Το Nematic υγρό κρύσταλλο είναι ένα ημιδιαφανές υγρό που αλλάζει την πολικότητα των κυμάτων φωτός που διέρχονται από αυτό. Η λέξη «nematic» προέρχεται από την ελληνική λέξη για το νήμα και περιγράφει τους σχηματισμούς που μοιάζουν με νήματα που μπορούν να σχηματιστούν στον υγρό κρύσταλλο. Το Nematic υγρό κρύσταλλο χρησιμοποιείται συχνά σε οθόνες υγρών κρυστάλλων (LCD), όπως αυτές των ψηφιακών ρολογιών.
Οι υγροί κρύσταλλοι είναι ένα ενδιάμεσο στάδιο τήξης μεταξύ στερεάς και υγρής κατάστασης. Το 1888, ένας Αυστριακός επιστήμονας ονόματι Freidrich Reinitzer ανακάλυψε την κατάσταση καθώς διεξήγαγε πειράματα σε μια ουσία που ονομάζεται βενζοϊκή χοληστερόλη. Η ουσία, παρατήρησε ο Reinitzer, είχε δύο διακριτά σημεία τήξης. Στο πρώτο έγινε θολό υγρό και στο δεύτερο έγινε διάφανο. Οι παρατηρήσεις του Reinitzer περιλάμβαναν τις έννοιες ότι η νεφελώδης ή κρυσταλλική κατάσταση άλλαξε την πολικότητα των κυμάτων φωτός που διέρχονταν από αυτήν, μια έννοια επιτακτική για την ανάπτυξη της LCD.
Ο Reinitzer δεν ανέπτυξε ποτέ πρακτικές εφαρμογές της τεχνολογίας υγρών κρυστάλλων και η έρευνα για τις κρυσταλλικές καταστάσεις εγκαταλείφθηκε σε μεγάλο βαθμό στις αρχές του 20ου αιώνα. Το 1969, ένας επιστήμονας ονόματι Χανς Κέλερ δημιούργησε με επιτυχία μια ουσία που θα κρυσταλλωνόταν νηματικά σε θερμοκρασία δωματίου. Αυτή η ανακάλυψη οδήγησε στην ικανότητα εμπορευματοποίησης του προϊόντος και οι νηματικοί κρύσταλλοι έγιναν εξαιρετικά χρήσιμοι στην τεχνολογία οθόνης.
Οι τρεις καταστάσεις της ύλης για τις οποίες μαθαίνουν οι περισσότεροι άνθρωποι στο μάθημα της επιστήμης είναι το υγρό, το αέριο και το στερεό. Ο υγρός κρύσταλλος είναι μια τέταρτη κατάσταση, κάπου μεταξύ υγρών και στερεών, και επιτρέπει σε ορισμένες μορφές ύλης να περάσουν μέσα από αυτόν. Όπως οι υγρές ουσίες, τα μόρια υγρών κρυστάλλων δεν έχουν καμία διάταξη θέσης, αλλά όπως μια στερεή ουσία, τα μόρια στον υγρό κρύσταλλο μπορούν να έχουν οργανωτική σειρά, που σημαίνει ότι τείνουν να δείχνουν προς μια κατεύθυνση με την πάροδο του χρόνου. Ο νηματικός υγρός κρύσταλλος είναι μια φάση υψηλής θερμοκρασίας της διαδικασίας κρυστάλλωσης, όπου τα μόρια έχουν οργανωτική σειρά μεγάλης εμβέλειας.
Τα κύματα φωτός από φυσικές ή τεχνητές πηγές φωτός δονούνται προς πολλές κατευθύνσεις. Εάν οι περισσότερες δονήσεις τείνουν προς μια συγκεκριμένη κατεύθυνση, το φως λέγεται ότι είναι πολωμένο. Διατρέχοντας κύματα φωτός μέσα από νηματικούς υγρούς κρυστάλλους, η πόλωση αλλάζει, συνήθως με περιστροφή 90 μοιρών. Εάν προστεθεί ηλεκτρικό πεδίο στο κρυσταλλικό διάλυμα, η κατεύθυνση και η ποσότητα της πόλωσης μπορούν να ελεγχθούν από την τάση του ηλεκτρισμού.
Για τη δημιουργία μιας οθόνης LCD, χρησιμοποιούνται δύο πολωμένα κομμάτια γυαλιού, το ένα με λεπτό φίλτρο νηματικού υγρού κρυστάλλου. Στη συνέχεια, το γυαλί αγκιστρώνεται σε δύο ηλεκτρόδια που μπορούν να παρέχουν ηλεκτρικά φορτία. Τρέχοντας ελεγχόμενα φορτία μέσα από το γυαλί, ο νηματικός υγρός κρύσταλλος θα στρίψει και θα ξεδιπλωθεί, επιτρέποντας μόνο στις ηλεκτρικά ζητούμενες περιοχές φωτός να περάσουν. Οι οθόνες που χρησιμοποιούν συνεστραμμένο νηματικό υγρό κρύσταλλο είναι κοινά χαρακτηριστικά στη σύγχρονη τεχνολογία, που χρησιμοποιούνται σε φορητούς υπολογιστές και ψηφιακά ρολόγια και ρολόγια.