Características dos Monitores LCD

Hoje em dia, todos os monitores de LCD são de matiz ativa (TFT), mas houve um tempo que quase todos os notebooks utilizavam telas de matiz passiva. A diferença fundamental entre as duas tecnologias é que um LCD de matiz ativa possui um conjunto de três transístores para cada pixel (um para cada uma das três cores primárias), enquanto os monitores de matiz passiva utilizam apenas um par de transístores para cada linha e para cada coluna (um de cada lado da tela).

Uma tela de matiz ativa com resolução de 1024×768 possui nada menos do que 2.359.296 transístores, enquanto uma tela de matiz passiva com a mesma resolução possui apenas 3584 (2048 transístores para as linhas verticais e mais 1536 para as linhas horizontais). Esse arranjo simples fazia com que os monitores de matiz passiva fossem mais baratos e consumissem um pouco menos de energia, mas em compensação a qualidade da imagem era muito ruim, pois não era possível controlar a cor de diferentes pixels dentro da mesma linha (ou coluna) de forma muito precisa, o que tornava a imagem borrada e com baixa definição de cor. A atualização também era muito lenta (até 200 ms em muitos monitores antigos), o que tornava inviável usar a tela para jogar ou assistir vídeos.

Conforme as técnicas de produção evoluíram, a diferença de preço entre as telas de matiz passiva e as de matiz ativa foi caindo, até o ponto em que as telas de matiz passiva foram substituídas quase que completamente. Atualmente, telas de LCD de matiz passiva são usadas apenas em alguns celulares, players de áudio e pequenos dispositivos em geral e, mesmo neste último nicho, elas vem perdendo espaço para as telas de matiz ativa e telas OLED.

Entre os monitores de matiz passiva, eram comuns o uso das tecnologias CSTN (super-twist nematic), DSTN (double-layer super-twist nematic) e HPA (high-performance addressing), esta última a mais avançada das três. Nas telas de matiz ativa predomina a tecnologia TFT (Thin-Film Transistor), a ponto de as telas de matiz ativa serem genericamente chamadas de “telas TFT”.

Na verdade, o TFT nada mais é do que a técnica de fabricação utilizada para construir os transístores sobre o substrato de vidro do monitor. Através de um processo de deposição, é criada uma fina camada de silício amorfo sobre o substrato de vidro. Esta camada de silício não é muito transparente, por isso é usado um processo de litografia para criar a estrutura do transístor e um banho químico para remover o excesso, deixando apenas as partes ocupadas pelo transístor.

Assim como no caso dos processadores, o processo é repetido várias vezes (pelo menos 5), utilizando máscaras de litografia diferentes, de forma a criar as diversas camadas que formam os transístores.

Estes dois diagramas (cortesia da AU Optronics Corp.) mostram o processo de litografia aplicado sobre uma das camadas de silício amorfo e um transístor pronto, depois de passar sucessivamente por várias repetições do processo de deposição da camada de silício, litografia e banho químico:

Uma das características mais enfatizadas nos monitores de LCD é o tempo de resposta, que indica o tempo necessário para que os pixels da tela mudem de cor e a tela seja atualizada. Em monitores de matiz ativa antigos, o tempo de resposta era normalmente de 40 ms ou mais, o que corresponde a menos de 25 atualizações por segundo. Eles eram aceitáveis para uso em aplicativos de escritório, mas ao assistir filmes ou jogar você percebia os fantasmas causados pela demora na atualização da tela. Muitos monitores atuais, entretanto, trabalham com tempos de resposta de 8 ms ou menos, o que elimina o problema. Para ter uma idéia, em um monitor de CRT que utiliza refresh de 75 Hz, a imagem é atualizada “apenas” a cada 13.33 ms.

O tempo de resposta divulgado pelos fabricantes leva em conta o tempo necessário para um pixel mudar do preto para o branco e para o preto novamente (mais precisamente, de 90% de obstrução de luz, para 10% e depois para 90% novamente). Entretanto, as transições entre diferentes tonalidades de cor (cinza 40% para cinza 50%, por exemplo) demoram mais tempo, pois a variação na tensão aplicada é muito pequena, o que faz com que a célula demore mais para responder. É por isso que a maior parte dos monitores LCD ainda não são capazes de superar os antigos monitores CRT em tempo de resposta, muito embora estejam cada vez mais próximos.

