چرا LCDهاكريستالهاي مايع( liquid crystal) ناميده مي‌شوند؟
به نظر مي‌رسد عنوان كريستال مايع تضادي به همراه داشته باشد؛ عبارت كريستال(crystal) تداعي كننده يك ماده جامد نظير كوارتز (معمولا به سختي يك سنگ) است، در حالي كه مايع متفاوت از كريستال است. در اين مطلب خواهيد فهميد كه چگونه كريستال مايع ترفندهاي جالبي مي‌زند و پي به تكنولوژي اساسي كه باعث مي‌شود LCDها كار كنند، خواهيم برد. همچنين خواهيد آموخت كه چگونه ويژگي‌هاي عجيب كريستال‌هاي مايع مورد استفاده واقع مي‌شوند تا نوع جديدي از شاتر(shutter) ايجاد شده و چگونه شبكه‌هاي اين شاترهاي ريز، باز و بسته مي‌شوند(تا مدلهايي ايجاد نمايد كه اعداد، كلمات و تصاوير را به نمايش دهند.)
تاريخچه LCDها
امروزه به هر كجا كه بنگريم LCDها را مي‌بينيم، رشد اين تكنولوژي مدت زماني را سپري نمود. زمان طولاني از زمان كشف كريستالهاي مايع به كثرت كاربردهاي اين وسيله طي شد تا اينكه ما از استفاده اين وسيله لذت ببريم.

كريستالهاي مايع اولين بار در سال 1888 توسط يك گياه‌شناس اطريشي به نام فردريك رينيتزر(Friedrinch Rreinitzer) كشف شد. او مشاهده كرد زماني كه يك ماده شبيه كلستريل را ذوب مي‌كند (اسيد بنزوئيك كلستريل)، در ابتدا يك مايع تيره بوده و سپس در صورتي كه درجه حرارت بالا رود، روشن مي‌شود. پس از خنك كردن، مايع قبل از تبلور نهايي به رنگ آبي تبديل مي‌شود.

از ساخت آزمايشي اولين LCD در سال 1968، مدت 80 سال مي‌گذرد. از آن هنگام سازندگان LCD گونه‌هاي ماهرانه و جالبي از اين وسيله را به لحاظ تكنولوژيكي توسعه دادند و LCDها را از لحاظ تكنيكي به سطح بالايي رساندند و روند رو به رشد تكنولوژي ساخت اين وسيله همچنان رو به فزوني است.
كريستالهاي مايع( liquid crystals)
همه ما مي‌دانيم كه ماده داراي سه حالت عمومي است؛ جامد، مايع و گاز. مولكولهاي جامدات هميشه و در همان محلي كه قرار دارند موقعيت خودشان را نسبت به بقيه حفظ مي‌كنند.

مولكولهاي موجود در مايعات برعكس جامدات هستند و قادرند وضعيت خودشان را تغيير دهند و در يك حالت غير عادي وجود دارند؛ در صورتي كه مواد فراواني هستند كه در يك حالت غير عادي وجود دارند؛ يعني به نوعي شبيه به يك مايع و نيز شبيه يك جامد! هستند. زماني كه مواد در اين حالت قرار مي گيرند، مولكولهايشان گرايش دارند كه وضعيت خودشان را حفظ نمايند. شبيه مولكولهاي موجود در يك جامد. اما به طرف موقعيت‌هاي متفاوت نيز در حركت خواهند بود. شبيه مولكولهاي موجود در مايع. اين توضيحات بدين خاطر ذكر شد كه به اين نكته اشاره شود كه كريستالها هم مايع، جامد و يا مايع هستند.

بنابراين آيا كريستالهاي مايع شبيه جامدات عمل مي‌كنند يا مايعات و يا شبيه چيز ديگري؟

از شواهد بر مي‌آيد كه كريستالهاي مايع به حالت مايع نزديك‌تر هستند تا جامد. آنها مقادي متوسطي از گرما را دريافت كرده تا يك ماده مناسب را از يك حالت جامد به كريستال مايع تبديل كنند و فقط مقدار بيشتري گرما را جهت تبديل همان كريستال مايع به حالت مايع واقعي دريافت مي‌كنند. به خاطر اين كه كريستالهاي مايع به درجه حرارت بسيار حساس هستند، آنها براي ساختن دماسنجها و ... كاربرد دارند. دليل اينكه چرا صفحه نمايش يك كامپيوتر لپ‌تاپ در يك هواي سرد يا در خلال يك روز داغ در كنار ساحل به خوبي نمايش مي‌دهد، به خاطر همين كريستالها مي‌باشد!.

