DISPLAYS (VISUALIZADORES)

Transcripción

1 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. Característic as Brillo Colores Tipo de caracteres COMPARACIÓN DE LAS CARACTERÍSTICAS DE LOS DISPLAYS LED Al vacío Plasma Cristal líquido Incandescent es Bueno a Bueno Bueno a No disponible Cualquiera excelente excelente Rojo, naranja, Rojo, naranja Iluminación Cualquiera amarillo amarillo, externa 7 16 seg. Matriz de puntos verde y azul 7 16 seg. Matriz de puntos 7 16 seg. Matriz de puntos 7 16 seg. Matriz de puntos 7 16 seg. Temperatura -40 a 85 0 a 55 0 a a a 85 Voltaje 1.6v a 5v 10 a a a 20 (Vcd) 3 a 5 (Vcd) (Vcd) (Vcd) Potencia/dígit o 10 a 250 mw 20 a 250 mw 175 a 750 mw 10 a 250 mw 100 a 700 mw Tiempo de 50 a a 10 µseg. 15 a a mseg. respuesta nseg. µseg. mseg. Tiempo de vida hr hr hr hr a 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: U2-T9 Displays - 1

2 1. Displays con C. I. Integrado. 2. Displays de siete segmentos. 3. Displays monolíticos (con burbujas magnificadoras). 4. 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. U2-T9 Displays - 2

3 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. Las conexiones entre los C.I. integrados son reducidas y disminuyen a medida que aumenta la integración. 2. El diseño de sistema de Display es simplificado. 3. Los costos de manufactura y el tiempo requerido para ensamble se han reducido al mínimo. 4. La confiabilidad en el Diasplay se ha incrementado considerablemente. 5. Menos espacio requerido para montar el sistema de Display. 6. 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. U2-T9 Displays - 3

4 Figura 91. Display tipo OBIC. Figura 92. Display de matriz de 4x7 partiendo de un Display OBIC: U2-T9 Displays - 4

5 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. U2-T9 Displays - 5

6 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 U2-T9 Displays - 6

7 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. U2-T9 Displays - 7

8 (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. U2-T9 Displays - 8

9 Figura 99. Matriz de LED s de 5x7. Figura 100. Generación del digito. (a) Usando renglones (b) Usando columnas. U2-T9 Displays - 9

10 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. U2-T9 Displays - 10

11 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 0 o 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. U2-T9 Displays - 11

12 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. U2-T9 Displays - 12

13 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 U2-T9 Displays - 13

14 moléculas alargadas se alinean ellas mismas con el campo (perpendicular a la pared) y la luz pasa sin el corrimiento de 90 o. 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. U2-T9 Displays - 14