¿Quién inventó la pantalla LCD?

1. ¿Qué es el cristal líquido? (Cristal líquido, cristal líquido)

El cristal líquido (LC) es un material polimérico debido a sus especiales propiedades físicas, químicas y ópticas, se ha utilizado ampliamente en productos delgados y livianos desde mediados de siglo. Siglo XX. Tecnología de visualización.

Los estados familiares de la materia (también llamados fases) son gas, líquido y sólido, mientras que los menos familiares son plasma y cristal líquido (LC). La fase de cristal líquido se produce cuando una combinación de moléculas con formas especiales pueden fluir y poseer las propiedades ópticas de los cristales. La definición de cristal líquido ahora se ha ampliado para incluir sustancias que pueden estar en la fase de cristal líquido dentro de un cierto rango de temperatura y normalmente cristalizar a temperaturas más bajas. El material constitutivo del cristal líquido es un compuesto orgánico, es decir, un compuesto con carbono como centro. Los cristales líquidos que contienen dos sustancias al mismo tiempo se combinan mediante fuerzas intermoleculares. Sus propiedades ópticas especiales y su sensibilidad a los campos electromagnéticos tienen un gran valor práctico.

En 1888, un científico austriaco llamado Reinitzer sintetizó un extraño compuesto orgánico con dos puntos de fusión. Cuando su cristal sólido se calienta a 145°C, se funde en un líquido, que es simplemente turbio, mientras que todas las sustancias puras son transparentes cuando se derriten. Si se continúa calentando a 175°C, parece derretirse nuevamente y convertirse en un líquido claro y transparente. Más tarde, el físico alemán Lehmann llamó cristal al líquido turbio de la "zona media". Es como una mula que no se parece a un caballo ni a un burro, por eso algunas personas la llaman la mula del mundo orgánico. Después del descubrimiento del cristal líquido, la gente no conoció su uso. No fue hasta 1968 que la gente lo consideró así. un dispositivo electrónico. Materiales industriales.

El uso más común de los materiales de visualización de cristal líquido son los paneles de visualización de relojes electrónicos y calculadoras. ¿Por qué aparecen los números? Resulta que este material de visualización optoelectrónico líquido utiliza el efecto electroóptico del cristal líquido [1] para convertir señales eléctricas en señales visibles, como caracteres e imágenes. En circunstancias normales, las moléculas de cristal líquido están dispuestas de manera ordenada y aparecen claras y transparentes. Una vez que se aplica un campo eléctrico de CC, la disposición molecular se altera y parte del cristal líquido se vuelve opaco y de color más intenso, por lo que puede mostrarse. números e imágenes.

El efecto electroóptico del cristal líquido se refiere a su interferencia, dispersión, difracción, rotación óptica, absorción y otros fenómenos ópticos que son modulados por campos eléctricos.

Algunos compuestos orgánicos y polímeros de alto peso molecular, en solución a una determinada temperatura o concentración, tienen tanto la fluidez de un líquido como la anisotropía de un cristal. Los cristales líquidos cuyo efecto fotoeléctrico está controlado por las condiciones de temperatura se denominan cristales líquidos termotrópicos; los cristales líquidos liotrópicos están controlados por las condiciones de concentración. Los cristales líquidos para exhibición son generalmente cristales líquidos termotrópicos de bajo peso molecular.

Según la característica del cristal líquido que cambia de color, la gente lo utiliza para indicar temperatura, alarma de gas, etc. Por ejemplo, los cristales líquidos pueden cambiar de color de rojo a verde o azul a medida que cambia la temperatura. Esto da una indicación de la temperatura en un experimento. Los cristales líquidos también cambiarán de color cuando se expongan a gases tóxicos como el cloruro de hidrógeno y el ácido cianhídrico. En las plantas químicas, la gente cuelga chips de cristal líquido en la pared, una vez que se escapa una pequeña cantidad de gas venenoso y el cristal líquido cambia de color, se recuerda a la gente que revise y repare la fuga rápidamente.

