Tecnologias de display HD

Os displays de CRT (Cathode Ray Tube), cinescópio, tubo de raios catódicos ou simplesmente tubo de imagem, apesar de estarem praticamente aposentados (mas ainda ativos em muitos lares, instituições e empresas do mundo todo), todos os outros displays de tela fina (FPD - Flat Panel Display) querem ser iguais a eles, ou seja, ter alto contraste, tempo de resposta super rápido, ótimo ângulo de visão sem mudar a qualidade, além de ótima luminosidade e cor. Todos querem o DNA do CRT. Tirando o display de LCD que necessita de luz (backlight), todos os outros displays são emissivos, ou seja, geram a própria luz. As tecnologias mais utilizadas atualmente em HDTV são de Plasma e LCD.

Produção de imagem na tela: Lembrando que num filme no projetor de imagem, um quadro é apresentado instantaneamente na tela, quando a luz incide sobre ele, a 24 Fps (Frames per second - quadros por segundo), enquanto que na tela de display, uma imagem é formada numa geração sequencial de pixels na horizontal (esquerda para direita), formando uma linha, e de linha em linha, entrelaçada ou progressiva (de cima para baixo), até formar um campo (imagem parcial ou completa). As imagens são produzidas a 60fps (fields per second - campos por segundo), ou seja refresh rate (taxa de atualização) de 60Hz (50Hz na Europa). Cada pixel é formado fisicamente de 3 sub-pixels de cores primárias R - Red (vermelha), G - Green (verde) e B- Blue (azul). As combinações de diferentes intensidades (tonalidade), pelo menos 256 (8 bit), das cores primárias, são formados pixels de cores diferentes (milhões a bilhões), que a nossa visão consegue interpretar. Veja mais detalhes em 1080i, 1080p e 1080/24p, Imagem de alta definição, Filmadora, x.v.Ycc (x.v.Color) e Deep Color.

Plasma

PDP (Plasma Display Panel) é uma tecnologia onde cada sub-pixel é um compartimento (célula) com gases xenon ou neon, que quando aplicado um fluxo de corrente elétrica (voltagem), ionizam formando plasmas, onde emitem luzes ultravioletas que excitam a camada de fósforo, e esta emite a luz visível. Devido a condição somente de ligado ou desligado, utiliza-se o PWM (Pulse Width Modulation), variando o pulso do fluxo de corrente, através de diferentes células, milhares de vezes por segundo, conseguindo assim obter diversas intensidades intermediárias de cada sub-pixel.

Tem tempo de resposta (response time - tempo que leva desde a aplicação da corrente elétrica, até gerar a luz e estar pronto para um novo ciclo), super rápido, na ordem de 0,001ms (milisegundo). Por emitir a própria luz colorida pelo sub-pixel, tem maior ângulo de visão, maior contraste e cores bem definidas, tem imagem muito próxima de CRT. Como desvantagem, tem o peso e o consumo de energia alto, e também o problema de queima de tela (screen burn-in) como em CRT, e para evitar, utilizam recursos como lavagem de tela com refresh extra. Nesta tecnologia é mais fácil fazer painéis grandes do que pequenos. Hoje poucos fabricantes mantêm a produção de HDTV com estes displays, no Japão praticamente a Panasonic e a Hitachi continuam fabricando.

HDTV de plasma da série V2 da Panasonic, com um novo PDP, tem maior luminosidade, consumo menor e mais leve. Com Full Black Panel (deep black filter e dynamic black layer) obteve um contraste muito maior (5.000.000:1 nativo), e por não utilizar vidro na frente, não há reflexo. O modelo de 50 polegadas, TH-P50V2, pesa 30Kg e consome 462W, custa ¥ 358.000 (US$ 3,800.00). Os fabricantes líderes mundiais de TV, Samsung e LG da Coreia do Sul, também continuam produzindo HDTV nesta tecnologia. Veja na ilustração, PN58B860 de 58 polegadas da Samsung, painel slim, contraste de 3.000.000:1 dinâmico, 45.6Kg, preço de US$ 3,200.00 e INFINIA 60PK950 de 60 polegadas da LG, contraste de 5.000.000:1 dinâmico, 49.3Kg, preço US$ 3,000.00.

LCD

LCD (Liquid Crystal Display) é uma tecnologia que utiliza o cristal líquido como controle de passagem de luz. Dependendo da corrente elétrica aplicada nele, muda a sua estrutura, ordenando de uma forma que controlam a passagem da luz polarizada, vinda de uma fonte de luz (backlight), normalmente de lâmpada fluorescente (CCFL - Cold Cathode Fluorescent Lamp). Depois as luzes passam por filtro de cor (RGB), gerando a iluminação colorida de cada sub-pixel. É o único display que utiliza luz externa, e por isso não tem problema de queima de tela, mas tem o problema no contraste, cenas de movimentos rápidos e ângulo de visão.

