* Eletrônica Campo Elétrico: O Avanço do led

quinta-feira, 16 de junho de 2011

O Avanço do led

Pode ser que eu esteja enganado, mas a iluminação dos backlights das TVs com o uso de LEDs vai retirar de cena a lâmpada fluorescente do tipo CCFL a médio ou curto prazo. Só não acho possível ainda prever que tipo de LED irá ser preferencialmente usado, ou se haverá um tipo específico de LED para cada montagem.

Apesar do relativo pouco tempo de uso em TVs e do preço alto praticado pelos fabricantes de LEDs, que é repassado ao consumidor, existe uma tendência clara de substituição do backlight tradicional das telas LCD por conjuntos de LEDs, por conta de uma série de fatores, incluindo até mesmo o fator ambiental, com clara poupança de energia elétrica e diminuição de componentes poluentes.

Existe, por outro lado, uma estratégia óbvia por parte dos fabricantes de TVs, que é a de incorporar o máximo de recursos e novidades nos modelos movidos a LED, empurrando assim o consumidor que precisa de ou quer novos recursos para um gasto, de outro modo, até desnecessário.

A mudança de tecnologia e de métodos neste campo vem se alterando tão rapidamente, que eu não ficaria surpreso se o conteúdo deste texto ficasse totalmente obsoleto em cerca de seis meses, a partir de hoje.

As desvantagens da luz fluorescente

A luz fluorescente de catodo frio (Cold Cathode Fluorescent Light ou CCFL), usada nos backlights de telas LCD emite uma luz branca intensa, porém o espectro de emissão é bastante irregular (vide a figura abaixo). Além disso, para se ligar uma luz CCFL, é preciso aplicar 270 a 300 VAC (volts em corrente alternada), o que obriga o uso de um inversor de corrente (circuito que transforma, no caso, corrente contínua em corrente alternada). Uma vez acesa, a luz CCFL não se apaga mais, a não ser quando o televisor é desligado. Isto, de cara, impede a modulação de amplitude ou o desligamento sistemático do sistema de iluminação da tela. As implicações que isso irá ter para os níveis de preto serão mostradas mais adiante.

Espectro de emissão típico de uma luz CCFL. Note os “spikes” em determinados comprimentos de onda.

As telas de LCD recebem a luz branca do backlight e a passam para um difusor, espalhando assim a luz em cima de uma camada de cristais líquidos nemáticos. O papel desses cristais é o de deixar passar ou não a luz incidente e transmiti-la a outra camada, composta dos pixels RGB, bem antes de chegar à tela.

São esses pixels, que são construídos com a ajuda de filtros para esses comprimentos de onda (Vermelho, Verde e Azul), que ajudarão a comprometer a qualidade final da cor obtida. Este problema ocorre em função da banda passante (faixa de comprimento de onda da luz transmitida) através de cada um desses filtros, que, no caso, é muito ampla. Na prática, isto quer dizer que passam luzes de comprimentos de onda adjacentes ao comprimento de onda principal, o que é indesejável.

Note que isto é uma característica de qualquer filtro de corte. Não é possível, portanto, se conseguir uma maior seletividade nesta passagem, a não ser que fosse usado um monocromador em cada ponto de luz, o que é fisicamente impossível.

Note ainda, que apesar dessas limitações na combinação de cores e da diminuição da gama total de cores obtida desta maneira, ainda assim são poucos aqueles que conseguem visualizar os percalços das telas LCD, neste particular. Por outro lado, fica evidente que a gama de cores obtida convencionalmente, mesmo limitada, é suficiente para a reprodução satisfatória da maioria dos sinais de fonte.

A natureza eletro-ótica dos LEDs

LED é um diodo dos mais simples! Ele é formado por um semicondutor, ou seja, um fio composto por uma ou mais substâncias cujas propriedades de condutividade elétrica estão num meio termo entre um metal e um isolante. A natureza química do composto determina o comprimento de onda da luz emitido pelo LED, como, por exemplo, o arsenieto de gálio (GaAs), que emite na faixa do infra-vermelho.

A emissão de luz é possível, por causa do seguinte fenômeno: quando a corrente passa pelo semicondutor, os elétrons de certos orbitais são energizados, e saltam para um orbital mais acima. Na volta ao orbital de origem, a energia acumulada é liberada na forma de luz, de um determinado comprimento de onda.

A quantidade de energia elétrica necessária para a emissão de luz pelo semicondutor é muito baixa, motivo pelo qual os LEDs são bastante econômicos. Ao contrário das lâmpadas fluorescentes, não há necessidade de descarregar uma alta tensão para que eles acendam, o que é uma enorme vantagem na sua aplicação em aparelhos de televisão.

A estrutura típica de um LED pode ser vista na figura abaixo:

O LED é alimentado por corrente contínua e portanto dispensa o uso de um inversor. E como pode ser observado no diagrama ao lado, a luz emitida passa por um domo, que serve também de lente. Nos tipos mais simples de LEDs o domo pode ser coberto por um corante de qualquer cor, mas nos tipos mais complexos o domo pode ser impregnado por sais de algum elemento, provocando uma irradiação singular. É assim, por exemplo, que se faz um LED para luz branca, com o uso de uma camada de fósforo.

Em aplicações mais demandantes, usa-se o LED de alta potência (High Power LED ou HPLED), que emite, como o nome sugere, uma luz de grande intensidade. Este tipo de LED tem aplicação nas telas de televisão ou nos projetores de vídeo, inclusive.