本實驗中成功的找出液晶中的藍相，並且在加入高分子單體進行 光聚合成為高分子聚合物之後，成功的增加藍相的溫度範圍。並且成 功的觀察到PSBP樣品之次毫秒的反應時間；且將樣品溫控在Blue
Phase下進行光聚合的樣品，其反總應時間較使用氙燈進行光聚合的樣
品短。在溫控下測量樣品穿透率的部份則發現樣品在外加電壓頻率不 同時有出現溫度上升的情形，這部分在未來會對其他種類的液晶進行 測試，確定是否在任何情形下都會發生。
本實驗將樣品控溫在Blue Phase下使用410nm LED 燈進行光聚 合，未來可以考慮將LED燈換成紫外光雷射或是其他較強的紫外光光 源，在不劇烈影響樣品溫度的情形下，當樣品為Blue Phase時以較強 的功率對樣品進行光聚合，以縮短樣品的光聚合時間。
本實驗中的樣品分析都只以偏光顯微鏡下的圖樣來判斷，未來可
以測量樣品的反射式光譜，或是穿透式電子顯微鏡的照片12，增加判 斷樣品相態的基準，如較難判斷的Blue Phase III。
本實驗中並未對PSBP樣品的外加電壓-穿透率部份做理論分析，
這部分當製作出的PSBP樣品可以測量出較完整的V-T 圖、外加電壓 較穩定(可重複性)時，即可開始進行V-T圖之理論分析。
本實驗中所製作的PSBP樣品有著外加電壓時重複性低(IPS15、
IPS19、IPS26)或是所需之外加電壓過大而無法測量到V-T 圖之峰值
(IPS23)，未來期望以調整樣品配方以及照光方式來找出所需外加電壓
較低、穩定性高的PSBP樣品。
參考資料
[1] Masahito Oh-e, Katsumi Kondo, “Electro-optical characteristics and switching behavior of the in-plane switching mode”, Appl. Phys. Lett.
67(26), 1995
[2] S. H. Lee, S. L. Lee, and H. Y. Kim, “Electro-optic characteristics and switching principle of a nematic liquid crystal cell controlled by
fringe-field switching”, Appl. Phys. Lett. Vol. 73, 20, 1998
[3] Seung Ho Hong, In Cheol Park, Hyang Yul Kim and Seung Hee Lee,
“ Electro-Optic Characteristic of Fringe-Field Switching Mode Depending on Rubbing Direction”, Japan. J. Appl. Phys. Vol. 39(2000), pp.L527-L530 [4] Hirotsugu Kikuchi, Masayuki Yokota, Yoshiaki Hisakado, Huai Yang and Tisato Kajiyama, “Polymer-stabilized liquid crystal blue phase”, Nature Mater., vol. 1, pp. 64-68, 2002
[5] Kuan-Ming Chen, Sebastian Gauza, Haiqing Xianyu and Shin-Tson Wu,
“Submillisecond Gray-Level Response Time of a Polymer-Stabilized Blue-Phase Liquid Crystal”, J. Disp. Technol., Vol. 6, No. 2, 2010 [6] Zhibing Ge, Linghui Rao, Sebastian Gauza and Shin-Tson Wu,
“Modeling of Blue Phase Liquid Crystal Displays”, J. Disp. Technol., Vol.
5, No. 7, 2009
[7] Miyoung Kim, Min Su Kim, Byeong Gyun Kang, Mi-Kyung Kim, Sukin Yoon, Seung Hee Lee, Zhibing Ge, Kinghui Rao, Sebastian Gauza and Shin-Tson Wu, “Wall-shaped electrodes for reducing the operation voltage of polymer-stabilized blue phase liquid crystal displays”, J. Phys D:
Appl. Phys. 42(2009)
[8] Hirotsugu Kikuchi, “Liquid Crystalline Blue Phases”, Struc. Bond., vol.
128, page 99-117, 2008
[9] Dierking, Ingo., ”Textures of Liquid crystals”, WILEY-VCH, Weinheim,
2003
[10] A. Yariv and P. Yeh, “Optical Waves in Crystal: Propagation and Control of Laser Retardation”, Wiley-Interscience, New Jersey, 2003 [11] Shin-Ting Lu and Liang-Chy Chien, “Electrically switched color with polymer-stabilized blue phase liquid crystals”, Optics letters, vol.35, No.4, 2010
[12] J. A. N. Zasadzinski, S. Meiboom, M. J. Sammon, and D. W.
