Tecnologia

Alternativas inovadoras para a iluminação de telas LCD

Antes o backlight (ou luz de fundo) das telas com LCD eram lâmpadas fluorescentes de cátodo frio (CCFL), depois surgiram as fontes de luz com LED, um avanço considerável. Mas, não parou por aí: existem ainda pendentes várias soluções que têm motivado pesquisadores para avançar em direção a novos métodos de iluminação.

O objetivo é um só: conseguir uma fonte com ampla emissão do espectro luminoso da luz visível, de máxima amplitude e com o mínimo de variação de energia em toda a faixa de comprimentos de onda. E mais ainda, dentro do possível, a um custo fabril reduzido.

Para tentar evitar que estes objetivos se mostrem complicados para quem se informa a respeito eu vou recorrer a um material didático antigo, usado nas minhas salas de aula de demonstração teórico-práticas.

No primeiro diagrama, a representação gráfica da emissão de luz tenta esclarecer alguns de seus parâmetros mais importantes:

A luz se propaga na forma de ondas, alternando meios ciclos positivos e negativos e obedecendo a uma função senoidal. Se tomarmos os picos de dois meios ciclos positivos adjacentes e medir a distância entre ambos, conseguiremos determinar o comprimento de onda (λ) de uma radiação luminosa, que é medido em nanômetros (nm).

Se nós levarmos em consideração a unidade de tempo (em segundos) nós também poderemos medir em quanto tempo uma onda completa (dois meios ciclos) leva para ser formada. Assim é para o som, como para a luz, que obedecem ao mesmo princípio matemático. Esta medida é a frequência, que nos diz quantas ondas completas (ciclos) são formadas por segundo. Antigamente, usava-se a notação “ciclos por segundo”, mas ela foi substituída pela unidade Hertz (Hz). Assim, 60 ciclos por segundo (podia-se ler isso nas capas dos Lps antigos) se transformaram em 60 Hertz ou 60 Hz.

É importante assinalar duas coisas a respeito do som ou da luz: primeiro, se uma onda completa levar menos tempo para ser formada, o comprimento de onda será proporcionalmente menor. Segundo, que a energia de uma onda é inversamente proporcional ao comprimento de onda. Assim, se analisarmos o espectro de emissão de uma onda luminosa, nós poderemos saber a área onde a energia é maior.

O espectro de emissão da luz visível, que é o que nos interessa quando estudamos as telas de televisão e assemelhados, diz respeito à faixa de comprimentos de onda à qual o olho humano é sensível. Abaixo ou acima desta faixa nenhuma radiação consegue ser percebida. O espectro radiante completo é mostrado abaixo:

A luz branca é a combinação de proporções iguais dos comprimentos de onda de todas as radiações da luz visível, mas algumas variações no espectro de emissão são observadas. É o caso, por exemplo, do chamado LED branco, cujo espectro de emissão nos mostra picos de luz na região do azul.

Idealmente, a luz branca deveria ser composta por quantidades de energia iguais em toda a faixa espectral da luz visível. E este é, em última análise, o principal objetivo de todas as pesquisas em andamento sobre as diversas formas de iluminar uma tela LCD.

Uma das formas de se conseguir isso é obter fontes de luz com a combinação das três cores primárias Vermelho, Verde e Azul ou RGB, no mesmo sistema. Acontece que nas telas LCD a função da camada de cristal líquido é de apenas permitir a passagem de luz. A partir dela, é preciso filtrar a luz que passa, com transmissão de segmentos de RGB, que irão formar a cor desejada.

A imagem que se vê na tela LCD é o resultado da combinação da emissão de luz, cristais interruptores e filtros RGB. Se a fonte luminosa for do melhor branco possível, isto é, com menos oscilações de emissão em todo o espectro, todos os filtros indistintamente receberão a mesma quantidade de energia, e assim a cor final será mais uniforme e a maioria dos matizes corretamente reproduzida.

A diferença observada entre as versões de tela LCD com CCFL (fluorescente), LED e depois pontos quânticos é baseada neste raciocínio. Hoje em dia é possível se conseguir uma ampla gama de cores (Wider Colour Gamut ou WCG) através de LEDs RGB, e com ela processar sinais de vídeo com maior profundidade de até 12 bits, por conta de uma fonte de luz confiável.

De volta aos alfarrábios

As primeiras telas de televisão foram construídas com a tecnologia usada nos cinescópios, que nada mais é do que válvulas gigantescas cobertas com uma camada de fósforo na ponta.

