В эпоху, когда доминируют дисплеи высокого разрешения и полноцветные экраны, легко упустить из виду, казалось бы, простые технологии отображения, которые бесшумно работают в бесчисленных устройствах. Тем не менее, печатные платы для сегментных ЖК-дисплеев являются именно этим повсеместным и критически важным технологическим краеугольным камнем. От цифровых часов на бытовой технике до показаний на точном медицинском оборудовании, сегментные жидкокристаллические дисплеи (сегментные ЖК-дисплеи) занимают незаменимое положение благодаря сверхнизкому энергопотреблению, исключительной надежности и беспрецедентной экономической эффективности. В основе этой технологии отображения лежит тщательно спроектированная и изготовленная печатная плата (ПП).

Как эксперты в области технологий отображения, Highleap PCB Factory (HILPCB) понимает, что высокопроизводительная печатная плата для сегментного ЖК-дисплея является не просто носителем для подключения компонентов, но и ключом к обеспечению четкой отображаемой информации, стабильного управления и минимального энергопотребления. Эта статья углубится в принципы проектирования, схемы управления, интеграцию систем подсветки и широкое применение печатных плат для сегментных ЖК-дисплеев в различных областях, раскрывая, как они служат основной движущей силой эффективных и недорогих решений для отображения.

Основной принцип работы сегментных ЖК-дисплеев

Сегментные ЖК-дисплеи, или сегментированные жидкокристаллические дисплеи, работают по принципу, который одновременно является остроумным и эффективным. В отличие от привычных нам графических дисплеев, состоящих из миллионов пикселей, сегментные ЖК-дисплеи отображают контент с помощью заранее разработанных, независимых "сегментов". Эти сегменты могут представлять собой семь штрихов цифры "8", значок батареи, десятичную точку или любой другой пользовательский символ.

Основной механизм основан на электрооптическом эффекте молекул жидких кристаллов. В отсутствие электрического поля молекулы жидких кристаллов выстраиваются в определенном порядке, позволяя свету проходить через поляризаторы, что приводит к прозрачному отображению или определенному цвету фона. Когда напряжение подается на определенный сегмент через электроды на печатной плате, электрическое поле изменяет выравнивание молекул жидких кристаллов в этом сегменте, предотвращая прохождение света и тем самым представляя наблюдателю непрозрачный черный или темный узор.

Это резко контрастирует с графическими ЖК-платами, которые основаны на пиксельной матрице. Последние требуют сложных схем управления для независимого контроля оттенков серого каждого пикселя, тогда как сегментные ЖК-дисплеи должны контролировать только состояния "включено" и "выключено" ограниченного числа сегментов. Это фундаментальное различие делает конструкции сегментных ЖК-плат проще, значительно снижает требования к контроллеру и обеспечивает сверхнизкое энергопотребление и стоимость.

Основные соображения по проектированию сегментных ЖК-плат

Успешный дизайн печатной платы сегментного ЖК-дисплея требует идеального баланса между простотой и функциональностью. Каждое проектное решение напрямую влияет на надежность, читаемость и срок службы батареи конечного продукта.

1. Разводка и трассировка схемы Основная задача печатной платы — точно соединить выводы микросхемы драйвера ЖК-дисплея с соответствующими сегментными электродами на стеклянной подложке. Трассировка должна быть четкой и прямой, избегая пересечений и помех, особенно при использовании методов мультиплексной адресации. Плохая трассировка может привести к явлениям «перекрестных помех» или «двоения». HILPCB использует передовые инструменты EDA на этапе проектирования для моделирования и оптимизации путей трассировки, обеспечивая чистоту сигнала.

2. Выбор материала Для большинства применений сегментных ЖК-дисплеев достаточно стандартных материалов печатных плат FR-4. Их отличная электрическая изоляция, механическая прочность и экономичность делают их идеальным выбором. Однако для устройств, требующих повышенной надежности или работающих в специфических условиях (например, при высоких температурах), могут потребоваться подложки с более высокой температурой стеклования (Tg).

3. Интеграция микросхемы драйвера Драйверная микросхема является мозгом сегментного ЖК-дисплея. Конструкция печатной платы должна обеспечивать ее стабильным питанием и четкими управляющими сигналами. Распространенные формы корпусировки включают традиционные SMD-корпуса и технологию Chip-on-Board (COB), при которой голые чипы напрямую крепятся к печатной плате, эффективно уменьшая размер продукта – идеально для портативных устройств.

4. Разъемы и Интерфейсы Печатная плата должна подключаться к стеклянной подложке ЖК-дисплея через зебра-полоски, термоусадочные соединители или металлические контакты. Плоскостность и обработка поверхности (такие как золочение или OSP) контактной области на печатной плате критически важны для надежности соединения, напрямую влияя на долгосрочную стабильность продукта.

Схема драйвера и интеграция контроллера

Сегментные ЖК-дисплеи в основном используют два метода управления: статическое управление и мультиплексное управление, которые напрямую определяют сложность проектирования печатной платы сегментного ЖК-дисплея.

