Óptica - Como funcionam as telas LCD

Óptica - Como funcionam as telas LCD

28/03/2018

| Escrito por:

  As telas LCD são muito importantes para termos uma interação de qualidade com os dispositivos eletrônicos. Desde sua criação tivemos várias melhoras nesta tecnologia e as principais inovações e o funcionamento desta tela será mostrada aqui, no Hardware Central!

  SmartTV LCD LED Panasonic Viera

 

  LCD é a sigla para Liquid Cristal Display, que em português é "tela de cristal líquido". Mas como assim cristal liquido?

  A tela LCD é composta por várias camadas e todas elas são mostradas abaixo:

 

 > Painel de LEDs (ou lâmpadas fluorescentes nas telas mais antigas);

 > Difusor, responsável por distribuir de forma uniforme a luminosidade dos LEDs (ou lâmpadas) sobre a tela;

 > Vidro traseiro, que fica por cima do difusor;

 > Filme transparente com o circuito controlador dos subpixels;

 > Filme de cristal líquido (polo positivo);

 > Filme com os subpixels;

 > Vidro dianteiro, completando o sanduíche de camadas;

 > Filtros de luz (cada fabricante adiciona filtros específicos para melhorar a qualidade da imagem).

 

 Agora a explicação de cada parte:

   A base para a geração de cores de vários dispositivos reprodutores de imagens digitais é a luz branca, ou seja, atrás de uma tela LCD há uma luz branca. Nas telas LCD de matriz de pixels mais primitivas era utilizado lâmpadas fluorescentes, que consumiam muita energia e esquentavam mais. Com a popularização do LED (Light Emiting Diode - Diodo Emissor de Luz) as telas LCD passaram a ter painéis de LEDs, que são muito mais econômicos que as antigas lâmpadas.

 

LÂMPADA

  As lâmpadas utilizadas em telas LCD de TV e monitores de vídeo mais antigas são do tipo CCFL (Cold Cathode Fluorescent Lamp - Lâmpada Fluorescente de Cátodo Frio). Estas lâmpadas não possuem filamento, portanto não há resistência elétrica e o gás utilizado pode ser Neón, Mercúrio ou Argônio. A luz é gerada a partir de tensão alternada em alta frequência que em conjunto com o gás ionizante que esta inerte, gera raios ultravioleta que entram em contato com a película de fósforo luminescente presente no lado de dentro da cápsula de vidro da lâmpada.

  Estas lâmpadas fluorescentes requerem uma tensão alternada entre 300 e 1300 Volts e frequências entre 40 kHz e 80 kHz para poderem gerar luz. Normalmente, duas lâmpadas já são suficientes para TVs e monitores.

 

LED

  Os LEDs são de alto brilho e requerem uma tensão muito baixa. Como eles são ligados em série no backlight, a alimentação é feita por tensões entre 150 e 300 Volts contínuos. Existem duas formas de disposição dos LEDs no backlight:

 > Edge-Lit: Todos os emissores de luz ficam nas laterais fornecendo luz para o centro do diplay. Este modo permite que as telas fiquem mais finas, possibilitando assim sua colocação em espaços menores.

  > Local-dimming (também conhecidas como Full LED ou Direct LED): Os LEDs são dispostos em forma de grade atrás da tela. Proporciona um brilho mais forte.

   Os LEDs podem ser controlados de forma individual para que ascendam apenas nos locais necessários de forma que se reproduza uma imagem mais realista (o que encarece o produto, devido ao circuito de controle) ou podem ser controlados de forma unitária.

 

  O circuito que gera a tensão necessária para alimentar as luminárias se chama Inverter, pois ele "inverte" a tensão de entrada para um valor maior. Normalmente este circuito esta na placa da fonte e possui transformadores. Quando alteramos o brilho da tela, na verdade estamos regulando a tensão que vai para as luminárias traseiras.

  Em smartphones e dispositivos pequenos há poucos LEDs que consomem muito pouca energia e por isso o circuito de alimentação é muito mais simples, exigindo poucos componentes.

  Em artigos futuros será explicado o funcionamento das fontes de TV e monitores, o funcionamento detalhado de lâmpadas e LEDs, aguarde!

