第一章 緒論
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1-1 前言
進入二十一世紀，科技產品層出不窮，隨著數位影像的發展，顯 示器將成為了數位時代的視窗，從手持式電子產品、電子看板到大型 顯示器，液晶顯示器將會是扮演最重要的零件，傳統的陰極射線管 ( CRT ) 顯示器因具有耗電、高輻射量、體積龐大、笨重等缺點，逐 漸的被機動性高、省電、體積輕薄 (體積只有 CRT 15 ~ 20 % )、高 畫質、輻射量低、零污染與使用壽命高的液晶顯示器 ( LCDs ) 取代。
而液晶顯示器產品之技術發展趨勢為－大型化、輕型化、高畫質，
因此液晶顯示器的核心材料－新穎液晶分子的開發是為必然的趨勢，
同時朝高性能化邁進、新製造方法以實現低成本與高性能之需求。而 液晶材料的應用不僅在顯示器的領域，其它如光柵、變色玻璃等，都 是液晶材料的應用範圍，因此使液晶材料研究成為目前相當熱門的研 究主題。
平面顯示器產品技術的發展趨勢為：
一、 高畫質：包括精細化、對比度、全彩化、廣視角、高輝度及高 應答速度。
二、 輕型化：朝反射式、塑膠基板、Chip on Glass LCD 及 OLED 。
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三、 大型化：投影式 (40" ~ 200")、直射型 (10.4" ~ 30" 以 a-TFT LCD 為主，40" ~ 80" 以 PDP 及 PALCD 為主)。
四、 低價化：省驅動 IC，提高生產效益及採用新技術導入，如 LTPS 結合 OLED 全彩化。
在此趨勢下，材料技術研發更是平面顯示器是否達成上述需求關
鍵因素，如高彩域材料、高應答速度液晶材料、高亮度材料、廣視角
材料及大面積用非刷膜式材料之開發。因此為了因應大型液晶電視之 普及，液晶面板零組件及材料成本以目前的二分之一為目標，同時朝
高性能化邁進，開發各種新材料、新製造方法以實現低成本與高性能
之需求。
隨著快速應答、廣視角新式液晶顯示器的發展，液晶材料發展必
須進入新時代，在 2008 SID 三星電子宣佈推出藍相的 TFT-LCD
技術，畫面更新頻率可達 240 Hz，相較於傳統技術，藍相本身有豐 富的色彩可免用彩色濾光片，而且不需配向處理及偏光片，藍相模式 液晶面板擁有比 OCB ( Optically Compensated Bend ) 模式更快的超 高速回應，比 IPS ( In-plane switching ) 模式更寬的超寬視角，可與 CRT 及 PDP ( Plasma Display Panel ) 媲美的優勢。
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●形成方式區分 熱向型液晶（Thermotropic Liquid Crystal）
液向型液晶（Lyotropic Liquid Crystal）
●分子排列形態區分
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8 也就是我們熟悉的 Chiral Nematic 或是 Cholesteric 。
1-2-3 液晶相的鑑定方法
向列型和掌性向列型液晶黏度較低且較易顯現其特性，在鑑定上 較容易觀察，而層列型液晶因層與層之間分子排列分布不同會有不同 的液晶相，且有些排列的差別只有些許的不同，因此較難鑑定。一般 鑑定液晶相的方法大致有以下四種[4]。
A. 微差掃描熱分析 ( Differential scanning calorimeter DSC )：
熱向型液晶受溫度的改變會產生相變化，因此測量熱焓的變
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由上圖可得知在交叉偏光的兩片偏光片中，試樣若是處於等向性 的澄清相時，此時光無法透過，這是因為光源向量的方向是垂直於光 行進的方向且是各方向皆有，當光通過 polarizer 後，將會使光的向 量偏向 ( 光僅能讓左右方向的分量通過 )。此道偏光通過等向性液 體後，光的向量仍維持原來的方向，再通過 analyzer 時，因兩片偏 光片相差 90 度( 光僅能讓上下方向的分量通過 )，故此道偏光無法 透過 analyzer 到達目鏡，所以看到的是一片黑暗；反之，試樣若具 有雙折射性，光則可通過而呈現某種光學紋理。
C. 互溶性測試 ( Mutual miscibility tests )：
