3-1 液晶樣品製作
樣品製作的好壞會直接影響到實驗量測的結果，因此在製作 的過程中必須謹慎地完成每個步驟的基本要求，此次實驗我們必 須使用到兩種不同方法製作而成的基板。一為使用RIE 配合光罩 的溝槽基板，一為使用探針配合平移台磨刷的基板。
3-1-1 溝槽玻璃基板樣品製作
1. 切 7cm × 7cm × 1.1mm 的 ITO 玻璃（勝華公司提供的 STN 玻 璃，其中玻璃的成分為鈉玻璃）。
2. 將玻璃置於 1:3 的雙氧水與濃硫酸溶液中煮 20 分鐘去除 ITO。
3. 以去離子水清洗後利用氮氣吹乾,再置於 110℃的定溫烤箱 20mins 去除玻璃表面的水膜。
4. 上光阻: 旋轉塗佈 6400 正光阻(向國家毫微米實驗室 NDL 購買) 於玻璃上，第一階段1500rpm 10secs 將光阻甩均勻，第二階 段4000rpm 25secs 將光阻甩薄。
5. 軟烤: 置於定溫烤箱 80℃，20mins。
6. 曝光: 365nm 紫外光，60sec；需另外使用 mask 7. 顯影: 顯影劑 FHD-5，20secs。
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8. 定影: 去離子水浸泡。
9. 硬烤: 置於定溫烤箱 110℃，20mins。
10. 蝕刻: 委託全磊公司進行 UVO 10mins，RIE 時間分別為 1min、6mins、12mins、20mins 四種不同深度。
11. 以 AFM 觀察所用的樣品結構如圖 3-1-a,b 所示。
※步驟 1～9 皆在交大電子物理系半導體實驗室完成。
(以上步驟由交大電物所林雅峯及鄒明釗學長完成)
3-1-2 探針磨刷基板製作
3-1-2-1 玻璃基板清洗
玻璃基板的表面任何的殘留物，如微小顆粒、油漬等，這些 都會造成配向膜形成的優劣，有可能造成液晶樣品的缺陷
(Defect)，導致樣品製作的不良，因此清洗玻璃基板的幾個重點不 外乎是去髒顆粒、去油漬及除水這幾樣：
1. 將鍍有導電層(Indium Tin Oxide, ITO)的玻璃切割成所需 的大小，然後放入染色壺中分片排列好。
2. 倒入適量的中性清潔劑，然後加水直到所有的玻璃都在 液面下，超音波震盪三分鐘後，用去離子水(DI Water) 洗去清潔劑，接著用氮氣槍吹乾玻璃並置入另一個乾的 染色壺中。
3. 將三氯乙烷(Trichloroethane, TCA)倒入染色壺中，超音波 震盪五分鐘，以除去玻璃基板上的油脂；將用過的三氯
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乙烷倒入廢液回收桶中。
4. 再倒入丙酮(Acetone, ACE)，超音波震盪五分鐘，以洗去 三氯乙烷；將用過的丙酮倒入廢液回收桶中。
5. 倒入去離子水，超音波震盪三分鐘，以洗去殘留在玻璃 基板表面上的極性物質。
6. 最後再用氮氣槍吹乾玻璃基板，鍍有導電層的那面朝上 放入烤箱以約 90℃的溫度烘烤 30 分鐘。
3-1-2-2 配向膜的塗佈
對於此種以光纖探針的磨刷造成的配向，仍然需要配向膜的 塗佈，我們選擇一般使用的NISSAN，130B (以 37%比例混合在 NMP 溶劑)及 HITACHI，HTX-6700 來進行實驗樣品的製作：
1. 一般 PI 的保存需要低溫的環境，但是在使用前必須先回 溫至室溫才能使用，同時我們取出烤箱中的玻璃基板讓 它的溫度也降回室溫。
2. 回溫完成後，我們利用旋轉塗佈機(Spin-Coater)分兩階 段不同轉速塗佈，第一階段以每分鐘2000 轉 15 秒，第 二階段以每分鐘4000 轉 25 秒將 PI 塗佈於清洗過的玻璃 基板表面，整個塗佈過程室溫約控制在24˚以下，濕度 不能過高。
3. 接著將塗佈好 PI 的玻璃基板放進烤箱以指定的時間、溫