  O difusor é necessário para espalhar a luz emitida pelos LEDs (ou lâmpadas) de forma uniforme em toda a tela, sem que aja pontos mais escurecidos entre os emissores, fazendo com que a imagem final tenha distorções devido a falhas na uniformidade da luz branca. Veja um difusor abaixo:

  Difusores de luz não podem absorve-la de forma alguma e normalmente são fabricados utilizado materiais termoplásticos como, por exemplo o policarbonato, o poliestireno e o polietileno ou, materiais como o vidro translúcido e difusores holográficos.

  Por cima do difusor deve ir uma camada de vidro 100% transparente para que possa ser adicionado sobre ele as demais camadas que compõem a tela. Esta camada pode ser chamada de substrato por ser a base para toda a estrutura que faz o display LCD funcionar. Esta camada possui um polarizador, ou seja, ranhuras, ou melhor dizendo, riscos na horizontal. A quantidade de riscos depende da resolução (em pixels) da tela.

  Por cima de todas as camadas, vai outra chapa de vidro 100% transparente que será a parte da frente da tela LCD e que também possui um polarizador, isto é, ranhuras mas, na vertical.

  O vidro da frente da tela LCD pode ser chamada de selo pois, é a proteção de todo o circuito, dos filtros e do cristal líquido. Por cima desta camada também podem ter outros filtros de imagem ultra finos, imperceptíveis e específicos para cada modelo de display, afim de dar um "toque final" na qualidade da imagem.

  Agora sim, temos a parte mais complexa da tela! O circuito transparente que é gravado sobre a chapa de vidro traseira!

  Este circuito tem a responsabilidade de alinhar as moléculas de cristal líquido de forma que elas façam a luz branca, que entrou por entre as ranhuras horizontais do vidro traseiro, passar ou não por entre as ranhuras verticais do vidro dianteiro. Cada pixel é dividido em três subpixels e, para cada subpixel há dois eletrodos. Quando é aplicado uma DDP em um subpixel, as moléculas de cristal líquido ficam alinhadas, tornando impossível (ou quase impossível) a passagem da luz branca. Quando não há DDP, as moléculas não se alinham e a luz vinda do backlight sofre uma torção de 90º, fazendo com que ela seja drenada por entre as ranhuras verticais do vidro dianteiro. Os dois eletrodos de cada subpixel podem ficar um do lado do outro.

 

LCD de matriz passiva

  Telas de matriz passiva possuem um circuito muito simples de ser produzido, normalmente apenas chaves que ativam e desativam os pixels. Algumas já possuem subpixels e filtros de cores. As principais tecnologias são explicadas abaixo:

> TN (Twisted Nematic) : Significa "Nematica Torcida". Telas mais antigas e ainda utilizadas em calculadoras, aparelhos de rádio, leitores de CD para automóveis. Estas telas conseguem exibir apenas letras e números e também são conhecidas como "display de sete segmentos". Alguns modelos chegam a ter resoluções de alguns pixels.

 > STN (Super Twisted Nematic) : Significa "Nematica Super-Torcida". Criada em 1983, esta foi uma evolução da tecnologia TN, pois permitia que mais linhas e colunas pudessem ser energizadas graças a alterações feitas na movimentação do cristal líquido. Este tipo de LCD foi utilizada em PDAs e telefones celulares antigos, até a popularização do TFT. O ponto fraco desta tecnologia é que o tempo de resposta do display é mais lento (em torno de 100 milissegundos) fazendo com que haja até mesmo fantasmas na tela (quando o frame anterior sobrepõe o atual gerando um desfoque na imagem devido a lentidão da troca de cores dos pixels). A variação CSTN (Coloração Nematica Super-Torcida) criada pela Sharp Electronics sofria muito com fantasmas pois já utilizava filtro colorido em cada subpixel.

 

LCD de matriz ativa

  Este tipo de tela já utiliza mais componentes para controlar os subpixels, a tornando mais complexa, mas também com maior qualidade de imagem. As principais tecnologias são apresentadas abaixo:

 > TFD (Thin Film Diode) : Significa "Diodo de película Fina". Estas telas possuem um circuito composto por um capacitor e um diodo para controlar cada subpixel. Permitiu um controle maior sobre as cores e também a aglomeração de mais pixels na tela. É um aperfeiçoamento das telas STN, mas que logo foi substituído pela tecnologia TFT, Telas TFD são muito utilizadas em telefones antigos, telas de navegação de automóveis e DSC's.

