結論與未來展望

5-1 結論

綜合以上結果，本實驗找到一種製作具有電極的 AAO 薄膜的方法︰

利用ITO 玻璃作為電極，用 O₂ plasma 增加 ITO 的黏著性，並在 ITO 上鍍一層 10nm 的黏著層鈦，再鍍上鋁，進行陽極化處理，如此可以保護 AAO 的完整性及電極的保護，並且基板穿透率仍維持 50%至 60%。

根據本實驗室先前研究 AAO 的配向參數，對 AAO 薄膜進行蝕刻，

製作出的液晶樣品呈現垂直配向的結果(預傾角為 89.4°)，且可利用電場改變液晶分子的方向，量得反應時時間為90.8ms，並且 AAO 配向膜在製作完成後不需要經過磨刷就有easy director，可以有效減少配向膜被污染的情況發生。

最後，設計符合AAO 樣品的製作過程的電極圖形，利用將黏著層和 ITO 圖形化，成功的將電極製作成特定圖案，並利用電場量得 AAO 配向膜的錨定極化強度為︰ 1.32 x 10^-4 (J/m²)，為一具有強極化錨定強度的配向膜。此外，減少黏著層的厚度，由10nm 減少至 5nm，並增加陽極化時間，也可以達到電極圖形化目標，且比起將黏著層圖形化的樣品有較完整的AAO 薄膜。

本實驗成功做出可電控且具有垂直配向的AAO 液晶樣品，但是對於配向機制仍不是完全了解，目前的研究陷入可以控制配向參數但無法預測配向條件的難題中，因此研究 AAO 的配向機制為日後的研究目標之一，究竟是孔洞影響配向結果，或是AAO 的材料特性或粗糙度的影響等等，都是需要更進一步的了解。

再來是反應時間的實驗值和理論質的不同，量得的上升時間(Rise time)為 47.8 ms，這和理論值為︰7.9ms 差異很大，因此如何減少上升時間也是未來的研究目標之一。

參考文獻

[1] C. Mauguin, Bull. Soc. Fr. Min. 34, 71 (1911)

[2] Y. F. Lin, M. C. Tsou, and R. P. Pan, Chinese J. Phys. 43, 1066 (2005) [3] J. L. Janning, Appl. Phys. Lett. 21, 173 (1972)

[4] H. Vithana, D. Johnson, and P. Bos, Jpn. J. Appl. Phys. 35, L320 (1996) [5] H. Masuda and K. Fukuda, Science 268, 1466 (1995)

[6] H. Masuda and M.satoh, Jpn. J. Appl. Phys. part2 35, L126 (1996)

[7] O. Jessensky, F. Müller, and U. Gösele, Appl. Phys. Lett. 72, 1173 (1998) [8] A. P. Li, F. Müller, A. Bimer, K. Nielsch, and U. Gösele, J. Appl. Phys. 84,

6023 (1998)

[9] A. P. Li, F. Müller, A. Bimer, K. Nielsch, and U. Gösele, Adv. Mater. 11, 483 (1999)

[10] A. P. Li, F. Müller, A. Bimer, K. Nielsch, and U. Gösele, J. Vac. Sci.

Technol. A 17, 1428 (1999)

[11] Y. Xu, G. E. Thompson, and G. C. Wood, Trans. Inst. Met. Finish. 63, 98 (1985)

[12] G. E. Thompson, Thin solid films, 297, 192 (1997)

[13] Feiyue Li, Lan Zhang, and Robert M. Metzger, Chem. Mater., 10, 2470 (1998)

[14] 黎哲瑄，”陽極處理氧化鋁薄膜基板厚度對液晶配向之影響”，國立交通大學電子物理系碩士班論文(2009)

[15] V. P. Parkhutik and V. I. Shershulsky, J. Phys. D, 25, 1258 (1992) [16] Sunil Kumar Thamida, and Hsueh-Chia Chang, Chaos 12, 240 (2002) [17] K. H. Yang, J. Appl. Phys. 64, 4780 (1988)