Uma das técnicas utilizadas nos monitores atuais para reduzir o problema é o “Response Time Compensation” (também chamado de “Overdrive”) que consiste em utilizar uma tensão maior do que a necessária para ativar a mudança de estado das células de cristal líquido. A tensão mais alta é aplicada durante um curto espaço de tempo, forçando a célula a iniciar rapidamente a mudança de estado e em seguida rapidamente reduzida, de forma que a mudança pare exatamente na tonalidade desejada.

Nas versões mais atuais da tecnologia o mesmo princípio é aplicado também na hora de reduzir a tensão das células, de forma que o pixel permita a passagem da luz. A tensão é reduzida subitamente e em seguida nivelada no nível referente ao tom desejado.

Em seguida temos a questão do ângulo de visão, um quesito em que os monitores LCD vem melhorando bastante.

Monitores de matiz passiva antigos possuíam um ângulo de visão muito restrito, onde você percebia alterações nas cores ao olhar a tela a partir de um ângulo de apenas 50 ou 60 graus. Em 1995 surgiu a tecnologia IPS (In-Plane Switching), desenvolvida pela Hitachi, que permite alinhar horizontalmente as moléculas de cristal líquido dentro de cada célula, de forma a permitir um maior ângulo de visão na horizontal. Mais tarde, a Fujitsu desenvolveu a tecnologia MVA (Multi-Domain Vertical Alignment), que funciona de forma ligeiramente diferente, mas tem o mesmo efeito. Ambas as tecnologias são atualmente licenciadas para outros fabricantes, que por sua vez desenvolvem melhorias diversas.

Atualmente, muitos fabricantes prometem ângulos de visão de 170, ou até mesmo 180 graus (180 graus é o máximo possível para qualquer tipo de tela plana, já que a partir daí você passa a ver a lateral e o fundo do monitor e não a tela propriamente dita), mas as especificações não contam a história completa.

O primeiro truque é que o ângulo de visão especificado é calculado com base em um contraste de 10:1 (ou mesmo 5:1, de acordo com o fabricante), um contraste muito baixo, considerando que qualquer monitor LCD atual trabalha com um contraste de 400:1 ou mais. Ou seja, ao olhar a tela no ângulo prometido, você vê a imagem, mas já com uma perda significativa de nitidez.

O segundo é que o ângulo de visão é tão bom apenas na horizontal. Ao olhar o monitor em um ângulo vertical, a imagem perde definição muito mais rápido. Um dos efeitos colaterais de alinhar as moléculas do cristal líquido na horizontal, é justamente uma redução no ângulo de visão vertical. Isso explica porque telas que precisam ser visualizáveis a partir de qualquer ângulo (como as usadas nos tablets) normalmente possuem ângulos de visão mais restritos, mas em compensação válidos tanto na horizontal quanto na vertical.

Resoluções: Com a popularização dos monitores widescreen, passamos a ter algumas opções adicionais de resolução além dos tradicionais 800×600, 1024×768 e 1280×1024. Os notebooks da série Vaio TX, por exemplo, usam telas wide de 11.1″ com resolução de 1368×768, um “super-wide” que acaba sendo um formato bom para assistir DVDs, pois faz com que o filme ocupe toda a área útil da tela, embora não seja tão confortável para ler textos e rodar aplicativos de escritório.

A resolução é geralmente proporcional ao tamanho da tela. O grande problema em produzir telas pequenas com suporte a altas resoluções não é tanto técnico, mas sim mercadológico. Resoluções muito altas tornam o conteúdo da tela menos legível, o que afasta compradores em potencial. O próprio Vaio TX, por exemplo, possui uma tecla de atalho com uma função de “zoom”, que permite reduzir a resolução da tela para 1064×600. Por não ser a resolução nativa do LCD, a qualidade da imagem fica longe do ideal, mas mesmo assim muitos usuários realmente utilizam o recurso em muitas situações.

As resoluções mais usadas são:

QVGA: 320×240 (usada em palmtops)
VGA: 640×480
SVGA: 800×600
XGA: 1024×768
WXGA: 1280×800
WXGA+: 1440×900
SXGA: 1280×1024
SXGA+: 1400×1050
UXGA: 1600×1200
WSXGA: 1680×1050
WUXGA: 1920×1200
WQXGA: 2560×1600

Existem ainda dois padrões WXGA “alternativos”, com resolução de 1280×768 e 1368×768 inventados pela Sony e usados em alguns de seus notebooks. Outra variante que está se tornando popular é o XGA de 800×480, comum em tablets e UMPCs.

