LCD, OLED, QLED, Micro-LED, Mini-LED: saiba tudo sobre tecnologias de tela

Certamente você ja ouviu, leu, ou, até mesmo, já disse, algumas dessas siglas que compõem o título deste artigo, sobretudo LCD, QLED e OLED. No entanto, embora sejam termos bastante propagados pelos quatro vendos em relação às telas de praticamente todos os dispositivos eletrônicos, você realmente sabe o que significa cada uma dessas palavras?

Aos que já sabem, ressalto que é algo muito mais complexo do que apenas suas definições gerais. Aos que não sabem nadinha sobre tecnologias de telas, garanto que isso não é um bicho cabeças de significados, se comprarmos, por exemplo, com as definições de siglas e termos de processamento de um PC.

Portanto, este artigo será útil para quem já conhece um pouco, ou muito, sobre tecnologias de tela, mas também para aqueles que não sabem nem qual é o termo utilizado pelos portugueses (ecrã).

Enfim, vamos começar, mas, antes, é necessária uma pequena dose de história.

Como chegamos até aqui?

O desenvolvimento dos displays (telas) começou há muito tempo, antes mesmo do surgimento da televisão e de outros aparelhos. Esse desenvolvimento é marcado por grandes descobertas que nos fizeram chegar até o momento atual de grande inovação tecnológica na indústria de telas.

O tubo de raios catódicos (CRT) foi a primeira grande descoberta que iria marcar a história das telas. Inventado em 1897, pelo físico alemão Karl Ferdinand Braun, o tubo de raios catódicos é um tubo de vácuo que produz imagens quando há a ação de raios de elétrons em sua superfície.

Em 1907, foi possível utilizar o CRT para transmitir formas geométricas em uma “tela”. Nas décadas seguintes, houve o aprimoramento dessa tecnologia, que seria comercializada pela primeira vez na década de 1920.

Posteriormente, o tubo de raios catódicos perderia seu domínio nos televisores, sendo substituídos por tecnologias como o LED e o LCD, que também existem há bastante tempo, como veremos no decorrer deste artigo.

LCD –  O que é?

LCD (Display de cristal líquido) é um painel plano e fino, cuja função é exibir informações visuais em relógios, celulares, monitores, TVs e vários outros dispositivos eletrônicos.

As principais características da tela LCD são sua estrutura leve, portabilidade e, principalmente, a possibilidade de ser produzida em tamanhos maiores que os aparelhos que utilizam tecnologia CRT.

A diferença da exibição de imagens em displays LCD para os que usam o tubo de raios catódicos (CRT) consiste exatamente em seus componentes basilares, ou seja, nos cristais líquidos.

De acordo com o dicionário Merriam-Webster, a tecnologia LCD é “um display eletrônico que consiste em segmentos de um cristal líquido cuja refletância varia de acordo com a tensão elétrica aplicada”.

Percebe que o termo cristal líquido apareceu nos dois parágrafos anteriores? É exatamente porque LCD é um cristal líquido em uma tela, e a história por trás disso aconteceu na mesma época do CRT, mas seu desenvolvimento prático demorou algumas décadas.

A descoberta dos cristais líquidos

Os cristais líquidos são um estado físico da matéria que contém propriedades tanto dos líquidos quanto dos cristais sólidos.

Desse modo, por exemplo, um cristal líquido pode ter a mesma fluidez do líquido convencional, mas suas moléculas podem ser orientadas seguindo a linha dos cristais.

Essas moléculas podem se alinhar precisamente quando expostas a campos elétricos, permitindo, assim, a passagem de luz.

Em 1888, os cristais líquidos foram descobertos pelo botânico austríaco Friedrich Reinitzer, ao estudar alguns efeitos químicos em cenouras. Nesse estudo, Rinitzer observou a mudança na forma do material ao ser exposto em diferentes temperaturas, se tornando viscoso e branco, ou isotrópico e límpido.

Esses cristais foram batizados de cristais líquidos termotrópicos, pois seu estado se altera de acordo com a temperatura. Aumentar a temperatura muda o estado do cristal de líquido para isotrópico. Esse processo pode ser revertido ao diminuir a temperatura.

