액정은 고체도 아니고 액체도 아니다
분자들의 방향에 따라 빛이 통과되기도 하고 아니기도 하고
학창 시절에 물질은 기체, 액체, 고체의 3가지 상태로 존재할 수 있다고 배웠을 것이다. 대표적인 것이 물이다. 액체 상태인 물은 온도가 낮아지면 딱딱한 고체가 되고, 온도가 높아지면 기체가 된다. 물은 수소 두 개와 산소 하나가 결합한 분자(H2O)로 구성되어 있는데, 고체에서 액체, 액체에서 기체로 바뀔 때마다 물 분자 사이 거리가 평균적으로 늘어나게 되며, 거리가 멀어질수록 물 분자는 자유롭게 돌아다닐 수 있게 된다. 우리가 매일같이 경험하듯이, 얼음은 형태를 유지하지만, 액체 상태인 물은 자유롭게 흐르고, 기체는 우리 곁을 금방 떠나 대기 중에 흩어져버린다.
액체 결정(Liquid Crystal)은, 그 이름에서 알 수 있듯이, 고체와 액체 사이 어딘가에 해당하는 특이한 물질이다. 액체처럼 흐르지만, 고체처럼 분자들이 어떤 구조를 이룬다. 분자들의 배열에 따라서 네마틱(nematic), 스멕틱(smectic), 콜레스테릭(cholesteric) 구조 등으로 분류할 수 있다. 아래 그림에서처럼 네마틱 구조에서는 분자들이 대체로 분자의 길쭉한 방향으로 배열되어 있으나, 분자들의 위치는 다소 무질서한 것이 특징이다. LCD를 만들 때 주로 활용되고 있다.
네마틱 구조. (출처:https://en.wikipedia.org/wiki/File:LiquidCrystal-MesogenOrder-Nematic.jpg)반면 스멕틱(smectic) 구조에서는 길쭉한 액정 분자가 규칙적으로 배열하여 층을 이루고 있다. 스멕틱 A상(smectic A phase)에서는 분자들이 층에 수직한 방향으로 정렬되지만, 스멕틱 C상(smectic C phase)에서는 약간 기울어져있다. 콜레스테릭은 카이랄 네마틱(chiral nematic)이라고도 부르는데, 인접한 층들이 꽈배기처럼 뒤틀려져 있는 구조이다.
스멕틱 구조 (출처: https://en.wikipedia.org/wiki/File:LiquidCrystal-MesogenOrder-SmecticPhases.jpg)액정을 이루는 분자들은 전압을 가하면 한 쪽 방향으로 정렬되려는 성질이 있으므로, 앞서 살펴봤던 편광판과 조합하여 전압을 가했을 때 빛이 나오거나, 전압을 가하지 않았을 때 빛이 나오게 할 수 있다.
[1] https://en.wikipedia.org/wiki/Liquid_crystal
[2] https://news.lgdisplay.com/2016/01/liquid-crystal/
