Tecnologías de Displays LCD. Análisis de los productos de

Tecnologías de Displays LCD.
Análisis de los productos de DISPLAYTECH Ltd.
Autor: Guillermo A. Jaquenod (<[email protected]>)
ELKO Componentes Electrónicos S.A.
Resumen: La mayoría de los sistemas electrónicos que interactúan con un operador
emplean mecanismos sonoros o visuales para el canal máquina->hombre. Mientras que
los medios sonoros (buzzer, o incluso mensajes pregrabados) son empleados sólo en los
casos de interacciones elementales o muy lentas, los medios visuales suelen ser los
preferidos por la gran riqueza de información, y velocidad con la que ésta puede ser
recibida por el operador. Entre esos medios visuales, se cuenta desde simple indicadores
con LEDs aislados, hasta displays de variados formatos que permiten, mediante dígitos,
caracteres o gráficos, la presentación de información con crecientes niveles de
complejidad.
Este artículo enfoca los temas relacionados con displays de cristal líquido (LCDs), por
cuanto ofrecen la mejor relación prestaciones/costo en muchas aplicaciones; a lo largo
del artículo se pretende explicar cómo es que funcionan los distintos tipos de displays, los
mecanismos de iluminación, cómo deben ser especificados, etc. También se analizan los
distintos tipo de displays disponibles en DISPLAYTECH Ltd., con el objeto de entender
cómo se especifica un display.
Introducción
La tecnología de displays ha tenido un crecimiento vertiginoso durante el último medio siglo. Si se
analiza la evolución de las distintas tecnologías podemos encontrar los siguientes tipos, algunos de los
cuales se han mantenido y evolucionado, mientras que otros se han extinguido:
• Tubos de rayos catódicos (CATHODE RAY TUBE o CRT): El CRT fue desarrollado para uso
en TV en los 40s. En un TRC un haz de electrones es acelerado mediante un campo eléctrico desde
el fondo hasta el frente del tubo, donde impacta contra una película de materiales compuestos
basados en Fósforo, que brilla al ser impactada y queda brillando por un cierto tiempo
(persistencia). Para crear una imagen, el haz de electrones es modulado en intensidad a la vez que
es desviado mediante campos eléctricos o magnéticos de modo de barrer (raster) la pantalla del
tubo de izquierda a derecha, y de arriba hacia abajo, a una velocidad tal (típicamente 30 a 70 veces
por segundo) que entre la persistencia del brillo en la pantalla más la persistencia de la imagen en
la retina del ojo del observador, se crea el efecto de una imagen bidimensional. Si la pantalla se
imprime con variedades de Fósforo que emiten diferentes colores, mediante el uso de tres haces de
electrones que parten de posiciones diferentes y una rejilla colocada dentro del tubo antes de la
pantalla es posible generar imágenes de colores. El CRT ha evolucionado notablemente en este
medio siglo, y aunque voluminoso, es una alternativa válida y vigente para displays de elevadísima
resolución; de hecho, la mayoría de los computadores aún usa este tipo de display para sus
terminales.
• Los NIXIE: En este tipo de display numérico, hoy obsoleto y extinguido, 10 o más cátodos –cada
uno de ellos con la forma de un dígito u otro símbolo- eran apilados en un tubo de vidrio lleno de
neón con algo de mercurio. Al aplicar un alto voltaje al cátodo de interés, el gas que rodeaba ese
cátodo se iluminaba con un color rojizo, viéndose el dígito elegido. Una variación del Nixie fueron
los IFD (Incandescent Filament Display), donde 7 cátodos eran empleados para generar símbolos
mediante 7 segmentos.
• Los DISPLAYs de PLASMA: emplean un fenómeno físico similar a los Nixies o los IFD, pero
con una forma de fabricación diferente. Un display de plasma (Plasma Display Panel o PDP) se
basa en un delgado “sandwich” compuesto por un vidrio de un lado y un sustrato cerámico del
otro, ligeramente separados entre sí, donde el espacio de separación está lleno con neón y algo de
mercurio. En un PDP los cátodos están impresos mediante una película conductora en el lado
interno del fondo cerámico, y los ánodos mediante otra película conductora transparente en el lado
interno del frente de vidrio.
