經過以上的介紹與實驗過程討論，本實驗是在膽固醇液晶中加入適當比例的 手性添加物和高分子單體與光起始劑，均勻混合後即完成實驗所需的液晶混合 液，然後將其灌入到製備好的空樣品中，並在紫外光下進行聚合反應，反應完成
後即完成PSCT(polymer-stabilized Cholesteric Texture)的元件製備。
根據不同配向機制的樣品，在觀察加電壓前後的反射光譜變化，得知以反平 行(Anti-parallel)的樣品具有最明顯的雙穩態特性。然後我們對於不同高分子單體 濃度的樣品，觀察加電壓前後的反射光譜變化，結果發現濃度愈高的樣品，其加 完電壓脈衝後聚合物網絡所能支配的區域愈廣，導致反射率愈低。接著，我們分 別在反射式系統和穿透式系統下，量測不同濃度樣品對電壓脈衝的響應及反應時 間。藉由觀察改變電壓所對應到反射率、穿透率的變化，可以知道樣品在不同電 電時的紋理轉換，以及雙穩態的特性呈現，且無論樣品的初始狀態為何，其量測 到的反射率和穿透率變化趨勢都是一致的;反應時間則是會隨著濃度增加而下 降，且當濃度增加到一定比例時，其變化趨勢漸緩。再來我們改變聚合時的照光 時間和強度，並觀察加電壓後其反射光譜的變化以及在偏光顯微鏡所看到的圖 形。對於相同濃度的樣品而言，照光時間小於五秒時聚合反應尚未完成，超過十 秒後則反射率和樣品結構無再明顯變化;對於不同濃度的樣品來說，照光強度愈 強所形成的聚合物網絡也愈強、支配的區域愈廣，且隨著濃度增加聚合物愈密
43
集，反射率下降愈明顯。
最後是PSCT 元件應用的部分，我們將現有在玻璃基板的製程技術轉移到 PET 基板上，克服了基板的黏合問題後，我們成功的製作了以 PET 當基板的空 樣品，並且成功的灌入液晶，在未來將對電性量測和可靠度分析上做更多的探 討。
44
第六章 結論與未來展望
本實驗成功製作出具有雙穩態的 PSCT 元件，不過我們發現如果元件要具有 高對比度的話，高分子單體的濃度就不能太高，但這卻會造成反應時間太長，反 之，濃度過高會使得元件在加完電壓後回不到完整的平面螺旋紋理，反射率也會 變得很低，但卻能得到較快的反應時間;另外，當照光時間超過十秒後，樣品結 構無再明顯變化，表示所添加的高分子單體對紫外光的吸收度很好，這對於製程 的簡化有很大的幫助，而照光強度愈強，會使得聚合物網絡愈穩定，對樣品區域 影響的範圍也愈大。因此，如何拿捏在製作元件時所加的高分子單體比例，將是
未來還要再深入研究的地方，而在本實驗中只對濃度為3.05%之樣品進行不同照 光時間的探討，未來可以針對不同濃度的樣品做更詳細的討論。另外，在本實驗 中經照光聚合的樣品，我們僅以量測反射光譜和觀察偏光顯微鏡來探討其結構變
化，未來可以將樣品拿去照SEM 就能更瞭解其結構變化為何。
最後，我們希望透過在玻璃基板上所得到的最佳製程條件，將其轉移到軟性 基板上，製作出可撓式的液晶顯示元件。
45
參考文獻
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x
y
z
n n n n
L
圖(2-1-1) 膽固醇液晶的分子排列示意圖
Planar texture (a)
Fingerprint texture (b)
Focal conic texture (d)
Homeotropic texture (c)
圖(2-1-2) 膽固醇液晶的各種結構
47
圖(2-2-1) PSCT normal mode有無外加電壓之texture轉變。(a)不透明態 (b)透明態 藍色箭頭代表入射光，紅色線表示polymer network。
圖(2-2-2) PSCT reverse mode有無外加電壓之texture轉換。(a)透明態 (b) 不透明態
48
圖(2-3-1) 膽固醇液晶之texture轉換示意圖
49
圖(3-1-1) R-811 的化學結構
圖(3-1-2) RM257 的化學結構
圖(3-1-3) DMPA的化學結構
50
⎯→ +
⎯ R I hv
51
圖(3-2-1) PSCT之光起始聚合過程
圖(3-3-1) 封合樣品示意圖
圖(3-3-2) 反射式光譜儀系統
400 500 600 700 800
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8
Refl ection(%)
Wavelength(nm)
R21_Planar
481.38(nm)
圖(3-3-3) 液晶樣品之反射頻譜(室溫 25℃)
52
圖(3-4-1) 間隙厚度量測之裝置示意圖
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(虛線)，Ray2 為 二次反射穿透光(實線)。
53
30 35 40 45 50 0.3
0.4 0.5 0.6 0.7
Intens ity (a.u.)