Existen muchos tipos de cristales líquidos, que suelen clasificarse según las características de los puentes centrales, enlaces y anillos de las moléculas del cristal líquido. En la actualidad, se han sintetizado más de 10.000 tipos de materiales de cristal líquido, entre los cuales hay miles de materiales de visualización de cristal líquido de uso común, principalmente cristales líquidos de bifenilo, cristales líquidos de fenilciclohexano y cristales líquidos de éster. Los materiales de pantalla de cristal líquido tienen ventajas obvias: bajo voltaje de conducción, pequeño consumo de energía, alta confiabilidad, gran cantidad de información mostrada, pantalla a color, sin parpadeo, sin daño al cuerpo humano, proceso de producción automatizado, bajo costo y se pueden convertir en Varias especificaciones y tipo de pantalla LCD, fácil de transportar, etc. Por estas ventajas. Los terminales informáticos y los televisores fabricados con materiales de cristal líquido pueden reducir considerablemente su tamaño. La tecnología de pantalla de cristal líquido ha tenido un profundo impacto en la estructura de los productos de visualización e imágenes y ha promovido el desarrollo de la tecnología microelectrónica y la tecnología de la información optoelectrónica. 2. ¿Por qué se llama LCD? Líquido cristalino - cristal líquido Ya en 1850 el médico prusiano Rudolf Virchow y otros descubrieron que los extractos de fibras nerviosas contenían una sustancia inusual.

En 1877, el físico alemán Otto Lehmann utilizó por primera vez un microscopio polarizador para observar el fenómeno de la cristalización de líquidos, pero no entendía la causa de este fenómeno.

Friedrich Reinitzer, un fisiólogo vegetal de la Universidad Alemana de Praga, Austria, estaba estudiando el papel del colesterol en las plantas calentando benzoato de colesterol en 1883. El 14 de marzo, se observó un comportamiento inusual del benzoato de colesterol durante el proceso de fusión en caliente. fue observado. Se funde a 145,5°C, produciendo una turbidez brillante. Cuando la temperatura aumenta a 178,5°C, el brillo desaparece y el líquido se vuelve transparente. Cuando este líquido transparente se enfría ligeramente, la turbidez reaparece y aparece azul por un instante. El color es azul violeta justo antes de que comience la cristalización.

Después de confirmar repetidamente su descubrimiento, Lenizer pidió consejo al físico alemán Lehmann. En ese momento, Lehman construyó un microscopio con función de calentamiento para explorar el proceso de enfriamiento y cristalización de cristales líquidos. Posteriormente, añadió un polarizador, que era el mejor instrumento para el estudio en profundidad de los compuestos de Lehniezer. A partir de entonces, la energía de Lehman se centró completamente en este tipo de material. Inicialmente lo llamó cristal blando, luego lo rebautizó como fluido cristalino. Finalmente, estaba convencido de que las propiedades de la luz polarizada eran exclusivas de los cristales, y el nombre Fliessende kristalle (Fliessende kristalle) era correcto. La diferencia entre este nombre y LCD (Flussige kristalle) está a sólo un paso. Lenizer y Lehmann fueron conocidos más tarde como los padres de los cristales líquidos.

Los oxiazoéteres sintetizados por L. gattermann y A Ristschke también fueron identificados como cristales líquidos por Lehman. Pero en el siglo XX, científicos famosos como G. Tammann pensaban que las observaciones de Lehman eran simplemente un fenómeno de cristales extremadamente finos suspendidos en un líquido para formar un coloide. W. Nernst creía que los cristales líquidos son simplemente una mezcla de tautómeros de compuestos. Sin embargo, los esfuerzos del químico D. Vorlander le permitieron predecir qué tipo de compuestos tenían más probabilidades de exhibir propiedades de cristal líquido a través de la experiencia adquirida, y luego sintetizó estos compuestos y la teoría quedó probada.

