Microled: o ecrã do futuro

Microled é um ecrã completamente revolucionário que irá, no futuro concorrer com o OLED e LCD. E pelas suas características promete ser o ecrã de sonho que a industria está urgentemente a precisar!

Plasma, LCD, LED, IPS, VA, OLED, NanoCell e QLED. Confuso? É natural. Estes são os ecrãs que, de acordo com o departamento de marketing de muitas fabricantes de televisores, existiram no mercado desde que os ecrãs planos surgiram para os consumidores em 1997. A realidade, contudo, é que nem todas estes nomes representam tecnologias de ecrãs, propriamente ditos, mas sim subsistemas ou variações aplicadas a tecnologias já existentes. O MicroLED será mais um nome que se acrescentará a esta lista. Para se conseguir explicar a sua importância, ao que é que realmente ele se compara e, sobretudo, em que é que se diferencia, é preciso primeiro entender o que é realmente  um ecrã ou tela de televisão e depois entender o significado real de cada uma daquelas siglas.

Um ecrã de televisão é constituído por pixeis e cada um deles é constituído por três subunidades com a cor vermelha, azul ou verde (Red, Green e Blue, o conhecido RGB). É através da regulação da cor (desde preto até a um tom vivo) de cada uma dessas subunidades que cada pixel pode exibir uma cor com base no sinal que lhe chega (neste momento há no mercado TVs com sinais de 8 bits  – 2^(8*3) = 16.7 milhões de cores  e sinais de 10 bits – 2^(10*3) = 1.07 biliões de cores). Um conjunto de pixeis forma por isso uma imagem inteira, e quanto maior o seu número maior a resolução. Assim sendo, por definição, um ecrã ou tela será a estrutura onde estes pixeis estão presentes e onde as imagens são construídas e apresentadas, num aparelho de visualização.

Desde 1997 até hoje, considerando a definição anterior, só existiram no mercado 3 tecnologias distintas de ecrãs. Tudo o resto são variações aplicadas a susbsistemas para a representação das imagens, que procuram melhorar sobre essas tecnologias base. O MicroLED, será o 4º tipo de tecnologia desenvolvido e representará um salto significativo sobre o que até agora existiu.

Os 3 Tipos de ecrã que existiram até agora na era dos ecrãs planos.



As três tecnologias de ecrãs que existiram até agora no mercado são basicamente conhecidas de todos. E são elas:

  • Plasma
  • LCD
  • OLED.

O ecrã Plasma foi extremamente popular mas caiu nos dias de hoje em desuso! Deve o seu nome às pequenas células que o constituem e que contêm gases ionizados electricamente carregados (ou plasma). Num ecrã deste tipo, em cada célula existem dois painéis de  vidro, entre os quais há vários componentes: a camada de isolamento, o eléctrodo de endereçamento e o eléctrodo de exibição. É neste último componente que se encontra o gás (neon-xenon). Quando o ecrã está em uso, esse gás é electricamente carregado em intervalos específicos, e, porque contém fósforo vermelho, verde ou azul, emite uma cor. Um pixel era portanto formado por um conjunto de 3 destes elementos ou sub-pixels: um vermelho, um verde e um azul.

Os sub-pixels do Plasma.

O ecrã LCD (Liquid Cristal Display), por seu turno, é definido por duas camadas de material transparente, as quais são polarizadas e “coladas” uma à outra. Uma das camadas é revestida por um polímero que possui cristais líquidos individuais. Quando a corrente passa através dos cristais individuais, estes alteram a sua configuração permitindo ou não a passagem da luz. Dado que o ecrã, por si, não emite luz, é necessário que atrás deste exista um sistema de iluminação (designado por sistema de retro-iluminação); à frente deste sistema há um filtro de cores para fornecer cores aos pixeis. Os modelos iniciais usavam sistemas de retro-iluminação baseados em CCFL (lâmpadas de cátodo frio) ou HCFL (lâmpadas de cátodo quente), e eram mais grossos. Mas em 2007 foi um introduzido um novo sistema de retro-iluminação baseado em lâmpadas LED, que trouxe muitas melhorias na qualidade da imagem aos LCD. Este sistema deu origem ao jargão ecrã LED, mas na realidade é um ecrã LCD com retro iluminação a LED.

Iluminação LED (esquerda) vs luz de cátodo frio (direita).

