提起計算器、手機以及液晶顯示器，大家都很熟悉。也許你曾經(jīng)思考過：它們的屏幕是如何顯示文字和圖像的呢？這就不得不提到它們屏幕都采用的一種關鍵材料——液晶。那么，什么是液晶呢？液晶是一種性能介于液體和晶體之間的一種有機高分子材料，它既有液體的流動性，又有晶體結構排列的有序性。液晶的發(fā)現(xiàn)已經(jīng)有100多年的歷史了，最早可追溯到1888年，奧地利植物學家萊尼茨爾在做加熱膽甾醇苯甲酸酯結晶的實驗時發(fā)現(xiàn)：在145.5℃時，結晶熔解為混濁粘稠的液體，加熱到178.5℃時，則形成了透明的液體。第二年，德國物理學家萊曼用偏光顯微鏡觀察時，發(fā)現(xiàn)這種材料具有雙折射現(xiàn)象，他闡明了這一現(xiàn)象，并提出了“液晶”這一學術用語，現(xiàn)在人們公認這兩位科學家是液晶領域的創(chuàng)始人。目前已有75000多種液晶物質(zhì)，多數(shù)為脂肪族、芳香族和膽甾族化合物。 大多數(shù)液晶高分子是棒狀分子。人們根據(jù)分子排列的不同把液晶分為膽甾相，近晶相，向列相等形態(tài)。低溫下它是晶體結構，高溫時則變?yōu)橐后w，在中間溫度則以液晶形態(tài)存在。目前，各種形態(tài)的液晶材料基本上都用于開發(fā)液晶顯示器（簡稱LCD），已經(jīng)開發(fā)的有各種向列相液晶、鐵電液晶和聚合物分散液晶顯示器等，其中市場份額最大、發(fā)展最快的就是向列相液晶顯示器。液晶是如何顯示的呢？首先要介紹一下偏振片，它是一種特殊器件，它只允許偏振方向與它的偏振化方向平行的光透過。普通自然光是一種復合光，它在各方向都偏振，因此可以通過偏振片（圖1左），透射光的偏振方向與偏振化方向平行。但是，如果讓兩個偏振片的偏振化方向相互垂直，則由于第一次出射光的偏振方向與第二個偏振片的偏振化方向垂直，因此光不能通過第二個偏振片（圖1右）。


偏振片 偏振片1 偏振片2
圖1 偏振片透光原理示意圖
如果把液晶放在兩個偏振片之間，如圖2所示，情況會發(fā)生變化。在向列相液晶中，棒狀分子的排列是彼此平行的。在玻璃上涂一層特殊物質(zhì)可以使靠近玻璃板的液晶分子朝某一方向排列，如果上下兩玻璃板的定向是彼此垂直的，則液晶分子將采取逐漸過渡的方式被扭轉(zhuǎn)成螺旋狀。此時如果有光線從上端進入，通過第一個偏振片后，將被液晶分子逐漸改變偏振方向（從上至下旋轉(zhuǎn)了90度），因為這種螺旋結構的液晶具有調(diào)制光線偏振方向的特性，光線最終可以從下端射出。圖2中同時用紙片作為模型類比，這個原理就可以直觀的表現(xiàn)出來。如果兩玻璃板之間被加上電壓，則分子排列方向?qū)⑴c電場方向平行，光線則不能通過第二個極板（與圖1右端情況類似）。圖2右端是顯示出來的數(shù)字7。這就是黑白顯示器顯示原理，當然，要能顯示各種圖像還需要先進的制造技術以及復雜的控制電路。至于彩色液晶顯示器就更復雜了，在此不作介紹。