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Os monitores e suas tecnologias – Parte 2 Imprimir E-mail
Escrito por Antonio Paulo Rodrigues Fernandez   
Qui, 01 de Maio de 2008

Monitores LCD

Neste segundo artigo sobre tecnologias utilizadas em monitores — o primeiro tratou dos monitores CRT —, falaremos sobre os monitores de cristal líquido. Na próxima edição explicaremos o funcionamento dos monitores de plasma.

 

 

 

Comparados com o CRT, os monitores LCD (Liquid Crystal Display) mostram uma evidente vantagem — seu volume é muito menor. Outros benefícios sobre os monitores tradicionais: geram menos calor, consomem menos energia e emitem níveis mais baixos de radiação.

O cristal líquido é uma substância composta de macromoléculas. Ele flui como um líquido, mas pode apresentar ordenamento de sua estrutura molecular tal como um cristal. Suas ligações moleculares são fracas e podem ser afetadas por campos eletromagnéticos. No monitor LCD, o cristal líquido é contido em microrreservatórios. Estes são formados a partir de duas placas de vidro com sulcos, justapostas. As macromoléculas do cristal líquido tendem a se aglomerar na forma de espirais. No entanto, quando submetidas a uma diferença de potencial elétrico (d.d.p.), por meio de eletrodos transparentes, elas são direcionadas no espaço e se posicionam perpendicularmente à superfície das placas que as contêm, como se fossem finíssimos fios que ficam em pé sobre uma superfície plana.

Ativação dos pixels (primary element) – formação da imagem

Um feixe luminoso é emitido pelo diodo, passando pelo filtro Y, sofrendo polarização no eixo Y. Quando as moléculas do cristal líquido estão em “repouso” — ou seja, desalinhadas e agrupadas em espirais —, os feixes luminosos são dispersos em várias direções pelo cristal líquido. Quando esses feixes luminosos chegam ao filtro polarizador X não conseguem atravessá-lo, pois estão desalinhados em relação ao eixo de orientação do segundo filtro polarizador.

Observação: A luz polarizada é formada por ondas eletromagnéticas que oscilam em um único plano, ao passo que as ondas da luz convencional apresentam múltiplos planos de oscilação, orientados por um eixo, o qual corresponde à direção de propagação do feixe.

Quando ocorre a d.d.p. devido ao acionamento dos eletrodos de maior e menor potencial e são geradas linhas de força eletromagnéticas, que por sua vez alinham as moléculas do cristal líquido fazendo com que elas se estiquem, ficando paralelas e perpendiculares à superfície do vidro. Quando a luz passa pelo cristal líquido nesse estado de ativação, os feixes luminosos sofrem orientação de campo eletromagnético, de tal forma que haverá coincidência do seu ângulo de propagação com o ângulo do segundo filtro polarizador. Finalmente, a luz que conseguiu passar pelo segundo filtro atinge a tela, formando a imagem.

A quantidade de luz que chega à tela é modulada pela variação da intensidade da d.d.p. aplicada ao cristal líquido.

Resolução dos LCDs

A resolução da tela de cristal líquido depende do formato e arranjo dos eletrodos transparentes e da gravação química que é responsável pela produção dos sulcos de armazenagem do cristal líquido.

Os primeiros LCDs adotavam um tipo de tecnologia chamada de TN ou twisted nematic, que ainda é encontrada em LCDs mais simples, utilizados em painéis de máquinas, celulares menos sofisticados e diversos componentes eletrônicos. Monitores que usam a tecnologia TN podem apresentar falhas em animações.

Da tecnologia TN surgiu a STN ou super twisted nematics. Essa solução faz com que imagens mudem de estado rapidamente, pois as moléculas do cristal líquido têm movimentação melhorada, além de permitir que o usuário consiga ver a imagem do monitor praticamente a 120° em relação ao plano de visão. O próximo avanço tecnológico deu origem ao FCSTN ou film compensated super twisted nematics, que proporcionou o aumento da resolução dos monitores.

Atualmente, utiliza-se a tecnologia GH, Guest Host, que adiciona um pigmento ao cristal líquido a fim de aumentar a gama cromática e a velocidade de regeneração dos pixels.

As tecnologias anteriormente descritas são utilizadas em LCDs do tipo matriz passiva. Os monitores LCD de matriz ativa são mais eficientes para visualização de imagens em movimento e utilizam a tecnologia TFT (Thin Film Transistor).

