4.2 製作條件對摻雜染料之液晶凝膠電光特性影響
4.2.1 光聚合溫度之影響
本論文實驗是研究製作條件和材料濃度對摻雜染料之液晶凝膠電 光特性的影響。首先，討論光聚合溫度對液晶盒電光特性的影響。將 已灌好的液晶盒放置設定溫度之溫控台，照紫外光聚合90分鐘。製作 條件為：ZLI4788: M1: S428 = 90wt%: 5wt%: 5wt%，紫外光強度2.6 mW/cm2，液晶盒厚度5 μm，光聚合溫度分別設定10 °C、20 °C、30 °C 和40 °C。圖 4-4是不同光聚合溫度下的電光特性圖。0 Vrms時是亮態，
反射率最大，且反射率隨電壓上升而下降。此外，光聚合溫度也影響 摻雜染料之液晶凝膠的電光特性。隨著光聚合溫度升高，最大反射率 值會逐漸減小。因為低溫製作下，除了形成較堅固的聚合物網絡，聚 合物網絡也較小、較密，使得液晶和染料分子排列整齊，更垂直基板 排列，因而染料吸收係數小，反射率大。我們藉由偏光顯微鏡觀察不 同光聚合溫度下的摻雜染料之液晶凝膠的聚合物網絡疏密，如圖 4-5。溫度愈低，則聚合物網絡愈密、愈小，而且暗態效果也較好；
溫度愈高，則聚合物網絡愈疏、愈大。
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
0 10 20 30
Voltage, Vrms
Reflectance 10℃ 20℃
30℃ 40℃
圖 4-4 改變光聚合溫度之電光特性圖
再者，聚合物網絡愈小導致液晶所受之錨定能量大，因此在低溫製 作下的液晶盒需要較高的電壓才能驅使液晶轉動，可得知臨界電壓隨 著光聚合溫度上升而降低。
20oC curing
30 Vrms 100 μm
20oC curing
30 Vrms 100 μm
30oC curing
30 Vrms 100 μm
30oC curing
30 Vrms 100 μm
100 μm
40oC curing
30 Vrms
100 μm 100 μm
100 μm40oC curing
30 Vrms 100 μm
30 Vrms 100 μm
10oC curing
30 Vrms 100 μm
10oC curing
30 Vrms 100 μm
10oC curing
圖 4-5 偏光顯微鏡觀察不同光聚合溫度之摻雜染料之液晶凝膠
圖 4-6 是最大反射率和臨界電壓對光聚合溫度的分佈。當光聚合溫 度從10 °C 上升到 40 °C 時，最大反射率從~ 55%下降至~ 42%；同時，
聚合溫度的上升也導致臨界電壓從5.82 Vrms下降到 3.72 Vrms。所以，
摻雜染料之液晶凝膠的電光特性是和光聚合溫度習習相關。
對比度是液晶顯示元件的重要考量，我們在此定義對比度(Contrast ratio)是0 Vrms 和30 Vrms的反射率比值，光聚合溫度與對比度的關係如 圖 4-7(a)所示。聚合溫度10 °C時，對比度可達~ 450:1；溫度20 °C時，
對比度~ 240:1；溫度30 °C時，對比度~ 200:1。隨著光聚合溫度上升，
對比先降後升。因為聚合溫度上升導致聚合物網絡變大，因而暗態效 果差，對比下降。但是，當光聚合溫度大於30 °C時，我們發現有動 態散射(dynamic scattering)產生，液晶和染料分子在聚合物網絡中持 續擾動，導致暗態值減小，有助於對比度提升。但在高溫製作下，聚 合物網絡強度略顯不足，我們試加高電壓或多次驅動後容易損壞。
反應時間也是液晶顯示元件的重要考量之一，一般主客型液晶顯示
器的反應時間約50 ms。由於摻雜染料之液晶凝膠有聚合物網絡結 構，可提供液晶指向矢額外的回復力，使液晶回復速度更快，故可降 低液晶回復時間。圖 4-7(b) 為光聚合溫度10 °C時，摻雜染料之液晶 凝膠的反應時間。我們施加1 kHz的方波，當電壓由0 Vrms切換到30 Vrms時，定義反射率從90%到10%變化的這段時間是上升時間(Rise time)，約0.4 ms，如圖 4-8(a)；電壓從30 Vrms切換到0 Vrms時，定義為 衰減時間(Decay time)，約6 ms，如圖 4-8(b)。光聚合溫度對反應時間 的影響，上升時間約0.4 ms，改變光聚合溫度對上升時間影響不大，
而衰減時間隨溫度上升而從 6.4ms (10 °C)增加到 22.7 ms (40 °C)，反 應時間遠比一般主客型液晶顯示器快約7倍。特殊的聚合物網絡結構 的確可提供液晶回復力，加快反應時間，而聚合物網絡愈小、愈密，
提供的回復力便愈大，這是因為液晶所受之錨定能較大。式(2-26)之 回復時間即衰減時間，式(2-27)之反應時間即上升時間，這兩式說明 聚合物網絡大小對衰減時間和上升時間的影響，聚合物網絡愈小則衰 減時間愈快。且上升時間主要由電場大小決定，和電場平方成反比，
電場愈大則上升時間愈快，所以不同聚合溫度下之上升時間幾乎一 致，遠快於衰減時間。
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
0 10 20 30 40 50
Curing temperature, oC Rmax
0 2 4 6 8
0 10 20 30 40 50
Curing temperature,oC Vth, Vrms
(a) (b)
圖 4-6 (a)光聚合溫度與最大反射率的關係 (b)光聚合溫度與臨 界電壓的關係
0
Temperature,oC
Contrast ratio
R(0V) / R(30V)
Curing temperature, oC
Rise time, ms
0 10 20 30
Decay time, ms
Rise time Decay time
(a) (b)
Time, ms
Reflectance
Voltage, Vrms Rise time
0.0
Time, ms
Reflectance
Voltage, Vrms 0.0
Time, ms
Reflectance
Voltage, Vrms Rise time
(a) 上升時間
Time, ms
Reflectance
Decay time 0.0
Time, ms
Reflectance
Time, ms
Reflectance
Decay time
(b) 衰減時間
圖 4-8 摻雜染料之液晶凝膠的反應時間 (a)上升時間，(b)衰減時間