O ecrã OLED (Organic Light-Emitting Diode) utiliza um composto orgânico que, ao ser estimulado por uma corrente eléctrica, emite luz. Este composto orgânico é então aplicado entre dois electrodos sendo um deles transparente, em pequenas células tal como ocorria com os ecrãs Plasma. Assim, e tal como no Plasma, o próprio ecrã é capaz de gerar luz, não sendo necessário a existência de um sistema de retro-iluminação como nos LCD.

Painel auto iluminado OLED.

Nenhuma destas tecnologias é perfeita.

A qualidade de imagem de uma televisão depende de muita coisa: a resolução, a capacidade de reprodução de tons de cor naturais, os níveis de preto (o ideal seria a escuridão absoluta quando o ecrã está preto), o brilho (o máximo anda em volta dos 1000 nits – uma unidade de luminância – nos modelos mais caros) e a capacidade de reprodução do movimento (relacionado com o refrescamento do ecrã o que depende da velocidade com que os pixeis mudam as cores). E a verdade é que, apesar de a qualidade de imagem das televisões ter melhorado substancialmente desde 1997, ela ainda está longe do ideal, isto é, pretos absolutos, tons de cor naturais e contraste infinito seja qual for o ângulo de visualização.

O ecrã LCD, apesar de ser a tecnologia que domina hoje o mercado, está longe de ser perfeita. Devido ao uso de um sistema de retroiluminação e de estruturas transparentes através da qual a luz passa (causando fenómenos internos de refracção e reflexão), o ecrã não apresenta tons de cor uniforme nem níveis de preto profundos. Isto prejudica o contraste da imagem e a reprodução de cores em certas zonas da tela. Adicionalmente, tanto a reprodução de cores como o brilho e o contraste dependem da posição do visualizador face à tela da TV: há posições em que a imagem tem melhor qualidade, e posições onde tem pior.

A tecnologia Plasma, comparada com a LCD, tinha melhor qualidade de imagem. Conseguia uma melhor reprodução de cores e movimento, maior ângulo de visualização (mantinha a qualidade de imagem inalterada até um ângulo de visualização de 60º enquanto que no LCD o máximo anda pelo 50º) e melhor contraste. Estas vantagens deviam-se ao facto de o próprio ecrã ser a fonte de luz e com o modo como cada píxel era activado ao fazer o refrescamento do ecrã.  Contudo, estes ecrãs eram mais susceptíveis a apresentar aquilo que vulgarmente é conhecido como “queimaduras na tela” (possuindo por isso um tempo de vida curto), tinham um custo de fabrico mais elevado e limites de utilização mais restritos (por exemplo, não podiam ser utilizados em grandes altitudes), para além de consumirem mais energia eléctrica e gerarem mais calor. Por estes motivos, aliado ao surgimento do sistema de retro-iluminação a LED, que resolveu ou minimizou os problemas dos ecrãs LCD e permitiu telas com maiores resoluções e dimensões, esta tecnologia caiu em desuso e hoje já não são produzidos ecrãs deste tipo.

O OLED é, dos três, o mais recente e também o que oferece melhor qualidade de imagem. Tal como o Plasma, o próprio ecrã é fonte de luz, com cada píxel a ser capaz de se iluminar individualmente (no LCD isto é impossível). Isto garante tons de cor uniforme e níveis de preto absolutos (muito próximos da escuridão total), o que resulta num contraste infinito. Também mantém a qualidade de imagem num maior ângulo de visualização que os ecrãs LCD, embora o tom de cor ainda se degrade, pelo que não é perfeito. Infelizmente, devido ao uso de compostos orgânicos neste ecrã que se degradam com o uso, eles são também susceptíveis a “queimaduras na tela” e o brilho máximo é comprometido e inferior ao que se consegue atingir num ecrã LCD (não que seja impossível, mas tal é feito para não sobre-estimular os compostos orgânicos causando a sua degradação prematura e a queimadura na tela).



O que são então VA, IPS, QLED e Nanocell?

Comparação dos níveis de preto entre painel IPS (esquerda), VA (meio) e OLED (direita).

São tudo variações do LCD. VA e IPS distinguem-se pela forma dos pixeis da tela. No ecrã VA os pixeis têm subunidades alinhadas verticalmente (Vertical Alignment), enquanto num ecrã IPS (In Plane Switching) estes têm uma conformação diferente, mais oblíqua. A figura em baixo demonstra bem as estruturas dos dois.

