太阳の光や照明のほかに、日常的に见ている光には何がありますか。
テレビやスマートフォン、コンピューターなどで文字や映像を见るときに欠かせないのが、ディスプレイ（情报表示装置）です。ディスプレイにはさまざまな方式がありますが、20世纪は「ブラウン管ディスプレイ」が広く使われていました。
しかし、いまは「液晶ディスプレイ」が主流になり、テレビ、スマートフォン、タブレット端末、ノートパソコン、ゲーム机、デジタルカメラ、カーナビ……と、多方面で活跃しています。また、新たな装置として有机贰尝ディスプレイも急速に普及しています。
かつてテレビの主流だったブラウン管は、内部を真空にしたじょうご型のガラス容器です。根元の部分に电子銃という装置があり、ここから画面（の里侧）に向けて电子を飞ばします。画面里侧には「光の叁原色（赤、緑、青）」の光を出す３种类の蛍光体が涂られていて、电子が当たるとその强さに応じた明るさで光ります。电子の进む方向は磁力で曲がるので、电子銃の近くにある偏向コイル（一种の电磁石）の磁力を调节して画面のさまざまな场所に当てます。画面各部分の赤、緑、青の明るさを変化させて、さまざまな色の画像を表现する仕组みです。
しかしブラウン管は电子を放出するために高い电圧が必要で、电子銃などの装置が大きく重いのが欠点です。大きな画面全体に电子を当てるためには电子銃から画面までの距离が必要で、薄型化にも限界がありました。特に軽さや小ささが必要な携帯机器には利用しにくかったのです。
现在のテレビや携帯机器の多くでは、ブラウン管よりはるかに軽くて薄くコンパクトな液晶ディスプレイが使われていますが、そもそも「液晶」とは何なのでしょうか。
「液晶」とは、液体でありながら结晶のような性质を持つ物质の状态のことです。ふつうの物质は温度が上がっていくと、固体から液体に、さらに気体にと変化します。これは物质を作っている分子の结びつきや并び方が変化するためです。しかし物质の中には、固体から液体に変化する途中で、结晶（ふつうは固体）のような分子の结びつきや并び方のまま、液体のように流れるものがいくつかあります。この「结晶（固体）と液体の性质をあわせ持つ」状态のことを、液晶と呼びます(*1)。身近なところではイカスミや石けん水のようなものも液晶なのです。
最初の液晶物质は1888年、オーストリアの植物学者 ライニッツアによって発见されました。安息香酸コレステリルという物质が固体から液体に変化するとき、14℃でいったん白くにごった液体のような状态になり、179℃という高い温度で透明な液体になることを见つけたのです。白くにごっているときには性质は液体ですが、结晶のような分子の并び方を持つことがわかり、固体や液体、気体などとは异なる物质の状态だと考えられました。のちにこの状态が「液晶」と呼ばれるようになります。
液体は分子同士がゆるく结びついて流动しますが、结晶は分子が规则正しく并んでいます。光が规则正しく并んだ分子を通ると、通り抜けた光の性质が変化することがあります。例えば分子が棒のような形のとき、“棒”の向きが一方向にそろっていると偏光(*2)という现象が起きます。そして、さまざまな液晶状态を示す物质の中には、电圧をかけることで分子の并ぶ向きが一方向にそろうものがあります。これが液晶ディスプレイに使われる液晶物质です。
注*1…もともと「液晶」は物质をさす言叶ではなく、状态を指す言叶です。しかし最近では、液晶状态になる物质そのものも液晶と呼ぶことが多くなっています。
注*2…光は波の性质を持っているため、普通さまざまな方向に振动しながら进んでいますが、この向きが一方向にそろうのが偏光という现象です。
液晶ディスプレイの构造はおもに、配向膜という沟がついた膜をはった2枚の透明电极板と、透明电极版にはさみ込まれた液晶物质、透明电极版の前后に配置された２枚の「偏光フィルター」の组み合わせでできています。偏光フィルターは１つの振动方向の光だけを通すフィルターです。
ディスプレイの后ろ侧には光源*3が配置され、光を出します。光はさまざまな方向に振动しながら进みますが、１枚目の偏光フィルターを通ると振动の向きが一方向だけになり（偏光し）ます。その后、透明电极板、液晶物质、2枚目の透明电极版を通って２枚目の偏光フィルターに届きます。
しかし、２枚の偏光フィルターは90度ねじれたように配置されているため、1枚目の偏向フィルターを通った光はそのままでは２枚目の偏光フィルターを通り抜けることができません。2枚の透明电极板と挟まれた液晶物质によって光の振动の向きが90°ねじれるように変化することで、光は2枚目の偏光フィルターを通り抜けることができるのです。
偏向フィルターで一方向の光（赤）だけが通り、他の光（青）はさえぎられます。电源がオフの场合、２つの透明电极版に张られた配向膜の间にある液晶分子の并びのねじれと同じように光はねじれ、２枚目の偏向フィルターを通り抜けることができます。
この「光の振动方向を90度ねじる」はたらきを担うのが、配向膜と液晶物质です。
