Lcd Paneller ve Ekranlar

Bu dokuman LCD paneller ve ekranlarla ilgili genel bir bilgi vermek icin hazırlandı. İçerisinde robotlarda kullanılan LCD panellerin kullanımı ve programlanması dışında LCD ekranların calisma mantığıyla ilgili daha fazla bilgi sahibi olmak isteyenler icin de açıklamalar mevcuttur.

İçindekiler:

Kısaca (LCD ekran nedir ?)
Robotlarınızda kullanmak icin Bacak Bağlantıları
PICBasic kodları
Örnek Proje Proteus Çizimi PICBasic kodu
Simdi biraz derine inelim Sıvı Kristaller Sınıflandırılmaları Çalisma Prensipleri LCD’nin Katmanları
Biraz Daha Derine İnelim
LCD Monitör Çeşitleri Pasif Matriks Monitör Dual Scan Monitör Aktif Matriks Monitör
LCD’de Renk Günümüzde LCD

LCD (Liquid Cristal Display) paneller ilk olarak 1960 yılında kullanılmaya başlanmış ve ilerleyen teknolojiyle günlük hayatimizin bir parçası olmuş, örneğin cep telefonları, hesap makineleri, dijital saatler, CD çalarlar, ORT robotları gibi çoğu yerde bu panellere rastlamak mümkün.

LCD panelleri en basit olarak PC’nizin seri veya paralel portundan yada bir PicMicro’dan (örneğin 16F84, 16F877… gibi) veri göndererek kontrol edebilirsiniz. Çeşitli satir ve karakter boyutlarında olabilirler, örneğin; 1×8, 2×8, 1×16, 1×20, 2×20, 2×20, 2×10, 1×40, 2×40 gibi İlk sayı satir sayısını ikinci sayı bir satırdaki karakter sayısını belirtir. (Ornegin sekil b’deki 4×20’lik bir LCD paneldir)

Robotlarınızda Kullanmak icin:

Öncelikle, kullanacağınız LCD’nin datasheet’ini mutlaka okuyunuz. LCD’nin PC veya PIC ile haberleşmesi icin 14 pin’e ihtiyacı vardır.(bkz.Sekil 1.a) Bu pinlerin 14’u ya ayni sıra halinde LCD’nin sol üst kenarında ya da 7’serli iki sıra halinde arka tarafta bulunurlar. LCD’ler paralel veri iletişimi icin 4 veya 8 bit kullanırlar.

LCD Bacak bağlantıları:

1:Vss, Toprak (Ground), Logic Vss, Logic Ground
2:Vcc, +5 Volt, Logic Vcc, Logic Power
3:VLc, VBias,Bias,Contrast (Kontrast)
4:RS, Register Select
5:R/W, Read/Write(Okuma yada Yazma Modu)
6:E, Enable, Strobe
7:D0D7(DATA girişleri)
15:Led+, A, Backlight+, Backlight Anode (LCD Panel ışığı (+5 Volt))
16:Led,K, Backlight,Backlight Cathode (Toprak (Ground))

*15 ve 16. bacaklar bazı displaylerde yoktur. Bu uçlar paneli aydınlatmak icin kullanılırlar.

VO (kontrast) : 3 numaralı kontrast girişini doğrudan 2.5K ‘lik (10K, 20K da olur) bir direnç ile toprağa bağlıyoruz. Buradaki direncin değerini arttırarak kontrastı düşürebilir, azaltarak kontrastı yükseltebiliriz. Eğer bu kontrast ile surekli oynamak istiyorsanız buraya 2K5’lık bir ayarlı direnç (potansiyometre) bağlayabilirsiniz.

RS (register select): RS girişi “0” (ground) olduğu zaman LCD panelin komut saklayıcısı (PIC’ ten veriyi komutlar halinde alir), +5V olduğu zaman ise veri saklayıcısı (veriyi 8 veya 4 bitlik karakter bilgisi seklinde alıp verir) seçilmiş olur.

R/W (read/write): Bu giriş ground yani “0” olduğunda, LCD panel yazma modundadir. Karakterleri yazdırırken, yazma modunu kullanıyoruz, bu yüzden bu bacağı panele yazı yazdırmak icin topraklıyoruz.

