Tecno-Tapa: Pantallas de Cristal Líquido LCD

A raíz de la entrada Polarización ¡Qué sustos nos das! publicada en el insigne Blog Cuentos cuánticos, se me ocurrió que podría explicar como funcionan las pantallas de televisión LCD actuales. Así que, si te interesa saber como funcionan, esta es tú entrada.

Posibles usos de una pantalla: Dar ruedas de prensa.

El funcionamiento de los televisores es muy similar al funcionamiento de las pantallas de la viejas calculadoras, o de los relojes digitales. Así que empezaremos explicando como funcionan estos. En la siguiente figura se muestra un esquema de funcionamiento de una pantalla LCD capaz de mostrar 3 dígitos:

Partes de una pantalla LCD

Las distintas partes son:

  1. Polarizador Vertical
  2. Pantalla transparente con electródos.
  3. Capa de cristal líquido. Normalmente (Twisted Nematic)
  4. Electrodo común
  5. Polarizador Horizontal
  6. Pantalla reflectante

Para explicar el funcionamiento comenzaremos de atrás hacia adelante. La pantalla reflectante (6) es la encargada de hacer “rebotar” la luz incidente para que parte de ella pueda llegar a nuestros ojos. En las pantallas de televisión está capa se sustituirá por un sistema completo de iluminación.

La capa (5) o polarizador Horizontal, se encarga de definir un estado de polarización conocido, en este caso polarización horizontal.

La capa (4) es una capa trasparente con un tratamiento conductor de forma que podemos aplicar tensión a esta lámina, nos servirá para definir la referencia de tensión, tensión que será necesaria aplicar para orientar las moléculas del cristal líquido.

La capa (3) es una capa de cristal líquido que se encuentra contenido entre los dos electrodos (capa 2 y capa 4), los cristales líquidos son una molécula que son capaces de reaccionar ante la presencia de una tensión, orientándose en el sentido de esta, es decir las molécula cambiarán la orientación en función del voltaje, lo que provocará que cambie el estado de polarización de la luz.

La capa (2) es una capa transparente con electrodos, pero en este caso hay distintas zonas que son accesibles independientemente, es decir, se puede aplicar tensiones a una y a otras no, de forma que podemos aplicar tensión a unos segmentos (segmentos se llaman a las rayitas que van dibujando los dígitos) y a otros no, de forma que podemos variar el estado de polarización en unas zonas o en otras.

La capa (1) es un polarizador Vertical, se encarga de “detectar” el estado de polarización de la luz a la salida de la celda LCD. Si recordamos entrabamos a la celda o segmento con una luz polarizada horizontal, si no aplicamos tensión, la parte del cristal líquido está diseñado para que convierta esta polarización horizontal en polarización vertical a la salida, de esta forma si no aplicamos tensión, a la salida veremos toda la luz. Si en su caso aplicamos tensión, la celda de cristal líquido no variará el estado de polarización de entrada (horizontal) con lo cual a la salida no veremos luz, ya que tenemos un polarizador orientado perpendicular a este. Así veremos una zona oscura que será la que dibuje el dígito.

En función de la tensión que apliquemos, podremos graduar la cantidad de luz que pasa o deja de pasar, es decir controlamos el nivel de gris con el que se muestra cada segmento.

Resumiendo:

La luz incide sobre nuestra calculadora totalmente despolarizada. Se refleja en la lámina reflectante. Mediante un filtro polarizador definimos el estado de polarización de esta. Esta luz ya polarizada atraviesa una capa de cristal líquido que cambia su estado de polarización de horizontal a vertical. Pero la orientación de la polarización a la salida dependerá de la tensión aplicada. El polarizador de salida dejará pasar más o menos luz dependiendo de la orientación de la polarización tras el cristal líquido, de forma que si coincide dejará pasar toda la luz (blanco), y si es perpendicular la bloqueará (negro).

________________ … ________________

Si hemos conseguido entender el funcionamiento la calculadoras, el funcionamiento de las televisiones es exactamente el mismo, pero esta vez tenemos nuestra fuente de luz, y sustituimos los segmentos por subpíxeles, es decir hacemos estos segmentos mucho más pequeños y añadimos una capa de color para poder tener imágenes coloreadas, cada píxel de la pantalla estará formado por 3 subpíxeles de color Rojo, Verde y Azul, para poder formar cualquier color. El esquema de cada subpixel será el siguiente:

Subpíxel de una televisión en color

Como podéis imaginar lo complicado en este caso es el entramado de control, ya que cada uno de los subpíxeles debe ser direccionado independientemente. Para aplicar esta tensiones a cada subpixel es donde se encuentra la tecnología TFT (Thin Film Transistor), lo que permite construir pequeños transistores en las láminas de cristal que encierran el cristal líquido para facilitar el acceso a estos píxeles.

La tecnología usada en la iluminación trasera de la celda también definen el tipo de pantalla, ya que se pueden usar una especie de tubos de luz fluorescente, o iluminación LED.

A continuación os dejo con un vídeo de “Engineer Guy” explicando el funcionamiento, tiene subtítulos en castellano: “Enjoy it”

Por último me gustaría que os quedarais con un detalle, la luz a la salida de la pantalla está polarizada linealmente, ya que para conseguir un nivel de gris “proyectamos” el estado de polarización sobre el polarizador de salida. Comento esto porqué a partir de aquí será muy fácil conseguir una televisión en 3D. Pero esto ya será otra historia 😉

¿Nos leemos?

@guardiolajavi 

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