Cristal Liquido T

ALUMNO: DILFOR ZEVALLOS ZARATE

CARRERA: ING. DE SISTEMAS

CRISTAL LÍQUIDO

Explora las siguientes páginas web y otras que puedas encontrar en el Internet y elabora, en MS Word, un mapa descriptivo de las partes de una pantalla LCD, describe los principios físicos de cada una de las partes.

http://www.ibercajalav.net/img/cristalesLiquidos.pdf

http://bibliotecadigital.ilce.edu.mx/sites/ciencia/volumen2/ciencia3/104/htm/

sec_6.htm

http://www.unicrom.com/Tut_LCD.asp

CRISTAL LÍQUIDO

Debido a las propiedades tan peculiares de los CRISTALES LÍQUIDOS la investigación actual sigue demostrando un gran interés por ellos, por lo cual, aunque ya se han encontrado múltiples aplicaciones, seguirán jugando un papel muy importante en la tecnología moderna

Física Electrónica Página 1

http://www.unicrom.com/Tut_LCD.asp

http://bibliotecadigital.ilce.edu.mx/sites/ciencia/volumen2/ciencia3/104/htm/sec_6.htm

http://bibliotecadigital.ilce.edu.mx/sites/ciencia/volumen2/ciencia3/104/htm/sec_6.htm

http://www.ibercajalav.net/img/cristalesLiquidos.pdf



CRISTALES LÍQUIDOS En la actualidad estamos familiarizados con la expresión LCD para referirnos a las pantallas de los teléfonos móviles, ordenadores, agendas electrónicas, cámaras de fotografía y vídeos, etc. El material base de estos dispositivos lo constituyen los cristales líquidos, como el acrónimo inglés nos indica LCD "Liquid Crystal Display" "Pantallas de Cristal Líquido".

Pero estos materiales no solo forman parte de los dispositivos electrónicos, sino que también ocupan un lugar destacado en la naturaleza pues la simple película de una pompa de jabón, una membrana biológica o una membrana celular son una clase de cristal líquido. Incluso el DNA y muchos polipéptidos son también fases cristal líquido. Además estas sustancias tan peculiares son también esenciales para fabricar nuevos materiales, entre ellos fibras de muy alta resistencia pero a su vez muy ligeras (Kevlar), que se utilizan en la fabricación de chalecos antibalas, cascos, etc. También se utilizan para construir ventanas inteligentes (se pueden cambiar de opacas a transparentes con solo presionar un interruptor), tienen aplicaciones como termómetros, termoindicadores, y también se pueden encontrar aplicaciones en otras áreas de la ciencia como en medicina (termografías cutáneas) o en cosmética.




Dado el elevado número de aplicaciones que estos materiales pueden tener, el presente y futuro de los cristales líquidos es sumamente prometedor, y de ahí el que científicos de diferentes ramas de la ciencia estén interesados en continuar las investigaciones acerca de este tipo de sustancias.

Para entender las múltiples aplicaciones de los cristales líquidos pasamos a desarrollar unos conceptos básicos y sus características más destacadas.

Es conocido que los estados de agregación de la materia son tres: sólido, líquido y gas. El paso de un estado físico a otro está definido por un valor de la temperatura (a una presión determinada). La mayoría de los sólidos dan lugar a líquidos directamente al fundirse. Sin embargo, no todas las sustancias se comportan de esta forma, existen casos en los que las transiciones de fase sólido-líquido no son directas sino que se verifican atravesando un estado intermedio entre ellas denominado cristal líquido. Los cristales líquidos, por tanto, son fases intermedias entre los líquidos y los sólidos, poseen propiedades físicas de ambas fases, y de ahí el origen de su nombre.

Los cristales líquidos presentan un orden parcial en alguna dimensión espacial, es decir las moléculas tienden a orientar sus ejes moleculares en una dirección preferente, y no los colocan al azar como lo harían en un líquido isotrópico. Este grado intermedio orden-desorden implica que tengan propiedades singulares que se manifiestan en una dirección determinada. Los cristales líquidos tienen propiedades anisotrópicas (tienen propiedades que dependen de la dirección en que se miden). Este comportamiento fue descrito por primera vez por F. Reinitzer a finales del siglo XIX.




Estas ordenaciones intermedias entre el estado sólido y líquido son llamadas también mesofases. Las diferentes mesofases están caracterizadas por el tipo de orden que está presente y podemos distinguir varias clases: nemáticos, esmécticos y colestéricos (clasificación realizada por Friedel en 1922).