E (enable) : LCD ve pinler arasındaki gerçek veri alışverişini sağlayan bacaktır. Bu girişi microchip’e program aracılığıyla tanıttıktan sonra PIC kendisi veri gönderileceği zaman 230 nanosaniyeden fazla olmak üzere bu bacağa enable pulsu sağlar.

DATA : 714 numaralı pinleri doğrudan bir PORT’ UN pinlerine bağlıyoruz. Böylece istediğimiz komut yada veriyi LCD panele gönderebiliriz. Veriyi 4 bitlik veri yoluyla mi yoksa 8 bitlik veri yoluyla mi LCD’ye göndermeliyiz sorusuna gelince PIC’ in bacak sayısının az oldugunu düşünürsek 4 bitlik veri yolunun seçilmesi uygun olur. O Ama paralel porttan veri göndermek isterseniz 8 bitlik veri yolu kullanılmalıdır ve tamamı bir PORT’ a bağlanmalıdır. 4 bitlik veri yolu kullanılırken de bir portun alt 4 bitine veya üst 4 bitine bağlanmalıdır

Enable ve Register Select uçları herhangi bir portun pinine baglanabilir ve bu program icerisinde belirtilmelidir.

Gelelim PICBasic kodlarina:

Komut Yaptığı işlem
$FE,1 Ekranı siler.
$FE,2 Satir başına donulur.
$FE,$0C Kursörün görüntüsünü yok eder
$FE,$0E Kursörü alt çizgi biçimine getirir
$FE,$0F Kursörü yanıp/Soner yapar
$FE,$10 Kursörü 1 pozisyon sola getirir
$FE,$14 Kursörü 1 pozisyon sağa getirir
$FE,$c0 Kursörü ikinci satirin başına getirir

LCDOUT komutu likid kristal üzerine istenilen verileri göndermek icin kullanılır. Eğer veri önüne # işareti konulursa her bir karakterin ASCII karşılığı olan sayı LCD’ye gönderilir.
Not: LCD’ye ilk komutu göndermeden önce programda en az 0.5 sn bekleme yapılmalıdır.

Bolum 2: Örnek proje

Proteus isis çizimi:

Not: Proteus programi şemada da görüldüğü gibi osilatör devresi gerektirmemektedir. Ayrıca kontrast ayarının yapıldığı LCD’nin 3 nolu bacağı da boş bırakılmıştır.

PICBasic kodu:

Not: Aşağıdaki program yukarıdaki devre icin yazılmıştır.

Bolum 3: Simdi biraz derine inelim

Sıvı Kristaller: LCD panellerde kullanılan sıvı kristalleri (liquid cristals) sıcaklık değişimlerine çok duyarlıdırlar (bkz. Şekil 3.a) ve çok çeşitli oldukları gibi farklı sıcaklık değerlerinde kendi maddesel özelliklerine göre farklı fazlarda bulunabilirler.

Bu kristallerin en güzel özelliği de elektrik akımından etkilenmeleridir. Genel olarak LCD panellerin calisma prensibi 4 temel özellik üzerine kuruludur:

1.Işık polarize edilebilir.
2.Sıvı kristaller polarize edilmiş ışığı geçirebilme özelliğine sahiptir.
3.Sıvı kristallerin molekül dizilimleri elektrik akimi ile değiştirilebilir.
4.Elektrik akimini iletecek şeffaf maddeler mevcuttur.

Sınıflandırılmaları: Modern ekran teknolojileri katot ışın tüplü (CRTcathode
ray tube) veya düz panel ekranlar olmak üzere sınıflandırılır. Tüplü cihazlar büyüktür ve oldukça fazla yer kaplarlar. Düz paneller yani tüpsüz olanlar ise adından da anlaşıldığı gibi düzdürler ve çok yer kaplamazlar. Düz panel ekran kategorisi kendi içinde LCD (likit kristal), plazma ve ışık yayar diyot (LEDlight emitting diode) gibi teknolojilere sahiptir.

Işık yayanlar ve arka plan ışığını üzerinden geçirenler olarak da ayırt edilmeleri mümkündür. TFTLCD olarak adlandırılan bu cihazlar arkadan aydınlatmalı ekranlar sınıfındadır. LCD’ler LED ve gaz teknolojisinden daha az enerji harcar. Bunun sebebi LCD’lerin calisma prensiplerinin ışığı engellemek yerine, absorbe etmek üzerine kurulmuş olmasıdır.

