Fig Sección de una celda de cristal líquido.

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Alejandro Hernández Romero
hace 6 años
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9.3.4. ESTRUCTURA El cristal líquido es el medio activo que se usa para crear una imagen. Consta de un número muy elevado de cristales alargados suspendidos en un fluido.

Los cristales se alinean en un patrón en forma de hélice hasta que se aplica un campo eléctrico a los conductores. Fig. 9.3.4.1. Sección de una celda de cristal líquido.

1 ESTRUCTURA El cristal líquido es el medio activo que se usa para crear una imagen. Consta de un número muy elevado de cristales alargados suspendidos en un fluido. Este embalse se intercala entre dos capas delgadas de vidrio. Cada placa de vidrio tiene un patrón conductor transparente unido a él. Los cristales se alinean en un patrón en forma de hélice hasta que se aplica un campo eléctrico a los conductores. Fig Sección de una celda de cristal líquido. Una capa de material polarizado se une a las superficies exteriores de las cubiertas de vidrio delanteras y traseras. Conforme sobre el polarizador de arriba incide luz procedente de la polarización aleatoria, ésta se refleja excepto cuando su dirección coincide con la del polarizador superior. Sin campo eléctrico aplicado, la luz se gira o su polarización se cambia a favor el patrón helicoidal de los cristales. El polarizador trasero se alinea con dirección perpendicular al de arriba pero la luz girada se alinea ahora con el polarizador del fondo y pasa a través de él. El visualizador es ahora transparente y da luz. Ver figuras y Fig Vista lateral del giro que realiza el cristal líquido. 1

Fig. 9.3.4.3. Vista superior del giro que realiza el cristal líquido. Cuando se aplica un campo eléctrico a los conductores, el cristal se alinea con ese campo.

2 Fig Vista superior del giro que realiza el cristal líquido. Cuando se aplica un campo eléctrico a los conductores, el cristal se alinea con ese campo. La luz ambiente pasa ahora a través del cristal sin ser torcida. Ver figura Éste lo hace fuera de fase con el polarizador trasero en el cual se absorbe. El visualizador parece ahora negro u opaco. Puede crearse el patrón deseado aplicando selectivamente la tensión del campo. Fig Alineación de los cristales con el campo eléctrico. - ANATOMÍA Fig Componentes de un módulo LCD. 2

3 La construcción física de un módulo LCD varía enormemente dependiendo del tipo de retroiluminación usado. Un LCD es un dispositivo pasivo y la luz ambiente permite que sea visible. Si ésta es débil o no existe deben ser provistos de algunos medios de luz artificial en lugar del reflector (o además del reflector). Esta retroiluminación o backlight suele ser generada por tres posibles medios: usando una capa electroluminiscente (EL), una serie de diodos emisores de luz (LED) o una lámpara fluorescente de cátodo frío (CCFL). La retroiluminación EL usa un fino panel entre el LCD y la placa de circuito impreso, donde la mayor complicación surge de la necesidad de generar la tensión alterna de excitación. Cuando el panel se excita por un voltaje a.c. de alrededor de 80 V a una frecuencia de 400 Hz brilla incluso con una luz suave. Se usa un inversor DC/AC para obtener el voltaje de funcionamiento desde una fuente de 5 V o 12 V. El panel EL está disponible en una variedad de colores siendo el blanco el más común. Éste es el más eficiente energéticamente de los tres tipos, por lo que es el más comúnmente usado en aplicaciones que funcionan con baterías. Fig Retroiluminación EL y LED. Las series de LED s se ordenan tanto a lo largo de los bordes como detrás de un difusor de plástico que se emplea para esparcir la luz y proporcionar así una luz brillante. Los LED s funcionan mediante una fuente de 5 V a través de una resistencia serie que limita la corriente, así que no necesita un inversor. Los LED s son moderadamente luminosos y muy duraderos y son las luces traseras más populares para visualizadores de pequeño y mediano tamaño. Consumen más potencia que los EL pero son más brillantes. Cuando se considera el coste del inversor, son más económicos. Los LED s están disponibles en una variedad de colores, siendo el amarillo-verde el más popular. CCFL: El frío en cátodo frío significa que no hay filamentos calientes en la lámpara para calentar el gas. La retroiluminación CCFL puede proporcionar 3

