4-1 系統量測
4-1.1 熱台偏光顯微鏡
偏光顯微鏡 Axioscop 40 (ZEISS)其光源為一穩壓光源，光源部 份可分成上光源及下光源，分別對樣品進行反射式與穿透式的觀察；
另外附有旋轉載物台，可以手動調控平台觀察液晶圖像，其旋轉精度 在為1度。
溫度控制系統為 Linkam TMS94 temperature system，熱台溫度 控制範圍升溫可至 350℃，透過液態氮冷卻裝置可降溫至 -194℃。
本實驗所使用的液晶溫度操作範圍僅在室溫至130℃，其最大最小降 溫速度為 30℃ / 0.1℃(每分鐘)，溫度穩定度在 ±0.1℃。兩個獨立 的系統整合在一起，如圖4-1所示。
本實驗使用cross polarizer進行鐵電液晶器件觀測，光強度 I(1) 可由下式表示：
2 2
0
sin (4
m) sin ( n d )
I I θ π
λ
= ⋅ ⋅ ⋅Δ ⋅
（4-1）上式中
I0 為入射光的強度，Δn 為光學異向性，d 為器件厚度，λ為入射 光波長，
θ
m 為memory angle為鐵電液晶在記憶態時分子長軸與層法 線的夾角透過偏光顯微鏡上的手動旋轉載物台，對 cell 作光學圖像的觀 測，由 4-1 式可知光學圖像會出現亮暗交替現象，這代表著液晶分子 的雙折射現象。當液晶分子光軸與偏光片平行（θ＝0°）時，不會有 任何的光穿透量；理論上 SSFLC 層為書架型結構時
θ
m＝22.5°，則呈 現最大的光穿透量，但書架型結構並不容易獲得，且由於 SSFLC 存在 著 chevron 結構，層的傾斜將造成θ
m通常小於 22.5 度。藉此可推敲出液晶分子的配向方向，亦可觀察樣品整體是否呈現 均一性的指向。藉由溫度控制對 cell 做升、降溫動作。利用在顯微 鏡光管上的數位相機 (PowerShot A620, Canon ) 擷取光學圖像。
圖 4-1 熱台偏光顯微鏡示意圖
4-1.2 表面張力分析儀
表面張力存在於不同相之間的界面，並非只限於液－氣之間，其 他如液－固和氣－固之間也有，甚至不互溶的兩液相之間也有表面張 力。液滴在固體表面上，在氣、固、液三相的交會點會成一平衡狀態，
因此產生了液相與固相界面的接觸角。接觸角定義為基版表面與液滴 所夾的角度，即圖 4-2 中的θ角。
圖 4-2 液滴與基板表面所夾的接觸角示意圖 我們藉由表面張力分析儀可量測液體與固體之間的接觸角大 小，再利用數學的運算得知固體之表面能。表面能可分成極化
（Polarity）和離散（Dispersive）兩部份，極化（Polarity）暗示 了氫鍵、共價鍵及庫倫力；離散（Dispersive）為分子與分子間的作 用力，即凡得瓦力。
首先我們先定義液體與空氣的表面張力為
σ
，基板表面與氣體 的表面張力為σ
s ，基版表面與液體的表面張力為γ
s l三力平衡時，由 Young’s equation
s sl l
cos
σ = γ + σ θ
（4-2）σ
s ：固體表面張力θ：接觸角 （contact angle）
σ
l ：液體表面張力γ
sl ：固體與液體之間的表面張力由已知液體與待測固體表面可知 測量固體的表面能，分別為 DI Water(Storm)、Diiodo-Methane (Strom) 如表 4-1。
圖4-3 表面張力分析儀示意圖
液體名稱 IFT(mN/m) Disperse(mN/m) Polar(mN/m)
DI Water 72.8 21.8 51
Diiodo-Methane
（Strom)
50.8 50.8 0
表 4-1 測試液體的表面能參數
4-1.3 預傾角量測系統
