緒論

液晶(Liquid Crystal)是一種可介於晶體和液體之間的物質狀 態，在特定的有機化合物中，在固態時加熱，並不會直接轉變為 成液體，而是經由液晶特別的中間狀態。這種液晶態的分子通常 具有特定的形狀，如棒狀或盤狀，因此分子也具有對電場、磁場、

及光的異向性(anisotropy)。利用電磁場可有效控制液晶分子方向 的特性，使得今日平面顯示器的發展得以成熟實現。除此之外，

液晶的特殊光電性質在許多領域中仍有許多的應用潛能。而所有 液晶的光學元件均需表面配向，使液晶分子具有一致方向的排 列。目前平面配向一般所採用之方法為先在玻璃基板表面上塗佈 一層配向膜，如聚亞醯胺(Polyimide)，再利用絨布磨刷造成沿磨 刷方向之配向。但此方法雖然方便﹐但不免仍然有些缺點，如磨 刷過程產生的髒顆粒、殘留的靜電等等。更重要的是，為了不同 之應用，表面配向方法亦須有所改變。若欲將液晶元件與微機電 系統(Microelectromechanical System)結合，必需利用磨刷以外的 配向方法才能在小區域，甚至於可在多重區域具有不同之配向。

為達到上述目的，我們可以利用蝕刻後的光纖探針模擬刷毛 對於樣品的磨刷作用。不同的是，我們可以控制製程參數來得到

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不同斜率以及粗細條件的針頭。以及利用精密的平移台控制接觸 的作用力道。除了以程式控制於小區域的配向外，也可以控制不 同的週期來得到不同配向條件的表面，我們也利用AFM 觀察利 用不同條件下探針作用在配向膜上所形成的結構，並且分析驗證 其堆起的結構為探針作用所造成的。

目前磨刷配向的機制包含兩種，第一種機制稱為溝槽配向 (groove alignment)， 1972 年由 Berreman[1]提出，長型液晶分子 有沿著溝槽排列的傾向，因為當液晶分子長軸平行溝槽時形變最 少，能量最低。第二種機制稱為高分子長鏈配向(polymer chain alignment)，1987 年由 Geary[2]等人提出，高分子配向膜表面分 子長鏈因定向磨擦，產生順向性，而長形液晶分子易於沿著順向 後的高分子長鏈堆疊，以使液晶與高分子之具方向性交互作用能 量最低。

我們固定探針作用的條件，改變探針作用週期，量測玻璃基 板對液晶分子的配向、對比度(Contrast ratio) 及玻璃基板對液晶 分子的定向作用強度(Anchoring strength)，比較不同溝槽週期及 深度對液晶分子排列品質的影響。

衡量液晶樣品配向程度的重要參數為定向強度，假設表面自

由能U(

^J

sin

φ 2

1 A U =

，液晶分子方向矢(director)與配向方

2

向的夾角為

^φ

^φ

表面定向強度的測量，參考Sato[3]等人的方法，在液晶中加入旋 光性物質(Chiral dopant)藉以將液晶分子拉離溝槽方向，而使得靠 近上下兩片玻璃基板的液晶分子與基板配向方向夾一角度。藉由 此角度的變化，我們可以得出玻璃基板對液晶分子的定向作用強 度，即定向強度A (J/m²)。

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