Funcionamiento De Las Pantallas Lcd

Tecnologia de la llum
Pantalles LCD

Introducció al cristall líquid
Els cristalls líquids van ser descoberts per F.Reinitzer l’any 1888. F.Reinitzer era un botànic que va observar que el benzoat de colesterol semblava tenir dos punts de fusió. Primer va observar que el sòlid passava a un líquid tèrbol i més tard es convertia en un líquid transparent. Un any més tard Otto Lehemann vasolucionar aquest problema descrivint un nou estat de la matèria entre sòlid i líquid. No va ser fins l’any 1992 que Georges Friedel va parlar per primera vegada de ‘mesofase’
El cristall líquid és un tipus d’estat d’agregació de la matèria amb propietats intermitjes entre l’estat sòlid i el líquid. Les seves molècules tenen formes allargades, que permeten que, encara que la seva distribució a curt abastno estigui definida (les posicions de les molècules no estan definides, poden fluir entre elles, com en un líquid), aquestes presenten una orientació a llarg abast, com sol succeir en els cristalls sòlids.

Figura 1: Aquesta figura mostra la distribució de les molècules en un sòlid, un cristall líquid i un líquid. Es pot observar que en el sòlid les molècules estan orientades i ordenades, en elcristall líquid estan orientades però no ordenades i en el líquid pur no estan ni orientades ni ordenades.

Existeixen tres tipus de cristall líquid, depenent de la distribució de les molècules en el compost, però per al nostre estudi, només ens interessa estudiar els cristalls líquids amb fase nemàtica, on les molècules tendeixen a distribuir-se de forma paral·lela encara que la sevadistribució és completament aleatòria.

Figura 2: Distribució de les molècules en un cristall nemàtic

Conceptes previs: birefringència y retardadors de fase
Per tal d'entendre el procediment i els mecanismes de funcionament de les pantalles LCD i les característiques òptiques que fan útil el cristall líquid haurem d'introduir dos conceptes previs: la birefringència (o doble refracció) y los retardadorsde fase.
Birefringència:
És un propietat òptica de certs materials cristal·lins, en els quals, degut a anisotropies estructurals, presenta, a la vegada, anisotropies en les propietats òptiques del material. En aquest cas s'observa com l'índex de refracció depèn de la direcció de propagació de la llum i de la seva polarització.
Figura 3: representació del que succeeix al entrar un camp dinsd'un material birefringent
Figura 5: fronts de la ona extraordinaria
Pel nostre estudi, veurem el cas per els cristalls uniaxials on només existeix un sol eix de simetria al material. A aquest eix se’l anomena eix òptic. Pels cristalls uniaxials, depenent de la polarització de la llum que penetra en el cristall respecte el pla que formen l'eix òptic i el raig incident, paral·lel operpendicular, hi haurà dos índexs de refracció diferents ne i no, respectivament. Físicament això es percebrà amb l'aparició d'una 'doble imatge'. Pel cas d'un raig de llum polaritzat perpendicularment a l'eix òptic el seu camp elèctric només es veurà afectat per no (el subíndex o es refereix a ordinari), de manera que el raig serà refractat de la manera convencional, segons la llei d'Snell, en la direccióque anomenarem ordinària. Degut a la dispersió (scattering), els electrons oscil·laran formant fronts d'ona esfèrics, que avançaran a una velocitat v⊥=c/no. Pel cas del raig polaritzat paral·lel al pla que formen l'eix òptic i el raig incident es podrà descompondre en dues components, una paral·lela i l'altre perpendicular a l'eix òptic, de manera que cada component es veurà afectada per un índexde refracció diferent. En aquest cas els electrons no és mouran formant fronts d'ona esfèrics sinó que ho faran de forma el·lipsoïdal, on un eix avançarà a v⊥ (igual que per la ona ordinària) i l'altre a v∥=c/ne, sent, evidentment, v⊥≠v∥ (figura 5). La direcció en que es mourà aquesta component camp en direm extraordinària, sent diferent de la ordinària (figura 3).

Demostració matemàtica:...