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液晶ディスプレイ （LCD: liquid crystal display） |
液晶とは、流動性があるため液体であると同時に、分子配列が規則的であたかも結晶のような性質をもっている物質です。
オーストリアの植物学者ライニツァーによって1888年に発見されました。
液晶ディスプレイは、光の 「波」 としての性質を巧みに利用して作られています。
まず、ピンと張ったロープを想像してください。
ロープを持った手を上下に振ると、その振動は波となって、ロープを縦方向に振動させながら反対側に伝わります。
手を横に振ると、ロープは横方向に振動します。斜めに振っても同様です。
ロープはあらゆる方向の振動を伝えることができます。
光も波ですが、ロープの波と異なっているのは、普通の光はあらゆる方向に振動している波が混ざり合っていることです。
光はあらゆる方向に振動している波が混ざり合っていますが、
上図には縦方向と横方向に振動している光の波だけを描いてあります。
光が偏光板（polarizer）に当たると、
偏光板の方向と一致している振動方向の光だけが偏光板を通り抜けます。
図では横方向に振動している波だけが偏光板を通り抜けています。
横方向の波だけになった光は、もう一枚同じ方向におかれた偏光板に出会ってもそのまま通り抜けますが、
90°の角度でもう一枚偏光板が置かれていると光は全く通り抜けられなくなります。
2枚の偏光板の置き方によって、光が通ったり通らなくなったりします。
上図は液晶です。
液晶の分子は細長い形をしていて、互いにゆるい規則性をもって並んでいます。
液晶を細かい溝のある配向膜（alignment layer） で挟むと、
液晶の分子は配向膜の溝に沿って並びます。
この2枚の配向膜の溝の方向が直角になるようにすると、液晶の分子は90°ねじれます。
そして、この液晶に光を通すと、液晶分子のねじれに沿って、
光の振動方向も90°ねじれます（上図左）。
液晶に電圧をかけると、液晶の分子は今度は電解の方向に沿って向きを変えます。
そして、この状態では、光は振動方向を変えることなく直進します（上図右）。
液晶を偏光板で挟むと液晶ディスプレイができます。
上図では、バックライトの光は水平方向に振動する波だけが偏光板を通過します。
電圧がかかっていない液晶は分子がねじれていますから、
光の振動方向も分子に沿って 90°ねじれて垂直方向に振動するように変わります。
2枚目の偏光板は垂直方向の光だけを通しますから、
液晶が間に入ると、光は通り抜けることができるようになります（上図左）。
液晶に電圧をかけると、液晶内では光はねじれずに直進しますから、2枚目の偏光板を通り抜けることができません
（上図右）。
液晶にかける電圧を ON-OFF することで、バックライトの光を通したり遮ったり、
通過する光を ON-OFF することができます。
上の写真は液晶ディスプレイを拡大撮影したもので、白地に黒い文字が表示されている画面の一部分です。 正方形で囲んだ、赤・緑・青の一組が画素（pixel） で、 三色全部が光っている部分は白、光っていないところは黒として表示されています。 これら液晶の各エレメント毎に電圧をかけるかかけないかをコントロールすることによって、 さまざまな色で表示できるカラー液晶ディスプレイが構成されています。
2003.11.10 ueyama@infonet.co.jp