(Minha monografia) Abordagem física e funcional dos principais mostradores de informações com destaque para os displays de cristais liquidos

(Minha monografia) Abordagem física e funcional dos principais mostradores de...

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Monografia apresentada ao Departamento de Física da Universidade Estadual de Londrina como requisito parcial para obtenção do título de especialista em Física para o novo Ensino Médio.

Orientador: Prof. Dr. Carlos Eduardo Laburú.

Londrina 2010

Monografia apresentada como requisito parcial para obtenção do título de especialista em Física para o novo Ensino Médio da Universidade Estadual de Londrina, Departamento de Física, submetida à avalição da banca examinadora composta pelos seguintes membros:

Londrina, _ dede 2010.

Prof. Dr. Carlos Eduardo Laburú Orientador

_ Prof. Msc. Daniel Trevisan Sanzovo (UEL)

_ Msc. Ferdinando Vinícius Domenes Zapparoli (UEL)

Dedico este trabalho aos meus pais, aos meus irmãos, à minha namorada, aos familiares e amigos que sempre me apoiaram e me incentivaram a seguir nos estudos.

Primeiramente agradeço a Deus, que me concedeu a oportunidade de viver a fim de conquistar mais esta etapa. A Ele que me deu força, coragem e persistência para vencer todos os obstáculos durante os anos do curso.

À minha família, pois sem ela não teria chegado até aqui. À minha mãe que sempre acreditou em mim e me incentivou na busca dos meus sonhos, fazendo o possível e o impossível para me ajudar a alcançá-los, mesmo com todas as dificuldades que enfrentamos ao longo desses anos. Ao meu pai pelo apoio e compreensão. A vocês que me ensinaram a ser um cidadão de bem, honesto e batalhador.

À minha irmã pelas palavras de apoio durante os momentos mais difíceis e cansativos dessa caminhada e por ter estado sempre ao meu lado. Ao meu pequeno irmão, pelo carinho e amor, que foi também o responsável por me dar motivação para que continuasse em frente.

À minha namorada, aos amigos que fiz durante a realização deste curso e, a todos aqueles que de uma forma ou de outra, me ensinaram a ser como sou e contribuíram para que pudesse chegar até aqui.

Ao Prof. Dr. Carlos Eduardo Laburú, pela orientação para a realização desse trabalho.

Aos professores do Departamento de Física da Universidade Estadual de Maringá, essenciais para minha formação. Agradeço especialmente o Prof. Dr. Paulo Ricardo Garcia Fernandes, pela ajuda fundamental, pela atenção e também pelo entusiasmo demonstrado para a realização deste trabalho.

“A mente que se abre a uma nova idéia jamais voltará ao tamanho original.” Albert Einstein

ALVES, Marcos Fernando Soares. Abordagem Física e funcional dos principais mostradores de informações com destaque para os displays de cristais líquidos. Monografia (Especialização em Física Para o Novo Ensino Médio) – Departamento de Física, Universidade Estadual de Londrina, Londrina, 2010.

O presente trabalho trata das principais tecnologias de mostradores de informações disponíveis no mercado. Aqui serão apresentados, além das tradicionais telas conhecidas como tubos de raios catódicos ou então pela sigla CRT, os displays de OLED (sigla em inglês, Organic Light Emitting Diodes), LED (Light Emitting Diode), telas de toque, FED (Field Emission Display), plasma e LCDs (Liquid Cristal Display), que são tecnologias contemporâneas na fabricação de displays. A abordagem de cada uma dessas tecnologias compreende a Física envolvida e o princípio básico de formação da imagem em cada tela, sendo feita de forma sucinta, o que não impede que, no decorrer do texto, seja realizado um estudo mais abrangente. Uma análise mais aprofundada será realizada ao tratar dos mostradores de cristais líquidos (LCDs), tendo em vista que é o tema motivador deste trabalho. Tal análise aborda a fase da matéria liquido-cristalina, suas classificações, as aplicações no cotidiano da sociedade e o funcionamento do mostrador que utiliza esse estado da matéria. Como atividade experimental, ao final do trabalho é sugerido uma prática em que pode ser observado a composição das cores em uma tela colorida. Sabe-se que o ensino de Física nas escolas, tanto públicas quanto particulares, baseia-se, praticamente, na Física conhecida como clássica (que abrange o período de 1600 a 1850, aproximadamente), sendo assim, seus currículos carecem de tópicos “mais próximos da realidade” dos estudantes, ou seja, da abordagem em sala de aula de temas modernos e contemporâneos da Ciência. E é com o intuito de propiciar aos alunos uma introdução de tópicos atuais da Física que propõe a realização deste trabalho.

