我們設計 “C” 字樣的光罩，讓聚合物網絡有不同密度分佈。圖 6-3 是兩區域不同密度的聚合物網絡之電光特性曲線，代表這兩區域有不 同的電光特性，紅色代表密度高的聚合物網絡，藍色是密度低的聚合 物網絡結構。電壓0Vrms時，液晶分子、染料分子和聚合物網絡都是 垂直基板排列，此狀態為亮態。電壓9 Vrms時，藍色曲線代表的低密
度之聚合物網絡中的液晶和染料分子先被電場驅動而變暗，所以出現
Voltage, Vrms
Reflectance 10℃, 8.5cm
20℃, 13cm 0 V
Voltage, Vrms
Reflectance 10℃, 8.5cm
20℃, 13cm
0.0
Voltage, Vrms
Reflectance 10℃, 8.5cm
20℃, 13cm 0 V
對比度 ~200:1，反應時間~10ms，臨界電壓因聚合物網絡密度不同，
分別為5.42Vrms和4.62Vrms。
CR Rmax (%) Vth (voltage) Ton + Toff (ms) 10oC,
1.37mW/cm2
166:1 49.2 5.42 8.558 20oC,
0.73mW/cm2
219:1 50.2 4.62 10.558 表 6-1 梯度分佈的摻雜染料之液晶凝膠參數整理表
第7章 結論與展望
利用摻雜染料之液晶凝膠，我們已開發出一種高對比、快速響應且 不需偏振片之反射式液晶光電開關。不需偏振片可增加光效率、廣視 角並降低成本。此反射式液晶光電開關的最大反射率~ 55%，對比度
~ 450:1，反應時間快~ 6.4 ms，不但如此，製作上是採用低溫製程(<
40oC)，更適用於軟性顯示器。
論文中我們研究光聚合溫度、紫外光強度、液晶盒厚度、單體濃度、
染料濃度和染料種類眾因素對電光特性的影響。要得到高對比的液晶 顯示元件，可採低溫光聚合 (< 40oC)、增加液晶盒厚度、增加單體濃 度或染料濃度。但是增加液晶盒厚度和染料濃度會降低反射率且反應 時間變慢，而低溫光聚合、增加單體濃度和染料濃度導致操作電壓上 升。除此之外，低溫光聚合、紫外光愈強和單體濃度增加會加快反應 時間。依據實驗結果，為了實現高對比度但又不失快速響應、高反射 率和低操作電壓特性之液晶光電開關，我們選用 5%wt 單體濃度加上 3wt%染料濃度或 5%wt 染料濃度之材料在光聚合溫度 10 oC 和紫外 光強度2.6 mW/cm2 條件下製作，可得到最佳顯示效果。
我們也將摻雜染料之液晶凝膠應用於軟性反射式光電開關。因為垂 直基板的聚合物網路結構和軟性基板的十字微結構可維持液晶盒厚 度並增加軟性基板抗壓性，而且，凝膠狀的液晶混合物可增加穩定 性，故此軟性液晶元件具有可撓曲和可剪裁的特性。在光聚合溫度 10 oC 和紫外光強度 2.6 mW/cm2製作條件下，反應時間約 12 ~ 15 ms，穿透式比度約 20: 1。此新開發的軟性顯示技術未來可應用於電 子紙、電子標籤、電控式窗簾和電控式隔熱紙等。
實驗過程中，我們也發現一些有趣的現象及問題，需更深入的研究：
(1) 操作電壓高和顏色偏紅的問題尚待克服，我們可選取相對介電常 數高的液晶材料和適合的染料來解決電壓和顏色問題。
(2) 我們在高溫(40 oC)之光聚合製作條件下觀察到動態散射現象，液 晶分子在聚合物網絡中持續擾動，進而提升對比度，但其物理機 制需進一步研究。
(3) 我們使用的光源是綠光氦氖雷射，可進一步使用白光光源測量。
(4) 散射理論尚需更深入的探討：考慮聚合物網絡邊界造成的多重散 射，不同角度下的散射作用。
(5) 軟性基板會吸收紫外光，在紫外光照射時，透過軟性基板偵測到 的紫外光強度比透過玻璃基板時弱。
除此之外，我們也提到摻雜染料之液晶凝膠的新應用，利用製作條 件的差異形成不同密度之聚合物網路，讓此液晶元件不再只有單一畫 素，而是能顯示一些基本的圖案。此優點在於僅需單一電壓源驅動，
改變外加電場大小即可造成圖案變化，它不需要設計圖案電極，也不 用複雜的驅動電路，因而簡化製程，降低成本，更可應用於裝飾用顯 示元件。
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附錄A
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
0 10 20 30
Voltage, Vrms
Reflectance
1st 2nd 3rd 4th 5th
圖表 A-1 摻雜染料之液晶凝膠具有重覆之電光特性 ZLI4788: M1: S428= 90wt%: 5 wt%: 5wt%, 5μm, 30oC curing,
UV intensity: 2.6mW/cm2
0 0.1 0.2 0.3
0 20 40 60 80
Distance, cm
Transmittace, a.u.
