LCDs Explicados: A Ciência por Trás da Sua Tela – Guia Completo

Compreender o funcionamento dos LCDs é fundamental, especialmente agora que praticamente todas as telas que vemos utilizam essa tecnologia. No entanto, é difícil diferenciar esses displays à primeira vista se você não possui conhecimento prévio sobre eles. Aqui, examinaremos as telas LCD, sua estrutura, componentes essenciais e como você pode prolongar a vida útil do seu display.

O que é um Display LCD?

Figura 1: Seção Transversal de um LCD

Um display de cristal líquido (LCD) é um painel plano que utiliza cristais líquidos para criar uma imagem visível.

A Estrutura Básica de uma Tela LCD

Backlight (Retroiluminação)

Diodo Emissor de Luz (LED)

Figura 2: Uma Faixa de LED

Telas LCD com retroiluminação LED utilizam diodos emissores de luz para fornecer a luz de fundo dos pixels. Elas oferecem melhor faixa de escurecimento, melhores taxas de contraste, gama de cores mais ampla e são mais confiáveis que telas com retroiluminação CCFL.

Painel de Eletroluminescência (ELP)

Esta tecnologia utiliza fósforos coloridos excitados para produzir luz, exigindo uma tensão elétrica de 100 volts CA a 400 Hertz de frequência para emitir luz. A tecnologia ELP é aplicável em LCDs monocromáticos, de segmentos e de caracteres.

Lâmpadas Fluorescentes de Cátodo Quente (HCFL)

O HCFL utiliza um filamento de tungstênio enrolado conectado a dois cátodos nas extremidades. Quando os cátodos são eletricamente excitados a 900 graus Fahrenheit, eles emitem elétrons que reagem com o mercúrio no tubo. O efeito é que a radiação ultravioleta gerada reage com o fósforo para produzir luz.

Lâmpadas Fluorescentes de Cátodo Frio (CCFL)

Diferente do HCFL, o CCFL não possui filamento de tungstênio. Em vez disso, a tensão dentro do tubo excita o mercúrio, causando um fluxo de corrente. A radiação UV do mercúrio reage com o fósforo para produzir luz.

Cristal Líquido para LCD

Figura 3: Uma Mulher Assistindo TV LCD

LCD de Fase Nemática

A fase termotrópica nemática ocorre a uma temperatura mais alta em comparação à fase escmética. Os cristais líquidos são orientações com seus eixos longos apontando em uma única direção. Seus centros de massa têm posições aleatórias dentro do líquido. No entanto, você pode alinhá-los com um campo magnético ou elétrico externo para criar uma visão transparente ou opaca. É devido a essa propriedade de alinhamento que as moléculas nemáticas são aplicáveis em LCDs.

Fase Escmética dos Cristais Líquidos

Uma fase escmética é uma fase termotrópica de cristais líquidos que existe em baixas temperaturas. Aqui, as moléculas de cristal líquido se alinham em camadas perpendiculares ao plano das moléculas. O arranjo do cristal está em estado líquido e desliza uns sobre os outros na direção do plano da camada.

Fase Colestérica dos Cristais Líquidos

Aqui, os cristais líquidos se alinham em camadas com espessura de uma molécula. Além disso, as moléculas se alinham com seus eixos longos paralelos entre si.

Filtros de Cor dos Cristais Líquidos

Filtros de cor em painéis LCD permitem que comprimentos de onda específicos de luz passem através enquanto bloqueiam outros. Portanto, é possível realçar e contrair cores visíveis para criar variações da mesma cor.

Filtros Polarizadores dos Cristais Líquidos

Filtros polarizadores permitem a passagem de luz polarizada de uma orientação específica através de uma configuração LCD, bloqueando todas as outras exposições de luz.

Como os LCDs Funcionam – Transistores de Filme Fino (TFT)

LCDs TFT utilizam transistores de filme fino como chaves individuais de pixel para melhorar características de imagem como contraste e endereçabilidade. TFTs são transistores de efeito de campo (FETs) especiais que são mais finos em relação ao plano do dispositivo.

Como Funcionam as Telas LCD?

O funcionamento de um LCD baseia-se principalmente nas propriedades da luz polarizada. Luz polarizada é aquela cujas vibrações ficam restritas a um único plano. Em um LCD, a luz branca sofre polarização com a ajuda de dois filmes polarizadores.

Uma tela LCD possui milhões de pixels, cada um com um filme polarizador em ambos os lados de um cristal líquido ligado. Cada pixel é subdividido em três sub-pixels distintos: vermelho, verde e azul.

Quando você liga seu LCD, a retroiluminação projeta luz branca não polarizada em direção aos pixels. A luz branca viaja em vários planos, incluindo horizontal e vertical. O primeiro vidro polarizador permite a passagem apenas das ondas de luz horizontais, enquanto o segundo filtro de vidro permite apenas as ondas de luz verticais. Os dois vidros polarizadores são cristais líquidos com eletrodos ao redor, e cada sub-pixel possui seu par de eletrodo e vidro polarizador.

O cristal líquido está em uma forma nemática eletrônica em seu estado natural.

