結論與未來展望

綜合以上實驗的結果，我們可以得知陽極氧化鋁薄膜的確可以作為液晶分子的配向層，而且在控制不同的參數條件下時，還能調整液晶分子產生垂直或水平不同的配向結果。

但從起初實驗的動機來說，我們本來是希望利用一次陽極處理後，用蝕刻液改變氧化鋁膜的厚度，可是卻發現陽極氧化鋁薄膜孔洞被擴增的效應超越了薄膜本身變薄的現象，也就是說薄膜不是因為從上而下慢慢的被侵蝕變薄，而是管璧結構的斷裂造成整個薄膜厚度瞬間的崩塌下降。

雖然這樣的過程不是我們預期的，但是卻意外的發現在整個過程裡有一連串的變化，起初只有一次陽極處理未蝕刻的薄膜是沒有任何配向的效果且厚度約 700nm、不具明顯的孔洞結構；而開始蝕刻後，

在厚度大約下降至 400nm、孔洞直徑 60nm 時，呈現似乎水平的排列；

而繼續蝕刻下去後，孔洞持續增加到 80nm 但厚度卻仍維持在 400nm 左右，但在這時候由 SEM 的結果可知，管璧的結構已經斷裂的非常嚴重，但從之前水平排列後到管璧完全的斷裂前，這一段的範圍內卻是呈現非常均勻的垂直配向，且極化定向強度最強為 8×10^-5(J/m²)，並

隨蝕刻時間增加而減弱；而在往下繼續蝕刻只剩下不均勻的垂直配向結果，這時孔洞直徑維持在 85nm 左右、厚度已小於 100nm，且最後再繼續蝕刻下去的樣品則不再具有任何的配向效果。

接著，因為我們為了得到均勻且不同厚度的陽極氧化鋁薄膜，我們也改變一系列不同厚度的鋁膜直接經過一次陽極處理與二次陽極處理。但在一次陽極處理的部分，各種厚度的氧化鋁薄膜，卻都未能產生任何配向的效果，其實這與政穎學長能夠成功的利用 300nm 鋁膜經過一次陽極處理產生垂直配向，有不一樣的結果。而使用二次陽極處理的部份也意外的發現利用 40V 的電壓下，使用 100nm、200nm 鋁膜製作出具有明顯孔洞結構且厚度約為 100nm、200nm 的氧化鋁薄膜是產生明顯水平排列的現象。這個非預期的結果，我們也試著推測是否因為斜向鍍鋁所造成的，而未來也有可能會往這方向去研究了解。

5-2 未來展望

雖然本實驗室研究陽極氧化鋁薄膜，當做液晶配向膜已經進入第三個年頭，在重複一些特定樣品參數下，也可以控制得到的垂直與水平等不同的配向結果，但是為何會有這樣的配向結果卻仍是我們目前無法解釋的，早在初期猜測均勻的奈米尺寸孔洞可以產生垂直配向，

而我們現在利用較薄的鋁膜經過二次陽極處理產生均勻孔洞結構，卻也會有水平配向的效果，這樣的結果是因為氧化鋁這個材料造成、或是不同結構下寬深比例、甚至是斜向入射的鍍鋁造成的，這都是未來想要去繼續探討了解的。

另外，能在 ITO 上成長氧化鋁膜薄一直也是我們希望能克服的問題，因為電場的控制遠比磁場來的方便許多，若我們能在 ITO 面上成長氧化鋁膜薄便能利用電壓控制表層的液晶分子，在做許多量測都會更加的方便。

參考文獻

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圖 2-1-1 阻障型氧化鋁電解示意圖。

圖 2-1-2 陽極氧化鋁構造圖[15]。

圖 2-1-3. 施加電壓與孔洞間距關係圖[7]。

(a)電解液：硫酸(0.3M；1.7 wt%)；溫度：10^oC；電壓：25V

(b)電解液：草酸(0.3M；2.7 wt%)；溫度：1^oC；電壓：40V

(c)電解液：磷酸(10wt%)；溫度：3^oC；電壓：160V 圖 2-1-4 不同電解液在最佳電壓下所產生的多孔性氧化鋁 (a)：硫酸(孔徑~60nm)； (b)：草酸(孔徑~95nm) ；(c)：磷酸(孔徑

~420nm)[8]。

圖 2-1-5 隨電解液 PH 值變化形成阻障型氧化鋁以及孔洞型氧化鋁關係圖[14]

圖 2-1-6 陽極氧化電流變化與孔洞外觀示意圖[16]

圖 2-1-7 鋁的陽極氧化隨時間變化圖[17]

圖 2-1-8 電解過程中離子交換示意圖[7]

圖 2-1-10 陽極氧化過程電場分佈示意圖[14]

圖 2-2-1 光入射空樣品示意圖

d

φ

e-ray

α

o-ray

θ A B’ B

圖 2-3-1 光徑示意圖 θ

Ray 1

Ray 2 θ

玻璃基板玻璃基板

-50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

Transmittance

ϕ (deg.)

