第三章. 結果與討論
3-1 混掺後溫寬變化混掺後溫寬變化混掺後溫寬變化混掺後溫寬變化
EHA/RM257-1 EHA RM257 DMPAP JC-1041XX 5CB ZLI-4572 實際實際
實際實際 MOLE% 4.45 1.9 0.58 44.88 43.5 4.66 Curing 前：ISO 46.4 BP 42.1 N* Curing 後：ISO 50.3 BP 34 N*
EHA/RM257-2 EHA RM257 DMPAP JC-1041XX 5CB ZLI-4572 實際實際
實際實際 MOLE% 4.14 2.66 0.49 45.17 42.08 5.45 Curing 前：ISO 48.3 BP 45 N* Curing 後：ISO 52 BP <-30 N*
EHA/RM257-3 EHA RM257 DMPAP JC-1041XX 5CB ZLI-4572 實際
實際 實際
實際 MOLE% 2.75 2.87 0.43 41.56 47.83 4.55 Curing 前：ISO 52 BP 50 N* Curing 後：ISO 51.2 BP 40.3 N*
EHA/RM257-4 EHA RM257 DMPAP JC-1041XX 5CB ZLI-4572 實際
實際 實際
實際 MOLE% 2.52 4.03 0.62 43.88 42.9 6.03 Curing 前：ISO 52.4 BP 49.2 N* Curing 後：ISO 52.2 BP 39.6 N*
EHA/RM257-5 EHA RM257 DMPAP JC-1041XX 5CB ZLI-4572 實際
高溫區位移；隨著 RM257 的含量上升，未照光聚合前藍相溫寬縮 短。由結果發現當 EHA/RM257 = 1.5 時，照光聚合後有最寬之拉升 溫寬且可以有效減低未照光聚合之藍相發生溫度。
(a)
EHA/RM257-1 EHA/RM257-2 EHA/RM257-3 EHA/RM257-4 EHA/RM257-5 25
EHA/RM257-1 EHA/RM257-2 EHA/RM257-3 EHA/RM257-4 EHA/RM257-5 -30
3-1-2 單體單體單體單體 (EHA/RM257) 總量改變總量改變總量改變總量改變：：：：
EHA+RM257-1 EHA RM257 DMPAP JC-1041XX 5CB ZLI-4572 實際實際
實際實際 MOLE% 3.41 2.23 0.33 45.2 43.88 4.94 Curing 前：ISO 18.9 BP 11.7 N* Curing 後：N*
EHA+RM257-2 EHA RM257 DMPAP JC-1041XX 5CB ZLI-4572 實際
實際 實際
實際 MOLE% 3.77 2.58 0.33 44.4 43.99 4.92 Curing 前：ISO 46.4 BP 42.3 N* Curing 後：ISO 48.8 BP <-30 N*
EHA+RM257-3 EHA RM257 DMPAP JC-1041XX 5CB ZLI-4572 實際
實際 實際
實際 MOLE% 4.55 2.96 0.33 44.3 43.01 4.84 Curing 前：ISO 42.5 BP 39.6 N* Curing 後：ISO 52.9 BP <-30 N*
EHA+RM257-4 EHA RM257 DMPAP JC-1041XX 5CB ZLI-4572 實際
實際 實際
實際 MOLE% 5.1 3.32 0.32 43.87 42.59 4.79 Curing 前：ISO 40 BP 35.3 N* Curing 後：ISO 52.1 BP <-30 N*
EHA+RM257-5 EHA RM257 DMPAP JC-1041XX 5CB ZLI-4572 實際實際
體總量上升而升高。
因此可以得知當加入照光聚合單體總量增加大於 (6 mol %)，可 以將藍相溫寬拉伸且可以將溫度下界往低溫區位移，照光聚合後可以 有效將藍相溫寬下界溫度拉至負溫區，如圖圖圖圖 3-1-2. 所示。
(a)
EHA+RM-1 EHA+RM-2 EHA+RM-3 EHA+RM-4 EHA+RM-5 10
EHA+RM-2 EHA+RM-3 EHA+RM-4 EHA+RM-5 -30
3-1-3 單單單單一一一一照光聚合單體照光聚合單體照光聚合單體照光聚合單體：：： ：
