9.De que forma revolucionou o mercado
1.Resumo
Este trabalho visa
efectuar uma abordagem, com algum pormenor, sobre uma das principais facetas da
indústria da electrónica nos dias de hoje: a tecnologia de cristais líquidos.
Começamos por considerar
a evolução histórica do LCD, uma tecnologia relativamente recente, mas já
bastante evoluída.
Por outro lado, além de
uma descrição sobre o que está na base do funcionamento desta tecnologia e das
topologias abordadas no fabrico dos produtos que dela derivam, procuramos
também evidenciar os principais aspectos que a destacam das demais existentes
no mercado.
Em última análise abordaremos
as perspectivas futuras da tecnologia LCD e possíveis evoluções da mesma. Isto,
para além de apresentarmos uma outra tecnologia que poderá vir a ser a
sucessora do LCD, a tecnologia OLED.
2.Introdução
Várias foram as tecnologias
desenvolvidas ao longo destes últimos anos, que se pretenderam afirmar no
mercado como soluções alternativas aos dispositivos CRT (Tubo de Raios
Catódicos). O objectivo principal centrava-se em oferecer equipamentos mais
compactos e mais eficientes do ponto de vista do consumo de energia.
Tecnologias
como o LED (Light Emitting Diode), PDP (Plasma
Display), FED (Field Emission Display),
EL (Electroluminescent Panel), DMD (Digital Micromirror
Device) e VFD (Vacuum Fluorescent Display)
pretendiam alcançar esse objectivo mas, no entanto, o LCD (Liquid Crystal Display)
foi o que se mostrou mais eficiente, para a maior parte das aplicações a que se
destinava.
As aplicações em LCD
podem ser vistas como a parte mais recente da evolução da interface das
comunicações, que começou com a pictografia ancestral e a invenção da escrita e
culminou, nos dias de hoje, com o surgimento da imagem.
Actualmente, esta
tecnologia deixou de ser usada somente nos computadores portáteis - limitados em termos de espaço, peso e consumo de energia -
para passar a ser parte integrante dos computadores de secretária, onde até
então apenas se usava CRT.
3.Evolução histórica
Descoberto em 1888 pelo
botânico austríaco Freidrich Reinitzer,
o cristal líquido é uma substância cujas moléculas podem ser alinhadas quando
sujeitas a um campo eléctrico, algo semelhante ao que acontece com fragmentos
de metal quando se aproximam de um íman.
Cerca de uma década
depois, quando ainda decorriam os estudos sobre cristais líquidos, surge aquele que mais tarde virá a ser substituído pelo
LCD, o CRT.
Em 1963, Richard Williams e George Heilmeier sugeriram o uso
de cristais líquidos no fabrico de um display, o que veio a suceder 5 anos mais tarde, quando o
grupo RCA produziu o primeiro LCD experimental.
Figura 1 – Primeiras aplicações usando a tecnologia
com base em cristais líquidos.
Durante a década de 70 começam a surgir as
primeiras aplicações do LCD. É produzido o primeiro relógio que recorre a esta
tecnologia (1972), por parte da International Liquid Crystal Company (ILIXCO), a Sharp inventa
a primeira calculadora portátil com visor LCD (1973) e Walter
Spear e Peter LeComber fabricam o primeiro display a cores (1979) usando
tecnologia baseada em cristais líquidos.
Em 1985, a Seiko-Epson revela ao Mundo o primeiro aparelho de
televisão com LCD a cores.
Recentemente, em 2005, a
Samsung desenvolveu o maior (82”) sistema de
televisão de alta definição (HDTV) usando tecnologia TFT-LCD.
4.Materiais
utilizados
Um dos constituintes
fundamentais do LCD é o cristal líquido. As moléculas de cristal líquido
possuem a característica de poderem ser alinhadas, segundo uma dada direcção,
quando sujeitas a campos eléctricos. Isto permite a passagem da luz, consoante
o alinhamento dessas moléculas.
Esta propriedade dos
cristais líquidos faz com que estes sejam utilizados no fabrico de diversos
tipos de ecrãs.
Figura 2 – Moléculas de cristais líquidos.
5.Funcionamento
Os monitores do tipo LCD
não possuem um tubo de raios catódicos (CRT) mas sim tecnologia LED ou uma
fonte de luz fluorescente denominada backlight.
De
uma forma geral, esta tecnologia baseia-se em produzir imagens sobre uma
superfície plana composta por cristal líquido e filtros coloridos. Duas
superfícies com filtros polarizados, que podem ser encarados como um conjunto
de fios muito finos paralelos, controlam os raios de luz que passam através das
moléculas de cristal líquido. As linhas de um dos filtros são dispostas
perpendicularmente às linhas do outro filtro, e as moléculas entre as duas
superfícies são forçadas a um estado torcido, direccionando os raios de luz da
mesma forma.
