在此章中主要對 1.不同濃度高分子聚合物比例樣品對臨界電壓、反應時
間與外加電壓對穿透率的關係。2.藍相液晶反射光譜對不同基材，與不同高 分子單體配方的變化。3.科索圖案(Kossel Diagram)在實驗上與理論上的比較，
並決定其結構。4.高分子安定藍相液晶 SEM 結果討論。
4-1 藍相液晶於不同高分子聚合物比例之電壓響應
藍相液晶在顯示器上應用之優點之一為亞毫秒等級的反應時間，但仍有
驅動電壓過大的缺點，本節主要對 BPLC-1 加 3.05wt%、4.82wt%與 7.9wt%
高分子單體與純 BPLC-1 的外加電壓曲線圖做比較，高分子安定的濃度 0wt%、3.05wt%、4.82wt%到 7.9wt%所對應的外加電壓(4KHz 方波)與穿透 率曲線圖為圖 3-1-5、圖 3-2-10、圖 3-2-12 與圖 3-2-14，其臨界電壓分別為 30Vrms、43.1Vrms、45.8 Vrms 與 57.3 Vrms，如圖 4-1-1，臨界電壓隨著高 分子單體的濃度增加而從 30 Vrms 增加至 57.3 Vrms，雖然臨界電壓應要越 小越好，但是從外加電壓與穿透率曲線圖的升電壓與降電壓曲線的重合程 度來看，加 7.9wt%高分子單體的重合度最高。從反應時間來看的話，由於 在純 BPLC-1 在外加電壓與穿透率曲線圖在降電壓後無法回至暗態所以沒 有辦法量測反應時間，而高分子聚合物的濃度 3.05wt%、4.82wt%到 7.9wt%
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對應的反應時間關係圖為圖 3-2-11、圖 3-2-13 與圖 3-2-15，反應時間與高 分子濃度比例關係圖，如圖 4-1-2，高分子聚合物的濃度添加 3.05wt%與 4.82wt%的樣品其 Rise time 在 3.05wt%的樣品有略快一些到 460μs，但是其 誤差約 10%不太穩定，Fall time 而是差不多在 400μs 誤差範圍也都小於 3%，
添加 7.9wt%樣品的 Rise time 比前兩個濃度的樣品又快了一些到 406μs，誤 差範圍也大約 10%，但是在 Fall time 部分就大大的減至 140μs 誤差值也小 於 10μs，推測可能是在沒外加電下做光聚合反應使得在 Fall time 部分有明 顯變快，而 Rise time 就沒有明顯的改變。
高分子聚合物的濃度在 0wt%、3.05wt%、4.82wt%到 7.9wt%，臨界電 壓隨濃度增加而變大，反應時間隨濃度增加也越快，但是外加電壓與穿透 率關係卻是隨濃度增加而越好，而這也是目前高分子安定藍相液晶在顯示 器上的兩難。
4-2 藍相液晶的反射光譜討論
由於藍相液晶會自組成簡單立方結構與體心立方結構，所以其結構對 不同的反射面會反射特定波段，而反射光譜的量測可以知道其結構排列是 否存在，本節會討論 1.不同基材 (IPS、ITO、玻璃與石英玻璃)對反射光譜 的影響。2.樣品盒中和自由表面(Free Surface)上的光譜差異。3.添加不同的 高分子單體對反射光譜的影響。
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4-2-1 基板對藍相液晶反射光譜的影響
此節比較 IPS、IN-ITO、No-ITO 與 FSI 的反射光譜，其與藍相液晶接 觸的面於 IPS 樣品盒為下基板為 ITO 電極與玻璃交錯排列，上基板為玻璃，
於 IN-ITO 樣品盒與藍相液晶接觸面，上下基板皆為 ITO 玻璃的 ITO 層，於 No-ITO 樣品盒上下基板皆為 ITO 玻璃的玻璃面，於 FSI 樣品盒上下基板皆 為石英玻璃，其反射光譜與溫度關係如圖 3-1-6(a)，反射波段於各種基板上 重合度很高，表示其基板的材質對藍相液晶結構影響不大，也不會因為交 錯排列的 ITO 電極影響晶格的生成。
4-2-2 藍相液晶於樣品盒和自由表面上的光譜差異
本節討論兩種藍相液晶 BPLC-1 與 BPLC-2 於 IPS 樣品盒中與自由表面 上的反射光譜的差異，首先為 BPLC-1 於 IPS 樣品盒中(圖 3-1-6(b)(c))與自 由表面(圖 3-1-7)上的反射光譜，於 500nm~750nm 這波段區間內其一樣降溫 至約 42℃後於 650nm 出現反射波段，在 IPS 樣品內之光譜至 32.4℃才消失，
反射率最大約 4%，而在自由表面上之光譜隨著溫度下降至 40.1nm 就消失 了，反射率最大可至 8%，接著出現另一個會隨溫度下降而改變的光譜，於 300nm~400nm 這波段區間內， IPS 樣品上與自由表面上反射光出現與消失 的溫度均不相同，IPS 樣品為 39.2℃~32.4℃，自由表面樣品為 42℃~39℃，
