Monitores: LCD x CRT x Plasma x OLED

Por absurdo que possa parecer, a maioria dos computadores das décadas de 60 e 70 não utilizavam monitores, mas sim impressoras de margarida (antecessoras das impressoras matriciais) como dispositivos de saída. Neles, você digitava os comandos no teclado e precisava esperar os resultados serem lentamente impressos em um rolo de papel. Estes terminais contendo o teclado e a impressora eram chamados de teletipos e, tipicamente, vários deles eram ligados a um único mainframe. Os monitores passaram a ser usados em larga escala apenas a partir do final da década de 70, mas, assim como outros dispositivos, tiveram uma evolução notável. Atualmente, temos em uso basicamente 4 tecnologias de monitores: CRT, LCD, Plasma e OLED.

Os monitores CRT utilizam um princípio bastante simples, fundamentalmente a mesma tecnologia usada nas TVs desde a década de 1930. Um canhão de elétrons bombardeia as células de fósforo que recobrem a tela, fazendo com que elas se iluminem em diferentes intensidades (de acordo com a intensidade da descarga recebida), formando a imagem:

O conector VGA transporta os sinais analógicos referentes às três cores primárias (azul, verde e vermelho), além dos sinais de sincronismo horizontal e vertical. Como o nome sugere, estes dois últimos são responsáveis pelo movimento do canhão de elétrons do monitor, que varre toda a tela continuamente, atualizando cada pixel com os sinais referentes às três cores.

Variando rapidamente as tensões fornecidas, a placa de vídeo consegue que cada um dos três pontos que compõe cada pixel brilhem numa intensidade diferente, formando a imagem. Quando é necessário obter um pixel branco, são usadas as tensões máximas para os três pixels, por exemplo. Aqui temos a imagem de um monitor CRT ampliada de forma a mostrar os pontos individuais:

As células de fósforo se apagam muito rapidamente, por isso a imagem precisa ser atualizada várias vezes por segundo, processo chamado de refresh. A taxa de atualização da imagem é uma configuração importante nos monitores CRT, pois uma baixa taxa de atualização faz com que o intervalo entre as atualizações seja muito longo, fazendo com que as células passem a piscar, perdendo a luminosidade durante o intervalo da atualização e sendo reacendidas na atualização seguinte. Este fenômeno é chamado de flicker e torna bastante desconfortável usar o monitor por longos períodos, podendo, a longo prazo, até mesmo causar danos à visão.

Devido à própria natureza dos monitores CRT, não é possível eliminar o flicker completamente, mas é possível reduzí-lo a níveis toleráveis usando taxas de atualização de 75 Hz ou mais. Reduzir o brilho do monitor também ajuda, pois a luminosidade mais baixa faz com que as células de fósforo demorem mais tempo para perderem o brilho (já que a intensidade é menor).

A taxa máxima de atualização suportada pelo monitor varia de acordo com a resolução. No monitor, a imagem é atualizada linha a linha, de cima para baixo. Temos então a freqüência horizontal, uma das especificações mais importantes em um monitor CRT, que indica a quantidade “bruta” de linhas que o monitor pode atualizar por segundo.

O LG 710E, por exemplo, é um monitor de 17″ que trabalha com uma freqüência horizontal de 71 kHz (71 mil linhas por segundo). Em teoria, isso permitiria que ele trabalhasse com refresh de até 69 Hz ao utilizar resolução de 1280×1024 (onde temos 1024 linhas horizontais) ou até 92 Hz ao usar 1024×768. Na prática, entretanto, os valores são mais baixos devido ao tempo perdido pelo monitor ao final de cada atualização da tela (retraço vertical), quando precisa reposicionar o canhão de elétrons no topo da tela para iniciar a atualização seguinte. Isso faz com que, no final, o monitor seja capaz de trabalhar com resolução de 1024×768 a 85 Hz ou 1280×1024 a 60 Hz (essa última pouco recomendável por causa do flicker).