Existe ainda a questão do tipo de acabamento usado na tela: fosco ou glossy. Tradicionalmente, as telas de LCD utilizam um acabamento não-reflexivo, fosco, que torna o uso da tela mais confortável em ambientes muito iluminados, ou sob luz solar, mas em troca prejudica um pouco o contraste e a fidelidade das cores. As telas com acabamento glossy, por sua vez, utilizam um acabamento reflexivo, que torna as cores mais vivas e melhora o contraste da tela, mas é, em compensação, mais frágil (tornando riscos e arranhões uma ocorrência comum) e faz com que a tela se comporte como um espelho, refletindo muito mais a luz do ambiente. O acabamento glossy recebe diferentes nomes de acordo com o fabricante. A Acer, por exemplo, chama o revestimento de “CrystalBrite”, enquanto a Sony chama de “XBrite”.

Reflexão em uma tela XBrite: quase um espelho

As telas com acabamento glossy tornaram-se norma nos notebooks com tela wide, destinados ao público geral, mas as telas foscas ainda sobrevivem em notebooks destinados ao público “business”, como muitos modelos da Lenovo e da HP.

Finalmente, temos a questão dos dead pixels e stuck pixels, também bastante enfatizada. Embora uma tela TFT possua um número muito menor de transístores do que um processador, a fabricação é igualmente difícil, pois o silício amorfo utilizado na tela possui uma qualidade muito inferior ao wafer de silício usado na fabricação do processador.

Defeitos de fabricação nos transístores das telas de LCD são uma ocorrência relativamente comum. Eles não inutilizam a tela, mas causam o aparecimento de pontos defeituosos, onde um dos transístores (responsável por uma das três cores primárias) não funciona corretamente, ficando sempre ativo ou sempre inativo. Com apenas duas das cores primárias ativas, ou uma delas permanentemente acesa, o pixel passa a exibir cores diferentes das dos demais, ficando vermelho enquanto os demais estão pretos, por exemplo. Veja um exemplo:

Stuck pixel próximo ao canto da tela

Nesta foto usei um fundo preto na tela pra destacar o pixel defeituoso, que fica vermelho enquanto os outros estão pretos. O que acontece nesse caso é que o transistor responsável pela cor vermelha dentro do pixel não funciona, de forma que o ponto fica sempre aberto à passagem de luz.

Para que o pixel exiba a cor preta, os três transístores devem mandar energia para as moléculas de cristal líquido, de forma que elas impeçam a passagem da luz. Se um dos três transístores fica sempre desligado, a cor primária referente a ele fica sempre ativa. Se o defeito for no transístor responsável pela cor vermelha, então o pixel acabará ficando sempre vermelho sob um fundo preto.

Se o contrário ocorrer, e o transistor ficar sempre ligado (fazendo com que o cristal líquido impeça a passagem de luz) então o pixel exibirá uma cor alterada sob um fundo branco, mas se comportará de forma normal sob um fundo preto.

Pixels que ficam permanentemente apagados são chamados de “dead pixels”, enquanto os que ficam permanentemente acesos, exibindo um ponto vermelho, verde ou azul sob um fundo escuro são chamados de “stuck pixels” (pixels emperrados).

A existência de apenas um ou dois dead pixels ou stuck pixels no monitor pode ser bastante desagradável, já que uma vez que você percebe o pixel defeituoso, tende a prestar cada vez mais atenção e a ficar cada vez mais incomodado com ele.

Normalmente, as políticas de troca dos fabricantes prevêem a troca da tela apenas quando um certo número de dead pixels é excedido, ou em casos onde eles estão próximos ao centro da tela, por isso é sempre melhor verificar a existência de pixels defeituosos antes de comprar o monitor ou o notebook. Um programa que ajuda nesse caso é o Dead Pixel Buddy, disponível no http://www.laptopshowcase.co.uk/downloads.php?id=1.

Com o avanço das técnicas de fabricação, os dead pixels estão se tornando uma ocorrência cada vez mais rara, mas eles são ainda são encontrados em muitos monitores novos, sobretudo de marcas mais baratas, que muitas vezes são usadas como “segunda linha”, vendendo telas que não passaram pelo controle de qualidade de algum fabricante maior.