快速反應液晶
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液晶材料在液晶盒內的反應速度，由過(guò)去約100多毫秒（ms），經(jīng)過(guò)不斷地改進(jìn)，已可降到今日10 ms以下的反應速度，此反應速度相較于過(guò)去，已有相當大的進(jìn)步。由于TN型的液晶其反應速度是與relaxation time （t0）成正比：
其中γ1為旋轉黏滯系數（rotational viscosity），d為液晶盒間隙（cell gap），K為液晶彈性常數（elastic constant）。由上述公式（1）可得知，加快液晶反應速度最直接的方式，便是降低液晶盒間隙d，如此便可以大大地加快液晶反應速度。然而，為了要達到最佳的暗態(tài)，液晶盒間隙必須配合液晶材料的雙折射系數（Dn）設計，因此降低液晶盒間隙便須要搭配較高Dn的液晶材料。但使用高Dn的液晶材料，將無(wú)可避免的面臨色偏（color shift）問(wèn)題，在只考慮液晶本質(zhì)的反應速度，本文將著(zhù)重于介紹目前幾種有可能達到3 ms甚至可達1 ms以下的反應速度之液晶模態(tài)。
光學(xué)補償彎曲液晶模式Optically Compensated Bend （OCB） Mode
快速反應的向列型液晶（nematic liquid crystals）元件，最具代表性的就是p （pi） cell （p-液晶盒） [3]，或是后來(lái)改良的光學(xué)補償彎曲液晶模式（Optically Compensated Bend Mode，OCB Mode） [4]。p cell是由美國肯特州立大學(xué)（Ken State University） Dr. Philip J. Bos首先在1983年所提出的結構，p cell在原始文獻的意義，在表達液晶分子在上下基板表面的分子長(cháng)軸之相位差為180度（p），有別于當時(shí)90度（p/2）的twist nematic （TN）液晶盒。后來(lái)也有人延伸其分子排列的狀態(tài)，如同一橫躺的希臘字母p，來(lái)解釋p cell。雖然在彎曲態(tài)（bend mode）下發(fā)現有快速反應的特性，然而由于較大的液晶盒間隙，其元件應用受到過(guò)大驅動(dòng)電壓的限制，無(wú)法在TFT主動(dòng)驅動(dòng)元件的條件下操作。一直到1993年，日本東北大學(xué)內田研究室（Dr. Uchida）利用相同的結構，加上雙光軸之補償膜（ Biaxial Retardation Film），并且降低液晶盒間隙，提出稱(chēng)之光學(xué)補償彎曲液晶模式（OCB Mode），此改良結構使得驅動(dòng)電壓大幅降到7伏以下，使得OCB mode可以在TFT的主動(dòng)驅動(dòng)元件條件下操作。OCB Mode構成如圖一[5, 6]，其內部液晶排列方向如圖二所示。在外加電壓使內部液晶達到彎曲態(tài)時(shí)，上下玻璃基板表面的液晶分子平行排列，但內層的液晶分子不會(huì )扭曲，只是在一個(gè)平面內彎曲排列，而在彎曲態(tài)中，液晶分子分布呈上下對稱(chēng)，加上光學(xué)補償膜后，此模式能克服視角受到液晶分子傾斜造成光學(xué)特性變化的影響，因此OCB Mode有著(zhù)廣視角的優(yōu)點(diǎn)。
另外，因為OCB Mode內液晶分子只是在一個(gè)平面內彎曲排列，和TN型的液晶不同，OCB Mode在操作過(guò)程中并不需要克服因改變扭曲排列而造成的回流現象（Backflow）所引起的延滯，尤其是從外加電場(chǎng)狀態(tài)轉變到無(wú)電場(chǎng)狀態(tài)的松弛過(guò)程更明顯。故在OCB Mode操作下，反應速率約1~ 10 ms，比TN型液晶（50 ms）及人眼視覺(jué)反應（約20 ms）還快。
由于OCB有快速反應速度以及廣視角的優(yōu)點(diǎn)，因此具有高發(fā)展性，但OCB Mode的操作必須在彎曲態(tài)（bend mode），因此液晶分子必需先轉至所需要的模式下才能操作。圖二所示為一般OCB液晶盒的結構，液晶分子被夾在二片玻璃基板中間，而玻璃基板的內側面會(huì )鍍上一層透明導電層氧化銦錫（Indium Tin Oxide，ITO）做為電極，并在電極上均勻涂布聚亞酰（Polyimide，PI）做為配向膜，而配向方向為平行配向。
