在本研究中，我們以 SU-8 與 PDMS 在液晶顯示器件中的應用為 主軸，分別製作了 HTN 器件與 IPS 軟性基板器件，探討其應用效果 並期望能對液晶顯示器領域有所貢獻。
在 SU-8 的應用方面，我們以光微影技術製作了三種不同圖形的 微結構物，將其應用於 HTN 顯示器件中，並檢視器件的光電效應。
我們量測了四種 HTN 器件，包括原本的 HTN 器件與三種製備有微結 構物的 HTN 器件，分別為 HTN、HTN-A、HTN-B、以及 HTN-C 器 件，而其中 HTN-A 與 HTN-C 器件中製備有二維方向變化的微結構 物圖形，而 HTN-B 則是製備有一維方向變化的微結構物圖形。經由 實驗結果，我們得到了以下四點結論：
(1) 閥電壓與驅動電壓：
在四種 HTN 器件的比較之下，HTN-A 與 HTN-C 器件在閥電壓 與驅動電壓皆呈現變小的結果，而 HTN-B 器件則是閥電壓與驅動電 壓呈現變大的結果。這個結果顯示，二維方向變化微結構物的配置使 得 HTN 器件能在更省電的模式下操作。
(2) 響應時間：
我們將響應時間分為上升時間與下降時間來討論。HTN-A 與 HTN-C 器件都呈現上升時間變快的結果，但在下降時間卻反而變 慢；而 HTN-B 在上升時間與下降時間方面皆大幅的變慢。綜合閥電 壓、驅動電壓、以及響應時間的結果來看，在製備有二維方向變化微 結構物圖形的 HTN 器件裡，液晶分子在外加電場時比較容易受影響 而產生轉動。所以結論是二維方向變化微結構物圖形的配置能夠使得 HTN 器件加快上升時間。
(3) 對比度與視角：
HTN-A、HTN-C 器件的視角都有擴展的結果。這個結果顯示液 晶分子在二維方向變化的微結構物上產生預先的傾斜排列，當受外加 電場影響而開始轉動時，液晶分子有不同方向的排列指向，因此產生 了光學補償，使得器件的視角提高。而 HTN-B 器件則是因為暗態時 有漏光的現象，所以導致對比下降，視角表現不佳。
(4) 色散：
經過不同波長入射光對應電壓-穿透度曲線的量測之後，我們發 現了 HTN 器件幾乎沒有色散的現象。這結果是因為液晶分子在 HTN
所以減少了色散的發生。
在 PDMS 的應用方面，我們成功的以 PDMS 薄膜搭配 IPS 型 電極結構基板製作出軟性顯示器件。在實驗的過程中，我們得到了兩 點結論：
(1) 軟性顯示器件的 cell gap 穩定度：
我們以 PDMS 薄膜的微結構物作為 Spacer 來固定基板之間的 cell gap。經過我們實驗後發現，這樣的 Spacer 配置仍然有改善的空間，
因為當我們施加外力於器件上時，可以察覺到液晶的流動，這對軟性 顯示器來說是一大缺失。我們提出三個未來可努力的方向，其一方法 為改變 PDMS 薄膜上微結構物的尺寸與配置比例，其中包含微結構 物的高度、面積、形狀、間距密度等等，找出對維持 cell gap 效果最 佳的微結構物配置。其二方法是在微結構物裡面加入微小的剛性物 質，提高微結構物的硬度。最後一個方法是使微結構物與 IPS 型電極 結構基板相黏，防止撓曲時液晶的流動。
(2) 塑膠導電膜 PET 的微影與蝕刻：
實驗上我們在進行塑膠導電膜 PET 蝕刻電極的時候，發現會有
電極圖形被鹽酸吃掉的情形。由於我們所製作的 IPS 型電極結構的線 寬相當小，所以電極蝕刻方面的難度也相對的提高。因此，為了找到 一個最佳電極蝕刻的方法，我們覺得可以從光阻的微影製程開始著 手。經過多次的實驗後，我們發現光阻的微影製程條件（包括軟硬烤 以及顯影）將會對之後的電極蝕刻步驟影響甚深，因此如何找到一個 適合的微影製程條件，將是未來我們可以再改進的地方。
在本研究裡，我們提出了 SU-8 微結構物以及 PDMS 薄膜於液晶 顯示器裡的應用。在 SU-8 方面，未來可以朝向找出最佳配置的微結 構物圖形而努力，使得 HTN 器件的光電效應能發揮最佳的表現。而 PDMS 方面，未來若能改善 cell gap 穩定性與找出塑膠導電膜 PET 的 蝕刻方法，相信能使 PDMS 薄膜的軟性顯示器件擁有更好的發展潛 力。
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附錄
碩士班期間所參與之會議論文：
1. 王君旗, 于紹偉, 鄭文軍, 王信評, 柯仲隆, 盧志宏, “摩擦聚乙醯 胺薄膜表面 形態與浸潤特性對鐵電液晶配向的影響”, 2007 中 國液態晶體學會年會暨研討會, PP-40
2. 王信評, 鄭文軍, 王君旗, 柯仲隆, 陳兆奕, “
利用異向反射光譜探 討摩擦聚乙醯胺薄膜其表面異向性
”, 2008 中華民國物理學會年 會暨研究成果發表會, PE-853. C. C. Wang, W. Zheng, S. P. Wang, and C. L. Ko, “Surface
wettability of Rubbed Polyimide Thin Films”, ILCC 2008.