A figura 4 apresenta a estrutura interna de uma tela de cristal líquido com matriz passiva e suas camadas.

Princípio eletrônico de acionamento dos pixels.
Tecnologia LCD de matriz passiva.

Os eletrodos fixados na placa superior são do tipo coluna, enquanto aqueles fixados na placa inferior, são do tipo linha. Logo, quando as duas placas são unidas, forma-se uma matriz do tipo (XY). Cada cruzamento entre linha e coluna dá origem a um pixel.

Para que o pixel acenda, uma tensão positiva deve ser aplicada à coluna e uma tensão negativa deve ser aplicada à linha. Nesse cruzamento, as moléculas do cristal líquido permitirão a passagem da luz.

A varredura das telas de matriz passiva é efetuada ativando-se cada coluna e cada linha seqüencialmente através do disparo de um transistor, de tal forma que todos os pixels de uma imagem possam ser vistos em uma freqüência de 30 Hz, ou mais, o que depende da resolução do LCD.

Tecnologia LCD de matriz ativa ou TFT

No caso da tecnologia de matriz ativa, os transistores são gravados no substrato onde se encontra cada pixel. Assim, se uma matriz passiva possuir, por exemplo, resolução de 640 × 480 pixels, seriam necessários 1.120 transistores tipo TFT, ao passo que para a matriz ativa são necessários 307.200 transistores tipo TFT. Dessa forma, é absolutamente necessária a gravação dos mesmos no substrato que comporta os eletrodos. Nesse caso, o substrato de vidro utilizado na matriz ativa irá conter, para essa resolução, 307.200 eletrodos, enquanto a matriz passiva terá apenas 1.120 eletrodos. Nota-se, portanto, que a tecnologia de matriz ativa é muito mais complexa quanto à produção, o que obviamente encarece seu preço em comparação com a tecnologia de matriz passiva, para uma mesma resolução.

A grande vantagem da tecnologia que emprega matriz ativa encontra-se no fato de que cada pixel pode receber uma tensão diferente, permitindo a utilização de altíssimas resoluções, com um tempo de atualização de imagem mais próximo dos monitores CRT, o que equivale a uma latência máxima de regeneração de cada pixel de 40 milissegundos. Isso significa que a matriz ativa permite a exibição de um DVD sem problemas, apesar de ainda não ser tão boa para assistir jogos de ação, pois as imagens são alteradas muito rapidamente, prevalecendo o uso nesse caso do CRT. Outra vantagem dos LCDs com matriz ativa está no fato de oferecerem maior ângulo de visão e contraste muito maior, sendo mais finos e leves que aqueles que utilizam matriz passiva. Porém, nem tudo é vantagem, pois sua fabricação é extremamente complexa, o que pode gerar pixels conhecidos como dead pixels, quando ficam permanentemente escuros, ou os crazy pixels, que geram só uma determinada cor.

A principal diferença entre as telas monocromáticas e coloridas é que as coloridas usam três vezes mais eletrodos do que as telas monocromáticas.
Os pontos de cor, na realidade, são formados por três pixels menores ativados da mesma forma que nas telas monocromáticas. Para a geração de cores a tela frontal é recoberta com células R, G e B justapostas.

Vantagens do LCD

  1. Os monitores do tipo LCD possuem uma tela realmente plana, eliminando as distorções de imagem dos monitores tipo tubo de raios catódicos, ou CRT (que têm suas telas curvas).
  2. Cansam muito menos a vista que o CRT.
  3. Consomem menos energia que o CRT e plasma.
  4. Emitem pouquíssima radiação nociva (alguns modelos já não emitem radiação nociva alguma).
  5. Contraste muito superior aos do CRT.
  6. Modelos recentes têm correções de distorções, deixando as imagens em estado harmônico e mais real, mesmo em movimento.

Desvantagens do LCD

  1. Têm o ângulo limitado a uma visão perpendicular (90°), sofrendo com o problema do black light e white light, embora isso aconteça apenas em modelos mais antigos. Atualmente, a maioria dos monitores de LCD chegam a 178° de visão.
  2. A persistência do estado lógico dos pixels LCD pode levar a efeitos de arrasto na exibição de imagens com movimento para aqueles que utilizam tecnologia de matriz passiva.

Antonio Paulo Rodrigues Fernandez é técnico de Ensino da Escola Senai Theobaldo De Nigris.

Texto publicado na Edição 61