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度烘烤: 130B 的 PI 以 170˚C 的溫度烘烤 1 個小時，而 HTX-6700 先以 120˚C 烘烤半個小時接著再以 180˚C 烘 烤半個小時，冷卻備用。
3-1-2-3 探針製作
我們所使用的探針主要是利用蝕刻法，即是將通訊用的單模 光纖利用氫氟酸(hydrofluoric acid)蝕刻。製作的探針為雙尖式，
其流程如下，參考圖3-2:
1. 取 1.3µm 的單模光纖一段約 20 cm。
2. 用撥線夾將光纖最外層的塑膠保護層(jacket) 撥去約 5 cm，留下光纖包膜(cladding)及纖蕊的部分。
3. 調整光纖切割器上的 dial 到 17 位置，用切割器將光纖 切斷，使包膜剩下 17mm。
4. 用酒精擦拭乾淨，並於顯微鏡下觀察切口是否平整。
5. 將切面平整的光纖前端塗上一層薄薄的指甲油。
6. 風乾約 30 秒，將光纖垂直接觸貼在平面上的雙面膠，利 用其黏性將切口的指甲油去除，使其表面可與蝕刻液作 用。
7. 將光纖固定在蝕刻平台上，調整升降台使光纖浸入盛有 BOE 的鐵氟龍容器中，並於其上覆上一層矽油。因指甲
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油不和蝕刻液反應，故將由介面處開始反應。
8. 第一階段蝕刻的時間終了，將光纖用乙醇洗乾淨，在顯 微鏡下觀察。
9. 進行第二階段蝕刻，步驟如上。
10. 第二階段時刻終了，取出雙尖式探針，並在顯微鏡觀察 並紀錄。如附圖 3.3。
3-1-2-4 以光纖探針製作微小區域配向
我們將光纖架設在一個三軸的平移台，並且再增加一旋轉平 台於其上，如附圖3-4,3-5 所示。
本實驗的方式是利用控制探針的移動去模擬刷毛作用在配向 膜上的行為，所以我們是用探針掃描的方式，探針以y 方向向樣 品靠近，接觸後往x 方向掃描，掃描一定長度後，樣品往 z 方向 移動一個間隔，移動的間隔長度即控制掃描的週期，間隔一段距 離後，我們再掃描第二條線，借由如此方是我們一條一條的掃出 固定週期區域。所有經過的掃描區域即是我們所配向的區域。
3-1-3 液晶調配
此次實驗使用了兩種液晶，在量測預傾角的時候我們使用的 是一般的5CB 的液晶，而另外一種則是當量測定向強度時所必
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須使用的左旋液晶，其調配方式也是利用5CB，方法如下:
調配重量百分濃度為0.15%的左旋液晶。
1. 先用電子秤量 S811（左旋 dopant）0.0075 克。
2. 加入液晶 5CB 至電子秤為 5 克。
3. 加溫並充分攪拌混和。
3-1-4 液晶樣品（LC Cell）製作
對於對稱性樣品的製作方式敘述如下，此次使用對稱性樣 品用於量測探針磨刷過的預傾角量測以及溝槽樣品的量測。而不 對稱的樣品夾持除步驟一之外皆為相同。
1.將已經用探針作用過的樣品,沿垂直於溝槽方向對切。
2.將兩片玻璃依水平方向對齊,中間夾入 6μm 的 mylar。
3.兩邊用夾子固定，並利用牛頓環確定厚度均勻，牛頓環愈 對稱則表示厚度愈均勻，我們都實際確定每一個樣品牛頓 環是否對稱。
4.測量液晶盒厚度。
5.灌入 5CB 或左旋液晶。
液晶樣品製作流程參考圖3-6
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3-2 液晶性質的量測 3-2-1 清亮點量測
在量測定向強度時，發現清亮點(Clear Point)之溫度與文獻[5]
上記錄之5CB 清亮點 35.2℃不同因此開始著手以我們的實驗裝 置及條件，測量清亮點之溫度。