Çalışma Prensipleri: LCD panellerde sıvı kristaller voltaj verilmediğinde Twisted Nematics(TN) denilen 90 derece kıvrık olacak şekilde sıralanmışlardır. (Şekilde görüldüğü gibi voltaj verilmediğinde ince çubuk seklinde olan sıvı kristallerin en üst tabakası en alt tabaka ile 90 derece yapacak şekilde dizilmiştir.) Işık sıvı kristallerden geçtikçe salınımı bu kristallerin açılarına göre yön değiştirir ve dış panelden dışarı çıkar.

Voltaj verilip bir elektrik alanı yaratıldığında sıvı kristaller dikey olarak hizalanacak şekilde kıvrılırlar. Yönlendirilmiş ışık ikinci kutup tarafından emilir (bkz. Sekil 3.c). Bu durumda ışık TFT ekranın (sağdaki panelin) dışına çıkamaz böylece ekranın o kısmı karanlık görülür. (Tabi ekranın arkasına ışığı yansıtacak ayna konulduğunu da ekleyelim)

LCD’nin Katmanları:

Simdi LCD’nin katmanlarını sırayla inceleyelim:

(A) gelen ışığın geri yansıması icin ayna, (B) alt yüzeyinde polarize film tabakası olan cam yüzey, (C) elektrod yüzey, (D) sıvı kristallerin bulunduğu tabaka,
(E) ortasında elektrod yüzey bulunduran cam tabaka ve son olarak (F) öncekiyle 90 derece yapacak şekilde elektrod yüzey.

LCD ekran pile bağlı olmadığında yüzeyine gelen ışık aynaya çarparak geri yansıyor. Fakat pile bağlandığında akim sayesinde sıvı kristalleri birbirine paralel olacak şekilde diziliyor ve gelen ışığın salınım yönünü değiştirmiyor, ışık da elektrod yüzeyi aşıp aynaya ulaşamıyor, böylece biz de o alanı siyah görüyoruz.

Bolum 4: Biraz daha derine inelim

LCD monitör, plastik bir tabaka içindeki sıvı kristalin ışığı yansıtması ilkesine dayalı olarak çalıştığından ışıksız bir ortamda bir şey görünmez. Fazla ışıklı ortamda ise ekranda ışık yansıması olacağından görüntü yine sağlıklı olarak algılanamayacaktır. Hareketli görüntüler ise çok bulanıktır. Sıvı kristal akışının yavaşlığı görüntü izinin hemen silinmemesine neden olur.

Bu dezavantajların yani sıra, harcadığı gücün düşük olması, çok küçük hacimleri ile taşınabilir bilgisayarlar için vazgeçilmezdir. LCD monitörlerin taşıdığı olumsuzluklar son yıllarda üreticileri yeni arayışlara itmiştir. Bazı LCD modellerinde, “arkadan aydınlatma” yöntemi kullanılarak monitörün bulunduğu ortamdaki ışık dengelenir. Böylece ekrandaki istenmeyen yansımalar bir ölçüde önlenir.

LCD Monitör Çeşitleri:

Su ana kadar çeşitli LCD monitör teknolojileri kullanılmıştir. (Pasif matriks, dual scan ve aktif matriks gibi)

Pasif Matriks Monitör: Bu LCD’lerde her bir piksele akim sağlayabilmek icin iletkenlerden oluşan ızgaralar vardır, ve ızgaranın her köşesi bir pikseli oluşturur. Akim iki iletken üzerinden gönderilerek pikselin ışığı ayarlanır. Temel olarak iki şeffaf levhanın arasına yerleştirilmiş tabakalardan meydana gelirler.Bu tabakalardan biri sütunları, diğeri sıraları oluşturan şeffaf, iletken maddeden (indiumtin oxide) oluşmuşlardır.

Bu sıra ve sütunlar elektriksel yükleri kontrol edebilecek entegre devrelere bağlıdırlar. Belirli bir pikseli aktive edebilmek icin o yük gönderilen sütuna karşılık gelecek sıranın groundlanmasiyla iletim tamamlanmış olur. Bu da o pikseldeki sıvı kristallerin bükümünün açılmasını sağlar.

