1, principio tecnico: caratteristiche ottiche LCD e controllo della polarizzazione
Il principio del display LCD si basa sull'interazione tra le proprietà ottiche delle molecole di cristalli liquidi e la luce polarizzata. Le molecole di cristalli liquidi sono sostanze intermedie tra liquidi e solidi e la direzione del loro asse lungo può ruotare sotto l'azione di un campo elettrico. Quando la luce passa attraverso due piastre polarizzanti (polarizzatore e analizzatore), se le molecole dei cristalli liquidi non sono sottoposte ad un campo elettrico, la luce non può passare attraverso l'analizzatore e lo schermo appare scuro; Quando il campo elettrico fa ruotare le molecole dei cristalli liquidi, la direzione di polarizzazione della luce cambia e lo schermo appare luminoso attraverso un polarizzatore. Controllando l'angolo di rotazione delle molecole di cristalli liquidi, è possibile ottenere il controllo della luminosità dei pixel, che possono quindi essere combinati in caratteri o grafica.
La chiave per implementare lo sfondo blu e il testo bianco risiede nella modalità "Display negativo" del display LCD. Nella modalità di visualizzazione negativa, il colore dello sfondo dello schermo LCD è scuro (come il blu) e i caratteri sono chiari (come il bianco). Il principio è:
Selezione della retroilluminazione: viene utilizzata la retroilluminazione bianca (come il LED). Dopo che la luce passa attraverso lo strato di cristalli liquidi, le parti che non sono bloccate dalle molecole di cristalli liquidi appaiono bianche (caratteri) e le parti bloccate appaiono del colore della retroilluminazione dopo aver attraversato il polarizzatore (sfondo blu).
Polarizzatori e materiali a cristalli liquidi: selezionando polarizzatori con lunghezze d'onda specifiche (come i polarizzatori blu) e materiali a cristalli liquidi (come i cristalli liquidi di tipo STN), è possibile ottimizzare la saturazione dello sfondo blu e la luminosità dei caratteri.
Regolazione del contrasto: regolando la tensione di pilotaggio o lo spessore dello strato LCD, è possibile controllare la differenza di luminosità tra i caratteri e lo sfondo per garantire una chiara leggibilità anche in ambienti con luce intensa.
2, metodo di implementazione: selezione dell'hardware e controllo del driver
Selezione hardware: tipo LCD e design della retroilluminazione
Per ottenere lo sfondo blu e la visualizzazione del testo bianco sul display LCD dello strumento, è necessario selezionare i seguenti aspetti hardware:
Tipo LCD: è preferibile il display LCD STN (Super Twisted Nematic) o HTN (High Twisted Nematic). Questo tipo di cristalli liquidi ha un angolo di torsione elevato (solitamente 210 gradi -270 gradi), che può ottenere un contrasto più elevato e un angolo di visione più ampio, rendendolo adatto alla modalità di visualizzazione negativa. Ad esempio, il display LCD di tipo STN può raggiungere un rapporto di contrasto superiore a 5:1 e un tempo di risposta compreso tra 250 e 350 millisecondi nel display con testo bianco su sfondo blu, soddisfacendo i requisiti di visualizzazione dinamica degli strumenti.
Design della retroilluminazione: utilizzando la retroilluminazione a LED bianca, la luce viene distribuita uniformemente attraverso una piastra guida luminosa o una pellicola di diffusione per garantire una luminosità uniforme dei personaggi. La luminosità della retroilluminazione deve essere regolata in base allo scenario di utilizzo, ad esempio gli strumenti esterni devono supportare una luminosità di oltre 1000 nit per resistere a forti interferenze luminose.
Pellicola polarizzante e filtro: attaccare la pellicola polarizzante blu su entrambi i lati dello strato di cristalli liquidi o filtrare la retroilluminazione attraverso il filtro blu per formare uno sfondo blu. Alcune soluzioni-di fascia alta adottano la tecnologia RGBW (retroilluminazione in quattro-colori rosso, verde, blu, bianco), che migliora ulteriormente le prestazioni cromatiche e l'efficienza energetica mescolando la luce bianca e blu.
Controllo dell'azionamento: regolazione della tensione e strategia di aggiornamento
Il funzionamento del display con testo bianco su sfondo blu richiede un controllo preciso dell'angolo di rotazione delle molecole di cristalli liquidi e della luminosità della retroilluminazione, con parametri fondamentali tra cui:
Tensione logica: tipicamente 4,5-5,5 volt, con un valore tipico di 5,0 volt. L'alta tensione in ingresso (VIH) deve essere maggiore o uguale a 2,4 volt e la bassa tensione (VIL) deve essere inferiore o uguale a 0,4 volt per garantire la stabilità del segnale.
Regolazione del contrasto: regolando la tensione del pin V0 (collegato a un potenziometro) per controllare lo spessore dello strato di cristalli liquidi, è possibile regolare la differenza di luminosità tra i caratteri e lo sfondo. Ad esempio, quando la tensione V0 è 3,0 volt, il contrasto è ottimale e una tensione eccessiva può causare immagini fantasma.
Frequenza di aggiornamento: il frame rate deve essere maggiore o uguale a 128 Hz per evitare sfarfallio. La visualizzazione dinamica (come lo scorrimento digitale) richiede l'uso della tecnologia di scansione-condivisa in tempo per ottenere una visualizzazione a basso-consumo commutando rapidamente più tubi digitali.
Selezione dell'IC del driver: selezionare l'IC del driver in base ai requisiti di visualizzazione. Ad esempio, il controller HD44780 supporta LCD a caratteri standard (come il modulo 1602), che può visualizzare lettere, numeri e simboli; Il driver IC grafico a matrice di punti (come ST7920) supporta la grafica personalizzata e il display cinese, rendendolo adatto per interfacce di strumenti complessi.
3, Scenari applicativi: dagli strumenti industriali all'elettronica di consumo
Il display LCD con testo bianco su sfondo blu è ampiamente utilizzato nei seguenti scenari grazie al suo contrasto elevato e alla forte leggibilità della luce:
Strumenti di controllo industriale: come manometri, termoregolatori, misuratori di flusso, ecc. Lo sfondo blu e il display del testo bianco possono ancora essere letti chiaramente in ambienti con forte illuminazione in fabbrica e la differenza visiva tra i caratteri bianchi e lo sfondo blu è conforme agli standard di progettazione industriale.
Cruscotto elettronico automobilistico: i cruscotti automobilistici tradizionali (come tachimetri e contagiri) spesso utilizzano LCD con codice di campo bianco su sfondo blu, combinato con spie rosse, per formare una chiara visualizzazione gerarchica delle informazioni. Alcuni nuovi modelli di veicoli energetici combineranno testo bianco su sfondo blu con schermo TFT-a colori per migliorare il senso della tecnologia.
Dispositivi domestici intelligenti: come contatori intelligenti, termoregolatori, dispositivi di monitoraggio ambientale, ecc. Lo sfondo blu e il display del testo bianco non sono abbaglianti in ambienti con scarsa illuminazione e la combinazione di caratteri bianchi e sfondo blu è conforme all'estetica domestica moderna.
Dispositivi portatili per esterni: come tavoli da arrampicata, strumenti topografici, ecc. Il display LCD a caratteri bianchi con sfondo blu ha una minore perdita di contrasto sotto la luce solare diretta e la riflettività dei caratteri bianchi è superiore a quella dei caratteri neri, migliorando ulteriormente la leggibilità.