液晶物质の分子は、配向膜の细かい沟に接するとその沟にそった向きに并びます。2枚の透明电极に贴られた配向膜の沟は互いに90度に交差しているため、液晶物质の分子は光源侧の配向膜から出力侧（目に近い侧）の配向膜までの间で、少しずつねじれて向きを変えています。光が液晶物质を通り抜けるとき、振动方向は分子の向きにそって変化するので、通り抜けたあとは90度変化します。つまり、2枚の偏光フィルターの间で光の振动方向が90度ねじれるので、光が通り抜けるのです。
そして透明电极板に电圧をかけると、今度は液晶分子が沟の向きにではなく电圧の向きにそろうので、ねじれがなくなります。光のねじれもなくなり、１枚目の偏光フィルターを通った直后と変わらないため、２枚目の偏光フィルターでさえぎられてしまいます。この2つの状态は电圧で自由に変えることができるので光の通り抜ける量が调整でき、画面上の１点１点の明るさを黒から白まで调节できるのです。
电源がオンの场合は、２枚の配向膜の间の液晶分子が电圧で分子の并びが変わってねじれがなくなり、光は直进します。直进した光は２枚目の偏向フィルターでさえぎられ、光は通りません。
さらに、青、緑、赤のフィルターを组み合わせることでフルカラー表示が可能になります。これが液晶ディスプレイの基本的な仕组みとなりますが、実际には、液晶のねじれの角度や分子の向きのそろえ方などによって「罢狈型」や「厂罢狈型」、「滨笔厂型」、「痴础型」などの种类があります。
*3 蛍光ランプが主流です。电卓や时计では反射板のこともあります。
実は、液晶ディスプレイが実用化されはじめたのは、そんなに古いことではありません。ライニッツアの発见后、ふたたび液晶が注目されたのは、1960年代になってからです。63年にアメリカの搁颁础社のウィリアムズが液晶に电圧をかけると光の通り方が変化することを発见、68年に同社ハイルマイヤーがこの性质を応用した表示装置を作りました。商用化は78年です。このように开発にブランクがあったのは、液晶ディスプレイには半导体电子工学の进歩が必要だったからです。
液晶で复雑な図形などを描くには、画面に微细なマス目（「画素」といいます）のひとつひとつにオン?オフする电极を付け、光を通す、通さないをコントロールしなくてはなりません。カラー化するには画素にフィルターの装着も必要です。きれいな絵を表示する何万画素ものディスプレイを実现するには、半导体集积回路技术で使われるフォトリソグラフィ（光微细加工技术）の応用がなければなかったのです。
液晶ディスプレイは大型化が进み、40型を超える大画面テレビが一般に普及するようになっています。80型を超えるものも実用化されるようになってきました。
液晶ディスプレイのように、薄型で大画面を実现するフラットパネルディスプレイ（贵笔顿）には、プラズマディスプレイもあります。プラズマディスプレイは、放电现象で光る蛍光灯の原理を応用しています。
プラズマディスプレイのパネルのセルには、キセノンなどの希ガス元素が封入されています。セルに形成されている电极に电流が流れて电子が放出されると、気体の原子と衝突、原子核から电子が离れて不安定な励起状态が起こります。励起状态からもとの基底状态に戻ろうとするとき、エネルギーが光となって出てきます。
この光は紫外线なので、白色光ではありません。パネルの各セルは3つに区切られていて、搁骋叠の3色にそれぞれ発光する蛍光体が涂られています。蛍光体が発色して、カラー表示される仕组みです。色の调整は光の强さで行い、搁骋叠3色が均一に発光すると白になります。搁骋叠が光らないと黒になります。
ディスプレイの発光原理は、方式によってそれぞれです。液晶ディスプレイは、利用材料（液晶）とは别にバックライトの白色光源が必要です。ブラウン管は、加速させた电子を利用して蛍光物质を光らせます。プラズマディスプレイは、放电による紫外线を使います。そして性质の异なる材料の组み合わせに电流を流すことで搁骋叠の3色に発光する素子を使って表示するのが自発光型ディスプレイです。
自発光型ディスプレイとして普及が進んでいるのが、有機EL（Organic Light Emitting Diode：OLED）ディスプレイです。材料には「有機化合物」を使います。有機化合物とは、炭素（C）を含む化合物全般（CO、CO2などは除く）のことで、身近な有機化合物の代表にはプラスチックがあります。有機化合物以外の無機化合物を材料にして無機ELディスプレイもできますが、直流では長時間安定動作できないため、現在は、直流低電圧で駆動できる材料が見つかっている有机贰尝ディスプレイが実用化されています。
有机贰尝ディスプレイの構造は、上図のようになっています。両端の電極（マイナス極?プラス極）に電圧をかけると、マイナス極から出る電子は電子輸送層の分子によって、発光層に注入されます。一方プラス極の側からは、電子が抜け出した“穴”である「正孔（せいこう）」が正孔輸送層の分子によって発光層に注入されます。発光層では、電子と正孔が再結合して励起状態となり、もとの基底状態に戻るとき、光が発生します。発光する色は、材料に使われている物質が発する光の波長によって決まります。
有机贰尝ディスプレイの材料には、さまざまな物質が試されてきました。現在、大型テレビや中小型ディスプレイなどで実用化され、平面照明という新たな照明器具としても商品化されています。さらにフレキシブルなディスプレイなどの対応も始まり、材料や製造方法の探求が盛んに行われています。
