Miras tu reloj. No piensas en física. Sólo quieres saber si llegas tarde. Sin embargo, si el cuarzo del interior no funciona, llegarás tarde. Si la pantalla se apaga, no lo sabrás hasta que verifiques la hora.
El cuarzo y el cristal líquido ni siquiera se encuentran en el mismo estado. Sin embargo, estos son la columna vertebral de los relojes digitales. Sin ellos, un reloj normal y corriente sería sólo una pulsera.
¿Qué es exactamente el cuarzo?
Los cristales están por todas partes. El cuarzo es uno de los minerales más abundantes de la tierra. Los científicos lo llaman dióxido de silicio. Esto también se puede ver en la joyería. Lo ves en papel de lija. También lo ves dentro de tu teléfono y televisor.
El secreto es la piezoelectricidad.
Cuando presionas el cristal, se crea una carga eléctrica. Ponle una carga eléctrica y vibra. Este efecto piezoeléctrico inverso es la razón por la que el cuarzo es tan adecuado para medir el tiempo. Necesita muy poca energía para seguir moviéndose.
¿Por qué los relojes digitales necesitan una pantalla de cristal líquido?
Los cristales líquidos son diferentes. No son una sola sustancia. Fueron descubiertos por primera vez en el siglo XIX. Los científicos estaban estudiando el colesterol. Descubrieron el cuarto estado de la materia.
Las moléculas tienen forma de varilla o de placa. Fluyen como un líquido. Pero mantienen la alineación y el orden de los sólidos. Cuando la luz los atraviesa, sus propiedades ópticas cambian. Esto los hace ideales para exhibiciones.
El primer reloj con pantalla LCD se lanzó al mercado en 1973. Desde entonces, las pantallas LCD han sustituido a los ordenadores y televisores. Los números se muestran en la pantalla LCD del reloj.
¿Cómo dice el cuarzo la hora?
Un reloj de cuarzo digital tiene cinco partes principales. Se necesita un mecanismo de sincronización. Necesitas una pantalla. Necesitas un circuito integrado. Necesitas una batería. Necesitas una placa de circuito.
Este no es un reloj mecánico. Los relojes mecánicos deben tener cuerda. Usan engranajes. No utilizan cuarzo. Los engranajes también se utilizan en relojes analógicos. No suelen utilizar cristales líquidos. Los relojes digitales de cuarzo utilizan ambos.
El cuarzo es un cronometrador. Seiko introdujo esto en sus relojes en 1969 y rápidamente se convirtió en el estándar.
La precisión es alta. La hora mostrada puede variar unos segundos por mes. ¿Por qué? Esto se debe a que el cuarzo tiene una frecuencia vibratoria muy alta. Es piezoeléctrico, por lo que consume poca energía. Una sola pila alcalina puede durar varios años.
La batería transfiere una pequeña cantidad de carga eléctrica al circuito integrado. Este circuito está conectado al oscilador de cristal mediante pequeños electrodos. La corriente hace que el cristal vibre.
Las vibraciones están estandarizadas. Observe cómo los osciladores de cuarzo vibran 32.768 veces por segundo. Es 32,768 kilohercios. El circuito integrado cuenta estas vibraciones. Mide los intervalos. Artículos de segunda clase. Minutos. tiempo.
En cada intervalo, el circuito envía un pulso eléctrico. ¿A dónde va el pulso? A la pantalla de cristal líquido.
La realidad de la desviación
La industria estandariza la vibración. Pero la realidad es confusa. El oscilador vibra un poco más o un poco menos. Depende de la temperatura. Depende de la presión.
Este reloj es lo suficientemente preciso para el uso diario. Pero las desviaciones se acumulan. Cada mes puedes perder unos segundos. No es perfecto. Pero es lo suficientemente bueno como para llevarlo a su próxima cita.
Cómo funciona la pantalla
Los impulsos del circuito integrado golpean la pantalla de cristal líquido. Los cristales líquidos cambian su disposición. Bloquean o dejan pasar la luz. Esto crea los números que aparecen en la esfera del reloj.
El proceso es silencioso. Es eficiente. Se basa en una extraña danza entre cristales que vibran y líquidos que fluyen.
Consultas tu reloj. Se mostrará un número. Deberías irte. Nunca más volverás a pensar en el sílice o los derivados del colesterol. Hasta que se agote la batería. O la pantalla se oscurece. Entonces lo recuerdas.
La técnica es sencilla. La física es complicada. El resultado es sólo un número.
El cuarzo registra pequeños momentos que la gente no puede percibir. Los cristales líquidos transforman este ritmo invisible en algo que podemos leer. Uno está midiendo el tiempo. Otro lo demuestra. Juntos, estos garantizan que su agenda permanezca intacta.
Giro de cristal líquido
Las pantallas LCD están extrañamente espaciadas. No es muy duradero. Hay menos líquido. Sus propiedades ópticas lo hacen ideal para una pantalla nemática trenzada (TN), que es el estándar para la mayoría de los relojes digitales.
Dentro de esta pantalla, las moléculas están dispuestas en una espiral retorcida. Piense en ellos como pequeños sacacorchos. La aplicación de un pulso eléctrico (fuerza externa) rompe estos enlaces. Este cambio físico cambia la forma en que viaja la luz.
Entre la luz y la electricidad
Las pantallas LCD son básicamente sándwiches. Tiene dos piezas de cristal. Ambos conducen electricidad. Entre ellos se encuentran los químicos de cristal líquido.
Ésta es la parte difícil. Cada placa tiene un filtro polarizador. Los filtros están orientados en un ángulo de 90 grados entre sí. Normalmente, las moléculas de cristal líquido están alineadas paralelas a estos filtros. La luz ambiental se refleja en el espejo de abajo. ¿El resultado? Fondo reflectante plateado. Por eso la esfera del reloj parece metálica en la oscuridad.
Pero si se aplica una carga eléctrica, las moléculas se voltean. Corren perpendiculares al filtro. Los filtros absorben toda la luz. Las células se vuelven negras.
“Cuando agregas una carga a una pantalla de cristal líquido, las moléculas cambian su orientación… dejando celdas negras en la pantalla”.
Cuenta los segundos
Los circuitos integrados se encargan del trabajo pesado. Recibe datos de tiempo del oscilador de cuarzo. Este circuito envía impulsos eléctricos a intervalos regulares, como cada segundo, minuto u hora.
Estos pulsos le indican a la pantalla LCD qué partes encender o apagar. La pantalla está dividida en varias partes. La mayoría de los dígitos utilizan un diseño de siete segmentos. Esto muestra los números del 0 al 9. Si cambias un segmento, tres se convierten en dos. Un cinco se convierte en un seis.
Algunas pantallas utilizan secciones de 14 segmentos. Estos tienen más células. Pueden mostrar letras, no sólo números. Sin embargo, en lo que respecta a la sincronización, prevalecen los modelos de siete segmentos. De esta manera puedes leer 12:15 un segundo y 12:16 al siguiente.
Una asociación improbable
El cuarzo y el cristal líquido son materiales fundamentalmente diferentes. Su propósito es completamente diferente. El cuarzo oscila. Los cristales líquidos bloquean o transmiten la luz.
Pero sin esta asociación estaríamos perdidos. El cuarzo proporciona los latidos del corazón. El cristal líquido aporta el rostro. Sin uno, el otro es sólo una casilla de verificación o una pantalla en blanco.