Angle(degree)
Cell gap
圖(3-4-3) 空樣品間隙厚度量測圖，光強度對旋轉角度作圖
200 300 400 500 600 700 800 900 0
1000 2000 3000 4000
Intensity(a.u.)
Wavelength(nm)
UVU
圖(3-4-4) UVU型燈管之反射光譜
54
圖(3-4-5) 感測器UVX-36 之光譜靈敏度
sample
反射式系統:
He-Ne Laser(632.8nm)
圖(3-4-6) PSCT元件對電壓脈衝(voltage pulse)的反應之量測裝置
55
圖(3-4-7) PSCT元件對電壓脈衝的反應之量測驅動波型示意圖
圖(3-4-8) 元件初始狀態為平面螺旋紋理時，量測反應時間之訊號。(a) 輸入之脈衝波型。(b)光檢測器送出之響應波型
56
圖(3-4-9) 元件初始狀態為垂直螺旋紋理時，量測反應時間之訊號。 (a)輸 入之脈衝波型。(b)光檢測器送出之響應波型
Laser
glass Polarizer Detector1
(reference)
sample Iris
Detector2 (signal)
穿透式系統:
綠光雷射(532nm)
圖(3-4-10) PSCT元件對電壓脈衝(voltage pulse)的反應之量測裝置
57
圖(3-4-11) 元件初始狀態為平面螺旋紋理時，量測反應時間之訊號。(a)輸入之 脈衝波型。(b)光檢測器送出之響應波型
圖(3-4-12) 元件初始狀態為垂直螺旋紋理時，量測反應時間之訊號。 (a)輸入之 脈衝波型。(b)光檢測器送出之響應波型
58
圖(4-1-1) 不同配向條件下的視覺觀察圖
400 500 600 700 800
0 10 20 30 40 50
Refl entance(%)
Wavelength(nm)
AP01 VA01 E01
圖(4-1-2) 樣品未加電壓前之反射光譜
59
400 500 600 700 800
400 500 600 700 800
0
圖(4-1-3)-(b) VA與無配向之樣品(E01)分別外加 1kHz,100Vrms、30Vrms方波脈 衝關掉後所量得之反射光譜
60
61
圖(4-2-1) 樣品未加電壓前之反射光譜
400 500 600 700 800
0
400 500 600 700 800
0
圖(4-2-2)-(a) 樣品外加 1kHz,100Vrms方波脈衝關掉後所量得之反射光譜
400 500 600 700 800
0
0
0 1 2 3 4 5 6 7
Turn-on time
圖(4-2-6) 在反射式系統下，不同濃度元件在初始狀態為平面螺旋紋理時的 Turn-on time
0 1 2 3 4 5 6 7
Turn-off time
T u rn -off time(s)
RM257 concentration(%)
圖(4-2-7) 在反射式系統下，不同濃度元件在初始狀態為平面螺旋紋理時的 Turn-off time
65
0 1 2 3 4 5 6 7
Total res pons e time(s)
RM257 concentration(%)
Total response time(ms)
RM257 concentration(%)
Total response time
圖(4-2-8) 在反射式系統下，不同濃度元件在平面螺旋紋理時的Total response time (a)濃度從 1%~6%的反應時間變化。(b)濃度從 3%~6%的反應時間變化。
Turn-on time
圖(4-2-9) 在反射式系統下，不同濃度元件在初始狀態為垂直螺旋紋理時的 Turn-on time
66
0 1 2 3 4 5 6 7
Turn-off time
圖(4-2-10) 在反射式系統下，不同濃度元件在初始狀態為垂直螺旋紋理時的 Turn-off time
0 1 2 3 4 5 6 7
T o tal response time(ms)
RM257 concentration(%)
Total response time
圖(4-2-11) 在反射式系統下，不同濃度元件在垂直螺旋紋理時的Total response time
