O Futuro do LCD

Actualmente, o LCD é, sem sombra de dúvidas, a tecnologia mais escolhida para ecrãs planos.
Com as recentes descobertas de novas classes de materiais usadas no fabrico do LCD com propriedades melhores que o actual, o futuro apresenta – se risonho. Os avanços na investigação prendem-se sobretudo com o estudo e desenvolvimento de cristais líquidos com auto – alinhamento, que poderão num futuro próximo vir a constituir a base de qualquer dispositivo LCD.
Esta técnica, capaz de fazer com que os cristais líquidos se alinhem verticalmente de forma autónoma, tem aplicação num passo específico, em que é utilizada uma película de polímero para criar o alinhamento dos cristais entre as duas camadas de vidro onde eles operam. No processo actual, a aplicação desta camada pode danificar alguns transístores e introduzir poeira no interior da tela, diminuindo o rendimento do processo produtivo. E, como os cristais líquidos ficam alinhados verticalmente, o estado desligado dos pixels fica completamente escuro, ao contrário do que acontece actualmente nos LCDs que não conseguem obstruir completamente a backlight. É como resposta a este problema que poderá surgir o sucessor do LCD, a tecnologia denominada por OLED (Optical Light Emitting Diode), actualmente em desenvolvimento, cuja principal característica é, precisamente poder emitir luz própria. Pelo que cada OLED, quando não polarizado, torna-se obscuro obtendo-se assim o "preto real".
Por outro lado, os ecrãs com tecnologia OLED podem ser visualizados de diversos ângulos (180º) e apresentam um contraste muito melhor (de 1000:1 contra 100:1 das telas LCD no escuro).

Vantagens e desvantagens do LCD

Vantagens:

• O facto dos monitores LCD terem uma tela realmente plana elimina as distorções das imagens verificadas nas telas que têm uma certa curvatura (por mais pequena que seja), como é o caso nos monitores CRT. Esta vantagem assume um peso importante na componente visual do produto, uma vez que interage directamente com o sistema visual humano, apresentando-se como uma tecnologia apelativa;
• Outra vantagem é a menor ocupação de espaço e peso que o monitor LCD possui nas várias aplicações desenvolvidas nesta área, possibilitando a evolução tecnológica no aspecto móvel dos vários aparelhos que utilizam esta tecnologia;
• Devido ao crescente número de horas que os utilizadores passam em frente dos monitores de computador, uma vantagem importante trata-se do facto dos ecrãs LCD cansarem menos a vista em comparação com outras tecnologias;
• Hoje em dia, onde tanto se ouve falar, até mesmo a nível político, da poluição crescente em todo o mundo e se refere as energias renováveis como modo de combater este grave problema mundial, é uma vantagem enorme sabermos que os monitores LCD consomem bastante menos energia que os CRT.

Desvantagens:

• A principal desvantagem tem a ver com a dificuldade em produzir monitores LCD perfeitos, dado o número elevado de transístores incorporados (mais do que o volume usado pelo processador Pentium);
• Os utilizadores cada vez mais procuram uma melhor qualidade de serviço, porém o custo do equipamento tem um papel preponderante na escolha de qualquer produto. Os monitores LCD são bem mais caros que os monitores CRT;
• Os monitores LCD apresentam um menor contraste relativamente aos monitores CRT, tendo como consequência uma degradação visual provocada ao sistema visual humano. Esta representa outra desvantagem dos LCD;
• Os ecrãs LCD apresentam um ângulo de visão limitado, em modelos mais antigos, e qualquer desvio de visão causa distorção nas cores e na imagem.

Aplicações do LCD

As primeiras aplicações a fazerem uso da tecnologia LCD remontam a meados dos anos 70. Tratavam-se, sobretudo, de visores de calculadoras e de relógios digitais. Só na década de 80 se passou a aplicar o LCD - na altura em plena evolução – aos aparelhos de televisão.
Actualmente, para além de se continuarem a desenvolver aparelhos de televisão com base nesta tecnologia, apresentando crescentes melhorias de qualidade, também cada vez mais os fabricantes de monitores de computador recorrem a telas de LCD. Isto sucede, pois a tecnologia LCD permite a exibição de imagens monocromáticas ou coloridas e animações em praticamente qualquer dispositivo, sem a necessidade de um tubo de raios catódicos. Aliás, desde sempre que os notebooks usam LCD nos seus ecrãs, responsável em grande parte pelas suas reduzidas dimensões.
O LCD não se limita a ser usado no fabrico de monitores para computador. É possível encontrar no mercado dispositivos como relógios de pulso e de parede, consolas portáteis, câmaras digitais, telemóveis, calculadoras, leitores multimédia e muitos outros gadgets em que o ecrã é um dos componentes principais, e que fazem uso da tecnologia de cristais líquidos.