Em 1922, os cristais líquidos termotrópicos foram classificados em três tipos pelo mineralogista francês Georges Fiedel: nemáticos, esméticos e colestéricos.

Focando apenas no nemático, este é um cristal líquido que causa a polarização de ondas de luz que se alteram durante seu percurso, com base na intensidade do campo elétrico.

Alguns anos depois, em 1927, Vsevolod Frederiks inventou a válvula elétrica alternadora de luz, chamada de transição Freedericksz. Essa transição de fase é o efeito essencial na tecnologia de tela LCD, produzida pelos cristais líquidos quando uma forte corrente elétrica, ou campo magnético, é aplicada ao cristal líquido em estado estável.

A primeira válvula de luz com cristais líquidos foi patenteada em 1936, pela empresa Marconi Wireless Telegraph. Contudo, os trabalhos envolvendo os cristais líquidos ficaram adormecidos até a década de 1960.

A primeira tela LCD é criada

Com a chegada dos anos 1960, há um retorno nos desenvolvimento de novas aplicações para os cristais líquidos, sobretudo nos Estados Unidos, Europa e Japão.

No artigo acadêmico “The History of Liquid-Cristal Displays” (A História dos Displays de Cristal Líquido), Hirohisha Sakamoto – que fez parte do projeto – afirma que a criação da primeira tela LCD ocorreu no Centro de Pesquisa David Sarnoff, da empresa americana RCA, entre os anos de 1964 e 1968.

O time de pesquisa era liderado pelos cientistas George Heilmeir, Louis Zanoni e Lucian Barton, que desenvolveram um método de controle eletrônico da luz refletida por cristais líquidos, apresentando, portanto, a primeira tela LCD.

Esse trabalho abriu caminho para uma indústria gigantesca. Entretanto, a construção do primeiro display de cristal líquido não significou na chegada de TVs e monitores LCDs nas lojas, pois o trabalho de pesquisa e desenvolvimento da tecnologia continuou por muito tempo e foi feito por várias empresas.

No período entre 1968-69, o Japão começou a entrar na jogada pelo desenvolvimento de telas LCD, enviando engenheiros para conhecer a descoberta da RCA com o fim de produzir a nova tecnologia de tela no país.

Em 15 de maio de 1973, a Sharp anunciou o primeiro dispositivo funcional com tela LCD: a calculadora de bolso Elsi Mate EL-805. Medindo 2,1 centímetros, a calculadora foi um objeto revolucionário, reduzindo consideravelmente o tamanho comum das calculadoras disponíveis na época.

Desse modo, a Elsi Mate EL-805 foi um sucesso imediato, se tornando o primeiro produto popular comercialmente a usar LCD.

A chegada da tecnologia LCD às telas maiores

Desde o início, a ideia de Heilmer era levar sua invenção a telas maiores, principalmente para as TVs, no entanto, o tempo de resposta da LCD de Heilmeier, pela RCA utilizava a técnica de espalhamento dinâmico, ou DSM, em que uma carga elétrica é aplicada e reorganiza as moléculas para espalhar a luz.

O tempo de resposta do DSM era muito lento, impossibilitando seu uso prático em uma televisão.

Portanto, seria necessário descobrir novos modos de operação, com materiais ainda não sintetizados.

O LCD desenvolvido com DSM não deu muito certo e consumia muita energia, sendo, portanto, substituído por uma versão aperfeiçoada, que usava um efeito de campo nemático distorcido, inventado por James Fergason em 1969.

A antiga fabricante de relógios ILIXCO lançou o primeiro relógio com LCD baseado em efeito nemático distorcido (TN-LCD) em 1972, abrindo o caminho para uma série de dispositivos LCDs mais estáveis, até chegar às TVs.

A primeira TV LCD foi lançada em 1982, pela Seiko Epson (isso mesmo, a impressora), mas era um produto portátil, assim como os lançamentos posteriores de outras companhias japonesas.

Novas tecnologias na década de 1980 impulsionam crescimento do LCD

Foi na década de 1980 que ocorreram descobertas de tecnologias que permitiram a evolução e popularização das telas LCD.

Na Suíca, em 1983, o Centro de Pesquisa Brown Boveri realiza a invenção do efeito de campo nemático super distorcido, ou STN, que apareceu em alguns dos primeiros computadores portáteis da década de 1990.