Kısaca pasif matrix çok basit temel ilkelere dayanan bir teknolojidir, fakat görüntünün yavaş belirmesi (farenizi ekranda hızlı bir sekile kaydırırsanız bu etkiyi fark edersiniz.) ve kesin olmayan voltaj kontrolüne dayalı olması (belli bir pikseldeki sıvı kristalleri etkileyen elektrik akimi pikselin etrafındaki sıvı kristalleri de az da olsa etkileyeceğinden) gibi sakıncaları da vardır. Yani ekran tazeleme hızı çok yavaşlayarak görüntü kalitesinin düşmesine neden olur.

Dual Scan Monitör: Bu monitörler genel olarak pasif matriks monitör gibi çalışırlar. Temel farklılık, ekranın ikiye bölünmüş olmasıdır. Ekranın her bir bölümü ayrı ayrı taranarak, ekran yenileme hızının iki katına çıkması sağlanır. Bu farklılık görüntü kalitesinde bir iyileşme sağlamaktadır.

Aktif Matriks Monitör: Pasif matriks monitörlerin tersine aktif matriksler TFT (thin film transistor) teknolojisine göre çalışırlar, yani her bir pikseli kontrol eden ayrı ayrı transistörler vardır. Transistorlerin kullanımı sayesinde piksel parlaklığı icin daha az akim gerekir, dolayısıyla active matrix LCD ‘lerde akimi durdurup, tekrar yollamak daha kolaydır. Bu da tekrar suresinin (refresh rate) daha hızlı olmasına olanak sunar. (mesela fare imleci , ekranınızda daha yumuşak hareket eder).

Bu transistörler, piksellerin henüz parlaklığını yitirmeden yenilenmesini sağlarlar. Kapasitorler de yüklerin bir sure tutulmasını sağlayacağından voltaj kontrolü sayesinde ışığın belli bir kimsinin geri yansıtılması sağlanarak ton ayarı yapılabilmektedir. Böylece sadece siyah ve beyazın haricinde gri tonlar da elde etmek mümkün olur.

LCD’de Renk: Renkli LCD’lere her bir piksel üç ana renk filtresinden kırmızı, yeşil ve mavi (RGBRed, Gren,Blue) oluşmuşlardır. Bu her üç alt pikselde kontrollü voltaj ayarı yapilarak her birinden 256 ayrı ton elde edilebilir. Üçünün bir araya gelmesiyle de 16.8 milyon ayrı renk elde edilir.

Tahmin edebileceğiniz gibi bu kadar rengi göstermek icin çok fazla sayıda transistör kullanılmıştır. Örneğin çözünürlüğü 1024×768 olan bir laptopu düşünelim. 1024 sütunu 768 sıra ile ve de 3 alt pikselle çarparsak (1024x768x3) 2.359.296 tane transistörün kullanıldığını buluruz. Eğer bu transistörlerde bir arıza olursa bilgisayar ekranında o pikselin bulunduğu yerde görüntü bozulması meydana gelir.

Günümüzde LCD: LCD ekran teknolojisi her gecen gün ilerlemektedir. Günümüzde çok çeşitli sıvı kristal teknolojileri vardır (Super Twisted Nematics (STN), Dual Scan Twisted Nematics (DSTN), Ferroelectric Liquid Crystal (FLC) ve Surface Stabilized Ferroelectric Liquid Crystal (SSFLC) gibi…)

LCD üretiminde görüntü boyutlarını artırabilmek icin üretimciler daha fazla piksel ve çok sayıda transistör eklemektedirler. Transistör sayısının artmasıyla LCD ekranda bozuk piksel olma olasılığı da artmaktadır. Hatta montaj fabrikasından çıkan ekranların %40’i kalite kontrolünde piksel bozuklukları yüzünden geri gönderilmektedirler, bu da LCD ekran fiyatlarının fazla olmasına neden olur. Daha büyük ekranların piyasa fiyatlarının karşılanabilir olması sadece üretim teknolojilerinin ilerlemesiyle mümkündür.

HAZIRLAYAN, DERLEYEN, TOPLAYAN: BETÜL AYDIN ODTÜEE2 Sorularınız, görüşleriniz, önerileriniz icin: [email protected]

Kaynakça:
www.howstuffworks.com
www.elektronikhobi.com
http://www.pcsistem.net/konuimg/tft1.htm
http://www.bendevar.com/v3/techhavuz/makale_257.html
PicBasic Pro ile PIC Programlama Orhan Altınbaşak Altaş Yayınları