T at 30V
圖表 A-2 改變液晶盒到光偵測器距離，穿透光強度的變化，
距離愈遠，穿透光愈弱
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0
0 10 20 30
Distance, cm
UV intensity, mW/cm2 UV
glass plastic
圖表 A-3 不同材質基板對紫外光吸收程度不同。UV 代表直接照紫 外光；glass 為玻璃基板；plastic 為軟性塑膠基板
0
Voltage,Vrms
Reflectance 1.236mW/cm2 0.733mW/cm2 0.33mW/cm2
0
Voltage,Vrms
Reflectance 1.236mW/cm2 0.733mW/cm2 0.33mW/cm2
圖表 A-4 改變紫外光照射強度的液晶盒之電光特性圖
UV intensity, mW/cm2
Rise time,ms
0
Decay time,ms
Rise time Decay time
圖表 A-5 紫外光強度與反應時間的關係
Voltage, Vrms
Reflectance 1.37mW/cm2 0.733mW/cm2
0.354mW/cm2
0.0
Voltage, Vrms
Reflectance 1.37mW/cm2 0.733mW/cm2
0.354mW/cm2
圖表 A-6 改變紫外光照射強度的液晶盒之電光特性圖
UV intensity, mW/cm2
Rise time,ms
0 5 10 15 20
Decay time, ms
Rise time Decay time
圖表 A-7 紫外光強度與反應時間的關係
UV intensity, mW/cm2
Contrast ratio
20 degree 30 degree
oC
UV intensity, mW/cm2
Contrast ratio
20 degree 30 degree
oC
oC
圖表 A-8 紫外光強度與對比度的關係, 光聚合溫度 20oC 和 30oC 時 ZLI4788: M1: S428= 90wt%: 5 wt%: 5wt%, 5μm
0.0
UV intensity, mW/cm2 Rmax
10 degree 20 degree 30 degree
oC
UV intensity, mW/cm2 Vth,Vrms
10 degree 20 degree 30 degree
oC
300 400 500 600 700 800
Wavelength, nm
Intensity
0V 10V 20V 30V
(a) ZLI4788: M1: S428= 92wt%: 5 wt%: 3wt%
0 200 400 600 800
300 400 500 600 700 800
Wavelength, nm
Intensity
0V 10V 20V 30V
(b) ZLI4788: M1: S428= 90wt%: 5 wt%: 5wt%
0 200 400 600 800
300 400 500 600 700 800
Wavelength, nm
Intensity
0V 10V 20V 30V
(c) ZLI4788: M1: S428= 88wt%: 5 wt%: 7wt%
圖表 A-11 不同染料濃度的液晶凝膠頻譜圖 (a) 3wt%S428 (b) 5wt%S428 (c) 7wt%S428
0 200 400 600 800
300 400 500 600 700 800
Wavelength, nm
Intensity
0V 10V 20V 30V
(a) ZLI4788: M1: S428= 92wt%: 3 wt%: 5wt%
0 200 400 600 800
300 400 500 600 700 800
Wavelength, nm
Intensity
0V 10V 20V 30V
(b) ZLI4788: M1: S428= 90wt%: 5 wt%: 5wt%
0 200 400 600 800
300 400 500 600 700 800
Wavelength, nm
Intensity
0V 10V 20V 30V
(c) ZLI4788: M1: S428= 88wt%: 7wt%: 5wt%
圖表 A-12 不同聚合物單體濃度的液晶凝膠頻譜圖 (a) 3wt%M1 (b) 5wt%M1 (c) 7wt%M1
0 200 400 600 800
300 400 500 600 700 800
Wavelength, nm
Transmission, a.u. 0V
10V 20V 30V
(a) ZLI4788: M1: SI426= 90wt%: 5wt%: 5wt%
0 200 400 600 800
300 400 500 600 700 800
Wavelength, nm
Transmission, a.u. 0V
10V 20V 30V
(b) ZLI4788: M1: SI486= 90wt%: 5wt%: 5wt%
0 200 400 600 800
300 400 500 600 700 800
Wavelength, nm
Transmission, a.u. 0V
10V 20V 30V
(c) ZLI4788: M1: S428: Dye A= 90wt%: 5wt%: 4wt%: 1wt%
0 200 400 600 800
300 400 500 600 700 800
Wavelength, nm
Transmission, a.u. 0V
10V 20V 30V
(d) ZLI4788: M1: S428: Dye B= 91wt%: 5wt%: 3wt%: 1wt%
圖表 A-13 摻雜不同染料之液晶凝膠的頻譜