Funcionamento do LCD

Os monitores do tipo LCD não possuem um tubo de raios catódicos (CRT) mas sim tecnologia LED ou uma fonte de luz fluorescente denominada backlight.
De uma forma geral, esta tecnologia baseia-se em produzir imagens sobre uma superfície plana composta por cristal líquido e filtros coloridos. Duas superfícies com filtros polarizados, que podem ser encarados como um conjunto de fios muito finos paralelos, controlam os raios de luz que passam através das moléculas de cristal líquido. As linhas de um dos filtros são dispostas perpendicularmente às linhas do outro filtro, e as moléculas entre as duas superfícies são forçadas a um estado torcido, direccionando os raios de luz da mesma forma.
Assim, quando não há nenhum campo eléctrico aplicado às moléculas, a direcção do raio de luz altera – se à medida que passa pelo cristal até encontrar a segunda superfície, cuja direcção das ranhuras coincidirá com a do raio de luz.
Se um campo for aplicado ao cristal, as moléculas dispõem-se verticalmente, fazendo com que os raios de luz percorram o intervalo sem alterar a sua direcção, até encontrarem a segunda superfície que bloqueará os raios.
Podemos referir, de um modo simplificado, que a ausência de um campo aplicado é sinónimo de passagem de luz. Por sua vez, quando aplicamos uma tensão esta luz será bloqueada.
Uma fonte de luz fluorescente, identificada geralmente pelo termo backlight, é responsável pela emissão dos raios que são alinhados pelos filtros polarizados. A luz direccionada passa, então, pela camada contendo milhares de bolhas de cristal líquido arranjadas em pequenas células que, por sua vez, estão dispostas em linhas na tela. Uma ou mais células formam um pixel no monitor.

LCD

Um monitor de cristal líquido (em inglês: liquid crystal display), ou LCD, é um monitor muito leve e fino sem partes móveis. Consiste de um líquido polarizador da luz, electricamente controlado que se encontra comprimido dentro de celas entre duas lâminas transparentes polarizadoras. Os eixos polarizadores das duas lâminas estão alinhados perpendicularmente entre si. Cada cela é provida de contactos eléctricos que permitem que um campo eléctrico possa ser aplicado ao líquido no interior.
A tecnologia LCD já é utilizada há algum tempo. Como exemplo podemos citar consoles portáteis (Gameboy Advance da Nintendo), relógios digitais, calculadoras, entre outros acessórios.




Um LCD é constituído de um líquido polarizador da luz, electricamente controlado, que se encontra comprimido dentro de celas entre duas lâminas transparentes polarizadoras. Os eixos polarizadores das duas lâminas estão alinhados perpendicularmente entre si. Cada cela é provida de contactos eléctricos que permitem que um campo magnético possa ser aplicado ao líquido lá dentro. O LCD utiliza a polarização da luz graças a filtros de polaridade e dupla refracção de certos cristais líquidos em fase nemático podendo-se fazer variar a orientação em função do campo eléctrico. Do ponto de vista óptico, o ecrã em cristais líquidos é um dispositivo passivo (não emite luz) cuja transparência varia; deve por conseguinte ser iluminado.

Aplicações Tecnológicas

A maior parte das aplicações tecnológicas dos cristais líquidos situa-se no campo dos mostradores. Destes, quase todos se baseiam no efeito de nemático torcido (twisted nematic effect), descoberto por Fergason (nos Estados Unidos) e por Schadt e Helfrich (na Suíça) nos princípios da década de 1970.