Em seguida temos os monitores LCD que, embora tenham ficado restritos a nichos durante as décadas de 1980 e 1990, estão rapidamente roubando a cena e substituindo os monitores CRT.

Uma tela de LCD é uma espécie de chip. A técnica de fabricação de um processador e de uma tela de LCD são similares, a principal diferença é que o processador é feito sobre um wafer de silício, enquanto que uma tela de LCD é feita sobre uma placa de vidro, utilizando camadas de silício amorfo depositadas sobre ela.

Em uma tela de matiz ativa, temos um transístor para cada ponto da tela (cada pixel é formado por três pontos) e um pequeno sulco, onde é depositado o cristal líquido. Os cristais líquidos são substâncias que tem sua estrutura molecular alterada quando recebem corrente elétrica. Em seu estado normal, o cristal líquido é transparente, mas ao receber uma carga elétrica torna-se opaco, impedindo a passagem da luz. A função de cada transístor é controlar o estado do ponto correspondente, aplicando a tensão correta para cada tonalidade:

Os LCDs mais simples, como os usados em relógios e palmtops com tela monocromática, utilizam uma camada refletora, instalada na parte traseira, que simplesmente reflete a luz ambiente. Existem casos de LCDs coloridos que utilizam o mesmo princípio (como o usado no Game Boy Advance). Essas telas são chamadas de transflexivas e apresentam como problema fundamental o fato de só poderem ser usadas em ambientes bem iluminados e contra a luz.

Os LCDs usados em PCs e notebooks são transmissivos, ou seja, a tela utiliza um sistema de iluminação que permite que seja usada em qualquer ambiente. A desvantagem é o fato da tela ser mais complexa e o sistema de iluminação torná-la mais propensa a falhas (muitas telas são descartadas por defeito nas lâmpadas de catodo frio ou no inversor, muito embora o LCD continue intacto), além de consumir mais energia. Mas, este é um caso em que os ganhos compensam as perdas, já que ninguém iria querer um notebook que só pudesse ser usado contra a luz.

Temos aqui uma tela de LCD desmontada. Veja que ela é apenas parcialmente transparente. É graças à iluminação que você pode ver a imagem claramente:

Existem duas tecnologias de iluminação de telas LCD. A mais comum consiste no uso de lâmpadas de catodo frio, um tipo de lâmpada florescente, ultra compacta e de baixo consumo. Alguns notebooks ultra portáteis, como o Sony Vaio TX2 utilizam LEDs para a iluminação da tela, uma tecnologia que permite produzir telas mais finas, econômicas e duráveis, porém mais caras.

Além do baixo consumo elétrico, outra vantagem do uso de LEDs é que a iluminação da tela é mais uniforme do que nos monitores de LCD com lâmpadas de catodo frio, pois os LEDs são distribuídos de forma relativamente uniforme, em contraste com a lâmpada de catodo frio, que fica em uma das extremidades da tela. Existe também um pequeno ganho na nitidez das cores, pois os LEDs usados emitem luz quase que perfeitamente branca, ao contrário das lâmpadas de catodo frio, que tendem ao azul.

Como os monitores de LCD estão substituindo rapidamente os CRT, é sempre interessante fazer algumas comparações. Uma das principais vantagens dos monitores LCD é a questão da geometria. Nos monitores CRT a imagem é criada por um conjunto de três feixes de elétrons, um para cada cor primária, que iluminam as células de fósforo da tela, produzindo a imagem. Os feixes são movidos usando eletroímãs, o que torna os monitores CRT bastante sensíveis a interferência eletromagnética, já que qualquer fonte significativa interfere com o posicionamento dos feixes, distorcendo a imagem em maior ou menor grau.

Você pode distorcer a imagem da tela colocando caixas de som muito próximo ao monitor (sobretudo caixas de som não blindadas) ou qualquer outra fonte significativa de interferência. Experimente, por exemplo, colocar um telefone celular (durante uma conversação) bem ao lado do monitor. Ele vai produzir um colapso temporário na imagem :). Os LCDs, por outro lado, são praticamente imunes a qualquer tipo de interferência do ambiente.

