Monitores: do CRT ao LCD e Novas Tecnologias

8/18/2019 Monitores: do CRT ao LCD e Novas Tecnologias

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Monitores: do CRT ao LCD

e Novas Tecnologias

Marcelo M. Bossoni, Mauro S. Ribeiro, Rafael D. Lucchesi

Instituto de Computação – Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)Caixa Postal 6176 – 13084-971 – Campinas – SP – Brasil

[email protected], [email protected],

[email protected]

Abstract. This article has as purpose to describe the main technologies used

for the confection of display monitors, with emphasis in CRT and LCD

monitors and a comparison between these two currently effective technologies,

besides a approach about the new developed technologies (OLED) and

modifiers (touchscreen).

Resumo. Este artigo tem como finalidade descrever as principais tecnologias

utilizadas para a confecção de monitores, com ênfase em monitores CRT e

LCD e uma comparação entre essas duas tecnologias vigentes atualmente,

além de uma abordagem sobre as novas tecnologias desenvolvidas (OLED) e

modificadores (touchscreen).

1. Informações Gerais

Monitores são o principal dispositivo de saída em um computador, mostrando osresultados das nossas ações, como por exemplo, um texto sendo digitado.

Os monitores existem em diversas tecnologias, como por exemplo os CRT e

LCD. Essas tecnologias serão trabalhadas mais à frente.1.1. Padrões e Resoluções

O termo Resolução se refere ao número de pontos de cor (pixel) existentes em ummonitor. Essa resolução é medida identificando o número de pixels contidos no eixohorizontal (colunas) versus o número de pixels contidos no eixo vertical (linhas), comoum exemplo 800x600, 1024x768.

Devido à quantidade de resoluções existentes, criou-se padronizações ondetemos, por exemplo: Padrão XGA (Extended Graphics Array) com resolução de1024x768, usados tipicamente em monitores CRT de 15” (leia-se quinze polegadas) e17” e monitores LCD de 15”.

1.2. Aspect Ratio (Razão de Aspecto) e Área visívelA maioria dos monitores e televisores mantém uma razão de aspecto, ou aspect ratio, de4:3, o que significa que a razão entre a resolução horizontal pela vertical é de 4 para 3(800x600 / 200 = 4x3). Alguns monitores LCD têm aspect ratio diferentes, conhecidoscomo widescreen, sendo em geral 16:9.

Todos os tipos de display incluem uma superfície de projeção. A medida de ummonitor é feita geralmente em polegadas, diagonalmente, de um canto ao outro domesmo. Mas um fator interessante entra nessa medida: Enquanto nos LCD a medida diz


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respeito à área da superfície de projeção, nos CRT essa medida inclui a caixa onde asuperfície de projeção está inclusa. Os monitores tipicamente são encontrados emresoluções de 15, 17, 19 e 21 polegadas. Cabe lembrar que quanto maior for a tela, parauma mesma resolução, a imagem parecerá mais embaçada, devido ao tamanho do pixel.

1.3. Conexões

1.3.1. VGA (Analógico)

Os monitores CRT recebem como sinal de entrada ondas, ou sinais elétricos contínuos,que também são conhecidos como sinais analógicos, uma vez que uma onda pode tervários valores possíveis, por se tratar de valores contínuos.

No entanto computadores trabalham no domínio digital (valores discretos 0 e 1).Então o computador, juntamente com o adaptador de vídeo, converte os sinais digitaispara um sinal analógico e os envia para o monitor. O cabo para a transmissão é um cabochamado cabo VGA, conectado ao computador por um conector D-sub, de 15 pinos,dispostos em 3 colunas.

Figura 1. Conector D-sub de 15 pinos.

Tabela 1. Conectores do D-sub

1: Red out 6: Red return (ground) 11: Monitor ID 0 in

2: Green out 7: Green return (ground) 12: Monitor ID 1 in or data from display

3: Blue out 8: Blue return (ground) 13: Horizontal Sync out

4: Unused 9: Unused 14: Vertical Sync

5: Ground 10: Sync return (ground) 15: Monitor ID 3 in or data clock

1.3.2. DVI (Digital Vídeo Interface)

Alguns monitores LCD além de conexão VGA utilizam conexão DVI para secomunicar com o computador. Os monitores LCD trabalham em modo digital,convertendo os sinais analógicos em digitais (caso receba sinais analógicos). O DVImantém os dados na forma digital, sem necessidade de conversão, oferecendo melhorqualidade de imagem, apesar de a tecnologia de processamento de sinais analógicos terevoluído de forma significativa.


