Como funcionam as telas de LCD, LCD de LED e Plasma

Por Wikerson Landim
Fonte: www.tecmundo.com.br/5534-Como-funcionam-as-telas-de-LCD-LCD-de-LED-e-Plasma.htm

Sexta-Feira 24 de Setembro de 2010

Conheça de maneira detalhada o processo de funcionamento das telas de LCD e Plasma desde o momento em que você liga a TV até a formação da imagem a que você assiste.
Telas de Plasma, painéis de LCD ou TVs de LCD com painel de LED. Há pouco menos de dez anos, palavras como essas faziam parte do vocabulário de poucas pessoas. Hoje, no entanto, elas se transformaram em sinônimo de sonho de consumo para muitas pessoas que conversam abertamente sobre as suas vantagens e desvantagens.
O Baixaki já abordou em diversos artigos as diferenças entre todos os tipos de telas, detalhes de configuração que você deve levar em consideração na hora da compra de um aparelho e como identificar qual modelo se adapta melhor ao seu estilo e às suas necessidades. Você pode conferir muitas dessas informações no artigo “A Bíblia da televisão”.
Mas você nunca se perguntou como esses aparelhos funcionam? O que difere uma tecnologia de outra e faz com que uma tela de Plasma, por exemplo, apresente maior contraste em relação a outras tecnologias? O que exatamente acontece dentro do aparelho a partir do momento em que você liga a energia até o momento em que a imagem se forma e chega até você? Prepare-se para viajar por dentro das televisões e conhecer a tecnologia por trás das imagens a que você assiste.
LCD versus Plasma: uma antiga discussão

Telas de cristal líquido. É praticamente impossível não encontrar em sua casa ao menos um aparelho com um display ou visor com essa tecnologia. As telas de cristal líquido não estão presentes apenas nos aparelhos de TV, mas também em celulares, relógios, monitores, calculadoras e tudo o mais que necessite de um mostrador.
As vantagens dos displays LCD em relação aos já quase extintos monitores CRT são inúmeras. A mais perceptível de todas elas é no tamanho. Mesmo no início do desenvolvimento da tecnologia, raramente um painel de LCD ultrapassava os 3,5 cm de profundidade, enquanto as televisões convencionais se apresentavam em caixas enormes e pesadas.
Se comparadas com as telas de Plasma, os modelos mais avançados podem apresentar um consumo até 60% menor de energia. No processo não há emissão de nenhum tipo de onda eletromagnética prejudicial à saúde e a durabilidade média pode chegar as 60 mil horas de uso – o equivalente a 2,5 mil dias ou pouco mais de seis anos de funcionamento constante.

Fonte: LG

Mesmo com tantos pontos positivos, as telas de LCD também apresentam desvantagens, em especial se comparadas com as telas de Plasma. Ângulo de visão, tempo de resposta e contraste são elementos que, mesmo com o avanço tecnológico, ainda podem ser facilmente superados numa concorrência direta com o funcionamento das telas de Plasma.
Pelas suas características de funcionamento que resultam em um maior contraste e, consequentemente, uma melhor percepção de imagem por parte do usuário, as telas de Plasma são a principal escolha dos aficionados por telas imensas e alto nível de detalhes.
Para entendermos de maneira clara por que uma tecnologia apresenta determinados pontos positivos ou negativos em relação à outra, é preciso compreender como se dá a formação da imagem em cada uma delas. E é justamente isso que você vai aprender neste artigo. Depois disso, com certeza ficará bem mais fácil escolher qual dos modelos mais se adapta as suas necessidades.
Primeiro passo: a televisão recebe os sinais de vídeo
Quando o cinema foi apresentado ao mundo pela primeira vez, muitas imaginaram que aquelas imagens em movimento exibidas em uma tela não passavam de truques de bruxaria. Até então, ninguém havia visto nada parecido e compreender conceitos tão abstratos como uma “cópia do mundo real” era uma tarefa bastante complicada.
Hoje em dia certamente ninguém mais imagina que exista algum tipo de magia negra em ação para que um aparelho de TV funcione. No entanto, nem por isso compreender o conceito de formação de uma imagem é uma tarefa fácil para quem não trabalha em áreas relacionadas à tecnologia ou mesmo não possui tanta afinidade com o tema.
O processo todo começa quando um sinal de vídeo é enviado para o aparelho. Ele chega até ele por meio de um cabo externo, que pode ser VGA, HDMI, AVI, DVI ou qualquer outro dispositivo que permita a transmissão de dados de um meio para a TV.