Palavras-chave: Atualização curricular; Física Moderna e Contemporânea; Ensino Médio; LCD.

DEDICATÓRIAi
AGRADECIMENTOSi
RESUMOv
INTRODUÇÃO1
A necessidade de inserção de temas atuais da Física na educação básica3

Capítulo I

ricular3
1.2 – Realce da problemática e dos objetivos do trabalho5
1.3 – Mas, por que cristais líquidos?7

1.1 – O ensino de Física no ensino médio e algumas justificativas para a atualização cur-

Tipos de Mostradores de Informações: uma introdução9
2.1 – OLED9
2.2 – LED1
2.3 – Tela de Toque12
2.4 – FED13
2.5 – Tubo de Raios Catódicos13
2.5.1 – O tubo de imagem da TV14
2.6 – Plasma16
2.6.1 – Lâmpadas fluorescentes e painéis de plasma18
2.7 – LCD20

Capítulo I

3.2 – Classificação dos Cristais Líquidos2
3.3 – Classificação das mesofases líquido-cristalinas23
3.4 – O estado líquido-cristalino no cotidiano e algumas aplicações tecnológicas26
3.5 – Descrição da montagem e funcionamento de um display de cristal líquido27
CONSIDERAÇÕES FINAIS32
REFERÊNCIAS34

O cristal líquido, descoberto em 1888, é denominado como sendo uma fase da matéria compreendida entre os estados sólido e líquido, já que apresenta propriedades de ambos. O estudo dessa nova fase permitiu que os cristais líquidos fossem classificados, em 1922, em três tipos: nemáticos, esméticos e colestéricos. Devido às propriedades óticas descobertas nos cristais líquidos, as aplicações tecnológicas não tardaram a surgirem. Hoje sua utilização se dá nas mais diversas áreas, porém, uma das mais populares e de grande impacto na sociedade é a fabricação de displays de cristal líquido, também chamados de mostradores de LCD (sigla em inglês, Liquid Cristal Display). Um dos fatores que influenciou na popularização de telas de LCD é a possibilidade da obtenção de telas consideravelmente grandes, mas, delgadas, além, é claro, do baixo consumo de energia.

O LCD é hoje o potencial substituto dos televisores e monitores tradicionais, também conhecidos como tubo de raios catódicos (CRT). Porém, não é o único. Em termos de imagem as telas tradicionais são as mais desenvolvidas, isso se deve ao amadurecimento da pesquisa neste tipo de tela. Como consomem muita energia e ocupam um espaço considerável, justamente por causa do tubo de raios catódicos, responsável pelo aparecimento da imagem, é que estão gradativamente sendo substituídas. A tecnologia de plasma para a construção de mostradores também se tornou bastante popular, concorrendo com o LCD na preferência dos consumidores.

Os primeiros mostradores de CRT fabricados tinham uma coloração esverdeada e, exibiam a imagem em branco com um fundo verde. Em seguida a imagem passou a ser exibida em preto e branco, passando pelo tom de cinza. Pouco tempo depois, coloridas. Posteriormente, os mostradores evoluíram e o CRT não é mais o único a ser utilizado pela indústria, novas tecnologias foram sendo empregadas na fabricação desses mostradores que se tornaram maiores, e também bem pequenos, de acordo com a exigência do mercado.