Berreman, “Freeze-fracture electron –microscope observations of Blue Phase III”, Phys. Rev. Lett. 57, Vol.57, No.3, 1986
[13] Atsushi Yoshizawa, Yutaro Kogawa, Keiko Kobayashi, Yoichi Takanishi and Jun Yamamoto, “A binaphthyl derivative with a wide temperature range of a blue phase”, J. Mater. Chem., 2009
[14] Peter J. Colling, “Liquid Crystals”, Adam Hilger, New Jersey, 1990
圖1-2-1 液晶之單螺旋排列(simple twist)示意圖
圖1-2-2 向列型液晶排列(Nematic)之示意圖
圖1-2-3 液晶之雙螺旋排列(Double twist)示意圖
圖1-2-4 雙螺旋圓柱示意圖
Double Twist Cylinders
Structure
Disclination Line Blue Phase I
Body-center Cubic Unit cell
Blue Phase II
Simple Cubic Unit cell
圖1-2-5 BPI&BPII 之結構(圓柱為雙螺旋圓柱,Double twist cylinder)與 向錯線(disclination line，細橢圓柱部分)
圖2-1-1 Blue Phase 在外加大電場後產生之誘發雙折射示意圖
圖2-2-1 座標系定義參考圖
圖2-2-2 外加電壓測量穿透光強度之裝置示意圖
x x’
y y’
θ
Single slit
He-Ne Laser Polarizer
Analyzer Iris
Detector
Function Generator
PC
Sample Multimeter
Voltage Amplifier
E
圖2-3-1 反應時間量測系統示意圖
圖2-3-2 反應時間量測結果示意圖
Single slit
He-Ne Laser Polarizer
Analyzer Iris
Detector
Function Generator
Sample Oscilloscope
Voltage Amplifier
PC
圖2-4-1 偏光顯微鏡量測裝置示意圖，樣品沿 z 軸方向旋轉
300 400 500 600 700 800
0 20 40 60 80 100
Transmittance (%)
Wavelength (nm)
圖2-4-2 Filter1 之穿透率光譜 Analyzer
Polarizer
E Sample
x
y z
E θ
Filter
300 400 500 600 700 800 0
20 40 60 80 100
Transmittance (%)
Wavelength (nm)
圖2-4-3 Filter2 之穿透率光譜
300 400 500 600 700 800
0 20 40 60 80 100
Transmittance (%)
Wavelength (nm)
圖2-4-4 PI 膜(聚醯亞胺薄膜，Polyimide Film)之穿透率光譜
圖2-4-5 溫控系統示意圖
圖3-1-1 IPS 樣品示意圖(無表面配向) W1: 10μm
W2: 10μm Cell Gap: 7.5μm
Electrode Width(W1)
ITO pattern on bottom glass Gap
Width(W2)
Glue
ITO pattern area :0.9×1.3cm2
Instec, Temperature control, MK1 version 2.52
Holder Sample
Thermistor
(Side view)
Glass Iron Box
Hot Plate
圖3-1-2 IPS 樣品內部之 PSBP-LC 外加電場後之光學橢球示意圖
圖3-1-3 IPS23 樣品外加電壓之偏光顯微鏡圖。
Electric Field Substrate Substrate
Common electrode Pixel electrode
E
d
W W
W
P A
15 20 25 30 35 40 0.2
0.4 0.6 0.8
P i t c h︵ μ m︶
w t % o f R - 8 1 1
Max Pitch Min Pitch
圖3-2-1 R-811 重量百分濃度與 Pitch 之關係
混合液晶濃度比例(wt%)
Chiral dopant Liquid Crystal Monomer Initiator
混合 LC 編號 樣品編號 R-811 S-811 5CB MDA-00-3461 7CB E7 RM-257 EHA DMPA 光聚合 光強(mW/cm2,365nm) 照光時間
19.6%R-811 AP01 19.6 80.4 N N N
AP03 N N N
24%R-811 IPS2 24 76 N N N
AP02 N N N
28.5%R-811 IPS3 28.5 71.5 N N N
35.9%R-811 AP04 35.9 64.1 N N N
com4 IPS4 o o N N N
com5 IPS6 o o o N N N
com6 IPS7 o o o N N N
IPS14 N N N
IPS15 氙燈 10.9 20mins
com11 IPS26 o o o o o LED 燈 0.03 360mins
IPS25 N N N
IPS19 氙燈 12.8 20mins
com13 IPS23 o o o o o o LED 燈 0.03 360mins
表3-2-1 樣品編號，所使用混合液晶比例及照光條件整理。 數字為藥品之重量百分濃度，若為o 則表示有使用此樣品進行實驗。
圖3-2-3 7CB 外加 R-811 之灌入 AP 樣品之降溫過程相變圖 (局部放大)。 左方為19.6%R-811、右方為 24.0%R-811 在不同溫度下之偏光顯微鏡圖。
圖3-2-4 7CB 外加 R-811 之灌入 AP 樣品之降溫過程相變圖 (局部放大)
圖3-2-5 IPS2 樣品降溫偏光顯微鏡圖 降溫速率：0.05℃/min
圖3-2-6 IPS3 樣品降溫偏光顯微鏡圖 降溫速率：0.01℃/min
圖3-2-8 IPS6 樣品降溫偏光顯微鏡圖 降溫速率：表4-1-2
圖3-2-9 IPS7 樣品降溫偏光顯微鏡圖 降溫速率：表4-1-2
300 400 500 600 700 800 0
100 200 300 400
Intensity (a.u.)