Os filtros de vidro polarizador rotacionam a luz horizontal para uma posição vertical no estado desligado, permitindo que a luz alcance os pixels. Quando os eletrodos polarizadores são ligados, os cristais líquidos nemáticos se orientam em um alinhamento horizontal. A luz da retroiluminação não sofre mais torção através de um ângulo de 90 graus e passa horizontalmente. O vidro polarizador vertical então bloqueia as ondas de luz planas. Variando a corrente elétrica através de cada conjunto de eletrodos, podemos alterar o número de cristais líquidos que se alinham horizontalmente. Como resultado, diferentes quantidades de luz alcançam os pixels para criar uma imagem.

As cores nos sub-pixels individuais estão em uma escala de 0 a 255. Se os três forem zero, você verá preto na tela inteira, e se todos estiverem em 255, verá a retroiluminação (branco). Uma variação no potencial do eletrodo do cristal líquido varia a exibição de luz colorida em um LCD.

Seis Fatores que Determinam a Vida Útil de uma Tela LCD

Figura 4: LCD Médico EKG Futurista

Listados abaixo estão os seis fatores que determinam a vida útil de um LCD.

Ambiente de Operação da Tela

LCDs funcionam melhor quando os cristais líquidos estão na fase nemática. Uma queda de temperatura abaixo do ponto de congelamento ou temperaturas mais altas prejudicam o funcionamento do LCD, reduzindo sua vida útil.

Qualidade dos Componentes Eletrônicos Acompanhantes

LCDs falham principalmente devido ao inchaço de capacitores resultante da secagem dos eletrólitos internos. Materiais de baixa qualidade reduzem a vida útil de um LCD.

Estado dos Componentes Externos

Componentes externos como a estabilidade e frequência da energia afetam a vida útil das telas LCD. Poeira também se deposita em componentes importantes do circuito, causando curtos-circuitos e problemas de aquecimento no dispositivo.

Falha da Retroiluminação

A falha da retroiluminação do LCD pode ocorrer devido a curto-circuito ou componente interno defeituoso. Você pode resolver rapidamente esse problema substituindo a retroiluminação.

Radiações Eletromagnéticas

Um campo magnético externo interfere no alinhamento dos cristais líquidos entre os dois polarizadores de vidro. Portanto, um campo elétrico alto reduz a qualidade da imagem e faz a tela se deteriorar com o tempo.

Frequência de Uso

LCDs têm entre 30.000 e 60.000 horas de uso. Portanto, sua vida útil depende muito de quanto tempo permanece ligado durante o dia.

Diferença entre Telas LCD e Plasma

Figura 5: TV Plasma na Parede de uma Sala

Não é fácil diferenciar telas plasma e LCD à primeira vista, e as duas são surpreendentemente semelhantes, mas usam tecnologias muito diferentes para exibir informações.

Listadas abaixo estão as diferenças significativas entre telas Plasma e LCD.

Taxas de Atualização

Uma tela plasma tem uma taxa de atualização mais rápida quando comparada a uma tela LCD da mesma classificação. O tempo de resposta lento em telas LCD é evidente quando imagens são exibidas em um ritmo mais acelerado. Frequentemente, você verá algum efeito de ghosting (fantasma) onde as imagens parecem arrastar-se pela tela. LCDs atuais não experimentam efeitos de ghosting porque suas taxas de quadros estão mais próximas às das TVs plasma.

Tecnologia

Outra diferença entre telas LCD e Plasma é seus princípios de operação. Como você acende pixels e sub-pixels para produzir uma imagem varia: LCDs requerem retroiluminação para fornecer a excitação necessária aos pixels para fazer uma representação precisa de uma imagem. Telas plasma usam as propriedades de gases inertes para acender pixels. Cada pixel pode ser excitado por uma grade de eletrodos dentro de sua estrutura em arranjo horizontal e vertical. Quando você projeta luz UV no revestimento de fósforo do pixel, ele se converte na cor de sua escolha. Uma luz projetada em um fósforo vermelho torna o pixel visivelmente vermelho, e assim por diante.

Peso

LCDs pesam menos que seus equivalentes plasma do mesmo tamanho. Além disso, consomem menos eletricidade e produzem menos calor. No entanto, a diferença de peso e consumo de energia não tem tanta relevância, pois é relativa. Displays plasma ainda são muito leves em comparação com outras tecnologias de display.

Exibição

Telas plasma exibem o que consideramos imagens mais autênticas. Devido à ausência de retroiluminação, você obtém fotos detalhadas do objeto físico em exibição usando telas plasma. Telas LCD são de alguma forma relativamente saturadas e não tão nítidas quanto alguns displays plasma.

Altitude

Altitude afeta telas plasma, e elas não funcionam bem acima de 6.500 pés. À medida que você sobe em direção ao espaço, a pressão do ar naturalmente cai. Uma queda de pressão significa que o ar se expande naturalmente, criando um problema massivo para displays plasma. Uma variação na distância entre as moléculas de gás inerte resulta em eletrodos trabalhando mais para acender os pixels. Em uma sala silenciosa ou exibindo imagens brancas, você ouvirá algum ruído vindo da tela.

Conclusão

Discutimos os fatores mais críticos que afetam o funcionamento dos LCDs. Como tal, você tem informações suficientes sobre seu funcionamento, componentes, pontos fracos e como prolongar sua vida útil. Telas LCD ainda estão entre as melhores atualmente no mercado. Se você pensa em comprar uma nova TV LCD, considere as informações fornecidas neste artigo. Para mais dúvidas, comentários ou interações, sinta-se à vontade para nos contatar.