實驗結果與分析

4-1 探針對配向膜表面造成的影響

利用AFM 觀察探針作用過的表面，發現確實有探針作用過 的痕跡，如附圖4-1 所示，我們從 AFM 掃描得到的資料中，如 附表1，可以建立一個探針刮過的模型。

附圖4-2，從這一個模型我們可以分析並得到若干資訊，包 括了探針作用過的地方，確實的會將配向膜向兩邊堆起。因為r

>> d，我們可以假設挖掉的面積大約是一個矩形的大小，會將兩 邊堆起。所以可以得到公式如下:

h w d

r × ≈ ¹ ₂ ×

^(4-1)

從(4-1)式中，推算出來的 h 如表 2 所示，發現相當吻合量測 值。因此可以證明確實堆起的配向膜是由於探針的作用，且探針 的在配向膜上的作用深度有一定的深度。

我們也可以利用堆起高度的斜率推算出探針和表面作用的半徑 大小，參考圖4-3 ，探針的作用半徑為 r，堆起的座標以 x,y 表 示，堆起的位置斜率為 m，可以得到以下的幾何關係式:

2 2 2

2

2

(

y r

)

r y f

(

x

)

r r x

x

+ − = ⇒ = = − −

(4-2)

28

2 2 2

1 2

2

) ( )

(

`

m

x x r x

r x y

m

= = −

⁻

⇒ = +

(4-3)

利用此式，可以大約的估算出作用的半徑結果如表3，與實 際值較為接近。

由不同的條件，我們可以歸納出探針作用在表面的規則。我 們嘗試控制平移台移動的速度，以及探針與表面接觸的角度和速 度。當移動速度夠小的時候，(約 3sec/cm)，探針作用於表面並不 會發生探針斷折的情形。此時的溝寬約0.5~1.5µm，並不一定會 有挖深的情形，但是周圍的堆起大約2nm。以此種方式所作用的 痕跡，再做成樣品之後，可以發現其配向範圍大約是1.5~2.5µm，

如附圖4-4。

4-2 液晶清亮點T

_c

的量測結果

我們使用前述方式量測了5CB 樣品在放置在濕度條件為 60%的環境下，經過了 4~5 天的樣品。隨著溫度上升其穿透率的 變化。量測結果如圖 4-5，此液晶的清亮點約 34.4 度。

4-3 預傾角的量測結果

我們製作了線密度分別為2μm 與 4μm 樣品，測量其預傾角，

測量的結果如附圖 4-6，4-7 所示，利用 LabView 程式擬和並找 出對稱點，量測結果以此方式磨刷的預傾角大約是 2~3 度左右。

29

4-4 定向強度和週期的關係

為了得到較為均勻的配向效果，應該考慮使用利用絨布磨刷 過的樣品與利用探針磨刷過的待測樣品互夾。但是考慮非對稱性 的樣品，在量測之前必須先得到磨刷樣品的配向力大小，而磨刷 的樣品通常因扭轉角太小而不容易精準，故我們可以利用RIE 溝 槽配向的樣品來與待測樣品互夾。其優點為溝槽樣品的溝槽密度 小，不但提供均勻的配向力，且RIE 溝槽樣品的配向力較弱，故 用對稱的方式製作樣品，因轉開的角度較大，所以可以量到較準 確的扭轉角，而且可以重複清洗使用，故適合用來量測未知樣品 的定向強度。

我們選擇了某一條件下(RIE: 5 min , T=6μm, d=60nm)的溝 槽樣品，利用對夾的方式製作樣品，並量測其配向強度，結果如 表4，大約是1×10⁻⁶

J

/

m

²。

之後製作了1,3,5,7,9µm 週期的樣品，觀察了不同線密度區 域會有明顯的不同的濃淡。首先觀察其每一區域的配向情形，發 現在固定濕度下，配向情形良好，且隨週期增加，有明顯的濃淡 變化，如圖4-10 所示。

其次量測ψpol，如圖 4-11，記錄其穿透率最小值帶入計算得 到定向強度。不同的週期與量測到的定向強度如圖4-12 所示，

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轉換成線密度，則得到圖4-13。

如果考慮每一條線所造成的配向區域，如前所示大約為 2μm，我們定義出 alignment ratio:

alignment line

alignment

d A

R

= × (4-4)

其中Aalignment = 2 μm 帶入，結果如圖 4-14，幾乎成線性的 關係。

4-5 定向強度和溝槽理論分析

我們也試著從溝槽理論[1],[15]來模擬並預測定向力的大 小。參考文獻中的溝槽理論簡述如下，由於磨刷過的基版表面，

會由於絨布的刷毛作用而產生溝槽的結構，因此為了計算液晶分 子在表面的能量，Berreman 假設了其模型如圖 4-15 所示。溝槽 結構可以用

z

=

h

sin

qx

來表示，其中 h 為堆起的高度，q 為 ²_L^π ，L 為堆起之間的距離。

其次，考慮Oseen-Frank elastic energy ：式，g 代表著由於各 種形變所產生液晶分子彈性能，可表示如下

] ) (

[

_{11 1 22 2 33 3 22 24 4}

2

1

k f k f k f k k f

g = + + − +

(4-5)

31

2

l

)

發現與實際值相距甚遠，接著在做出其alignment ratio 與定 向強度大小的關係圖，如圖4-18，可以發現從理論預測定向強度 隨週期的變化與實際量測相當一致。但是理論值較實際量測值為 小，可以推測實際上分子的順向力對液晶配向佔極大的影響。

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在文檔中 利用自製光纖探針作用在配向膜上對液晶配向研究 (頁 40-47)