•
•
•
•
Los DISPLAYs fluorescentes al vacío: En esta tecnología, llamada VFD, por Vacuum
Fluorescent Display, se emplea el esquema físico de los PDP (el ”sandwich”) aunque el principio
físico es similar al del CRT por la existencia de un terminal de grilla entre un cátodo muy caliente
y el ánodo. La ventaja de estos displays es que es posible controlar el encendido de los segmentos
con un voltaje bajo (12 a 15 volts) aplicado a la grilla, en vez de tener que conmutar un voltaje más
elevado. Son muy empleados en equipamiento de video (VCRs) y de audio.
Displays Electro luminescentes (ELECTROLUMINESCENT DISPLAY o ELDs): se basan en
una fina capa de fósforo, y otra de variaciones de zinc (ZnS, ZnSe, ZnSMn u otros), con un
dieléctrico intermedio, que a su vez son encerradas en forma de “sandwich” entre dos capas de
vidrio. Si se aplica un voltaje elevado (típicamente una tensión alterna de 80V o más de amplitud y
frecuencia entre 400Hz y 1000Hz) mediante electrodos transparentes impresos en la cara interna
de los vidrios, el fósforo emite luz, cuyo color puede ser controlado mediante mezclas de
pigmentos, para que la luz sea verde, azulado verdosa, amarillo limón, naranja, rojo o blanca. Al
ser totalmente sólidos, los ELDs son muy resistentes a golpes, vibraciones, temperatura y
humedad, aunque la necesidad de conmutar altos voltajes de alterna hace imprácticos los usos
donde sea necesarios controlar separadamente el encendido de múltiples puntos. Sin embargo, son
muy usados en forma de paneles completos como iluminación posterior de displays LCD.
Displays de LEDs: Un LED (por LIGHT EMITTING DIODE) es un tipo de diodo donde la
energía de separación entre bandas debe estar entre 1,8eV y 3,1eV para poder generar luz visible.
Ninguna de estas características se cumple en el silicio o en el germanio, por lo que en general se
emplean combinaciones de materiales del grupo III (Aluminio, Galio, e Indio) y del grupo V
(Nitrógeno, Fósforo, Arsénico y Antimonio), que permiten obtener emisiones de luz azul, verde,
anaranjado, ámbar, amarillo, rojo, o blanco. Desde el punto de vista eléctrico, se comportan como
diodos ordinarios, aunque los LEDs rojos presentan una caída de tensión en directa de alrededor de
2V (para I=20mA), mientras que en los de luz verde o azul, la caída de tensión en directa es
bastante mayor (del orden de 3,5V a 20mA). Los displays basados en LED pueden ser de barras,
de 7 o de 14 segmentos, o con forma de matriz de puntos, habiendo de distintas dimensiones, de 1,
2 4 o más dígitos, distinta intensidad luminosa y ángulos de visibilidad. Comparten con los ELDs
la ventaja de ser de estado sólido, en cuanto a su resistencia a golpes, vibraciones, temperatura y
humedad, a la vez que agregan la importante comodidad del muy bajo voltaje de control.
Los displays de cristal líquido o LCDs (por Liquid Crystal Display): Esta tecnología fue
desarrollada al inicio de los 70s, y están físicamente compuestos por un “sandwich” de dos capas
de vidrio que encierran entre sí un liquido de propiedades ópticas especiales. A diferencia de todos
los casos previos los LCDs son ópticamente pasivos (no emiten luz) sino que sólo bloquean o no
su paso, por lo que se caracterizan por consumir cantidades mínimas de energía. Se basan en la
propiedad del líquido mencionado de rotar la luz polarizada en forma relativa a un par de
polarizadores cruzados laminados en ambas caras del display. Hoy día hay dos tipos principales de
displays simples de tipo LCD: los más económicos, de tipo TN (por Twisted Nematic) y los de
tipo STN (por Super Twisted Nematic), que tienen mejor contraste y ángulo de visión. Para el caso
de displays complejos (por ejemplo del tipo usado en Notebooks) se han desarrollado otras
tecnologías llamadas DSTN y TSTN (por double y triple supertwisted nematic), FSTN (por Film
compensated supertwisted nematic), Active-matrix Thin-film Twisted Nematic, y Metal-InsulatedMetal Twisted Nematic (TFT-TN y MIM-TN).
