Displays de cristal líquido (LCD)

Un display de cristal líquido (LCD) es una pantalla delgada y plana formada por una matriz de pequeños cristales que pueden ser manipulados por una corriente eléctrica para representar datos: letras, números, gráficos…

Los LCD se componen de 2 cristales que mantienen un líquido (coloide) capaz de polarizarse entre ellos debido a unas microscópicas pistas en los cristales. Cada una de estas pistas es capaz de trasmitir la electricidad desde el exterior (borde del display), hacia el interior donde se encuentra el líquido.

Al hacer pasar una corriente por los canales se crea un campo magnético. Esto hace que las partículas del coloide se orienten y bloqueen el paso de la luz haciendo que nosotros veamos la zona del display con partículas polarizadas.

El sistema de funcionamiento de los displays se basa en la polarización de la luz. El rayo de luz es una onda electromagnética que oscila en 360º y es el conjunto de polarizadores (filtros) el que deja o impide pasar la luz.

Tecnologías de los displays:

Dependiendo del uso que se le vaya a dar al display, habrá que definir la tecnología a utilizar para poder visualizar los caracteres correctamente.

Reflectivos: Reflejan los elementos por incidencia de luz externa. La luz del exterior entra hasta el material que lo refleja detrás del cristal y al salir la luz no pasa por aquellos puntos donde está polarizado el líquido. Esta forma de LCD es buena para aplicaciones en el exterior o con mucha luz, pero afecta al ángulo de visión.

Transmisivo: Se hacen visibles al ser iluminados por su parte posterior. En vez de tener un material que refleje la luz externa aplica su propia luz (backlight). Este diseño es mejor para interior y zonas poco iluminadas y no le afecta el ángulo de visión. En cambio, para puntos donde la luz externa es mayor que la fuente interna haría imposible ver lo indicado en el display.

Transflectivo: es una mezcla de los anteriores, complementa la iluminación ambiente con la luz de backlight. Por tanto, el reflector debe dejar pasar la luz situada tras el cristal

¿Qué es el backlight?

El backlight es una luz que tiene el propio display en la parte trasera para iluminar la pantalla desde el fondo, permitiendo una mejor lectura en casos donde la luz exterior es baja. ¿Siempre se necesita utilizar un backlight? Como todo, depende de la aplicación:

LCD sin Backlight: utilizable 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.
LCD con Backlight a LED: visible en todas condiciones, su consumo de potencia es algo mayor y su costo aceptable.

Características internas de las pantallas LCD

Dependiendo de cómo actúe el coloide con el campo magnético podemos hablar de display de tipo positivo o negativo.

Positivo: El panel se ve iluminado sin campo magnético. Al aplicar electricidad en los puntos deseados éstos no dejan pasar la luz. Por tanto, se verá la luz en toda la pantalla menos en las letras que serán oscuras.
Negativo: El panel se ve oscuro sin campo magnético. Al aplicar electricidad electricidad en los puntos deseados éstos dejan pasar la luz. Por tanto, se verá la luz en las letras y el resto de la pantalla se verá oscura.

En la tabla anterior se encuentran los parámetros “TN” (Twisted Nematic), “STN” (Super Twisted Nematic) y “FSTN” (Film Compensated Super Twisted Nematic). ¿Cuál es la diferencia?

	TN	STN	FSTN
Ratio	Hasta 64:1	Hasta 480:1	Hasta 480:1
Tiempo de respuesta	150ms	250ms	250ms
Orientación moléculas	90º	260º
Ángulo de visión	45º	75º	80º

TN:

El display TN utiliza una hélice de 90º de moléculas entre una capa de alineación y otra. Cuando el display no está polarizado, la luz pasa a través del filtro polarizador superior y se gira 90º, lo que permite que pase a través del filtro polarizador inferior.

Al aplicar voltaje, las moléculas se “enderezan” y hace que la luz se bloquee por el filtro polarizador inferior.

Se utilizan principalmente en calculadoras digitales, relojes digitales…

STN:

Cuando el display no está polarizado (display apagado), incrementa la rotación de moléculas a 260º, lo que produce un mayor contraste para pantallas grandes y un mayor ángulo de visión comparado con la versión TN.

