Monitores LCD

Historia

1887

Friedrich Reinitzer (1858-1927) descubrió que el colesterol extraído de zanahorias es un cristal líquido (es decir, descubre la existencia de dos puntos de fusión y la generación de colores), y publicó sus conclusiones en una reunión de la Sociedad Química de Viena sobre el 3 de mayo de 1888 (F. Reinitzer: Zur Kenntniss de Cholesterins, Monatshefte für Chemie (Wien/Viena) 9, 421-441 (1888)).

1904

Otto Lehmann publica su obra Cristales líquidos.

1911

Charles Mauguin describe la estructura y las propiedades de los cristales líquidos.

1936

La compañía Marconi Wireless Telegraph patenta la primera aplicación práctica de la tecnología, The Liquid Crystal Light Valve.

1960 a 1970

El trabajo pionero en cristales líquidos se realizó en la década de 1960 por el "Royal Radar Establishment" de Reino Unido en Malvern. El equipo de RRE apoyó la labor en curso por George Gray y su equipo de la Universidad de Hull, quien finalmente descubrió la cyanobiphenyl de los cristales líquidos (que tenía unas propiedades correctas de estabilidad y temperatura para su aplicación en los LCD).

1962

La primera gran publicación en inglés sobre el tema: Estructura molecular y propiedades de los cristales líquidos, por el George W. Gray.

Richard Williams de RCA encontró que había algunos cristales líquidos con interesantes características electro-ópticas y se dio cuenta del efecto electro-óptico mediante la generación de patrones de bandas en una fina capa de material de cristal líquido por la aplicación de un voltaje. Este efecto se basa en una inestabilidad hidrodinámica formada, lo que ahora se denomina "dominios Williams" en el interior del cristal líquido.

1964

En el otoño de 1964 George H. Heilmeier, cuando trabajaba en los laboratorios de la RCA en el efecto descubierto por Williams se dio cuenta de la conmutación de colores inducida por el reajuste de los tintes de dicroico en un cristal líquido homeotrópicamente orientado. Los problemas prácticos con este nuevo efecto electro-óptico hicieron que Heilmeier siguiera trabajando en los efectos de la dispersión en los cristales líquidos y, por último, la realización de la primera pantalla de cristal líquido de funcionamiento sobre la base de lo que él llamó la dispersión modo dinámico (DSM). La aplicación de un voltaje a un dispositivo DSM cambia inicialmente el cristal líquido transparente en una capa lechosa, turbia y estatal. Los dispositivos DSM podrían operar en modo transmisión y reflexión, pero requieren un considerable flujo de corriente para su funcionamiento.

1970

El 4 de diciembre de 1970, la patente del efecto del campo twisted nematic en cristales líquidos fue presentada por Hoffmann-LaRoche en Suiza (Swiss patente N º 532.261), con Wolfgang Helfrich y Martin Schadt (que trabajaba para el Central Research Laboratories) donde figuran como inventores. Hoffmann-La Roche, entonces con licencia de la invención se la dio a la fábrica suiza Brown, Boveri & Cie, quien producía dispositivos para relojes durante los años 1970 y también a la industria electrónica japonesa que pronto produjo el primer reloj de pulsera digital de cuarzo con TN, pantallas LCD y muchos otros productos. James Fergason en Kent State University presentó una patente idéntica en los Estados Unidos del 22 de abril de 1971. En 1971 la compañía de Fergason ILIXCO (actualmente LXD Incorporated) produjo los primeros LCD basados en el efecto TN, que pronto sustituyó a la mala calidad de los tipos DSM debido a las mejoras en los voltajes de operación más bajos y un menor consumo de energía.

1972

La primera pantalla de matriz activa de cristal líquido se produjo en los Estados Unidos por Peter T. Brody.

Más

Una descripción detallada de los orígenes y de la compleja historia de las pantallas de cristal líquido desde la perspectiva de una persona interna desde los primeros días ha sido publicado por Joseph A. Castellano en Liquid Gold, The Story of Liquid Crystal Displays and the Creation of an Industry. La misma historia vista desde una perspectiva diferente se ha descrito y publicado por Hiroshi Kawamoto (The History of Liquid-Crystal Displays , Proc. IEEE, Vol. 90, Nº 4, abril de 2002), este documento está disponible al público en el IEEE History Center.

Monitores LCD (Liquid Crystal Display)

Los monitores LCD (Liquid Crystal Display - Monitores de Cristal Líquido) son considerados indispensables para el uso de la computadora, ocupan menos espacio, consumen menos energía y son más confortables para la vista.

Monitor LCD

La tecnología LCD permite mostrar imágenes monocromáticas o color y animaciones en prácticamente cualquier dispositivo, sin la necesidad de un tubo de imagen, como sucede con los monitores CRT.