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波段位子也稍有不同 IPS 樣品為 370nm，自由表面樣品為 350nm~370nm，
反射光強則是自由表面上的大於 IPS 樣品中的。
接著為 BPLC-2 於 IPS 樣品盒中(圖 3-1-8)與自由表面(圖 3-1-9)上的反 射光譜，觀察介於 400nm~700nm 這波段區間內，IPS 樣品在 34.8℃~33.7℃
出現了 415nm 的反射光，於 33.7℃~23.7℃出現 670nm 的反射光，均不隨溫 度有顯著的改變，反射率最大值分別為 4%和 8%，而自由表面上在 33.5℃
~31.9℃出現了 675nm 的反射光，而此反射率最大可至 14%，於 31.9℃~28.2
℃ 出 現 655nm 的 反 射 光 隨 溫 度 下 降 往 557nm 移 動 ， 反 射 光 譜 於 300nm~400nm 這波段區間內，IPS 樣品在 34.1℃~33.7℃出現了 355nm 的反 射光，於 33.7℃~23.7℃出現 370nm 的反射光，反射率分別為 2%和 4%，自 由表面上在 34.9℃~33.7℃出現了 360nm 的反射光，於 33.5℃~31.9℃出現 370nm 的反射光，反射率最大均在 9%。將以上整理成表 4-2-1、表 4-2-2 與
648~716 365~376
3.64%
1.26%
411~418 355~357
4.47%
1.92%
648~686 363~374
7.61%
3.52%
Free Surface
641~683 353~370
9.25%
6.65% 355~365 7.84% 651~681 358~368
14.3%
7.14%
表 4-2-1 BPLC-1 與 BPLC-2 於 IPS 樣品盒中與自由表面上反射光譜與強度比較圖
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648~716 365~376
32.4~42.1 32.4~39.3
411~418 355~357
33.7~34.8 33.6~34.1
648~686 363~374
23.7~33.8 23.7~33.3 Free
Surface
641~683 353~370
40.2~42.6
39.0~41.8 355~365 33.4~35.0 651~681 358~368
31.9~33.6 31.7~33.0 表 4-2-2 BPLC-1 與 BPLC-2 於 IPS 樣品盒中與自由表面上反射光譜與溫度範圍比較圖
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4-2-3 藍相液晶添加不同配方之高分子單體的光譜差異
本節主要討論添加高分子單體對藍相液晶晶格排列的影響，在觀察科 索圖案與 SEM 觀察高分子單體鑑結的情況，皆頇要排列完整的晶格結構以 利於觀察，這節主要為探討高分子單體 EHA 和 RM257 對晶格排列之影響。
使用的液晶為 BPLC-1，分別添加 EHA、RM257 與光起始劑(DMPA)混合物 和只有 RM257 與 DMPA 的高分子混合物，圖 3-1-7 為未添加高分子單體的 藍相液晶在降溫過程中於自由表面下的反射光譜，其因為晶格結構而有特 殊的反射波段，於 683nm 和 370nm 均有特定反射光，反射率最大約 9.25%。
圖 3-2-16為添加 EHA、RM257 & DMPA(7.9wt%)於自由表面下的反射光譜，
由穿透式偏光顯微鏡(圖 3-2-8)還是可以觀察到其有藍相態，但是在反射光 譜上於 300nm 至 800nm 卻沒有特殊反射波段，可能此配方破壞了原先藍相 液晶結構紋理，使得結構破碎反射光強太小。圖 3-2-18(a)(b)為添加 RM257
& DMPA(8.3wt%)於自由表面下的反射光譜，降溫至 45.2℃明顯的有反射光 譜於 683nm 和 370nm 出現，其反射率最大至 26%，比未添加 RM257 &
DMPA(8.3wt%)於自由表面下的反射率 9.2%高上許多，可得知其晶體排列的 更為整齊排列增加了反射光強。
所 以對 於要 觀察 晶格 結構 的高 分 子安 定的 樣品 ，可 以使 用只 添加 RM257 和 DMPA 的混合物，其不但不會破壞了晶格結構排列的整齊性，而 且還使其排列的更為整齊。
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4-3 藍相液晶科索圖案的結果與分析
由於藍相液晶有特別的晶格結構，且其結構所造成的反射光譜落在可 見光區域，可使用反射式光學顯微鏡觀察其反條紋，這些反射條紋則稱為 科索圖案(Kossel Diagrams)，此節主要分析藍相液晶的 BPII 與 BPI 的晶體 結構是否符合簡單立方結構與體心立方結構。
