觸角在未摩擦之配向膜(BISAF-25(3%))上變化的情形。由 Fig 4.1(a)、
(b)、(c)、(d)中可看到各測試液體對環境穩定性狀況。
0 500 1000 1500
time(sec)
contact angle
Water contact angle-time
0
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 time(sec)
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 time(sec)
contact angle
Glycerol contact angle-time
0
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 time(sec)
contact angle
Ethylene glycol
由 Fig 4.1 中可以看到，除了去離子純水無法在環境中達到三態 平衡穩定之外，其餘三種量測液體皆可在實驗環境達到固、氣、液三 態的平衡。所以本實驗中，我們僅使用去離子純水來探討不同摩擦條 件之配向膜表面濕潤特性。而在表面自由能的量測過程中，則以其餘 三種量測液體在進入三態平衡後做表面自由能的運算。
4-2 摩擦配向對液晶配向層所造成之表面濕潤特性
在配向層表面濕潤特性(
wettability
)探討的實驗裡，我們使用了 三種配向膜材料，有用來水平配向的 BISAF-25(3%)和 JASL-9800-R1 (5%)，以及用來垂直配向的 SUNEVER1211(3%)。而在表面濕潤特性 的探討中，通常是以水的接觸角大小來作為濕潤性的一個指標。當接 觸角越小，則表面親水性(hydrophilic)越強。當接觸角越大，則表面 拒水性(hydrophobic)越強。4-2-1 配向層靜態接觸角分析
實驗中，相同摩擦強度條件的基板，共會做五次水接觸角的量 測。而接觸角對應摩擦強度曲線圖及標準差(σ)範圍如 Fig 4.2 所示。
在 Fig 4.2 中，我們可以看到不同摩擦強度之下水接觸角的變化情形，
在不同的配向層表面有不同的呈現。
(a) BISAF-25(3%)之水接觸角對應不同摩擦強度曲線圖。
(b) JASL-9800-R1(5%)之水接觸角對應不同摩擦強度曲線圖。
(c) SUNEVER1211(3%)之水接觸角對應不同摩擦強度曲線圖
BISAF-25(3%)
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 Rubbing strength(mm)
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 Rubbing strength(mm)
0 200 400 600 800 1000 1200 1400
Rubbing strength(mm)
由Fig 4.2(a)中可看出，配向膜材料 BISAF-25(3%)對於摩擦所產生 的水接觸角變化情形。接觸角在摩擦強度小於 762.51mm 時，呈現下 降的趨勢，而當摩擦強度大於 762.51mm 時，呈現上升的趨勢。
而相較於配向膜 BISAF-25(3%)這款材料，配向膜 JASL-9800-R1 (5%)這款材料對於摩擦所產生的水接觸角變化較為穩定。在 Fig 4.2(b) 中可以看出，當摩擦強度小於 508.33mm 時，接觸角呈現上升的趨勢，
而摩擦強度大於 508.55mm 時，大致保持相當幅度的接觸角變化。
另外在 Fig 4.2(c)中可看出，垂直配向材料 SUNEVER1211(3%) 的水的接觸角，在摩擦強度不斷增強時並沒有很明顯的變化，大致在 2 度的幅度內震盪。由於垂直配向材料對摩擦所產生之表面濕潤特性 變化不大，所以在配向層表面各個方位角之水接觸角量測，我們僅對 平行配向的 BISAF-25(3%)、JASL-9800-R1(5%)兩款材料做探討。在 量測的過程中，我們發現水接觸角變化會對稱於摩擦方向，所以我們 僅展示出半邊之數據圖。在 Fig 4.3 中可以看到這兩款配向材料在各 個摩擦方位角所量測到之接觸角變化情形。Fig 4.3(a)為 BISAF-25(3%) 配向材料在摩擦強度 254.17mm 時，不同摩擦方位角之水接觸角變化 情形。而 Fig 4.3(b)為 JASL-9800-R1(5%)配向材料在摩擦強度 1016.67 mm 時，不同摩擦方位角之水接觸角變化情形。
BISAF-25(3%)
20 30 40 50
0 15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 165 180
Azimuthal angle(deg.)
Contact angle(deg.)
water
(a) BISAF-25(3%)之水接觸角對應不同摩擦方位角曲線圖。
JASL-9800-R1(5%)
75 85 95 105
0 15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 165 180
Azimuthal angle(deg.)