Embora todos tenham a mesma função, a maneira como isso acontece é que faz com que alguns cabos sejam mais adequados do que outros para determinado tipo de transmissão. Os dois principais fatores a serem levados em consideração, nesse quesito, são velocidade de transmissão e quantidade de dados.
Quanto mais moderno for o cabo, maior será o número de informações transmitidas por segundo. Da mesma forma, o processo ocorre mais rápido de acordo com o cabo utilizado. Isso acaba resultando, no final do processo, na possibilidade de envio e recebimento de imagens de maior qualidade.
É justamente por esse motivo, por exemplo, que os cabos HDMI são os mais indicados para transmissão de dados de um Blu-ray Player para a TV. Ele consegue transferir um maior número de dados e de maneira mais rápida do que um cabo AVI ou DVI. Por isso, lembre-se de checar quais são as conexões disponíveis em um aparelho antes de comprar um produto.
Segundo passo: decodificando o sinal e enviando para a tela
O sinal de vídeo acabou de chegar pelo cabo. Você não vê, mas internamente a ponta do cabo em questão está conectada a uma placa decodificadora, uma espécie de placa de vídeo. Ela é a responsável por “ler” os sinais de vídeo recebidos, interpretá-los e enviá-los para a tela em forma de pontos coloridos. Esses pontos coloridos, também conhecidos como pixels, é que serão os responsáveis por compor um quadro de imagem.
As especificações de uma placa de TV são secundárias e dificilmente você verá indicado em algum manual de instruções ou descritivo de produto qual é o modelo de placa utilizado. No entanto, isso não significa que ela seja menos importante, muito pelo contrário.
A qualidade de uma placa pode ser avaliada de acordo com a velocidade de decodificação dos dados e a qualidade final apresentada. Nesse quesito, itens como tempo de resposta e possibilidades de contraste e brilho são os melhores indicadores de desempenho.
Quanto menor for o tempo de resposta, menos tempo a placa decodificadora leva para interpretar os sinais recebidos e transformá-los em informações de pontos de cor. Da mesma forma, opções de configuração de contraste e brilho são determinadas pela intensidade com que uma informação é enviada para a tela.
Um exemplo: um ponto branco com brilho em 100% é diferente de um ponto branco com brilho em 20%. A capacidade de enviar à tela dezenas de opções de percentual de branco, ou qualquer outra cor, de maneira precisa, determina um nível de qualidade superior ou inferior de um aparelho.
É importante ressaltar que elementos como contraste e brilho sofrem influência também da maneira como os pixels são formados na tela, diferindo nas telas de LCD e Plasma. Ou seja, os sinais enviados por uma placa para uma tela de LCD e Plasma, ainda que sejam iguais, podem apresentar resultados diferentes. Falaremos mais sobre isso logo adiante.
Terceiro passo: composição dos pixels
Uma tela de TV, não importa se de Plasma, LED ou LCD, é composta por pixels. Os pixels são pequenos pontos de imagem que, somados, compõem um quadro inteiro, formando uma imagem. Para você entender melhor como eles funcionam, vamos tomar como exemplo uma tela de TV com resolução Full HD - 1920x1080 pixels.
Imagine a tela do seu televisor dividida em pequenos quadrados, formando linhas e colunas. O primeiro número, 1920, corresponde ao número de linhas em que a tela será dividida. Já o segundo, 1080, corresponde ao número de colunas.
Dessa forma você pode imaginar milhões de quadrados lado a lado para formar uma imagem. Para ser mais exato, em nosso exemplo da tela com resolução Full HD são exatos 2.073.600 quadrados de cor, ou pixels, para formar um quadro de imagem.

Ou seja, quando a placa recebe um sinal de vídeo, ela envia 2.073.600 informações diferentes para a tela, uma para cada ponto específico. Para você ter uma ideia da velocidade de processamento dessas informações é só ficar atento ao quesito frequência.
Uma televisão com frequência de 120 Hz, por exemplo, exibe 120 quadros diferentes de imagem por segundo. Isso significa mais de 248 milhões de informações de dados para pixels por segundo, números que realmente impressionam, não é mesmo?
Cada pixel exibe de maneira independente uma cor. Quando a resolução é menor a tela é composta por menos pixels e, consequentemente, a qualidade de imagem é menor. O que acontece é que os pequenos quadrados ficam maiores e o usuário começa a perceber de maneira consciente que a imagem é feita de quadrados.