TMPTA TMPTA DMPAP JC-1041XX 5CB ZLI-4572 實際
實際 實際
實際 MOLE% 6.74 0.56 44.58 43.31 4.79 Curing 前：ISO 31.1 BP 16.3 N* Curing 後：ISO 48.4 BP <-30 N*
RM257 RM257 DMPAP JC-1041XX 5CB ZLI-4572 實際
合後雖無網狀交聯作用，但可稍微將藍相溫寬拉寬；而 TMPTA 為
3-1-4 掌性分子掌性分子掌性分子掌性分子 (ZLI-4572) 總量改變總量改變總量改變總量改變：：： ：
ZLI-4572-1 EHA RM257 DMPAP JC-1041XX 5CB ZLI-4572 實際
實際 實際
實際 MOLE% 4.09 2.63 0.39 45.68 43.32 3.87 Curing 前：ISO 49.6 BP 46.4 N* Curing 後：ISO 53.5 BP 35.5 N*
ZLI-4572-2 EHA RM257 DMPAP JC-1041XX 5CB ZLI-4572 實際
實際 實際
實際 MOLE% 3.9 2.61 0.36 43.23 44.1 4.89 Curing 前：ISO 45.3 BP 41.8 N* Curing 後：ISO 51.2 BP <-30 N*
ZLI-4572-3 EHA RM257 DMPAP JC-1041XX 5CB ZLI-4572 實際
實際 實際
實際 MOLE% 4.14 2.56 0.48 44.43 42.69 5.67 Curing 前：ISO 39 BP 36 N* Curing 後：N*
ZLI-4572-4 EHA RM257 DMPAP JC-1041XX 5CB ZLI-4572 實際
實際 實際
實際 MOLE% 3.96 2.53 0.23 44.19 42.32 6.76 Curing 前：ISO 36.6 BP 34.2 N* Curing 後：N*
ZLI-4572-5 EHA RM257 DMPAP JC-1041XX 5CB ZLI-4572 實際實際
實際實際 MOLE% 3.75 2.36 0.51 43.83 41.75 7.79 室溫下觀察不到藍相液晶
ZLI-4572-6 EHA RM257 DMPAP JC-1041XX 5CB ZLI-4572 實際
況；當 ZLI-4572 的添加量大於 5 mol % (表表表表 3-1-4. ZLI-4572-3) 時之 混合液晶，照光聚合後並無藍相出現，因為混合液晶系統中 Chiral dopant 之添加比例過多，照光聚合後大量誘發 chiral nematic phase；
此外，我們發現 ZLI-4572 添加量增加時，會有許多固體存在混合液
3-1-5 Host (JC-1041XX/5CB) 比例互換比例互換比例互換比例互換：：：：
J-5CB-1 EHA RM257 DMPAP JC-1041XX 5CB ZLI-4572 實際
實際實際
實際 MOLE% 3.97 2.61 0.32 87.13 0 4.8 Curing 前：ISO 74.6 BP 73.2 N* Curing 後：ISO 80.2 BP 55.1 N*
J-5CB-2 EHA RM257 DMPAP JC-1041XX 5CB ZLI-4572 實際實際實際
實際 MOLE% 3.86 2.65 0.33 57.65 28.37 4.92 Curing 前：ISO 56.7 BP 53.4 N* Curing 後：ISO 61 BP 32 N*
J-5CB-3 EHA RM257 DMPAP JC-1041XX 5CB ZLI-4572 實際實際實際
實際 MOLE% 3.9 2.61 0.36 43.23 44.1 4.89 Curing 前：ISO 45.3 BP 41.8 N* Curing 後：ISO 51.2 BP <-30 N*
J-5CB-4 EHA RM257 DMPAP JC-1041XX 5CB ZLI-4572 實際實際實際
實際 MOLE% 4.04 2.57 0.38 28.33 58.23 4.79 Curing 前：ISO 36.6 BP 32.8 N* Curing 後：ISO 41.3 BP <-30 N*
J-5CB-5 EHA RM257 DMPAP JC-1041XX 5CB ZLI-4572 實際
