Comparando displays (ART653)

Atualmente o projetista pode contar com diversas tecnologias para e escolha de um display. A escolha do tipo apropriado depende de diversos fatores, o que pode trazer alguma dificuldade para os que não estejam familiarizados com todas essas tecnologias. Assim, nesse artigo, fazemos uma comparação entre as diversas tecnologias disponíveis focalizando suas vantagens e desvantagens, além de dar uma breve descrição de seu princípio de operação. Na atualização de 2012 constatamos que diversas tecnologias mostradas neste artigo, como as que fazem uso de TRC. Ao mesmo novas tecnologias começam a aparecer, como as que fazem uso de materiais flexíveis e LEDs orgânicos. Para estas tecnologias artigos devem entrar no site ao longo do tempo.

O principal modo de se interfacear um equipamento eletrônico com seu usuário é atualmente o display. Nele são projetadas informações na forma de textos, valores e imagens que podem ter os mais diversos graus de definição, quantidade e velocidade.

Dependendo da aplicação, o display deve apresentar características especiais e essas características devem estar muito bem determinadas no momento em que o projeto for feito.

Para facilitar a escolha do display mais apropriado para a sua aplicação damos a seguir uma breve descrição de cada um dos principais tipos existentes, além de suas vantagens e desvantagens.

 

Tubo de Raios Catódicos

O TRC ou CRT, se adotarmos a abreviação inglesa, se enquadra na categoria dos displays emissivos. Nessa tecnologia temos um tubo de vácuo dotado de um pescoço numa extremidade onde se instala um filamento e um catodo que emite um feixe de elétrons.

O feixe de elétrons é acelerado e deflexionado por alta tensão e tensões de controle de modo a incidir uma tela que é recoberta de fósforo. No ponto em que o feixe de elétrons incide temos a emissão de luz. A cor da luz depende da natureza do fósforo.

Para TRCs monocromáticos temos a cobertura com apenas um tipo de fósforo, enquanto que para os TRCs em cores temos três feixes de elétrons e três tipos de fósforos, um para cada cor (RGB). Na figura 1 temos a estrutura de um display desse tipo.

 

Um tubo de raios catódicos (TRC).
Um tubo de raios catódicos (TRC).

 

As principais vantagens desse tipo de display estão no seu alto brilho, amplo ângulo de visão e baixo custo. Além disso, como não existe limitação de tamanho do pixel para a versão mono, temos uma excelente definição. Para os coloridos a limitação do pixel está em torno de 0,2 mm.

As desvantagens estão na necessidade de uma tensão muito elevada para operação, na faixa de 5 kV a 30 kV, dependendo do tamanho e na dificuldade de se obter telas planas. Além disso, o TRC é frágil e pesado.

Outro problema a ser considerado nesse tipo de display é a sua possibilidade de emissão de raios X, e sua sensibilidade à campos magnéticos externos.

Nos displays desse tipo modernos, a emissão de raios X é muito baixa, dadas as exigências de normas de segurança que regem sua fabricação e venda.

 

Display Eletroluminescente

Os ELDs são displays do tipo emissivo. A tecnologia consiste em se utilizar uma base de estado sólido com fósforo que emite luz na presença de campos elétricos intensos.

Os fósforos usados nesse tipo de display normalmente produzem luz laranja, amarela ou verde. Na figura 2 temos uma visão dessa tecnologia.

 

 Estrutura de um display eletroluminescente.
Estrutura de um display eletroluminescente.

 

As vantagens estão no seu alto brilho e na possibilidade de se obter painéis planos. No entanto, como desvantagem destaca-se a emissão de uma cor apenas e a necessidade de altas tensões, da ordem de 150 V, para sua operação. Os displays desse tipo são difíceis de fabricar em cores e em tamanhos maiores.

 

Display tipo Flip-Dot (disco móvel)

Trata-se de um tipo de display refletivo em que cada pixel consiste num disco que é preto de um lado e fluorescente ou refletivo do outro. Diversas técnicas são usadas para girar o disco quando excitado eletricamente.

