5.2 指向矢擾動造成之液晶光散射
5.3.2 垂直配向液晶盒
現在來討論垂直配向液晶盒之 s 與溫度的趨勢為什麼會呈圖(5-2)中 的形式。由 2.1 節我們知道內散射角越小，散射光越強。我們假設圖(5-2) 的趨勢主要是由內散射角等於 0 的情況造成的，其架構示意圖如下：
圖(5-4) 垂直配向液晶盒之散射效應在內散射角等於 0 時的示意圖。
這時候我們發現不管是入射光或出射光，對於液晶分子而言都是 o-ray，造成 q=0，故 5.3.1 節的方法不適用。
但只要出射光與入射光有一點不平行，就會有 q 值的產生。於是我們 可以先算出 q≠0 的情況，再將內散射角θ→0 便可求出近似解。如下：
光軸
i f
光軸
i
f
圖(5-5) 垂直配向液晶盒之散射效應在內散射角不等於 0 時的示意圖。
參考上圖，我們可得 i、f、q 分別在 e1、e2、z 軸上的分量：
e1 e2 z
i 0 1 0
f cosθ 0 sinθ
q K0-keff·cosθ 0 keff·sinθ
表(5-2) 垂直配向液晶盒之散射效應在內散射角不等於 0 時，i、f、q 分
別在 e1、e2、z 軸上的分量。
光軸
i f
q
k
i= k
ok
f= k
effθ
keff·sinθ
e
1z
e
2光軸
i f
光軸
i f
q
k
i= k
ok
f= k
effθ
keff·sinθ
e
1z
e
2k
i= k
ok
f= k
effθ
keff·sinθ
e
1z
e
2我們亦知：
2
第6章 結論與展望
造成水平配向及垂直配向液晶盒的暗態本質漏光 (intrinsic dark-state light leakage)的原因有二個.
第一個原因是向列型液晶指向矢擾動造成的散射光。每單位立體角每
volume B
其中 KB是波茲曼常數，T 是絕對溫度，λ 是入射光波長，∆ε =ε// −ε⊥，K11、 K22 和K33分別是斜展(splay)、扭曲(twist)、和彎曲(bend)彈性常數，
q// 和 q⊥的定義在 2.2 節中有提到，iα和fα在(2-15)式有定義。
由上式，我們導出不管是 e-mode 或 o-mode，水平配向液晶盒的暗 態本質漏光 (intrinsic dark-state light leakage)可表示成：
2
scattered
n n
K T I K
I
→=
→≈ +
λ
我們亦導出垂直配向液晶盒的暗態本質漏光 (intrinsic dark-state light leakage)可表示成：
22
scattered ⋅
⋅ −
≈ λ
我們量測到在＂理想 crossed polarizers＂情況下，水平配向液晶 盒(e-mode 與 o-mode)與垂直配向液晶盒(o-mode)的暗態本質漏光
(intrinsic dark-state light leakage)與溫度的關係。而上二式可解釋 為何量測結果會呈圖(5-2)的趨勢。最後我們的結論為：不管是 e-mode 或是 o-mode，水平配向液晶盒的暗態本質漏光都遠大於垂直配向液晶盒 的暗態本質漏光。溫度變化對垂直配向液晶盒(o-mode)的暗態本質漏光 (intrinsic dark-state light leakage)影響不大：但溫度對水平配向液 晶盒(e-mode 與 o-mode)的暗態本質漏光會有很大的影響，且暗態本質漏 光大約反比於液晶的秩序參數 S2[15]，藉由選擇 K22值與高的液晶材料可以 降低其常溫下的暗態漏光。上述結論對於優化 VA(vertical aligned)薄 膜電晶體液晶顯示器或 IPS (in-plane switching) 薄膜電晶體液晶顯示 器的顯示對比度很有幫助。
造成暗態本質漏光的第二個原因與液晶的配向有關。最靠近配向層的 液晶並非平行於配向方向的，而且分子彼此的指向差異很多，因此可視此 區域有雙光軸晶體的性質。此區域的液晶排列因為不是呈單光軸晶體的性 質，故會造成漏光。此問題不但跟液晶材料有關，配向的問題更需作深入 的研究。
此外，因為量測到的暗態漏光數量級在10−5watt 以下，若要在精確度 上獲得更進一步的結果，則實驗上還有一些細節是需考慮的:
(1) 上一段所提及的配向問題。
(2) 偏振片、檢偏片、液晶盒之間主軸所相差的角度之校正。
(3) 入射光須正面入射液晶盒，量到的出射光也須是正面出射液 晶盒的光。
(4) 液晶中的雜質會影響散射光，故液晶的純度是個值得考慮的 問題。
(5) 本實驗所探討的暗態漏光是由於液晶指向矢擾動所造成 的，故測量時液晶盒內的液晶分子是否達到動態平衡是個問 題。
參考文獻
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[15]Iam-Choon Khoo and Shin-Tson Wu,”Optics and Nonlinear Optics of Liquid Crystals(1993)”,pp.176.
[16]Iam-Choon Khoo and Shin-Tson Wu,”Optics and Nonlinear Optics of Liquid Crystals(1993)”,pp.168.
附錄
附錄(1) 溫控器的原廠校正結果。