摩擦聚乙醯胺薄膜表面形態與浸潤特性對鐵電液晶配向的影響
王君旗﹐于紹偉﹐鄭文軍
*﹐王信評﹐柯仲隆﹐盧志宏 國立中山大學光電所
高雄市鼓山區蓮海路70號
* Tel:+886-07-5252000 ext 4445, Email: [email protected]
摘要
We studied the effects of surface topography of rubbed polyimide thin films on the alignment of ferroelectric liquid crystal. With a proper rubbing strength, the roughness of polyimide surface will be reduced.
Among the rubbed substrates, the roughness of the substrate which was rubbed three times is found to be smallest, and also, the difference between contact angle hysteresises measured along and against the rubbing directions, respectively, is smallest. As a result, the difference in liquid crystal flowing at surfaces of two substrates as processed is reduced leading to more uniformity in the alignment of the ferroelectric liquid crystal.
Keywords: Surface Stabilized Ferroelectric Liquid Crystal; Roughness; Surface Free Energy; Surface Wettability; Ferroelectric LC Alignment; Zigzag
1. 前言
表 面 穩 定 鐵 電 液 晶 (Surface Stabilized Ferroelectric Liquid Crystal)的結構是在 1980 年由 Clark 與 Lagerwall 所提出的[1]。因為表面穩態鐵電液晶具有 μ sec 等級的 30 mm/min，分別對基板摩擦(N)1~5 次，並利用下述摩 擦強度(RS)公式計算其摩擦強度[4]。 (圖中微小突起物為 particle)。而圖(b)~(f)為 PI 表面經由
過後的 PI 表面上所產生的溝槽表面型態被認為具有對 細作用將鐵電液晶 CS-1031( Chisso, Japan)灌注到液晶 盒中，並以偏光顯微鏡觀測不同摩擦次數基板所作成之
遲量相當，故可得到較均勻配向且無 Zigzag 缺陷的鐵
作者感謝國科會 (NSC96221E110042) 和教育部 發展國際ㄧ流大學及頂尖研究中心計畫 (94C030111) 對 本 研 究 的 資 助 ， 並 感 謝 全 台 晶 像 為 本 研 究 提 供 Polyimide。
6. 參考文獻
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Surface Wettability of Rubbed Polyimide Thin Films
C.-C. Wang, W. Zheng *, S.-P. Wang, and C.-L. Ko
Institute of Electro-Optical Engineering, National Sun Yat-Sen University, Kaohsiung 804, ROC e-mail: [email protected]
Abstract
Rubbed polyimide thin films have been widely used to align liquid crystal for applications in displays and other optoelectric devices [1,2]. The molecular alignment of the liquid crystals is thought to be greatly dependent on the surface characteristics of the alignment layers [3].
Rubbing will cause changes in many surface characteristics of polyimide thin films. Surface wettability is one of important surface properties, and consists of useful information about interactions in the interfacial region. An insight into the effect of surface processing on the surface wettability of the polymer thin films will help us to understand the mechanisms of molecular alignment of liquid crystals. Recently, we investigated the effect of rubbing on the wettability of the polyimide thin films and its influence on liquid crystal alignment. In the present studies, polyimide JASL-9800-R1 (JSR, Japan) thin films coated on glass substrates were rubbed by nylon velvet. The wettability of the rubbed polymer thin films was evaluated by examining changes in contact angle of a droplet of deionized water, which was in contact with the rubbed polymer surface. AFM analysis of the rubbed polymer thin films revealed that the uniformity in surface topography of the polymer thin films was broken and replaced by a grooved surface. Surface free energy of the polymer thin films was found to decrease with the increase in rubbing strength. The rubbed polyimide thin films exhibited anisotropic surface wettability. In rubbing direction the rubbed polyimide thin films showed higher hydrophobicity, whereas in the anti-rubbing direction, the polymer thin films became more hydrophilic. Increase in the rubbing strength resulted in the decrease in wettability of the polymer thin films causing an increase in pretilt angle of liquid crystal molecules which were in contact with the surface.
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