• Drano Rauteon

Óptica: Como funcionam as telas LCD - Parte 2

No Capítulo 1 foi visto a estrutura interna de um painel LCD, bem como sua evolução até os dias atuais. Neste artigo será visto o método de exibição e atualização de imagem nestes modelos de ecrãs.

Imagem 1 - TV LCD LED Panasonic Viera


O controle de exibição de imagens em uma tela LCD começa pelo DSP (Digital Signal Processor - Processador de Sinais Digitais). Ele está embutido na placa principal do televisor ou do monitor. O DSP processa os sinais recebidos pelas interfaces de vídeo. O resultado deste processamento é enviado através de uma interface FPD-Link (Flat Panel Display Link) baseada na sinalização LVDS (Low Voltage Diferential Signal) para um CI (Circuito Integrado) chamado de "CI T-Con", que pode ser interpretado como outro DSP, porém responsável por entender os dados recebidos pela interface de dados e distribuir os sinais RGB (Red / Green / Blue) no display LCD. O CI T-Con pertence à uma placa com o mesmo nome.


Veja a imagem abaixo:

Imagem 2 - Placa T-Con


Perceba que a placa está toda numerada.


-> 01: O CI T-Con, que também pode ser chamado de DSP;


-> 02: A mamória RAM, E utilizada para armazenar temporariamente informações que estão sendo processadas;


-> 03: São os CI's de correção de gama;


-> 04: O chip PWM. Ele gera a onda quadrada para o circuito de alimentação do CI T-Con;


-> 05: Circuito de alimentação do CI T-Con;


-> 06: Chip de memória ROM Flash com o firmware que faz a placa T-Con funcionar;


-> 07: Conector FPD-Link;


-> 08: Conector flat. Contém a interface RSDS, ou melhor dizendo, a interface utilizada para levar os sinais RGB. Contém também as linhas para os sinais de endereço (seleção de linha), os sinais de correção de Gama e a tensão V-Con;


-> 09: Conector flat. Contém a interface RSDS, ou melhor dizendo, a interface utilizada para levar os sinais RGB. Contém também as linhas para os sinais de endereço (seleção de linha), os sinais de correção de Gama e a tensão V-Con.


Esta placa T-Con possui dois cabos flat, pois normalmente TVs com tela muito grande necessitam de dois cabos para envio dos sinais ao display.


CURIOSIDADE: Tanto a interface FPD-Link quanto a RSDS se baseiam no padrão de sinalização LVDS. Para saber mais sobre a sinalização LVDS e outras variações comuns, CLIQUE AQUI!


Os sinais RGB, antes de chegarem aos seus respectivos subpixels, passam pelos drivers CoF (Significa Chip On Film), que recebem este nome por serem soldados diretamente no cabo flat, entre a placa T-con e o display. Os drivers CoF são responsáveis por direcionar os sinais RGB para os subpixels da vez.

Como assim, "subpixels da vez"? Vou explicar:


A atualização da imagem é feita pixel a pixel, ou seja, o cabo flat que faz a ponte entre a placa T-Con e os os subpixels transfere os sinais RGB para o Source de cada um dos três transistores de um pixel. Quando este pixel é ascendido, o pixel seguinte recebe os sinais RGB, e assim por diante. O sistema atualiza os pixels linha por linha. Esta atualização pode acontecer de duas maneiras:


-> Atualização sequencial (ou progressiva), abreviada pela letra "p" que significa "Progressive Scan" (Varredura progressiva), começando da linha 1 e terminando na última linha, para então formar um frame;


-> Atualização entrelaçada (ou intercalada), abreviada pela letra "i", que significa "Interlaced Scan", que é quando as linhas ímpares são atualizadas primeiro para que daí o sistema volte e atualize as pares, fazendo assim um frame completo.


Normalmente, as fabricantes optam por utilizar três pares diferencias para transmitir o sinal RSDS para a tela. Dois pares transmitindo os dados da cor verde, dois transmitindo os dados da cor azul e dois transmitindo os dados da cor vermelha. Nos aparelhos que possuem dois cabos flat ligados ao display, as fabricantes podem optar por "dividir" a tela no meio e colocar três pares diferenciais em um lado e três pares do outro lado, desta forma, a atualização do painel LCD é agilizada, pois dois pixels são atualizados por vez.


Mas, se a tela é uma matriz de pixels, como faz para os sistema trocar de linha?


Simples! A placa T-Con, além de mandar os sinais RGB para os drivers CoF que vão excitar o Source dos transistores de cada pixel, também manda os endereços para os respectivos drivers CoF que irão excitar o Gate dos transistores de todos os subpixels de uma linha. Dependendo da excitação dos transistores de uma linha, os subpixels desta linha vão reagir aos sinais RGB.


Observe as imagens abaixo. São diagramas simplificados de televisores e monitores LCD:

Diagrama 1


No Diagrama 1 vemos tipo de arquitetura mais comum: a placa principal, a placa T-Con, o cabo FPD-Link e o cabo flat com interface RSDS do ecrã.