Contact angle(deg.)
water
(b) JASL-9800-R1(5%)之水接觸角對應不同摩擦方位角曲線圖。
Fig 4.3 水接觸角在配向層不同摩擦方位角變化情形。
在 Fig 4.3(a)、(b)中可以看到，接觸角角度最小處皆發生在 90 度 位置附近，且由 90 度位置向兩側對稱。摩擦方位角 90 度的位置剛好 是摩擦方向兩側的位置，所以可以說明摩擦方向兩側的位置親水性較 強。另外也可看出順摩擦方向所量測之接觸角大小皆比逆於摩擦方向 來的高，所以配向層逆摩擦方向之位置親水性較順摩擦方向位置強。
4-2-2 配向層動態接觸角分析
動態接觸角分析辦法，主要是用來了解摩擦對配向層所造成的液 體流動特性變化。由於在配向層靜態接觸角分析中發現，垂直配向材 料 SUNEVER1211(3%)對摩擦所產生表面濕潤特性影響並不大，所以 僅就平行配向材料 BISAF-25(3%)和 JASL-9800-R1(5%)做動態接觸角 之量測。實驗中，我們將入毛深度固定在 0.3mm，並量測水在配向基 板上之前進接觸角及後退接觸角，由兩角度之差算出接觸角延遲量 (Δθ)，探討不同摩擦次數所造成的影響。
由 Fig 4.4(a)、(b)中可以看到，不同配向材料之接觸角延遲量及 摩擦順逆方向與摩擦次數之關係。Fig 4.4(a)為 BISAF-25(3%)之接觸 角延遲量曲線圖，Fig 4.4(b)為 JASL-9800-R1(5%)之接觸角延遲量曲 線圖。由 Fig 4.4(a)中可看到，在 BISAF-25(3%)這款配向材料上，隨 著摩擦次數的增加，接觸角延遲量並沒有規律的變化。但可以看出摩 擦造成了順逆方向間產生了延遲量的大小差異，在第一次摩擦所造成 的差異最大，第三次及第四次摩擦所造成的差異最小，第五次後又慢 慢變大。另外在 Fig 4.4(b)中可看到，在 JASL-9800-R1(5%)這款配向 材料上，隨著摩擦次數的增加，在第一次摩擦後，接觸角延遲量下降 最劇烈，而後的接觸角延遲量變化則維持在 5 度的振幅內。而同樣的
在摩擦順逆方向間可以看到，逆摩擦方向之延遲量皆比順摩擦方向
The cumulative number of rubs (N)
Contact angle hysteresis(deg.) The azimuthal angle at 0°
The azimuthal angle at 180°
(a)BISAF-25(3%)之接觸角延遲量曲線圖。
The cumulative number of rubs (N)
Contact angle hysteresis(deg.) The azimuthal angle at 0°
The azimuthal angle at 180°
(b)JASL-9800-R1(5%)之接觸角延遲量曲線圖。
Fig 4.4 接觸角延遲量及摩擦順逆方向與摩擦次數之關係。
另外在做 JASL-9800-R1(5%)這款配向材料的動態接觸角量測 時，我們發現液體在流動過程中，順向接觸角及逆向接觸角有不同的 呈現，逆於摩擦方向之接觸角皆比順於摩擦方向的接觸角大，如 Fig 4.5(a)、(b)所示。
(a)退後接觸角量測 (b)前進接觸角量測 Fig 4.5 動態接觸角量測過程之順逆向接觸角變化圖。
4-3 摩擦配向對液晶配向層所造成之表面自由能變化
在配向層表面自由能探討的實驗裡，同樣使用上述所說的的三種 配向膜材料，有 BISAF-25(3%)、JASL-9800-R1(5%)及 SUNEVER1211 (3%)等三種材料。而在表面自由能的能運算中，所使用的量測液體有 二碘甲烷(diiodi-Methane)、甘油(glycerol)以及乙二醇(Ethylene glycol) 等三種材料。量測過程中，二碘甲烷(diiodi-Methane)對各摩擦條件之 基板做接觸角量測時，標準差(σ)範圍在 0.132~1.254 之間。而甘油 (glycerol)對各摩擦條件之基板做接觸角量測時，標準差(σ)範圍在 0.092~0.237 之間。另外乙二醇(Ethylene glycol)對各摩擦條件之基板 做接觸角量測時，標準差(σ)範圍在 0.149~2.772 之間。
摩擦方向 摩擦方向
由於摩擦對配向層所造成之表面自由能變化情形，在水平配向層 及垂直配向層上會有不同的表現。在實驗中，我們將摩擦深度設定在 0.3mm。當摩擦強度增加及摩擦方位角不同時，都可以發現表面自由 能呈現各向異性(anisotropy)的分佈，以及順逆摩擦方向間，表面自由 能呈現些許差異。以下分別在 4-3-1 節及 4-3-2 節分別說明。
4-3-1 垂直配向層之分析
在 4-2-1 節中提到，摩擦對垂直配向材料 SUNEVER1211(3%)之 表面濕潤特性沒有很大的影響，接下來我們也分析了摩擦對於垂直配 向層之表面自由能所造成的變化。在還沒摩擦時，垂直配向層表面自 由能為 33.83mN/m。當摩擦強度不斷增強時，垂直配向層表面自由能 變化情形如 Fig 4.6(a)所示。而在不同摩擦方位角下，垂直配向層之 表面自由能變化情形如如 Fig 4.6(b)所示。
由 Fig 4.6(a)中可以看到，當摩擦強度增強時，表面自由能變化 範圍大致在 34 mN/m 上下。且摩擦方向順逆向間所量測到之表面自 由能存在些許差異。另外在各個摩擦方位角下，量測配向層表面自由 能變化情形，我們發現表面自由能具有各向異性(anisotropy)的分佈，
而能量最大值大部分發生在摩擦方位角 90 度的位置上，並且向兩側
對稱，如 Fig 4.6(b)所示。
31 34 37
0 300 600 900 1200 1500
Rubbing Strength/mm
Surface Free Energy/mN/m
the azimuthal angle at 0°
the azimuthal angle at 180°
(a) 不同摩擦強度之表面自由能曲線圖。
SUNEVER1211(3%)
31 34 37
0 15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 165 180
Azimuthal angle/deg.
