Дисплеи калькулятора

Оригинал статьи вы найдете по адресу http://www.vintagecalculators.com/html/calculator_displays.html

Тип дисплея, используемого в калькуляторе, зависел от технологии, доступной в то время, стоимости дисплея, потребляемой мощности дисплея, если он используется в портативной машине, и разборчивости дисплея. Простая временная шкала для дисплеев:

Начало 1960-х годов – (1) трубки с числовым индикатором с холодным катодом, такие как трубки «Никси», (2) электронно-лучевые трубки (ЭЛТ) и (3) лампы накаливания, были единственными доступными технологиями отображения.

Около 1967 г. – (4) Вакуумные люминесцентные лампы были впервые разработаны Sharp.

1971 – (5) Светодиоды (светодиоды), впервые использованные в коммерческом калькуляторе – Busicom LE-120 “Handy”.

1971 – (6) Жидкокристаллические дисплеи первого поколения (LCD), используемые в коммерческом калькуляторе – Rockwell.

1973 – (7) Представлены жидкокристаллические дисплеи второго поколения.

На этой странице, нажмите на элемент в списке ниже, чтобы перейти в этот раздел

1) Трубки с числовым индикатором с холодным катодом (трубки “Nixie”).

2) Дисплеи с электронно-лучевой трубкой (ЭЛТ).

3) Лампы накаливания.

4) Вакуумные флуоресцентные дисплеи (VFD).

5) Светодиодные (LED) дисплеи.

6) Жидкокристаллические дисплеи (ЖК-дисплеи).

7) Война дисплеев.

8) Определение типа дисплея по цвету.

См. Также отличную статью Рика Ферра «Электронные дисплеи – обзор технологий» в разделе «Сбор калькуляторов» на этом сайте.

1) Tрубки с цифровым дисплеем с холодным катодом

Часто упоминается как “трубы Никси”

Дисплей с лампой и холодным катодом

Используются трубки с холодным катодом калькулятора Anita 1011LSI. Обратите внимание также на маленькие неоновые лампы, используемые для обозначения десятичной точки (третий справа находится под напряжением).

Ламповые дисплеи с холодным катодом были разработаны в начале 1950-х годов и использовались в первом электронном настольном калькуляторе Anita Mk VII 1961 года. Для получения высокого напряжения и высокого энергопотребления они продолжали использоваться в начале 1970-х годов в калькуляторах с питанием от переменного тока. Их использование в калькуляторах с батарейным питанием редко; Одним из примеров является Anita 1011B LSI.

Индикаторная лампа с холодным катодом и неоновая лампа работают по одному принципу.

Простая неоновая индикаторная лампа состоит из герметичной стеклянной трубки с двумя близко расположенными не нагретыми электродами, анодом и катодом. Трубка содержит неоновый газ под очень низким давлением вместе с небольшим процентом паров ртути. Они часто используются в розетках переменного тока, чтобы показать, что они включены.

Газ в трубе изначально действует как изолятор, и, поскольку напряжение между анодом и катодом увеличивается, ток практически не протекает. Однако небольшое количество газа в трубке будет ионизировано естественными космическими лучами, радиоактивностью или окружающим светом в положительные ионы и отрицательные электроны. Электрическое поле, приложенное к электродам, заставит положительные ионы двигаться к катоду, а электроны – к аноду. При увеличении приложенного напряжения они начинают двигаться все быстрее и быстрее, сталкиваясь с другими атомами газа и ионизируя их, сбивая электроны.

При «ударном» или «зажигательном» напряжении ионы и электроны движутся с такими высокими скоростями, что лавина дополнительных ионов и электронов возникает при всех столкновениях. Это приводит к сильному току, который постоянно контролируется внешним резистором, и янтарному свечению на катоде.

Индикаторная лампа с холодным катодом представляет собой неоновую лампу с несколькими катодами. Каждый катод имеет форму одной из цифр от 1 до 9, и они установлены в близко расположенном стеке.

Перед стопкой находится анод, сформированный из открытой сетки, видимой на фотографии выше. При подаче напряжения удара между решеткой анода и любым из катодов образуется разряд, и газ вокруг катода светится. Поскольку катод имеет форму цифры, свечение также имеет форму этой цифры – см. Фотографии.