Wavelength (nm)
圖3-3-1 氙燈光譜圖
圖3-3-2 氙燈照光系統示意圖 1000W
Xenon Arc lamp
Liquid filter
Sample Long wavelength pass filter
Lens
Mirror
0.7mm ITO glasses×10
00:00 00:05 00:10 00:15 00:20 00:25
Liquid filter
Sample Long wavelength pass filter
Lens
Mirror
0.7mm ITO glasses×10
Multimeter PC
Thermistor
圖3-3-5 感測器 UVX-36 之光譜靈敏度
圖3-3-6 LED 照光系統示意圖
Polarizing microscope
Analyzer
Polarizer Sample
Filter1 Anti-UV
cellophane paper Holder
Sample Thermistor
Iron Box LED(410nm)
Tempering control system (Fig. 2-4-5)
Glass
300 400 500 600 700 800 0
20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240
260 410nm LED
Intensity (a.u.)
wavelength (nm)
圖3-3-7 410nm LED 之光譜圖
圖3-4-1 IPS14 樣品降溫偏光顯微鏡圖 降溫速率：0.06℃/min
圖3-4-3 IPS26 樣品降溫偏光顯微鏡圖 降溫速率：0.16℃/min
圖3-4-4 IPS25 樣品降溫偏光顯微鏡圖 降溫速率：0.07℃/min
圖3-4-5 IPS19 樣品降溫偏光顯微鏡圖 降溫速率：0.09℃/min
圖3-4-7 液晶編號為 com11 之穿透光譜(無加入 EHA)，Reference 為空氣，
樣品編號後面的括號內為no 表示樣品未進行光聚合、
Xenon 表示樣品以氙燈進行光聚合、LED 表示樣品以 LED 燈進行光聚合。
圖3-4-8 液晶編號為 com13 之穿透光譜(加入 EHA)，Reference 為空氣，
樣品編號後面的括號內為no 表示樣品未進行光聚合、
50μ
50μ
圖4-1-3 IPS15 樣品外加大電壓之偏光顯微鏡說明圖，此處電極與方向與polarizer 平行。
Gap 處電場誘發之Δn 與 Analyzer 平行，因此為暗態。
Electrode 處由於 Blue Phase 結構被破壞，因此呈現亮態。
Applied
Voltage Δn (Gap)
Δn (Gap) P
A
E
0 20 40 60 80 100
00:00 00:02 00:05 00:08 00:11 00:14 00:17 00:20 00:23 23.0
00:00 00:02 00:05 00:08 00:11 00:14 00:17 00:20 00:23 00:25 26.0
00:00 00:02 00:05 00:08 00:11 00:14 00:17 00:20 00:23 27.5
圖4-1-5 控溫在 23.5℃，外加電壓頻率為 1kHz 方波時之 V-I 圖及偏光顯微鏡圖
圖4-1-7 控溫在 26.4℃，外加電壓頻率為 1kHz 方波時之 V-I 圖及偏光顯微鏡圖
0 20 40 60 80 100
Applied Voltage (Vrms)
Time (ms)
0 20 40 60 80 100
Applied Voltage (Vrms)
Time (ms)
0 20 40 60 80 100
Applied Voltage (Vrms)
Time (ms)
0 20 40 60 80 100
Applied Voltage (Vrms)
Time (ms)
IPS15 IPS26 IPS19 IPS23
圖4-3-1 IPS15、IPS26(RM-257)，IPS19、IPS23(RM-257+EHA)樣品之 Rise time，並分
別在圖上表示樣品之光聚合方式。使用100Vrms(IPS26 80Vrsm)，20kHz 方波，室
溫為26℃
IPS15 IPS26 IPS19 IPS23
0
圖4-3-2 IPS15、IPS26(RM-257)，IPS19、IPS23(RM-257+EHA)樣品之 Fall time，並分
別在圖上表示樣品之光聚合方式。使用100Vrms(IPS26 80Vrsm)，20kHz 方波，室
溫為26℃
IPS15 IPS26 IPS19 IPS23 0
200 400 600 800 1000 1200 1400
Total response time(μs)
Sample No.
圖4-3-3 IPS15、IPS26(RM-257)，IPS19、IPS23(RM-257+EHA)樣品之總反應時間，並
分別在圖上表示樣品之光聚合方式。使用100Vrms(IPS26 80Vrsm)，20kHz 方波，
室溫為26℃
LED LED 燈
燈
氙燈 氙燈
RM-257 RM-257+EH