Não há como questionar o progresso tecnológico nos dias atuais; ao longo dos anos a ciência deu grandes passos e propiciou que diversos aparatos fossem criados e até mesmo evoluídos, proporcionando bem-estar e avanços para toda a sociedade. Nesse sentido, é de fundamental importância que os jovens compreendam a tecnologia que há ao seu redor para que possa também despertar uma vocação para a ciência envolvida por trás dos mecanismos tecnológicos cotidianos. Um dos papéis que devem ser desempenhados pela escola, segundo Siqueira (2006), é transmitir o conhecimento gerado pela humanidade. E cabe ao professor traçar as diretrizes para que tal dever seja cumprido. Nas escolas de educação básica é nítido que a grade curricular da disciplina de Física está bastante defasado em relação ao desenvolvimento da Ciência. De acordo com Sanches (2006), a Física ensinada em sala de aula tem seus tópicos compreendidos entre o ano de 1600 e 1850 aproximadamente, ou seja, o que os alunos aprendem é simplesmente a Física Clássica, por isso, tópicos atuais da Física, como cristais líquidos e outras tecnologias de displays (como os OLEDs, desenvolvidos a partir dos estudos de materiais semicondutores), devem ser trabalhados em sala de aula. Assim, este trabalho tem o intuito de contribuir servindo como um material básico, atual, de apoio a professores e alunos.

Neste trabalho, além das tecnologias já citadas para a produção de displays, serão também apresentados diversos tipos de mostradores, tais como: OLED, LED, tela de toque e FED. Cada uma dessas tecnologias será abordada de forma sucinta, aprofundando o assunto à medida que for necessário. Porém, será possível compreender de forma simples o funcionamento de cada um dos mostradores apresentados. Ao mostrador de cristal líquido será dada uma atenção maior, pois é o principal objeto de estudo desse trabalho.

Capítulo I A necessidade de inserção de temas atuais da Física na educação básica

1.1– O ensino de Física no Ensino Médio e algumas justificativas para a atualização curricular

Desde 1808 a Física é uma realidade nas escolas brasileiras. No ano de 1837 foi criado, no Rio de Janeiro, o Colégio Pedro I, que serviria de modelo para as escolas a serem instaladas em outras províncias do território nacional. Para essa fase inicial do ensino de Física foi adotado um material de origem francesa, traduzido para o português, que abordava uma Física puramente matematizada e quantitativa. Durante muito tempo o conteúdo e a forma da abordagem do ensino praticado nas escolas brasileiras tiveram grande influência estrangeira, principalmente dos Estados Unidos da América (EUA), o grande problema da importação dos materiais e metodologias era o fato de serem totalmente desvirtuada da realidade do país. Isso, posteriormente, levou diferentes grupos a criarem materiais e métodos educacionais próprios às condições brasileiras.

Segundo os Parâmetros Curriculares de Física para o Ensino Médio (PARANÁ/SEED, 2008), no período da monarquia brasileira o ensino de Física era voltado apenas para a elite da sociedade, visando à formação de engenheiros e médicos. Não apenas no Brasil, mas em grande parte do mundo, a ciência abordada na educação básica não desempenhava papel muito importante. De acordo com Diogo e Gobara (2007), ela passou a compor um papel relevante na educação básica com o lançamento do primeiro satélite artificial, Sputinik, pela União Soviética e a Segunda Guerra Mundial, marcando assim uma corrida eufórica para que profundas mudanças ocorressem na Física do nível básico de ensino. Tal processo desencadeou, nos EUA, o surgimento de diversos projetos, entre eles o Physical Science Study Commitee (PSSC), que posteriormente foram utilizados também no Brasil. Neste mesmo período, por volta da década de 1970, iniciou a elaboração de projetos nacionais encabeçados pelo Instituto de Física da Universidade de São Paulo (USP) e pela Fundação Brasileira de Educação e Cultura (FUNBEC), com o intuito de melhorar a qualidade do ensino de Física nas escolas do país.

No regime militar, impulsionados pela busca da modernização e desenvolvimento do país, buscou-se a valorização do ensino de Ciências, já que havia a necessidade da qualificação da mão-de-obra, isso levou a promulgação, no ano de 1971, da Lei nº 5.692, de Diretrizes e Bases da Educação (LDB).

