El Display de Cristales Líquidos - The Liquid Crystal Display
1. Aspectos técnico-históricos de los cristales líquidos
Los cristales líquidos son sustancias con características únicas: tienen propiedades intermedias entre líquidos y sólidos. En un líquido, las moléculas tienen cierto ordenamiento, pero con gran movilidad. En un sólido, las moléculas están fijas y ordenadas. En cambio, los cristales líquidos presentan un estado mesomórfico, donde las moléculas poseen un grado de ordenamiento mayor que en los líquidos, pero menor que en los sólidos. Este estado es considerado por muchos como un cuarto estado de la materia.
El estado mesomórfico fue descubierto en 1883 por el botánico austríaco Friedrich Reinitzer, quien observó que una sustancia llamada colesteril-benzoato mostraba colores variables al calentarse y enfriarse, con un comportamiento peculiar durante su fusión. Más tarde, los científicos Lehmann y Friedel clasificaron estos materiales en tres tipos principales:
- Cristales líquidos esmécticos
- Cristales líquidos nemáticos
- Cristales líquidos colestéricos
Fig. 1 - Los diferentes tipos de cristal líquido .
Esta clasificación, que aún sigue vigente, destaca las diferencias en el ordenamiento molecular de cada tipo.
2. Características de los diferentes tipos de cristales líquidos Cristales líquidos esmécticos
- Son los de mayor grado de ordenamiento molecular.
- Las moléculas están ordenadas en capas paralelas, con los ejes largos perpendiculares al plano de la capa.
- Son monoaxiales y ópticamente positivos.
Cristales líquidos nemáticos
- Presentan menor ordenamiento que los esmécticos.
- Sus moléculas son paralelas, pero no están organizadas en capas.
- Son también monoaxiales, pero no tienen poder óptico rotativo.
Cristales líquidos colestéricos
- Poseen un eje óptico retorcido que crea capas con gran espesor (alrededor de 1000 Ångstrom), comparado con las 20 Ångstrom de las capas esmécticas.
- La disposición helicoidal de sus moléculas genera actividad óptica importante, lo que los hace ópticamente negativos.
3. Propiedades y estímulos de los cristales líquidos
Los cristales líquidos responden a diversos estímulos como:
- Calor
- Luz
- Radiación ultravioleta
- Sonido
- Presión
- Magnetismo
- Electricidad
- Vapores químicos
Fig. 2 - Display básico de cristal líquido .
Estos estímulos provocan realineamientos moleculares que alteran sus propiedades ópticas, lo que puede reflejar, dispersar o descomponer la luz incidente en sus componentes espectrales, generando efectos cromáticos importantes.
4. Los displays de cristales líquidos
Los cristales líquidos se aplican en displays electrónicos utilizados en calculadoras, relojes digitales y otros dispositivos. La mayoría de estos displays usan cristales líquidos nemáticos por su flexibilidad y eficiencia.
Fig. 3 - Diferentes tipos de cristal líquido nemático .
Construcción de un display nemático
Un display básico consta de:
- Una capa de cristal líquido (espesor de 6 a 12 micrones)
- Dos placas de vidrio recubiertas internamente con material conductivo transparente que actúan como electrodos.
Los electrodos tienen la forma de los clásicos siete segmentos utilizados en presentaciones alfanuméricas.
Fig. 4 - Contraste de diferentes tipos de display .
Tipos de displays de cristales líquidos
Existen dos métodos principales de funcionamiento:
1. Displays de dispersión dinámica
- En reposo, las moléculas del cristal líquido están ordenadas, permitiendo que la luz pase y se refleje en un espejo posterior.
- Al aplicar una tensión eléctrica, los iones formados desordenan las moléculas, dispersando la luz incidente y generando una zona opaca.
- El contraste entre las zonas opacas y transparentes permite formar los dígitos visibles.
2. Displays de efecto de campo
- Los cristales líquidos se colocan entre dos polarizadores dispuestos en ángulo recto. Esto crea un orden helicoidal en las moléculas del cristal líquido.
- La luz polarizada pasa por el primer polarizador y sufre una rotación de 90 grados al atravesar las moléculas. Esta luz se refleja en un espejo posterior.
- Al aplicar una tensión eléctrica, las moléculas giran y pierden la capacidad de rotar la luz. El polarizador posterior absorbe la luz, creando un dígito oscuro sobre un fondo claro.
En algunos casos, el efecto puede invertirse, mostrando dígitos claros sobre fondo oscuro.
Ventajas de los displays de cristales líquidos
-
Bajo consumo de energía:
- Los displays de cristales líquidos no generan luz propia, sino que reflejan la luz del ambiente.
- El consumo típico es del orden de 1-2 microamperios a 15 voltios, mucho menor que otros displays como los de descarga gaseosa, fluorescentes o LED.
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Mejor contraste en ambientes iluminados:
- La luz reflejada aumenta con la luz ambiente, mejorando el contraste.
- En displays emisivos, el contraste disminuye con mayor iluminación.
-
Aplicación en dispositivos portátiles:
- Debido a su bajo consumo y alta eficiencia, son ideales para calculadoras, relojes digitales y dispositivos electrónicos alimentados por baterías.
Cuidado en la alimentación eléctrica
Los displays de cristal líquido deben alimentarse preferentemente con corriente alterna (CA) en lugar de corriente continua (CC). El uso de corriente continua puede generar efectos electrolíticos, degradando el display en poco tiempo.
Términos destacados:
- Angstrom (Ångstrom)
- Capas moleculares (Molecular Layers)
- Contraste (Contrast)
- Corriente alterna (Alternating Current)
- Corriente continua (Direct Current)
- Cristales líquidos (Liquid Crystals)
- Cristales líquidos colestéricos (Cholesteric Liquid Crystals)
- Cristales líquidos esmécticos (Smectic Liquid Crystals)
- Cristales líquidos nemáticos (Nematic Liquid Crystals)
- Desorden molecular (Molecular Disorder)
- Dispersión de luz (Light Scattering)
- Dispersión dinámica (Dynamic Scattering)
- Display (Display)
- Efecto de campo (Field Effect)
- Electrodos (Electrodes)
- Estado mesomórfico (Mesomorphic State)
- Estimulación eléctrica (Electrical Stimulation)
- Luz incidente (Incident Light)
- Material conductivo transparente (Transparent Conductive Material)
- Ordenamiento molecular (Molecular Alignment)
- Pantalla alfanumérica (Alphanumeric Display)
- Polarizador (Polarizer)
- Realineamiento molecular (Molecular Realignment)
- Reflexión de luz (Light Reflection)
- Segmentos (Segments)
- Tensión eléctrica (Electrical Voltage)
Conclusión
Los displays de cristales líquidos son una tecnología fundamental en la industria electrónica debido a su bajo consumo energético, alta eficiencia y excelente rendimiento en condiciones de alta iluminación ambiental. Los cristales líquidos, en particular los nemáticos, permiten construir displays capaces de responder a estímulos eléctricos, produciendo imágenes de alto contraste mediante el realineamiento de sus moléculas.
La evolución de los displays de cristales líquidos ha sido clave para el desarrollo de dispositivos portátiles y tecnologías de bajo consumo, convirtiéndolos en una solución práctica y eficiente en el campo de la visualización electrónica. |