-50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50

64 66 68 70 72 74 76 78

Phase Retardation

ϕ (deg.)

圖 2-3-2 穿透率 I(ϕ）對ϕ作圖，圖中顯示穿透率對稱點即為最大相位延遲的入射角。

圖 2-4-1 座標系定義參考圖

圖 2-5-1 conoscopy 裝置示意圖

圖 2-5-2 Conoscopy 水平與垂直樣品

左邊的圖形為液晶分子平行玻璃基板的 Conoscopy 的圖形；而右邊的圖形則為液晶分子垂直玻璃基板的Conoscopy 的圖形。

圖 2-5-3 當光穿過液晶樣品時的情況 d

P

A

H LC

x z

Z=0 θ(z) Z=d

α θ _p

圖 2-6-1 外加磁場時液晶的分佈情形

圖 3-1-1 交通大學奈米中心熱阻絲機台 (Thermal coater)

Magnetic stirrer

Electrolyte

Source meter

Pt Al

Glass - +

Cooling water

Stirring Hot Plates

5 ㎜

15 ㎜ Pt 5 ㎜

15 ㎜ Pt

^{25 ㎜}

20 ㎜ 30 ㎜

25 ㎜

20 ㎜ 30 ㎜

圖 3-1-2 陽極氧化處理裝置示意圖

圖 3-1-3 500nm 鋁膜、40V 電壓下、12℃草酸(3wt%)電解液一次陽極處理電流曲線

一次陽極處理(1-Step)

Glass Al

Glass Al ₂ O ₃

圖 3-1-4 一次陽極處理反應示意圖

0 200 400 600 800

0 20 40 60 80 100

I (mA)

Time (s)

25 ㎜

圖 3-1-6 不同厚度鋁膜在相同條件下反應電流曲線

兩次陽極處理流程 (2-Step)

2^nd anodization

Glass Glass

Al Al

Glass Glass

Al Al

He-Ne Laser

He-Ne Laser Detector

Rotation stage Empty cell

Polarizer

圖 3-4-1 厚度量測系統示意圖

圖 3-4-2 光強度及相對應的旋轉平台之旋轉角度

30 32 34 36

0.090 0.095 0.100 0.105 0.110 0.115 0.120

Intensity (mV)

θ (deg.)

He-Ne Laser He-Ne Laser

Analyzer Polarizer

Detector

圖 3-5-1 旋轉樣品量測穿透率系統示意圖

Light source

Polarizer Lens LC cell Analyzer

CCD sreeen Light source

Polarizer Lens LC cell Analyzer

CCD sreeen CCD sreeen

圖 3-6-1 Conoscopy 系統示意圖

He-Ne Laser He-Ne Laser

Analyzer Polarizer

Detector

Rotation stage

圖 3-7-1 預傾角量測系統示意圖

He-Ne Laser He-Ne Laser

Analyzer Polarizer

Detector Magnetic Pole

Motion Stage

圖 3-8-1 極化定向強度量測系統示意圖

圖 3-8-2 外加磁場下，液晶樣品之穿透率變化數據圖

圖 3-8-3 將圖 3-7-2 數據轉換成相位延遲

2000 3000 4000 5000 0.0

0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

Transmittance

B (Gauss)

2000 3000 4000 5000 0

9 18 27 36 45

Ph ase retardatio n

B (Gauss)

圖 3-8-4 磁場對相位延遲與理論式子做擬合

2000 3000 4000 5000 0

9 18 27 36 45

Phase retard atio n

B (Gauss)

實驗值理論值

圖 4-1-1 在相同厚度鋁膜，不同溫度下氧化還原反應的電流曲線。

圖 4-2-1 經過一次陽極處理後，再蝕刻不同時間得的樣品表面結構圖。

0 200 400 600 800

0 20 40 60 80 100

I (mA)

Time (s)

6 ^oC 12 ^oC 15 ^oC

0 2 4 6 0

20 40 60 80 100

第一次製作第二次製作

The diameter of hole (nm)

Etching time (min)

圖 4-2-2 由 SEM 結果所得到孔洞與蝕刻時間的關係圖，數據點為 10 個 AAO 孔洞之平均值

20 30 40 50 60 70

10 20 30 40 50 60 70

80 The AAO film measured from the FESEM images 1-Step

2-Step

The diameter of hole (nm)