При использовании можно видеть, что числа находятся в стеке, поскольку некоторые числа оказываются дальше в трубе, чем другие числа.

Срок службы цифровой дисплейной трубки в значительной степени зависит от продолжительности времени, в течение которого разряд поддерживается на одном катоде (т.е. число). Это связано с тем, что в любом газоразрядном устройстве катод подвергается постоянной ионной бомбардировке, которая удаляет материал с катода и откладывает его в другом месте трубки. Такое «распыление» неизбежно, но оно ограничивается поддержанием пикового тока на минимально возможном уровне, что согласуется с видимостью дисплея.

Если индикаторная трубка постоянно светится одним катодом (т. Е. Постоянно отображается одно число), то материал с этого катода распыляется. Это лишь немного влияет на свечение этого катода, но распыленный материал попадает на другие катоды и влияет на ток, необходимый для их свечения, и может привести к неравномерному освещению.

Если разрядка периодически повторяется между персонажами, это дает значительно улучшенный срок службы, поскольку каждый катод, хотя и получает некоторое количество распыленного материала, подвергается очищающему действию бомбардировки.

Обычные цифры, приведенные в опубликованных данных для срока службы трубки с числовым индикатором, составляют 5000 часов с непрерывным отображением одного символа и 30000 часов при последовательном переходе от одной цифры к следующей каждые 100 часов или менее.

Трубки с цифровым дисплеем с холодным катодом часто называют трубками «Nixie», хотя это было торговое название корпорации Burroughs, которая была ранним разработчиком этой технологии. Другие используемые названия: трубки Pixie и трубки Numicator.

Некоторые модели Sanyo начала 1970-х годов используют газоразрядные трубки, показанные выше и ниже, которые на первый взгляд кажутся лампами накаливания. Однако блестящие провода на самом деле являются электродами, а окружающий черный металл является другим электродом, выполненным в виде 7-сегментных дисплеев. Они работают так же, как маленькие неоновые лампы, поэтому при приложенном напряжении около 60 В вокруг проволочного электрода под напряжением образуется янтарный разряд, как показано ниже.

Стоимость трубки Берроуза Никси в 1971 году составляла около 2 долларов за лот 10 000, что делало их очень конкурентоспособными. Однако их размеры и высокие требования к мощности и напряжению были недостатками.

Примерно в это же время Берроуз представил дисплей Panaplex, отображающий несколько цифр в одной плоской трубе, см. Ниже. Также основанный на технологии с холодным катодом, он использовал знакомые 7 сегментов для производства каждой цифры, и требовал меньше ручной сборки во время производства и поэтому был дешевле на цифру. Это также позволило более эффективно использовать пространство, чтобы можно было упаковать больше цифр в меньший размер. Хотя Panaplex более распространен в настольных калькуляторах, он также использовался в некоторых портативных калькуляторах. См. Compucorp 324G и Keystone 88.

Выше показан дисплей Burroughs Panaplex, используемый в портативном калькуляторе Keystone 88 примерно 1974 года. Цифры больше, чем у светодиодов того времени.

Выше показаны стеклянные пластины из сэндвич-панелей Panaplex. Задняя часть имеет герметичный стеклянный ниппель, в котором вакуум был достигнут во время производства.

Эта фотография показывает, что в зависимости от того, как окружающий свет падает на неосвещенный дисплей Panaplex, он типично показывает отдельные 7 сегментов каждой цифры или ячейку каждой цифры.

Выше другой, менее распространенный, янтарный газоразрядный дисплей. Этот пример сделан NEC (Nippon Electric Company) и находится в ручном калькуляторе Sanyo ICC-809.

2) Дисплеи с электронно-лучевой трубкой (ЭЛТ)

Калькулятор Friden EC-132 с дисплеем Cathode Ray Tube (CRT) и 4 строками расчета.

Катодно-лучевая трубка используется с 1920-х годов и до недавнего времени широко использовалась в телевизорах, радиолокационных дисплеях и осциллографах. Его первое использование в настольном калькуляторе было в Friden EC-130 (начало 1964 г.) и EC-132 (с квадратным корнем).

Хотя ЭЛТ могут отображать несколько строк расчета, они громоздки и предъявляют высокие требования к мощности, что ограничивает их использование несколькими настольными калькуляторами с питанием от переменного тока середины и конца 1960-х годов.