A disposição dos pixeis do painel VA (esquerda) versus o painel IPS (direita).

Os VAs geralmente possuem maior uniformidade de cor e maiores níveis de preto (mais perto do preto absoluto – mas pior que o OLED), o que permite um melhor contraste (até 6 vezes maior) que o IPS e, por isso, melhor qualidade de imagem.  No entanto, possuem ângulos de visualização reduzidos – a partir dos 20º, as cores começam a perder saturação rapidamente. O IPS por seu turno, mantém a saturação de cores, perdendo apenas brilho (em alguns só apartir dos 50º), mas sofre com tons de cor e preto irregulares, não conseguindo nível de preto profundos (são visíveis manchas acizentadas num ecrã preto) possuindo mau contraste (ver figura acima de comparação dos níveis de preto).

Ângulos de visualização: Para um lugar sentado no sofá de maior tamanho, qualquer ecrã dá, já no sofá lateral a visualização para ser garantidamente perfeita requeria um ecrã IPS ou OLED.

O QLED e NanoCell são duas tecnologias que vieram tentar colmatar as falhas dos ecrãs LCD no que diz respeito às cores, níveis de preto e contraste. Apesar do nome diferente, são exatamente a mesma coisa. O QLED, desenvolvido pela Samsung com base na tecnologia Quantum Dot, consiste na aplicação de uma camada de nanoparticulas (2 a 10 nanómetros) a substituir o filtro de cores tradicionalmente usado nas TVs LCD do tipo VA. Ao serem estimuladas pela luz proveniente dos LEDs, estas partículas emitem luz de cor vermelha, verde ou azul, aumentando o nível de luminância face ao sistema normalmente usado e corrigindo os tons de cor. Quando a tecnologia foi apresentada pela primeira vez o ano passado, a Samsung, prometeu incrementar os ângulos de visualização, os níveis de preto e a saturação das cores nestas TVs, bem como aumentar os valores de brilho máximo dos ecrãs. Infelizmente, as únicas vitórias real do QLED foram somente as cores e o brilho, embora na CES deste ano tenham sido confirmadas muitas melhorias na tecnologia. O NanoCell segue os mesmos princípios, mas desta vez a tecnologia é proveniente da LG e aplicada a ecrãs IPS. Mas tal como o QLED, embora traga melhorias sobretudo nas cores, não conseguiu colmatar as principais falhas dos paineis IPS: tons de cor uniforme e níveis de preto.



Entra o MicroLED: o que é, e porque é que é necessário?

O MicroLED constitui o 4º tipo de ecrã a surgir no mercado após o OLED. Neste ecrã também são utilizados LEDs, mas ao invés de termos os LED incluídos num sistema de retro-iluminação, a tecnologia evoluiu a um ponto em que é possível ter os próprios LED a serem incorporados no ecrã. Isto foi possível apenas porque agora é possível produzir uma teia equivalente à que antes era utilizada na retro-iluminação a LED, na centésima parte do comprimento até agora usado (ver figura a seguir).

Comparação entre o sistema de retroiluminação dos LCD atuais e a rede de iluminação que compõe o ecrã MicroLED.

Graças a esta redução, é possível formar os píxeis com os próprios LEDs, sendo que cada LED é constituído por 3 subunidades, a vermelha, a verde a azul (RGB). Como consequência e em termos gerais, este ecrã tem todas as vantagens do OLED: a fonte de luz é o próprio ecrã, com cada pixel a ser iluminado individualmente, o que garante tons de cor uniformes e negros absolutos (e por isso um contraste infinito). Mas vai mais além, corrigindo e melhorando sobre o OLED, como se pode ver na tabela seguinte:

As primeiras duas linhas da tabela (tipo e o contraste), são relativos ao facto de o ecrã ser capaz de emitir a própria luz, não necessitando de um sistema de retroiluminação. O terceiro ponto, o lifespan refere-se à durabilidade do ecrã. Ao contrário do ecrã OLED, que utiliza compostos orgânicos como fonte de luz que com o tempo se vão degenerando, o ecrã MicroLED usa um composto inorgânico de elevada durabilidade, o nitreto de gálio, o qual também é capaz de maior capacidade de emissão de luz quando estimulado. Por este motivo estes ecrãs podem atingir maiores valores de luminância, dentro das normas previstas no HDR10 e Dolby Vision, e que nenhum ecrã ainda apresenta de forma efectiva. O quarto e último ponto na tabela é o tempo de resposta: nos ecrãs LCD são da ordem dos milissegundos, no OLED é na ordem microssegundos e no MicroLED está na ordem dos nanossegundos. O tempo de resposta do ecrã consiste no tempo que o ecrã demora a refrescar-se, isto é, a passar entre cores de contraste radical, nomeadamente preto para branco. Quanto menor este valor, mais rápida é a disparidade entre o envio e a respectiva representação de um imagem.

