毛威凱 | 特約編輯 (臺灣大學化學系碩士生)
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。
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