J-5CB-5)。
隨著 JC-1041XX 的含量上升，藍相溫度區向高溫區位移且未照 光聚合前藍相溫寬縮短；隨著 5CB 的含量上升藍相溫度區向低溫區 位移。
(a)
J-5CB-1 J-5CB-2 J-5CB-3 J-5CB-4
25
J-5CB-1 J-5CB-2 J-5CB-3 J-5CB-4
-30
3-1-6 雙雙雙雙 Chiral 系統系統系統 ZLI-4572 與系統 與與與 ISO-S 比例互換比例互換比例互換：比例互換：：：
市售的性旋光分子 ZLI-4572 還要來的好，因此將實驗室自行開發設 計的掌性分子完全取代 ZLI-4572 以達到更好的物性表現。
(a)
Z+ISO-S-1 Z+ISO-S-2 Z+ISO-S-3 Z+ISO-S-4 Z+ISO-S-5 15
Z+ISO-S-1 Z+ISO-S-2 Z+ISO-S-3 Z+ISO-S-4 Z+ISO-S-5 -30
3-1-7 將將將將 ZLI-4572 置換成自行開發設計之掌性分子置換成自行開發設計之掌性分子置換成自行開發設計之掌性分子-1：置換成自行開發設計之掌性分子 ：：：
將單一掌性分子 ZLI-4572 使用實驗室自行開發設計之掌性分子 ISO-S、ISO-SF、ISO-D、ISO-DF 等四支結構取代，而聚合單體為 (EHA / RM257) 並觀察照光聚合前後其溫寬的變化情形 (表表表 3-1-7.)。 表
表 表 表
表 3-1-7. 將 ZLI-4572 置換成自行開發設計之掌性分子-1
EHA/ISO-S EHA RM257 DMPAP JC-1041XX 5CB ISO-S MW(g/mole) 184.28 586.63 256.3 323.9 249.35 554.29
EHA/ISO-SF EHA RM257 DMPAP JC-1041XX 5CB ISO-SF MW(g/mole) 184.28 586.63 256.3 323.9 249.35 590.27
EHA/ISO-D EHA RM257 DMPAP JC-1041XX 5CB ISO-D MW(g/mole) 184.28 586.63 256.3 323.9 249.35 1022.47 實際
實際 實際
實際 MOLE% 3.76 2.3 0.31 42.64 43.04 2.69 混掺性不佳，互溶度差，析出嚴重
EHA/ISO-DF EHA RM257 DMPAP JC-1041XX 5CB ISO-DF MW(g/mole) 184.28 586.63 256.3 323.9 249.35 1094.43 實際
導偶極力增加而上升。此外，在實驗中我們發現 ISO-D 在混合液晶 系統的互溶性相當不好，在室溫下有明顯的固體析出，但是 ISO-DF 卻有很好的互溶現象，這是因為 ISO-D 結構上是 dimer，且硬段具 有八個環，互溶性差，但是 ISO-DF 結構上雖然是 dimer 但具有極 性官能基，因此能夠增加與系統的互溶性。
在行照光聚合後我們發現 ISO-S 與 ISO-SF 的藍相溫寬皆可達 到負溫區 ( < -30 °C)，但是 ISO-DF 卻只能達到室溫區 (45.8 °C ~ 30.8 °C)，這是因為二聚體分子 (dimer) 比單一分子 (single unit) 來 的大，因此容易受到壓克力基的照光固定，所以無法有效的誘導混合 液晶的藍相發生，故 ISO-DF 照光聚合後藍相溫寬比 ISO-S 與 ISO-SF 來的短 (圖圖圖 3-1-7.)。 圖
(a)
EHA/ISO-S EHA/ISO-SF EHA/ISO-DF
15 20 25 30 35 40 45 50
Temperature°C
BP N*
(b)
EHA/ISO-S EHA/ISO-SF EHA/ISO-DF
-30 -20 -10 0 10 20 30 40
Trmperature°C
BP N*
圖 圖 圖
圖 3-1-7. (a) 照光聚合前溫寬圖 (b) 照光聚合後溫寬圖
3-1-8 將將將將 ZLI-4572 置換成自行開發設計之掌性分子置換成自行開發設計之掌性分子置換成自行開發設計之掌性分子-2：置換成自行開發設計之掌性分子 ：：：
將單一掌性分子 ZLI-4572 使用實驗室自行開發設計之掌性分子 ISO-S、ISO-SF、ISO-D、ISO-DF 等四支結構取代，而聚合單體為 (TMTPA / RM257) 並觀察照光聚合前後其溫寬的變化情形 (表表表表 3-1-8.)。