Para ilustrar esse processo, basta olhar uma fotografia em baixa resolução. Pegue uma imagem qualquer e aplique sobre ela o maior zoom possível. Repare que à medida que você amplia a imagem os pixels se tornam mais perceptíveis, dando a impressão de queda de qualidade na fotografia.
Se você entendeu esse passo, então já está apto a observar nos aparelhos de TV os itens frequência e resolução. Quanto maior for a frequência de uma TV, maior será a quantidade de imagens exibidas em um único segundo. Já a resolução determina a quantidade de pixels que compõem uma imagem. Quanto maior a resolução, maior a qualidade de imagem.
Você pode estar se perguntando: e como funciona o processo durante um upscale ou quando a imagem da fonte é de menor qualidade do que a tela pode oferecer? O procedimento de recebimento de dados e leitura é o mesmo, o que muda é a projeção.
O upscale funciona como uma espécie de preenchimento inteligente. Ele interpreta quais são os pixels que não receberam informações de cor e, baseado nos pixels mais próximos, preenche o espaço com pixels aproximados, minimizando a percepção do usuário e apresentando um resultado final de maior qualidade.
O processo funciona muito bem e deixa as imagens finais com uma qualidade superior à fonte original. No entanto, por razões óbvias, o upscale tem uma qualidade inferior à de uma fonte em alta resolução, já que em vez de pixels aproximados temos pixels originais com suas variações de cores específicas.
Quarto passo: formação de cor nos pixels
Os três primeiros passos que apresentamos funcionam da mesma maneira em qualquer tipo de tela. O recebimento de dados, a decodificação e a formação da imagem por pixels é um processo idêntico tanto nas TVs de Plasma, LCD e LED.
O que diferencia a qualidade de uma para outra é a maneira como esses dados de cor são exibidos. E, para entendermos as diferenças entre eles, é preciso conhecer de maneira detalhada como é o processo de formação de um pixel, nos três tipos de tela.

Telas de Plasma

O processo de formação de imagem em uma tela de Plasma é um dos grandes responsáveis pela sua alta taxa de contraste e, por isso mesmo, talvez seja o maior diferencial do produto em relação às telas de LCD e LED. E se você fica se perguntando como é possível que um líquido seja responsável pela formação de imagem, perceberá nesta explicação que o funcionamento é bem mais complexo do que você poderia presumir.
Em uma TV de Plasma, a tela que você visualiza é, na verdade, um composto com duas finas placas de vidro. Entre essas placas existem uma série de eletrodos que recebem os sinais de vídeo decodificados e os exibem de maneira precisa.
Para que os eletrodos sejam ativados e exibam as cores corretas eles necessitam de Plasma, uma substância que não está disposta dentro da tela em estado permanente. Sim, é isso mesmo. A sua TV de Plasma, quando está desligada, não possui plasma.
A transformação acontece dentro de cada um dos pixels. Cada pequeno quadrado é subdividido em três partes. Cada uma das partes representa uma cor do perfil RGB, sendo R o vermelho, G o verde e B o azul. Todas as cores que você visualiza na tela são formadas a partir de uma combinação entre essas três cores primárias.

Cada uma dessas três partes dentro do pixel é composta pelo elemento químico fósforo. Essa substância tem como característica o fato de emitir luz quando bombardeada por raios ultravioleta. A combinação das cores e a luz emitida formam um ponto de imagem.
Para que essa emissão de luz seja possível é preciso levar em consideração que, além de fósforo, outros dois elementos químicos compõem cada subpixel: o xenônio (Xe) e o neônio (Ne). Todos eles estão dispostos ali em estado gasoso.
Quando um impulso elétrico de aproximadamente 300 volts é exercido sobre todas essas substâncias, elas se misturam e se transformam em uma espécie de líquido. Esse líquido é chamado de Plasma. A descarga acontece em uma fração de segundos e, após a corrente elétrica, o Plasma se torna estável outra vez, voltando à forma gasosa.
A transformação dos gases em líquido e, posteriormente, a transformação do líquido em gás faz com que os eletrodos liberem energia. Essa energia é liberada em forma de raios ultravioletas, os elementos necessários para emissão de luz e consequente formação das três cores primárias.
São os raios ultravioletas que agitam o subpixel, fazendo com que ele emita luz na cor específica que está programado para fazer. A intensidade de cada uma das cores, combinadas, forma uma cor única. Um único pixel pode reproduzir um espectro de até 549 milhões de cores.
Descrevendo assim, passo a passo, parece algo demorado e trabalhoso, não é mesmo? No entanto, imagine que em um aparelho de TV de 120 Hz, esse processo que acontece dentro de cada pixel é repetido cerca de 120 vezes por segundo.
Em nosso exemplo da tela com resolução Full HD, é a combinação do processo individual ocorrido em cada um dos 2.073.600 pixels que formará um quadro de imagem. O conjunto de quadros de imagem, exibidos sucessivamente, dará ao espectador a impressão de movimento, formando o vídeo da maneira como nos acostumamos a ver.