[18] Brett L. Van Horn and H. Henning Winter, Appl. Opt. 40, 2089 (2001)

圖 2-1-2.電子槍蒸鍍機台照片，(a)腔體內部照片，(b)外部硬體控制台

Electrolyte

Source meter

Pt Al

ITO Glass +

-Cooling water

Stirring Plates

Metal Computer

Magnetic stirrer Electrolyte

Source meter

Pt Al

ITO Glass +

-Cooling water

Stirring Plates

Metal Computer

Magnetic stirrer

圖2-1-3.陽極氧化處理裝置示意圖

1.0 cm

2. 7 cm

1.0 cm

2.5 cm

3 cm 2.7 cm

博士膜

Glass

1.0 cm 1.0 cm

2.5 cm

3 cm 2. 7 c m

ITO

Glass

1.0 cm 1.0 cm

圖 2-9-1.將 ITO 圖形化的流程示意圖，(a)所設計的電極的形狀和大小，(b).將博士膜貼在 ITO 玻璃上的基板示意圖，(c).製作完成的電極示意圖

圖2-10-2.光罩照片，(a)正光罩照片，(b)反光罩照片，背景白色為濾紙顏色

1.0 cm 1.0 cm

~1.5 cm~1.5 cm

2.5 cm 2.5 cm

3 cm

~3.3 cm

~1.5 cm

~3.3 cm

~1.5 cm

~1.5 cm 2 cm

將右、左、下邊多餘的鋁切除，剩下的基板對半切。

組成空樣品

(a).

(c).

(b).

1.0 cm

1.0 cm 1.0 cm1.0 cm

3 cm

2 cm

2.7 cm

圖2-12-1.組合樣品流程示意圖，(a)使用陽極處理過後的基板，(b)將右、

左、下邊多餘的鋁切除，勝下的基板對半切，(c)對半切後，將其中一塊上下顛倒，前後翻轉組成空樣品

圖3-1-1.不同電解液的 AAO 基板的 SEM 圖，(a)電解液：硫酸(0.3M；1.7 wt%)；溫度：10 ℃ ；電壓：25V。(b)電解液：草酸(0.3M；2.7 wt%)；

溫度：1 ℃ ；電壓：40V。(c)電解液：磷酸(10wt%)；溫度：3 ℃ ；電壓：160V。[8]

圖3-1-3.陽極化過程中，各層薄膜反應示意圖。[16]

Adhesion layer Al

Glass ITO

Adhesion layer

(a) (b)

Adhesion layer Al

Glass ITO

Adhesion layer

(a) (b)

30 35 40 45 0.10

0.15 0.20

Intensity (a.u.)

Angle (degree)

圖3-4-1.空樣品厚度量測圖，光強度對旋轉角度作圖

Substrate d

θ

Substrate Air

Ray1 Ray2

θ

Substrate d

θ

Substrate Air

Ray1 Ray2

θ

圖3-4-2.雷射光入射空樣品的路徑示意圖，Ray1 為一次穿透光(實線)，

Ray2 為二次反射穿透光(虛線)。

Intensity (a.u.)

Angle (degree)

圖3-4-3.液晶樣品的液晶層厚度量測，縱軸為光強度，橫軸為旋轉角度

Ray1 Ray2

θ

Ray1 Ray2

θ

圖3-5-1.conoscopy 顯微鏡下水平樣品和垂直樣品之圖形，(a)液晶分子平行玻璃基板(b)液晶分子垂直玻璃基板[18]

A

B’ B

d

α φ

φ

e-ray o-ray

θ

φ _o φ _e

A

B’ B

d

α φ

φ

e-ray o-ray

θ

φ _o φ _e

圖3-6-1.雷射光路徑示意圖

−50 0 50

0 20 40 60 80 100

Angle (degree)

Transmittance (%)