Las pantallas de LCD están formadas por un material denominado cristal líquido. Las moléculas de ese material son distribuidas entre dos láminas transparentes polarizadas. Esa polarización es orientada de manera diferente en las dos láminas, de forma que se formen ejes polarizadores perpendiculares, como si formaran un ángulo de 90º. A groso modo, es como si una lámina recibiera polarización horizontal y la otra polarización vertical.

Las moléculas de cristal líquido son capaces de orientar la luz. Cuando una imagen es mostrada en un monitor LCD, elementos eléctricos presentes en las láminas generan campos magnéticos que inducen al cristal líquido a "guiar" la luz que entra de la fuente luminosa para formar el contenido visual. Sin embargo, una tensión diferente puede ser aplicada, haciendo que las moléculas de cristal líquido se alteren de manera que impidan el pasaje de la luz.

Pantalla TFT Celular

En la pantallas monocromáticas (comunes en relojes, calculadoras, etc.), las moléculas asumen dos estados: transparentes (la luz pasa) y opaco (la luz no pasa). Para pantallas que muestran colores, diferentes tensiones y filtros que trabajan sobre la luz blanca son aplicados a las moléculas.

La luz del dispositivo, por su parte, puede provenir de focos especiales (generalmente fluorescentes) o de leds. Es válido recordar que, en el caso de dispositivos LCD con bombilla, éstas tienen una duración determinada. En el mercado, es posible encontrar monitores LCD cuyas bombillas duran 20 mil horas, 30 mil y hasta 50 mil horas.

Tipos de LCD

La tecnología LCD puede dividirse en diversos tipos.

TN (Twisted Nematic): es un tipo encontrado en los monitores LCD más baratos. En ese tipo, las moléculas de cristal líquido trabajan en ángulos de 90º. Los monitores que usan TN pueden tener una exhibición de imagen desmejorada en animaciones muy rápidas. STN (Super Twisted Nematic): es una evolución del standard TN, capaz de trabajar con imágenes que cambian de estado rápidamente. Además de eso, sus moléculas tienen movimientos mejorados, haciendo que el usuario consiga ver la imagen del monitor satisfactoriamente en ángulos muchas veces superiores a 160º.

GH (Guest Host): el GH es una especie de pigmento contenido en el cristal líquido que absorbe la luz. Ese proceso ocurre de acuerdo al nivel del campo eléctrico aplicado. Con esto, es posible trabajar con varios colores.

In-plane switching (IPS): In-plane switching es una tecnología LCD que alinea las celdas de cristal líquido en una dirección horizontal. En este método, el campo eléctrico se aplica a través de cada uno de los extremos del cristal, pero esto requiere dos transistores por cada píxel en vez de un transistor que era lo necesario para una pantalla estándar TFT. Esto hace que se produzca un mayor bloqueo del área de transmisión, también requiere un mayor brillo de fondo, el cuál consumirá más energía, haciendo este tipo de pantalla menos deseable para los ordenadores portátiles.

Vertical alignment (VA): Las pantallas vertical alignment, VA, son una forma de pantallas LCD en las que el material de cristal líquido se encuentra en un estado vertical eliminando la necesidad de los transistores extras (como en el IPS). Cuando no se aplica voltaje, la celda de cristal líquido, sigue siendo perpendicular al sustrato creando una pantalla negra.

Esquema construcción LCD

Pantalla de corriente cero (biestable)

El zenithal bistable device (ZBD), desarrollado por QinetiQ (anteriormente DERA), puede mantener una imagen sin corriente. Los cristales pueden existir en una de las dos orientaciones estables (negro y blanco) y la corriente sólo es necesaria para cambiar la imagen. ZBD Displays es una empresa derivada de QinetiQ la cuál fabrica dispositivos ZBD tanto en escala de grises como en color.

Una empresa francesa, Nemoptic, ha desarrollado otro papel potencia-cero, al igual que la tecnología LCD se ha producido en masa desde julio de 2003. Esta tecnología está destinada para su uso en aplicaciones tales como electronic shelf labels, libros electrónicos, documentos electrónicos, periódicos electrónicos, diccionarios electrónicos, sensores industriales, Ultra Mobile PC, etc. Las pantallas de cristal líquido de potencia cero son una categoría de papel electrónico.

Kent Displays también ha elaborado una pantalla de "no corriente" que se utiliza en los Polymer Stabilized Cholesteric Liquid Cristales o Polímero Estabilizado de Cristales Líquidos Colestéricos (ChLCD). El principal inconveniente a la ChLCD es su lenta tasa de refresco, especialmente con bajas temperaturas.

En 2004 los investigadores de la Universidad de Oxford demostraron también dos nuevos tipos de LCD de potencia

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