Uma delas consiste em se equilibrar o disco entre as armaduras de um eletroímã. O eletroímã é energizado com corrente num sentido ou noutro, de modo a manter o disco numa posição ou outro conforme o lado refletivo/fluorescente ou preto deva aparecer.

O magnetismo remanente mantém a posição do disco, de modo que para girá-lo para uma posição ou outro basta apenas um pulso de sinal.

Na figura 3 temos uma vista dessa tecnologia.

 

Pastilhas de display flip-dot.
Pastilhas de display flip-dot.

 

As principais vantagens desse tipo de display são várias. Uma delas está no fato de que ele só drena energia quando há uma transição de imagem. Isso significa que ele retém a imagem mesmo quando desligado, o que é uma característica interessante.

Outra vantagem é a sua durabilidade muito grande e seu baixo custo para display de grandes dimensões.

Dentre as desvantagens destacamos o elevado consumo de energia na mudança dos pixéis além da dificuldade de se obter segmentos muito pequenos. Outra desvantagem está na limitação das cores e na necessidade de se usar uma fonte auxiliar de energia, ou luz ambiente ou, como no exemplo dado na figura 3, um LED.

 

Display Incandescente

Trata-se de um display emissivo como as válvulas Numitron e outras com uma tecnologia relativamente antiga. Nela, temos um tubo de vidro, semelhante ao de uma válvula termiônica comum, mas nele existem filamentos que formam normalmente uma disposição de 7 segmentos.

Alimentando os filamentos eles acendem de acordo com a combinação desejada para formar dígitos ou eventualmente símbolos alfanuméricos. Na figura 4 temos um exemplo dessa tecnologia.

 

 Uma válvula Numitron.
Uma válvula Numitron.

 

A vantagem está no fato de ser uma tecnologia antiga e portanto de baixo custo, se bem que a intensidade luminosa não seja muito grande. Por outro lado, os tamanhos são padronizados, o que facilita os projetos.

As desvantagens estão na vida relativamente curta desses displays, na faixa de 1 000 a 10 000 horas e na sua eficiência que é bem menor do que a dos displays de LEDs.

Outro ponto a ser considerado como desvantagem é a faixa estreitade tensões de operação e a corrente elevada, principalmente quando sãop energizados e o filamento se encontra frio. Também deve-se considerar que eles trabalham aquecidos e por serem de vidro, são bastante frágeis.

 

Cristal Líquido

Os LCDs ou Liquid Crystal Display consistem em displays refletivos, ou seja, não produzem luz, pecisam de uma fonte externa de iluminação, que aproveita as propriedades de certas substâncias de se polarizarem sob o efeito de campos elétricos.

O cristal líquido opera como uma espécie de " persiana" eletrônica que pode deixar ou não passar a luz segundo o comando de sinais elétricas. Isso é feito com a movimentação das moléculas polarizadas da substância e com a ajuda de filtros polarizadores, numa estrutura que é mostrada na figura 5.

Nessa figura mostramos a orientação da substância (cristal líquido) quando polarizada no sentido de deixar passar a luz (ON) e quando ela não deixa a luz passar (OFF).

 

 Estrutura de um cristal líquido não excitado e excitado.
Estrutura de um cristal líquido não excitado e excitado.

 

As principais vantagens estão no seu tamanho reduzido, possibilidade de fabricação com preço muito baixo e ainda no fato de que podem gerar imagens monocromáticas ou coloridas de qualquer formato ou tamanho.

Outra vantagem muito importante está no seu baixíssimo consumo e alimentação com tensões muito baixas. Deve-se ainda considerar que os detalhes das imagens apresentadas podem ser muito pequenas, o que resulta numa excelente definição.

As desvantagens estão no fato de se necessitar de uma iluminação posterior ou frontal. Na iluminação posterior, deve-se considerar tanto o seu custo como o seu consumo, além dos limites de vida útil.