Telas de LCD

Em linhas gerais, o processo de formação de uma imagem nas telas de LCD é o mesmo. Há o envio de um sinal de imagem decodificado para os pixels que, a partir de uma matriz RGB, formam todo o espectro de cores que podemos visualizar na tela.
Para entendermos o funcionamento das telas de LCD, precisamos entender o que é o cristal líquido, elemento fundamental na composição do produto. A exemplo da tela de Plasma, na LCD duas finas chapas de vidro são colocadas lado a lado. Entre elas o espaço é preenchido com uma solução de cristal líquido.
O tipo de líquido utilizado na fabricação desses produtos é bastante específico e tem como finalidade funcionar como uma espécie de cortina, permitindo ou não e regulando a maneira com que a luz é difundida através dele.

Estamos acostumados a conhecer substâncias nos estados sólido, líquido e gasoso, certo? Porém, o cristal líquido utilizado nas telas pode ser considerado sólido e líquido ao mesmo tempo. Parece confuso, não é mesmo? Mas a explicação é simples.
A substância é capaz de manter as suas moléculas com características dos dois estados ao mesmo tempo, fazendo com que ela se comporte de diferentes maneiras sob as mesmas circunstâncias, embora aparente uma forma líquida.
O fenômeno de formação de uma imagem começa também quando um impulso elétrico é aplicado sobre cada um dos pixels compostos por cristais líquidos. Ao mesmo tempo, uma luz não polarizada é emitida ao fundo do painel.
A luz, ao passar pelo líquido, é polarizada, podendo ser percebida como diversas cores distintas. Para ilustrar bem esse quesito basta você se lembrar da formação de um arco-íris. A luz do Sol quando incide sobre as gotas de chuva experimenta um processo chamado de refração.
Esse fenômeno nada mais é do que a dispersão que a luz sofre ao atravessar uma gota d’água. Ou seja, ela chega com uma intensidade e, dentro da gota, modifica a sua percepção, saindo do outro lado com um aspecto distinto.
Na natureza não há controle dessa variação e por isso, você vê um arco-íris com múltiplas cores, nem todas com a mesma intensidade, brilho e nitidez em todos os pontos do céu. Dentro da tela, os impulsos elétricos são os responsáveis pelo controle de cor.

Fonte: Wikipedia

1. Filtro vertical em película polariza a luz quando ela entra.
2. Substrato de vidro com eletrodos de ITO. As formas desses eletrodos vão determinar o que aparece na TV quando ela está ligada. Cristas verticais são gravados na superfície juntamente com os cristais líquidos, em consonância com a luz polarizada.
3. Cristal líquido.
4. Substrato de vidro com película de eletrodo comum ITO com sulcos horizontais para se alinhar com o filtro horizontal.
5. Filtro horizontal em película para bloquear ou permitir a passagem da luz.
6. Superfície refletora para enviar a luz de volta ao telespectador.
Quando a luz de fundo é emitida, ela atravessa a camada de cristais líquidos e modifica a sua percepção. Uma corrente elétrica agita as moléculas de cristal, fazendo com que determinadas partes sejam obstruídas e outras passem por uma angulação diferente.
Cada angulação corresponde a uma cor. Dessa forma, combinando os dados recebidos da placa de vídeo com a refração de uma luz de fundo através do cristal líquido, o resultado é um ponto de cor específico que surge dentro de cada pixel.
A projeção dessa cor nascida em meio aos cristais líquidos é que vai condicionar a cor exibida por um pequeno tubo fluorescente. Para garantir que o pixel seja integralmente preenchido com a mesma cor um painel branco de difusão se encarrega de tronar a cor uniforme.
Esse processo acontece dezenas de vezes por segundo em cada pixel, de acordo com a frequência do aparelho. O resultado de todos os pixels somados forma um quadro de imagem e, os quadros de imagens exibidos seguidamente criam a impressão de movimento.
A composição da cor nos painéis de LCD explica por que as telas de Plasma apresentam um nível de contraste superior. O processo de formação de imagem nas telas de Plasma é, em linhas gerais, químico e proporciona mais precisão do que o processo nas telas de LCD, que é ótico.

Telas de LED

Se analisarmos única e exclusivamente o processo de formação de cor nas telas de LED, veremos que ele não difere em nada das telas convencionais de LCD. A diferença fica por conta de um reforço que auxilia o processo a exibir cores mais intensas e precisas.
Tecnicamente, toda vez que nos referimos à “tela de LED” estamos falando de uma tela de LCD com painel de LED. O termo “tela de LED” se tornou popular comercialmente para diferenciar um modelo de outro, mas na prática ambos têm a mesma essência.