• Статическое управление: Каждый сегмент управляется независимым управляющим выводом. Преимущества включают высокую контрастность дисплея, широкие углы обзора и отсутствие мерцания, но недостатком является необходимость в большом количестве управляющих выводов. Например, дисплей с 40 сегментами требует 40 портов ввода/вывода, что потребляет значительные ресурсы микроконтроллера (MCU). Разработка печатной платы относительно проста, требуя только прямых подключений от каждого вывода к соответствующему сегменту.
• Мультиплексное управление: Для экономии выводов широко применяется технология мультиплексирования. Она адресует сегменты посредством комбинаций общих электродов (COM) и сегментных электродов (SEG). Например, метод управления 4-COM может сократить требования к выводам примерно на 75%. Этот подход быстро сканирует линии COM, одновременно синхронно обновляя данные линий SEG для подсветки всех сегментов, используя инерцию зрения человеческого глаза для формирования стабильного изображения. Это предъявляет более высокие требования к проектированию печатных плат, требуя точного контроля синхронизации для предотвращения задержек сигнала и помех. Хотя принцип аналогичен потоку данных на уровне пикселей, обрабатываемому сложными печатными платами контроллера синхронизации в дисплеях высокой четкости, уровни сложности значительно различаются.

HILPCB обеспечивает надежную физическую основу для мультиплексного управления при производстве одно/двухслойных печатных плат путем точного контроля импеданса и длины линий, гарантируя четкое и стабильное отображение.

Получить предложение по печатной плате

Применение систем подсветки в сегментных ЖК-платах

Многие сегментные ЖК-дисплеи сами не излучают свет и для обеспечения видимости полагаются на окружающее освещение, что называется рефлективным режимом. Однако в условиях низкой освещенности для улучшения читаемости требуется система подсветки.

В настоящее время светодиодная подсветка стала основным выбором, полностью заменив устаревшую технологию высоковольтных флуоресцентных ламп с холодным катодом (CCFL). Поэтому современные конструкции печатных плат для сегментных ЖК-дисплеев часто требуют интеграции эффективной схемы драйвера светодиодной подсветки. Эта схема драйвера отвечает за подачу стабильного и регулируемого постоянного тока на массив светодиодной подсветки. При проектировании печатной платы необходимо учитывать следующие аспекты:

1. Терморегулирование: Светодиоды выделяют тепло во время работы. Если тепло накапливается, это может повлиять на яркость и срок службы светодиодов. Для подсветки высокой мощности компоновка печатных плат должна оптимизировать пути рассеивания тепла, а иногда даже использовать печатные платы с металлическим сердечником для быстрой теплопроводности.
2. Энергоэффективность: В устройствах с батарейным питанием подсветка является основным потребителем энергии. Эффективная конструкция схемы драйвера светодиодной подсветки имеет решающее значение.
3. Равномерность яркости: Расположение светодиодов на печатной плате и конструкция световодной пластины совместно определяют равномерность подсветки. HILPCB может оптимизировать размещение светодиодов на печатной плате в соответствии с оптическими требованиями заказчиков. Оглядываясь назад, инверторные печатные платы CCFL когда-то были основным решением для подсветки ЖК-дисплеев, требуя высокого напряжения для освещения ламп, с сложными схемами и более низкой эффективностью. Сегодня достижения в технологии LED сделали решения для подсветки более безопасными, энергоэффективными и компактными.

Разнообразные сценарии применения сегментных ЖК-плат

Сегментные ЖК-платы проникли практически во все аспекты нашей жизни, демонстрируя свою надежность и ценовые преимущества в следующих областях:

• Промышленный контроль и приборостроение: Цифровые мультиметры, термостаты, расходомеры, щитовые измерительные приборы и т. д. Эти устройства требуют четких, стабильных и надежных дисплеев, часто работающих в течение длительных периодов в различных суровых условиях.
• Медицинское и санитарное оборудование: Электронные термометры, глюкометры, тонометры, инфузионные насосы и т. д. Их низкое энергопотребление делает их идеальными для портативных медицинских устройств с батарейным питанием, а четкие цифровые показания имеют решающее значение для медицинских работников и пациентов.
• Бытовая электроника и бытовая техника: Калькуляторы, электронные словари, цифровые будильники, пульты дистанционного управления кондиционерами, микроволновые печи, стиральные машины и панели управления холодильников. На этих чувствительных к стоимости, высокообъемных рынках сегментные ЖК-дисплеи являются предпочтительным выбором.
• Автомобильная электроника: Хотя современные приборные панели автомобилей все чаще используют полноцветные ЖК-экраны, сегментные ЖК-дисплеи по-прежнему применяются в базовых моделях или в определенных функциональных областях (например, управление кондиционером, часы) благодаря их высокой надежности и характеристикам работы в широком диапазоне температур.

Технические сходства и различия с символьными ЖК-платами

В области недорогих дисплеев символьная ЖК-плата является еще одним распространенным выбором. Она имеет сходства с сегментными ЖК-дисплеями, но основное различие заключается в гибкости отображаемого содержимого.

