盤型液晶之分子設計

現今眾多平面顯示器中，液晶顯示器 (liquid crystal display,

LCD) 是最被廣泛應用的顯示技術，以向列型棒狀液晶分子受電場 控制而改變其排列型態，控制入射光的明暗變化，但靠近配向層之 液晶分子，因不能受電場控制改變其排列，導致光通過這些液晶分 子時，產生嚴重的漏光問題，造成視角過窄的缺點。近年來已有許 多新的改良技術被提出，在實用上仍是以添加光學補償膜為主。光

學補償膜由於製作容易且不影響傳統 LCD 製程，一直被廣泛地使

用在改善 LCD 的視角問題^{(3, 4)}。其中又以盤狀液晶最為常用，其固 有的負雙折射率特性與液晶性質，可利用不同的配向技術來製備具 有不同光學性質之補償膜。1997 年日本富士公司首先利用可光聚合 之碟狀液晶分子製作出具混成結構之光學補償膜⁽⁵⁾，並大量地應用 在各種液晶顯示器上，此後相關的技術大多侷限於該系列之材料。

其結構為 Triphenylene 之衍生物，依據不同的側取代基可產生柱狀 及向列型碟狀液晶相，不論在導電或光學性質上均具有良好之特性

(6)。

自 1970 年 Freiser 首先提出雙軸性向列型液晶相可能存在時，

陸續有許多方法來證明這樣的理論。具雙軸性之液晶材料，預測對 於施加電場後的反應會比傳統的單軸性液晶材料快。具雙軸性向列 相之液晶相分子持續被研究著，1980 年，Yu 與 Saupe ⁽⁷⁾ 發現具雙 軸 性 向 列 相 的 濃 致 性 (lyotropic) 液 晶 ， 在 1986 年 Hessel 與

Finkleman ⁽⁸⁾ 則報導了具雙軸性向列相的高分子液晶。如 Fig 1-11 (a) ~ Fig 1-11 (b) 所示 ⁽⁹⁾，具盤形液晶相之分子與桿形液晶相之分

子大部分為單軸性。根據理論計算，雙軸性液晶分子的雙軸參數 η

(biaxiality parameter)，是介於盤型(η=1)與桿形(η=0) ⁽¹⁰⁾ 之間，因此 推測感型與盤型之混合物可能具有雙軸性液晶相。於是，有許多的 研究致力在發展將桿形與盤型液晶進行混合、近一步經由實驗證 實，將桿形與盤型兩具有光學單軸性的液晶分子混合，確實可以發 現雙軸性向列型液晶相，(如 Fig 1-11 (c) 所示) ^{(11, 12)}。利用混合方 式有二，其一為利用溶劑或介面活性劑將其混合；另一種將一個盤 型液晶分子及一個桿形液晶分子利用共價鍵將其連結。將兩個不同 性質及形狀的分子進行混合時，需考慮到其混合的比例、互溶性的 問題以避免相分離現象；而利用共價鍵聯結之方式，有可能會彼此 互相影響液晶性質而導致雙軸性向列相不存在。另外，Samulski 發 現，具有彎曲且鋼硬核心之迴力棒狀 (boomerang-shaped) 化合物易 可行成雙軸性向列相其中一個軸為沿著分子長軸，另一軸則在分子 的扁平面上，(如 Fig 1-11 (e) 所示)。另外，也有科學家將單一分子 的形狀設計成介於桿形與盤型之間的板狀，(如 Fig 1-11 (d) 所示)，

以其研究其形成雙軸向列相之可行性。

盤狀液晶是一種新型的液晶材料，其結構介於棒狀與碟狀液晶之

間，具有雙軸液晶相之特性⁽⁷⁾。文獻上曾報導四炔苯化合物為一種具 有向列型液晶相之板狀化合物，然而其液晶相形成並不穩定，只能在 降溫時觀測到⁽¹³⁾。本研究將中心結構的兩個炔基改為亞氧甲基，期望 使之成功出現穩定的向列型液晶相，其外接上對稱及不對稱團基(包 括雙苯環或含旋光性側鏈)以降低溫度。分子末端再接上可聚合之丙 醯酸酯基，進行聚合反應製備高分子薄膜以做為光學補償膜，並期能 取代現有之盤狀液晶材料系統。

Fig 1-11. 具單軸、雙軸性向列相液晶分子的分子排列圖(a) 具 單軸性向列相的桿形液晶分子；(b) 具單軸性向列相的盤形液晶分 子；(c) 具雙軸性向列相的盤形及桿形液晶分子的混合； (d)具雙 軸性向列相的板形液晶分子; (e) 彎曲行雙軸性向列形液晶分子。

OCH2

OCH2

R1

R1

R2

R2

Fig 1-12. 盤狀液晶之分子結構示意圖