提起計(jì)算器、手機(jī)以及液晶顯示器，大家都很熟悉。也許你曾經(jīng)思考過(guò)：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(guān)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(jī)高分子材料，它既有液體的流動(dòng)性，又有晶體結(jié)構(gòu)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(xué)家萊尼茨爾在做加熱膽甾醇苯甲酸酯結(jié)晶的實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)：在145.5℃時(shí)，結(jié)晶熔解為混濁粘稠的液體，加熱到178.5℃時(shí)，則形成了透明的液體。第二年，德國(guó)物理學(xué)家萊曼用偏光顯微鏡觀察時(shí)，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(xué)術(shù)用語(yǔ)，現(xiàn)在人們公認(rèn)這兩位科學(xué)家是液晶領(lǐng)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(jié)構(gòu)，高溫時(shí)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(jiǎn)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(chǎng)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(guò)。普通自然光是一種復(fù)合光，它在各方向都偏振，因此可以通過(guò)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(gè)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(gè)偏振片的偏振化方向垂直，因此光不能通過(guò)第二個(gè)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(gè)偏振片之間，如圖2所示，情況會(huì)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(guò)渡的方式被扭轉(zhuǎn)成螺旋狀。此時(shí)如果有光線從上端進(jìn)入，通過(guò)第一個(gè)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?yàn)檫@種螺旋結(jié)構(gòu)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(shí)用紙片作為模型類比，這個(gè)原理就可以直觀的表現(xiàn)出來(lái)。如果兩玻璃板之間被加上電壓，則分子排列方向?qū)⑴c電場(chǎng)方向平行，光線則不能通過(guò)第二個(gè)極板（與圖1右端情況類似）。圖2右端是顯示出來(lái)的數(shù)字7。這就是黑白顯示器顯示原理，當(dāng)然，要能顯示各種圖像還需要先進(jìn)的制造技術(shù)以及復(fù)雜的控制電路。至于彩色液晶顯示器就更復(fù)雜了，在此不作介紹。