Mesmo com o cristal líquido em condição de obstrução total de luz, há um vazamento mínimo, prejudicando o contraste. Por isso os fabricantes utilizam recursos como inserir uma imagem escura (refresh extra apagando a luz), para aumentar o contraste. Para melhorar nos movimentos rápidos, por causa do tempo de resposta baixo, em vez de 60Hz, estão utilizando refresh de 120Hz ou até 240Hz, criando imagens intermediárias, utilizando algoritmos complexos. Para melhorar a qualidade da imagem, inclusive em visão angular, utilizam-se diversas técnicas como TN (Twisted Nematic), VA (Vertical Alignment) e IPS (In Plane Switching), que controlam a forma em que o cristal líquido se ordenam, podendo assim até espalhar a luz.

O endereçamento e excitação do cristal líquido de cada sub-pixel pode ser feito através de matriz passivo (passive-matrix) ou matriz ativo (active-matrix).
Matriz passivo: Utiliza uma grade simples (cruzamento) para suprir a carga de um sub-pixel, e neste caso, tem tempo de resposta muito baixo e fornecimento de fluxo de corrente elétrica irregular.
Matriz ativo: É a técnica, em que a carga de cada sub-pixel é suprida por TFT (Thin Film Transistor), onde um capacitor segura a carga até o próximo refresh. Nesta técnica, utilizada em displays de HDTV, é mais complicada fazer painel grande. Consegue ter tempo de resposta melhor, chegando a 2ms, mas ainda não é o rápido bastante, porque o pixel estaria mudando, enquanto a imagem está sendo apresentada.

Backlight de LED: Utilizando o backlight de LED (Light Emitting Diode) de alta potência, em vez de lâmpada (CCFL), além da tela ficar mais fina, e consumo de energia menor, pode controlar zonas de iluminação, deixando apagadas, enquanto a imagem não estiver sendo apresentada, conseguindo com isso aumentar bem o contraste. No caso de edge light (LEDs nas bordas), a tela fica mais fina ainda, mas dificulta o controle da luz, ficando no máximo em superior, inferior e laterais.

Na ilustração temos, HDTV da Sony, Bravia série HX700, modelo 46HX700, 46 polegadas, LCD com backlight de CCFL, Full HD, refresh de 240Hz, consumo de 210W, peso de 28.4Kg, preço ¥ 250.000 (US$ 2,600.00) e da Samsung UN46B8500, 46 polegadas, ultra-slim de 4cm, LCD com backlight de LED, Full HD, 240Hz, contraste dinâmico de 7.000.000:1, peso 24.4Kg e preço de US$ 3,600.00.

OLED

OLED (Organic Light Emitting Diode), emite a luz de forma similar a um LED, num processo chamado de eletrofosforescência ou eletroluminescência. É uma tecnologia, onde fluindo uma corrente elétrica num filme de material orgânico, composto de camada emissiva e camada condutiva, emite uma radiação numa faixa de frequência de luz visível. É um dispositivo emissivo, gerando a sua própria luz, por isso não necessita de backlight como em LCD, tornando-se mais eficiente, com ótimo contraste, grande ângulo de visão sem afetar a sua qualidade, consumo baixo de energia, é fino a ponto de ser flexível e tempo de resposta rápido (0,01ms). Como em LCD a excitação pode ser feita através de matriz passivo (PMOLED) ou matriz ativo (AMOLED).

Hoje os displays desta tecnologia vem sendo cada vez mais utilizados em aparelhos portáteis, por causa do baixo consumo de energia e espessura, além de outras qualidades mencionadas, mas devido a alto custo de produção e outros problemas, não está sendo viável, por enquanto, para produção de displays maiores para HDTV. O desenvolvimento continua.

FED/SED

FED (Field Emission Display) é uma tecnologia que utiliza o mesmo princípio de um CRT, mas em vez de canhão de elétron, utiliza um emissor de elétron. O CRT é um tipo de válvula eletrônica, ou seja, um tubo de vácuo, onde possui um filamento de metal, que quando aplicada uma voltagem, aquece e produz uma emissão termoinônica, e estes elétrons são acelerados pela alta voltagem (20KV a 26KV) e deflexionados através de bobina (Yoke), criando feixe de elétrons que vão bombardeando a camada de fósforo existente na tela, gerando a luz visível (imagem).