Los displays de cristal líquido o LCDs:
El término “Cristal Líquido” se refiere a la sustancia contenida entre las dos capas de vidrio del display,
compuesta por un enorme número de
cristales en forma de hebras en
suspensión en un líquido. En las caras
internas de las capas de vidrio están
impresos electrodos transparentes con las
formas que definen los segmentos, pixels
u otros símbolos del display; sobre esos
electrodos existe una capa de polímero
con unas micro ranuras que sirven para
alinear la orientación pasiva de las
moléculas de cristal del líquido (donde
esas micro ranuras se orientan
perpendicularmente entre sí en las dos capas de vidrio). A su vez, en las caras externas de las capas de
vidrio están laminados films de polarizadores orientados entre si con una rotación de 90 grados (en los
displays llamados Normal White, que son los más comunes), o con idéntica orientación (en los
llamados Normal Black).
En un display Normal White, y en condiciones de ausencia de campo eléctrico, los cristales
suspendidos en el líquido se orientan desde una capa de vidrio a la otra siguiendo un patrón espiral.
En este caso, cuando la luz externa ilumina al display, sólo pueden atravesarlo aquellas componentes
que están polarizadas en el sentido del film polarizador superior. Esta luz atraviesa las moléculas del
liquido que hacen a su vez rotar 90 grados la polarización de esta luz, con lo que al llegar al vidrio
inferior su orientación coincide con la del film polarizador inferior, y puede atravesarlo, o, si se agrega
un reflector (como se ve en la figura), reflejarse y volver a salir por la capa superior. En este caso el
display permanece transparente (o claro).
Cuando se aplica un campo eléctrico, se produce un movimiento mecánico de los cristales, que se
orientan en la dirección del campo eléctrico, y por lo tanto dejan de rotar la polarización de la luz
mientras ésta atraviesa el
líquido. En este caso,
como
los
films
polarizadores inferior y
superior están girados 90
grados, la luz que
atraviesa el film superior
no puede atravesar el
inferior,
donde
es
absorbida, y el display
queda opaco (u oscuro).
Los productos actuales
difieren en cuál es el
Sin Voltaje aplicado
Con voltaje aplicado
ángulo
de
rotación
aplicado a la polarización de la luz, entre aquellos TN (90 grados) hasta los STN (más de 200 grados).
Como en los STN suele aparecer un efecto de coloración amarillento o azulado de la luz según el
ángulo de visión, ésto puede compensarse con el agregado de una capa de comportamiento óptico
especial entre el vidrio y el polarizador inferior, que introduce un retardo adicional y permite aumentar
aún más el contraste; es el caso de los con los displays FSTN (Film compensated STN).
En el caso de los displays Normal Black, la diferente orientación de los films polarizadores hace que
en condiciones de ausencia de campo externo aplicado el display esté oscuro, y sólo se ponga claro al
haber un campo eléctrico (es decir, funciona en el modo “negativo” del Normal White).
Al especificarse un display existen dos ángulos de visión de importancia, a los que se hace referencia
haciendo una analogía con la dirección de las agujas de un reloj imaginario:
ƒ hasta que ángulo se observa correctamente la imagen a medida que el observador, enfrentado al
display, se corre hacia la derecha (hacia las “3 o’clock”) o a la izquierda (a las “9 o’clock”). Este
ángulo suele ser idéntico en ambas direcciones, en un display TN está en el orden de los +/-35
grados y en un STN en el orden de los +/-40 grados.