Outra grande vantagem está relacionada com o processo de fabrico. No caso do OLED este processo limita a forma e o tamanho do ecrã. No caso do Microled, isto não acontece, podendo haver implementações modulares, o que significa que se podem combinar estes ecrãs em formas distintas das que até agora estávamos habituados. Por esse motivo, para além das televisões estes ecrãs poderão ser implementados em diversas aplicações desde smartphones e wearables a paredes inteiras.

A grande desvantagem do Microled? É que ainda é muito cedo para podermos pensar nele. As primeiras televisões a contarem com este tipo de ecrã só chegarão daqui a alguns anos. Até agora só houve 3 demonstrações documentadas desta tecnologia nas grandes feiras e as duas mais recentes estavam dirigidas a grandes industrias. A primeira foi em 2012 por parte da Sony, num protótipo de 55 polegadas designado por Crystal LED Display. Depois em 2017, no ano passado a Sony voltou com o Cledis, com um ecrã que ocupava uma parede inteira do teto ao chão, e este ano a Samsung fez a primeira demonstração da tecnologia com o Wall, uma TV de 146′. Ficam os vídeos dessas duas implementações:

Fonte: Rtings, Digital Trends, ledinside, WccfTech, Abt



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Carlos Zidane
Visitante
Carlos Zidane

Excelente artigo. Sempre tive uma preferência pelos IPS desde que estão disponíveis, me parecem ter cores mais vivas que os outros LCD (que parecem meio lavadas) e não distorce num ângulo maior. Tem esse problema do preto mas, não chega a me incomodar.

bruno
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bruno

Também eu. No entanto, agora que estou mais consciente, começo a ver os defeitos do IPS, sobretudo numa sala escura em que o negro é acinzentado e devido a isso.

Neste momento são a melhor relação custo/performance. Para mim, VA não vale muito à pena, mas tem vantagens, isso é inegável, devido aos limites de visualização. Por esse motivo, não compro VA ( e as melhores TVs deste ano são todas VA, lá está, porque, diretamente de frente a qualidade da imagem é muito, muito boa, conseguindo ultrapassar até mesmo o OLED).

O NanoCell está presente nos modelos da série sj da lg, do ano passado, e pelas análises do rtings… não oferecem grandes melhorias em termos de qualidade de imagem face a um IPS normal. O brilho não é por aí além, os níveis de preto continuam maus… entre uma sj8500 e a uj7700, não há muita diferença excepto um pouco mais de contraste, sendo que o modelo mais barato até acaba por ganhar mais no brilho. Mas mesmo assim, não ultrapassou o limite do IPS.

O QLED não resolveu em nada os problemas de ângulos limitados do VA, e por isso continua a não valer à pena.

O OLED, gostaria de experimentar um dia… neste momento o lg b7 está a 1675€ aqui numa loja e tendo em conta que todos os outros modelos custam o dobro disso, é um bom preço, mas ainda assim é caro, quando por metade se conseque adquirir uma TV como uj7700.

Livio
Visitante
Livio

Será que com os microleds as telas(ecrãs) serão mais resistente a pancadas?

Carlos Zidane
Visitante
Carlos Zidane

Essa é uma das questões mais importantes a serem tratadas no meu ponto de vista, a resistência da tela, sobretudo dos smartphones, imagine só comprar um glorioso iPhone X e num descuido bobo o ver estilhaçado na primeira semana…
Iniciativas como no Moto G Force me parecem bem mais interessantes do que bordas “infinitas” embora haja espaço pras 2.

Mário Armão Ferreira
Admin

A resistencia dos casulos deve ser identica ou superior. É mais fina, mas mais densa.

Livio
Visitante
Livio

@Bruno parabéns pelo artigo, agora sei a diferença entre VA, IPS ! É sério eu não sabia e quando ia num fórum o pessoal não explicava.