 

 > TFT (Thin Film Transistor) : Significa "Transistor de Película Fina". São as mais utilizadas da atualidade. A diferença para as TFD é que há um transistor para cada subpixel funcionando como uma chave impedindo ou não a passagem de energia. Esta tecnologia permitiu uma evolução na resolução dos displays e também um controle ainda mais preciso sobre as cores exibidas, tornando a imagem ainda mais realista. O tempo de resposta das telas TFT e muito menor se comparado com tecnologias anteriores (em torno de 8 milissegundos ou menos) possibilitando que monitores trabalhem com uma alta taxa de atualização de imagem.

  Como esta tecnologia é ainda muito utilizada em smartphones e até mesmo projetores, ela será a mais detalhada neste artigo. Veja abaixo, o circuito de um pixel com tecnologia TFT:

   Observe que há um par de eletrodos para cada subpixel. Os transistores são de canal "P" (PNP) do tipo MOSFET (efeito de campo) e controlam o ascendimento de cada subpixel. Cada linha horizontal alimenta a base (gate) do transistor de cada subpixel. Cada linha vertical alimenta o source de um transistor de cada pixel. O capacitor armazena uma pequena carga para manter o subpixel excitado enquanto o sistema atualiza os outros. Você entenderá isso melhor na sequencia do texto.

 

  Observe que a diferença entre os TFT e TFD é o transistor e o diodo, o restante é igual. Esta película fina é invisível a olho nu, portanto se desmontar um display LCD não é possível ver este circuito.

  Dentro da tecnologia TFT há algumas variações no processo de construção do circuito. Os processos serão explicados abaixo:

 

  > HTPS: Significa High Temperature Poly-Silicon, ou em Português, Silício Policristalino de Alta Temperatura. Possui uma temperatura de fabricação mais alta que o LTPS, o que altera mais ainda as características elétricas. Esta tecnologia tem especificações melhores que o LTPS e é destinado apenas para projetores 3LCD, pois não são telas LCD, e sim chips LCD com apenas um filtro de cor por pixel, e tudo isso é devido ao tamanho. Projetores 3LCD, como o nome sugere, são compostos por 3 chips LCD, com tamanho de 1 polegada ou até menos, mas com resoluções HD, QHD, FHD e até mesmo 4K. Cada chip LCD trata uma cor do sistema RGB. Tudo isso será explicado em um artigo especial, aguarde.

 

 > a-Sí: Significa Amorphous Silicon, ou em Português, Silício Amorfo. A maioria dos displays com menos de 300 pixels por polegada utilizam esta tecnologia, que permite um ângulo de visão maior, menor consumo de energia, uma taxa de atualização alta e se comparado com as outras tecnologias é mais barato e simples de ser produzido.

 

 > LTPS: Significa Low Temperature Poly-Silicon, ou em Português, Silício Policristalino de Baixa Temperatura. Se comparado com o a-Sí, a temperatura utilizada na produção desta película de circuito é mais alta, mudando completamente suas características elétricas. Circuitos feito a base do LTPS requerem uma corrente mais alta para chaveamento dos transistores, mas devido a alta mobilidade eletrônica pelas trilhas (cerca de 100 vezes maior que a do a-Sí), a velocidade com que a imagem é atualizada surpreende.

  O ponto negativo fica com a complexidade de fabricação, que progride com o aumento da resolução dos displays, fazendo com que os fabricantes tenham que diminuir tamanho do circuito e colocar ainda mais transistores. Display LTPS são utilizados em TVs, monitores, smartphones e notebooks.

 

 > IGZO: Indium Gallium Zinc Oxide, ou em Português, Índio, Gálio, Óxido de Zinco. Esta tecnologia, desenvolvida pela Sharp Electronics fornece as características do a-Sí e do LTPS juntos. Conseguiram diminuir o tamanho dos transistores, o que faz eles necessitarem de menos corrente, reduzindo assim o consumo e o backlight não precisa fornecer tanta luz para compensar a barreira feita pelos componentes, pois os transistores são menores e isso faz com que a tela seja mais translúcida. A mobilidade eletrônica é de 20 a 50 vezes maior que a do a-Sí (menos que o LTPS, mas já é melhor).

  O resultado é menos energia consumida e a possibilidade de telas com alta densidade de pixels por polegada sem que haja dificuldades grandes no processo de produção. Outra tecnologia incorporada no IGZO é a capacidade de manter o subpixel carregado por um maior período de tempo, aproveitando mais a energia.