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O DVI é baseado em TMDS (Transition Minimized Differential Signaling) ouSinal Diferencial de Transição Minimizada, provendo uma interface digital de altavelocidade, usando 8 bits para dados e 2 para controle, podendo serem feitos cabosbaratos e confiáveis. O TMDS recebe o sinal, determina a resolução e a taxa de

atualização usada pelo monitor e manda o sinal pela banda disponível no cabo,otimizando a transmissão.

O DVI pode ser de cabo simples que usa um transmissor TMDS ou duplo, com2 transmissores. O cabo simples suporta resoluções de até 1920x1080 enquanto o duplosuporta até 2048x1536.

Existem 2 tipos principais de DVI. O DVI-D suporta apenas sinais digitais,enquanto o DVI-I possui 4 pinos a mais para a transmissão de dados analógicos, alémdos pinos para dados digitais.

Figura 2. DVI cabo simples, tipo I e D

Figura 3. DVI cabo duplo, tipo I e D

1.4. Profundidade de Cor (Color Depth)

A combinação entre os modos de vídeo suportado pelo seu adaptador de vídeo e a

capacidade de cor do monitor determina quantas cores ele mostra. Mais uma vez essasmedidas são padronizadas a fim de homogeneizar a indústria no sentido de oferecerprodutos compatíveis. Por exemplo, um monitor que opera no modo Super VGA(SVGA) pode mostrar 16.777.216 cores, pois cada pixel é descrito com 24 bits. Onúmero de bits usado para descrever um pixel é conhecido como bit depth. Nessaconfiguração de 24 bits, cada byte (8 bits) é usado para representar uma cor primária(RGB), podendo produzir mais do que as 10 milhões de cores que o olho humano podediscernir.


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Simplificando, a profundidade de cor diz respeito a quantos bits são usados pararepresentar um pixel.

Tabela 2. Profundidade de Cores

Bit-Depth Number of Colors

1 2 (monochrome)

2 4 (CGA)

4 16 (EGA)

8 256 (VGA)

16 65,536 (High Color, XGA)

24 16,777,216 (True Color, SVGA)

32 16,777,216 (True Color + Alpha Channel)

O modo de 32bits é usado para vídeo digital e animações para alcançar certosefeitos. 24 bits são usados para cores e outros 8 usados para transparência das camadas.

Hoje, todo monitor é vendido com suporte a profundidade de 24 bits usando umconector VGA padrão.

Os monitores LCD, para criar um pixel usam 3 subpixels com RGB e comvariações precisas de voltagem conseguem intensificar cada subpixel em 256intensidades diferentes, nos dando 256x256x256 (RxGxB) cores possíveis.

2. Monitores2.1. CRT (Cathode Ray Tube)

Os monitores de CRT contêm milhões de finíssimos pontos de fósforo vermelho, verdee azul (RGB) que são colocados juntos como clusters ou faixas, dependendo da máscaraa ser usada, que brilham quando golpeado por um feixe de elétrons que passa pela telapara criar a imagem. Nesse tipo de monitor, o cátodo é um filamento quente que estánum vácuo criado dentro do tubo. O Raio é o feixe de elétrons gerado por uma arma deelétrons, providos do cátodo. O Ânodo atrái os elétrons do cátodo.

Para obter a imagem correta precisamos filtrar os elétrons. Existem para isso 3modos: Shadow Mask, Aperture Grill, Slotted Mask.

Uma Shadow mask consiste de uma fina camada de metal cheia de pequenosburacos que coincidem com os pontos de fósforo do monitor. Três feixes de elétronspassam pelos buracos, focando um único ponto. Essa máscara ajuda a controlar osfeixes de elétron pára bater no fósforo correto com a intensidade necessária para criar acor desejada. Os raios indesejados são bloqueados.

Monitores que usam o Aperture Grill têm o filtro composto por fios verticaisligados pelas pontas e dois fios horizontais, dividindo a tela em 3 partes iguais. Osfeixes de elétrons passam através da grelha para iluminar as tiras de fósforo na tela.


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Geralmente esses monitores têm a tela mais plana, e tendem a distorcer menos aimagem e são geralmente mais caros.

