液晶分子的微觀分析

而考慮液晶分子與 PI 表面接觸之關係中[13]，PI 為一元酸羧酸鉻錯 合物，當其固著在基板表面時，會在基板表面產生不同液晶定向能的薄膜 層，在定向處理(配向)後將形成突出狀態且疏水性之分子，液晶分子在表 面做排列時(圖 5-18)，因液晶分子的中央部大都為極性基，末端部的烷 基構造在做垂直排列的表面自由能要比平行排列時為小，也較為安定，而 不同的羧酸根會影響著液晶與 PI 表面預傾角的角度，預傾角是液晶躺在 PI 表面時所呈現之夾角[12]，在 CELL GAP 中為液晶光軸的起始端，光線 走的路程為背光源發光透過玻璃進入 CELL GAP，此時光軸的預傾角度較 大，則越能有效控制入射進面板後之光源，避免因預傾角較低時，液晶的 短軸所產生的散射光源；此外對於液晶的表面張力與分子排列樣式進行探 討，由於液晶的表面張力與 PI 的表面張力相互做用下[17]，會有兩種現 象產生，一種為液晶垂直排列，另一種為液晶的平行排列，當液晶的表面 張力大於 PI 的表面張力時，液晶分子間的作用力要比基板表面與液晶分 子間的相互作用力為大，由表面能量平衡看來，液晶分子做垂直定向時較 為有利，有助於光源入射進液晶層內，導引進光軸路徑之中。

71

5.3.2 液晶的彈性理論

若以非平滑表面結構探討與液晶接觸之關係，由於液晶分子軸方向的 變化為非常微弱且具有彈性的性質，則必須以 Frank-Oseen 連續體理論來 考慮液晶的定向彈性自由能，液晶的相同分子排列受到外力而變形的狀態，

有三種基本的應變，受外力擴張為 Splay、受扭轉形變為 Twist 及彎曲狀 態為 Bend，以液晶分子長軸的局部排列方向 n，則不受 bend、splay、twist 的任一彈性應力時的排列狀態，所影響 Frank 的自由能 F 為最小，此時的 排列狀態為最安定，在圖 3-50 為四種非平滑曲面與定向彈性自由能間之 關係，圖 5-19(a)、(b)為液晶分子沿溝槽平行排列與垂直排列，以能量 結構來說最為安定，但是在實際的液晶接觸 PI 表面時，要考慮液晶表面 張力與接觸之 PI 表面張力差，與液晶分子之不受彈性力排列狀態在真實 狀態下之影響，則是以圖 5-19(d)較易於形成，而圖 5-19(c)為液晶長軸 垂直於表面溝槽，將會產生一個很大的 bend 的彈性應力，所以此方向排 列是不易存在，由液晶最容易與非平滑表面圖 5-19(d)所產生的接觸面，

顯示在非平滑表面時，液晶會有些許的方向性不一致。

5.3.3 液晶 PITCH 與缺陷關係

由於液晶材料是屬於向列型液晶，其液晶化合物為棒狀，並且具備永 久偶極矩極易被極化的化學結合基，且棒狀分子的末端間與側面間存在有

72

適度的分子間引力平衡，如圖 5-17 所示，液晶分子化合物的排列模式，

乃是受到分子的側面間引力與末端間引力的相對強度所支配，而液晶分子 中的烷基增長，則分子末端因越遠離存在於中心部的極化較大的苯環及永 久偶極，促使分子側面間引力增強；故液晶分子的 pitch 越長則向列型 (Nematic)液晶會轉變為層列型(Smectic)液晶，依此原理推側向列型液晶 (Pitch 越短)則會減少邊緣變成層列型液晶，而層列型液晶在排列上較容 易產生漏光情形發生。

5.3.4 液晶 PITCH 與缺陷觀察

選定不同 Pitch 的液晶材料及高預傾角的 PI 材料等條件進行相關實 驗，在實驗中選用較高 Pitch 的液晶材料，整顆輝點的不良產生頻率較高，

選用較低 Pitch 的液晶材料，在整顆輝點的不良產生率明顯降低(表 5-12)，

原因在於液晶的 Pitch 較高代表其單體分子結構較大，在 Cell Gap 間所 構築之空間中，Sub-Pix 邊緣的橫向電場會影響串接中的液晶分子，當液 晶分子(Pitch)較大時，在電力線的影響下液晶所排列弧度也較大，當液 晶分子(Pitch)較小時，在電力線的影響下液晶所排列的弧度也變的比較 小，當弧度較小則意味著液晶異常光軸對邊緣之影響性也隨之降低；而利 用會產生較高之預傾角度的 PI，亦會些微的影響整顆輝點的改善，原因 在於高預傾角度會使得液晶接觸 PI 時的起始站立角度較大，而站立角度

73

較大時所受到的橫向電場的干擾亦會隨之降低，對於整顆輝點缺陷有顯著 的改善。