Diagrama 2 - Conexão com o display num notebook


Nos notebooks funciona um pouco diferente: O cabo flat com interface FPD-Link (Notebook's atuais podem utilizar a DisplayPort) na verdade é um feixe de fios conectado entre placa-mãe e na placa T-Con. A placa T-Con é uma "tira" com todos os componentes e vários cabos flat RSDS ligados ao display. O sinal de vídeo é processado pela IGP, isto é, o chip gráfico integrado ao chipset Ponte Norte. O chip gráfico também pode estar embutido no processador ou ser um chip dedicado para a função, que é chamado de GPU.


CURIOSIDADE: Para saber mais sobre IGP's e GPU's, comece lendo o Capítulo 1 da série sobre Chip's gráficos!


Veja a imagem abaixo. É o conector FPD-Link da placa-mãe de um notebook Acer Aspire:

Imagem 3 - Interface FPD-Link na placa do Notebook. Perceba o conector na borda da placa-mãe logo abaixo do cooler


Abaixo, você vê a tela LCD de um notebook com o a T-Con e o conector FPD-Link:

Imagem 4 - Placa T-Con de uma tela LCD de Notebook


Diagrama 3


Como foi dito acima, algumas TVs LCD possuem tela bastante grande e necessitam de dois cabos flat para enviar os sinais da placa T-Con para o display.


A placa T-Con detalhada neste texto (Imagem 2) possui suporte à dois cabos flat para a tela (São os conectores marcados com os números 08 e 09).

Diagrama 4


Não vou generalizar, mas muitos monitores LCD, isto é, dispositivos que possuem interfaces de vídeo próprias para serem conectados ao computador, utilizam um arquitetura muito simples: uma pequena placa com um DSP em invólucro QFP128 ou outro similar, o cabo FPD-Link e a placa T-Con junto do display, assim como nos monitores de notebook. Veja a imagem de um monitor LCD 'comum' abaixo:

Imagem 5


Perceba a fonte de alimentação e a pequena placa verde com o chip controlador. Ele que recebe os sinais da interface VGA e manda através da interface FPD-Link para a placa T-Con, que está de baixo do chassi de metal.

Veja o cabo FPD-Link abaixo:

Imagem 6 - Cabo FPD Link ligando a placa principal na placa T-Con


Monitores mais sofisticados já possuem a mesma qualidade de TVs e SmartTVs.


Cada cabo flat que é fixo no display LCD possui um CI CoF para controle da distribuição dos sinais.


Outro detalhe importante para você, estudante, na análise de monitores LCD, nem sempre há um cabo flat na parte de baixo do ecrã e outro na lateral! As vezes, há apenas 1 ou 2 cabos flat que estão conectados do mesmo lado do painel. Muitas vezes as fabricantes optam por reunir todas as trilhas das linhas e colunas da tela em um único lugar do circuito e puxar 1 ou 2 cabos para a placa T-Con.


Veja a imagem abaixo, um diagrama de um display 4x4 pixels:

Diagrama 9


Para que os bastões de cristal líquido reajam, há sempre dois eletrodos em cada subpixel. Um dos eletrodos deve ser ligado ao dreno do respectivo transistor e o outro eletrodo é ligado em uma linha de tensão chamada V-Con, que é fornecida pela placa T-Con.


A tensão necessária para mudar a posição dos bastões de cristal líquido pode variar de projeto para projeto.


EXEMPLO:


-> Suponha que a tela de 4x4 pixels do diagrama acima exista;


-> Suponha que o valor do bit 1 seja de 6 Volts e o valor do bit 0 seja 12 Volts;


-> Suponha que o valor de V-Con seja 6 Volts;


-> Suponha que a tensão de ativação de linha seja de 5 Volts (bit 1) e a tensão de desativação de linha seja 0 Volts (bit 0);


-> Suponha que a atualização da tela seja sequencial.


A primeira linha de subpixels recebe 5 volts no gate dos transistores e a linha 2, 3 e 4 recebem 0 Volts. O driver de imagem pode aplicar a sequência de pulsos para gerar a cor de cada subpixel da linha 1.


O driver de coluna então começa a aplicar os pulsos de 6 e 12 Volts nos primeiros três subpixels. Ao terminar de atualizar estes três subpixels, o driver de imagem vai atualizar os próximos três da sequência. Isso acontece até que o final da linha chegue.


Quando chega o final da primeira linha, a placa T-Con manda um sinal para o driver de linhas aplicar a tensão de 0 Volts na linha 1, 3 e 4 e aplicar a tensão de 5 Volts na linha 2.


A placa T-Con então começa a mandar os sinais RGB para o driver de imagem atualizar os subpixels da linha 2. Ao terminar de atualizar os primeiros três subpixels da linha 2, a placa T-Con manda os sinais RGB para atualizar os próximos três subpixels da sequência. Isso acontece até que o final da linha 2 chegue.


Quando o final da linha 2 chega, a placa T-Con manda uma sinal para o driver de linhas aplicar a tensão de 0 Volts na linha 1, 2 e 4 e aplicar a tensão de 5 Volts na linha 3.


