毛威凱 | 特約編輯 (臺灣大學化學系碩士生)
儀器名稱：液晶顯示器
量子應用：光偏振態的疊加 (Superposition of polarized lights)
液晶是一種介於液體與固體之間的特殊狀態。液晶分子在受到外加電場作用的時候，可以進行旋轉，像磁鐵一樣改變自己的方向，從而使整個液晶形成更有序的晶體結構。世界上第一台液晶顯示器 (LCD) 起源於 1970 年代，美國企業 RCA 的研究員 Wolfgang Helfrich 利用液晶的有序結構，製作出類似於偏振片的效果。這種技術被廣泛的應用在現代液晶螢幕，又被後人稱為 TN 液晶。
在液晶與電場的交互作用下，我們可以控制光線的偏振，再配合偏振片，若是讓光線偏振方向，與偏振片方向的夾角越接近九十度，則通過的光線越弱。這個現象，其實隱含了量子現象中疊加態的概念—光的偏振方向，可以看作是兩個垂直偏振方向的疊加。
舉例而言，一道垂直向的偏振光，是不能被轉換成水平向的偏振光的。但是它可以被看作是，斜向四十五度與負四十五度的兩個偏振方向的疊加，使一半的光線可以通過斜向的偏振片，而通過的光線偏振也將被旋轉為四十五度，又可以被看作是垂直與水平向的偏振疊加，使再一半的光線可以通過水平向的偏振片，這就是著名的三偏振片悖論 (Three-polarizer paradox)。
相較之下，通過垂直偏振片的光，是不能直接穿透水平偏振片的。相較於相差九十度的偏振片，在中間插入夾角較小的偏振片，來緩慢改變光偏振角度的話，便可以減少光線的能量損耗。而液晶螢幕，就是透過液晶分子來充當中間的偏振片，藉由液晶結構上緩慢的角度改變，進而達到在小範圍內控制光線的明暗與顏色。
資料來源
- Quantum Principles Illuminated with Polarized Light
https://chem.libretexts.org/Bookshelves/Physical_and_Theoretical_Chemistry_Textbook_Maps/Quantum_Tutorials_(Rioux)/01%3A_Quantum_Fundamentals/1.21%3A_Quantum_Principles_Illuminated_with_Polarized_Light - H. Kawamoto, “The history of liquid-crystal display and its industry,” 2012 Third IEEE HISTory of ELectro-technology CONference (HISTELCON), Pavia, Italy, 2012, pp. 1-6, doi: 10.1109/HISTELCON.2012.6487587.
