Definir ecrã LCD: Definição básica
Um LCD (ecrã de cristais líquidos) é um dispositivo não-emissivo de modulação da luz que utiliza cristais líquidos para controlar a transmissão da luz. Estes cristais não geram luz diretamente; em vez disso, manipulam a luz de uma fonte externa (normalmente uma retroiluminação LED) através de controlo do seu estado de polarização sob a influência de um campo elétrico.
Em resumo, para definir ecrã de cristais líquidosReferimo-nos a um módulo de visualização em que a formação da imagem é conseguida através da alteração do alinhamento ótico das moléculas de cristais líquidos birrefringentes.
Estrutura em camadas de um ecrã LCD
Para definir completamente a tecnologia de ecrã LCD, temos de examinar a sua arquitetura física. Um módulo LCD TFT típico é composto pelas seguintes camadas (de baixo para cima):
| Camada | Função |
|---|---|
| Unidade de retroiluminação | Fornece iluminação (LEDs com iluminação lateral ou direta) |
| Polarizador inferior | Converte luz não polarizada em luz polarizada linear |
| Substrato de vidro TFT | Aloja transístores de película fina e eléctrodos de píxeis |
| Camada de cristais líquidos | Altera o alinhamento molecular para modular a luz |
| Substrato de filtro de cor | Define os subpixéis RGB para a reprodução de cores |
| Polarizador superior | Funciona com o polarizador inferior para bloquear/passar a luz |
| Lente de cobertura (opcional) | Fornece proteção para a interface de entrada tátil |
Nos módulos de ecrã tátil capacitivo, um painel tátil capacitivo projetado (PCAP) pode ser laminado no topo utilizando ligação ótica ou laminação de fendas de ar.
Como funciona um LCD? O princípio electro-ótico
O conceito fundamental no funcionamento do LCD é a controlo da polarização da luz por moléculas de cristais líquidos acionadas eletricamente.
Principais etapas operacionais:
- A retroiluminação emite luz brancaque entra no polarizador inferior.
- Os cristais líquidos são pré-alinhados numa configuração torcida específica (por exemplo, 90° no modo TN).
- Quando não é aplicada tensãoAs moléculas torcidas rodam a polarização da luz, permitindo que esta passe através do polarizador superior.
- Quando a tensão é aplicadaos cristais alinham-se ao longo do campo, interrompendo a rotação e bloquear a luz no polarizador superior.
- Esta modulação binária da luz cria níveis de contraste e de escala de cinzentos através de tensões de condução analógicas.
Nos ecrãs a cores, cada pixel é composto por três subpixéis (RGB) com controlo independente para criar cores de espetro total através de mistura aditiva.
👉 Leitura relacionada: Estrutura e princípio de funcionamento do ecrã de cristais líquidos TFT
Tipos de tecnologia LCD
Quando definimos os módulos de ecrãs LCD, é essencial distinguir os principais modos de alinhamento:
| Tecnologia | Descrição | Caraterísticas |
|---|---|---|
| TN (Nematic Twisted) | Torção de 90° em cristais | Resposta rápida, baixo custo, ângulo limitado |
| IPS (In-Plane Switching) | Alinhamento horizontal | Grande angular, cores exactas, resposta mais lenta |
| VA (Alinhamento Vertical) | Estado de repouso vertical | Alto contraste, ângulo moderado |
| Transmissivo | Confiança na retroiluminação total | Focado no interior, brilho elevado |
| Transflectivo | Reflexão ambiente parcial | Legível em exteriores, contraste moderado |
Cada tipo de alinhamento tem impacto ângulo de visualização, rácio de contraste, tempo de resposta e estrutura de custos.
👉 Leitura relacionada: Uma comparação exaustiva dos tipos de painéis LCD: TN, VA e IPS
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Método de condução e tecnologia de interface
Para definir o ecrã LCD do ponto de vista do sistema de controlo, considere a forma como os dados dos pixels e as tensões de acionamento são geridos.
- Matriz ativa (TFT): Cada pixel é controlado por um transístor de película fina e um condensador de armazenamento dedicados, minimizando as interferências e aumentando a resolução.
- Tipos de interface:
- RGB Paralelo: Para acionamento direto em tempo real com microcontroladores.
- SPI/QSPI: Baixo número de pinos para sistemas compactos.
- MIPI DSI: Interface série de alta velocidade, comum nos smartphones.
- LVDS: Utilizado em painéis maiores com alta resolução.
Cada escolha de interface afecta largura de banda, latência, integridade do sinal e complexidade da apresentação em sistemas incorporados.
Métricas de desempenho que definem a qualidade do ecrã LCD
| Métrica | Especificações técnicas |
|---|---|
| Resolução | Número de pixéis (por exemplo, 1280×960) |
| Passo do pixel | Distância entre centros de pixéis adjacentes |
| Brilho | Normalmente 250-1000 cd/m² |
| Relação de contraste | Rácio de níveis de luz/obscuridade (por exemplo, 800:1) |
| Ângulo de visão | Ângulo máximo sem distorção significativa |
| Tempo de resposta | Tempo para mudar de estado (por exemplo, <20 ms) |
| Profundidade da cor | Número de cores visíveis (por exemplo, 16,7 M) |
| Temperatura de funcionamento | Gama adequada para uma função estável |
Definir o ecrã LCD na conceção de sistemas incorporados
Os módulos LCD estão estreitamente integrados em eletrónica incorporada e sistemas HMI. As considerações para a integração incluem:
- Orçamento de energia: Os LCDs com retroiluminação LED requerem controladores de 3,3V-12V.
- Disposição da placa de circuito impresso: Os sinais de interface de alta velocidade (MIPI, RGB) necessitam de controlo da impedância.
- Blindagem EMI: Especialmente em módulos tácteis capacitivos.
- Compatibilidade de firmware: Os controladores de ecrã devem corresponder à resolução e ao tempo.
Os engenheiros normalmente confiam em folhas de dados, EVBs (placas de avaliação) e bibliotecas de ICs de controladores STN/TFT ao projetar para aplicações industriais.
Perguntas frequentes (FAQ)
O que é um cristal líquido em física?
Um cristal líquido é um estado da matéria entre o líquido e o sólido. As suas moléculas podem fluir como um líquido, mas mantêm a ordem direcional como um cristal, permitindo a manipulação da luz.
O que é um ecrã LCD transmissivo?
É um tipo de LCD que utiliza uma luz de fundo como única fonte de luz. A luz passa inteiramente através das camadas de cristais líquidos para gerar imagens.
Em que é que o TFT é diferente do LCD?
O TFT (Thin Film Transistor) é uma tecnologia utilizada para controlar os pixéis nos LCD. Todos os ecrãs TFT são LCDs, mas nem todos os LCDs utilizam TFT.
O MIPI é melhor do que o SPI para LCD?
A MIPI oferece maior largura de banda e melhor eficiência energética, mas é mais complexa de implementar. O SPI é mais fácil para aplicações de baixa velocidade.
Os LCD podem ser utilizados no exterior?
Sim, se o brilho for superior a 500 cd/m² e se forem aplicadas camadas de ligação ótica ou transflectivas. Os revestimentos resistentes aos raios UV e os tratamentos antirreflexo também ajudam.
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