A placa T-Con então começa a mandar os sinais RGB para o driver de imagem atualizar os subpixels da linha 3. Ao terminar de atualizar os primeiros três subpixels da linha 3, a placa T-Con manda os sinais RGB para atualizar os próximos três subpixels da sequência. Isso acontece até que o final da linha 3 chegue.


Quando o final da linha 3 chega, a placa T-Con manda uma sinal para o driver de linhas aplicar a tensão de 0 Volts na linha 1, 2 e 3 e aplicar a tensão de 5 Volts na linha 4.


A placa T-Con então começa a mandar os sinais RGB para o driver de imagem atualizar os subpixels da linha 4. Ao terminar de atualizar os primeiros três subpixels da linha 4, a placa T-Con manda os sinais RGB para atualizar os próximos três subpixels da sequência. Isso acontece até que o final da linha 4 chegue.


Ao chegar na linha 4 e atualizar todos os subpixels dela, um frame é terminado, então o sistema volta para a linha 1 e começa tudo de novo.


Caso o subpixel precise exibir o mesmo tom de cor por mais de um frame, os sinais elétricos aplicados nele são alterados. Isso ocorre pois é necessário preservar os bastões de cristal líquido para aumentar a vida útil do display.


No exemplo acima, caso um subpixel tenha que exibir o mesmo tom de cor no segundo frame, o pulso 1 aplicado a ele será de 6 Volts e o pulso 0 poderá ser de 3 Volts. O bit 1 precisa ter o mesmo valor, pois não haverá diferença de potencial entre os dois eletrodos, já que um deles sempre está ligado a linha V-Con (que neste caso é de 6 Volts também) e, como vocês viram, quando não há DDP a luz passa pelo cristal líquido. A tensão de valor 0, isto é, a tensão que antes era de 12 Volts, passa a ter um valor de apenas 3 Volts para haver DDP entre os dois eletrodos e fazer o cristal líquido se posicionar de outra forma e barrar a passagem de luz.


Se os bastões de cristal líquido se movimentarem sempre da mesma forma durante o funcionamento do display, o desgaste deles será muito maior. Se no terceiro frame, o subpixel precisar exibir novamente o mesmo tom de cor, as tensões nominais voltam, ou seja, o valor do bit 1 é de 6 Volts e o valor do bit 0 é 12 Volts. Se no quarto frame a mesma cor precisar ser gerada pelo subpixel, são aplicados os valores de 6 Volts para o bit 1 e 3 Volts para o bit 0. Essa alternância de tensões para o bit 0 ocorre enquanto o subpixel tiver que exibir o mesmo tom de cor.


Os capacitores, também chamados de "Capacitores Storage" estão em paralelo com os eletrodos, pois como foi dito, a atualização é pixel a pixel, linha a linha, então, por mais rápido que o sistema seja, o olho Humano iria notar uma cintilação, isto é, um apagamento da tela entre os frames, e isso só não acontece devido aos capacitores descarregarem e manterem o brilho dos pixels até o sistema atualizar tudo novamente. Isso demora milésimos de segundo.


Este é apenas UM EXEMPLO de como funciona a tela LCD. Um exemplo meio grotesco, porém para se ter uma ideia de como funciona já está ótimo. Na prática, as tensões são bem mais baixas e podem ter variações de valores de projeto para projeto de aparelho.

Nos diagramas mostrados neste artigo não foi incluído a fonte de alimentação. A fonte de alimentação é do tipo chaveada e possui um circuito chamado de inverter para gerar a tensão para as lâmpadas ou LED's, bem como um circuito de chaveamento de alta frequência para gerar as tensões e correntes necessárias para a placa T-Con e a placa principal. Veja a placa de um inverter para backlight de LED abaixo:

Imagem 9 - Fonte de alimentação de um monitor LCD com backlight de LED


Lembrando que tablets, smartphones e outros dispositivos compactos possuem o circuito da placa T-Con embutido em um chip, além de um backlight do tipo Edge-Lit. Dispositivos compactos também possuem um circuito de alimentação do backlight bem mais simples e mais econômico!


Em artigos futuros explicarei o funcionamento de cada parte da placa principal e mais detalhes da placa T-Con da TV, da fonte de alimentação e as interfaces de vídeo! Aguarde!


Para saber mais detalhes sobre varredura, sincronismo, taxa de atualização, profundidade de cor e muito mais, leia o artigo "Óptica - Complemento Sobre Ecrãs e Projetores".


ATENÇÃO! Você, técnico experiente que sentiu falta da explicação de algum outro detalhe ou que achou algum equivoco, favor entrar em contato com o Hardware Central para fazermos a atualização do conteúdo! Isso também vale para eventuais erros de português que podem passar despercebidos durante a revisão do texto! Todos erram, todos esquecem de detalhes, por isso precisamos de sua ajuda para melhorar sempre!

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FONTES e CRÉDITOS


Texto, desenhos e imagens: Leonardo Ritter

Fontes: Burgoseletrônica; Android Authority; TecMundo; 3LCD.com; Fegargai Eletrônica; AndroidPIT; Tecnoblog; Wikipedia (somente artigos com fontes verificadas); Desmonte de monitores LCD e Notebooks; InfoWester.


Última atualização: 04 de Julho de 2021.

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