Cristalli liquidi: perché quelli solidi non ci piacevano

Billy, ti sei mai chiesto cosa sia un cristallo?

No, in effetti non credo, tuttavia sono quasi certo che tu abbia una tua idea, per quanto possa essa essere semplice (molto semplice) a riguardo, e immagino che questa volta non debba essere nemmeno troppo lontana dalla realtà.

Un cristallo non è una cosa astratta o complicata, tutti ne abbiamo esperienza diretta: “è un oggetto solido costituito da atomi, molecole o ioni aventi una disposizione geometricamente regolare, che si ripete indefinitamente nelle tre dimensioni spaziali”.

Forse è proprio questa regolarità in un mondo che tende inesorabilmente al disordine e ad aumentare la propria entropia a rendere questi oggetti così attraenti ai nostri (i tuoi soprattutto Billy) suscettibili occhi. Adesso però ti propongo un quesito che ti saresti dovuto porre!

Abbiamo detto che i nostri amici luccicanti sono compatti, consistenti. Ma allora cosa intendevano al Mediaworld quando ti hanno venduto quel colosso attraverso cui guardi svaccato Real time parlando di schermo LCD? Cristalli liquidi?

OMG! Come è possibile?

Il cristallo liquido è una particolare forma della materia in cui le molecole si trovano a metà.
In un solido cristallino le molecole mostrano un alto grado di ordine sia posizionale che orientazionale, con pochissimi gradi di libertà traslazionali.
In un liquido isotropo, al contrario, le molecole non hanno alcun ordine particolare e possiedono ampia libertà di movimento.
Le molecole di un cristallo liquido si collocano appunto in una posizione intermedia, conservando una certa libertà traslazionale si possono muovere mantenendo la fluidità dei liquidi pur con la tendenza ad assumere posizioni ed orientazioni preferenziali tipica dei cristalli.

Ci terrei a farti sapere che molte più sostanze di quelle che pensi possono essere ricondotte a questa mesofase, come ad esempio le ragnatele, le membrane cellulari, i virus … addirittura lo shampoo!

Perché questo modo particolare della materia di aggregarsi ci è utile?

Beh, mio villico amico, pensa bene per esempio alle bolle di sapone: hai mai notato la varietà di colori che sono in grado di riflettere quando sono colpite da una fonte luminosa?

L’applicazione più nota dei cristalli liquidi riguarda proprio le loro proprietà ottiche, in particolare quella della birifrangenza, che consiste nella “scomposizione di un raggio di luce in due raggi e che avviene quando esso attraversa particolari mezzi anisotropi”, cioè che manifestano una determinata proprietà in base alla direzione in cui un oggetto la subisce o la manifesta.
E’ esattamente in questo modo che funziona lo schermo del tuo Game-boy!

Starai pensando: se questa è una proprietà già posseduta da i cristalli solidi, perché complicarsi la vita con quelli liquidi?

Un LCD ( liquid-crystal display) è compreso fra due superfici finemente corrugate in cui i rilievi di una superficie sono perpendicolari a quelle dell’altra, dietro le quali si trovano delle lampade al neon dette lampade di retroilluminazione e dei filtri polarizzanti.
La luce che passa attraverso il dispositivo modifica la propria polarizzazione seguendo l’orientamento che le molecole assumono conseguentemente alla differenza di un angolo retto nelle increspature; esse tendono grazie alla loro libertà di movimento (che non avrebbero se il cristallo fosse un normale cristallo fissato in un reticolo) ad assumere dunque una struttura elicoidale.
Se questa fosse assente la luce, attraversando il filtro a polarizzazione orizzontale, passerebbe solo per metà, e precisamente passerebbe solo la componente orizzontale; il raggio di luce viene pertanto polarizzato in senso orizzontale dal primo filtro. Quando raggiunge il secondo filtro, che ha polarizzazione verticale, soltanto la componente verticale della luce riesce a passare, ma dal momento che la luce è già stata polarizzata la sua componente verticale è scomparsa, dal secondo filtro non esce praticamente nulla.

Spostando invece l'orientazione del cristallo che, in quanto liquido non è intrappolato nella sua rigida struttura, la luce entra nel primo filtro e viene polarizzata in senso orizzontale (perdendo la componente verticale), attraversa il cristallo subendo una rotazione di 90° (da orizzontale diventa verticale), quindi può attraversare indisturbata il secondo filtro a polarizzazione verticale … quindi Billy NO! Se avessi usato un cristallo normale, del sale grosso, o un orecchino della nonna non sarebbe stata la stessa cosa!

Ora non mi interrompere ed apprendi!

Esternamente a questi due strati sono dunque posti due filtri polarizzanti perpendicolari tra loro. La luce è normalmente in grado di attraversare, dopo essere stata polarizzata, entrambi i filtri. Per rendere il nostro display non illuminato non possiamo però inserire uno zircone nello schermo!

Come facciamo?

Semplice Billy! Applichiamo al nostro liquido/solido/oggettomaggico un campo elettrico esterno perpendicolare ai piani delle due lastre la situazione cambia e le molecole tenderanno ad orientarsi con il campo, la struttura elicoidale viene dunque rotta e di conseguenza la fase liquido-cristallina non è più in grado di ruotare il piano di polarizzazione della luce incidente.
La radiazione che esce verticalmente viene quindi bloccata dal secondo polarizzatore ed il cristallo appare di conseguenza nero.

Un display LCD è dunque composto da tante piccole zone (i famosi pixel) ognuna comandata da un singolo contatto elettrico, che appaiono nere o illuminate a seconda se siano o meno sottoposte ad un campo elettrico esterno.

E come è possibile che il mio schermo riesca a riprodurre tutti i colori delle magliette della serie A?

Mio caro, carissimo Billy-stolto per far apparire sulla tua tv ogni serie di trivialità sarà sufficiente applicare non una luce monocromatica, bensì una luce bianca che ...

Perché proprio bianca? 

Non mi interrompere mai più Billy! E poi dovresti leggere qualche nostro articolo che evidentemente ti sei perso se fai queste stupide domande!

Comunque... Il motivo è che questa possiede tutte le lunghezze d' onda comprese nello spettro visibile e potranno alla fine del processo che ti ho precedentemente spiegato attraversare dei filtri colorati (rosso, verde o blu) detti subpixel, talmente piccoli che l’occhio percepisce  un’unica tonalità cromatica risultante dalla somma delle tre componenti primarie, in modo che il cristallo appaia colorato.

Ma ci sono tanti tipi di fucsia! Più chiaro, più scuro, meno fucsia e..

Lo so Billy, c'è il modo anche di regolare le sfumature: esse saranno più o meno intense in base alla tensione applicata al pixel in modo da far apparire sul tuo display non solo Barbara Durso, ma anche National Geographic, e con questo concludo, ci siamo capiti Billy.