Também deve ser considerado como desvantagem o fato do LCD precisar ser excitados com sinais alternados e ter um campo de visibilidade relativamente estreito.

Os displays de cristal líquido são também frágeis, têm um ângulo de visão relativamente estreita e sua faixa de temperaturas de operação é bem menor do que a dos outros tipos. Dada sua sensibilidade à temperatura, eles necessitam de circuitos de compensação para que as imagens apresentadas não fiquem afetadas.

 

LED

Os Displays de LED ou Light Emitting Diodes são do tipo emissivo, onde LEDs com o formato de pixéis, segmentos ou detalhes de uma imagem são energizados quando ela deva ser apresentada. Temos então painéis onde LEDs são montados com a disposição dos segmentos, informações ou matriz de pontos, e depois energizados através de circuitos apropriados.

Os displays desse tipo têm por vantagem o baixo custo, principalmente para emissões de luz vermelho e verde, sendo disponíveis numa grande variedade de formas, disposições de LEDs e também de tamanhos.

Se bem que existam versões de brilho padronizado relativamente baixo, existem versões de alto brilho que, evidentemente, custam mais caro. Na figura 6 temos exemplos de displays desse tipo.

 

 Displays de LEDs.
Displays de LEDs.

 

Atualmente podem ser obtidos displays de LEDs com uma grande gama de cores e intensidades.

Uma limitação para esse tipo de display está no fato de serem fontes puntuais de luz, o que exige a montagem de diversos deles para formar segmentos ou então usar recursos ópticos.

Além disso, os tipos brancos são caros e exigem uma tensão de pelo menos 3,6 V para funcionar. Outro problema a ser considerado é o seu pequeno ângulo de visão e a eficiência varia tanto com a cor como com a corrente e a temperatura.

 

OLED e PLED

OLED significa Organic LED enquanto que PLED significa polymer LED (LED de polímero). Ambos os tipos são emissivos sendo formados por materiais depositados em substratos de vidro ou flexível.

Esses dispositivos têm seu funcionamento baseados em pequenas moléculas orgânicas ou de polímeros que emitem luz quando são injetadas correntes elétricas.

As características desses LEDs são capacitivas, da ordem de dezenas ou centenas de picofarads,o que significa que ocorrem perdas consideráveis quando seus circuitos são comutados, principalmente quando os displays são maiores e o processo de excitação é multiplexado .

Na figura 7 temos a estrutura de um display desse tipo

 

 Estrutura de um display de LED orgânico.
Estrutura de um display de LED orgânico.

 

As principais vantagens desse tipo de display, que começa a se tornar bastante popular em inúmeros aplicações são, o custo baixo para painéis pequenos, o amplo ângulo de visão, uma resposta mais rápida dos elementos quando comparada aos LCDs e uma ótima qualidade de cor.

Mas, a principal vantagem que começa a ser aproveitada em aplicações inéditas para esses displays está no fato de que eles podem ser fabricados com substratos flexíveis. Isso leva à possibilidade de termos displays que podem ser enrolados ou mesmo dobrados!

A primeira desvantagem está na faixa de tensões de operação entre 6 V e 16 V que é um valor que pode trazer algumas dificuldades para aplicações alimentadas por pilhas tipo botão ou pequenas.

Outros problemas são na vida limitada e no consumo elevado, principalmente para os displays de grandes dimensões ou grandes definições, como os que poderiam ser usados em monitores de vídeo, lap-tops e TV.

 

Tubos Nixie ou Fluorescentes

São válvulas cheias de gás, normalmente o neon, a qual emite luz quando recebe uma tensão elevada. Esses displays emissivos são formatos por catodos com os formatos dos dígitos ou símbolos que devem apresentar, conforme mostra a figura 8.

 

 Os tubos Nixie ou Fluorescentes.
Os tubos Nixie ou Fluorescentes.