Propiedades físicas de los cristales líquidos

Cuando el cristal líquido está energizado, la disposición se vuelve ordenada, permitiendo que la luz pase fácilmente; cuando no está energizado, la disposición es caótica, impidiendo; que la luz pase. Deje que el cristal líquido bloquee o permita que la luz penetre como una puerta. Técnicamente hablando de manera simple, el panel LCD contiene dos piezas de un material de vidrio libre de sodio bastante delicado, llamados sustratos, con una capa de cristal líquido intercalada entre ellas. Cuando los rayos de luz pasan a través de esta capa de cristal líquido, los propios cristales líquidos se colocarán en filas o se retorcerán en formas irregulares, bloqueando o permitiendo así que los rayos de luz pasen suavemente. La mayoría de los cristales líquidos son compuestos orgánicos, compuestos de moléculas largas en forma de varilla. En su estado natural, los ejes largos de estas moléculas en forma de varillas son aproximadamente paralelos. Vierta el cristal líquido en una superficie ranurada finamente mecanizada y las moléculas del cristal líquido se alinearán a lo largo de las ranuras, de modo que si esas ranuras son perfectamente paralelas, entonces las moléculas también serán perfectamente paralelas. 3 ¿Qué más está hecho de cristal líquido? Una consecuencia de la disposición de las moléculas de cristal líquido es la dispersión selectiva de la luz. Debido a que la disposición puede verse afectada por fuerzas externas, los materiales de cristal líquido tienen un gran potencial para la fabricación de dispositivos. Los cristales líquidos nemáticos quirales ubicados entre dos placas de vidrio pueden formar diferentes texturas después de ciertos procedimientos.

El cristal líquido de tipo esteroide, que refleja selectivamente la luz debido a su estructura en espiral, utiliza polarización circular en luz blanca. El más simple es un termómetro fabricado según el principio de cambio de color (un termómetro que se ve a menudo en). peceras). En el tratamiento médico, el cáncer de piel y el cáncer de mama también se pueden detectar aplicando cristales líquidos de esteroides en áreas sospechosas y luego comparando el color con la piel normal (debido a que las células cancerosas se metabolizan más rápido que las células comunes, la temperatura será más alta que la de las células comunes).

Los campos eléctricos y magnéticos tienen una gran influencia en los cristales líquidos. El comportamiento dieléctrico de la fase nemática del cristal líquido es la base de diversas aplicaciones optoelectrónicas (el uso de materiales de cristal líquido para fabricar pantallas con electricidad aplicada externamente). campos, en 1970 Se han desarrollado rápidamente desde la década de 1990 porque tienen muchas ventajas, como tamaño pequeño, consumo de energía mínimo, bajo voltaje de funcionamiento y diseño sencillo de paneles multicolores.

Sin embargo, debido a que no son pantallas luminosas, las limitaciones de claridad, ángulo de visión y temperatura ambiente en lugares oscuros no son las ideales. En cualquier caso, resulta muy ventajoso que las pantallas de televisión y de ordenador estén fabricadas con material de cristal líquido. En el pasado, las pantallas grandes estaban sujetas a requisitos de alto voltaje y el tamaño y peso del transformador eran indescriptibles. De hecho, los sistemas electrónicos de proyección de color también pueden utilizar cristales líquidos nemáticos quirales para fabricar paneles polarizadores, filtros y reguladores fotoeléctricos. 4. ¿Cómo se utiliza la pantalla LCD en las computadoras y quién la inventó? La pantalla de cristal líquido, o LCD (Liquid Crystal Display), es un dispositivo de visualización plano y ultradelgado que consta de una cierta cantidad de píxeles en color o en blanco y negro y se coloca frente a una fuente de luz o una superficie reflectante. Las pantallas LCD consumen muy poca energía, lo que las hace populares entre los ingenieros para su uso en dispositivos electrónicos que funcionan con baterías.