67
0 1 2 3 4 5 6 7 0.5
1.0 1.5 2.0
Turn-on time(ms)
RM257 concentration(%)
Turn-on time
圖(4-2-12) 在穿透式系統下，不同濃度元件在初始狀態為平面螺旋紋理時的 Turn-on time
0 1 2 3 4 5 6 7
0 10 20 30 40 50
Turn-off time(s)
RM257 concentration(%)
Turn-off time
圖(4-2-13) 在穿透式系統下，不同濃度元件在初始狀態為平面螺旋紋理時的 Turn-off time
68
0 1 2 3 4 5 6 7
Total response ti me(s)
RM257 concentration(%)
Total response time
圖(4-2-14) 在穿透式系統下，不同濃度元件在平面螺旋紋理時的Total response time
Turn-on time
圖(4-2-15) 在穿透式系統下，不同濃度元件在初始狀態為垂直螺旋紋理時的 Turn-on time
69
0 1 2 3 4 5 6 7
Turn-off time
圖(4-2-16) 在穿透式系統下，不同濃度元件在初始狀態為垂直螺旋紋理時的 Turn-off time
0 1 2 3 4 5 6 7
Total res pons e time( m s )
RM257 concentration(%)
Total response time
圖(4-2-17) 在穿透式系統下，不同濃度元件在垂直螺旋紋理時的Total response time
70
0 1 2 3 4 5 6 7
72
Total r e spons e time(s )
RM257 concentration(%)
0 1 2 3 4 5 6 7
Total response tim e (ms)
RM257 concentration(%)
圖(4-2-23) 不同高分子單體濃度的PSCT元件，在初始狀態為垂直螺旋紋理下，
使用反射式和穿透式系統量測之總反應時間比較。黑色線為反射式系統量測，紅 色線為穿透式系統量測。
73
400 500 600 700 800
R54 樣品，光起劑濃度:0.93%，綠線為R68 樣品，光起劑濃度:1.91%，紅線為 R65 樣品，光起劑濃度:3.45%400 500 600 700 800
0
圖(4-3-2) 不同光起始劑濃度之PSCT元件在外加 1kHz，100Vrms的方波脈衝關 掉後的反射光譜。藍線為R54 樣品，光起劑濃度:0.93%，綠線為R68 樣品，光 起劑濃度:1.91%
74
圖(4-4-1) 不同照光時間的樣品在未加電壓前之反射光譜。樣品後面的數字代表 照光時間。
圖(4-4-2) 不同照光時間的樣品在外加 1kHz，100Vrms的方波脈衝關掉後的反射 光譜。樣品後面的數字代表照光時間。
75
400 500 600 700 800
0
400 500 600 700 800
0
76
圖(4-4-3) 在正交偏振片下，不同照光時間樣品的偏光顯微鏡圖。放大倍率:50 倍 ，圖下面數字代表照光時間。
400 500 600 700 800
R82_0.2mw/cm2,15hr R52_1mw/cm2,3hr R86_5mw/cm2,0.6hr
圖(4-4-4) 高分子單體濃度 2.06%時，樣品在未加電壓前之反射光譜。樣品後面 的數字代表照光強度和時間。
400 500 600 700 800
0
R82_0.2mw/cm2,15hr R52_1mw/cm2,3hr R77_5mw/cm2,0.6hr
圖(4-4-5) 高分子單體濃度 2.06%時，樣品外加 1kHz，100Vrms方波脈衝後之 反射光譜。樣品後面的數字代表照光強度和時間。
77
圖(4-4-6) 高分子單體濃度 2.06%時，在正交偏振片下，不同照光強度樣品的偏 光顯微鏡圖。放大倍率:10 倍 ，圖右下面數字代表照光強度。
400 500 600 700 800
0 10 20 30 40 50