   O cristal líquido é a peça chave de tudo. As moléculas de cristal são organizadas em bastões e esses bastões reagem se for aplicado um tensão de normalmente 5 Volts. Ao ser aplicado uma tensão eles se alinham com as ranhuras horizontais e a luz vinda do backlight é barrada pois ela precisa mudar de direção para passar pelas ranhuras verticais da chapa de vidro frontal do display. Quando nenhuma tensão é aplicada, os bastões de cristal líquido ficam livres e "guiam" a luz para fora do display. Veja a demonstração abaixo:

  No exemplo acima, observe a chave "S". Veja que quando o circuito está aberto, os bastões não estão alinhados e, quando o circuito está fechado, os bastões estão alinhados com as ranhuras da chapa de vidro traseira.

 

  As telas antigas funcionavam com os bastões de cristal líquido na vertical, como no desenho acima, para barrarem a passagem da luz. Esse sistema limita o ângulo de visão a no máximo 160º, ou seja, se você não estiver de frente para o monitor, haverá distorção nas cores da imagem reproduzida. Este problema foi solucionado com a colocação dos bastões de cristal líquido na horizontal, paralelamente ao substrato com o circuito TFT, desta forma, o ângulo de visão foi aumentado para 178º. Esta tecnologia é chamada de "In-Plane Switch" ou simplesmente IPS.

  O IPS foi desenvolvido pela Hitachi em 1996 para melhorar a visualização de imagens numa época onde os TN e STN ainda eram populares mas, só por volta de 2008 que esta tecnologia começou a se popularizar em displays TFD e TFT. Após 2008, todas as telas LCD TFT e TFD passaram a integrar a tecnologia IPS.

  A Lucky Goldstar (LG Electronics) utiliza a Quantum IPS, onde os filtros de cor RGB são substituídos por nanocristais semicondutores RGB. O cristal presente em cada subpixel possui um dimensionamento específico para deixar passar apenas um comprimento de onda. Essa tecnologia proporciona uma alta fidelidade de cores e um alto contraste. O primeiro a utilizar esta tecnologia foi o smartphone LG G4, lançado por aqui em meados de 2015. Essa foi a aposta da LG para concorrer com o "idolatrado" QLED da rival sul-coreana, a Samsung. Veja a comparação de um smartphone com tela LCD TFT IPS e o LG G4 com sua tela LCD TFT QIPS:

   O LG G4 é o aparelho de cima. Observe a diferença de qualidade.

 Você de deve estar pensando: mas como as imagens se formam na tela se são apenas pontos de luz que funcionam como chaves que interrompem ou não a passagem da luz branca vinda do backlight? Esta pergunta é fácil de responder!

  Como a luz branca é a mistura de todas as outras cores existentes, acima do eletrodo do subpixel há um filtro com uma cor do sistema RGB (Red, Green, Blue). Este filtro permite a passagem do comprimento de onda específico desta cor e barra a passagem de todas as outras, portanto de acordo com o "abre e fecha" do circuito TFT, uma determinada intensidade de luz branca passa pelo cristal líquido e incide no filtro, então um tom de cor é formado. Como foi dito, um pixel e dividido em três subpixels, um com filtro verde, outro com filtro vermelho e outro com filtro azul. Veja a imagem abaixo:

  Como os pixels são extremamente pequenos e os subpixels menores ainda, não enxergamos o tom de verde, de vermelho e de azul separados, mas sim misturados, formando uma quarta e única cor. Como as telas são formadas por milhares e milhares de pixels, uma imagem completa pode ser formada se gerado uma cor diferente em cada pixel e, é isso que está acontecendo neste momento na tela do seu aparelho.

  Mas como que é controlada a quantidade de luz branca que passa por cada subpixel para que o filtro possa limitar a luz a um tom de uma cor RGB?

  A alimentação do gate dos transistores (telas TFT) ou dos diodos (telas TFD) é feito por sequências de pulsos elétricos que abrem e fecham as chaves (transistores ou diodos), fazendo com que os bastões de cristal líquido fiquem mudando de posição a cada instante e desta forma, modulem a luz branca. São as famosas sequências de 0 e 1 que reinam nos circuitos digitais. Nada de ondas elétricas (sinal analógico) como nas TVs CRT!