4 una iluminación moderadamente brillante a lo largo de una gran área y por tanto son la fuente de elección para visualizadores grandes y de pantalla plana. Proporcionan colores blancos de papel por lo que se usan sólo para visualizadores a color. Las lámparas fluorescentes requieren una elevada tensión y frecuencia de la fuente de alimentación por lo que se usan con un inversor DC/AC. Fig Retroiluminación CCFL. La tabla siguiente compara las diversas opciones de retroiluminación. TIPO DE LUZ TRASERA Ninguna EL LED CCFL VISIBILIDAD TABLA 1 No útil en condiciones de luz bajas Útil en todas las condiciones de luz Útil en todas las condiciones de luz No útil en condiciones de elevada luz ambiental CONSUMO DE POTENCIA El mejor (no usa potencia) Muy bueno 30mW Bueno 60mW Considerable 700mW COSTE El más bajo Bueno Bueno Él de más coste Comparación de los tipos de retroiluminación con respecto a la visibilidad, consumo de potencia y coste. 4

5 TABLA 2 TIPO DE LUZ GENERACIÓN CONTROL COMENTARIOS TRASERA DE RFI DEL BRILLO Ninguna Ninguna N/A N/A EL Algunas (a baja frecuencia) Brillo fijo El mejor para instrumentos que funcionan con LED Ninguno Ajustable por encima de un amplio rango CCFL Algunas (a elevadas frecuencias) Ajustable por encima de un rango limitado baterías El más popular en visualizadores pequeños El más popular en grandes visualizadores gráficos Comparación de los tipos de retroiluminación con respecto a la generación de RFI y control del brillo. Por tanto, las posibilidades de LCD con respecto a la retroiluminación son: LCD sin retroiluminación: sólo se puede usar en condiciones de buena iluminación, tiene un consumo de potencia mínimo, y bajo costo. LCD con retroiluminación electroluminescente (EL): visible en todas condiciones de iluminación, es usual un consumo de alrededor de 30mW, y tiene un costo aceptable. No permite control de brillo y es la opción indicada para aplicaciones a batería. Una contraindicación del panel EL es su vida útil relativamente corta. LCD con retroiluminación 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 genere una iluminación de fondo pareja puede ser 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. 5

6 LCD con retroiluminación 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. - COLORES DEL FONDO El color natural para un visualizador TN es gris con los píxeles gris oscuros, pero debido al efecto óptico, un visualizador STN tiene un fondo amarillo con los píxeles azul oscuros. El color del fondo en un visualizador STN puede hacerse aparecer gris con la adición de un filtro. El cambio de color de un visualizador STN puede ser completamente compensado mediante la adición de un filtro especial haciendo al visualizador aparecer negro y blanco. Este tipo de visualizador se denomina FSTN por STN filtrado. - POLARIZADORES Según el visualizador dependa totalmente, parcialmente, o para nada de la iluminación ambiente, y según se use o no retroiluminación, los visualizadores se catalogan como: transmisivos, transflectivos y reflectivos. 6

7 Fig Tipos de polarizadores. Un polarizador transmisivo permite a la retroiluminación brillar sin ser atenuada y se utiliza en aquellos casos en los que el visualizador no se utilice en luz brillante. La principal ventaja de este tipo de displays es su elevado brillo. Sin embargo, cuanto más brillante sea la luz, mayor será la carga eléctrica consumida. Fig Polarizador transmisivo. El tipo reflectivo contiene un espejo reflector que utiliza la luz externa para visualizar las imágenes. La principal ventaja de este tipo de displays incluye su ahorro de energía y su peso ligero (sin retroiluminación). Sin embargo, este tipo de display es más acertado para visualizaciones que posean fuentes de luz externas. 7

Fig. 9.3.4.10. Polarizador reflectivo. Como su nombre indica, un polarizador transflectivo es en parte transmisivo y en parte reflectivo.

El tipo transflectivo es un dispositivo de visualización prometedor para aplicaciones tanto interiores como exteriores.

8 Fig Polarizador reflectivo. Como su nombre indica, un polarizador transflectivo es en parte transmisivo y en parte reflectivo. Esto permite a la retroiluminación del visualizador ser visible en cualquier condición de luz y es el tipo más popular. El tipo transflectivo es un dispositivo de visualización prometedor para aplicaciones tanto interiores como exteriores. Entre los beneficios de adoptar la tecnología transflectiva se incluyen: Ahorro de energía. Legibilidad en ambientes con luz solar. Legibilidad en ambientes interiores. Peso ligero. Fig Polarizador transflectivo. - MONTAJE MÉCANICO 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 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 8

display y el PCB. Fig. 9.3.4.12. Plano de un módulo de cristal líquido. Fig. 9.3.4.13.

9 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. Fig Plano de un módulo de cristal líquido. Fig Plano del circuito integrado necesario para el funcionamiento del LCD. 9

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