ƒ hasta que ángulo se observa correctamente la imagen a medida que el observador, enfrentado al
display, se corre hacia arriba (a las “12
o’clock”) o hacia abajo (hacia las “6
o’clock”). Este ángulo suele ser
asimétrico en ambas direcciones, y por
lo tanto al elegir el display debe
especificarse
si
será
leído
preferentemente desde las 6 o’clock
(caso típico, una calculadora de mesa)
o desde las 12 o’clock (por ejemplo, el
display de un equipo de audio). Es así
que aunque el ángulo total en sentido vertical suele valer entre 50 (TN) y 55 grados (STN), en un
12 o’clock este ángulo se compone de sólo 10 grados hacia abajo y entre 40 y 45 grados hacia
arriba, según el tipo de display.
Los displays TN ofrecen una relación típica de contraste entre 7:1 y 15:1 y un tiempo de respuesta del
orden de los 150ms, mientras que en los STN el contraste superiori está entre 4:1 y 15:1, pero con una
respuesta más lenta, del orden de 250 ms. Aunque los displays STN y FSTN tienen un ángulo de visión
mayor que los TN, las mayores exigencias de fabricación, y el agregado del film de compensación se
traducen en un costo mayor; los displays HTN (por Higher Twisted TN) tienen un rango de
temperatura extendido con contraste y mecanismos de excitación similares a los de un TN.
Las distintas formas de
polarizar la luz dan como
resultado que los distintos
tipos de LCD ofrezcan
distintos colores de fondo
y de segmentos (o puntos),
como se muestra en la
tabla.
Tipo de LCD Posibles colores Color de segmentos Color de fondo
gris
negro
gris
TN
amarillo verdoso
azul oscuro
amarillo verdoso
HTN
amarillo verdoso
azul oscuro
amarillo verdoso
STN
azul
blanco
azul
gris
azul oscuro
gris
blanco y negro
negro
blanco
FSTN
Otro punto a considerar al seleccionar un LCD es el rango de temperatura al que será sometido. El
mecanismo de orientación de los cristales en el líquido de un LCD es muy dependiente de la
temperatura, y un LCD no opera correctamente si la temperatura es muy alta o muy baja. Para
compensar este efecto, los displays suelen tener un pin al que se aplica un potencial que sirve para
ajustar el contraste del display; si el LCD opera en un rango de temperatura limitado este potencial
suele quedar fijo, si en cambio el rango es muy variado suele hacerse un circuito con un termistor que
ajusta el voltaje de modo de mantener el contraste óptimo. Vale notar que existen LCDs de temperatura
estándar (0 a 50 grados en un STN, -10 a 60 grados en un TN) o extendida (-20 a 70 grados en un STN,
-30 a 80 grados en un TN).
Montaje mecánico e iluminación de fondo (o “backlight”):
En general, un módulo LCD se compone, además del
display en sí, de una tarjeta de circuito impreso que
brinda soporte mecánico y contiene los componentes
electrónicos usados para excitar al display. En esa
plaqueta suele haber conectores o puntos de conexión
para conectar el módulo al circuito que lo usa, y una
zona de con un peine de contactos impreso que, a través
de un conector (ya sea elastomérico o mediante pines) hace contacto con el display LCD en sí. Suele
haber una armazón metálica que mantiene en posición al display LCD, y en el caso de ser un display
con iluminación de fondo, el difusor de luz de fondo está colocado entre el display y el PCB.
El tema de la iluminación de fondo es particularmente importante: como un LCD no emite luz, para
poder usar una display LCD en ambientes de poca o nula luminosidad es necesario agregar algún
recurso que genere luz en vez del reflector ( o además del reflector), y esta “iluminación de fondo” o
“backlight” suele ser generada por tres posibles medios: mediante LEDs, mediante una capa electro
luminescente (EL), o mediante un CCFL (Cold Cathode Fluorescent Lamp).