Reflectance(%)
Wavelength(nm)
R87_0.2mw/cm2,15hr R54_1mw/cm2,3hr R74_5mw/cm2,0.6hr
圖(4-4-7) 高分子單體濃度 3.05%時，樣品在未加電壓前之反射光譜。樣品後面 的數字代表照光強度和時間。
78
400 500 600 700 800 0
10 20 30 40 50
Reflectance(%)
Wavelength(nm)
R87_0.2mw/cm2,15hr R54_1mw/cm2,3hr R74_5mw/cm2,0.6hr
圖(4-4-8) 高分子單體濃度 3.05%時，樣品外加 1kHz，100Vrms方波脈衝後之 反射光譜。樣品後面的數字代表照光強度和時間。
圖(4-4-9) 高分子單體濃度 3.05%時，在正交偏振片下，不同照光強度樣品的偏 光顯微鏡圖。放大倍率:10 倍 ，圖右下面數字代表照光強度。
79
400 500 600 700 800
R93_0.2mw/cm2,15hr R56_1mw/cm2,3hr R90_5mw/cm2,0.6hr
圖(4-4-10) 高分子單體濃度 4.27%時，樣品在未加電壓前之反射光譜。樣品後 面的數字代表照光強度和時間
400 500 600 700 800
0
R93_0.2mw/cm2,15hr R56_1mw/cm2,3hr R90_5mw/cm2,0.6hr
圖(4-4-11) 高分子單體濃度 4.27%時，樣品外加 1kHz，100Vrms方波脈衝後之 反射光譜。樣品後面的數字代表照光強度和時間。
80
圖(4-4-12) 高分子單體濃度 4.27%時，不同照光強度樣品的偏光顯微鏡圖。偏 振片:正交，放大倍率:10 倍 ，圖右下面數字代表照光強度。
400 500 600 700 800
0 10 20 30 40 50
Reflectance(%)
Wavelength(nm)
R94_0.2mw/cm2,15hr R62_1mw/cm2,3hr R92_5mw/cm2,0.6hr
圖(4-4-13) 高分子單體濃度 5.25%時，樣品在未加電壓前之反射光譜。樣品後 面的數字代表照光強度和時間
81
400 500 600 700 800 0
10 20 30 40 50
Reflectance(%)
Wavelength(nm)
R94_0.2mw/cm2,15hr R62_1mw/cm2,3hr R92_5mw/cm2,0.6hr
圖(4-4-14) 高分子單體濃度 5.25%時，樣品外加 1kHz，100Vrms方波脈衝後之 反射光譜。樣品後面的數字代表照光強度和時間。
圖(4-4-15) 高分子單體濃度 5.25%時，在正交偏振片下，不同照光強度樣品的 偏光顯微鏡圖。放大倍率:10 倍 ，圖右下面數字代表照光強度。
82
圖(4-5-1) (a)PET結構示意圖。(b)實際樣品外觀
圖(4-5-2) PET基板在跟正交偏振片夾 45°下，所觀察到的conoscopy照片
83
圖(4-5-3) (a)樣品設計示意圖。(b)實際樣品照
圖(4-5-4) PET樣品灌入液晶後實際照片
84
表(3-1-1) MDA-00-3461 之物理特性參數。
MDA-00-3461 Characteristic:
Clear Point Tc(℃) 92
Chemical composition of sample (wt%)
表(4-2-1) 液晶混合液編號、調配比例及照光條件
Curing Intensity ( mW/cm2, at Turn-on time
(ms) 0.42 0.37 3.93 3.81 0.51 0.49 Turn-off time
(ms) 31130 37780 180.94 109.62 37.07 12.25 Total response time
(ms) 31130.42 37780.37 184.87 113.43 37.58 12.74
86
87
表(4-2-3) 在反射式系統下，初始狀態為垂直螺旋紋理的不同高分子單體濃度之
表(4-2-3) 在反射式系統下，初始狀態為垂直螺旋紋理的不同高分子單體濃度之