 

Quando o anodo correspondente a um dígito é energizado, o gás se ioniza apenas em torno dele, tornando-o perfeitamente visível. Os tipos mais comuns são ainda encontrados em elevadores antigos e outras aplicações onde podem ainda operar de maneira satisfatória, se bem que se trate de uma tecnologia antiga que está sendo gradualmente substituída por outras mais modernas.

A maior vantagem desse tipo de indicador está na sua robustez já que ele pode ser usado em ambientes sujeitos à grandes variações de temperatura e além disso tem excelente durabilidade. Sua alimentação também pode ser feita tanto com tensões contínuas como alternadas.

A desvantagem está na tecnologia superada e na impossibilidade de ser usado em aplicações em que pixéis ou detalhes pequenos devam ser mostrados. Também é desvantagem a necessidade de tensões elevadas para sua alimentação, na faixa de 50 a 150 V.

 

PDP ou Plasma

PDP significa Plasma Display Panel sendo um tipo emissivo de display onde existem diversas cavidades cheias de gás. Quando excitado eletricamente, o gás ioniza e emite luz normalmente fora do espectro visível. Essa luz excita fósforos das cores que correspondem aos pixéis do display.

Nos displays desse tipo usado como monitores de vídeo, os catodos emissores recobertos de fósforo são arranjados de modo a formar as tríades RGB. Na figura 9 temos a estrutura de um display desse tipo.

A principal vantagem desse tipo de display está na possibilidade de se obter pontos de imagem coloridos com um grande brilho. Além disso, é possível fabricar os displays desse tipo com grandes dimensões, 30 polegadas e até maiores.

 

 Display PDP ou Plasma.
Display PDP ou Plasma.

 

As desvantagens residem na vida útil relativamente curta, da ordem de 5 000 a 20 000 horas e na necessidade de alimentar esse tipo de display com tensões algo elevadas da ordem de 150 V ou mais.

Outro problema que ocorre é o aparecimento de manchas ou desgaste localizado nas áreas que operam por mais tempo. Procedimentos especiais devem ser dotados em alguns casos para se evitar o aparecimento dessas manchas localizadas.

 

VFD

Os Vacuum Fluorescent Display (Displays Fluorescentes a Vácuo) são displays emissivos que utilizam tecnologia semelhante a dos tubos nixie e de filamento, sendo montados em tubos de vidro onde existem filamentos e anodos (que formam os segmentos) recobertos de fósforo, com estrutura mostrada na figura 10.

 

Display DPD.
Display DPD.

 

Quando o filamento é aquecido por uma baixa tensão, e uma alta tensão aplicada ao anodo, ocorre a emissão de termo-elétrons e ao mesmo tempo, o filamento recoberto de fósforo que foi energizado brilha. A combinação de filamentos energizados determina o dígito que estará sendo apresentado pelo display.

Normalmente os filamentos são aquecidos a uma temperatura insuficiente para que eles sejam visíveis, mas apenas para que o fósforo que os recobre seja excitado.

As vantagens desse tipo de display estão na ampla faixa de temperaturas de operação, longa vida útil e grande brilho, principalmente pela sua cor verde.

Além disso, é possível fabricar esse tipo de display com segmentos de diferentes tamanhos e formatos.

As desvantagens estão na estreita faixa de tensões de operação do filamento, que admite variações máxima que não chegam a 10%, enquanto que as tensões de anodo ficam tipicamente entre 10 V e 80 V. Os displays desse tipo na configuração RGB são caros.


Conclusão

Dependendo do que desejamos mostrar e do tipo de aplicação, podemos contar com uma boa gama de tecnologias de displays. Evidentemente, a melhor escolha deve ser feita levando-se em conta muitos outros fatores além do que vimos.

No entanto, esse artigo já serve de base para que o leitor saiba diferenciar os diversos tipos de displays que existem o que já é o primeiro passo para se fazer uma boa escolha.


Capaz
A metade de meus homens de governo não é capaz de nada e a outra metade é capaz de tudo.
Atribuído a Getúlio Vargas (1883 1954) Jornal do Brasil - Ver mais frases

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