快速反應液晶
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液晶材料在液晶盒內的反應速度，由過去約100多毫秒（ms），經過不斷地改進，已可降到今日10 ms以下的反應速度，此反應速度相較于過去，已有相當大的進步。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(shù)（rotational viscosity），d為液晶盒間隙（cell gap），K為液晶彈性常數(shù)（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(shù)（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，將無可避免的面臨色偏（color shift）問題，在只考慮液晶本質的反應速度，本文將著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]，或是后來改良的光學補償彎曲液晶模式（Optically Compensated Bend Mode，OCB Mode） [4]。p cell是由美國肯特州立大學（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軸之相位差為180度（p），有別于當時90度（p/2）的twist nematic （TN）液晶盒。后來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，來解釋p cell。雖然在彎曲態(tài)（bend mode）下發(fā)現(xiàn)有快速反應的特性，然而由于較大的液晶盒間隙，其元件應用受到過大驅動電壓的限制，無法在TFT主動驅動元件的條件下操作。一直到1993年，日本東北大學內田研究室（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，提出稱之光學補償彎曲液晶模式（OCB Mode），此改良結構使得驅動電壓大幅降到7伏以下，使得OCB mode可以在TFT的主動驅動元件條件下操作。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，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扭曲，只是在一個平面內彎曲排列，而在彎曲態(tài)中，液晶分子分布呈上下對稱，加上光學補償膜后，此模式能克服視角受到液晶分子傾斜造成光學特性變化的影響，因此OCB Mode有著廣視角的優(yōu)點。
另外，因為OCB Mode內液晶分子只是在一個平面內彎曲排列，和TN型的液晶不同，OCB Mode在操作過程中并不需要克服因改變扭曲排列而造成的回流現(xiàn)象（Backflow）所引起的延滯，尤其是從外加電場狀態(tài)轉變到無電場狀態(tài)的松弛過程更明顯。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，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，液晶分子排列方向會順著配向方向呈現(xiàn)展開的狀態(tài)，因此稱之為Splay態(tài)，也可叫做斜展態(tài)。而在外加一個大于臨界電壓（Vc）的電壓后，液晶分子受到外加電場影響，原本在液晶盒中間平行于上下基板的液晶分子會向上基板或下基板移動，而形成一個不對稱的情形，稱為Asymmetric Splay態(tài)，在這個狀態(tài)下液晶分子是不穩(wěn)定的，若在此時將電壓歸零，則分子會馬上回到對稱的斜展態(tài)。若持續(xù)加電壓，液晶分子會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，在轉換時需要經過成核現(xiàn)象（Nucleation）來達成，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，其他液晶分子就會順著轉態(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)，這個過程需要較長的時間。但若是一直無法形成轉態(tài)核心，則液晶分子就很有可能無法轉態(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，彎曲態(tài)的液晶分子會瞬間轉到180度的扭轉態(tài)（Twist），再藉由成核現(xiàn)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)需要經過成核現(xiàn)象，造成成核現(xiàn)象必須用較大的電壓（約20V的overdrive）和較長時間（數(shù)分鐘甚至一小時）才能轉態(tài)完全[9]，因此，許多相關的研究已投入并發(fā)展出相對應的技術來克服這項缺點。在這些解決方案中，可以以有無摻雜對掌性分子（chiral dopant）作為區(qū)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的液晶分子在沒有外加電壓時為呈現(xiàn)180度的扭轉型，而沒有斜展型。因為在研究中發(fā)現(xiàn)，扭轉型要轉變?yōu)閺澢捅刃闭剐鸵D變?yōu)閺澢瓦€來得快。而這種模式的OCB稱為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]。
沒有摻雜對掌性分子
而在沒有摻雜對掌性分子時，主要做法是使液晶分子內產生一個彎曲核心，接著因為成核現(xiàn)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，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，如此一來有照光的部份液晶分子會受到照光后聚合的分子影響，而排列成彎曲態(tài)，如此一來就形成彎曲核心，有照光的部份在沒有外加電壓時依然成彎曲態(tài)，可以加速其他沒有照光的部份的轉態(tài)[14]。
3. 利用預傾角不同來形成彎曲核心：在研究中發(fā)現(xiàn)，在較高的預傾角區(qū)域，不需要外加電壓液晶分子就會排列成彎曲態(tài)，因為此時彎曲態(tài)所具有的自由能比斜展態(tài)還要低 [15]。而形成區(qū)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達成彎曲核心[17]，或是在部份區(qū)域的單面基板上做成垂直配向，形成部份區(qū)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)境光入射進這樣的結構時，光線在遇到金屬電極后，隨即被反射，因此光線所走過的光路徑，相當于兩倍的液晶膜厚，類似于一個完整的OCB的路徑，這樣的結構被稱作Hybrid Aligned Nematic Cell，簡稱HAN-Cell，或稱為Reflective OCB Cell（反射式OCB Cell），簡稱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(tǒng)，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(tǒng)。
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