Posteriormente, houve o desenvolvimento do sistema de cor nemático super distorcido (CSTN), uma matriz de cores passivas de cristais líquidos criada pela Sharp.

O CSTN utiliza filtros verdes, vermelhos e azuis para exibir cores, se tornando uma revolução tecnológica dos telefones celulares, aparecendo inicialmente no Nokia 3510i.

Além do STN e do CSTN, outra invenção importantíssima foi o LCD TFT (transistor de película fina), uma variante da tela LCD que integra a tecnologia TFT para aprimorar a qualidade de imagem.

Essa forma de tela utiliza uma matriz de cores ativas, ao contrário da DSTN, sendo encontrada facilmente em TVs e monitores.

LCD dominou o início dos anos 2000

Foi apenas na segunda metade dos anos 2000 que as TVs LCD ganharam maior força no mercado, oferecendo produtos com tamanhos que ultrapassavam as 42 polegadas, com preços acessíveis.

Além disso, a popularização das TVs LCD se deu devido à resolução, pois suas telas conseguiam reproduzir imagens em Full HD 1080p.

Em 2007, as TVs e monitores LCDs já haviam ultrapassado os sistemas de tubo (CRT), garantindo a maior fatia do mercado.

No entanto, a alegria durou pouco. No final da década de 2000 e início da década passada, começaram a surgir algumas tecnologias de tela que iriam desbancar, merecidamente, as TVs LCD.

Atualmente, embora vejamos uma dominância das telas OLED, micro LED e afins, o LCD ainda mantém uma presença no mercado.

Recentemente, na última terça-feira (8), a Samsung anunciou que continuará a produzir painéis de LCD até 2022, devido a um aumento surpreendente na demanda.

Então, a tecnologia LCD, embora com uma história cheia de altos e baixos, merece respeito, né? Ah, a próxima tecnologia de tela deste artigo também possui uma longa história, vamo conferir.

LED

É até engraçado a maneira como funcionam as tecnologias e o seu desenvolvimento. Uma descoberta que ocorreu no início do século passado só virou realidade décadas depois, como vimos na tecnologia LCD e CRT.

Com as telas de LED, a coisa não foi muito diferente, na verdade, foi muito similar. Em 1907, a Eletroluminescência foi descoberta pelo cientista britânico H.J. Round, quando este trabalhava para a mesma empresa que utilizou os cristais líquidos comercialmente.

A eletroluminescência é um fenômeno elétrico e óptico em que um material emite luz em resposta à passagem de uma corrente elétrica, sendo a base da existência do LED, que é uma fonte de luz semicondutora que emite luz quando a corrente elétrica passa por ela.

Após a descoberta da eletroluminescência, o primeiro LED foi criado em 1927, pelo inventor russo Oleg Losev.

Contudo, somente na década de 1960 que o LED passou a ser facilmente encontrado, mas majoritariamente na cor vermelha. O dispositivo era utilizado para substituir indicadores incandescentes, mas, também, passou a servir como telas, sobretudo para equipamentos de laboratório.

Devido ao seu brilho, os LEDs vermelhos só eram utilizados como indicadores, pois a saída de luz não era suficiente para iluminação. Apenas quando outras cores ficaram disponíveis que o LED apareceu em equipamentos e eletrodomésticos, sendo posteriormente utilizado para iluminação.

Primeiras telas de LED

O primeiro display (tela) de LED apareceu em 1968, nos EUA, desenvolvido pela HP. Essa tela emitia um fluxo de luz muito fraco, exibindo informações apenas na cor vermelha.

Também em 1968, a empresa de biotecnologia Monsanto iniciou a primeira produção em massa de telas de LED com exibição visível, mas ainda apenas em vermelho, utilizando Fosfato de Arsenieto de gálio.

Posteriormente, em 1976, a HP lançou um LED baseado em Fosfeto de Alumínio e Gálio, nas cores vermelho-alaranjado, amarelo e amarelo-esverdeado. Dessa vez, aí sim! Os engenheiros conseguiram criar um LED com luminância eficiente.

Embora os pesquisadores tenham conseguido aumentar o fluxo de luz emitido pro LEDs nos anos 1980, foi apenas na década seguinte que houve um grande avanço na tecnologia.

