提起计算器、手机以及液晶显示器，大家都很熟悉。也许你曾经思考过：它们的屏幕是如何显示文字和图像的呢？这就不得不提到它们屏幕都采用的一种关键材料——液晶。那么，什么是液晶呢？液晶是一种性能介于液体和晶体之间的一种有机高分子材料，它既有液体的流动性，又有晶体结构排列的有序性。液晶的发现已经有100多年的历史了，最早可追溯到1888年，奥地利植物学家莱尼茨尔在做加热胆甾醇苯甲酸酯结晶的实验时发现：在145.5℃时，结晶熔解为混浊粘稠的液体，加热到178.5℃时，则形成了透明的液体。第二年，德国物理学家莱曼用偏光显微镜观察时，发现这种材料具有双折射现象，他阐明了这一现象，并提出了“液晶”这一学术用语，现在人们公认这两位科学家是液晶领域的创始人。目前已有75000多种液晶物质，多数为脂肪族、芳香族和胆甾族化合物。

大多数液晶高分子是棒状分子。人们根据分子排列的不同把液晶分为胆甾相，近晶相，向列相等形态。低温下它是晶体结构，高温时则变为液体，在中间温度则以液晶形态存在。目前，各种形态的液晶材料基本上都用于开发液晶显示器（简称LCD），已经开发的有各种向列相液晶、铁电液晶和聚合物分散液晶显示器等，其中市场份额最大、发展最快的就是向列相液晶显示器。液晶是如何显示的呢？首先要介绍一下偏振片，它是一种特殊器件，它只允许偏振方向与它的偏振化方向平行的光透过。普通自然光是一种复合光，它在各方向都偏振，因此可以通过偏振片（图1左），透射光的偏振方向与偏振化方向平行。但是，如果让两个偏振片的偏振化方向相互垂直，则由于第一次出射光的偏振方向与第二个偏振片的偏振化方向垂直，因此光不能通过第二个偏振片（图1右）。

偏振片  偏振片1 偏振片2  
图1 偏振片透光原理示意图

如果把液晶放在两个偏振片之间，如图2所示，情况会发生变化。在向列相液晶中，棒状分子的排列是彼此平行的。在玻璃上涂一层特殊物质可以使靠近玻璃板的液晶分子朝某一方向排列，如果上下两玻璃板的定向是彼此垂直的，则液晶分子将采取逐渐过渡的方式被扭转成螺旋状。此时如果有光线从上端进入，通过第一个偏振片后，将被液晶分子逐渐改变偏振方向（从上至下旋转了90度），因为这种螺旋结构的液晶具有调制光线偏振方向的特性，光线最终可以从下端射出。图2中同时用纸片作为模型类比，这个原理就可以直观的表现出来。如果两玻璃板之间被加上电压，则分子排列方向将与电场方向平行，光线则不能通过第二个极板（与图1右端情况类似）。图2右端是显示出来的数字7。这就是黑白显示器显示原理，当然，要能显示各种图像还需要先进的制造技术以及复杂的控制电路。至于彩色液晶显示器就更复杂了，在此不作介绍。


图2 液晶显示器透光原理示意图

LCD具有很高的成像质量，而且它还具有工作电压低，功耗低，体积小等特点。随着LCD技术的迅速发展，人们对研发液晶材料的兴趣越来越大。世界市场对液晶显示器的需求也日益增大，现在已经有越来越多的液晶显示器、液晶电视进入普通家庭。目前液晶材料正在以每年3000－4000个新液晶化合物出现的速度向前发展，尤其是日本每年都有大量新液晶材料研制成功。我国液晶材料技术经过十多年的努力，已逐步形成了相当规模的产业。虽然发展较快，但仍与发达国家存在10年左右的差距。

液晶材料目前最主要的应用就是用来制造显示器。当然，任何材料的用途都是多方面的。因此液晶在其他领域的应用也日益受到人们的重视。比如：液晶高分子可以作为结构材料，用来制造高强度的防弹衣、舰船缆绳等；由于具有很小的膨胀系数，可以用于微波炉具，用作光纤的包覆层；在电子学方面，可以作液晶电子光快门、压力传感器、温度传感器、以及信息存储器件；在生命科学方面，有关生物液晶的研究已经取得了很多成果；在航空航天领域，可用于航天飞机、宇宙飞船，人造卫星等。可以预料，在不远的将来，液晶材料将会得到更大规模的应用。