No caso do FED, é utilizado uma grade individual (sub-pixel) nanoscópico emissor de elétron. O emissor pode ser de cone de molibdênio (molybdenum) que é conhecido como Spindt tip ou nano-Spindt, ou então de nanotubo de carbono (carbon nanotube). Um transiente de alta voltagem é aplicado para liberar elétron em direção à tela. Como no CRT, este processo ocorre num vácuo, e por isso precisa ser selado e robusto, mas devido a distância entre emissor e fósforo ser pequena (alguns milímetros), não é tão complicado. A grande vantagem desta tecnologia é ter toda a qualidade de um CRT, com baixo consumo de energia numa tela fina, mas para se tornar uma realidade, vem enfrentando muitas dificuldades, a ponto de muitos desistirem, meio a crise econômica mundial. A Sony, com a sua empresa Field Emission Technologies, que vinha investindo bastante, acabou suspendendo. O futuro por enquanto é obscuro.

SED (Surface-conduction Electron-emmiter Display), é um tipo de FED. Esta tecnologia utiliza uma grade de emissor nanoscópico para cada sub-pixel. Acionamento de elétron deveria ser feito através de transiente de alta voltagem, mas devido a espaço nanoscópico (1 nm-nanômetro = 0,000.001mm), o campo requerido, corresponde a um potencial da ordem de um pouco mais de 10 volts. O principal desenvolvedor é a Canon, mas diversas dificuldades, fizeram com que as produções planejadas de display fossem adiadas, por várias vezes. Apesar da negativa da Canon, a maioria acha que o SED morreu. Vamos aguardar.

LPD

LPD (Laser Phosphor Display), diferente de FED e SED que utilizam elétrons, esta tecnologia da Prysm, utiliza feixe de laser para excitar o fósforo (RGB). O laser é direcionado através de espelho multiface giratório. Utiliza um laser comum, não necessita de vácuo, tem consumo de energia bem menor do que um display de LCD. Mas a produção é cara. Se deseja mais detalhes, acesse o site da Prysm. Não confundir com Laser Video Display ou Laser TV, onde é um display de retroprojeção, que utiliza Laser em vez de lâmpada UHP. Veja em TV de retroprojeção em HDTV.

RGBY: A Sharp deverá colocar em breve no mercado, HDTV 3D com display LCD de 4 cores primárias, conhecido também como Quattron. Além das 3 cores (RGB), é adicionado o amarelo (Yellow). Eles acreditam que deverá ser um padrão no futuro.

Atualizações

25/mai/2010: A Canon decide suspender o desenvolvimento da tecnologia SED para TVs domésticos, alegando a dificuldade na redução de custo que justifique a produção em massa. A empresa SED será mantida, continuando em aplicações profissionais e educativos.

18/ago/2010: A Canon anuncia o fechamento da empresa SED que foi criada em conjunto com a Toshiba em 2004 para o desenvolvimento e produção de telas SED, mas que em 2007 precisou assumir sózinha por causa da acusação de transferência de tecnologia. O desenvolvimento será mantido na própria Canon.

24/ago/2010: A Panasonic anuncia a mudança da razão social da empresa IPS Alpha Technology para Panasonic Liquid Crystal Display Co. Ltd., a partir de 1º de outubro. A IPS Alpha que produz painéis LCD de tecnologia IPS tinha sido adquirida da Hitachi, e agora com a maioria das ações em mãos, se torna uma empresa do grupo Panasonic. Press release da Panasonic japonesa.

17/nov/2010: A partir de amanhã no Japão, a Panasonic estará aceitando o pedido do seu novo display Full HD 3D de plasma, de 103 polegadas, modelo TH-P103MT2. Não vem com receptor e nem alto-falantes (compra adicional). Tem contraste nativo de 5.000.000:1. Imagem 3D é do tipo Frame Sequential, com tecnologia que reduz o efeito crosstalk (imagem dupla na transição). Acompanha 1 óculos 3D. A dimensão é de 2,41x1,75x0,87m e o peso de 321Kg. O seu consumo é de 1.350W. O preço será em torno de ¥8.500.000 (US$ 100,000.00), que deverá adicionar a despesa de transporte e obras na instalação (será apresentado um orçamento, visitando o local da instalação). Quem estiver interessado, visite o site japonês da Panasonic.

24/mar/2012: Apresentado na CES 2012, display de Crystal LED da Sony, é um tipo de display auto emissor de luz utilizando LED (diferente de display LCD com backlight de LED, não confundir). É uma tecnologia onde literalmente enfileiram LEDs de cores RGB na frente de um painel (como nos telões de shows). A idéia é simples. No caso de Full HD (1920x1080) são necessários aproximadamente 6 milhões de LEDs (2 milhões de cada cor RGB). A Sony desenvolveu micro LEDs e a forma em enfileirar numa tela em alta velocidade. Conforme a Sony, comparado com seus modelos de TV LCD, Crystal LED tem contraste 3.5x maior, gamut de cores em 1.4x e tempo de resposta 10x superior, além do ângulo de visão de 180°. Mais detalhes no Press Release da Sony. 

Veja também:
Pixel e imagem digital
4K2K
UHDTV, 8K4K ou SHV
HDTV
HDTV 3D
HDTV: LCD ou Plasma
Como escolher uma HDTV