100

0 I( )φ T( )φ

−90 φ

圖3-6-2.模擬預傾角為 89°的穿透率︰I(ϕ)對旋轉角度︰ϕ 作圖。液晶︰

MLC-6608，樣品厚度︰23μm(紅、實線)、9μm(藍、虛線) 。

圖3-7-1.座標系定義參考圖

V>V_th

Substrate 2 Substrate

z= −d

( , )z t φ

x φp

圖3-9-1.反應時間的液晶分子示意圖，(A)為液晶分子示意圖，(B)為在外加電壓下，液晶分子示意圖

(a) (b)

圖 3-10-1.電極圖案示意圖，(a)陽極化處理完成的基板，灰色部份為鋁，

草綠色為AAO，背後淺藍色為電極圖案，(b)將 a 圖重疊後製成樣品。中間的菱形是上下都有電極的區域。

(b) AAO/Au /Glass (c) AAO/ITO Glass (d) Al/O

₂

plasma /ITO Glass

(a) AAO/Glass (b) AAO/Au /Glass (c) AAO/ITO Glass (d) Al/O

₂

plasma /ITO Glass

(a) AAO/Glass

Glass

ITO Glass

Glass ITO ITO

(a) (b) (c) (d)

AAO AAO

AAO

Glass ITO

AAO

圖 4-1-1.不同電極的 AAO 薄膜照片及基板截面示意圖， (a)無電極之 AAO 基板，(b)以 10nm 的金為電極， (c)以 ITO 為電極， (d)以 ITO 為電極，並對 ITO 進行 O2 plasma 處理之 AAO 基板。紅線表示 O² plasma 處理。

Ti Glass

ITO

(f)

Ag Glass

ITO

(g)

Au Glass

ITO

AAO AAO (h) AAO

(e)

Glass

ITO

AAO

圖 4-1-2.不同黏著層的 AAO薄膜照片及基板截面示意圖，分別為以 ITO為電極，(e)以鈦(Ti)為黏著層，且 ITO沒有

O2 plasma ^處理，(f)以鈦(Ti)為黏著層，(g)以銀(Ag)為黏著層，(h)以金(Au)為黏著層之AAO 基板，紅線表示O2 plasma

0 500 1000 1500 2000

0.00 Current (A )

Time (s)

(a)Al (b)Al/Au (c)Al/ITO (d)Al/O

2/ITO

0 500 1000 1500 2000 2500

0.00

(e)Al/Ti/ITO (f)Al/Ti/O₂/ITO (g)Al/Ag/O₂/ITO (h)Al/Au/O₂/ITO

Current (A)

Time (s)

0 200 400 600 800 0.00

0.01 Current (A)

Time (s)

圖4-1-4.具有ITO電極的陽極化處理的電流曲線圖，縱軸為陽極處理過程

中的電流值，橫軸為陽極處理的時間。(a)無電極之 AAO基板，(f)以鈦為黏著層、ITO為電極。溫度 6℃，濃度為 3wt%濃度的草酸作為電解液。

300 400 500 600 700 800 0

20 40 60 80

100

(k)ITO Glass (l)Au/ITO Glass

Transmi ttanc e (%)

Wavelength (nm)

Reference:Air

圖 4-1-5.不同電極的光譜穿透率圖，測量時以空氣為參考，基板分別為

(k)ITO玻璃，(l)10nm的金鍍在無ITO面的ITO玻璃上。

300 400 500 600 700 800 0

20 40 60 80 100

Transmittance (%)

Wavelength (nm)

(k)ITO Glass (a)AAO/Glass (f)AAO/Ti/O₂/ITO (g)AAO/Ag/O₂/ITO

Reference:Air

圖4-2-1.陽極處理氧化鋁基板穿透率，測量時以空氣為參考，基板分別為

(k)ITO玻璃， (a)AAO薄膜在無 ITO導電膜的 ITO玻璃上，以(f)鈦、 (g) 銀為黏著層，ITO為電極，並且具有完整的 AAO基板。

(Ⅲ)

