Como funciona o LCD?
Se você estiver familiarizado com telas, de laptops a relógios digitais, provavelmente já entrou em contato com o LCD, abreviação de tela de cristal líquido. As telas de LCD e as tecnologias de LCD ganharam destaque nas últimas décadas, especialmente ultrapassando o anteriormente popular tubo de raios catódicos (CRT), já que as complexidades abaixo da superfície da tela avançaram em qualidade e eficiência.
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O que são cristais líquidos?
Painéis LCD podem ser categorizados como monitores de tela plana. O que os diferencia de outras tecnologias de exibição é a camada de material de cristal líquido em seu interior. Nesta fina camada, as moléculas de cristal líquido são alinhadas entre dois substratos de vidro. Nas superfícies internas de cada um desses substratos estão eletrodos que controlam os portadores de carga, como elétrons, que então interagem com os cristais líquidos, criando um campo elétrico que os atravessa; isso, por sua vez, pode alterar o alinhamento dos cristais, alterando também o comportamento geral das moléculas. Nos lados opostos do substrato, polarizadores são usados para controlar os níveis de passagem de luz, afetando a imagem geral da tela.
Como funcionam as telas de cristal líquido?
Ao contrário dos monitores CRT, os monitores LCD não podem iluminar-se sozinhos, e por isso requerem uma fonte de luz: a luz de fundo. Esta luz de fundo é mais frequentemente feita dos LEDs bem conhecidos que significam diodos emissores de luz. Originada da luz de fundo, a luz é movida através do polarizador traseiro e do substrato traseiro, para os cristais líquidos. Agora, as ondas de luz podem se comportar de várias maneiras. A luz de fundo usada em monitores LCD pode ser luz de fundo de LED (Light Emitting Diode) ou luz de fundo CCFL (Cold Cathode Fluorescente Lamp). As luzes de fundo LED usam menos energia, o que se torna mais popular, enquanto o CCFL é mais barato para telas LCD de tamanho grande, como TV LCD grande. Recentemente, a tecnologia de pontos quânticos é usada para aumentar o contraste do LCD.
Os eletrodos são os fatores que controlam o comportamento do cristal líquido e, portanto, também o comportamento da luz. Conduzindo ou não uma corrente na camada de cristal, a luz pode ou não ser capaz de passar pelos cristais líquidos de uma maneira que permita a passagem pelo polarizador. Devido a esse papel, eletrodos em LCDs são muitas vezes feitos de óxido de índio-estanho (ITO). O ITO tem boas propriedades condutoras e também pode ser um eletrodo transparente que é essencial para a aparência dos displays de hoje.
Como os eletrodos afetam o alinhamento do cristal líquido pode variar dependendo do método de alinhamento usado (retorcido nemático, multidomínio, no avião ssedutor). Por exemplo, cristais líquidos nemáticos torcidos são orientados em torção quando nenhum campo elétrico está presente, o que então polariza a luz que passa pela camada; quando os eletrodos aplicam o campo por completo, a torção se endireita, deixando de polarizar a luz e, portanto, nenhuma luz passa. Em cada um desses tipos de alinhamento, os eletrodos são colocados de forma diferente dentro da estrutura, alterando as propriedades da tela, como largura do ângulo de visão, consumo de energia e tempo de resposta. Apesar desses diferentes métodos de alinhamento, o propósito da camada de cristal líquido permanece o mesmo: polarizar a luz para que a luz polarizada passe pela superfície da tela. Ao polarizar a luz transmitida pela luz de fundo, as moléculas de cristal líquido desempenham um papel na quantidade de luz que passa pelos filtros polarizadores, seja toda, nenhuma ou uma quantidade parcial.
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Para displays coloridos, há uma etapa adicional entre a polarização e a interação com o polarizador. Após a polarização na camada de cristal, a luz passa por um filtro de cor RGB (vermelho verde azul). As telas de LCD funcionam usando pixels individuais para exibir imagens, em movimento ou estacionárias. Cada pixel exibirá uma cor misturada pelo filtro de cores RGB com o filtro de cada cor associado a um dos subpixels do pixel. Os subpixels são onde é determinado o grau de luz, afetando assim o grau de proeminência de sua respectiva cor. Com os grupos de subpixels combinados sob um pixel, as cores RGB se misturarão de uma certa maneira para criar uma cor de pixel que trabalhará com outros pixels para finalmente criar a imagem vista no dispositivo de exibição.