液晶配向的分子排列主要可分成為液晶分子長軸均勻地平行於 基板表面，稱為Homogeneous Alignment；液晶分子長軸垂直於基板 表面，稱為Homeotropic(Vertical) Alignment。然而在實用上液晶 分子通常以一預傾角（Pretilt Angle）的角度傾斜於基板，預傾角 主要作用在於液晶在外加電場時，固定液晶分子的旋轉方向，使液晶 在光電應用上達到均一的效果。
我們利用旋轉晶體法( Crystal rotation method )<30>來量測 預傾角，其基本實驗架設如圖4-4：
圖4-4 預傾角量測系統
假設液晶盒裡分子配向皆均勻，光線先經過一偏振片後入射到液
我們把θ對T作圖，即可得到一對稱圖形，圖4-6為θ＝20度 d=20
所以可簡化成
2 2
2 2 2 2 2
2 3 2
1 1 a b 1
(a - b ) sin cos sin 1 - sin - 1 - b sin 0
c α α θ + c c θ b θ =
（4-10）
而θ就是圖形對稱點的位置，代入 3-10 式，我們可以得知樣品的預 傾角α。
4-2 SSFLC 樣品製作
4-2.1 PI 配向膜製備
在配向膜朝一定方向摩擦，可造成液晶分子均勻配向，在溝槽理 論已提出<31-33>
。本實驗使用的 Polyimide 聚醯亞胺為 JSR 公司所提 供，型號為：JALS-9800-R1。
使用設備為摩擦配向機(rubbing machine)，利用絨布在 PI 膜上摩 擦，此機器為液晶實驗室自製，如圖 4-7 所示。定義毛刷與基板剛接 觸的高度定為 0，下壓深度定即為入毛深度。依照不同參數，即獲得 不同的摩擦強度(rubbing strength, RS)：
(2 / 1)
RS = Λ N π ω r v −
（4-11）N：摩擦次數 Λ：入毛深度 γ：滾筒半徑 ω：滾筒轉速 ν：基板前進速度
圖 4-7 液晶實驗室自製的摩擦配向機
本實驗 PI 製膜過程：將經過清洗過後的 ITO，以 spin-coating 方 式將 PI 均勻塗佈在基板表面，轉速為第一階段 500rpm x10s，第二階 段 4000rpm x 45s，以 100℃預烤 30 分鐘，再以 230℃後烤 1 小時半 固膜。此實驗以入毛深度為 0.3mm，滾筒半徑為 3cm，滾筒轉速為 135rpm，基板前進速度為 30mm/min。
其中 ITO 玻璃清洗：依序以下動作在超音波清洗機震盪重複兩次
圖 4-8 ITO 清洗過程流程圖
4-2.2 SSFLC Cell
（1）Photo-Spacer 製作
圖 4-9 SU-8 Photo-Spacer 簡易製作過程流程圖 段，前段 500rpm ×10s；後段 4000rpm ×45s 進行塗佈，之後將試 片置於熱台 100℃將預烤，再送進烘箱以溫度 230℃烤一小時半固
膜。最後進行摩擦，以入毛 0.3mm 分別摩擦 1～5 次，底板即完成。
另外各別以相同摩擦參數的配向層為上板（摩擦次數 1～5 次的摩擦 強度依序為 RS 250、500、760、1000、1270mm）
(3) cell 封裝與液晶灌注
上下版以摩擦平行方向蓋合，側邊以 UV 膠封裝。Cell 完成製作 後，在熱台升至高於液晶的澄清點 20 度左右，朝摩擦順向方向灌注 鐵電液晶，利用毛細作用將液晶吸入，最後以 1℃/min 降溫，SSFLC cell 即完成製作。我們以 N1～N5 摩擦次數的不同分別各製作兩個 SSFLC 樣品。
使用的鐵電性液晶為 CS1031，其參數為 CS1031特性
相變溫度
Cr（-12
℃）SmC*（60
℃）SmA（85
℃）N*（97
℃）
Iso
自發偶極距 (Ps)
-28.1 nCcm
-2Tilt angle (θ)
19 deg
Δn
0.17
表 4-2 鐵電液晶 CS1031 的基本參數