(Ⅳ)

Conoscopy

(Ⅱ)

(Ⅲ)

(Ⅳ)

Conoscopy

(Ⅱ) P

圖4-3-1.具有黏著層鈦和黏著層銀的液晶樣品照片，(f)黏著層鈦，(g)黏著

層銀分別和(Ⅰ)正交片夾0° 、 (Ⅱ)夾 45°、 (Ⅲ)夾45°下傾斜一角度的照片，以及(Ⅳ)透過conoscopy顯微鏡觀察的照片，使用液晶為MLC-6608。

O X

(e) AAO/Ti/

ITO Glass

X

/ITO Glass

垂直配向

/ITO Glass (g) Al/Ag/O₂

/ITO Glass (f) Al/Ti/O₂

/ITO Glass (b) Al/Au

/Glass

O X

(e) AAO/Ti/

ITO Glass

X

/ITO Glass

垂直配向

/ITO Glass (g) Al/Ag/O₂

/ITO Glass (f) Al/Ti/O₂

/ITO Glass (b) Al/Au

/Glass

圖4-3-2.檢驗電極和配向結果整理，X 表示失敗，O表示成功。

-60 -40 -20 0 20 40 60 0.0

0.1 0.2

Intensity ( a .u.)

Angle (degree)

圖4-4-1.預傾角量測時，光強度對旋轉角度圖。使用液晶為MLC-6608，

(f)以鈦為黏著層，ITO為電極，(g)以銀為黏著層，ITO為電極之AAO液晶樣品。

He-Ne Laser

Polarizer

Detector

Iris LC cell Lens

E JG

圖4-4-2.液晶樣品之液晶層厚度量測裝置示意圖

-60 -40 -20 0 20 40 60 0.1

0.2 0.3 0.4

(f)Al/Ti/O

₂

plasma/ITO

Intensity (a.u.)

Angle (degree)

圖4-4-3.雷射光在液晶樣品中的干涉條紋，縱軸為光強度，橫軸為旋轉角

度，從圖形算出樣品厚度(d’)為9.0μm 。

(f)Ti (g)Ag

88.0 88.5 89.0 89.5 90.0

Pretilt angle (degree)

圖4-4-4.預傾角量測結果，(f)黏著層鈦︰89.4°，(g)黏著層銀︰89.2°

0 2 4 6 8 10 0

5 10 15 20

Transmitt ance (%)

Voltage (V

_rms

)

圖4-5-1.具有黏著層鈦的樣品之加電壓穿透率量測，使用液晶︰

MLC-6608，樣品厚度為8.94 μm，計算出對比度為346︰1 。

0 2 4 6 8 10

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4

Phase Retardation (

)

Voltage (V

_rms

)

(f)Al/Ti/O

2 plasma/ITO Glass

圖4-5-2.相位延遲對電壓作圖，使用液晶︰ MLC-6608 ，樣品厚度為8.94 μm ，計算出臨界電壓為2.2 Vrms^。

Transmittance (%)

Voltage (V

rms

)

Time (s)

Voltage

0 20 40 60 80

Sample 100

圖4-6-1.具有(f)黏著層鈦的反應時間量測圖，使用液晶為 MLC-6608，樣

Glass

(j)Al/Ti*/O

₂

plasma /ITO* Glass

(i)Al/Ti/O

₂

plasma /ITO* Glass

(Ⅳ)

(j)Al/Ti*/O

₂

plasma /ITO* Glass

(i)Al/Ti/O

₂

plasma /ITO* Glass

P

A

P

A

圖4-7-2.具有圖形化電極的樣品照片，(i)是將ITO圖形化的樣品，(j)是將

°的照片， (Ⅲ)為樣品在 conoscopy顯微鏡下的照片， (Ⅳ)為液晶樣品在正交片下外加一電壓下的照片。

0 20 40 60 80 100

0.0 0.5 1.0

Normalized Intensity AAO

Voltage (V

rms

)