همانگونه كه انواع زيادي از جامدات و مايعات وجود دارد، انواع زيادي از مواد داراي خاصيت كريستال مايع نيز موجود است. بدليل حرارت و طبيعت مواد، كريستالهاي مايع در چندين حالات متفاوت مي‌توانند باشند. در اين مطلب درباره حالت نماتيك(nematic) از كريستالهاي مايع صحبت خواهيم كرد.

يك مشخصه از كريستالهاي مايع اين است كه تحت تاثير جريان الكتريكي قرار مي‌گيرند. يك نوع ويژه از كريستال مايع نماتيك، نماتيكهاي بهم تابيده (TN)ناميده مي‌شود. پراكندن يك جريان الكتريكي به اين كريستالهاي مايع، آنها را به درجات متنوعي بسته به مقدار ولتاژ جريان، از بهم تابيدگي خارج مي‌سازد. LCDها از اين كريستالهاي مايع استفاده مي‌كنند، به خاطر اينكه به جريان الكتريكي به عنوان كنترل گذر نور واكنش نشان مي‌دهند.
انواع كريستالهاي مايع
بيشتر مولكولهاي كريستال مايع به شكل تركه هستند(شكل 1) و در گروه‌هاي ترموتروپيك(thermotropic) و ليتروپيك(lytrotropic) هستند. كريستالهاي مايع ترموتروپيك براي تغييرات در درجه حرارت يا در بعضي حالات، در فشار واكنش نشان مي‌دهند. واكنش كريستال مايع ليتروپيك كه در ساخت صابون و مواد پاك كننده استفاده مي‌شود، بستگي به نوع حلالي دارد كه مخلوط مي‌شوند. كريستالهاي مايع ترموتروپيك يا از نوع ايزوتراپيك(isotropic) و يا نماتيك(nematic) هستند. تفاوتهاي كليدي اين دو در اين است كه مولكولها در مواد كريستالهاي مايع از نوع ايزوتراپيك در آرايش، بدون ترتيب هستند، در حالي كه نماتيك‌ها داراي نظم تعريف شده‌اي بوده وداراي مدل هستند.

در حال نماتيك، كريستالهاي مايع مي‌توانند بيشتر در راهي كه مولكولها خودشان جهت‌گيري مي‌كنند طبقه بندي شوند. سماتيك، لايه‌هايي از مولكولها را ايجاد مي‌كند. تعداد فراواني از حالات سماتيك موجود است، نظير سماتيك نوع c كه مولكولها در يك لايه به يك زاويه‌اي از لايه قبلي زاويه‌دار مي‌شوند. حالت متداول ديگر حالت كلستريك (cholestric) مي‌باشد كه به نماتيك كايرال (chiral nematic) نيز شهرت دارد؛ در اين حالت مولكولها تا اندازه‌اي از يك لايه به لايه ديگر منحرف مي‌شوند و در يك ساختار مارپيچي شكل مي‌گيرند.
كريستالهاي مايع فروالكترونيك (FLC) (4)
از مواد كريستال مايع استفاده مي‌كنند كه داراي مولكولهاي كايرال هستند و در يك نظم سماتيك نوع C هستند. به خاطر اينكه طبيعت مارپيچي از اين مولكولها اجازه زمان پاسخ سوييچ ميكروثانيه‌اي را مي‌دهد، به طور اخص FLCها را براي نمايشگرهاي پيشرفته، مناسب مي‌سازد. كريستالهاي مايع فروالكترونيك با سطح مقاوم(SSFLC) (5) فشار كنترل شده را از طريق استفاده از سطح شفاف بكار مي‌گيرد؛ از حالت مارپيچي مولكولها، براي ايجاد سوييچ سريعتر جلوگيري مي‌كند.