Surface Free Energy/mN/m
(b)不同摩擦方位角之表面自由能曲線圖。
Fig 4.6 垂直配向層在不同摩擦強度及方位角下表面自由能變化情形。
4-3-2 水平配向層之分析
在水平配向層表面自由能分析中，我們使用的配向材料有 BISAF -25(3%)及 JASL-9800-R1(5%)，且分別做了摩擦強度及摩擦方位角對 應表面自由能變化的的分析。在還沒摩擦時,配向材料 BISAF-25(3%) 的表面自由能為 42.06mN/m，而配向材料 JASL-9800-R1(5%)的表面 自由能為 46.23 mN/m。當摩擦強度不斷增強時，平行配向層表面自 由能變化情形如 Fig 4.7(a)、(b)所示。Fig 4.7(a)為配向材料 BISAF- 25(3%)在不同摩擦強度下，表面自由能變化情形。Fig 4.7(b)為配向材 料 JASL-9800-R1(5%)在不同摩擦強度下，表面自由能變化情形。
由 Fig 4.7(a)中可看到。當摩擦強度不斷增強時，BISAF-25(3%) 的表面自由能呈現下降的趨勢，且逆摩擦方向所量到之表面自由能皆 比順摩擦方向高。而在配向材料 JASL-9800-R1(5%)表面自由能對應 不同摩擦強度的量測中我們發現。在摩擦強度不斷增強的過程中，該 材料在第一次摩擦後，表面自由能由 46.23 mN/m 降至 43mN/m 左右。
而在第二次摩擦之後，表面自由能則是呈現相當線性的下降變化。同 樣也發現在逆摩擦方向所量到之表面自由能皆比順摩擦方向高。且兩 種配向材料在摩擦強度 762.507mm(摩擦三次)時，順逆摩擦方向間所 量得之表面自由能大小較為接近。
35 38 41 44
0 300 600 900 1200 1500
Rubbing Strength/mm
Surface Free Energy/mN/m
the azimuthal angle at 0°
the azimuthal angle at 180°
(a) BISAF-25(3%)在不同摩擦強度下表面自由能變化情形。
39 42 45 48
0 300 600 900 1200 1500
Rubbing Strength/mm
Surface Free Energy/mN/m
the azimuthal angle at 0°
the azimuthal angle at 180°
(b) JASL-9800-R1(5%)在不同摩擦強度下，表面自由能變化情形。
Fig 4.7 平行配向層在不同摩擦強度下之表面自由能變化情形。
探討完摩擦強度對水平配向層表面自由能之影響之後，接下來探 討各個摩擦方位角表面自由能變化情形。在各摩擦方位角表面自由能
的量測過程中我們發現，不管是垂直配向材料或是水平配向材料，表 面自由能在摩擦過後的配向層上，皆是呈現各向異性(anisotropy)分 佈。且能量最大值同樣發生在摩擦方位角 90 度的位置。
BISAF-25(3%)
38 41 44
0 15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 165 180
Azimuthal angle/deg.
Surface Free Energy/mN/m
(a) BISAF-25(3%)在不同摩擦方位角下表面自由能變化情形。
JASL-9800-R1(5%)
41 44
0 15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 165 180
Azimuthal angle/deg.
Surface Free Energy/mN/m
(b) JASL-9800-R1(5%)在不同摩擦方位角下，表面自由能變化情形。
由以上配向層表面自由能的分析可發現，摩擦強度對垂直配向材 料 SUNEVER1211(3%)之表面自由能變化影響不大。而在水平配向材 料的分析中可發現，表面自由能隨摩擦強度增強而下降。且配向材料 JASL-9800-R1(5%)的能量變化情形較 BISAF-25(3%)穩定。另外在三 種配向材料的摩擦方位角對應表面自由能量測中，我們發現不管是水 平配向材料還是垂直配向材料，能量皆呈現對稱性分佈，且最大值皆 發生於摩擦方位角 90 度的位置上。90 度的位置剛好是量測到配向層 順著摩擦方向的兩側，也就是配向層表面溝槽兩側的自由能。若兩側 能量皆為最大值，則液晶分子有可能被限制在摩擦方向上做排列，有 待進一步的證實。
4-4 摩擦配向最佳參數之選擇
由於液晶樣品盒需由兩片配向基板所組成，若兩配向基板之表面
由於液晶樣品盒需由兩片配向基板所組成，若兩配向基板之表面