O processo político-educacional brasileiro passou então a ser norteado por documentos elaborados pelo Banco Mundial (BM), através de seu correspondente, o Banco Interamericano de Desenvolvimento (BID), entre outros. Assim, a educação deveria proporcionar a formação de um indivíduo apto a fazer parte de uma sociedade cada vez mais dominada por recursos tecnológicos. Por isso, fazia-se necessário a reformulação educacional brasileira, tão debatida por diversos pesquisadores em ensino do país. Então, em 1996 é publicada a nova LDB1, que entre outras, propõe que a formação na educação básica deve promover aos indivíduos a compreensão dos fundamentos científicos-tecnológicos atuais no qual estão inseridos. Dessa forma, segundo Kawamura e Hosoume (2003), para que os jovens saiam preparados a fim de exercitarem a cidadania, os temas atuais do mundo contemporâneo deverão necessariamente estar presentes no ensino médio, isto quer dizer que, tópicos atuais da Física devem fazer parte do currículo. No trabalho realizado por Sanches (2006), é identificado que alguns autores apresentam uma iniciativa de abordagem, em seus livros textos, de tópicos da Física Moderna e Contemporânea (FMC), no entanto, como evidencia, não contextualizam os temas de forma adequada e geralmente os assuntos tratados estão inseridos nos livros como seções especiais, o que devido à falta de tempo são os primeiros a serem excluídos por estarem tachados como “leitura complementar”.

Além da LDB, os Parâmetros Curriculares Nacionais (PCNs) propõem um ensino que direcione para os fenômenos que ocorrem no cotidiano dos jovens, através da aprendizagem ligada aos fatos de divulgação pela mídia, chamada de Aprendizagem Centrada em Eventos (ACE) (BRASIL, 2002).

Apesar da promulgação de Leis e parâmetros que passaram a reger e orientar o ensino básico no país, e do esforço de muitos educadores e pesquisadores, nota-se que as escolas têm seus currículos bastante defasados em relação ao desenvolvimento da ciência e tecnologia. Particularmente o ensino de Física aplicado em sala de aula mal ultrapassa aquela desenvolvida até o século XIX, isto quer dizer que o que os estudantes aprendem é, basicamente, mecânica, termologia, ótica geométrica e eletromagnetismo (TERRAZZAN, 1992). Com um rol de conteúdos extenso e pouco tempo de aula, professores e alunos vêemse pressionados a darem conta de ensinar e aprender os tópicos acima descritos, dessa forma parece caminhar na contramão uma tentativa de atualização curricular da Física ensinada nas escolas (ALVES, 2008). Porém, como adverte Terrazzan (1992, p. 210-211): “devemos

1 Lei nº 9.394 de 20 de novembro de 1996. 4 lembrar a impossibilidade de se vivenciar e participar plenamente do mundo tecnológico atual sem um mínimo de conhecimentos básicos dos desenvolvimentos mais recentes da Física”. Assim, é inegável que tal necessidade seja urgente.

Em um documento publicado pela UNESCO (2005) intitulado “Ensino de Ciências: o futuro em risco”, é citado que o desenvolvimento científico e tecnológico de um país está diretamente relacionado com o conhecimento produzido. Relatando ainda que as diferenças entre avanço e atraso residem, em grande parte, na escola capaz de preparar a população para tempos mais exigentes, e que uma formação escolar que contemple conhecimentos científicos e tecnológicos refletem numa melhora na vida das pessoas. Segundo a UNESCO, da mesma forma como diz a LDB, esta educação é importante na formação da cidadania, pois permite às pessoas terem oportunidade de discutir, questionar, resolver problemas e criar soluções, bem como compreender o mundo que as cercam. De acordo com o que consta, uma educação voltada para a ciência e tecnologia é ainda fundamental não apenas por proporcionar à população a capacidade de desfrutar dos conhecimentos científicos e tecnológicos, mas também para despertar vocações, a fim de criar estes conhecimentos.

Segundo Siqueira (2006), desde o final da década de 1980 vem sendo discutida entre educadores e pesquisadores a necessidade de ocorrer uma mudança concreta no currículo das escolas de ensino médio, inserindo, entre outros, tópicos relacionados à FMC. Tendo em vista que esse nível de ensino já não é encarado apenas como fase preparatória para o ingresso nas Universidades, mas sim, como uma etapa de formação plena do indivíduo, pronto para exercer sua cidadania e a viver em um mundo tecnologicamente evoluído.

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