Los nemáticos constituyen la mesofase menos ordenada. Las moléculas se encuentran esencialmente desordenadas en cuanto a las posiciones de sus centros de masa, pero alguno de los ejes principales se encuentra orientado en una dirección, llamada director. De este modo, respecto a la posición de los centros de masas, un nemático se comporta como un líquido ordinario y sus moléculas se mueven caóticamente, sin embargo difiere totalmente de un líquido en que sus moléculas se orientan y al moverse mantienen sus ejes paralelos a una dirección común.




Si los nemáticos son la fase más desordenada de los cristales líquidos, los esmécticos constituyen la fase más ordenada. Tienden a organizarse en capas planas paralelas entre sí, con sus ejes moleculares perpendiculares a estos planos y paralelos también entre sí (esmécticos A). Hay diferentes fases que poseen esta propiedad estructural, se las diferencia añadiendo una letra al nombre de esméctico. Hoy en día hay identificadas 14 fases esmécticas (Chandrasekhar, 1988). De entre todas ellas, las tres más importantes son denotadas con las letras A, B y C.

Así por ejemplo en los esmécticos C la configuración molecular es similar a los anteriores excepto en que los ejes moleculares están girados respecto al eje director.




Las moléculas de las mesofases colestéricas se distribuyen en capas, pero en este caso los ejes moleculares se orientan en una dirección paralela al plano mismo de las capas y esta dirección cambia ligeramente de capa a capa por lo cual el eje de orientación, al pasar de un plano a otro, describe una trayectoria helicoidal. A esta dirección especial se le llama eje óptico del material y el la causa de muchos fenómenos ópticos importantes presentados por estos materiales.

Los cristales líquidos también se pueden clasificar en termotrópicos y liotrópicos. Los cristales líquidos termotrópicos son aquellos que alcanzan el estado cristal líquido como consecuencia de una variación de temperatura. Los liotrópicos son aquellos en los que la mesofase aparece cuando el material se disuelve en un disolvente adecuado bajo determinadas condiciones de temperatura y concentración.

¿Cómo podemos diferenciar las diferentes mesofases en un cristal líquido termotrópico? Estas pueden observarse si el material cristal líquido es observado utilizando un microscopio óptico de luz polarizada (MOP) dado que cada una de ellas presenta diferente textura. Así cada textura se corresponde con una de las orientaciones preferentes comentadas anteriormente.

Pantallas de cristal líquido (LCD)




PANTALLAS DE CRISTAL LÍQUIDO

(LCD: Liquid Crystal Display)

Los dispositivos electroópticos son el elemento fundamental en la construcción de las pantallas de cristal líquido (LCD). El grado de complejidad de su construcción aumenta con la sofisticación del producto final en el que se emplean, desde la simplicidad de la calculadora, hasta la última generación de TFTs del mercado, pero los principios básicos de su funcionamiento son los mismos.




El dispositivo electroóptico se construye, de forma simplificada, tomando dos láminas de vidrio en las que se realizan unas hendiduras de tamaño similar a las moléculas del cristal líquido nemático que se introduce entre ambas. Estas dos láminas al colocarse de forma perpendicular originan una orientación molecular preferente y la aparición de un eje óptico helicoidal dentro del material (Fig. 1). Dicho eje óptico es análogo al que encontramos en las mesofases colestéricas o nemáticas quirales. Por último, tras el segundo polarizador, se coloca un espejo que reflejará la luz que atraviesa el dispositivo llegando a los ojos del espectador.

La aplicación de un campo eléctrico sobre la célula de cristal líquido va a dar lugar a las dos posiciones off / on necesarias para el funcionamiento de las pantallas de cristal líquido. Si el campo eléctrico está desconectado las moléculas de cristal líquido mantienen su orientación preferente y dejan que la luz polarizada (aquella cuyas vibraciones están restringidas a una única dirección en el espacio) atraviese la célula reflejándose en el espejo y dando lugar a una celda transparente (Fig. 2a). Sin embargo, al conectar un campo eléctrico en el dispositivo las moléculas giran y pierden su orientación para colocarse paralelas al campo eléctrico aplicado impidiendo que la luz polarizada atraviese el segundo polarizador, y por tanto no se podrá reflejar en el espejo originando una célula negra (Fig. 2b).