4-3-1 科索圖案的分析方法
分析實驗結果與理論計算結果所使用的分析方法流程與流程圖如下：
1. 由反射光譜(λ1)與假設其反射的晶體面(h,k,l)代入布拉格反射定律(4-1-1) 式，推得晶格常數與折射率的乘積值。
(4-1-1) 2. 將得到的晶格常數與折射率的乘積值(a*n)與觀察科索圖案所使用的不
同波段入射光波長(
λ
2)，帶入簡單立方結構或體心立方結構，再藉由理 論以 MATLAB 做計算(2-6-2 節與 2-6-3 節介紹)。3. 比較視野內的圖形是否相同，於不同入射光波長(
λ
2)其結果均相符則可 確定反射晶體面，如果不同就重新假設反射的晶體面(h,k,l)或是晶格型 態(SC 或 BCC)，再回步驟 1。53
4-3-2 簡單立方結構與體心立方結構
此節為分析 BPLC-2 在於 IPS 樣品盒內與自由表面上(圖 3-1-11 與圖 3-1-12)的結果，與 BPLC-2 添加 RM257& DMPA (8.7wt%)於自由表面上照 光前與照光後的科索圖案(圖 3-2-21 與圖 3-2-22)。
首先為 BPLC-2 於 IPS 樣品盒內與自由表面上的結果，此兩個樣品只討 論 BPII 的科索圖案，因為 BPII 由清亮液晶態降溫後生成的，其晶體排列較 整齊便於觀察。圖 3-1-10 為在 IPS 樣品盒內科索圖案結果，其反射光譜為 圖 3-1-8，圖 3-1-10的 1 號藍色區對應的反射波長為 415 nm，2 號深藍色區 為 356nm，3 號綠色區可能因為其區域太小且少而在反射光譜上量測不到，
將此兩反射光譜帶入計算且假設 1 號藍色區的反射晶格面為(1,0,0)，2 號深 藍色區為(1,1,1)，所得到的晶格常數與折射率的乘積值(a*n)分別為 294nm 與 308nm，並使用簡單立方結構帶入 MATLAB 做理論計算，再繪出不同晶 體面的科索圖案與實驗結果比較，如圖 4-3-1，第一列為觀察的晶體面，第 二列為使用的入射光波長，第三列為實驗結果，第四、五列為理論計算結 果，理論計算結果中的黑線均為(1,0,0)系列的面所產生的條紋，藍色實線為 視野邊界約 28 度，藍色虛線為視角 90 度的邊界，雖然在理論計算代入的 晶格常數與折射率的乘積值 294nm 與 308nm 只相差 14nm，但是其科索圖 案就差很多了，使用 294nm 帶入計算的結果與實驗結果非常符合，而 308nm 帶入計算的結果在(1,1,0)上使用入射光 441.1nm 結果雙曲線為交會的，與實
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驗上的結果不符。圖 3-1-11 為在自由表面上科索圖案的結果，其反射光譜 為圖 3-1-9，圖 3-1-11的 1 號藍色區與 3 號綠色區在光譜上均無量測到，可 能一樣也是此區域太小太少而造成反射光不強，2 號深藍色區對應的反射波 長為 360nm，且假設其反射面為(1,1,1)，所得到的晶格常數與折射率的乘積 值(a*n)為 311nm，同時也使用 294nm 帶入 MATLAB 以簡單立方結構做理 論計算，如圖 4-3-2，第一列一樣為觀察的晶體面但是這次在(1,1,1)面上沒 有考慮鏡像效果，因為自由表面下液晶層較厚，使反射光無法順利的反射 回來，第二列為入射光波長，第三列為實驗結果，第四、五列為理論計算 結果， 這兩組結果仍是以使用 294nm 較符合實驗結果。綜合以上可判定此 BPLC-2 液晶於 34℃下的藍相結構為簡單立方結構也就是 BPII，且晶格常 數與折射率的乘積值為 294nm。
接著為 BPLC-2 添加 RM257& DMPA (8.7wt%)於自由表面上照光前與 照光後的結果。圖 3-2-21 為自由表面上照光前的科索圖案，其反射光譜為 圖 3-2-19，圖 3-2-21 的 1 號紅色區對應的反射波長為 700nm，2 號暗紫色區 為 376nm，將此反射光譜帶入計算且假設 1 號紅色區反射晶格面為(1,1,0)，
2 號暗紫色區為(1,1,2)，所得到的晶格常數與折射率的乘積值(a*n)分別為 495nm 與 460nm，帶入 MATLAB 以體心立方結構做理論計算，再繪出不同 晶體面的科索圖案且與實驗結果比較，如圖 4-3-3，第一列為所觀察的晶體 面，第二列為入射光波長，第三列為實驗結果，第四、五列為理論計算結
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果，理論計算結果中的黑線均為(1,1,0)系列的面所產生的條紋，紅色線均為 (1,1,2)系列的面所產生的條紋，為藍色實線為視野邊界約 27.7 度，藍色虛
果，理論計算結果中的黑線均為(1,1,0)系列的面所產生的條紋，紅色線均為 (1,1,2)系列的面所產生的條紋，為藍色實線為視野邊界約 27.7 度，藍色虛