在未加電壓時(shí)，液晶分子排列方向會(huì )順著(zhù)配向方向呈現展開(kāi)的狀態(tài)，因此稱(chēng)之為Splay態(tài)，也可叫做斜展態(tài)。而在外加一個(gè)大于臨界電壓（Vc）的電壓后，液晶分子受到外加電場(chǎng)影響，原本在液晶盒中間平行于上下基板的液晶分子會(huì )向上基板或下基板移動(dòng)，而形成一個(gè)不對稱(chēng)的情形，稱(chēng)為Asymmetric Splay態(tài)，在這個(gè)狀態(tài)下液晶分子是不穩定的，若在此時(shí)將電壓歸零，則分子會(huì )馬上回到對稱(chēng)的斜展態(tài)。若持續加電壓，液晶分子會(huì )傾向自由能較低的彎曲態(tài)排列情形，但彎曲態(tài)和斜展態(tài)在局部解剖（Topology）上并不相似，在轉換時(shí)需要經(jīng)過(guò)成核現象（Nucleation）來(lái)達成，液晶分子若是有部份轉彎曲態(tài)，就可變成液晶盒內的轉態(tài)核心，其他液晶分子就會(huì )順著(zhù)轉態(tài)核心而逐漸轉變成彎曲態(tài)，使得彎曲態(tài)的面積逐漸延伸，直到全部的液晶分子都轉至彎曲態(tài)，這個(gè)過(guò)程需要較長(cháng)的時(shí)間。但若是一直無(wú)法形成轉態(tài)核心，則液晶分子就很有可能無(wú)法轉態(tài)至彎曲態(tài)。而當液晶分子轉至彎曲態(tài)后，在外加電壓小于臨界電壓時(shí)，彎曲態(tài)的液晶分子會(huì )瞬間轉到180度的扭轉態(tài)（Twist），再藉由成核現象轉回斜展態(tài)。[7-8]
由上述可知，轉態(tài)至可操作態(tài)之彎曲態(tài)需要經(jīng)過(guò)成核現象，造成成核現象必須用較大的電壓（約20V的overdrive）和較長(cháng)時(shí)間（數分鐘甚至一小時(shí)）才能轉態(tài)完全[9]，因此，許多相關(guān)的研究已投入并發(fā)展出相對應的技術(shù)來(lái)克服這項缺點(diǎn)。在這些解決方案中，可以以有無(wú)摻雜對掌性分子（chiral dopant）作為區分。
有摻雜對掌性分子
1. 在液晶內摻雜入具有對掌性的分子結構，令OCB Mode的液晶分子在沒(méi)有外加電壓時(shí)為呈現180度的扭轉型，而沒(méi)有斜展型。因為在研究中發(fā)現，扭轉型要轉變?yōu)閺澢捅刃闭剐鸵D變?yōu)閺澢瓦€來(lái)得快。而這種模式的OCB稱(chēng)為Chiral-Doped OCB（C-OCB） [10-11]。
2. 利用細縫或是突起物，再加入摻雜對掌性分子，形成雙域彎曲態(tài)（Dual-Domain Bend Mode，DDB Mode），可加速轉態(tài)也可增加視角[12, 13]。
沒(méi)有摻雜對掌性分子
而在沒(méi)有摻雜對掌性分子時(shí)，主要做法是使液晶分子內產(chǎn)生一個(gè)彎曲核心，接著(zhù)因為成核現象，便可以快速轉態(tài)。其方法有很多種。
1. 利用缺陷形成彎曲核心，如間隙物（spacer） [6]。
2. 利用高分子墻：在液晶內摻入可照光聚合的物質(zhì)，外加電壓使其達到彎曲態(tài)后令部份混合物照光而讓內部的分子聚合，如此一來(lái)有照光的部份液晶分子會(huì )受到照光后聚合的分子影響，而排列成彎曲態(tài)，如此一來(lái)就形成彎曲核心，有照光的部份在沒(méi)有外加電壓時(shí)依然成彎曲態(tài)，可以加速其他沒(méi)有照光的部份的轉態(tài)[14]。
3. 利用預傾角不同來(lái)形成彎曲核心：在研究中發(fā)現，在較高的預傾角區域，不需要外加電壓液晶分子就會(huì )排列成彎曲態(tài)，因為此時(shí)彎曲態(tài)所具有的自由能比斜展態(tài)還要低 [15]。而形成區域高預傾角的方法有很多種，有利用離子束（ion-beam） [16]，也有利用將二種不同預傾角的配向膜材料混合而形成有奈米結構的配向層來(lái)達成彎曲核心[17]，或是在部份區域的單面基板上做成垂直配向，形成部份區域的HAN（Hybrid-Aligned-Nematic）結構，做為彎曲核心以加快轉態(tài)速度。
OCB變形
由于OCB分子排列的方式，上下對稱(chēng)于中心平面；若是在中心平面的位置上，放置反射式鏡面或金屬電極如圖三[19]，當外在環(huán)境光入射進(jìn)這樣的結構時(shí)，光線(xiàn)在遇到金屬電極后，隨即被反射，因此光線(xiàn)所走過(guò)的光路徑，相當于兩倍的液晶膜厚，類(lèi)似于一個(gè)完整的OCB的路徑，這樣的結構被稱(chēng)作Hybrid Aligned Nematic Cell，簡(jiǎn)稱(chēng)HAN-Cell，或稱(chēng)為Reflective OCB Cell（反射式OCB Cell），簡(jiǎn)稱(chēng)R-OCB Cell；這樣的結構操作電壓比一般的OCB Cell電壓低（約2-3V），并且由于液晶膜厚為一般OCB結構的一半，所以反應速度也較快，在制程方面，金屬電極不需要配向層，另外只需要一片Polarizer（偏振片），利用環(huán)境光當作光源，不需要背光系統，結構本具有輕薄短小的特色，非常適用在可攜式的顯示資訊系統。
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