Figura 4. Monitor de Tubo de Raios Catódicos

A tecnologia de Slotted Mask usa uma combinação de Aperture Grill e ShadowMask. Em vez de usar buracos circulares como no shadow mask, usa slots alinhadosverticalmente, contendo várias células de fósforo.

Para nos dizer o quão boa é a imagem temos uma medida chamada dot pitch queé medido em milímetros, onde um número pequeno corresponde a uma boa imagem.Para medir o dot pitch, dependemos da tecnologia usada de filtro. No shadow mask, odot pitch corresponde à distância diagonal entre dois fósforos de mesma cor. No caso doaperture grill, medimos como sendo a distância entre dois fios de mesma cor,horizontalmente. Quanto mais perto os pontos estão uns dos outros, mais realista é aimagem.

Outra medida feita em monitores CRT é a chamada Taxa de atualização da telaou Refresh Rate que é o número de vezes que a imagem é desenhada a cada segundo nomonitor. Existem duas taxas de atualização: Horizontal, que diz quantas vezes em 1segundo o monitor consegue redesenhar uma linha (tipicamente da ordem de 50 a 120Khz). Vertical, que diz quantas vezes por segundo o monitor consegue redesenhar todaa tela (tipicamente de 60 a 85Hz). Cabe lembrar que quanto maior for a resolução,menor será a taxa de refresh rate, pois ele terá mais pixels para redesenhar. Geralmentea uma taxa de atualização inferior a 72Hz acontece um efeito conhecido comoflickering, onde parece haver uma sombra percorrendo a tela constantemente

2.2 LCD

2.2.1 Aspectos gerais

Um monitor de cristal líquido trabalha com o bloqueio de luz. Especificamente, umLCD é composto por duas camadas de vidro polarizado (também conhecido comosubstrato) que contém um certo tipo de material cristal líquido entre eles. Uma luz defundo passa pelo primeiro substrato. Ao mesmo tempo, correntes elétricas alinham asmoléculas do cristal líquido para permitir a variação de luz que passa pelo segundosubstrato e cria então cores e imagens.


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Figura 5. Polarização da luz em um LCD

2.2.2 Tipos de LCD

A maior parte dos monitores LCD utiliza a tecnologia de matriz ativa. O vidro da tela éformado por uma película transparente de transistores (TFT – thin film transistor) ecapacitores em forma de matriz. Para endereçar um pixel em particular, uma linhaapropriada é ligada e a carga é enviada para a coluna correta. Desde que todas as outraslinhas daquela coluna estão todas desligadas, apenas o capacitor no pixel escolhidorecebe a carga. O capacitor é capaz de segurar a carga até o próximo ciclo deatualização da tela.

Outro tipo de tecnologia é a matriz passive. Uma grade de metal condutor éusado para carregar cada pixel. Apesar de serem mais baratos, os monitores de matrizpassiva são raramente usados hoje em dia devido ao tempo de resposta ser muito grandee o controle de voltagem ser muito impreciso se comparado com a tecnologia de matriz

ativa.

3. CRT vs LCD (atributos e limitações)

3.1. Vantagens do monitor CRT

1. Mais barato (ainda hoje), devido ao próprio custo da tecnologia.

2. Tempo de resposta é muito mais rápido (diminui problemas como fantasmas eembaçamento). O LCD possui alto tempo de resposta que pode chegar até 20 ms.Porém, nos últimos 2 anos esse tempo tem caído bastante, chegando até 3ms.

3. Apresenta em geral melhor representação de cores. Porém, desde 2005, osmodelos LCD mais modernos têm representado cores muito mais vivas e melhores

contrastes do que os monitores CRT. Assim como o brilho, que em alguns monitoresLCD mais recentes ultrapassam o brilho dos CRT.

4. Os monitores CRT suportam múltiplas resoluções. Por exemplo, se aresolução máxima de um monitor CRT é de 1024x768 pixels, ele poderá suportarqualquer outra resulução da mesma razão (4:3) sem sofrer qualquer distorção naimagem, uma vez que ele usa raios de elétrons para formar as imagens. Já os monitoresLCD, por conter um número definido de pixels e que corresponde à sua resoluçãomáxima, implica que qualquer outra resolução irá distorcer a imagem, já que mais deum pixel da tela será usado para representar um ponto da imagem.


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3.2. Vantagens do monitor LCD

1. Necessita menos energia. Hoje em dia um monitor LCD consome de 1/3 a 1/2 do queum CRT consome. Sendo assim, um LCD é a melhor opção para os displays dedispositivos portáteis (mp3 players, notebooks, palms, etc).