Четыре линии на ЭЛ-132.

На приведенной выше фотографии показана типичная форма бутылки раннего ЭЛТ-инструмента и металлический экранирующий корпус. Любой, кто видел внутри современного телевизора или компьютерного монитора (опасность – очень высокое напряжение, присутствующее при использовании), видел гораздо более толстые, сквотированные версии, которые они использовали.

Справа от трубки находится электронная пушка, где нагретая нить создает облако электронов. Они фокусируются в пучок и ускоряются к флуоресцентному экрану слева с помощью анода с высоким положительным напряжением. Луч отклоняется, чтобы записать поток электронов на флуоресцентном дисплее и получить видимые числа.

Эти трубки с ЭЛТ-дисплеем использовались в нескольких калькуляторах середины и конца 1960-х годов, включая Friden EC-130, Friden EC-132, Hewlett Packard HP9100A.

3) Лампы накаливания Лампы Дисплеи

Лампы накаливания использовались двумя разными методами.

Способ 1 – Семисегментные дисплеи.

Каждая цифра использует 7 отдельных нитей, расположенных по знакомой схеме, чтобы можно было отображать все числа от 0 до 9. Очень немногие калькуляторы использовали этот тип дисплея, который можно легко спутать с янтарными лампами для числового дисплея с холодным катодом, показанными выше в разделе 1.

Способ 2 – Дисплейные модули «Light-Pipe».

Каждая цифра состоит из стопки прозрачных плоских пластиковых листов, каждая из которых содержит одну цифру (от 0 до 9). Когда лист освещается на его конце небольшой лампой накаливания, свет проходит вдоль листа и рассеивается по выгравированному числу, которое затем можно увидеть довольно ярко.

«Световые трубки» дисплейных модулей Canon Canola 130S, примерно с 1968 года.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Различные цифры отображаются с помощью световых модулей дисплея Canon Canola 130S.

На приведенных ниже фотографиях показан аналогичный, хотя и более крупный модуль дисплея с «легкой трубой», чем у Canon Canola 130S, который имеет более компактный дизайн, но работает идентичным образом.

Снятие крышки открывает стопку пластиковых световых трубок, по одному на каждое число от 0 до 9 в этом модуле. Листы с десятичными точками также могут быть установлены.

Каждый лист несет его номер, отмеченный в массиве конических ям на его поверхности. Когда источник света попадает на край короткой стороны листа, источник света направляется за угол, как в случае с волоконной оптикой, и освещает ямы, и поэтому число видно.

Нижняя часть модуля может быть удалена, чтобы можно было заменить крошечные лампы накаливания. Есть одна лампа, чтобы осветить каждый лист “световой трубы”. Такое расположение позволяет составлять числа близко друг к другу, когда они освещаются относительно громоздкими лампами накаливания.

Эти модули цифровых дисплеев с «легкой трубой» требуют только низковольтного привода ламп накаливания. Но у ламп есть недостатки, связанные с высоким энергопотреблением (хотя это не большая проблема в калькуляторе переменного тока), коротким сроком службы и медленным откликом. Они использовались только в нескольких настольных калькуляторах переменного тока в конце 1960-х – начале 1970-х годов.

4) Вакуумные флуоресцентные дисплеи (VFD)

В июне 1967 года журнал «Электроника» сообщил, что японские производители калькуляторов боролись с высокими лицензионными платежами, которые запрашивала корпорация Burroughs, когда они производили копии своих трубок Nixie. Это привело к тому, что вакуумные флуоресцентные дисплеи (VFD) были разработаны в Японии совместно Hayakawa (Sharp) и Ise Electronics Co. Эти трубки «Digitron» были впервые использованы в калькуляторе Sharp Competition CS-16A, выпущенном в конце 1967 года.

Вакуумные флуоресцентные дисплеи в японских калькуляторах, сделанные в конце 1960-х и начале 1970-х годов, часто имеют стилизованные цифры и нули половинной высоты, как показано выше, что показывает 1234567.0. Нули половинной высоты делают дисплей более читаемым, когда калькулятор не имеет подавления начального нуля.

В журнале «Электроника» поясняется: «Для настольного калькулятора цифровые рисунки трубок были переработаны для лучшей читаемости. Например, «0»имеет только половину высоты других цифр. Таким образом, строка «0» перед первым значащим числом на дисплее больше не будет неприятностей, и нет нужды их убирать».