ƒ
En el caso de un EL suele emplearse un fino panel entre el LCD y el PCB, donde la mayor
complicación surge de la necesidad de generar la tensión alterna de excitación; en general, ello
obliga a montar en el módulo de display un inversor que genere este voltaje desde los 5VCC o
12VCC disponibles. Pese a esta complejidad, es la solución más eficiente en consumo de potencia,
siendo la opción más conveniente en equipos a batería.
ƒ
La iluminación de fondo mediante LEDs es la alternativa más económica y brillante, y se basa en
una serie de LEDs montados a lo largo de los bordes del display, que emiten luz que es esparcida
mediante un difusor plástico. No requieren circuitos de excitación especiales.
ƒ
La iluminación CCFL suele ser usada en el
caso de displays de gran superficie. Se
caracteriza por generar una luz blanca pura,
lo que hace su uso habitual en el caso de los
displays de color. También requiere una
excitación de alto voltaje y frecuencia, por
lo que impone el agregado de un circuito
inversor al módulo de display.
En síntesis
• LCD sin Backlight: es sólo usable en condiciones de buena iluminación, tiene un consumo de
potencia mínimo, y bajo costo.
• LCD con Backlight electroluminescente: visible en todas condiciones de iluminación, es usual un
consumo de alrededor de 30mW, y un costo aceptable. No permite control de brillo y es la opción
indicada para aplicaciones a batería. Una contraindicación del panel ELD es su vida útil
relativamente corta.
• LCD con Backlight a LED: visible en todas condiciones, su consumo de potencia es algo mayor y
su costo aceptable. En este caso, los mecanismos usados para lograr que la luz puntual de los LEDs
generen una iluminación de fondo pareja pueden usar múltiples LEDs bajo el display (Light Box),
uno o más LEDs distribuidos en los bordes del display (Edge Lit) o un único LED y fibras ópticas.
Tiene un amplio rango de control de brillo y no afecta la vida útil del display.
• LCD con Backlight CCFL: no es apto para situaciones de elevada luz ambiente, tiene un consumo
de potencia mayor y es más costoso. El rango de control de brillo es limitado, y su vida útil promedio
es de diez mil a quince mil horas. Es la opción usual para displays de gran superficie.
Es importante notar que el uso de los films polarizadores en los LCDs también fuerza al uso de
backlight. Dado que el polarizador en la cara superior sólo dejar pasar las componentes de luz
polarizadas en un sentido y absorbe las restantes, de la luz ambiente (polarizada uniformemente en
todos los sentidos) más del 50% es absorbida.
Según el display dependa totalmente, parcialmente, o para
nada de la iluminación ambiente, y según se use o no
iluminación de backlight, es que los displays se catalogan
como:
ƒ
reflectivos: sin backlight, dependen totalmente de la
iluminación ambiente.
ƒ
transflectivos: complementan la iluminación ambiente con
luz de backlight. Por ello el reflector colocado tras el
polarizador trasero debe dejar pasar la luz de backlight.
ƒ
transmisivos: no se aprovecha la luz ambiente, por lo que
no hay ningún tipo de reflector sino sólo la luz de
backlight sobre el polarizador trasero
....................
Mecanismos de excitación y multiplexado de displays
Para evitar que el material interno al LCD se deteriore, el campo eléctrico aplicado para alinear los
cristales debe ser periódicamente invertido, de modo que la carga eléctrica residual en los cristales sea
nula; y la tarea de los circuitos de excitación es aplicar en todos los casos un numero igual de ciclos de
distinta polaridad. La frecuencia con la que se realiza esta inversión periódica surge de una decisión de
compromiso, por cuanto a mayor frecuencia menor es el efecto de parpadeo (“flicker”) de la imagen,
pero también menor es el contraste obtenible.
Es crítico notar que si no se respeta esa inversión periódica, una mínima componente de valor medio
continuo (por ejemplo, mayor a tan sólo 100mV) puede traducirse en una importante reducción de la
vida útil del display.
