DISPLAYS (VISUALIZADORES) - Instituto Tecnólogico de La Laguna

DISPLAYS (VISUALIZADORES)
TIPOS DE TECNOLOGIA DE FABRICACION
FLUORESCENTES AL VACIO.- Constan de tubos de vacío con ánodos recubiertos de
fósforo. Cuando circula corriente por los filamentos, estos liberan electrones que bombardean los
ánodos ocasionando que emitan luz.
PLASMA CC.- Se basa en la ionización del gas neón contenido en un recipiente cerrado.
Cuando se aplica un voltaje elevado de c.c. entre las terminales A y K el gas empieza a ionizarse,
emitiendo una intensa luz de color naranja.
CRISTAL LIQUIDO (LCD).- Utilizan compuestos de fluidos orgánicos cuyas propiedades
de transmisión de luz se pueden alterar al aplicar un voltaje de c.c. o c.a. y la forma de segmento
ó punto aparece a la vista en contraste con los alrededores. No emiten luz por si mismos y no se
ven en la oscuridad.
INCANDECENTES.- Están construidos a partir de filamentos individuales de tungsteno
sellados en recipientes de vidrio. Al pasar corriente por un filamento ocasiona el calentamiento e
iluminación con luz blanca.
VLED.- Son arreglos con leds redondos o rectangulares colocados lado a lado dependiendo
del tipo y forma del visualizador.
COMPARACIÓN DE LAS CARACTERÍSTICAS DE LOS DISPLAYS
Característic
LED
Al vacío
as
Brillo
Bueno a
Bueno
excelente
Colores
Rojo, naranja, Rojo,
amarillo
amarillo,
verde y azul
7 – 16 seg.
Tipo de
7 – 16 seg.
Matriz de
caracteres
Matriz de
puntos
puntos
Temperatura -40° a 85°
0° a 55°
Voltaje
1.6v a 5v
10 a 35
(Vcd)
Potencia/dígit 10 a 250 mW 20 a 250 mW
o
Tiempo de
50 a 500
1 a 10 µSeg.
respuesta
nSeg.
Tiempo de
100 000 hr.
50 000 hr.
vida
Plasma
Bueno a
excelente
naranja
7 – 16 seg.
Matriz de
puntos
0° a 55°
125 a 180
(Vcd)
175 a 750
mW
15 a 500
µSeg.
50 000 hr.
Cristal
Incandescent
líquido
es
No disponible Cualquiera
Iluminación
externa
Cualquiera
7 – 16 seg.
7 – 16 seg.
Matriz de
puntos
-20° a 60°
-40° a 85°
3 a 20 (Vcd) 3 a 5 (Vcd)
10 a 250 mW 100 a 700
mW
50 a 200
10 mSeg.
mSeg.
50 000 hr.
1000 a 20
000 h
La tecnología del Display con LED es relativamente nueva comparada con algunas técnicas
listadas arriba. Basado en el uso, tamaño, y en los requerimientos de manejo, estos Displays se
pueden dividir en cuatro categorías:
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1.
2.
3.
4.
Displays con C. I. Integrado.
Displays de siete segmentos.
Displays monolíticos (con burbujas magnificadoras).
Displays de matriz de puntos.
La más prominente característica de los Displays es el arreglo físico de los elementos. Este
arreglo o patrón es importante no solo por el tipo de información a transmitir sino por la
complejidad del soporte electrónico requerido por el Display. La figura 89 muestra los patrones
más comunes en los Displays, los patrones A y C son los mas usados, el A para información
numérica y el C para información alfa-numérica.
La porción visible que representa el Display en un sistema electrónico es solo la mínima parte
que convierte códigos eléctricos en información visual. La figura 90 muestra un diagrama típico
de un subsistema de Display.
Figura 90. Subsistema típico de Display.
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Figura 89. Patones más comunes usados en Displays con LED’s.
Para muchas aplicaciones, es deseado un subsistema de Display empacado separadamente y
con una configuración compacta a distancia de la fuente de datos. A la configuración de este tipo
se le llama OBIC por sus iniciales en ingles.
El costo de una configuración OBIC es mayor que aquella que en su interior no tienen C.I.
Hay algunas ventajas de este tipo de configuración que compensan el costo inicial:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Las conexiones entre los C.I. integrados son reducidas y disminuyen a medida que
aumenta la integración.
El diseño de sistema de Display es simplificado.
Los costos de manufactura y el tiempo requerido para ensamble se han reducido al
mínimo.
La confiabilidad en el Diasplay se ha incrementado considerablemente.
Menos espacio requerido para montar el sistema de Display.
Este sistema puede ser modificado a una matriz de 4x7 y se añaden mas funciones.
La figura 91 muestra un Display del tipo OBIC y la figura92 muestra la corrección para
convertir un OBIC en matriz de 4X7.
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Figura 91. Display tipo OBIC.