O sinal de vídeo decodificado é enviado para a tela. Cada pixel recebe uma informação e a luz de fundo, atravessando o cristal líquido, é polarizada formando um ponto de cor. A grande diferença fica por conta de um auxílio de precisão de cor sobreposto à luz emitida.
Explicando: se nas telas de LCD uma luz comum é enviada para atravessar os cristais líquidos e formar um ponto de cor do outro lado, aqui um painel de LEDs reforça a formação da cor. Assim, temos por trás de cada pixel, três minúsculos LEDs nas cores primárias que formam o RGB.
Alguns aparelhos mais modernos chegam a ter quatro pontos de luz. Além do RGB, um segundo ponto vermelho reforça a intensidade de cor. O resultado é exatamente o diferencial que as telas de LED têm em relação às LCDs convencionais: maior brilho, nitidez, contraste e quantidade de cores.
Desvendando um fenômeno: o efeito burn-in
Um dos eventos relacionados às telas de Plasma com muita frequência é o efeito burn-in. Ele acontece quando a tela exibe por um tempo contínuo uma mesma imagem estática. Ao desligar a TV, é possível perceber uma espécie de “mancha”, marcando a tela.
Esse fenômeno não é uma exclusividade das telas de Plasma e pode ocorrer também em LCDs e LEDs. Atualmente, os novos produtos lançados no mercado atenuam significativamente esse efeito, mas isso não significa que você esteja 100% livre dele.
A exibição de uma imagem estática de maneira continua faz com que o fósforo presente na composição das telas de Plasma assuma uma forma modular permanente. Em outras palavras, é como se ele “queimasse” o pixel, comprometendo a capacidade dele de se agitar e formar novas cores.
Nas telas de LCD e LED, como o processo químico é menos intenso, a probabilidade do burn-in ocorrer é remota, mas não está descartada. Fenômenos similares como a “queima” de pixels, que pode ocorrer quando o aparelho extrapola a sua vida útil, fazem com que o risco exista. No entanto, fique tranquilo, já que é pouco provável que isso aconteça.
O futuro: a formação de imagem em uma TV 3D
Pesquisas encomendadas por alguns dos principais fabricantes de TV apontam que, até 2015, pelo menos 70% dos aparelhos comercializados no mercado terão suporte para tecnologia 3D. A indústria presume que essa característica em breve será tão essencial quanto uma saída HDMI ou uma alta taxa de contraste.
Sendo assim, vale mencionar também como é o processo de formação de imagem em uma TV 3D. A resposta é simples e rápida e vale para todos os tipos de tela: a formação de imagem é idêntica. à que ocorre nas TVs de LCD, LCD de LED e Plasma. A diferença fica por conta do simples que fato que não apenas uma imagem é formada, e sim duas.

Essas duas imagens distintas, porém complementares, são entrelaçadas, sincronizadas e projetadas de forma que uma dê a impressão de estar sobreposta à outra. Essa sobreposição dá a sensação de volume e profundidade de campo, efeito que é potencializado com os óculos 3D. Assim, você olha para duas imagens, mas tem a nítida sensação de estar vendo apenas uma, mais próxima da sua visão.
Eu não sabia, mas agora eu sei!
Entender o funcionamento de um aparelho de televisão, além de saciar a curiosidade de muitas pessoas, é a melhor maneira de descobrir os porquês e as razões de cada uma das especificações técnicas que acompanham o produto em um manual de instruções.
Quando você conhece o processo fica muito mais fácil apontar quais são pontos positivos e negativos de uma tecnologia em relação à outra. Isso não significa, de forma alguma, que um desses tipos de tela seja melhor do que outro. Pelo contrário.
A diversidade de tecnologias existe para que você possa escolher qual das opções mais se adapta àquilo que você espera de uma televisão. Nem todos os usuários são exigentes a ponto de se frustrarem por uma paleta de cores menos nítida ou um aparelho com menos opções de controle de cor.

Sendo assim, o objetivo deste artigo é explicar de maneira clara e didática como funciona um aparelho de TV e de que maneira a formação de cores e as tecnologias empregadas no processo influenciam nas características técnicas que você está acostumado a pesquisar.
Obviamente durante os processos existem outras ações secundárias que acontecem contribuindo para o resultado final de imagem. Esses outros processos são elementos que não vem ao caso nesta explicação, mas nem por isso deixam de ter a sua importância durante o funcionamento do aparelho.

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