Excitación directa: en el caso de un display simple (por ejemplo el DISPLAYTECH 010, con 4 dígitos
de 7 segmentos y formato 8.8:8.8) hay 31 líneas de control individuales y un único potencial común a
manejar; en este caso cada línea de control corresponde a un segmento visible, y todas pueden ser
atendidas simultáneamente; este modo es llamado “directo” o “estático”, y si el display tiene N
segmentos obliga al control de N+1 líneas. En este caso se aplica a la señal común una onda cuadrada
con relacion de trabajo 50%, y a cada segmento esa misma señal (si debe permanecer transparente) o la
señal invertida (si debe quedar opaco).
Excitación multiplexada: cuando la cantidad de elementos de imagen a controlar se eleva, en natural el
uso de algún mecanismo de multiplexado que permiten limitar la complejidad del cableado. Así como
en un CRT el Fósforo tiene una cierta persistencia, en un LCD la orientación de los cristales en el
sentido del campo aplicado dura cierto tiempo luego que el campo es removido antes que los cristales
vuelvan a su posición de equilibrio, lo que permite que durante el multiplexado cada zona gráfica sea
atendida con una cierta relación de trabajo (DUTY CYCLE). Esta “inercia mecánica” ayuda al
multiplexado, pero también obliga a que el campo aplicado sea más elevado si se desea que la
reorientación de los cristales en el sentido de ese campo sea más rápida.
Por ejemplo, si se considera un display algo más complejo (DISPLAYTECH 083, con sólo 3 ½ dígitos
de 7 segmentos pero muchas indicaciones auxiliares) éste tiene 15 líneas de control más tres señales
comunes a manejar para el control del multiplexado, y en uno aun más complejo (DISPLAYTECH
038, con 8 dígitos de 14 segmentos) se requieren 32 líneas de control más 4 señales comunes para el
multiplexado. En este caso las señales que se aplican a los segmentos y a los pines comunes son
complejas, de modo que las diferencias entre ellas superen o no los umbrales de los distintos segmentos
(la explicación de estos métodos excede al objetivo de esta nota, y un ejemplo simple puede
encontrarse en la nota de aplicación AN594/0493 de ST).
En el caso de un display gráfico los elementos a activar o desactivar son puntos de una matriz, y a
medida que la cantidad de puntos aumenta pasa a ser de importancia crítica el mecanismo de
excitación, cada vez es más pequeña la relación de trabajo, y es allí donde puede diferenciarse entre los
displays de matriz pasiva y los de matriz activa:
ƒ
En los de matriz pasiva, una de las capas de vidrio tiene electrodos en forma de filas y la otra capa en
forma de columnas, usualmente fabricados con óxido metálico semitransparente de estaño e indio
(Indium Tin Oxide, o ITO); en esta configuración, el área de intersección de una fila y una columna
define un punto de imagen (dot pixel), al que los drivers aplican directamente el voltaje de
excitación. Al crecer el número de filas y columnas disminuye la relación de trabajo de multiplexado,
es necesario aumentar el voltaje, y aparecen ciertos efectos indeseados: aunque sólo una línea y una
columna sean seleccionadas, las filas y columnas adyacentes son afectadas por el alto voltaje por
efecto capacitivo, lo que reduce el contraste entre pixels vecinos y degrada la calidad de imagen.
ƒ
En los de matriz activa (TFT, por active-matrix Thin-Film Twisted Nematic), se depositan
transistores MOS o diodos directamente sobre el vidrio del LCD. De este modo, las filas y columnas
sólo transportan señales de control, y la aplicación del voltaje en cada punto del display es controlada
“in situ” por el elemento depositado. En un display de matriz activa es posible agregar cierta
capacidad parásita al terminal de control de cada transistor de modo de aumentar la “persistencia” de
la excitación, y posibilitar una relación de trabajo de multiplexado aún menor.
Si bien parece obvio, depositar transistores sobre una gran superficie de vidrio tiene una complejidad
tecnológica enorme, y lleva a que los displays gráficos de matriz activa cuesten mucho más que los de
matriz pasiva. De todos modos, existe un enorme esfuerzo en el avance de esta rama de la tecnología, y
la aparición –todos los días- de nuevas formas de depositar transistores, permite presumir que en pocos
años los displays de matriz activa reemplazarán a los de matriz pasiva.