Figura 92. Display de matriz de 4x7 partiendo de un Display OBIC:
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Los Displays de siete segmentos tienen LED’s encapsulados en cavidades especiales de forma de
cono rectangular donde el LED esta en la parte más estrecha al fondo, la parte de arriba forma un
segmento del Display como se muestra en la figura 93. La figura 94 muestra un corte de un
segmento del Display.
Figura 93. Técnica de ensamble de un Display de 7 segmentos.
Figura 94. Corte de un segmento.
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Es simple el método para manejar un Display de siete segmentos, este tiene un decoder/driver
por cada digito. La figura 95 muestra lo sencillo de este concepto.
Figura 95. Diagrama a bloques de un drive para Display de 7 segmentos.
El más eficiente método para manejar un Display de varios dígitos es multiplexarlo como se
muestra en la figura 96.
Figura 96. Diagrama a bloques para un Display de seis dígitos multiplexado
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Los Displays monolíticos representó uno de los grandes segmentos de la industria
optoelectronica. Este tipo de Displays tenia el mayor uso en calculadoras y relojes. Esta
aplicación actualmente paso a los Displays de cristal liquido. El Display monolítico difiere del
Tradicional LED en que tiene un sustrato común (es de cátodo común) y el material p esta
difundido y formando los segmentos como se muestra en la figura 97. Estos Display tienen
generalmente una lente que permite que se vea el digito de mayor tamaño, la figura 98 muestra
los dos tipos de construcción mecánica de Display monolítico.
Figura 97. LED monolítico.
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(a)
(b)
Figura 98. Forma de construcción de un LED monolítico. (a) Con LED dentro de la lente.
(b) Con LED fuera de la lente.
La figura 99 muestra el arreglo de los LED’s de un digito de un Display de matriz de 5x7, la
línea de los renglones se conecta a los ánodos de los LED’s y están designadas por números
Romanos (I-VII). Las columnas están conectadas a los cátodos de la columna particular (A-E).
Cada elemento de la matriz tiene un modo de ser designado de acuerdo al renglón y la columna.
La generación de la información de los caracteres se vuelve más compleja que las técnicas de
los anteriores Displays. En el arreglo 5x7 se puede hacer de 5 o 7 pasos de dato donde están
presentes en una secuencia como se muestra en la figura 100.
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Figura 99. Matriz de LED’s de 5x7.
Figura 100. Generación del digito. (a) Usando renglones (b) Usando columnas.
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La figura 101 muestra un diagrama a bloques para un Display alfanumérico. De 5x7 manejado
por columnas.
Figura 101. Diagrama a bloques de una Display de 5x7 manejado por columnas.
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DISPLAYS DE CRISTAL LIQUIDO (LCD)
El Display de cristal líquido tiene la gran ventaja de ofrecer un requerimiento menor de
potencia que el LED. El valor de esta cantidad para dicho LCD se encuentra en el orden de
microwatts, en comparación con el orden de miliwatts correspondiente al LED. Sin embargo, esto
requiere una fuente luminosa externa o interna, a una temperatura entre 0o y 60° C cuya duración
requiere atención para evitar que los LCD se degraden químicamente. Los tipos que reciben
mayor atención en la actualidad son las unidades de efecto de campo y de dispersión dinámica.
Ambos se cubrirán con cierto detalle en esta sección.
Un cristal líquido es un material (por lo general orgánico para los LCD) que fluirá como un
líquido, pero cuya estructura molecular tiene algunas propiedades que se asocian normalmente a
los sólidos. En las unidades de dispersión luminosa, el mayor interés se encuentra en el cristal.
Líquido nemático, cuya estructura cristalina se presenta en la figura 102. Las moléculas
individuales tienen una apariencia alargada como se muestra en la figura. La superficie
conductora de óxido de indio es transparente y, en las condiciones indicadas en la figura, la luz
incidente simplemente atravesará y la estructura del cristal líquido aparecerá clara. Si se aplica un
voltaje (para las unidades comerciales el nivel umbral se encuentra casi siempre entre 6 y 20 V)
entre las superficies conductoras, como se muestra en la figura 103, el arreglo molecular se
distorsiona, con el resultado de que se establecerán las regiones con diferentes índices de
refracción. Por tanto, la luz incidente se refleja en diferentes direcciones en la interfaz entre las
regiones de índice de refracción distintas (lo que se conoce como dispersión dinámica, que fue
estudiada primero por la RCA en 1968), con el resultado de que la luz dispersada tiene la
apariencia de un vidrio opaco. No obstante, nótese en la figura 103 que el aspecto opaco ocurre
solo donde las superficies de conducción se oponen una a la otra y que el resto de las áreas
permanecen traslúcidas.
Figura 102. Cristal liquido Nematico sin polarización aplicada.
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Figura 103. Cristal liquido nematico con polarización aplicada.
Un digito sobre un Display LCD puede tener la apariencia de segmento que se muestra en la
figura 104. El área negra es en realidad una superficie de conducción clara conectada a las
terminales de abajo para control externo. Se colocan dos máscaras similares en lados opuestos de
una capa gruesa sellada de material de cristal líquido. Si se requiriera el número2, se energizarían
las terminales 8, 7, 3, 4 y 5 y sólo se pondrían opacas las regiones correspondientes, en tanto que
las otras áreas permanecerían claras
Figura 104. Display de dígitos de 8 segmentos de LCD.
