Todo lo que debería saber sobre los cristales líquidos pero no se atrevía a preguntar

La abreviatura LCD, o pantalla de cristal líquido, hace referencia al estado de la materia sin el cual las pantallas LCD no pueden funcionar: se trata, por supuesto, de cristales líquidos.

El artículo es un compendio subjetivo en el que hemos reunido la información más importante (desde nuestro punto de vista) sobre los cristales líquidos.

Se denomina cristal líquido a una fase intermedia entre dos estados de la materia: líquido y sólido. Combina las características de ambas formas: está formado por moléculas ordenadas (como en el estado sólido) que, sin embargo, tienen libertad de movimiento (como en el estado líquido). No todas las moléculas generan la fase cristalina líquida correcta; esto se aplica a las que se caracterizan por la anisotropía de forma (se trata de moléculas que parecen varillas o discos).

Características de los cristales líquidos

Entre otras cosas, se pueden generar fases de cristal líquido. al cambiar la temperatura (denominadas mesofases termotrópicas). Entre ellos, hay tres clases principales definidas por la forma en que están dispuestas las moléculas:

• la fase nemática (N), en la que las moléculas en movimiento libre tienden a alinearse en una dirección determinada (denominada director), con sus centros de gravedad desordenados (su subtipo es la fase colesterol (también denominada fase nemáticamente retorcida (N*), en la que las moléculas se alinean según una dirección cambiante formando una hélice en el espacio);
• fase esméctica (S), en la que las partículas están dispuestas en capas, con ejes paralelos entre sí,
• fase columnar (D), en la que las moléculas se disponen en columnas, con ejes paralelos entre sí.

Historia de la investigación – fechas clave

Todo empezó a finales del siglo XIX, cuando Friedrich Reintzer, investigando las propiedades de los derivados del colesterol, descubrió tres características importantes de los cristales líquidos de este tipo: la presencia de dos puntos de fusión, la capacidad de reflejar la luz polarizada circularmente y la capacidad de cambiar la dirección de la polarización de la luz.

El potencial inherente a los cristales líquidos no se reconoció de inmediato. Hasta 1964 no se construyó la primera pantalla de cristal líquido, pero no tuvo ninguna utilidad práctica (requería calentar los cristales líquidos a más de 100 °C para que funcionaran con eficacia). El gran avance se produjo ya en 1966, cuando Joel E. Goldmacher y Joseph A. Castellano trabajaron con mezclas de compuestos nemáticos que generaban una fase nemática en un intervalo de temperaturas de entre 22 y 105°C como máximo. Entonces fue posible utilizar una pantalla de cristal líquido en la electrónica de consumo.

Uso de cristales líquidos en pantallas

Sin duda, los cristales líquidos se asocian más comúnmente con las pantallas LCD. Utilizan el fenómeno de la birrefringencia óptica: los cristales líquidos están incrustados en celdas conectadas a electrodos, y el control adecuado del voltaje permite ordenar las moléculas para producir un efecto de refracción.

En la infografía siguiente, mostramos un mecanismo simplificado del funcionamiento de la pantalla LCD en modo de transmisión utilizando un ejemplo de un solo píxel:

Las pantallas LCD no utilizan todas las fases del cristal líquido. La clave son las propiedades de las fases nemática (N y N*) y esméctica (SmC*). Cabe añadir que los cambios de fase son reversibles.

Los cristales líquidos también tienen otras aplicaciones. Se utilizan, entre otras cosas, las propiedades termoópticas. en los termómetros sin mercurio: las sustancias que contienen cambian de color al variar la temperatura.

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