Um complemento ao artigo é este vídeo que mostra como a TV funciona em câmera lenta, a melhor parte é quando filma uma tv de tubo:
https://youtu.be/3BJU2drrtCM

titan
Visitante
titan

eu estou acostumado com a minha boa e velha plasma uĺtimo modelo da panasonic 1080p, ,mas chegou a hora de comprar uma 4k. para o xbox x , em ralação a isso dizem que a RGBW não é 4k como a rgb e sim 3k , e a nano cell da lg é RGBW, estou por fora faz muito tempo que não compro tv, ..
outra coisa que me preocupa é o motion blur que escuto por ai , a plasma tem tem esse problema e pra jogo isso é importante

Mário Armão Ferreira
Admin

Bom dia Titan.
Antes do mais, as desculpas pelo tempo que demorei a aprovar, mas o dia de ontem foi apertado.
Vamos ver o que dizes:

Nanocell da LG é RBGW…

Não é verdade!

A LG tem paineis nanocell com RGB e RGBW. Existem os dois! E dentro do RGBW existem duas implementações diferentes.

Os RGBW que referes são apenas uma das implementações, e estão presentes por norma nas nanopixel mais baratas (as LCD) pois é uma forma económica de se aumentar o brilho ao se meter um pixel branco extra mais barata. Nos Oled, o padrão RGBW é perfeito e não há perdas.

De resto o RGBW nesses LCDs é 4K tal como o RGB. A diferença está no número de grupos RGB que deveria ser igualmente 3840, o que não acontece nas RGBW LCD como é o caso das séries 6100, 6500, e 6800!

Quando uma linha de pixels num ecrã RGB normal tem um pixel vermelho, um verde e um azul (um grupo RGB), repetindo a sequencia nas restantes linhas, nestes modelos, a primeira linha tem um pixel vermelho, um verde, e um azul, mas a segunda tem um azul, um vermelho e um branco, sendo que depois a terceira repete a primeira, a quarta a segunda, mas desta vez roubando uma outra cor diferente, e por aí fora.

Ou seja, há um roubo de um pixel de uma cor nas linhas pares, que vai alternando, e que é compensado pela combinação dos restantes, mas isto altera radicalmente o efeito da imagem. Na realidade a resolução é 4K, mas não em todas as cores, e isso nota-se em alguns padrões de imagem criando uma imagem com resolução inferior.

Mas isso só acontece com o RGBW nestes modelos LCD.

Resumidamente o que tens é isto:

Ecrã LG LCD 4K RGB LCD: 11,520 subpixels em grupos de vermelho, verde e azul, criando 3840 pixels RGB por coluna.
Ecrã LG OLED 4K RGBW: 15,360 subpixels em grupos de vermelho, verde, azul e branco, formando 3840 pixel RGBW por coluna.
Ecrã LG LCD RGBW: 11,520 subpixels onde apenas alguns grupos possuem as três cores. Nas linhas pares um dos subpixels vermelho, verde ou azul é roubado alternadamente, e substituído por um branco. O resultado final é na mesma um conjunto de 3840 pixels por coluna, mas o número de grupos RGB reais desce de 3840 para 2880.

Basicamente a resolução é 4K em todos… mas o efeito visual em alguns padrões nos LCD RGBW pode ser de apenas 2,8k.

Digo porém que se estás preocupado com isso, não deverias pensar sequer em comprar uma TV antes de teres o HDMI 2.1. Pois actualmente, com HDR, estás a trabalhar com resoluções de cor que não são 4K mas sim 1920*2160.

Carlos Zidane
Visitante
Carlos Zidane

Poxa, não sabia disso.
Mário o que diz nesse comentário daria um artigo e dos bons. Vou ficar atento a esse detalhe.
Muito importante, pois quando for comprar a minha 4k quero que seja o mais próximo possível de 4k nativo, mesmo que tiver que pagar um pouco mais.

Mário Armão Ferreira
Admin

Já escrevi esse artigo hoje ;9
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Carlos Zidane
Visitante
Carlos Zidane

Maravilha. Aguardando.

Só uma dúvida/observação; no comentário anterior você citou “HDMI 2.2″… Você quis dizer 2.1 não?

Mário Armão Ferreira
Admin

Sim… erro de escrita. Vou emendar!
Obrigado!