La invención de LCD

 

Todo empezó en el año 1888, cuando el botánico Friedrich Reinnitzer estudiaba el colesterol de las plantas y determinar que el benzoato de colesterol al calentarse parecía tener dos puntos de fusión,  en la primera fase pasaba de líquido a turbio y en la segunda fase a un líquido trasparente, pero Friedrich (foto) jamás se imaginó que su descubrimiento seria hoy día una tecnología de punta.

 

Pero fue para el año 1922 que gracias a los estudios de Friedrich hicieron posible que Friedel estableciera una clasificación de los cristales líquidos distinguiéndolos en tres tipos; nemáticos, esmécticos y colestéricos.

En el año 1968  Heilmeier fue el primero en dar una descripción de un panel de cristal líquido, sin embargo fue para la época de los 70 y los 80 que se describieron la relación de voltaje de la sección de un punto de una matriz en relación al número de filas multiplexadas.
Pero para el año 1984 se creyó que ya no se podía avanzar más con este tipo de  tecnología  puesto que la fabricación de dichos paneles era muy cara y complicada, pero para el beneficio de la tecnología  las cosa no pararon allí y las investigaciones continuaron.

Cristal liquido en fase nematico
Cristales Liquidos

Descripción de los cristales líquidos: 
Las moléculas de un LC o (Liquid Crystal) posen una estructura molecular complicada y suelen tener por lo general forma de barra aplanada o de disco, los átomos que la componen se sitúan a lo largo del eje  de la molécula.
Se dice que el LC (Liquid Crystal)  es un material anisotrópico ya que las moléculas de un Cristal líquido están orientadas a lo largo del mismo eje director, en la función del ordenamiento de las moléculas podemos distinguir tres tipos de LC: nemáticos, esmécticos y coléstericos como había dicho anteriormente.

La clave de la nueva tecnología se centró en el estudio  de la fase nemáticos que por el hecho de ser más “desordenada” era la única que permitía que hubiera una mayor manipulación del eje óptico y es a la que debemos la existencia del LC (Liquid Crystal).

El efecto freedericksz en la invención del LCD

Por ser las moléculas de un LC dipolos eléctricos, la aplicación de un campo eléctrico externo provocaría cambios en el material, por lo tanto al aplicarle un campo eléctrico a un LC nemático las moléculas del mismo orientan su eje principal paralelamente y perpendicularmente al campo aplicado en función de si el momento bipolar de la misma está orientado en la dirección del eje principal o no. 
El científico ruso V. Feedericksz (foto) fue quien descubrió 
este efecto que lleva su nombre , un fenómeno que juega un papel muy importante en lo que hoy se le conoce  como tecnología LCD . 

 

Aparición de la tecnología LCD

El fundamento básico de los LCD consiste en una fina capa del LC (Liquid Cristal) que por lo general es nemático entre dos placas de vidrio unidas a sendas polarizadores. En la parte inferior se sitúa una fuente de luz que puede ser un simple espejo para los “reflectivos”  y una fuente activa como puede ser halógeno para los “transmitivos”, o una combinación de ambos para los “transrefletivos”.

Existen varias arquitecturas de LCD “Twisted Nemátics, Supertwisted Brifrengent Effect, Super Twisted Nematics y Dual Super Twisted Nematics”. 

El TN (Twisted Nemátics) es el tipo de LCD más usado ya que resulta el más simple y por lo tanto apropiado para calculadoras y relojes, las superficies del vidrio se tratan por la cara en contacto con el nemático creando surcos microscópicos paralelos que coincidan con el ancho de las moléculas.

 

 Teoría del funcionamiento de un TN (Twisted Nemátics)

Si tenemos en cuenta el efecto freedericksz comprenderemos en su totalidad el funcionamiento de los LCD´s ya que al aplicar un voltaje a ambos vidrios, las moléculas sufrirán un reordenamiento que alterara el director del eje óptico de LC, de manera que la luz incidente ya no realizara el cuadro de giro sino que seguirá el eje óptico modificado y por lo tanto no podrá atravesar el polarizador de la parte inferior y como el haz de luz ha sido polarizado de manera indefinida conseguiremos que el LCD permanezca completamente opaco. 

El papel del TFT en la tecnología LCD

Otro descubrimiento que juega un papel importante en la tecnología LCD son el transistor de película plana por lo que haremos un breve resumen de este elemento para cuando en este micro curso se mencione este componente ya sabrá de que se trata, para empezar esta tecnología se pensó en un principio como una alternativa de bajo costo pero pronto se descubrió que adolecían de bajas velocidades para el cambio de estado on/off desde entonces se ha utilizado un material activo a-Si (Silicio amorfo) que fue la continuación de los descubrimientos de P.K Weimer en los años 60 quien planto las bases para el TFT( Thin Film Transistor).                                                                                          Pero el gran salto se dio en el año 1979 por LeComber y su equipo de investigadores quienes describieron las características del TFT de a-Si la cual encajaba perfectamente con los requerimientos de las celdas de cristal líquido con una tensión de estado on/off muy buenas, de esta manera se dio inicio a los paneles TFT-LCD modernas. 

Esquema de un transistor TFT (Thin Film Transistor)

Aunque la tecnología tomo muchas formas diseños y aplicaciones,  solo me he centrado en los avances  positivos  de la investigación,  aunque cada fracaso dejo una enseñanza y una nueva perspectiva en la mejora y rendimiento que conllevaron a unas nuevas propuestas.   
Bueno ya conocemos en parte como fue el nacimiento del LCD (Liquid Crystal Display) ahora veamos cómo funciona.

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 ¿Cómo funciona un panel LCD? 

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