0 2 4 6 8 10

0.0 0.5 1.0

Normalized Intensity

Voltage (V_rms)

(a)

(b)

圖 4-8-1.具有圖形化電極的 AAO 樣品的光強度對電壓圖，電壓為 1kHz

的方波，(a)電壓從 0.6Vrms^到100Vrms^{的穿透率變化，}(b)電壓從 0.6Vrms

到10Vrms^{的穿透率變化。}

0 20 40 60 80 0.0

0.5 Normalized Intensity

Voltage (V

rms

)

圖4-8-2.不同配向層樣品的光強度變化曲線圖，黑線為DMOAP垂直配向

樣品，紅線為AAO 垂直配向樣品，電壓為1k Hz的方波。

0 20 40 60 80 100

0 1 2

Phase retardation ( π )

Voltage (V

rms

)

AAO

圖4-8-3.AAO樣品的相位延遲對電壓圖,從圖中可得到此樣品的最大相位

延遲為1.72π

0 4 8 12 16 20

-2.0 -1.6 -1.2 -0.8 -0.4 0.0

[( Φ / Φ

max

)-1]x (V-V') (V

rms

)

V-V' (V

_rms

)

AAO

圖4-8-4.量測極化錨定強度的實驗擬合圖，擬合範圍為9V_rms至18V_rms，使用線性函數擬合。

DMOAP AAO

0 1 2 3

Polar anchori n g (10

-4

J/m

)

圖4-8-5.AAO樣品和 DMOAP樣品的極化錨定強度。AAO︰1.32 x 10-4 (J/m2)，DMOAP︰1.66 x 10-4 (J/m2) 。灌入液晶為 MLC-6608，且使用相同的電極圖形。

0 5000 10000 0.00

Current (A)

Time (s)

(o)Al/Ti[5]/ITO

圖4-9-1.控制陽極化時間及黏著層厚度的陽極化電流圖

/ITO* Glass

10508s /ITO* Glass

(m) Al/Ti/O

₂

/ITO* Glass

40 V 陽極化電壓

1332s 5nm (o) ^Al/Ti/O

₂

/ITO* Glass

10508s /ITO* Glass

(m) Al/Ti/O

₂

/ITO* Glass

圖4-9-2.控制陽極化時間及黏著層厚度的結果

在文檔中具有電極的陽極處理氧化鋁薄膜對液晶配向之研究 (頁 70-101)

5-1 結論

參考文獻

Pt Al

ITO Glass +

Stirring Plates

Metal Computer

Pt Al

ITO Glass +

Stirring Plates

Metal Computer

1.0 cm

2. 7 cm

1.0 cm

1.0 cm

2.5 cm

3 cm 2.7 cm

博士膜

Glass

1.0 cm 1.0 cm

2.5 cm

3 cm 2. 7 c m

ITO

Glass

1.0 cm 1.0 cm

(a).

(c).

(b).

Adhesion layer Al

Glass ITO

Adhesion layer

(a) (b)

Adhesion layer Al

Glass ITO

Adhesion layer

(a) (b)

30 35 40 45 0.10

0.15 0.20

Intensity (a.u.)

Angle (degree)

Substrate d

θ

Substrate Air

Ray1 Ray2

θ

Substrate d

θ

Substrate Air

Ray1 Ray2

θ

Intensity (a.u.)

Angle (degree)

Ray1 Ray2

θ

Ray1 Ray2

θ

A

B’ B

d

α φ

φ

e-ray o-ray

θ

φ o φ e

A

B’ B

d

α φ

φ

e-ray o-ray

θ

φ o φ e

(a) (b)

(b) AAO/Au /Glass (c) AAO/ITO Glass (d) Al/O

plasma /ITO Glass

(a) AAO/Glass (b) AAO/Au /Glass (c) AAO/ITO Glass (d) Al/O

plasma /ITO Glass

(a) AAO/Glass

Glass

ITO Glass

φ _o φ _e

φ _o φ _e