Visor do relógio:

O cristal líquido está contido no painel entre duas placas de vidro. Por baixo da placa superior, sete segmentos de eléctrodo transparente estão dispostos em forma de um oito. Outro eléctrodo transparente cobre todo o vidro inferior. Os sete segmentos de eléctrodo podem ser escurecidos em combinações que formam qualquer algarismo de 0 a 9. Os segmentos escurecidos são aqueles a que foi aplicada tensão eléctrica.

Quando não aparece nada no visor:

• Luz incidente;


• Polarizador que só se deixa atravessar pelas ondas de luz que oscilam paralelamente ao eixo de polarização;


• Placa de vidro superior;


• Eléctrodo transparente;


• Moléculas de cristal líquido dispostas paralelamente às placas de vidro e descrevendo uma espiral que roda 90°. A polarização da luz que atravessa o cristal líquido acompanha a direcção das moléculas, rodando também 90°. É este o efeito de nemático torcido de que se falou atrás;


• Eléctrodo transparente;


• Placa de vidro inferior;


• Polarizador com o seu eixo de polarização a 90° do do superior para deixar passar a luz rodada de 90°;


• O espelho reflecte a luz através do painel, dando-lhe por isso uma aparência clara.

Quando aparece algo no visor:

• Luz incidente;


• Polarizador que só se deixa atravessar pelas ondas de luz que oscilam paralelamente ao eixo de polarização;


• Placa de vidro superior;


• Eléctrodo transparente;


• Moléculas de cristal líquido reorientadas, alinhando-se segundo o campo eléctrico produzido pela a aplicação de tensão ao segmento de eléctrodo: ficam perpendiculares às placas de vidro;


• Eléctrodo transparente;


• Placa de vidro inferior;


• A polarização da luz não se altera ao atravessar o cristal líquido e, portanto, não pode atravessar o polarizador a 90° do primeiro situado por baixo da placa inferior;


• O espelho não recebe luz através dos segmentos aos quais foi aplicada tensão eléctrica. Estes segmentos surgem a preto no mostrador;

Cristais Líquidos

Cristais Líquidos são uma classe de materiais que podem apresentar em estados da matéria compreendidos entre o Líquido e o Sólido. No estado líquido cristalino os materiais apresentam simultaneamente propriedades físicas características dos líquidos (ex.: fluidez) e propriedades físicas típicas dos sólidos. Estes materiais são em geral constituídos por moléculas orgânicas anisométricas. Estas moléculas têm uma das suas dimensões muito maior do que as restantes (ex.: podem ter uma forma alongada ou a forma de discos). No estado isótropo como em um líquido as moléculas do cristal líquido encontram-se desordenadas e os seus centros de massa distribuídas aleatoriamente no espaço, No estado cristalino líquido as moléculas podem apresentar variados níveis de ordem molecular (ex.: ordem orientacional e ordem posicional). Tipicamente um cristal líquido de moléculas alongadas podem alinhar-se paralelamente entre si segundo uma direcção que se pode definir por um pseudo – vector que se designa por Nemático (algo semelhante a palitos de fósforos dentro de uma caixa). Dependendo da temperatura podem-se observar diferentes valores de ordem orientacional. Em muitos cristais líquidos as moléculas possuem dipolos eléctricos momento dipolo e podem ser alinhadas através de um campo eléctrico.
Alguns tipos de cristais líquidos apresentam cores fortes que se alteram sob a acção de temperatura, pressão, campo eléctrico e magnético, outros tem rápida resposta eléctrica – óptica na presença de campo eléctrico, por esses motivos o cristal líquido foi adoptado em larga escala pela indústria electrónica e é usado principalmente na fabricação de telas para televisões e monitores, além disso o cristal líquido tornou-se o material padrão para a fabricação de displays para equipamentos electrónicos de todos os tipos.

Introdução Geral

Este trabalho visa efectuar uma abordagem, com algum pormenor, sobre uma das principais facetas da indústria da electrónica nos dias de hoje: a tecnologia de cristais líquidos.
Começo por falar sobre o que está na base do funcionamento desta tecnologia e das topologias abordadas no fabrico dos produtos que dela derivam, procuramos também evidenciar os principais aspectos que a destacam das demais existentes no mercado.
Em última análise falo das perspectivas futuras da tecnologia LCD e possíveis evoluções da mesma. Isto, para além de apresentarmos uma outra tecnologia que poderá vir a ser a sucessora do LCD, a tecnologia OLED.