(Liquid Cristal Display) Tela de cristal líquido, totalmente plana, desenvolvida na década de 70, inicialmente monocromática (utilizada em calculadoras por exemplo) e posteriormente evoluída para exibir imagens coloridas. São painéis finos, assim como os do tipo plasma, ocupando pouco espaço, uma vez que não é necessário nenhum volume atrás do mesmo, como nos aparelhos do tipo CRT (que precisam desse volume para os canhões de elétrons).

O LCD é um dispositivo digital, que se baseia em uma propriedade de um tipo especial de substância, o cristal líquido, para desviar a trajetória da luz transmitida pelo mesmo. O desenho abaixo esquematiza como isso acontece:

A luz é um tipo de onda eletromagnética que tem formato semelhante ao indicado em (1). Quando esta onda no exemplo é vista através do ângulo de visão mostrado por (2), assemelha-se a um traço vertical (3), ou seja, cada onda descreve as suas curvas alinhadas em um plano. No entanto, um raio de luz é formado por inúmeras ondas, cada qual trafegando em um plano diferente, como exemplifica (4).

Existem filtros que separam e selecionam as ondas de luz, deixando passar somente as que trafegam em determinado plano, rejeitando as demais: são os filtros denominados polarizadores (que podem ser utilizados por exemplo para eliminar reflexos: a onda de luz correspondente ao reflexo indesejado é eliminada quando o filtro é girado até determinada posição). Na montagem de um LCD são usados filtros deste tipo, na forma de placas (8) e (9). No exemplo, o filtro (8) deixa passar somente ondas de luz que trafegam no plano vertical e (9) as que trafegam no plano horizontal. Assim, de todos os raios de luz em (4) que atingem o filtro polarizador, somente o raio cuja onda trafega na vertical passa pelo filtro (5). Desta forma, como primeiro passo o LCD filtra a luz (8) deixando passar somente raios em alinhamento vertical, através de um filtro polarizador deste tipo. Sobre este tipo, é colocada uma camada de cristal líquido.

Cristais líquidos são substâncias especiais, cujas moléculas apontam sempre na mesma direção, embora possam movimentar-se ligeiramente para os lados. Tem assim propriedades tanto dos sólidos como dos líquidos. Sua estrutura pode ser comparada a de um denso cardume de peixes, onde, nadando muito próximos uns dos outros, podem fluir através de um duto, porém mantendo o mesmo alinhamento, apesar de poder efetuar pequenos movimentos angulares. A mudança de direção do cardume, onde todos assumem nova direção, pode ser comparada ao que ocorre nas telas LCD para alterar a transmissão de luz.

Tratam-se de compostos orgânicos especiais, geralmente formados por moléculas em forma de cilindros compridos, como se fossem peças do giz utilizado em lousas.

Quando um cristal desse tipo é colocado em contato com a superfície de uma placa contendo centenas de minúsculas fendas, todas elas exatamente paralelas entre si, as moléculas do cristal alinham-se seguindo o padrão das fendas e ficam também exatamente paralelas entre si.

O painel LCD é montado colocando-se diversas camadas de cristal empilhadas entre duas dessas placas contendo fendas. No entanto, as placas são montadas com suas fendas posicionadas a 90 graus umas das outras e isso faz com que as camadas internas tenham suas moléculas com direções gradualmente giradas (torcidas) de uma placa a outra. Se representarmos uma molécula individualmente em cada camada, a figura formada será a de uma escada torcida, ou, como em (6), uma barra de seção retangular torcida.

Se representássemos as moléculas no cristal em um desenho, poderíamos ter:

Quando a luz é direcionada para um dos lados desse "sanduíche" de camadas de cristal, sai do outro lado normalmente, apesar da torção na direção de suas moléculas de um lado para outro perpendicularmente. Este tipo de painel LCD recebe o nome de TN - twisted nematic, onde "nematic" é o tipo especial de cristal líquido utilizado no painel LCD básico - tem-se assim um cristal "nematic torcido".

No caso do painel LCD, como visto acima, e luz entra no painel polarizada e sua direção na entrada é a mesma das fendas das placas descritas acima. Do outro lado, o mesmo ocorre, sairá luz polarizada, mas com seu plano de onda "torcido" em 90 graus. Aqui existe outro filtro polarizador (9), posicionado a 90 graus em relação ao primeiro.