Anodization Voltage (V)

圖 4-2-3 回顧學長不同電壓下，一次陽極處理與二次陽極處理孔洞直徑與電壓關係圖。

圖 4-2-4 經過一次陽極處理後，再蝕刻不同時間得的樣品側面的結構圖。

圖 4-2-5 經過一次陽極處理後，樣品厚度與蝕刻時間關係圖。

0 1 2 3 4 5 6 7

0 200 400 600 800

Thickness (nm)

Etching time (min)

圖 4-2-6 同一片試片 500nm 鋁、在 40V 電壓、蝕刻 3 min 後，表面與側面 SEM 之比較

200 400 600 800 1000

Transmittance (%)

Wavelength (nm)

ITO

200 400 600 800 1000

Transmittance (%)

Wavelength (nm)

ITO

圖 4-3-2 考慮 ITO 玻璃基板本身對不同蝕刻時間下的光譜儀量測結果。

圖 4-3-3 不同基板下，500nm 鋁膜經過一次陽極處理後，光譜儀量測結果。

500 1000 1500 2000 0

20 40 60 80 100

Transmittance (%)

Wavelength (nm)

fused silica fused silica+AAO no ITO

no ITO+AAO ITO ITO+AAO

250 500 750 1000

0 20 40 60 80 100

0 min 2 min 4 min 6 min

Transmittance (%)

Wavelength (nm)

圖 4-4-1 樣品置於正交偏光片中，且樣品長軸方向與一片偏光鏡相同。

圖 4-4-2 樣品旋轉 45 度之結果

2 min 1.5 min

0 min 1.5 min 2 min 0 min

圖 4-4-3 將樣品傾斜一角

0 90 180 270 360 0.0

0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

Transmittance

Rotation Angle (degree)

Pi 1.5 min

圖 4-5-1 旋轉樣品量測穿透率之結果

0 90 180 270 360

0.00 0.02 0.04 0.06 0.08

0.10 dmoap

2 min 2.5 min 3 min

Transimittance

Rotation angle (degree)

圖 4-5-2 垂直樣品量測穿透率之結果

3 min 2.5 min

2 min 1.5 min

0 min 1.5 min 2 min 2.5 min 3 min

0 min

6 min 5 min

4 min

3.5 min 4 min 5 min 6 min

3.5 min

圖 4-6-1 上述系列中，Conoscopy 結果。

1.5 2.0 2.5 3.0 3.5

88 89 90

91 K3

K4 K5 J3 K6 K8 J4 K9 K10

Pretilt angle (degree)

Etching time (min)

圖 4-7-1 上述系列中，能垂直配向範圍內，預傾角量測結果。

圖 4-8-1 在蝕刻不同時間下，極化定向強度之量測結果。

Polar anchoring

(

10-5 J/m2

)

Etching time (min)

圖 4-9-1 就是利用不同厚度鋁膜，經過一次陽極處理，陽極氧化鋁的側面結構。

圖 4-9-2 利用不同厚度鋁膜，經過一次陽極處理，陽極氧化鋁的表面結構。

500 nm 440 nm

300 nm 200 nm

100 nm

圖 4-9-3 利用不同厚度鋁膜，經過一次陽極處理後，組成液晶樣品在一對正交偏正片中拍攝結果。

圖 4-9-4 100nm、200nm、440nm 經過二次陽極處理後，表面與側面結構圖。

440 nm 200 nm

100 nm 200 nm 440 nm 100 nm

圖 4-9-5 100nm、200nm、440nm 經過二次陽極處理後，組成液晶樣品在一對正交偏正片中拍攝結果。

在文檔中陽極處理氧化鋁薄膜基板厚度對液晶配向之影響 (頁 58-95)

5-2 未來展望

參考文獻

d

φ

φ

φ

φ

e-ray

α

o-ray

θ A B’ B

P

A

H LC

Z=0 θ(z) Z=d

α θ p

一次陽極處理(1-Step)

Glass Al

Glass Al 2 O 3

Glass Al 2 O 3

兩次陽極處理流程 (2-Step)

30 32 34 36

0.090 0.095 0.100 0.105 0.110 0.115 0.120

Intensity (mV)

θ (deg.)

2000 3000 4000 5000 0.0

0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

Transmittance

B (Gauss)

2000 3000 4000 5000 0

9 18 27 36 45

Ph ase retardatio n

B (Gauss)

2000 3000 4000 5000 0

9 18 27 36 45

Phase retard atio n

B (Gauss)

2 min 1.5 min

0 min 1.5 min 2 min 0 min

(

)

α θ _p

Glass Al ₂ O ₃

Glass Al ₂ O ₃