2. Розробка вимог і визначення керуючих сигналів для amlcd

Оскільки електронна схема є основною в реалізації матричного режиму роботи, а сам рідкий кристал функціонує в режимі звичайної двоелектродної комірки, до матеріалів рідких кристалів ставляться особливі вимоги. Перш за все, матеріали повинні мати високий питомий опір для того, щоб уникнути ефекту шунтування ємності, що утворюється кожною елементарною коміркою (>10⁹Омм). Ще однією суттєвою вимогою до матеріалу РК є зниження в’язкості РК, оскільки цей параметр визначає швидкодію.

Щодо керуючих елементів, то схема керування повинна забезпечити ті ж самі характеристики екранів (час ввімкнення і вимкнення, контраст) у телевізійному режимі. Це можливо у випадку виконання таких вимог:

Середня за період часу Т_к(тривалість кадру) напруга на РК-пікселі U повинна забезпечувати потрібний контраст;

Для забезпечення максимальної швидкодії час зарядження конденсатора не повинен перевищувати час вибору рядка:

t_зар<t_рядt_розр<t_ряд

Для забезпечення максимального контрасту оптичного зображення інформаційного масиву на РК необхідне виконання умови

U_кU_нас

де U_к– напруга на конденсаторі; U_нас– напруга насичення.

Для розроблюваного дисплея виконання вимог буде визначатись вибором транзистора і конденсатора та їхніх технологічних і керуючих параметрів.

Рівень параметрів перемикаючих транзисторів і конденсаторів формувача напруги можна оцінити, виходячи з особливостей застосування високоінформативних РКД, які, в свою чергу, визначаються параметрами телевізійної системи, такими як: частота кадрової розгортки f_к, частота рядкової розгорткиf_р, кількість стовпцівm, кількість рядківn. Тому для розроблюваного нами макета виберемо такі значення цих величин:

Кількість стовпців, m	Кількість рядків n,	Частота кадрової розгортки fк, Гц	Частота рядкової розгортки fр, Гц
3840	2160	200	48000

для аналізу параметрів формувача напруги використаємо такі еквівалентні схеми (рис.5):

икористовуючи просту схему формування напруги у вигляді RС-кола, що працює в режимі зарядження – розрядження еквівалентної ємності, можна оцінити порядок значень основних параметрів транзистора і конденсатора.

основними характеристиками для елементів формувача напруги є струми стоку в відкритому J_Coі закритому J_Cзстанах та їхні частотні властивості. Основним параметром нагромаджуючого конденсатора є його ємність.

Оскільки передавання відеосигналу відбувається лише протягом прямого ходу рядкової розгортки, то повний час запису відеосигналу в комірки пам’яті блоку керування стовпцями матриці в один рядок буде визначатися зі співвідношення:

t_1p0,9Tc=0,9/ fр  0,9/48000=18,7 мкс

а	б	в

Рис.5. Еквівалентні схеми формувачів напруги: а – в стані запису відеосигналу; б – в стані запам’ятовування відеосигналу; в – для розрахунку параметрів транзистора; Uв – відеосигнал; UСн – напруга на конденсаторі Сн; СРК – ємність РК-елемента; r0, r3 – опори відкритого і закритого каналів транзистора; rРК – опір РК; J – струм зарядження конденсатора Сн; Uст – амплітуда відеосигналу.

За цей час необхідно встигнути записати відеосигнал рядка, для нашого випадку в 800 комірках пам’яті блоку керування стовпцями. Отже, комірка пам’яті для одного стовпця повинна встигнути запам’ятати відеосигнал протягом часу:

t_mt_1p/m18,7/3840 =4,883нс

Передавання записаного в комірках пам’яті блоку керування стовпцями відеосигналу на електроди стоків, що перемикають транзистори всього рядка, проводиться за час зворотного ходу рядкової розгортки, тобто за час:

T_2с»0,1Tр=0,1/ fр » 0,1/48000=2,083 мкс

Цим часом і визначається швидкодія транзистора у відкритому стані.

Струми стоку у відкритому J_Coі закритому J_Cзстанах і ємність нагромаджуючого конденсатора можуть бути визначені з таких умов:

• забезпечення напівтонів зображення, для чого заряд конденсатора С_нповинен досягати амплітудного значення напруги відеосигналу за час ;

• забезпечення високого контрасту зображення, тобто за час кадру Т_кнапруга на зарядженому відеосигналом конденсаторі повинна залишатись практично незмінною.

Для виконання першої умови необхідно, щоб виконувалось співвідношення 3₁t_2p, де₁– стала часу еквівалентної ємності формувача напруги С_е.

Для виразу заряду конденсатора:

U_Cн=U_cт[1–exp(-t_2p/d₁)]

Умові 3₁t_2pвідповідає значення U_Cн0,95U_cт. Беручи С_е=С_н+С_РКС_н, і переходячи від струму стоку J_Coдо опору каналу у відкритому стані транзистора r_o, отримаємо:d₁r_oС_н=t_2p/3. Величину С_нможна також визначити і з другої умови, яка зводиться до виконання співвідношенняd₂3T_к, деd₂– стала часу розрядження нагромаджуючої ємності С_н, тобто

Таким чином, для визначення рівня трьох параметрів (r_о, r_з, C_н) ми отримали два вирази:

С_нt_2p/3r_o; С_н3T_к/r_е, де

Припускаючи, що r_РК>>r_з, отримаємо С_н3T_к/r_забо r_з/r_о>9 Tк/t_2c.

Оскільки в нашому випадку опір закритого транзистора r_з11¹⁰Ом, тоСн32110^-3/11¹⁰2,429 Пф.

Приймемо ємність нагромаджуючого конденсатора рівною С_н= 2,5Пф.

Тепер, задавши С_ні r_з, можемо визначити опір каналу відкритого транзистора r_она основі нерівності

r_о(r_зt_2c)/9T_к

Отже:

r_о(11¹⁰2,08310^-6)/92110^-3=2.85910⁵Ом

Тепер, користуючись виразом для середньої за час Т_кнапруги на РК-елементі, яка визначає контраст, визначимо напругу на конденсаторі

де U – напруга перемикання РК (для РК фірми “Merck” типу ZLI–3489, яка забезпечує відгук РК протягом 140 мкс при напрузі 13 В).