زنگ تفریح 249
شما هر روزه از وسایلی استفاده می‌کنید که شامل LCD (نمایشگر کریستال مایع :liquid crystal display) می‌شوند. این مواد در همه جا اطراف ما هستند – در لپ تاپ‌ها، ساعت‌های دیجیتالی و ساعت‌های مچی، مایکروویوها، پخش کننده‌های سی دی و وسایل اکترونیکی بسیار دیگر.
LCDها رایج هستند زیرا نکات مثبت بیشتری نسبت به تکنولوژی‌های دیگر نمایشگرها دارند. این تجهیزات نازک‌تر و سبک‌تر هستند و نسبت به بطور مثال لوله‌های اشعه کاتد (CRT: Cathode Ray Tube)، انرژی کمتری مصرف می‌کنند.
ولی این موادی که کریستال مایع نامیده می‌شوند چه هستند؟ اسم "کریستال مایع" کمی عجیب به نظر می‌آید. ما کریستال را بعنوان یک ماده جامد مانند کوارتزها در نظر داریم، که معمولا به سختی سنگ هستند و تفاوت آشکاری با مایع دارند. چگونه یک ماده می‌تواند هم کریستال و هم مایع را با هم ترکیب کند؟
ما در مدرسه یاد گرفته‌ایم که سه حالت معمول برای ماده وجود دارد: جامد، مایع و گاز. جامدها رفتارشان به این دلیل است که مولکول‌هایشان راستایشان را ثابت نگاه می‌دارند و نسبته به مولکول‌های اطراف مکانشان را حفظ می‌کنند. موکول‌ها در مایعات مخالف این رفتار هستند: آن‌ها راستایشان را می‌توانند تغییر دهند و در مایع به هر مکانی حرکت کنند.
ولی بعضی مواد هستند که می‌توانند در یک حالت میانه که بخش شبیه مایع و بخشی شبیه جامد است وجود داشته باشند. زمانیکه در این حالت هستند، مولکول‌های آن‌ها تمایل دارند که راستایشان را ثابت نگاه دارند، مانند مولکول‌های جامد، ولی همچنین به مکان‌های مختلف منتقل شوند، مانند مولکول‌های مایع. این به این معنا است که کریستال مایع نه یک جامد و نه یک مایع است. همین امر چگونگی این تناقض در اسم این مواد را بیان می‌کند.
کریستال مایع مانند جامد رفتار می‌کند یا مایع؟
این طور به نظر می‌رسد که کریستال مایع بیشتر به حالت مایع نزدیک است تا جامد. مقدار قابل توجهی گرما لازم است تا یک ماده مناسب از جامد به کریستال مایع تبدیل شود، و تنها مقدار کمی بیشتر گرما لازم است تا همان کریستال مایع به مایع واقعی تبدیل شود. این امر دلیل اینکه چرا کریستال مایع به گرما بسیار حساس است و چرا این مواد برای درست کردن ترمومترها و مود رینگ‌ها (mood ring) استفاده می‌شوند را بیان می‌کند. همچنین این امر دلیل اینکه نمایشگرهای لپ‌تاپ در هوای سرد و روزهای بسیار گرم رفتار عجیبی از خود نشان می‌دهند را بیان می‌کند.
3 نوع از کریستال‌های مایع
همانطور که انوع مختلفی از جامدها و مایعات وجود دارد، انواع مختلفی از کریستال‌های مایع نیز وجود دارد. بسته به دما و طبیعت ذره‌ای ماده، کریستال مایع می‌تواند در چندین حالت فازی وجود داشته باشد: گرما گرای (Thermotropic)، لایوتروپیک (Lyotropic) یا نماتیک (Nematic).
در این مقاله، ما کریستال‌های مایع را در فاز نماتیک، که کریستال مایعی است که امکان LCDها را فراهم کرده، بررسی می‌کنیم.
چگونه LCDها می‌تابند؟
 |
| فاز نماتیک |
یکی از خواص کریستال مایع این است که آن‌ها تحت تاثیر جریان الکتریکی قرار می‌گیرند. یک نوع بخصوص از کریستال مایع نماتیک، که نماتیک پیچ‌دار نامیده می‌شود (TN: Twisted Nematic)، بصورت طبیعی دارای پیچ است. با استفاده از جریان الکتریکی برای این کریستال‌های مایع، آن‌ها از حالت پیچ‌دار با درجه‌های مختلف خارج می‌شوند، که بسته به ولتاژ جریان دارد. LCDها از این کریستال مایع استفاده می‌کنند زیرا این مواد بصورت پیش بینی شده به جریان الکتریکی واکنش می‌دهند بصورتی که مسیر نور را می‌توانند کنترل کنند.
به سادگی با تغییر جریان عبوری از داخل آن‌ها، تابندگی LCDها می‌تواند کنترل شود تا اطلاعات لازم را بر روی تجهیزات چه ساعت دیجیتالی، چه مایکروویو و چه لپ‌تاپ یا تلویزیون به نمایش درآید.