Se utiliza en máquinas de vending, scanner, lectores de códigos de barras portátiles, equipamiento de hospital…

FSTN:

Durante el activado y desactivado del obturador LCD, los colores de la pantalla se vuelven amarillo verdoso y azul oscuro. Esto se debe a que la luz se refleja y se dispersa en función al grosor del display, impidiendo mostrar la imagen con el color natural.

El tipo FSTN se ha desarrollado para mejorar el STN añadiendo una película extra que elimina las interferencias en los colores.

Esta tecnología proporciona mejor contraste y ángulo de visión que las anteriormente citadas, y su precio es superior.

Ángulo de visión:

El ángulo de visión indica, mediante un valor numérico, desde qué posición respecto de la pantalla podemos ver su contenido sin que se produzca un cambio apreciable en el color, el brillo o el contraste de lo que vemos.

Ángulo simétrico: El observador enfrente del display se desplaza horizontalmente hacia la derecha (3 o’clock) o hacia la izquierda (9 o’clock).
Ángulo asimétrico: El observador enfrente del display se desplaza verticalmente hacia arriba (12 o’clock = TOP) o hacia abajo (6 o’clock = BOTTOM). Hay que especificar 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).

Tipos de diplays:

Según el tipo de display, la información que se puede ver en la pantalla es diferente:

Alfanuméricos: A través de una matriz de puntos , se muestran líneas de caracteres. Los más comunes son de 1 a 4 líneas de 16 o 40 caracteres. Cada carácter está representado por 5×7 puntos + el cursor. Puede representar letras, números, caracteres y un número limitado de símbolos. Existen modelos monocromo y RGB.

Gráficos: Estas pantallas están compuestas por píxeles distribuidos en filas y columnas. Cada píxel es alimentado individualmente, pudiendo mezclar gráficos y texto.

Inteligentes: Los displays inteligentes tienen un chip de control interno que permite no sólo visualizar datos, sino que, a través del touch panel (pantalla táctil), permite mandar cadenas de caracteres a través del puerto de salida (normalmente rs232) para que el autómata lo procese y actúe en consecuencia.

Las pantallas táctiles pueden ser de dos tipos:

Capacitivas: Las pantallas capacitivas necesitan ser manejados a través un objeto que disponga de capacitancia, no siendo apto para los típicos stylus. Basta con deslizar el dedo, no requieren presión.

Detectan varias pulsaciones simultáneas, lo que permite diversas formas de actuar con ellas.

Resistivas: Las pantallas resistivas están formadas por varias capas. Cuando presionamos sobre la pantalla, hay dos capas que entran en contacto produciendo el cambio de corriente eléctrica, que es lo que detecta la pulsación.

A diferencia de las capacitivas, el brillo se reduce hasta un 25% aunque son más resistentes al polvo o al agua. Se necesita hacer presión sobre ellas y pueden usarse con los dedos o con los típicos stylus.

Elección del mejor display

Cuando se quiere incorporar un display a un nuevo diseño o reemplazar uno ya existente, se debe definir las siguientes características para buscar el display que cumpla nuestros requisitos:

Tipo de display:
- Alfanumérico
- Gráfico
- Inteligente
  - Touch panel capacitivo o resistivo
- Color:
  - Monocromo
  - Color
- Tamaño:
  - Dimensiones totales del display y puntos de sujeción (anclaje)
  - Grosor total del display
  - Dimensiones del área de visualización
    - Alfanumérico
      - Número de filas
      - Número de dígitos
      - Tamaño del dígito
    - Gráfico
      - Píxeles de largo y alto
      - Tamaño del píxel
    - Tensión de trabajo:
      - 3,3V
      - 5V
    - Tipo de conexión
      - En serie o en paralelo
      - Localización de los terminales en borde de pcb
      - Contraparte del conector si ya se dispone de éste
    - Necesidad de bezel (marco)
    - Necesidad de conocer la aplicación
      - Ángulo de visión
      - ¿Sensible a la temperatura?
      - Necesidad de números cero
      - Necesidad o no de backlight (transflectivo, reflexivo, resistivo)
        
        TN, STN, FSTN