2. É muito mais leve e pequeno que um CRT, sendo outro argumento parautilizar em dispositivos portáteis.

3. O monitor LCD liga e desliga cada pixel individualmente, ou seja, eles nãotem o efeito flicker como fazem os CRTs. Assim a imagem do LCD é muito maisnítida.

4. Assim que os elétrons golpeiam a tela de fósforo, produzem-se radiaçõesnocivas ao ser humano. Assim, ficar horas na frente de um monitor CRT pode causarcansaço nos olhos e dores de cabeça, o que não ocorre com o LCD, pois não transmitemtais radiações.

Nos últimos dois anos os monitores LCD têm adquirido melhor desempenho. Otempo de resposta tem reduzido bastante enquanto que o brilho, razão de contraste,representação de cores e ângulo de visão - ângulo medido à partir da perpendicular datela que é possível ser enxergada (inexistentes em monitores CRTs) estão cada vezmaiores. Os monitores LCD são relativamente novos no mercado e ainda estão emdesenvolvimento e barateamento, há muito o que melhorar ainda e, quem sabe, setornarão tão ou mais baratos que os CRT.

No entanto, os CRT também têm recebido diversas melhorias, como adiminuição da radiação, melhora no contraste e nitidez da imagem, além da diminuiçãodo tamanho do tubo.

3.3. Comparativo CRT vs LCD

Tabela 3. Comparativo entre dois monitores CRTs e um LCD

CRT 17" CRT 19" LCD 17"

Samsung 794MB Plus Samsung 997MB Samsung 750B

DISPLAY

tamanho real 16" 18" 17"

pixel pitch 0,20 mm 0,20 mm 0,264 mm

contraste 200..1 200..1 700..1

brilho 500 cd/m² 500 cd/m² 300 cd/m²

ângulo de visão - -160º / 160º (H /V)

tempo de resposta 2ms 2ms 8ms

resolução máxima 1280 x 1024 @ 65Hz1920 x 1440 @64Hz

1280 x 1024 @75Hz


8/8

resoluçãorecomendada 1024 x 768 @ 85Hz

1600 x 1200 @75Hz

1280 x 1024 @75Hz

FREQÜÊNCIA DE VARREDURA

horizontal 30 - 70kHz 30 - 96kHz 30 - 81kHz

vertical 50 - 160Hz 50 - 160Hz 56 - 75Hz

CONSUMO DE ENERGIA

tensãoAC 90 - 264V,50/60Hz

AC90~264VAC,50/60Hz

AC 100 - 240V50/60Hz

ligado 72W 100W 34W

desligado < 1W < 2W < 1W

PREÇO R$ 409,00 R$ 669,00 R$ 849,00

4. Outras Tecnologias

Além das duas atuais teconologias vigentes, podemos citar uma tecnologia que vemmodificar as atuais, como é o caso do TouchScreen, onde são colocados LEDs em tornode duas bordas adjacentes e nas outras duas receptores para os leds. Quando tocamosem um dado ponto da tela, os respectivos receptores deixam de receber o sinal, eportanto, aquela posição da matriz formada está ocupado.

Podemos citar também os OLEDs, que são diodos orgânicos emissores de luz,onde não são necessários outra fonte luminosa para seu funcionamento, pois emitem luzquando estimulados por uma corrente elétrica. São compostos por elementos azuis,verdes e vermelhos que combinam-se para criarem as cores. Consomem pouca energia,são mais baratos de se produzir, tem melhor contraste e cores.

5. Referência

How Computer Monitors Work (http://www.howstuffworks.com/monitor.htm) [byCarmen Carmack and Jeff Tyson] visitado em 24/10/2006.

SyncMaster 794MB+ Manual (http://downloadcenter.samsung.com/content/UM/200603/20060326121229062_BH59-00364C-04Por.pdf ) visitado em 25/10/2006

SyncMaster 997MB Manual (http://downloadcenter.samsung.com/content/UM/200411/20041113121005437_BH59-00362M-01Por.pdf ) visitado em 25/10/2006

SyncMaster 750B Manual (http://downloadcenter.samsung.com/content/UM/ 200507/ 20050713142051343_BN59-00395U-00Por.PDF) visitado em 25/10/2006

Shadow Mask (http://www.guiadohardware.net/termos/shadow-mask) visitado em25/10/2006

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