表 表 表
表 3-1-8. 將 ZLI-4572 置換成自行開發設計之掌性分子-2
TMPTA/ISO-S TMPTA RM257 DMPAP JC-1041XX 5CB ISO-S MW(g/mole) 296.32 586.63 256.3 323.9 249.35 554.29 實際實際
實際實際 MOLE% 3.97 2.8 0.34 44.51 42.42 5.78 Curing 前：ISO 28.3 BP 25 N* Curing 後：ISO 42.6 BP <-30 N*
TMPTA/ISO-SF TMPTA RM257 DMPAP JC-1041XX 5CB ISO-SF MW(g/mole) 296.32 586.63 256.3 323.9 249.35 590.27
TMPTA/ISO-D TMPTA RM257 DMPAP JC-1041XX 5CB ISO-D MW(g/mole) 296.32 586.63 256.3 323.9 249.35 1022.47
TMPTA/ISO-DF TMPTA RM257 DMPAP JC-1041XX 5CB ISO-DF MW(g/mole) 296.32 586.63 256.3 323.9 249.35 1094.43
(a)
3-1-9 將將將將 RM257 部分置換成實驗室自行合成之部分置換成實驗室自行合成之部分置換成實驗室自行合成之部分置換成實驗室自行合成之 ISO-S6：：： ：
ISO-S/ISO-S6-1 EHA RM257 DMPAP JC-1041XX 5CB ISO-S ISO-S6 MW(g/mole) 184.28 586.63 256.3 323.9 249.35 554.67 694.3
ISO-S/ISO-S6-2 EHA RM257 DMPAP JC-1041XX 5CB ISO-S ISO-S6 實際
實際 實際
實際 MOLE% 4.22 1.17 0.32 45.31 43.23 4.72 1.09 室溫下觀察不到藍相液晶
ISO-S/ISO-S6-3 EHA RM257 DMPAP JC-1041XX 5CB ISO-S ISO-S6 實際實際
ISO-S/ISO-S6-1
ISO-S/ISO-H-1 EHA RM257 DMPAP JC-1041XX 5CB ISO ISO-H 實際
實際 實際
實際 MOLE% 3.87 1.94 0.32 44.41 44.38 4.73 0.32 室溫下觀察不到藍相液晶
ISO-S/ISO-H-2 EHA RM257 DMPAP JC-1041XX 5CB ISO ISO-H 實際實際
實際實際 MOLE% 3.78 1.28 0.36 44.94 43.67 4.83 1.12 室溫下觀察不到藍相液晶
ISO-S/ISO-H-3 EHA RM257 DMPAP JC-1041XX 5CB ISO ISO-H 實際
實際 實際
實際 MOLE% 4.06 0.45 0.34 44.40 43.79 4.98 1.94 室溫下觀察不到藍相液晶
在實驗中我們合成 ISO-H，與 ISO-S6 不同的是 ISO-H 不含長 碳鏈，在取代 RM257 的過程中我們發現在室溫下看不到藍相，這是 因為以 chiral dopant 的角度來看 ISO-H 不含長碳鏈可以減少藍相 液晶間的空間擾動，更有效的將藍相溫寬拉的比室溫更低。透過這次 實驗我們嘗試的讓一種成分扮演兩種角色-掌性分子與聚合單體，可 是藍相溫寬無法在室溫以上出現，因此在混掺的分子中應該避免具有 雙重特性的分子存在。
3-2 電性量測電性量測電性量測電性量測
Intensity (a.u.) Intensity (a.u.)
T %
Initiator (mol%) Chiral dopant (mol%) EHA RM257 DMPAP JC-1041XX 5CB ZLI-4572
EHA/RM257-2 3.77 2.58 0.33 44.4 43.99 4.92
EHA/RM257-3 4.55 2.96 0.33 44.3 43.01 4.84
EHA/RM257-4 5.1 3.32 0.32 43.87 42.59 4.79
EHA/RM257-5 5.64 3.67 0.32 43.44 42.18 4.75
Monomer (mol%) Liquid crystal (mol%) Sample NO.