Ejemplos de displays. El caso de DISPLAYTECH
DISPLAYTECH Ltd. es una compañía especializada en la fabricación de displays LCD estándar y a
medida, con sede en HongKong, cuyos productos son distribuidos en la Argentina en forma exclusiva
por ELKO Componentes Electrónicos. En el caso de los displays de formato estándar pueden
diferenciarse tres grandes tipos de display:
ƒ De segmentos, para generación de dígitos o símbolos especiales
ƒ De matriz de puntos organizados como displays de caracteres
ƒ De matriz de puntos organizados como displays gráficos
Displays de dígitos
Como puede verse en <www.displaytech.com.hk/std_psg.html> se presentan displays de 2, 3
½, 4, 5, 6 y 8 dígitos, donde las mayores diferencias están dadas por el tamaño de los dígitos –en la
tabla se muestra la altura de los dígitos- y posibles indicaciones auxiliares; por ejemplo, el 083 de 3 ½
dígitos incorpora múltiples indicaciones auxiliares que lo hacen conveniente para el diseño de
multímetros, mientras que en el modelo 038 los 8 dígitos son de 14 segmentos, lo que permite la
generación de textos alfanuméricos.
Modelo
Dígitos
Alto(mm)
Modelo
Dígitos
Alto(mm)
010
4
25.4
080
2
12.7
018
31/2
12.7
083
31/2
10.2
038
8
7.0
094
31/2
8.90
039
31/2
12.7
096
31/2
12.7
042
6
12.7
123
31/2
17.78
043
5
12.7
126
4
12.7
057
4
17.78
139
6
25.4
065
41/2
10.15
150
4
10.15
066
41/2
10
173
5
25.5
Estos displays no suelen tener controladores dedicados, y su excitación debe ser resuelta por el
diseñador. En todos estos modelos el LCD puede montarse en el PCB mediante pines para soldar,
mediante conectores elastoméricos (pequeñas tiras de un material tipo caucho con conductores internos
que permiten establecer la conexión de contactos del LCD con otros del PCB mediante una simple
presión) o mediante conntactos que permiten la fijación de conectores flexibles (Heat Seal).
Es así que la especificación completa de un display de dígitos Displaytech se compone de 8 letras y
números, formadas por 5 campos:
ƒ
el código de display: campo de 3 dígitos, según muestra la tabla previa.
ƒ
el tipo de conector: una letra que puede ser P (pin), E (elastomérico) o H (Heat Seal).
ƒ
un número que indica el tipo de iluminación: 1 (reflectivo), 2 (transflectivo) o 3 (transmisivo).
ƒ
dos números que indican el ángulo preferencial de visión vertical: 12 (12 o’clock, desde arriba) o 06
(6 o’clock, desde abajo).
ƒ
una letra que indica el rango de temperatura de operación: C (comercial, 0 a 55 grados) o W
(extendido, -30 a 80 grados).
Displays de matriz de puntos organizados como displays de caracteres
Como también puede verse en <www.displaytech.com.hk/dm_psg.html>, los displays
alfanuméricos están organizados como una matriz de columnas y filas de caracteres (indicados en la
tabla como CxL) donde cada carácter a su vez está resuelto mediante una matriz de 8 puntos en alto por
5 puntos en ancho. Al igual que en el caso previo, la gran diferencia adicional es el alto de cada
carácter, de importancia según la distancia a la que deberá poder ser leído el display.