Em 1991, a empresa japonesa Nichia Chemical conseguiu produzir um LED com o brilho na cor azul, marcando o fim da era RGB, permitindo conectar cristais azuis, amarelos e vermelhos em um LED triplo, além de possibilitar produzir radiação de qualquer cor.

A partir dos anos 2000, começaram a surgir as primeiras TVs de LED, desbancando as TVs de LCD (ou não).

Telas de LCD e LED são a mesma coisa?

SIM! Na verdade, o uso do termo LED é mais uma estratégia de marketing de TVs, pois uma TV com tela de LED é basicamente uma TV LCD com diodos emissores de luz (LED) como luz de fundo em vez de lâmpadas de cátodo frio fluorescentes. Portanto, aparelhos com telas de LED continuam a ser de cristais líquidos, o que muda é a luz de fundo.

A primeira TV de LED a chegar ao mercado popular foi a Samsung LN-T4681F, em 2007, inaugurando uma nova era no mercado de telas. Inclusive, essa TV possuia tecnologia full array (matriz total) em sua iluminação de fundo de LEDs que ficavam atrás da tela LCD, cruzando toda parte traseira do painel (retroiluminadas).

No entanto, para desenvolver TVs ainda mais finas, os engenheiros precisaram eliminar essa camada extra de LEDs e enviá-la para as laterais da tela. Com essa forma de iluminação de fundo via lateral, os LED se fixavam em todos os quatro lados da tela e a luz era projetada de dentro para o meio da TV.

Esse é o tipo de TV de LED mais comum atualmente, conhecido como “edge-lit” (iluminado pelas extremidades).

Local Dimming

A maioria das TVs e monitores de LED possuem telas LCD com luz de fundo que utiliza LEDs nas laterais (edge-lit), contando com uma tecnologia chamada Local Dimming (escurecimento local).

Essa tecnologia permite que partes da luz de fundo sejam escurecidas ou iluminadas independente de quando as áreas da imagem fiquem mais escuras ou mais claras. Por exemplo, os LEDs atrás das palavras em uma sequência de créditos podem ser iluminados enquanto o fundo preto continua escurecido.

Essa tecnologia ajuda a reduzir a quantidade de luz que sai através de pixels mais escuros, resultando em tons de preto mais realistas, o que é crucial para a taxa de contraste.

No entanto, há uma desvantagem no Local Dimming: o “blooming” (florescendo). Esse efeito faz com que áreas mais claras se sobreponham às mais escuras e iluminem níveis de preto adjacentes.

O “blooming” varia de acordo com o modelo da TV, sendo diretamente relacionado à quantidade de elementos de Local Dimming presentes atrás da tela.

OLED

Um diodo ôrganico emissor de luz, este é o sigificado da sigla OLED, que, portanto, contém um composto orgânico que emite luz em resposta à eletricidade (sério?). Mas qual é esse composto? Resposta: moleculas ou polímeros, situados entre dois eletrodos, em que, pelo menos, um desses é transparente para exibição clara do composto fluorescente.

Diferentemente da tela LCD, não é necessária nenhuma luz de fundo, uma vez que o composto é emissor de luz. Portanto, telas OLED podem exibir tons mais profundos de preto do que telas LCD e, geralmente, exibem maiores taxas de contraste em luz ambiente.

Além disso, as TVs OLED costumam ser bem mais finas e mais leves que as TVs LCD devido ao menor número de camadas de filtro.

As primeiras TVs com telas OLED chegaram no ano 2012, ameaçando as TVs de LED e LCD, com maior qualidade de cor e resposta em relação às outras tecnologias.

Em teoria, telas OLED podem atingir taxas de atualização de 100 mil Hz, mas, na prática, isso ainda não aconteceu.

Além das TVs, as telas com tecnologia OLED estão presente em smartphones, sobretudo os com telas dobráveis, devido aos seus plásticos flexíveis.

No entanto, devido ao composto orgânico, as telas OLED possuem uma vida mais curta que as telas LCD. Alguns estudos apontam que as TVs OLED aguentam mil horas de uso até apresentarem quedas de luminância.