實驗中我們發現在照光聚合單體總量 < 7mol % (表表表表 3-2-1-1.) 時 其暗態較照光聚合單體 > 7 mol % 為低 (圖圖圖圖 3-2-1.)。因為照光聚合 單體總量少時高分子交聯程度就較低，在 cell 中保有較多的未被交 聯的藍相液晶，因此可以有效保有藍相 normally black 之特性。此 外，由飽和電壓可以發現藍相液晶受到高分子交聯結構之影響：高分 子交聯結構在 cell 中含量較高時可以發現當給予電壓 165.1 Vrms 時依然未達飽和狀態，因為高分子交聯結構過多後會嚴重抑制在電場 下液晶分子的運動行為；且可以發現高分子交聯結構在 cell 中含量 上升其藍相液晶暗態會變亮，有此推論是因為高分子交聯結構導致藍 相液晶分子在未通電下已經被預先傾斜一個角度所導致。實驗中較為 特別的數據為當照光聚合單體總量約為 7 mol % 時，可以發現較其 他不同照光聚合單體總量之樣品有最低之飽和電壓及最差之暗態，推 論為當照光聚合單體為 7 mol % 時在整體液晶混合物中，藍相液晶 被預先傾斜的最為嚴重所以導致其暗態最差。
實驗中發現 response time (RT) 非常快速，約為 1 ms 左右 (表表表表 3-2-1-2.)，並發現經過高分子交聯結構凍結後之藍相液晶其應答時間
上 rise time 皆高於 fall time，推論為在 IPS cell 中受到增加電場作 用液晶分子形狀發生改變，但在液晶分子形狀改變時受到周圍高分子 交聯結構之限制，所以必須先克服周圍之交聯結構，因此其 rise time
因而延長；而在減少電場知情狀下，液晶分子回復原狀過程中，並不
Sample rise time (ms) fall time (ms) response time (ms) saturation voltage (Vrms)
EHA/RM257-2 1.03 0.26 1.29 165.1
EHA/RM257-3 0.58 0.37 0.95 134.2
EHA/RM257-4 0.55 0.32 0.87 >165.1
EHA/RM257-5 0.59 0.34 0.93 >165.2
3-2-2 單單單單一一一一照光聚合單體照光聚合單體照光聚合單體照光聚合單體 TMPTA 與與與 EHA/RM257-3 電性比較與 電性比較電性比較電性比較：：：：
Intensity (a.u.) Intensity (a.u.)
Time (ms)
Intensity (a.u.) Intensity (a.u.)
T %
Initiator (mol%) Chiral dopant (mol%) EHA TMPTA RM257 DMPAP JC-1041XX 5CB ZLI-4572
TMPTA 6.74 0.56 44.58 43.31 4.79
EHA/RM257 4.55 2.96 0.33 44.3 43.01 4.84
Monomer (mol%)
Sample NO. Liquid crystal (mol%)
在實驗中 (圖圖圖圖 3-2-2.) 我們發現單一照光聚合單體 TMPTA 的 暗態比 EHA/RM257-3 來的低，這是因為當壓克力機中混有 RM257 時，照光聚合後會對液晶產生一個預傾角的作用，進而導致暗態不夠 暗。在飽和電壓方面我們發現壓克力基為 TMPTA 與 EHA/RM257 來比較，則 TMPTA 的飽和電壓比 EHA/RM257 來的低，因為 RM257 其分子結構與液晶分子相似，再經照光聚合後容易影響液晶 分子本身的排列情形，雖然 TMPTA 具有三壓克力基的性質，但 RM257 卻會直接影響藍相液晶的排列構型，所以 EHA/RM257 照光 聚合後的飽和電壓較高。
TMPTA 所構成的高分子網狀立體結構比 EHA/RM257 穩固堅 定，所以反應時間極短約為 0.46 ms (表表表 3-2-2-2.)，而 EHA/RM257-3 表 則因為 RM257 結構與藍相液晶相似影響應達速度，所以
EHA/RM257 應答時間較長。
表 表 表
表 3-2-2-2. 單一照光聚合單體 TMPTA 與 EHA/RM257-3 RT 量測
表 3-2-2-2. 單一照光聚合單體 TMPTA 與 EHA/RM257-3 RT 量測