Quando as placas com fendas são submetidas à corrente elétrica, as moléculas ("peças de giz") orientam-se na direção das placas, como se essas peças fossem colocadas em pé sobre a mesa. Nessa situação elas continuam a transmitir luz, mas deixam de ter seu plano de onda "torcido". Como no entanto o filtro polarizador não deixa passar nenhuma luz que não esteja alinhada com as fendas e seu deslocamento perpendicular, não surgirá nenhuma luz do outro lado, situação ilustrada em (7).

Portanto é a combinação da polarização da luz com a mudança de orientação das moléculas ao serem submetidas à corrente elétrica que faz com que o painel LCD funcione.

Esse é o princípio básico das telas LCD simples, como as utilizadas em relógios de mesa por exemplo.

As moléculas são, naturalmente, extremamente menores do que os pixels visíveis na tela. Assim, conforme a corrente elétrica aplicada nas placas varia de intensidade, mais e mais moléculas sofrem torção; a torção de parte delas fará com que somente parte da luz atinja o outro lado do painel, produzindo assim as tonalidades intermediárias entre o branco e o preto.

Células muito pequenas, cada uma sendo um LCD em miniatura, dispostas aos milhares, alinhadas em linhas e colunas: esta é a estrutura das telas do tipo LCD utilizadas em televisores e computadores por exemplo. Neste caso torna-se impraticável conectar uma a uma para o recebimento individual de corrente elétrica da forma como é feito nos LCDs simples. Tem-se então um filme condutor de eletricidade sobreposto às células (pixels) controlando o fluxo de corrente na forma de linhas e colunas.

Baseado no princípio acima descrito, o display LCD é constituído por um 'sanduíche' de placas de diferentes materiais, cada qual com sua função. O desenho abaixo esquematiza um painel de cristal líquido visto em corte lateral:

A letra (a) mostra a parte traseira do painel, constituída geralmente uma placa metálica ou de material plástico. A seguir, em seu interior, existe a fonte de iluminação (b), do tipo fluorescente. Enquanto no CRT as imagens são vistas devido ao brilho emitido pelo fósforo ao ser ativado pelos elétrons, no LCD é uma luz fluorescente localizada na parte traseira do painel que permite a exibição das imagens - existe um outro tipo de LCD, utilizado em mostradores de relógios por exemplo, onde não existe luz traseira e sim um anteparo refletivo atrás do painel para refletir a luz que vem de fora. O primeiro tipo é conhecido como LCD transmissivo e o segundo, como LCD refletivo. Existem LCDs híbridos que funcionam nos dois modos, muito úteis em laptops por exemplo, para economia de energia. E também LCDs que utilizam uma malha de LEDs ao invés das lâmpadas fluorescentes, para aumentar o brilho geral da tela..Portanto, ao contrário do painel de plasma, o painel do tipo LCD para uso com sinal de vídeo não possui luz própria, tem que ser iluminado por trás.

A luz é emitida por lâmpadas fluorescentes colocadas em cima e em baixo do painel, dos lados ou então atrás do mesmo. Como a luz emitida concentra-se na região próxima da lâmpada, um vidro difusor (c) é colocado na frente das mesmas, para uniformizar e distribuir igualmente a luz através de todos os pontos da tela. A seguir, a primeira placa polarizadora (d), sobre a qual são ajustadas as camadas de cristal líquido, representadas por (e).

Esta placa na realidade é constituída por milhares de células independentes, de maneira análoga à distribuição dos pixels no CCD, ou seja, arranjados em forma de uma matriz de linhas e colunas. Cada célula individualmente deixará passar mais ou menos luz, conforme a corrente recebida: a célula ficará mais opaca (preta) ou mais transparente (diversas graduações de cinza até ficar totalmente transparente). Este processo pode ser observado em relógios, quando a bateria que alimenta os mesmos fica fraca e a cor preta dos dígitos torna-se cinza, cada vez mais claro. Assim, a variação da intensidade da corrente permite controlar o quanto de luz o cristal deixará passar, ou, em outras palavras, seu brilho.

A corrente elétrica é levada individualmente a cada célula através de uma grade de condutores, localizada junto às células (e). Esta grade é transparente, pois os condutores são confeccionados com material transparente (óxido de liga de Índio-Estanho, conhecido como ITO - Indium-Tin Oxide).