Outra questão é que nos CRTs o posicionamento dos pixels na tela nunca é perfeito, pois o feixe de elétrons nunca atinge precisamente as células de fósforo referentes a cada pixel. Entretanto, como as células de fósforo são muito pequenas, a distorção acaba não sendo visível a olho nu.

Nos LCDs, por outro lado, cada pixel corresponde precisamente a um conjunto de três pontos, de forma que a geometria é sempre perfeita. A desvantagem é que o LCD só oferece uma boa qualidade de imagem quando trabalha em sua resolução nativa. Você pode usar resoluções mais baixas (800×600 em um LCD de 15″, ou 1024×768 em um de 19″, que trabalham nativamente a, respectivamente, 1024×768 e 1280×1024, por exemplo), mas a qualidade da imagem é prejudicada, já que o sistema precisa interpolar a imagem via software, usando mais de um pixel da tela para exibir cada ponto da imagem. Os CRTs, por outro lado, podem trabalhar com diversas resoluções diferentes, sem perdas perceptíveis.

Tradicionalmente, os LCDs são inferiores aos CRTs com relação à fidelidade de cores e principalmente com relação ao contraste, já que um monitor LCD trabalha bloqueando a luz branca gerada pelas lâmpadas de catodo frio usadas na iluminação, enquanto os CRTs trabalham produzindo luz diretamente. Este é, entretanto, um quesito onde os monitores LCD evoluíram muito. Embora os monitores mais baratos continuem oferecendo uma imagem lavada, que não atende bem ao público profissional, já existem monitores LCD (um pouco mais caros) com uma qualidade de imagem muito similar à dos melhores monitores CRT.

Finalmente, temos a questão da área útil da tela. Se você colocar um CRT e um LCD de 17 polegadas lado a lado, você vai notar que a área útil no LCD é muito maior. Isso acontece porque a tela de um LCD de 17″ tem realmente 17 polegadas de medida diagonal, enquanto no CRT pouco mais de uma polegada da tela é de área não-útil, que corresponde às bordas da tela, cobertas pela carcaça plástica.

Devido a isso, um CRT de 17″ tem cerca de 16 polegadas de área visível (você encontra a medida exata nas especificações do monitor). Muitos tem como hábito ajustar a imagem de forma a não utilizar as extremidades da tela (onde a distorção causada pela angulação da tela é maior), o que corresponde a mais uma pequena perda. Somando as duas coisas, chegamos a casos em que temos menos de 15 polegadas de área realmente utilizada em um monitor CRT de 17″.

De qualquer forma, grande parte da discussão em torno dos pontos positivos e negativos dos monitores LCD e CRT está ultrapassada, pois os monitores LCD já venceram a guerra. Os preços caíram a ponto de os monitores LCD mais baratos já custarem menos (pelo menos do ponto de vista dos fabricantes) do que monitores CRT equivalentes. Como o custo de produção dos monitores CRT já atingiu o ponto mais baixo há vários anos, enquanto o custo dos LCDs continua caindo sucessivamente (conforme novas técnicas de produção são introduzidas) a diferença tende a se acentuar.

Alguns fabricantes ainda sobrevivem produzindo monitores CRT de baixo custo, para uso em PCs populares, mas eles tendem a desaparecer nos próximos anos. A pergunta hoje em dia é: “qual marca ou modelo de LCD é melhor?” e não mais: “devo comprar um CRT ou um LCD?”.

Em seguida temos as telas de Plasma, que trabalham sob um princípio bem diferente. Pequenas quantidades de gás neon e xenon são depositadas em pequenas câmaras seladas, entre duas placas de vidro. Cada câmara contém dois eletrodos (um deles protegido por uma camada isolante) e também uma camada de fósforo (similar ao fósforo usado nos monitores CRT). Quando uma certa tensão é aplicada, o gás é ionizado e se transforma em plasma, passando a emitir luz ultra-violeta que, por sua vez, ativa a camada de fósforo, fazendo com que ela passe a emitir luz. Cada pixel é composto por três câmaras individuais, cada uma utilizando uma camada de fósforo de uma das três cores primárias.