VFD по-прежнему используются по сей день в калькуляторах, видеомагнитофонах, системах Hi-Fi и другом оборудовании, где светится дисплей. Эти дисплеи достаточно яркие, а их требования к питанию/напряжению умеренные, поэтому они широко использовались как в калькуляторах переменного тока, так и в батареях, но теперь ограничиваются почти исключительно калькуляторами переменного тока.

Вакуумный флуоресцентный дисплей первого поколения (VFD) с использованием отдельной трубки для каждой цифры. Каждая трубка показывает флуоресцентные аноды, расположенные в стандартных 7 сегментах, вместе с десятичной точкой и очень коротким сегментом, чтобы «4» выглядели лучше.

Вакуумные флуоресцентные дисплеи (VFD) можно рассматривать как уплощенные электронно-лучевые трубки (см. Раздел выше).

В оригинальном дизайне каждая цифра дисплея требовала отдельной трубки. Спереди два тонких параллельных провода, растягивающие высоту трубок, образуют катод и нагреваются до такой степени, что они испускают электроны, но не светятся. Обычно имеется семь анодов, расположенных в типичном 7-сегментном шаблоне, так что могут быть сгенерированы все числа от 0 до 9.

При подаче напряжения между любыми анодами и катодом электроны притягиваются к аноду и ускоряются с высокой скоростью. Аноды покрыты флуоресцентным покрытием, которое ярко светится при попадании электронов. Получаемый цвет обычно зеленый или синий, хотя современные дисплеи для систем Hi-Fi производят другие цвета, такие как белый, красный, желтый.

Между анодом и катодом находится открытая сетка. Приложение отрицательного напряжения к сети полностью отключает цифру.

Первоначально каждая цифра дисплея требовала отдельной трубки дисплея – они использовались как в моделях с питанием от переменного, так и с батарейным питанием.

Следующей разработкой было сокращение затрат путем сжатия всех цифр в одну длинную горизонтальную трубу. Последние разработки должны были покончить с трубкой и упаковать все в стеклянную упаковку.

Вакуумный флуоресцентный дисплей второго поколения со всеми цифрами в одной круглой трубке.
Вакуумный флуоресцентный дисплей третьего поколения с разборным блоком между стеклянными пластинами.
Вакуумный флуоресцентный дисплей четвертого поколения в плоской упаковке, выполненный сваркой куполообразного куска стекла на плоский.
Вакуумные флуоресцентные дисплеи получили гораздо большее развитие, что видно на фотографии выше дисплея современной звуковой системы Hi-Fi.

5) Светодиодные (LED) дисплеи

Светодиодный дисплей с интенсивным красным цветом.

Светодиодный дисплей появился в продаже в конце 1960-х годов. American Calculator Corp. из Далласа объявил о первом использовании светодиодных дисплеев в калькуляторе в конце 1970 года. Журнал «Электроника» заявил, что «на его дисплее используются восемь светоизлучающих диодов на основе арсенидфосфида монсанто галлия». Однако в апреле 1971 года было объявлено, что компания обанкротилась, поэтому, возможно, она никогда не продавалась в коммерческих целях. Первым калькулятором со светодиодным дисплеем, который был успешно продан на рынке, был маленький Busicom LE-120 “Handy” в начале 1971 года.

Основанный на полупроводниковых материалах, светодиодный дисплей очень совместим с интегральными схемами калькулятора и имеет умеренно низкое энергопотребление.

Первоначальными проблемами были высокая стоимость и маленький размер персонажей. При крупномасштабном производстве цена быстро снижается. Небольшой размер символа был уменьшен путем размещения перед собой отлитых пластиковых увеличительных линз, как это видно ниже, однако это дает узкий угол обзора. Из-за небольшого размера светодиодных дисплеев они очень редко использовались в настольных калькуляторах 1970-х годов.

Светодиод в конечном итоге пропал на жидкокристаллическом дисплее (ЖКД, см. Ниже), который потребляет гораздо меньше энергии (он пассивен и не излучает свет) и имеет больший размер при небольших дополнительных затратах.