Ao contrário do CRT, o burn-in dos monitores LCD é recuperável.
Como é feita uma tela LCD?
Para construir um LCD, os dois substratos de vidro são preparados. Em um substrato, o ITO é tipicamente depositado para formar uma camada transparente e condutora (a camada de eletrodo). O silício é então depositado no topo da camada de ITO junto com as partes do transistor. Na outra camada, o filtro de cores é feito com pontos coloridos RGB. O cristal líquido é então colocado em pequenas quantidades nas células do transistor feitas a partir da primeira folha e é usado como cola à medida que os dois substratos de vidro são colocados juntos, alinhando exatamente as células do transistor com os filtros de cor. Por fim, o filme polarizador é adicionado em ambas as camadas
Quais são os tipos e usos de LCD?
Desde o desenvolvimento do primeiro LCD, as tecnologias de matriz que organizam a comunicação entre os pixels e o sinal geral para a tela evoluíram para permitir telas de resolução mais alta, mais rápidas e mais nítidas. Antes do desenvolvimento da matriz ativa, foi utilizada a matriz passiva. O LCDs de matriz passiva não usava circuitos de condução ativos para manter as informações dos pixels e, quando uma imagem era atualizada, só então era enviado um sinal. Isso resultava em exibições lentas e borradas quando as imagens mostradas mudavam ou estavam em movimento. No entanto, a entrada de ativo esteirarix monitores revolucionou a indústria de exibição. As imagens em movimento agora eram muito mais claras e podiam responder mais rapidamente às imagens em mudança, permitindo exibições de melhor qualidade. Devido à manutenção ativa e independente dos circuitos de condução dentro de cada pixel, os LCDs de matriz ativa (AMLCD) mostraram-se extremamente atraentes para os consumidores e, portanto, tornaram-se a tecnologia dominante para telas de alta resolução, como monitores de computador, TVs e smartphones.
AMLCDs são mais frequentemente construídos com transistores de filme fino (TFT). Os transistores em um LCD TFT permitem a manutenção ativa do sinal dentro de um pixel sem interferência com os pixels vizinhos, tornando-os uma parte essencial da maioria dos AMLCDs. Cada pixel é um pequeno capacitor com uma camada de cristal líquido isolante ensanduichado entre camadas transparentes de ITO condutora.
Como mencionado anteriormente, existem várias maneiras de alinhar a camada de cristal líquido, e cada uma dessas técnicas cria um tipo diferente de LCD. Por exemplo, o LCD TN, sendo uma das opções mais baratas, mas também mais rápidas, tornou-se muito útil em telas de jogos onde há uma demanda por taxas de atualização gráfica e tempos de resposta rápidos.
A tecnologia LCD também encontrou propósito na indústria automotiva (painel do carro e telas) e a indústria médica (imagem de radiologia).
Comparação da tecnologia LCD: então e agora
Como mencionado anteriormente, os LCDs contam com uma luz de fundo para iluminar a tela e seus pixels. Este tem sido o caso desde o primeiro LCD criado na década de 1960. Por décadas depois, as telas eram bastante limitadas em tamanho e resolução. As cores não eram tão dinâmicas.
Na década de 1980, foram feitos displays de maior escala, como o primeiro LCD TFT colorido de 14 polegadas. Desde então, a tecnologia continuou a crescer rapidamente para o que vemos hoje, com a variedade de aprimoramentos de smartphones e telas de TV.
Nos últimos anos, o LED orgânico (OLED) cresceu significativamente em sua natureza e potencial de exibição. Os displays OLED têm vantagens que os LCDs não têm. Usando moléculas pequenas ou Polímeros, o OLED não precisa de luz de fundo; em vez disso, cada pixel tem suas próprias habilidades orgânicas de produção de luz. Isso não apenas reduz a espessura do OLED quando comparado ao LCD, mas também permite pretos mais profundos e taxas de contraste mais altas. Estruturalmente, além da luz de fundo, no entanto, os dois monitores são semelhantes, pois ambos podem usar matrizes passivas ou ativas, ambos geralmente incluem camadas TFT e ambos podem ser transparentes. O OLED tem outra vantagem sobre o LCD quando se trata de estrutura; sem a luz de fundo, ele pode ser flexível, permitindo telas mais novas e avançadas, como em smartphones dobráveis.