As telas de plasma oferecem uma luminosidade muito boa e um bom nível de contraste. O maior problema é que as células contendo gás são relativamente grandes, por isso não é possível produzir monitores com uma densidade muito alta. Este é o principal motivo das telas de plasma serem sempre muito grandes (geralmente de 40 polegadas ou mais) e possuírem uma resolução relativamente baixa, se considerado o tamanho. Outra desvantagem é o consumo elétrico, que supera até mesmo o dos CRTs, sem falar na questão do custo. Essa combinação de fatores faz com que as telas de plasma sejam mais adequadas a TVs do que a monitores destinados a micros desktop, embora a presença de conectores HDMI, DVI ou VGA permitam que elas sejam usadas como telas de apresentação ou mesmo como monitores.

Finalmente, temos as telas baseadas na tecnologia OLED (Organic Light-Emitting Diode), que são baseadas no uso de polímeros contendo substâncias orgânicas que brilham ao receber um impulso elétrico. Cada ponto da tela é composto com uma pequena quantidade do material, que depois de receber os filamentos e outros componentes necessários, se comporta como um pequeno LED, emitindo luz.

A principal diferença entre os OLEDs e os LEDs convencionais é que os OLEDs são compostos líquidos, que podem ser “impressos” sobre diversos tipos de superfície, usando técnicas relativamente simples, enquanto os LEDs convencionais são dispositivos eletrônicos, que precisam ser construídos e encapsulados individualmente.

O princípio de funcionamento das telas OLED é exatamente o oposto das de LCD, já que enquanto no OLED os pontos da tela emitem luz ao receberem uma carga elétrica, no LCD os pontos obstruem a passagem da luz emitida pelo sistema de iluminação. A principal vantagem do OLED é que as telas tendem a ser mais compactas e econômicas, já que não precisam de iluminação adicional. A desvantagem é que esta ainda é uma tecnologia nova, que ainda tem um bom caminho a percorrer.

A principal dificuldade é encontrar compostos que sejam duráveis e possam ser produzidos a custos competitivos. As primeiras telas possuíam vida útil de 2.000 horas ou menos, mas as atuais já possuem uma vida útil média de 5.000 horas ou mais. Com a evolução da tecnologia, a vida útil dos compostos tende a crescer, possivelmente até o ponto em que as telas OLED concorram com os monitores LCD em durabilidade.

Embora (em 2007) ainda não existam monitores ou telas de TV OLED produzidas em escala comercial (apenas protótipos), telas menores já são usadas em um grande volume de celulares, players de áudio e outros dispositivos compactos. O principal motivo é que a tela nesses dispositivos é usada por curtos períodos de tempo, o que faz com que a questão da durabilidade não seja um quesito tão importante quanto em uma tela de notebook, por exemplo.

Na maioria dos casos, a tela OLED é instalada no meio de duas placas de vidro, lembrando o design de uma tela de LCD. Apesar disso, não é usado o tradicional backlight: toda a luz é emitida diretamente pela tela, o que simplifica o design. As vantagens são o menor consumo elétrico (o que ajuda na autonomia das baterias) e o melhor ângulo de visão (a tela pode realmente ser vista de qualquer ângulo, sem distorção das cores). Esta foto mostra a tela OLED usada em um MP4. Veja que a imagem continua perfeita, apesar do ângulo da foto:

O “Santo Graal” para os fabricantes de monitores seria o desenvolvimento de telas flexíveis, onde os pixels, formados por OLEDs, juntamente com os transístores e filamentos necessários possam ser “impressos” diretamente sobre uma superfície plástica, utilizando impressoras de jato de tinta modificadas. Isso permitiria o desenvolvimento de telas baratas, que poderiam ser enroladas e usadas em todo tipo de dispositivos. Naturalmente, ainda estamos longe disso, mas pode ser que a tecnologia eventualmente evolua a ponto de realmente substituir os monitores LCD.