Assim, quando não há
nenhum campo eléctrico aplicado às moléculas, a direcção do raio de luz vai-se alterando à medida que passa pelo cristal até
encontrar a segunda superfície, cuja direcção das ranhuras coincidirá com a do raio
de luz.
Se um campo for aplicado
ao cristal, as moléculas dispõem-se verticalmente, fazendo com que os raios de
luz percorram o intervalo sem alterar a sua direcção, até encontrarem a segunda
superfície que bloqueará os raios.
Podemos referir, de um modo
simplificado, que a ausência de um campo aplicado é sinónimo de passagem de
luz. Por sua vez, quando aplicamos uma tensão esta luz será bloqueada.
Uma fonte de luz
fluorescente, identificada geralmente pelo termo backlight,
é responsável pela emissão dos raios que são alinhados pelos filtros
polarizados. A luz direccionada passa, então, pela camada contendo milhares de
bolhas de cristal líquido arranjadas em pequenas células que, por sua vez,
estão dispostas em linhas na tela. Uma ou mais células formam um pixel no monitor.
Figura 3 – Esquema de funcionamento do LCD.
Em ecrãs LCD
policromáticas, cada pixel é formado por três células
de cristal líquido. Cada uma delas, filtrada por filtros
vermelho, verde ou azul. Ao passar por essas células filtradas, a luz
produz as cores que são vistas nas telas LCD.
A área à volta do pixel, já colorido, é colocada a preto, aumentando assim o
contraste. Por sua vez, a luz passa ainda por um polarizador, para aumentar a
nitidez e intensidade do pixel.
Existem dois principais
tipos de telas de cristais líquidos: matriz passiva e matriz activa (TFT - Thin-Film Transistor).
Na
tecnologia de matriz passiva, a tela consiste numa matriz de fios horizontais e
verticais. A intersecção dos fios define um pixel, e
a corrente que controla os pixels é enviada através
desses fios.
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Figura 4 – Representação da matriz passiva [3].
Para determinar o nível
de brilho de cada pixel, aplica-se uma carga
eléctrica para que o cristal se realinhe e altere a
direcção do raio de luz. O processo é repetido sequencialmente por linha, desde
a parte superior da tela até à inferior. Para cada linha da matriz de pixels, a corrente apropriada flui
pelas colunas até à linha seleccionada, para que o cristal seja alinhado na
direcção desejada.
O
cristal líquido usado nesta solução apresenta baixo tempo de resposta, ou seja,
depois de as moléculas serem orientadas pela carga eléctrica, demoram algum
tempo para retornar ao seu estado anterior, desalinhado. A resposta lenta do
cristal faz com que cenas dinâmicas não sejam muito nítidas, facto que
desaconselha o uso da matriz passiva, por exemplo, em jogos e filmes.
Por
outro lado, o endereçamento usado pelos monitores de matriz passiva também é
responsável por um outro efeito indesejável: quando um pixel
é activado, pode haver alguma influência sobre os pixels
vizinhos na mesma linha e coluna. Esse efeito é conhecido por crosstalk, um distúrbio causado por campos
eléctricos que afectam circuitos ou sinais adjacentes, afectando directamente a
aparência dos pixels próximos. Uma solução encontrada
pelos fabricantes para reduzir esse problema foi dividir a tela numa metade
inferior e outra superior, de modo a fazer o varrimento em cada uma delas
independentemente. Este tipo de tela é chamada de DSTN (Dual Scan Twisted Nematic).
Alguns modelos ainda contam com um recurso extra, que faz um endereçamento
simultâneo de duas linhas.
No caso do TFT, este faz
uso de transístores em cada pixel que permitem que
estes sejam controlados individualmente, podendo ser activados ou desactivados
de forma independente. Deste modo, é possível visualizar o movimento nas
imagens de forma mais rápida, pois é garantido que a imagem de um pixel não irá afectar a imagem do pixel
vizinho.
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Figura 5 – Representação da matriz activa [3].
A desvantagem deste
método apresenta-se como sendo a maior complexidade existente no processo de
fabrico, essencialmente devido à grande quantidade de transístores que é
utilizada. Como o LCD é geralmente construído sobre um único substrato, por
razões de custo, o grau de atenção no processo de fabrico deve ser muito alto.
Apenas para efeitos de comparação, um substrato com quatro painéis de resolução
de 800 por 600 pontos usa cerca de 5,8 milhões de transístores, mais do que o
volume usado pelo processador Pentium.
Os LCD são classificados como transmissivos ou reflexivos,
dependendo da posição da sua fonte de luz. Um LCD transmissivo é iluminado por
uma fonte de luz clara da parte traseira e visto da parte dianteira. Tais LCD
são usados em aplicações onde se requerem níveis luminosos elevados, como sejam
o computador, PDA’s, televisões e telefones móveis.