El siguiente paso en la construcción de una pantalla LCD consiste en agregar a cada una de las células de cristal líquido, como las que se muestran en la figura 2, unos filtros de los colores básicos rojo, verde y azul. Cada una de las células junto con el filtro del color correspondiente se denomina subpíxel y a su vez el subpíxel rojo, el subpíxel verde y el subpíxel azul forman lo que se conoce con el nombre de píxel. Dependiendo de la intensidad del campo eléctrico aplicado sobre la célula se pueden alcanzar distintos niveles de transparencia en los subpíxeles (se modula la cantidad de luz que atraviesa la célula). Si el valor del campo es máximo las moléculas se alinearán totalmente y la luz no podrá atravesar el segundo polarizador y el subpíxel estará desactivado. Si el campo es nulo, o de un valor mínimo, toda la luz atraviesa el segundo polarizador y el subpíxel será brillante. Entre los dos valores extremos de campo eléctrico se obtendrán las diferentes tonalidades de rojo, verde y azul. Por lo tanto, modificando el voltaje podremos obtener distintas tonalidades en los subpíxeles verdes, en los azules y en los rojos. Debido al minúsculo tamaño de los subpíxeles el ojo humano únicamente puede percibir un punto, es decir, un píxel cuyo color vendrá dado por la mezcla de los colores de los tres subpíxeles (Fig. 3).




En resumen, si la luz polarizada atraviesa la célula de cristal líquido, por ejemplo, con el filtro rojo el subpíxel rojo estará activo y el ojo observará la tonalidad correspondiente a la cantidad de luz que lo atraviesa. Si la luz polarizada no puede atravesar el segundo polarizador, el subpíxel estará desactivado y el color resultante del píxel que verá nuestro ojo no contendrá al color rojo tal como se observa en la figura 4

La imagen se forma en la pantalla gracias a la presencia de una multitud de minúsculas células




de cristal líquido (tres por cada píxel, Fig. 4). El número de píxeles que contiene una pantalla dependerá de su tamaño y de la resolución final (Fig.5).

Las primeras pantallas de cristal líquido que se comercializaron fueron las llamadas DSTN (Super Twisted Nematic Display) o también denominadas de MATRIZ PASIVA utilizadas hasta hace unos años en los ordenadores portátiles. El sistema de control está formado por una lámina de vidrio cubierta con un óxido de metal transparente el cual opera como un sistema enrejado de filas y columnas de electrodos a través de los que pasa la corriente necesaria para activar y desactivar los píxeles de la pantalla. El sistema de control de los monitores de matriz pasiva tiene un problema de velocidad de respuesta, ésta es muy lenta cuando los cambios en la pantalla o el movimiento de ratón son muy rápidos produciendo borrones o estelas en la pantalla.

Debido a estos problemas, muchas compañías comenzaron a desarrollar la tecnología TFT (Thin Film Transistor) o MATRIZ ACTIVA, en este tipo de pantallas se incorpora una lámina extra de transistores conectados al panel de cristal líquido por lo que cada píxel está controlado de forma independiente eliminando los problemas de sombras y respuesta lenta de los DSTN y mejorando a un nivel muy elevado todas las variables, entre ellas el ángulo de visión.




La tecnología LCD – TFT ha avanzado sustancialmente en los últimos años, actualmente podemos encontrar en el mercado diferentes tipos de pantallas TFT (Fig. 5) según su utilización: TFT – VA (Vertically-Aligned) que se utiliza en televisores, TFT – TN (Twisted Nematic) utilizadas en móviles y PDAs y por último las TFT – IPS (In Plane Switching) que se utilizan en la tecnología informática.

Las pantallas LCD – TFT proporcionan al usuario numerosas ventajas como son: menor tamaño (pantallas más delgadas), menor consumo o eliminación del parpadeo. Por ejemplo en un monitor CRT (Tubo de Rayos Catódicos) la imagen se crea mediante barridos horizontales y verticales en la pantalla de fósforo, la pantalla se refresca o re – dibuja un número de veces determinado por segundo, mientras que en el monitor LCD se aplica un campo eléctrico continuo y los píxeles se encienden o apagan de forma independiente. Esta diferencia de funcionamiento supone una reducción de problemas visuales ya que se elimina el parpadeo de las imágenes que causan sobreesfuerzo y fatiga en los ojos y sobre todo un aumento de la calidad de las imágenes, las pantallas poseen una superficie plana por lo que las distorsiones en los extremos se eliminan.


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