• Символьная ЖК-плата обычно управляет точечно-матричным символьным модулем, например 16x2 (2 строки, 16 символов в строке). Она поставляется со встроенным ПЗУ генератора символов, которое хранит стандартный набор символов ASCII. Пользователям достаточно отправить коды символов, и модуль автоматически отобразит соответствующие буквы, цифры или символы. Ее преимущество заключается в возможности отображения стандартного текста без специальной оснастки, что делает ее идеальной для приложений, требующих простых меню или информационных дисплеев.
• С другой стороны, печатные платы для сегментных ЖК-дисплеев управляют полностью настраиваемым содержимым дисплея. Дизайн каждой иконки и каждой цифры должен быть предопределен на этапе проектирования и изготовлен в маске. Это обеспечивает чрезвычайно высокую свободу дизайна, позволяя создавать уникальные интерфейсы дисплея, которые лучше соответствуют эстетике продукта и идентичности бренда.

Что касается дизайна печатных плат, печатные платы для символьных ЖК-дисплеев обычно служат стандартизированным модулем, в то время как печатные платы для сегментных ЖК-дисплеев требуют уникальных схем трассировки, адаптированных для каждого индивидуального ЖК-стекла.

Производственные преимущества HILPCB для печатных плат сегментных ЖК-дисплеев

Как профессиональный производитель печатных плат, HILPCB предоставляет высококачественные решения для печатных плат сегментных ЖК-дисплеев клиентам по всему миру. Наши преимущества включают:

• Процесс прецизионного производства: Мы используем передовые производственные линии, способные точно контролировать ширину и расстояние между дорожками, обеспечивая безупречные соединения с микросхемами драйверов ЖК-дисплеев и стеклянными подложками, исключая риски обрывов или коротких замыканий.
• Надежная цепочка поставок материалов: Мы сотрудничаем с ведущими поставщиками подложек, чтобы предложить клиентам различные варианты, от стандартного FR-4 до специальных высокопроизводительных материалов, обеспечивая стабильную работу в различных средах.
• Комплексные услуги по сборке: Помимо производства голых печатных плат, HILPCB также предоставляет комплексные услуги по сборке под ключ. Мы занимаемся монтажом микросхем драйверов, бондингом по технологии Chip-on-Board (COB) и пайкой всех других электронных компонентов, поставляя полностью протестированные функциональные модули, что значительно упрощает управление цепочкой поставок для клиентов.
• Глубокая техническая экспертиза: Наша команда инженеров преуспевает не только в производстве печатных плат, но и в технологии дисплеев. Будь то интеграция эффективных схем драйверов светодиодной подсветки или решение сложных задач трассировки, мы предлагаем профессиональные консультации и поддержку. Даже для проектов по модернизации, таких как замена устаревших инверторных печатных плат CCFL, мы предлагаем зрелые решения.

Получить предложение по печатным платам

Будущие тенденции в технологии сегментных ЖК-дисплеев

Несмотря на появление новых технологий, таких как OLED и Micro-LED, сегментные ЖК-дисплеи остаются прочно позиционированными и будут продолжать развиваться в будущем.

1. Высшая степень интеграции: Будущие микросхемы драйверов будут интегрировать больше функций, таких как сенсорное управление и определение температуры, что сделает конструкции печатных плат сегментных ЖК-дисплеев более компактными и мощными.
2. Инновации со сверхнизким энергопотреблением: С ростом популярности IoT и носимых устройств требования к сроку службы батареи становятся все более строгими. Новые жидкокристаллические материалы и технологии управления еще больше снизят энергопотребление, обеспечивая работу в течение многих лет от одной батарейки-таблетки.
3. Гибкость и нестандартные формы: Применение гибких подложек позволит сегментным ЖК-дисплеям соответствовать изогнутым поверхностям, открывая больше возможностей для дизайна продукции.

В отличие от графических ЖК-плат, которые требуют сложных плат контроллеров синхронизации и высокоскоростных интерфейсов данных, путь развития сегментных ЖК-дисплеев будет по-прежнему сосредоточен на их основных преимуществах: предельной простоте, энергоэффективности и экономичности.

Заключение

Таким образом, хотя технические принципы сегментных ЖК-плат относительно просты, их роль в современных электронных продуктах имеет решающее значение. Благодаря беспрецедентно низкому энергопотреблению, высокой надежности и экономичности они обеспечивают четкие и интуитивно понятные человеко-машинные интерфейсы для бесчисленных устройств. От точного проектирования топологии печатной платы до эффективной интеграции схем управления и подсветки — каждый шаг проверяет опыт и мастерство производителей. Обладая многолетним глубоким опытом и техническими наработками в области производства печатных плат для дисплейных технологий, HILPCB стремится предоставлять клиентам высококачественные решения для сегментных ЖК-плат. Мы понимаем, что исключительная печатная плата является краеугольным камнем успешного дисплейного продукта. Если вы ищете надежного партнера для производства основной схемы дисплея для вашего следующего продукта, HILPCB станет вашим идеальным выбором. Мы с нетерпением ждем сотрудничества с вами для создания будущего четких, эффективных и надежных дисплеев.

Related links

• печатных плат FR-4
• одно/двухслойных печатных плат
• печатные платы с металлическим сердечником
• сборке под ключ