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Como se indicó antes, el LCD no genera su propia luz, sino que depende de una fuente externa
o interna. En condiciones de oscuridad sería necesario que la unidad contara con su propia fuente
luminosa interna, ya sea detrás o al lado del LCD. Durante el día, o en áreas iluminadas, puede
colocarse un reflector detrás del LCD para reflejar la luz posterior hacia el indicador y así obtener
una intensidad máxima. Para lograr una operación óptima, los fabricantes de los relojes de moda
están usando una combinación de los modos transmisivo (fuente luminosa propia) y reflexivo,
que se denomina modo transflectivo.
El LCD de efecto de campo o nemático de giro tiene la misma apariencia de segmento y la
delgada capa de cristal líquido encapsulado, pero su modo de operación es muy diferente. En
forma similar a la del LCD de dispersión dinámica, el de electo de campo puede operarse con el
modo reflexivo o transmisivo con una fuente interna. El Display transmisivo aparece en la figura
105. La fuente luminosa interna se encuentra a la derecha y el observador a la izquierda. Esta
figura resulta notablemente diferente de la figura 102 en cuanto a que hay además un polarizador
de luz. Sólo la componente vertical de la luz entrante a la derecha puede atravesar el polarizador
de luz vertical de la derecha. En el LCD de efecto de campo, la superficie conductora clara a la
derecha se graba químicamente o se aplica una película orgánica para orientar las moléculas en el
cristal líquido en el plano vertical, paralelo a la pared de la celda. Obsérvense las barras en el
extremo derecho en el cristal líquido. La superficie conductora opuesta se trata también para
asegurar que las moléculas estén 90° fuera de la fase en la dirección que se muestra (horizontal),
pero que sigan paralelas a la pared de la celda. Entre las dos paredes del cristal líquido hay un
flujo lento de una polarización a la otra, como se muestra en la figura.
Figura 105. LCD de efecto de campo transmisivo sin polarización aplicada.
El polarizador de luz del lado izquierdo es tal que también permite el paso sólo de la luz
incidente polarizada verticalmente. Si no se aplica voltaje en las superficies conductoras, la luz
polarizada verticalmente entra a la región del cristal líquido y permite 90° de deflexión de la
estructura molecular. Su polarización horizontal en el polarizador luminoso vertical del lado
izquierdo no le permite cruzarlo y el observador mira un patrón uniforme oscuro en todo el
indicador. Cuando se aplica un voltaje de umbral (de 2 a 8 V para unidades comerciales), las
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moléculas alargadas se alinean ellas mismas con el campo (perpendicular a la pared) y la luz pasa
sin el corrimiento de 90o. La luz que incide en forma vertical puede pasar entonces directamente a
través de una segunda pantalla polarizada verticalmente y el observador ve un área iluminada. El
efecto de campo de tipo reflexivo se muestra en la figura 106.
Figura 106. LCD de efecto de campo reflexivo sin polarización aplicada.
En este caso la luz que se polariza en forma horizontal en el extremo izquierdo encuentra un
filtro polarizado horizontalmente y pasa a través de él hasta el reflector, donde se refleja de nuevo
hacia el cristal líquido, deflexionando de nuevo la otra polarización vertical y regresando al
observador. Si no se aplicara voltaje, el indicador se iluminaría en forma uniforme. La aplicación
de un voltaje ocasiona una luz incidente que encuentra un filtro polarizado horizontalmente a la
izquierda y que no es capaz de cruzar y de reflejarse.
Los LCD de efecto de campo se emplean normalmente cuando una fuente de energía es un
factor fundamental (esto es, en relojes, instrumentación portátil, etc.) porque absorben mucho
menos potencia que los del tipo de dispersión luminosa ( intervalo de microwatts comparado con
el intervalo menor de miliwatts). El costo de .1as unidades de efecto de campo casi siempre es
más alto, y su altura se limita a cerca de 2 pulgadas, en tanto que las unidades de dispersión de
luz se pueden encontrar con altura de hasta 8 pulgadas. Una consideración adicional respecto a
los Displays es su tiempo de encendido y de apagado. Los LCD presentan características de ser
mucho más lentos que los LED. Los primeros tienen tiempos de respuesta menores que 100 a 300
ms. en tanto que se dispone de LED con tiempo de respuesta menores que 100 ns. Sin embargo,
hay numerosas aplicaciones, como en el caso de los relojes, donde la diferencia entre 100 ns y
100 ms ( 1/10 de segundo) es de mínimas consecuencias. Para esas aplicaciones, la menor
demanda de potencia del LCD es una característi6a sumamente atractiva. El tiempo de vida de
servicio de las unidades LCD se incrementa continuamente más allá del límite de 10,000 horas.
Puesto que el color que generan las unidades LCD depende de la fuente de iluminación, hay una
Amplia gama de colores a elegir.
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