Por outro
lado, os LCD reflexivos, encontrados geralmente em mostradores digitais dos
relógios e das calculadoras, são iluminados por uma luz externa que, por sua
vez, é reflectida para trás por um reflector, situado atrás da exposição. Em
termos de consumo de potência, os LCD reflexivos, devido à ausência de uma
fonte clara artificial, são mais eficientes do que os transmissivos.
Actualmente
existem ecrãs de LCD, que combinam as características básicas de cada uma das
implementações. São denominados Transflective LCD
e operam tanto em modo transmissivo como reflexivo, dependendo da luminosidade
do ambiente em que estão inseridos.
6.Aplicações
As primeiras aplicações
a fazerem uso da tecnologia LCD remontam a meados dos anos 70. Tratavam-se,
sobretudo, de visores de calculadoras e de relógios digitais. Só na década de
80 se passou a aplicar o LCD - na altura em plena
evolução – aos aparelhos de televisão.
Actualmente, para além
de se continuarem a desenvolver aparelhos de televisão com base nesta
tecnologia, apresentando crescentes melhorias de qualidade, também cada vez mais
os fabricantes de monitores de computador recorrem a telas de LCD. Isto sucede,
pois a tecnologia LCD permite a exibição de imagens monocromáticas ou coloridas
e animações em praticamente qualquer dispositivo, sem a necessidade de um tubo
de raios catódicos. Aliás, desde sempre que os notebooks usam LCD nos seus
ecrãs, responsável em grande parte pelas suas reduzidas dimensões.
No entanto, o LCD não se
limita a ser usada no fabrico de monitores para computador. É possível
encontrar no mercado dispositivos como relógios de pulso e de parede, consolas
portáteis, câmaras digitais, telemóveis, calculadoras, leitores multimédia e
muitos outros gadgets
em que o ecrã é um dos componentes principais, e que fazem uso da tecnologia de
cristais líquidos.
Figura 4 – Exemplos de aplicações da tecnologia LCD.
7.Vantagens e
Desvantagens
Nos dias de hoje, onde a
tecnologia evolui a um ritmo sem precedentes, as exigências dos utilizadores
crescem quase na mesma proporção. É cada vez maior a necessidade que o ser
humano tem de se ver rodeado de tecnologia que lhe facilite, de certa forma, o
seu dia-a-dia.
No que diz respeito à
tecnologia LCD, de referir que esta apresenta enormes virtudes relativamente
aos seus antecessores. Contudo, não deixa de ter ainda algumas limitações que,
porventura, evitarão a sua maior disseminação.
O facto dos monitores
LCD terem uma tela realmente plana elimina as distorções das imagens
verificadas nas telas que têm uma certa curvatura (por mais pequena que seja),
como é o caso nos monitores CRT. Esta vantagem assume um peso importante na
componente visual do produto, uma vez que interage directamente com o sistema
visual humano, apresentando-se como uma tecnologia apelativa.
Outra
vantagem é a menor ocupação de espaço e peso que o monitor LCD possui nas
várias aplicações desenvolvidas nesta área, possibilitando deste modo a
evolução tecnológica no aspecto móvel dos vários aparelhos que utilizam esta
tecnologia.
Devido
ao crescente número de horas que os utilizadores passam em frente dos monitores
de computador, uma vantagem importante trata-se do facto dos ecrãs LCD cansarem
menos a vista em comparação com outras tecnologias.
Hoje
em dia, onde tanto se ouve falar, até mesmo a nível político, da poluição crescente
em todo o mundo e se refere as energias renováveis como modo de combater este
grave problema mundial, é uma vantagem enorme sabermos que os monitores LCD
consomem bastante menos energia que os CRT.
Por
outro lado, diversos são os estudos efectuados com o objectivo de evidenciar os
efeitos nocivos da radiação emitida quer pelos telemóveis, quer por outros
aparelhos electrónicos. Assim sendo, é bom referir que os monitores LCD emitem
muito pouca radiação ou até mesmo nenhuma radiação prejudicial ao ser humano.
À
medida que o utilizador dá cada vez mais importância ao tamanho da imagem,
visando sempre uma imersão na cena, os monitores LCD possibilitam tal
experiência, apresentando uma maior área de exibição. O mesmo não sucede nos
monitores CRT já que a carcaça cobre as bordas do tubo de raios catódicos.
Como
em qualquer tipo de tecnologia em desenvolvimento, nem tudo são vantagens.
Existem sempre os contras e os monitores LCD não fogem à regra.
A principal tem a ver com a dificuldade em
produzir monitores LCD perfeitos, dado o número elevado de transístores
incorporados (mais do que o volume usado pelo processador Pentium).