當無法判定液晶相的種類時，可將此未知試樣與臆測含此種相的 參考物同時置於玻片上加熱進行互溶性測試，以 POM 觀察當達到 適當溫度時未知試樣與參考物的相是否相溶，即可得知是否為同一種 相。此法對於分辨小分子液晶的中間相是非常有效的方法，且對低規 則性液晶高分子，如：向列型、 SmA 與 SmC 較為有效。
D. PXRD ( Powder X-ray diffractormeter )：
可以對液晶相分子 3-D 排列的進一步資料，粉末 X-ray 繞射儀 是必備的工具，尤其對層列型液晶而言，如 SmA 相為所有層列液晶 相中最不規則者，因其層內分子結構並不具有規則性排列，故其
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extraordinary light 簡稱 E-ray ，此種現象即稱為雙折射，以 Δn 表示。當光進入液晶材料中時，光的偏振方向與液晶光軸垂直者，
為 O-ray 其折射率為 no ；與液晶光軸平行者稱為 e-ray，其折射 率為 ne。因此液晶之雙折射率可以 Δn = n// ﹣n⊥= ne ﹣no來表示 之。 Δn ﹥0 者稱為光學正性； Δn ﹤0 稱為光學負性。
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1-3 香蕉型液晶
1-3-1 香蕉型液晶簡介
『香蕉型液晶』為一種具有彎曲型硬段的液晶結構，因其外型狀 似香蕉而命名之，又可稱為彎曲型液晶 ( Banana-shaped or Bent-core LC )，其液晶相之命名則取首字母 B，分別為 B1、B2……B8，包含 了如盤狀堆疊 ( Column arrangement ) 、層狀堆疊 ( Smectic
arrangement ) 與三維結構螺旋堆疊 ( 3D dimension arrangement ) 等 分子堆疊形式，如 Fig. 1-3-1.1 所示，各相之間區別乃依光學紋理及 X 光繞射為基礎[6-7]：其各相結構模擬如 Fig. 1-3-1.2 所示，B1 相為 管柱狀堆疊( Column stacking )，B4 相層與層間為扭轉結構，故稱 TGB ( Twistef grain boundary )，其餘液晶相為薄層狀( Lamellar )結 構。
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型分子，卻有對掌性質 ( chirality ) 或自發極化性質 ( spontaneous polarization ) 的鐵電液晶材料，此偉大的發現打破了過去鐵電性質必 須具有對掌中心的舊有觀念。
香蕉型液晶具備鐵電行為的原因在於其分子彎曲構形會造成層 列相產生極性秩序（polar order）及分子間緊密地堆疊限制了分子旋 轉進而造成新型態液晶相的生成。
不含旋光中心的彎曲型鐵電液晶，那其對掌特性與鐵電性質的原 因在於此類的液晶結構除了擁有彎曲硬端外，連接分子苯環的連接基 為極性的官能基，以單一分子而言，含酯基連結彎曲型的液晶分子具 有朝分子中心方向的總和偶極極性向量，如 Fig. 1-3-1.3 所示，因分 子彎曲構型與特殊的偶極距，宏觀來看，彎曲分子會以相同方向的方 式做分子堆疊排列，如 Fig. 1-3-1.4 所示，進而產生層與層之間引導 出的極化秩序 ( polar order ) ，這樣的極化秩序在層與層間可能相同 或者相反，因此產生了鐵電或反鐵電的性質差異。
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1-4-7 研究動機與方向
本論文歸劃的目標分子整理如下：
Tab. 1-4-7. 1 系列一及系列二之分子結構 系列一
系列二
C5FC7
C3FC7
C5FC7*
C3FC7*
C5C7*
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本論文的目的即為設計出具前瞻性的藍相液晶材料，期望能開發 出具有寬廣溫度，且溫寬可涵蓋室溫，在合成設計上我們規劃了三大 方向，其中包含了：(a)在香蕉型分子中心，導入 Nitrile的官能基、
(b)在香蕉型分子中，加上 F 的官能基、(C)在軟鏈段部分，碳數分 別三個碳及五個碳，另一邊為七個碳，且在七碳這邊導入一掌性結構，
來誘導出藍相，為其分子結構[32]如 Fig. 1-4-7.1 所示。
這些結構皆可當作藍相液晶的摻雜體或液晶主體，再與市售 的旋光摻雜體 ( chiral dopant ) 或液晶主體做混摻，進而得到新 穎的藍相配方材料，分子結構如 Fig. 1-4-7.2 所示。
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