Probablemente uses cosas que contengan un LCD todos los días. Estamos rodeados de ellos, y los podemos encontrar en ordenadores portátiles, relojes digitales, microondas, y en otros muchos dispositivos electrónicos habituales de nuestra vida diaria. Los LCD (liquid crystal display) son tan comunes porque ofrecen unas ventajas reales sobre otras tecnologías de pantalla. Son más finas y ligeras, y utilizan menos energía que por ejemplo un tubo de rayos catódicos que podemos encontrar en los televisores convencionales.
De todos modos, ¿qué son realmente estos dispositivos que se llaman cristal líquido? El nombre “cristal líquido” suena como una contradicción. Pensamos en un cristal como un material sólido como el cuarzo, más como algo duro como una roca y no como un líquido. ¿Cómo puede un material combinar ambas cosas?
Aprendimos en el colegio que hay tres estados comunes en la materia: Sólido, líquido y gaseoso. Los sólidos actúan de la manera que lo hacen porque sus moléculas siempre mantienen la orientación y se quedan en la misma posición con respecto a si mismos.
Las moléculas en los líquidos son lo opuesto: Pueden cambiar su orientación y moverse por cualquier sitio en el líquido. Hay algunas sustancias que pueden existir en un estado “extraño” que está entre un estado líquido y sólido. Cuando están en este estado, las moléculas tienden a mantener su orientación al igual que las moléculas de un sólido, pero moviéndose en distintas posiciones, como lo hace un líquido. Esto significa que los cristales líquidos nos son ni sólidos ni líquidos. ¿Pero por qué ha acabado con ese nombre tan contradictorio?
Por o tanto, ¿actúan los cristales líquidos como líquidos, sólidos o como alguna otra cosa? Resulta que los cristales líquidos están más cerca del estado líquido que el sólido. Se necesita una buena cantidad de calor para cambiar una sustancia determinada de un estado sólido a un cristal líquido, y solo se necesita un poco más de calor para convertir ese cristal líquido en un líquido real.
Esto explica porque son tan sensitivos a la temperatura y porque se utilizan para hacer termómetros y otros dispositivos similares. También explica el porque la pantalla de un ordenador portátil algunas veces hace cosas raras en un tiempo muy frío o con un fuerte calor si lo utilizamos en verano al aire libre.
Al igual que hay muchas variedades de sólidos y líquidos, también hay una variedad de sustancias de cristal líquido. Dependiendo de la temperatura y la naturaleza particular de una sustancia, los cristales líquidos pueden estar en una o varias fases distintas. La fase que hace que LCD funcione se llama fase neumática.
Una característica de los cristales líquidos es que se ven afectados por la corriente eléctrica. Una cantidad de líquido neumático cristalizado tiene sus moléculas entrelazadas de forma natural. Aplicando una corriente eléctrica a este cristal líquido, se quitarán estos enlaces en varios grados, dependiendo de la corriente aplicada.
Los LCS utilizan estos cristales líquidos porque reaccionan de forma predecible y controlada a las corrientes eléctricas. Sabiendo esto ¿Cómo se podría crear un LCD?
Crear un LCD
La combinación de cuatro factores hace posible que el LCD exista. La luz puede ser polarizada, los cristales líquidos pueden transmitir y cambiar la polarización de la luz, la estructura del cristal líquido puede se cambiada por la corriente eléctrica y hay sustancias transparentes que pueden conducir la electricidad. Un LCD es un dispositivo que usa estos cuatro factores de una manera sorprendente. Para crear un LCD, coges dos trozos de cristales polarizados. Una sustancia especial que crea surcos microscópicos en la superficie, es frotada en un lado del cristal la cual no tiene la película polarizada en el.
Los surcos deben estar en la misma dirección que la película polarizada. Entonces se le añade una cubierta de cristal líquido neumático a uno de los filtros. Los surcos harán que la primera capa de moléculas se alinee con la orientación del filtro.
Entonces se añade el segundo cristal con la película polarizada en el ángulo correcto a la primera pieza. Cada capa sucesiva de las moléculas TN se irá gradualmente girando hasta que la capa superior está en un ángulo de 90 grados del fondo, coincidiendo con los filtros de los cristales polarizados.
Según la luz golpea al primer filtro, se polariza. Las moléculas en cada capa entonces guían la luz que reciben a al siguiente capa. Según la luz pasa por las capas de los cristales líquidos, las moléculas también cambian el plano de vibración de la luz para coincidir con su propio ángulo. Cuando la luz llega a al lado mas externo de la sustancia del cristal líquido, vibra en el mismo ángulo que la capa final de moléculas.
Si la capa final coincide con el segundo filtro del cristal polarizado, entonces la luz pasará a través de el. Si aplicamos una carga eléctrica a las moléculas del cristal líquido, se desenroscan. Cuando salen, cambian el ángulo de la luz que está pasando por ellos, por lo que ya no coincide con el ángulo del filtro polarizado. De forma consecuente, ninguna luz puede pasar por el área del LCD, lo cual hace que el área sea más oscura que las zonas que tiene alrededor.
Construir un LCD simple es más sencillo de lo que puedas imaginar. Empiezas con un bocadillo de cristal y cristales líquidos como se ha descrito antes, y le añades dos electrodos transparentes. Por ejemplo, imagina que quieres crear el LCD simple posible con solo un único electrodo rectangular sobre el. El LCD que se necesita para realizarlo es muy básico:
Tiene un espejo en la parte de atrás lo cual lo hace reflectivo. Entonces le añadimos un trozo de cristal con una película polarizada en la parte del fondo y un electrodo común en la parte superior. El electrodo común cubre toda el área del LCD. Encima de eso está la capa de la sustancia de cristal líquido. Luego viene otro trozo de cristal con un electrodo en forma de rectángulo en el fondo, y encima otra película polarizada en un ángulo correcto al primero.
El electrodo es enganchado a una fuente de energía como puede ser una batería. Cuando no hay corriente, la luz entrante por la parte frontal del LCD simplemente golpeará el espejo y rebotará hacia fuera. Pero cuando la batería suministre corriente a los electrodos, los cristales líquidos entre las partes con electrodos y el electrodo con forma rectangular, bloqueará la luz en esa región para que no pase.
