Conheça o mistério que habita as telas de LCD

As TVs e monitores de LCD funcionam, mas os cientistas desconhecem como acontece um dos processos essenciais para isso.

O LCD (Liquid Crystal Display) não é em sua essência uma tecnologia tão nova. Os displays de cristal líquido estão mais presentes no nosso dia a dia do que imaginamos. Eles fazem parte de calculadoras, relógios de pulso, forno micro-ondas e rádios há muitos anos.

Contudo, essa tecnologia ganhou destaque e se popularizou a partir do momento que começou a ser empregada em televisões e monitores. Atualmente, as TVs de LCD, embora não sejam os aparelhos mais avançados, dominam esse segmento de mercado.

Em teoria, o funcionamento das telas LCD é conhecido. O Tecmundo já explicou com detalhes neste artigo e neste outro como os sinais de vídeo passam do aparelho multimídia para o televisor e assim você pode assistir a filmes, seriados, desenhos animados, partidas de futebol, entre outros – seja via sinais receptados por antena ou reproduzidos de mídias como DVDs e Blu-rays.

Porém, de acordo com o site Humans Invent, esse tipo de tela possui um segredo que ainda não foi completamente compreendido pelos cientistas e que é capaz de confundir a física moderna. Ao ler este texto, você vai conhecer qual é o grande mistério dos displays de cristais líquidos.

Como funcionam as telas LCD

Antes de nos aprofundarmos na descoberta revelada pela publicação citada acima, é importante esclarecermos, mesmo que sucintamente, como essa tecnologia funciona. Basicamente, as telas de LCD recebem o sinal de imagem decodificado e encaminham-no para os pixels – os quais utilizam uma matriz RGB para formar o espectro de cores que nós visualizamos na tela.

O display de cristal líquido consiste em duas chapas de vidro colocadas lado a lado e preenchidas com uma solução de cristal líquido (uma substância capaz de manter suas moléculas com características do estado sólido e líquido ao mesmo tempo).

A formação da imagem é iniciada quando um impulso elétrico atravessa cada um dos pixels compostos de cristais líquidos e uma luz não polarizada permanece ao fundo iluminando todo o painel. Quando essa luz passa pela substância mesomórfica, ela é polarizada e pode ter as suas distintas cores percebidas.

Simultaneamente a isso, o impulso elétrico agita as moléculas do cristal líquido, fazendo com que elas sejam obstruídas ou ganhem novas angulações. Cada posicionamento dessas partículas corresponde a uma cor diferente. Combinando essa refração da iluminação de fundo através do cristal líquido com os dados recebidos pela placa de vídeo da TV, são formados os pontos de cores dentro de cada pixel.

O agrupamento desses pontos formam os quadros de imagem (frames), que ao receberem uma transição muito rápida passam a sensação de movimento, ou seja, as cenas de filmes a que assistimos pela televisão. Para saber mais detalhes sobre o tema, confira o artigo “Como funcionam as telas de LCD, LCD de LED e Plasma”.

O mistério da tecnologia LCD

No cerne da tecnologia LCD, há um efeito que a permite reproduzir o conteúdo audiovisual que desejamos, mas que os cientistas não conseguem compreender por completo. Segundo a publicação do Humans Invent, o método pelo qual essa substância é ativada e o processo de alinhamento entre as partículas do cristal líquido são encarados como um “milagre” dos dias modernos.

Corroborando com o que explicamos anteriormente, o diretor do laboratório de desenvolvimento de sistemas de display e imagens óticas da Sharp na Europa, Dr. Harry Walton, faz uma analogia das telas de LCD com sanduíches – sendo as lâminas de vidro as fatias de pão, e o cristal líquido, o recheio.

 (Fonte da imagem: Wikimedia Commons)

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.

De acordo com o cientista, as pequenas partículas do cristal líquido precisam estar devidamente alinhadas e o sistema precisa fazer com que elas estejam em uma mesma posição para que as imagens possam ser reproduzidas corretamente. Eis que chegamos a grande incógnita no funcionamento das telas de LCD, pois ninguém sabe exatamente como fazer isso.

Conforme explicitado por Walton, existem dois métodos eficientes para que as televisões de LCD funcionem. O primeiro deles é utilizado por inúmeras fabricantes, incluindo a Sharp, e consiste em uma técnica de escovação aplicada a uma finíssima camada de polímero que reveste a parte superior das camadas de vidro.

Esse polímero sofre a fricção de um pano de veludo, a partir de movimentos muito rápidos, antes que o cristal líquido seja acrescentado. Os pesquisadores não sabem se é por causa da eletricidade estática ou das pequenas ranhuras criadas por tal escovação, mas depois desse procedimento essas pequenas partículas se alinham sozinhas.

Menos utilizada, a segunda técnica possível seria o aquecimento dessa mesma camada de polímero, o que faria com que as cadeias poliméricas fossem expostas e conduzissem o alinhamento desses “cristais”. Contudo, ainda não foi desvendada em detalhes como essa relação acontece.

O método ideal

Por ser funcional, a técnica de escovação é um mal necessário, mas não é considerada a ideal. Isso porque ela acaba gerando muita poeira, o que é um enorme incômodo em ambientes que precisam ser extremamente limpos (como as linhas de produção de televisores) – sem falar na possibilidade dessa sujeira afetar outros componentes dos aparelhos em fabricação.

A Sharp desenvolveu um processo mais eficiente chamado UV²A. Em vez de utilizar pedaços de panos para esfregar as camadas de polímeros, a empresa tenta usar feixes de luz UV para criar o mesmo efeito nessas películas.

A técnica criada em 2009 é conduzida com alto nível de sigilo, não sendo detalhada pelo cientista. O que se sabe sobre essa tecnologia é que são lançados feixes de luz ultravioleta sobre o polímero, fazendo-o deslocar no sentido desses faixes incidentes.

 (Fonte da imagem: Sharp)

Com isso, quando o cristal líquido é adicionado, as suas moléculas se alinham de acordo com o direcionamento orientado pela camada polímera. Dessa forma, em teoria, os cientistas podem definir qual deve ser o direcionamento das partículas do cristal líquido.

Embora não tenha explicado esse método inovador, o colaborador da Sharp comentou que ele é capaz de aprimorar a qualidade de contraste, cores e angulação das imagens apresentadas nas TVs. A expectativa dos entusiastas é de que o UV²A seja a tecnologia que ofereça o melhor desempenho para os aparelhos comdefinição 4K e com suporte para conteúdos 3D.

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Ao que parece, os cientistas sabem como alinhar as partículas do cristal líquido na prática, mas não na teoria. Todavia, o que nos interessa como consumidores é que os procedimentos utilizados atualmente têm funcionado e nós podemos usufruir de imagens em alta definição. Claro, se os pesquisadores conseguirem desvendar esse mistério e melhorar o desempenho dos televisores, não poderemos reclamar – afinal de contas, quem sai ganhando são os telespectadores.