1-1 實驗動機與目的
液態晶體(Liquid Crystal，LC)，是介於固態和液態之間的一種狀態，
具有晶體規則排列性與液體的流動性。
西元 1888 年，奧地利的植物學家 Friedrich Reintzer 發現膽固醇苯酯 (Cholesteryl Benzoate，C6H5CO2C27H45)在 145.5℃時為固體，當溫度逐漸 上升此物質會轉變為白色的混濁液體，溫度升到178.5℃後，才轉變為透 明、清澈的液體，當溫度稍微冷卻，又會變成白色的混濁液體。這就是 液態晶體，簡稱「液晶」。
西元 1889 年，德國的物理學家 O.Lehmann 以具有加熱功能的偏光顯 微鏡探討升降溫度過程對膽固醇苯酯的影響，並發現膽固醇苯酯具有異 方性(anisotropy)，特有的雙折射性質(birefringence)結合 1970 年後在液晶 研究上的快速發展，利用液晶材料的產品陸續出現在市場上。為了使液 晶產品達到更好的效能，許多相關的研究不斷地在進行。
在過去由於一直缺乏適當的光源及偵測器，導致兆赫波(Terahertz wave，THz wave)的研究無法快速發展，在電磁波頻譜的研究中便留下了 一個兆赫波波段的斷層，這樣的現象被稱之為“兆赫波鴻溝(terahertz gap)”。兆赫波段的相關研究之所以重要，在於兆赫波段中包含了大多數 分子的轉動及振動能階，因此在影像技術[1]、遙測、生物、醫學[2]應用
上非常具有潛力，如：影像技術可應用在機場海關和港口的保安檢查上；
生物醫學上可利用兆赫波非游離性、低能量及敏銳穿透的特性，長時間 觀察或研究癌症細胞、蛋白質結構……等，不破壞待測體的本質。且隨 著高速資訊時代的到來，各種元件的操作頻率也相對的提高，使得在兆 赫波段下適用的元件開發更顯重要。
兆赫波技術尚未成熟時，在液晶的光學特性研究及應用上，主要都 以可見光波段與遠紅外光波段為主。但隨著飛秒級的超短脈衝雷射成功 研發，兆赫波技術迅速發展，適用於此波段的光學元件必定和可見光波 段與遠紅外光波段不同，為了研發兆赫波的光學元件，如：相位延遲器 (phase shifter)、偏振器(polarizer)……等，我們希望能利用液晶的特性製 作出上述元件，將液晶光學性質研究延伸到兆赫波段。
本實驗室已成功製作出兆赫波段下液晶相位延遲器[3]，但由於液晶 層厚度在此元件中相當厚，使得此元件的反應時間不夠快，只能適用於 不需時常調變的情況下，無法符合現實使用的需求，而且也損失我們使 用液晶來製作元件的主要目的，因為使用液晶就是希望能利用它受外場 快速調變的特性，本論文主要就是希望能承接[3]製作的結構，來改善元 件的反應時間。
1-2 液態晶體簡介
液晶可分成：(1)向列型液晶(Nematic Liquid Crystal，N)，(2)層狀液 晶(Smectic Liquid Crystal ， S) ， (3) 膽 固 醇 型 液 晶 (Cholesteric Liquid Crystal，N*)。
向列型液晶因在顯微鏡下看起來有如絲線一般，故又稱絲狀液晶，
此液晶分子為長型或圓盤狀，質心位置排列無秩序性，但方向矢(director) 有一個平均的方向性，如圖1-2.1 (a)。本實驗是使用此型的液晶。
層狀液晶又稱皂狀液晶，如圖 1-2.1 (b)，因其結構如同肥皂溶液般具 有層狀結構而稱之，是三種液晶分類中最有規則性的，其單層分子質心 位置無秩序性，但是同層分子的方向矢有一個平均的方向性。
膽固醇型液晶，如圖 1-2.1 (c)，因此類液晶為膽固醇的衍生物而命 名；此液晶分子排列局部來看和向列型液晶相似，但其方向矢會隨空間 某一方向變化，即方向矢的方向會如螺紋般旋轉。
液晶分子不只具有雙折射性，同時也具有介電常數與磁化率之異方 性，故可透過外加電場或磁場來改變液晶分子的排列方向，分子會往能 量較小的方式排列；本實驗即是使用外加電場的方式使液晶分子轉向。
1-3 雙頻液晶特性簡介
雙頻液晶的特性指此液晶的介電異方性(dielectric anisotropy, Δε)是頻 率的函數，會隨頻率的改變而變化，因此切換機制就是利用兩種不同頻 率間的切換使Δε 切換正負，高頻時為負型液晶，低頻時為正型液晶。正 型液晶代表當外加電場時液晶分子會平行於電場方向排列，負型液晶代 表當外加電場時液晶分子會垂直於電場方向排列。雙頻液晶利用改變不 同頻率就可以使液晶分子轉動，而不需要用以往改變電壓的方式，這個 方法使液晶分子一直受到外加電場的驅動，可以改善以往關掉電壓讓液 晶自然回復的反應時間。