Fundamentos de Dispositivos de Visualización: LEDs, VFD, LCD y CRT

Visualizadores Numéricos y Alfanuméricos

Visualizador de 7 Segmentos

Compuesto por siete LEDs dispuestos para producir la representación idealizada de un número. Puede incluir un octavo LED que representa el punto decimal (DP).

Manejo

• Número de señales de control para cada visualizador individual: N = segmentos + DP (normalmente 8).
• Número de señales de control necesarias en modo multiplexado: N = segmentos + DP + número de visualizadores.

Variantes del Visualizador de Siete Segmentos

• Visualizador alfanumérico: Añade segmentos extra para representar caracteres alfanuméricos. Ha sido mayormente sustituido por el visualizador de matriz de LEDs.

Visualizador de Matriz de LEDs

Compuesto por una matriz de LEDs (dispuestos en filas y columnas) que permite generar caracteres, símbolos e imágenes.

Manejo

• Número de señales de control necesarias para cada visualizador: N = filas + columnas. Se controla habitualmente mediante multiplexado.

Visualizador de Vacío Fluorescente (VFD)

Compuesto de filamentos (cátodos), fósforo sobre ánodos y una rejilla, encapsulados en una envolvente de cristal en la que se ha realizado el vacío. Utilizados comúnmente en electrodomésticos, aunque están casi en desuso debido a su relativo alto consumo comparado con tecnologías más modernas.

Tecnología Utilizada

• Los filamentos actúan como cátodos que emiten electrones al ser calentados.
• Los ánodos están compuestos de electrodos conductivos sobre los cuales se ha depositado fósforo formando un carácter, icono o símbolo.
• Los electrones emitidos desde los cátodos son acelerados hacia los ánodos mediante rejillas, excitando el fósforo y emitiendo luz.
• Los patrones a iluminar se controlan jugando con la alimentación de las rejillas (multiplexado) o de los ánodos.

Manejo

• Control directo: Requiere un driver que soporte las tensiones y corrientes elevadas necesarias para el VFD.
• Módulo VFD: Integra el controlador y presenta una interfaz simplificada para conexión a un microcontrolador.

Visualizador de Cristal Líquido (LCD) - Segmentos/Caracteres

Visualizador plano, típicamente monocromo en sus versiones más simples, compuesto por segmentos o una matriz de puntos situados delante de una fuente de luz o un reflector. Es adecuado para sistemas alimentados por baterías debido a su muy bajo consumo. Existen visualizadores LCD de segmentos (similares a los de 7 segmentos) y de matriz de puntos (para caracteres).

Tecnología Utilizada

• Compuesto fundamentalmente por dos filtros polarizadores orientados perpendicularmente entre sí, que en reposo bloquean totalmente el paso de la luz.
• Entre los dos filtros se sitúa una capa de cristal líquido cuyas moléculas, en ausencia de tensión, rotan la polaridad de la luz permitiendo su paso a través del segundo filtro.
• Al aplicar una tensión eléctrica a un segmento o punto, las moléculas de cristal líquido se alinean impidiendo la rotación de la luz, por lo que esta es bloqueada por el segundo polarizador, viéndose el segmento o punto oscuro.
• Tipos principales: Transmisivos (requieren retroiluminación), Reflectivos (usan luz ambiente reflejada) y Transflectivos (combinación de ambos).

Pantallas Gráficas

Tubo de Rayos Catódicos (CRT)

Pantalla gráfica de visualización tradicionalmente utilizada en televisiones, monitores de ordenador, radares y osciloscopios. Actualmente obsoleta en la mayoría de aplicaciones de consumo.

Ventajas

• Tecnología muy madura y de bajo coste (en su época).
• Buena adaptación a distintas resoluciones.
• Elevado ángulo de visión.
• Excelente contraste y profundidad de color (potencialmente infinita).
• Tiempo de respuesta instantáneo.

Desventajas

• Gran tamaño, peso y consumo energético.
• Problemas geométricos (distorsión, linealidad) y de pureza de color.
• Parpadeo perceptible (flicker) a bajas frecuencias de refresco.
• Peligro de implosión debido al vacío interno.
• Emisión de radiaciones (aunque generalmente dentro de límites seguros).

Pantalla de Cristal Líquido (LCD) - Gráfica

Pantalla plana compuesta por una matriz de píxeles (puntos) direccionables individualmente, situados delante de una fuente de luz (retroiluminación).

Tecnología Utilizada

• Basada en el mismo principio que los LCD de segmentos: dos filtros polarizados perpendiculares y una capa de cristal líquido intermedia que modula el paso de la luz al aplicar tensión a cada píxel.
• El color se consigue añadiendo filtros de color (rojo, verde, azul - RGB) a cada grupo de subpíxeles que conforman un píxel completo.

Ventajas

• Pantalla perfectamente plana.
• Diseño delgado y ligero.
• Bajo consumo energético comparado con CRT.

Desventajas

• Mayor coste inicial que un CRT (aunque ahora son la tecnología dominante y más económica en muchos casos).
• Resolución nativa: Puede haber distorsión o pérdida de nitidez al usar resoluciones no nativas.
• Menor ángulo de visión que un CRT (aunque ha mejorado mucho con tecnologías como IPS).
• Menor contraste y brillo que un CRT (especialmente en negros, aunque también ha mejorado).
• Profundidad de color limitada en comparación con CRT (aunque suficiente para la mayoría de usos).
• Tiempo de respuesta más lento que un CRT (puede causar 'ghosting' en imágenes rápidas, mejorado en pantallas modernas).
• Posible parpadeo de la retroiluminación (backlight flicker), especialmente con control PWM.
• Posibilidad de defectos de fabricación (píxeles muertos o atascados).