś segmentów z wyświetlacza jest połączonych do jednego wyprowadzenia (przykładowo wspólna anoda) oraz drugi koniec każdego segmentu jest wyprowadzony niezależnie. Coś podobnego można dostrzec w wersji LCD. Typowy wyświetlacz (gdzie liczba segmentów nie jest zbyt duża) zawiera jedną wspólną elektrodę tła, oznaczaną w literaturze jako BP (ang. Back Plane), oraz po jednej elektrodzie na każdy segment. Przy większych wyświetlaczach (w sensie większej liczby obsługiwanych segmentów) jest więcej wyprowadzeń tła (sygnałów BP) i obsługa ich bardziej już przypomina metodę multipleksową. Wręcz klasycznym przykładem może być alfanumeryczny moduł wyświetlacza LCD, gdzie każdy znak to małe kilkadziesiąt pikseli, a znaków może być nawet 80. Daje to liczbę wyrażoną w tysiącach niezależnie sterowanych segmentów (pikseli). Tego typu wyświetlacze sterowane są inaczej, a obecnie skupimy swoją uwagę na „małych” wyświetlaczach (z jednym BP). Najprostszym, popularnym i łatwo dostępnym jest dwucyfrowy (fotografia 1, rysunek 2). Ma on dwa wyprowadzenia elektrody tła BP (połączone wewnętrznie, nie jako BP dla cyfry dziesiątek i jedności) oraz poszczególne segmenty obu cyfr (łącznie z segmentami kropek).

Zaprezentowany wyświetlacz (rysunek 2) w sensie funkcjonalności jest identyczny, jak odpowiednik bazujący na diodach świecących, dysponuje jedynie segmentami cyfr (wraz z ewentualnym segmentem kropki). Do tego zestawu często dodawane są inne elementy obrazujące odpowiednie symbole, których trudno szukać w wyświetlaczach LED. Często są one dedykowane do określonych zastosowań, jak przykładowo widoczny na fotografii 3 i rysunku 4.

Ten raczej niesie ze sobą skojarzenie z wykorzystaniem go w miernikach. Bazując na tym modelu również możliwe jest zbudowanie zegara (pokazującego godziny w systemie 12-godzinnym). Ostatecznie można go użyć do pokazania informacji liczbowej z zakresu 0…1999 (ewentualnie ze znakiem minus przed liczbą).

Działanie

W dużym (ale wystarczającym) uproszczeniu, wyświetlacze LCD działają wykorzystując zmiany polaryzacji światła przez ciekłe kryształy pod wpływem pola elektrycznego. Ciekłe kryształy, umieszczone między dwiema szklanymi płytkami, zmieniają swoją orientację pod wpływem pola elektrycznego (wywołanego wystąpieniem napięcia między elektrodami), co wpływa na przepuszczanie lub blokowanie światła. Dzięki temu możliwe jest kontrolowanie, które obszary ekranu będą jasne, a które ciemne i utworzenie w ten sposób obrazu. Elektroda wspólna BP jest rozmieszczona na całej powierzchni wyświetlacza. Obok znajdują się elektrody każdego segmentu. Wystąpienie między nimi pola elektrycznego powoduje, że dany segment jest widoczny, co ilustruje rysunek 5.

——– ciach! ——–

To jest tylko fragment artykułu, którego pełna wersja ukazała się w sierpniowym numerze czasopisma Zrozumieć Elektronikę (ZE 9/2025). Pełną wersję czasopisma znajdziesz pod tym linkiem. Natomiast niepełna, okrojona wersja, pozwalająca zapoznać się z zawartością numeru ZE 9/2025 znajduje się tutaj.

Andrzej Pawluczuk
apawluczuk@vp.pl

Uwaga! Wskazówki, jak nabyć pełne wersje dowolnych numerów ZE znajdują się na stronie:
https://piotr-gorecki.pl/n11.