Ранний 8-значный светодиодный дисплей в Commodore Minuteman 2 с использованием отдельных 7-сегментных модулей массива. Девятый модуль слева показывает знак «-» и индикацию переполнения.

Ранний 8-значный светодиодный дисплей. Он имеет девять голых 7-сегментных светодиодных чипов, установленных на двух держателях, и не использует увеличительные линзы. Крайняя левая матрица обеспечивает знак “-” и индикацию переполнения.
Светодиодный модуль показывает типичное пластиковое литье с увеличительными линзами.
Светодиодный модуль, показывающий 7-сегментные светодиодные матрицы, просматриваемые через увеличительные линзы.
Светодиодный модуль показывает номер 12345678 отображается. Массив слева используется для отображения знака минуса и других символов, например, для обозначения переполнения.

6) Жидкокристаллические дисплеи (ЖК-дисплеи)

ЖК-дисплей первого поколения с серебристыми цифрами на темном фоне.

Жидкокристаллические дисплеи (ЖК-дисплеи) были разработаны в конце 1960-х и начале 1970-х годов. Французская Thomson-CSF была одной из компаний, участвовавших в их разработке, и в начале 1971 года продемонстрировала калькулятор с 16-значным ЖК-дисплеем (фотография в «Электронике», 24 мая 1971 года). Однако в то время они продавали дисплей по цене 10 долларов за цифру, поэтому он был бы дорогим и, вероятно, не продавался в коммерческих целях. Busicom анонсировал жидкокристаллическую версию LE-120 (сам по себе первый успешный светодиодный калькулятор) в 1971 году, но, похоже, он никогда не продавался на коммерческой основе.

Первое успешное использование ЖК-дисплеев в калькуляторах, по-видимому, было в моделях, сделанных Rockwell для Lloyds (Accumatic 100), Rapid Data (Rapidman 1208LC) и Sears в 1972 году. Они используют дисплеи, которые работают в пропускающем режиме и требуют подсветки. Таким образом, устраняя большую часть преимущества низкого энергопотребления.

Sharp также был пионером в калькуляторах, использующих ЖК-дисплеи, и в 1973 году представил свою технологию COS (Crystal On Substrate или Calculator On Substrate) в Sharp EL-805.

Настоящий калькулятор COS имеет печатную плату, которая выглядит как стеклянная, как показано слева, если смотреть сзади калькулятора. ЖК-дисплей сформирован непосредственно на этой монтажной плате, которая также несет по меньшей мере два слоя проводящих дорожек, разделенных белым изолирующим лаком, и электронные компоненты. Пользователь фактически просматривает плату при просмотре дисплея. Обратите внимание, что в стеклянной монтажной плате нет отверстий, все компоненты предназначены для поверхностного монтажа.

Использование стеклянной платы было тупиковой ситуацией при разработке калькуляторов, а технология COS использовалась только в небольшом количестве моделей калькуляторов Sharp середины 1970-х годов. Последующие модели Sharp с ЖК-дисплеями имеют обычные печатные платы, хотя модули ЖК-дисплеев имеют конструкцию, аналогичную секции дисплея на стеклянных печатных платах.

ЖК-дисплеи имеют большое преимущество в виде очень низкого энергопотребления, поскольку они являются пассивными дисплеями, которые изменяют отражение окружающего света, а не активно генерируют свет.

Было много дискуссий о стабильности раннего жидкокристаллического материала, что было оправдано, так как многие калькуляторы периода с этим типом отображения больше не показывают числа должным образом.

ЖК-дисплей второго поколения с черными цифрами и желтым фоном – желтый на самом деле является фильтром перед дисплеем для поглощения ультрафиолетового света и продления срока службы жидкокристаллического материала.

Достижения в области жидкокристаллического материала значительно улучшили его стабильность, устраняя необходимость в желтом ультрафиолетовом поглощающем фильтре. Эти ЖК-дисплеи третьего поколения используются для дисплеев современных портативных калькуляторов и в сочетании с современными технологиями интегральных схем приводят к тому, что калькуляторы работают годами на одной кнопке или только на солнечной энергии.

ЖК-дисплей третьего поколения с черными цифрами на сером фоне.

7) Войны дисплеев

В конце 1960-х и 1970-х годов было много дискуссий о наилучшем типе дисплея для калькуляторов, особенно с учетом того, что были внедрены новые технологии, и в результате экономия от масштаба привела к ценовой конкуренции.