將液晶樣品置於平行的偏振片(polarizer)之間，雷射光穿過樣 品到達光偵測器(detector)，裝置如圖 3-7(a)，手動調整溫控系統 之溫度設定，並使用Labview 程式記錄光偵測器所測得之光強度 隨時間與電阻溫度計量得之溫度隨時間之變化關係，如圖3-7(b) 所示，清亮點大約為34.5°C。
3-2-2 液晶螺距（pitch）量測
液晶旋轉超過1/2 圈，會產生 disclination lines 的條紋，並可 由目視觀測之，因此我們製作一個楔形樣品，如圖3-8 所示，藉 由相似三角形的數學方法，我們所要量測的液晶螺距可得到結 果，使用相似三角形的公式如下：
(3-1)
L p lh L
h l
p 2
= ⇒ =2
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3-3 樣品性質的量測
3-3-1 配向（alignment）量測方法
在兩偏振片之間置入液晶樣品，將第一層液晶的方向與第一 片偏振片平行，以LabView 程式控制步進馬達旋轉第二片偏振片 的角度0°～360°並記錄光強度變化。雷射光為波長 632.8nm 的 氦氖雷射。
3-3-2 定向強度量測方法
1. 對光
檢查所使用之雷射光軌跡是否通過液晶樣品旋轉平台之 中心，以確保量測過程中，光點皆打在同一點上，實驗裝置 圖如圖3-7，本實驗使用兩個光偵測器，其中一個接收通過 樣品前的雷射光作為參考光，另一個接收雷射光通過待測樣 品後之信號光源，取得此兩光源之數據之後，再將兩者相除，
如此可將雷射光源本身的擾動中合。在雷射光打入樣品前，
先通過兩片凸透鏡，將雷射光擴束，之後再經光圈控制欲用 來量測之雷射光光點大小
2. 取得穿透率對旋轉角度變化關係 (1) 將液晶樣品放置在旋轉平台中心
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(2) 實驗過程當中，起振器(Polarizer)不動。貼有檢偏器 (Analyzer)的旋轉平台，當刻度為零時，其偏極方向與起 振器偏極方向垂直。
(3) 將液晶樣品之旋轉平台轉至一適當的起始角度，並將檢偏 器之角度轉到前者的兩倍。
(4) 使用 Labview 程式，控制旋轉平台，當液晶樣品旋轉一度 時，檢偏器(Analyzer)旋轉兩度，同時並計錄下光偵測器 量得的穿透率強度對液晶樣品之旋轉角度之關係，如圖 3-10。
(5) 找出穿透率最小時所對應之置有液晶樣品的旋轉平台角 度。
(6) 將穿透率最小時所對應最小角度代入公式(2-22)
0 ) cos(
) 1 cos(
) sin(
) 1 1 sin(
1 2 2
2 + − + + − =
+
u
pu
pu θ θ ϕ θ θ ϕ
，即可
求出液晶扭轉角度(twist angle)，如圖 3-11，交點處即為扭轉 角度(twist angle)之解。
3. 計算定向強度大小 a.對於對稱性樣品
將液晶扭轉角度(twist angle)代入公式(2-13)，如下：
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⎟⎟⎠
⎜⎜ ⎞
⎝
⎛ −
=
p d
A K π θ
θ
022 2 sin
2 ,
其中
K22為旋轉彈性係數(twist elastic constant)，
d 為液晶樣品玻璃基板之間距(cell gap)，
θ
為液晶分子的扭轉角度(twist angle)，φ
0為液晶分子本身自旋的角度，則可求得定向強度大小
A
(J
/m
2)。 b.對於非對稱性樣品我們可以利用對稱性的方式來測量定向力較弱的樣品，因此 可以得到較為準確的定向強度A1，利用此已知的樣品基板，和另 一未知待測的樣品夾成液晶盒，並測量扭轉角φt，由式(2-28)便 可以得到φ1，再由(2-26)式得到φ2，最後代入(2-29)式我們可以得 到待測定向強度A2。
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