現在大概很難想像沒有液晶顯示器 (LCD) 的生活。從一早起床拿起手機、到辦公室使用電腦工作、下班回家打開電視，整天下來，至少有一半以上的時間盯著螢幕看。此外還有電器用品、提款機、iBon、廣告看板、……等各種裝置也都有用到液晶顯示器。
不過你大概想不到，液晶早在笨重的映像管發明之前就被發現了，而這一切得從胡蘿蔔說起。
胡蘿蔔
1880年代，植物學家發現胡蘿蔔中有些萃取物的化學性質和膽固醇很像，但對於兩者是否相同，一直沒有共識。1888 年，奧地利植物生理學家萊尼澤 (Friedrich Reinitzer) 決定針對各種物理化學特性，全面性地加以比較，以釐清這個問題。
他發現其中一種萃取物——苯甲酸膽固醇酯（Cholesteryl benzoate）出現不曾見過的奇特現象。當它加熱到攝氏145.5度時，會從固態熔化成濃稠的白色液體，再繼續加熱到178.5度時，原本混濁的液體突然變成清澈透明。接著讓它自然冷卻，原本透明的液體會出現藍紫色，隨即迅速消失，又變為濃稠的白色液體。當溫度繼續下降，藍紫色再度出現，但逐漸變成白色晶體。
一個物質怎麼會有兩個熔點，還在冷卻結晶過程中變色？萊尼澤完全無法解釋這奇特現象，於是在3月14日寫信向阿亨工業大學（RWTH Aachen University）的物理學家雷曼 (Otto Lehmann) 請教，並附上樣品供他進行實驗。雷曼加熱成白色液體後，用偏光顯微鏡檢視，發現其實液體其實是由微小的結晶體組成，晶體使得不同偏振方向的光產生不同折射，也就是類似石英、寶石等固體晶體的雙折射現象。雷曼繼續尋找類似的化合物，把它們稱為「流動晶體」，後來又改稱「液態晶體」，這就是液晶的名稱由來。
其他科學家也陸續展開液晶的研究，包括蘇聯科學家Vsevolod Frederiks 於 1927 年發現電場會改變液晶的狀態；二次大戰後，歐美科學家以人工方式合成液晶。但這些都基於科學上的好奇，畢竟液晶的光學特性也看不出有什麼實際用途。
核子危機
蘇聯於1949年也成功試爆原子彈，開啟了美蘇兩國的核武競賽；1961年，蘇聯成功試爆威力更強的氫彈後，更提高了緊張態勢。在美國無線電公司 (Radio Corporation of America，簡稱RCA) 轄下實驗室工作的物理化學家威廉斯 (Richard Williams) 不禁設想：萬一核戰開打，出任務的飛行員可能會因核彈強光而暫時看不見，甚至永遠無法恢復視力，那麼是否有什麼方法可以防止飛行員眼睛受到傷害？
威廉斯設想一種類似高速快門的裝置，可以讓透明玻璃瞬間變成墨鏡，便能保護飛行員的眼睛。有種「向列型液晶」，這種分子就像火柴盒中的火柴棒那樣順向排列，除了自身轉動外，彼此也會相互滑動，或許可以用電場改變它們的排列方向，阻擋部分光線。
1962 年 4 月，威廉斯在兩片耐熱玻璃之間塗上薄薄一層向列型液晶，然後加熱到125°C，讓液晶變成透明，接著再接上電，結果透明的液晶卻沒有均勻變暗，而是形成皺褶般的圖案。電源一關掉，液晶就變回透明，圖案也隨之消失。威廉斯腦筋一轉，想到這或許可以用來替代電視機的映像管，於是在公司內部演示這個現象時，向主管提議用以開發液晶電視。
不過這個點子當場就被打回票，因為先不提各種技術障礙是否能克服，就憑機器得維持在一百多度的高溫這點，就太過危險，不可能做為家用產品。威廉斯只好放棄這個構想，轉而投入其它研究，所幸當時現場有位 28 歲的年輕人看了演示後念念不忘，液晶顯示器才沒有胎死腹中。
雷射通訊
這位年輕人是擁有博士學位的海爾邁爾 (George Heilmeier)，他在 RCA 的工作是研究如何用雷射技術進行通訊傳輸。原本雷射是用紅寶石之類的晶體產生，但海爾邁爾不需要那麼大的功率，因此他一直想要找到成本更低的晶體代替。威廉的演示為他指出一個新的方向：或許可以用向列型液晶取代固態晶體。他帶領部門人員開始研究液晶，結果在 1966 年發現一種方法，在室溫下就能合成出向列型液晶，海爾邁爾立刻體認到：液晶電視的最大憂慮已經排除，應該值得投入開發了。
在成功說服高層後，海爾邁爾隨即成立液晶顯示器的研究團隊。隔年他們即做出小型的原型機，可以顯示靜態圖樣與簡單動畫。1968 年 5 月，RCA 召開盛大的記者會，對外公布他們已擁有將液晶用於顯示器的技術，並樂觀地預言：四月剛上映的科幻電影《2001太空漫遊》所想像的平面電視，不用等到2001年，只要再過幾年即可問世。
這個預言當然太過樂觀，液晶螢幕的畫質離傳統映像管還有一大段距離，暫時只能用來顯示數字與字母。要到1980年代，才由日本企業率先開發出小尺寸的攜帶型液晶電視，而 RCA 自己為了全力發展電腦事業，早在1970年代就放棄液晶螢幕的開發了。海爾邁爾也離開 RCA，先在國防部服務幾年後，於 1977 年被德州儀器聘請為副總裁，1983 年再被拔擢為技術長（順帶一提，在德州儀器已任職 25 年的張忠謀就在這一年辭職走人，理由是與董事會理念不合）。
回顧液晶顯示器的發明歷程，從最初意外發現胡蘿蔔萃取物是種液晶；到本來是為了遮蔽光線才將液晶夾在玻璃之間，而意外出現圖案；乃至本想用液晶做為雷射通訊的元件，才發明室溫下的液晶， 每個階段都是歪打正著，真是無心插柳柳成蔭啊。
- 參考資料
- 標題圖片：S-IPS LCD 顯示器之像素排列。圖片來源：維基共享資源 (Wikimedia Commons)。