É verdade que os
utilizadores cada vez mais procuram uma melhor qualidade de serviço, porém o
custo do equipamento tem um papel preponderante na escolha de qualquer produto.
Os monitores LCD são bem mais caros que os monitores CRT, o que pode fazer
pesar na decisão.
Por
outro lado, os monitores LCD apresentam um menor contraste relativamente aos
monitores CRT, tendo como consequência uma degradação visual provocada ao
sistema visual humano. Esta representa outra desvantagem dos LCD.
Os
ecrãs LCD apresentam um ângulo de visão limitado, embora isso suceda,
sobretudo, em modelos mais antigos e, portanto, qualquer desvio de visão causa
distorção nas cores e na imagem.
Finalmente,
para além das desvantagens já referidas, há ainda o facto de os monitores LCD
poderem apresentar pixels que não funcionam
convenientemente, isto é, não mudam de cor (os chamados “dead
pixels”). Todavia, isso é
cada vez menos frequente nos equipamentos actuais.
Figura 5 – Tecnologia CRT vs
tecnologia LCD.
8.LCD – Que futuro?
Actualmente, o LCD é,
sem sombra de dúvidas, a tecnologia mais escolhida para ecrãs planos.
Com as recentes
descobertas de novas classes de materiais usadas no fabrico do LCD com
propriedades melhores que as actuais, o futuro apresenta-se
risonho. Os avanços na investigação prendem-se sobretudo com o estudo e
desenvolvimento de cristais líquidos com auto-alinhamento,
que poderão num futuro próximo vir a constituir a base de qualquer dispositivo
LCD.
Esta técnica, capaz de fazer com que os cristais líquidos se alinhem
verticalmente de forma autónoma, tem aplicação num passo específico, chamado de
“emborrachamento”, em que é utilizada uma película de
polímero para criar o alinhamento dos cristais entre as duas camadas de vidro
onde eles operam. No processo actual, a aplicação desta camada pode danificar
alguns transístores e introduzir poeira no interior da tela, diminuindo o
rendimento do processo produtivo. No entanto, a nova técnica descarta a etapa
do “emborrachamento” e utiliza a fotopolimerização
"in-situ"
para criar uma matriz celular de gotas de cristal líquido, permitindo que
durante o procedimento as moléculas se alinhem automaticamente. E, como os
cristais líquidos ficam alinhados verticalmente, o estado desligado dos pixels fica completamente escuro, ao contrário do que
acontece actualmente nos LCDs que não conseguem
obstruir completamente a backlight. É como resposta a
este problema que poderá surgir o sucessor do LCD, a tecnologia denominada por
OLED (Optical Light Emitting Diode), actualmente em
desenvolvimento, cuja principal característica é, precisamente poder emitir luz
própria. Pelo que cada OLED, quando não polarizado, torna-se obscuro obtendo-se
assim o "preto real".
Por outro lado, os ecrãs com tecnologia OLED podem
ser visualizados de diversos ângulos (180º) e apresentam um contraste muito
melhor (de 1000:1 contra 100:1 das telas LCD no escuro).
Figura 6 – Melhorias do OLED relativamente ao LCD.
9. De que forma
revolucionou o mercado
A
tecnologia LCD revolucionou o modo como a sociedade encara o quotidiano a todos
os níveis. Permitiu a criação de telemóveis, calculadoras, computadores
portáteis, consolas de jogos e outros dispositivos portáteis de fácil
manuseamento, leves e sem grandes encargos para o utilizador. Representa uma
evolução significativa na economia mundial, no modo como as empresas podem
trabalhar ou agir perante o mercado. Por outro lado, permite originar novas
empresas que utilizam a tecnologia LCD e dela depende a sua sobrevivência.
10.Bibliografia
[1] http://pt.wikipedia.org/wiki/LCD
[2] http://pt.wikipedia.org/wiki/Constitui%C%A7%C3%A3o_do_LCD
[3] http://paginas.terra.com.br/negocios/ineplast/prosystem/monitores_lcd.htm
[5] G. Cianfrini,
“Liquid Cristal Display Technology” [Online].
Available: www.ee.buffalo.edu/faculty/cartwright/teaching/ee494s99/presentations/LCD_Displays.PDF
[6]
J. Nguyen, “History of LCD” [Online].
Available: www.ece.drexel.edu/courses/ECE-E443/LCD_Timeline.ppt
[7] G. Walker “LCD Types - The State-of-the-Art in Display Technology” [Online].
Available: www.pencomputing.com/frames/textblock_display_types.html
[8] http://www.tech-faq.com/lang/pt/lcd.shtml
Sérgio Paiva Nº 53628
Rúben
Gomes Nº53645
Vikash Mukesh Nº53733
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