  Complicando mais: a maioria dos monitores LCD conseguem atualizar a imagem no mínimo 60 vezes por segundo, ou seja, independente do que você esteja vendo na tela de seu aparelho ele vai estar exibindo no mínimo 60 frames por segundo. Para medir a taxa de atualização de um display é utilizado a unidade de medida Hertz. Taxas de atualização comuns para monitores são 60 Hz, 120 Hz, 144 Hz, 240 Hz e 480 Hz (os últimos três valores são raros devido ao custo e complexidade).

  Vou pegar como exemplo uma tela TFT com resolução de 1920x1080 pixels a 60 Hz, isso significa uma matriz de 2.073.600 pontos de luz. Sendo que cada pixel é constituído de três subpixels, o display possui no total 6.220.800 subpixels e cada um com seu par de eletrodos e seu transistor e capacitor. Cada subpixel da tela citada no exemplo tem a cor atualizada 60 vezes por segundo!

  Todo este controle é feito 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 da interface LVDS (Low Voltage Diferential Signal) para um CI (Circuito Integrado) chamado de "CI T-Con" que pode ser interpretado como outro DSP mas, responsável por entender os dados recebidos pela interface LVDS e distribuir os sinais RGB (Red / Green / Blue) no display LCD. O CI T-Con pertence a uma placa com o mesmo nome.

  Veja a imagem abaixo:

   Imagem de uma 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 da interface LVDS;

 > 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 flat para envio dos sinais ao display.

 

  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 formar um frame;

 > Atualização do tipo "i", que significa "Interlaced Scan" (Varredura Entrelaçada) e é quando as linhas ímpares são atualizadas primeiro para que daí o sistema volte e atualize as pares, fazendo assim um frame completo.

 

  O sinal RSDS é parecido com o LVDS! As características similares são:

 > Pulsos de baixa tensão e corrente (muitas vezes a interface RSDS possui tensão e corrente mais baixas que a LVDS);

 > Utilização de pares diferencias para anular interferências eletromagnéticas;

 > Utilização do padrão DDR (Double Data Rate - Dupla Taxa de Transferência) nas transmissões, transmitindo 2 pulsos por ciclo de clock em cada par diferencial;

 > Transmissões de alta velocidade, com vários pares diferenciais e clock elevado.

 

  Normalmente, as fabricantes optam por utilizar três pares diferencias para transmitir o sinal RSDS para o display. 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 da tela 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:

   Este é o tipo de diagrama mais comum: a placa principal, a placa T-Con, os cabos LVDS e o cabo flat do display.

   Nos notebooks funciona um pouco diferente: O cabo flat LVDS na verdade é um feixe de fios conectado na placa-mãe e na placa T-Con. A placa T-Con é uma "tira" com todos os componentes e vários cabos flat 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.

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

Interface LVDS 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 LVDS:

Placa T-Con de uma tela LCD de Notebook

 

 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 possui suporte a dois cabos flat para o display (São os conectores marcados com os números 08 e 09).

  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 LVDS e a placa T-Con junto do display, assim como nos monitores de notebook. Veja a imagem de um monitor LCD comum abaixo:

   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 LVDS para a placa T-Con que, está de baixo do chassi de metal. Veja o cabo LVDS aproximado abaixo:

Cabo LVDS 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 display e outro na lateral! As vezes, há apenas 1 ou 2 cabos flat que estão conectados do mesmo lado do display. Muitas vezes, as fabricantes optam por reunir todas as trilhas das linhas e colunas do display em um único lugar do circuito da tela e puxar 1 ou 2 cabos para a placa T-Con!

 

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

   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 a 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 modelo para modelo de TV.

 

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 atulização 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 ter 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 das mesmas formas 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 pois, os capacitores descarregam e mantém o brilho do 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 mas, 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 modelo para modelo de aparelho!

  E é assim que a imagem é exibida na tela!

 

 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 LEDs e 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:

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, normalmente direto na GPU. 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, também vamos detalhar a profundidade de cor, os pulsos aplicados no subpixel, os tipos de atualização da tela, os sinais de sincronismo e as interfaces de vídeo! Aguarde!

 

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 texto! 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!

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: 30 de Maio de 2018.

Please reload

© 2019 Hardware Central Tecnologia Entretenimento e Comunicação do Brasil Ltda. Todos os direitos reservados.

Wix Editor / Revisão da web page: 3.0/2019 (07/10/19)