Технологией отображения, используемой в 1960-х годах, в подавляющем большинстве случаев являлась разрядная числовая трубка с холодным катодом, характерная для трубки Берроуза «Никси», янтарного цвета. К 1971 году трубы такого типа можно было купить в количестве от 1 до 2 долларов за цифру.

Несколько калькуляторов, в основном из Фридена, использовали электронно-лучевые трубки (ЭЛТ), которые могли бы экономично дать несколько строк цифр.

Тем не менее, около 1967 года японские производители калькуляторов вступили в спор с Burroughs Corp., обладателем патента на технологию трубок Nixie, из-за суммы гонорара, выплачиваемого за использование трубок [1]. Берроуз хотел роялти около 45 центов за трубу, в то время как японские производители хотели платить не более 16 центов за трубу. Это привело к появлению в конце 1960-х годов совместно с Хаякавой (Sharp) и Ise Electronics Co в Японии вакуумных флуоресцентных дисплеев (VFD) зеленого / синего цвета. Имея пониженные требования к питанию / напряжению и яркий дисплей, они заменили трубки с холодным катодом типа «никси», особенно среди японских производителей, в 1970-х годах. Дисплеи этого типа также широко использовались в портативных калькуляторах до конца 1970-х годов, и они остаются единственными светоизлучающими дисплеями, которые до сих пор используются в некоторых настольных калькуляторах с питанием от переменного тока.

Светодиодные (LED) дисплеи были введены в коммерческую эксплуатацию в 1967 году, но изначально они были очень дорогими и стоили около 60 долларов США за цифру. К 1971 году в количестве 1000 штук светодиодные дисплеи высотой 1/8 дюйма можно было купить за 3,95 долл. США каждый [2].

Хотя светодиод стоил дороже, чем цифровая трубка дисплея, он имел преимущества небольшого размера, низкого напряжения и более низкого энергопотребления, что делало его очень подходящим для недавно появившихся миниатюрных карманных калькуляторов. Поначалу цены на светодиоды хотя и были высокими, но и снизились, поскольку объемы производства увеличились, и на рынок вышли конкуренты. В течение года или двух после их появления в калькуляторах в 1971 году они широко использовались в ручных калькуляторах до конца 1970-х годов, когда они были в значительной степени заменены жидкокристаллическими дисплеями (ЖК-дисплеями).

Все светоизлучающие дисплеи имеют тот недостаток, что их трудно читать при ярком окружающем освещении. Они также должны использовать энергию для генерации света, но энергопотребление часто можно снизить путем их пульсации, что может дать такую ​​же кажущуюся яркость при более низком среднем токе.

Жидкокристаллический дисплей (ЖКД), также представленный в калькуляторах в 1971 году, требовал менее технической производственной среды и более дешевых материалов, чем светодиоды, и поэтому его можно было сделать намного дешевле. У него также были крошечные требования к питанию, а отражающая способность была легко читаемой при любом нормальном освещении офиса и при полном солнечном свете. Однако ранние производственные проблемы, медленная скорость реакции ранних жидких кристаллов и опасения относительно срока службы и температурной стабильности жидкокристаллического материала поддерживали его широкое признание до середины 1970-х годов. Тогда не было остановки ЖК-дисплея, и к 1978/9 году он доминировал на рынке калькуляторов и позволял выпускать калькуляторы размером с кредитную карту.

8) Определение типа дисплея по цвету

А) Если цифры светятся –

До 1980 года не было известного калькулятора с зеленым светодиодным дисплеем – зеленые сорта были разработаны после красного сорта и были более дорогими.

Светодиодные дисплеи очень редко использовались в настольных калькуляторах.

Б) Если цифры не светятся, то калькулятор имеет жидкокристаллический дисплей (ЖК-дисплей).

См. Также отличную статью Рика Ферра «Электронные дисплеи – обзор технологий» в разделе «Сбор калькуляторов» на этом сайте.

Список литературы:

  1. «Японские гонорары Никса Райша за трубы Никси», Электроника, 26 июня 1967 г., стр. 203-204.
  2. «Специальный отчет – правильные числовые показания: решающий выбор для дизайнеров», Электроника, 24 мая 1971 г., стр. 65-72.