Fósforo é o nome genérico para qualquer substância capaz de emitir luz quando excitada por um pulso de energia, fenômeno conhecido como luminescência. No tubo de imagem (CRT) a energia é enviada na forma de um bombardeio de elétrons na camada de fósforo. Na TV de plasma é a mesma coisa, exceto que a fonte de energia é por emissão de luz ultravioleta. Nós podemos inclusive dizer que a tela de plasma seria composta por minúsculos “tubos de imagem”, com a vantagem de construir RGB por pontos na tela, evitando os erros de convergência resultantes do bombardeamento de elétrons. Na prática não há praticamente diferença entre a luz do tubo e da tela de plasma.

Notem que a excitação por luz na TV de plasma ocorre pelo uso de luz de um comprimento de onda muito baixo (UV). Nas telas de LCD este mesmo fenômeno é conseguido com luz de alta energia, mas de comprimento de onda um pouco mais alto, na faixa do azul.

Assim, um LED azul é perfeitamente capaz de excitar moléculas de fósforo (ou pontos quânticos) e produzir uma luz em um comprimento de onda desejado. Para isso, basta usar um tipo de fósforo que tenha as características de emissão desta luz. Em outras palavras, é possível ter RGB de boa qualidade com o uso de partículas de fósforo adequadas.

Até recentemente, o foco deste tipo de tecnologia estava voltado para as nano partículas dos pontos quânticos, que seguem o mesmo princípio físico. Fabricantes como Panasonic e Sony, por exemplo, deixaram os pontos quânticos de lado e voltaram para as partículas de fósforo.

A tecnologia Triluminos da Sony envolve o arranjo de clusters (aglomerados), compostos por quatro LEDs, de modo a formar uma fonte de luz RGB. O quarto LED, de cor verde, é incluído no cluster para nivelar a emissão de energia, e assim produzir um branco mais puro.

O uso do aglomerado RGB na parte traseira da luz, uma vez conjugada a um processador de vídeo específico, permite escurecer completamente as áreas onde a imagem nativa não tem luz. Ou então, variar a intensidade de cada cluster, de modo a completar a escala de cinza, que é essencial para o detalhamento das zonas de sombra.

Sinceramente, eu não sei até agora porque tanto mistério

A tecnologia de iluminação e formação de cores com o uso de partículas de fósforo é antiga e aplicação para a construção de LEDs nem tanto, mas também não é novidade.

A Sony mudou de ponto quântico para partículas de fósforo, mas esta informação foi pouco divulgada. Eu tomei a iniciativa de ligar para o suporte da Sony e fui saldado com a clássica informação de que detalhes técnicos sobre o atual Triluminos não podiam ser divulgados além do conteúdo constante no site, que não revela nada.

É hábito do entusiasta ou do hobbyista querer conhecer a tecnologia daquilo que ele está comprando. Infelizmente a Internet está abarrotada de especulações escritas em dezenas de páginas dos fóruns ou sites de análise, como se fossem informações verdadeiras. No YouTube em particular o amadorismo chega algumas vezes às raias do ridículo. Este que vos escreve cansou de recomendar a alunos de todos os níveis para recorrer à leitura de várias fontes antes de formar uma opinião, porque mesmo os experimentados erram com facilidade e os que leem acabam tirando conclusões precipitadas.

Por isso, seria importante que o fabricante, seja lá qual for, viesse a público para contar a estória correta. Os vídeos que eu tenho visto de representantes da Sony falando sobre os atuais clusters de Triluminos não esclarecem absolutamente nada!

O fabricante pode divulgar detalhes sem comprometer os seus segredos sobre a tecnologia usada. Falar em fósforo ou ponto quântico é muito vago. O usuário não precisa conhecer a natureza da partícula usada, mas sim como o efeito final é obtido na tela.

Não divulgar ou não ser complacente com pedidos de suporte depõe contra a sinceridade de quem oferece novas tecnologias. Isso é, a meu juízo, um equívoco que se as pessoas que comandam tivessem bom senso jamais iriam cometer. [Webinsider]

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Paulo Roberto Elias

Paulo Roberto Elias é professor e pesquisador em ciências da saúde, Mestre em Ciência (M.Sc.) pelo Departamento de Bioquímica, do Instituto de Química da UFRJ, e Ph.D. em Bioquímica, pela Cardiff University, no Reino Unido.