Cada píxel se compone de las siguientes partes: una fila de moléculas de cristal líquido suspendidas entre dos electrodos transparentes (óxido de indio y estaño) y dos filtros polarizadores con direcciones de polarización perpendiculares entre sí si no hay inter. -electrodo En el caso de los cristales líquidos, la luz que pasa a través de un filtro seguramente será bloqueada por el otro. El cristal líquido gira la dirección de polarización de la luz que pasa a través de un filtro, de modo que pueda pasar a través del otro.

Las moléculas de cristal líquido están cargadas. Si se añade una pequeña cantidad de carga al electrodo transparente de cada píxel o subpíxel, las moléculas de cristal líquido girarán mediante la fuerza electrostática y la luz que pasa. También se girará, cambiando una cierta cantidad de ángulo para que pueda pasar a través del filtro polarizador.

Antes de agregar cargas al electrodo transparente, las moléculas de cristal líquido se encuentran en un estado libre. Las cargas en las moléculas hacen que estas moléculas formen una espiral o un anillo (en algunas pantallas LCD, la forma de cristal). sustancias químicas de los electrodos La superficie sirve como semilla para el cristal, por lo que las moléculas cristalizan en el ángulo deseado. La luz que pasa a través de un filtro gira después de pasar a través del chip líquido, permitiendo que la luz pase a través de otro polarizador. la luz es absorbida por el polarizador, pero el resto del dispositivo es transparente.

Después de añadir cargas al electrodo transparente, las moléculas de cristal líquido se alinearán a lo largo de la dirección del campo eléctrico, limitando así la rotación de la dirección de polarización de la luz transmitida si las moléculas de cristal líquido están completamente. dispersado, la dirección de polarización de la luz que pasa será completamente perpendicular al segundo polarizador, por lo que estará completamente bloqueado por la luz. En este momento, el píxel no emite luz controlando la dirección de rotación del cristal líquido. cada píxel, podemos controlar la luz que ilumina el píxel, tanto como sea posible.

Muchas pantallas LCD se vuelven negras bajo la acción de la corriente alterna. La corriente alterna destruye el efecto espiral del cristal líquido. Cuando se corta la corriente, la pantalla LCD se vuelve brillante o transparente.

Para ahorrar energía, la pantalla LCD utiliza un método de multiplexación. En el modo de multiplexación, los electrodos en un extremo se conectan entre sí en grupos, cada grupo de electrodos se conecta a una fuente de alimentación y los electrodos. en el otro extremo también están conectados en grupos. Cada grupo está conectado al otro extremo de la fuente de alimentación. El diseño del grupo garantiza que cada píxel esté controlado por una fuente de alimentación independiente o el software que controla el dispositivo electrónico. la secuencia de encendido/apagado de la fuente de alimentación para controlar la visualización de los píxeles.

Los indicadores para probar pantallas LCD incluyen los siguientes aspectos importantes: tamaño de la pantalla, tiempo de respuesta (tasa de sincronización), tipo de matriz (activa y pasiva), ángulo de visión, colores admitidos, brillo y contraste, resolución y pantalla. relaciones de aspecto, así como interfaces de entrada (como interfaces visuales y matrices de visualización de video).

Inventor: La primera pantalla LCD operativa se basó en el modo de dispersión dinámica (DSM), desarrollado por un equipo dirigido por George Heilman de RCA. Hellman fundó Optel, una empresa que desarrolló una serie de LCD basados ​​en esta tecnología. En diciembre de 1970, el Centro y los Laboratorios Centrales Helfrich Hofmann-Le Roque registraron como patente en Suiza el efecto del campo nemático giratorio de los cristales líquidos. En 1969, James Ferguson descubrió el efecto de campo nemático rotacional de los cristales líquidos en la Universidad Estatal de Kent en Ohio, EE.UU., y registró la misma patente en Estados Unidos en febrero de 1971. En 1971, su empresa (ILIXCO) produjo la primera pantalla LCD basada en esta característica, que rápidamente reemplazó a la inferior pantalla LCD tipo DSM.

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