O sinal de vídeo é decodificado por um circuito eletrônico que 'desenha' as linhas de maneira análoga à que acontece no CRT, nestas células. Na realidade a cada célula é acoplado um micro-circuito eletrônico que controla a corrente aplicada à mesma, característica esta dos atuais painéis de LCD, que empregam a tecnologia TFT (Twisted Film Transistor), também chamada matriz ativa. Antigos painéis não utilizavam circuitos nas células, somente a grade de fios para levar energia às mesmas. Com estes tipos (também chamados de matriz passiva), o tempo de resposta na montagem da imagem era baixo, assim como o brilho e o contraste.

A letra (f) mostra uma outra grade de células, com as mesmas dimensões das células em (e), porém composta por filtros coloridos nas cores básicas RGB: é este componente que permite que o painel de LCD mostre as imagens coloridas. Cada conjunto de 3 células com seus respectivos filtros representa um pixel da imagem a ser mostrada. Cada célula individual do painel colorido (f) é atingida por intensidade maior ou menor de luz, conforme a regulagem individual por célula feita em (e). Com isso as nuances da imagem (pontos mais claros, mais escuros) são formadas, completando-se o processo de formação da imagem (traçado + intensidade).

A placa (g) é o segundo filtro polarizador e (h) é o vidro externo protetor. A letra (i) mostra a imagem correspondente que seria formada no exemplo: a cor verde em (j) é escura, porque a célula de cristal líquido correspondente a essa posição em (e) está também escura, deixando passar pouco da luz emitida por (b). Ao contrário, a cor verde em (k) é clara, porque a célula correspondente é menos opaca.

As células não necessariamente coincidem com os pixels a serem representados na imagem. E representar um pixel por várias células é melhor do que ter o tamanho da célula maior do que o do pixel - perde-se em resolução.

Existem duas formas de montagem de um painel LCD: matriz passiva e matriz ativa. A diferença básica entre eles é a localização dos transistores que controlam cada pixel. No caso dos painéis de matriz passiva, estes estão localizados fora do painel. Para ativar determinado pixel, o sinal elétrico é enviado através da linha / coluna correspondente, fazendo com que o pixel localizado em sua intersecção mude de estado (através da torção do cristal vista acima). O tempo de resposta na ativação / desativação dos pixels não é elevado o suficiente para permitir a exibição de imagens de vídeo com boa qualidade.

No caso dos painéis de matriz ativa, uma placa adicional é acrescentada ao lado da placa polarizadora (d). Trata-se de uma matriz de transistores, montada em um painel muito fino, com os transistores correspondendo à localização de cada célula independente da placa de cristal líquido (e). Essa matriz é conhecida por TFT (Thin-Film Transistors, filme fino de transistores). O tempo de resposta desse tipo de painel é elevado o suficiente para permitir a exibição de imagens de vídeo, embora movimentos muito rápidos na imagem acarretem um ligeiro efeito de latência. Além disso, em comparação com o tipo matriz passiva, suas imagens são mais brilhantes e contrastadas.

Em comparação com CRTs, as telas de LCD são menores em profundidade, mais leves e consomem menos energia. Por não utilizarem feixes de elétrons, são imunes a efeitos de campos magnéticos.

Por outro lado, CRTs podem exibir imagens em vários tipos de resolução, o que não ocorre com LCDs: mudando-se sua resolução nativa, ou a imagem não ocupará a tela toda ou sua qualidade cairá. Ainda, em comparação, painéis de LCD possuem certa latência na exibição de imagens em movimento (vídeo): seu tempo de resposta é ligeiramente maior do que o dos tubos CRTs, causando borrões / falta de detalhe em determinadas situações. Painéis de LCD em geral apresentam qualidade de imagem inferior à de CRTs em relação a brilho e cor, assim como no número de graduações de tonalidades de cinza que podem ser exibidos. Outro fator a favor dos CRTs é o ângulo em que podem ser vistos sem perda de qualidade da imagem: este ângulo é maior para os CRTs e menor para os LCDs (preferencialmente devem ser vistos de frente). Estes problemas foram solucionados com o desenvolvimento das telas de plasma.