Os modelos mais novos, segundo o site flatpanelshd, possuem uma vida útil de 100 mil horas, mas a degradação do composto orgânico, sobretudo no espectro azul, ainda é um problema para os fabricantes.

Confira o vídeo abaixo que compara as tecnologias LED e OLED.

QLED

Quantum Dot Display, ou, em português, Display de nanocristal é uma tela convencional de LED, mas que utiliza minísculas nanopartículas conhecidas como pontos quânticos, que turbinam o brilho que a cor das imagens.

Pontos quânticos são moléculas microscópicas que emitem sua própria cor ao serem atingidos pela luz. Nas TVs QLED, os pontos quânticos são embalados por um filme e a luz que os atinge é de uma luz de fundo de LED.

Essa luz passa por outras camadas dentro da TV, incluindo uma camada de LCD, para criar a imagem. A luz da fonte de LED é transmitida atráves das camadas para a superficie da tela.

As TVs com telas QLED produzem quase a mesma quantidade de luz que as TVs de LED convencionais.

A primeira empresa a lançar TVs QLED foi a Sony, em 2013. A Samsung utiliza pontos quânticos em suas TVs desde 2015, lançando a marca QLED em 2017. Segundo a empresa coreana, esses pontos quânticos evoluíram com o passar dos anos, aperfeiçoando as saídas de cor e imagem.

Contudo, o mais interessante das TVs OLED não é sua capacidade, mas, sim, a polêmica em torno da tecnologia.

QLED e a rixa entre fabricantes coreanas

O uso da sigla QLED com uma marca registrada iniciou uma guerra entre as duas maiores empresas da Coreia do Sul: Samsung e LG.

Em 2019, a LG enviou uma reclamação à Comissão de Comércio Justo da Coreia do Sul (FTC), alegando que as TVs QLED da Samsung não eram, de fato, QLED.

À época, de acordo com a LG, uma TV QLED autêntica usaria pontos quânticos com emissão própria de luz, em vez do sistema iluminado por LED das TVs da Samsung.

Em retaliação, a Samsung afirmou à comissão que estava insatisfeita com a publicidade da LG, que atacava as TVs da Samsung. Desse modo, a decisão da FTC favoreceu a Samsung, mas estipulou uma regra: a empresa deveria informar em peças publicitárias futuras que suas TVs QLED utilizam luz de fundo.

Micro-LED e Mini-LED

Micro-LED é uma nova tecnologia de tela, ainda ausente no mercado, que conta com LEDs microscópicos que formam os elementos individuais de pixels.

Similarmente à tecnologia OLED, a Micro-LED não precisa de luz de fundo, pois seus LEDs microscópicos possuem emissão de luz própria, permitindo uma taxa de contraste infinita.

Diferentemente das telas OLED, a Micro-LED não possui materiais orgânicos, o que significa uma maior vida útil das telas.

Além disso, displays Micro-LEDs são capazes de emitir maior luminância que as telas OLED, permitindo melhores detalhes na imagem e maior HDR.

A tecnologia Mini-LED, por outro lado, não é nova e já está presente no mercado.

O monitor, por exemplo, ASUS ROG Swift PG27UQX possui tecnologia Mini-Led.

Ela substitui os LEDs de luz de fundo por Mini-LEDs, o que aumenta o número de LEDs e oferece uma maior taxa de contraste, melhor uniformidade e maior tempo de resposta.

Telas Mini-LEDs são mais baratas que OLED, mas não são superiores, pois a tecnologia Mini-LED, em outras palavras, está entre as telas LCD com iluminação de fundo de LED e telas OLED.

Considerações finais

Então, pessoal, chegamos ao fim de mais um artigo sobre tecnologia aqui no site. Espero que vocês tenham gostado, deu um certo trabalho para fazer.

Eu, particularmente, gostei basante, pois não sabia sobre a longa história das telas que estão presente em nossas vidas cotidianas e também aprendi a valorizar o empenho por trás do desenvolvimento dessas tecnologias.

Por fim, no mês passado, fizemos um artigo especial sobre a tecnologia OLED, que detalha muito mais sobre o momento dessas telas no mercado e como é feita sua produção.

Leia mais: O grande momento das TVs OLED e o macete de produção que tornou isso possível