このページは、歴史や文化の物語を楽しみながら、その文脈の中で重要な英単語を自然に学ぶための学習コンテンツです。各セクションの下にあるボタンで、いつでも日本語と英語を切り替えることができます。背景知識を日本語で学んだ後、英語の本文を読むことで、より深い理解と語彙力の向上を目指します。
電圧をかけると分子の向きが変わり、光を通したり遮ったりする「液晶」。スマートフォンやテレビの画面を支える、そのprinciple（原理）。
この記事で抑えるべきポイント
- ✓液晶とは、固体のように分子が規則的に並ぶ性質と、液体のように流動する性質を併せ持つ、物質の特殊な状態であること。
- ✓液晶ディスプレイは、電圧をかけて液晶分子の向き（配向）を制御し、偏光フィルターと組み合わせることで光の透過をON/OFFする原理で動作すること。
- ✓フルカラーの映像は、バックライトの光を「光の三原色（赤・緑・青）」のカラーフィルターと、微細な画素（ピクセル）単位の液晶シャッターで制御することで作られていること。
- ✓液晶という物質は、19世紀末に植物学者がコレステロール誘導体を観察している際に偶然発見されたものであり、生物学研究が起源であったという見方があること。
液晶ディスプレイ（LCD）の仕組み
私たちが日常的に使うスマートフォンの画面は、なぜあんなに薄く鮮明なのでしょうか。その鍵は「液晶」という、液体と結晶の中間の性質を持つ不思議な物質にあると言われています。この記事では、電圧で光を操る液晶ディスプレイの基本的な原理（principle）を、その発見の歴史と共に紐解いていきます。
The Principle of Liquid Crystal Displays (LCDs)
Why are the screens of the smartphones we use every day so thin and clear? The key is said to lie in a mysterious substance called "liquid crystal," which has properties intermediate between those of a liquid and a solid. In this article, we will unravel the basic principle of liquid crystal displays, which manipulate light with voltage, along with the history of their discovery.
「液体」でも「結晶」でもない、不思議な状態「液晶」
物質には通常、固体・液体・気体という三つの状態がありますが、液晶はそのどれにも当てはまらない「第四の状態」とも呼ばれます。固体のように分子が規則正しく並ぼうとする性質と、液体のように自由に流動する性質を併せ持っているのです。この、規則性と流動性というユニークな特性（property）こそ、電圧によって光を自在にコントロールするディスプレイ技術に不可欠な要素となりました。
"Liquid Crystal": A Mysterious State That Is Neither Liquid nor Solid
While matter typically exists in three states—solid, liquid, and gas—liquid crystal is sometimes referred to as a "fourth state" that fits into none of them. It possesses both the property of molecules aligning in an orderly fashion like a solid and the ability to flow freely like a liquid. This unique property, combining order and fluidity, became an indispensable element for display technology that controls light at will using voltage.
電圧で光をON/OFFする仕組み
液晶ディスプレイの心臓部は、光を精密に制御するメカニズムにあります。まず、特定の方向に振動する光だけを通過させる「偏光フィルター（polarizer）」を2枚用意します。そしてその間に液晶層を挟み込みます。この液晶層に電圧（voltage）をかけない状態では、液晶分子は光の進路をねじるように整然と並び、光は2枚目のフィルターを通過できます。しかし、電圧をかけると分子の配向（orientation）が変化し、光の進路がねじれなくなるため、2枚目のフィルターで遮断されてしまいます。この光のON/OFFが、画面上の表示の基本となります。
The Mechanism of Switching Light ON/OFF with Voltage
The heart of a liquid crystal display lies in its mechanism for precisely controlling light. First, two polarizers, which only allow light vibrating in a specific direction to pass through, are prepared. A layer of liquid crystal is sandwiched between them. When no voltage is applied to this liquid crystal layer, the molecules align in a way that twists the path of light, allowing it to pass through the second filter. However, when a voltage is applied, the orientation of the molecules changes, and the light's path is no longer twisted, causing it to be blocked by the second filter. This ON/OFF switching of light is the basis of what is displayed on the screen.
白黒からカラーへ - 三原色が織りなす映像
光のON/OFFだけでは、画面は白黒（モノクロ）表示しかできません。私たちが目にする豊かな色彩は、どのようにして生まれるのでしょうか。その秘密は「カラーフィルター」と「画素」にあります。ディスプレイは、画像を構成する非常に小さな点である画素（pixel）の集合体です。各画素はさらに赤・緑・青の三つのサブピクセルに分かれています。背後から全体を照らすバックライト（backlight）の光を、画素ごとに液晶シャッターでON/OFFし、それぞれの色のフィルターを通過させる光の量を調整することで、あらゆる色が表現されるのです。
From Black and White to Color: Images Woven by the Three Primary Colors
Simply switching light ON and OFF can only produce a black and white (monochrome) display. How are the rich colors we see created? The secret lies in "color filters" and "pixels." A display is an assembly of extremely small dots that make up an image, known as pixels. Each pixel is further divided into three sub-pixels: red, green, and blue. By controlling the light from the backlight, which illuminates the entire panel from behind, with a liquid crystal shutter for each pixel and adjusting the amount of light passing through each color filter, all colors can be expressed.
植物学者が見つけたとされる「光るコレステロール」
これほど高度な液晶技術ですが、その発見のきっかけが19世紀末の生物学研究にあったというのは驚きです。1888年、オーストリアの植物学者フリードリヒ・ライニッツァーは、ニンジンに含まれる成分の研究中、ある種のコレステロール（cholesterol）誘導体が特定の温度で濁った液体のようになり、さらに加熱すると透明になるという奇妙な現象を発見しました。この「二段階で溶ける」中間状態こそが、液晶の最初の発見でした。最先端の物理学ではなく、植物観察という偶然から、現代の巨大なディスプレイ産業の礎が築かれたのです。
The "Glowing Cholesterol" Said to Be Found by a Botanist
Despite being such an advanced technology, it is surprising that the discovery of liquid crystals originated from biological research in the late 19th century. In 1888, the Austrian botanist Friedrich Reinitzer, while studying components of carrots, discovered a strange phenomenon where a certain type of cholesterol derivative turned into a cloudy liquid at a specific temperature and then became clear upon further heating. This intermediate state that "melts in two stages" was the first discovery of liquid crystals. The foundation of today's massive display industry was laid not by cutting-edge physics, but by a chance discovery in plant observation.
結論
液晶ディスプレイとは、目に見えないほど小さな分子（molecule）一つ一つの振る舞いを、電圧という手段で巧みに制御し、巨大な映像として私たちの目に見える形に変換する技術の結晶です。この記事で解説した原理は、スマートフォンからテレビ、パソコンに至るまで、私たちのデジタルな生活を根底から支えています。何気なく見ている画面の裏側にある、科学と技術の精緻な仕組みに思いを馳せるきっかけとなれば幸いです。
Conclusion
A liquid crystal display is the culmination of technology that skillfully controls the behavior of individual, invisibly small molecules with the tool of voltage, converting it into a large-scale image visible to our eyes. The principle explained in this article fundamentally supports our digital lives, from smartphones to TVs and computers. We hope this has provided an opportunity to reflect on the intricate mechanisms of science and technology that lie behind the screens we casually view every day.