Modelo
CxL
Alto(mm)
Modelo
CxL
Alto(mm)
161A
16 x 1
6.35
202A
20 x 2
5.55
162A
16 x 2
4.35
202B
20 x 2
9.22
162B
16 x 2
5.55
204A
20 x 4
4.75
162C
16 x 2
5.55
204B
20 x 4
4.75
162D
16 x 2
4.89
242A
24 x 2
5.55
162E
16 x 2
4.35
242B
24 x 2
8.70
162F
16 x 2
9.66
402A
40 x 2
5.55
164A
16 x 4
4.75
404A
40 x 4
4.89
404B
40 x 4
4.89
Estos displays incorporan un controlador que facilita enormemente su uso, pudiendo ser programados
mediante un bus de datos de 4 u 8 bits, y 3 líneas de control. Todos ellos poseen la opción de
iluminación de backlight, que puede ser tanto por LEDs o mediante un panel electro luminescente. Para
su especificación se emplea un código compuesto de 9 a 11 letras y números, en la forma de 5 campos
obligatorios más uno opcional, como sigue:
ƒ
el código de display: campo de 4 dígitos, según muestra la tabla previa.
ƒ
el tipo de LCD: una letra que puede ser A (TN), B(STN amarillo verdoso), C(STN azul), D(STN
gris), F (FSTN), G (FSTN Normal Black) o H (HTN).
ƒ
el tipo de iluminación a emplear: una letra que puede ser A (sin backlight), B (electroluminescente),
C (basada en LEDs) o D (con CCFL).
ƒ
dos números que indican el ángulo preferencial de visión vertical: 12 (12 o’clock, desde arriba) o 06
(6 o’clock, desde abajo).
ƒ
una letra que indica el rango de temperatura de operación: C (comercial, 0 a 50 grados) o W
(extendido, -20 a 70 grados).
ƒ
un número que indica el color de la luz de backlight: 1 (Rojo), 2 (Amarillo verdoso) 3 (Blanco), 4
(Azul) o 5 (Verde).
ƒ
un campo opcional con las letras LP si se desea una iluminación Backlight basada en LEDs de bajo
consumo.
Displays de matriz de puntos para uso gráfico
También en <www.displaytech.com.hk/dm_psg.html>, puede verse que los displays gráficos
están organizados como una matriz de columnas y filas de puntos (dot pixels), donde cada punto puede
cuadrado o ligeramente rectangular. La cantidad y tamaño de los pixel define el grado de detalle de la
imagen y la distancia a la que puede ser leído el display.
Modelo
Formato
Dot Size
Backlight
Modelo
Formato
Dot Size
Backlight
32122A
122x32
.36x.41
L
64240A
240x64
.48x.48
L,E
32122B
122x32
.33x.36
L
64240B
240x64
.48x.48
L,E
64128ª 64128B 64128C 64128COG 128128A 32160A
128x64 128x64 128x64
128x84
128x128 160x32
.48x.48 .48x.48 .40x.40
.33x.33
.39x.39 .42x.45
L, E
L, E
E
no
L, E
no
128240ª 200240A 128256A 240320A 240320C
240x128 240x200 256x128 320x240
320x240
.40x.40 .36x.36 .43x.43
.33x.33
.225x.225
L,E,C
E
no
C
E
En el caso de los displays gráficos, los tres métodos de backlight (Led, Eld, Ccfl) están disponibles en
distintos modelos. Todos los displays contienen los circuitos de excitación de filas y columnas; por
ejemplo, si se analiza el 64128C, de 8192 pixels, y con backlight EL, dentro de él hay dos drivers de
columnas HD61202 (cada uno de ellos con 4096 bits de memoria de pixels maneja una área de 64x64)
y un driver de filas HD61203 responsable de la excitación de las filas con el complejo formato de
voltajes necesario para obetener el máximo contraste.
Para la especificación de los displays gráficos se emplea un código compuesto de 9 a 11 letras y
números, con el mismo formato al detallado para los displays de caracteres, sólo que no existe la
opcion H (HTN) para el tipo de LCD.
Bibliografía:
En <http://itri.loyola.edu/displays/c3_s1.htm> hay una amplia discusión sobre las
características
de
los
displays
LCD,
y
lo
mismo
puede
encontrarse
en
<http://www.hantronix.com/3_3_lcd1.html>.
En cuanto a los mecanismo de multiplexado, la nota de aplicación AN594/0493 de ST Microelectronics
ejemplifica la forma de generar señales de excitación directa y de control multiplexado para un display
con dos planos comunes usando un microcontrolador.