1-1 液晶簡介
1988 年，奧地利植物學家 Friedrich Reinitzer 發現了一種特殊的材料，
在固態和液態之間有個中間態，這種材料在145.5℃時會熔化，變成混濁 且帶有黏滯性，而在178.5℃時會成清亮(Clear)液體 [1]。1989 年，Otto Lehmann 發現在中間態時具有雙折射性(Birefringence)，還具有液體的流 動行為與晶體的非均向性(anisotropic)[2]。因為這種材料具有固態和液態 的性質，固命名為＂Fliessende Kristalle (Flowing Crystal)＂，之後液晶 (Liquid Crystal)這個名詞就誕生了。
一般較為常使用的液晶是向列型(Nematic)液晶、層狀型(Smectic)液 晶與膽固醇型(Cholesteric)液晶。因為液晶具有晶體般的方向性與穩定的 結構，也具有液體的自由度，因此容易受到電場、磁場改變其排列方向，
所以被廣泛的應用於液晶顯示器、光學元件等等。本論文中所使用的液晶 是向列型液晶(5CB)，其分子形狀為細長型棒狀結構，分子的質心沒有秩 序性，相鄰分子長軸的平均方向平行。
在我們常使用的液晶顯示器面板中，其構造是在兩片平滑的玻璃基板 中，以幾個微米(μm)的間隙物(Spacer or Mylar)支撐，在將液晶灌入其中，
若在未處理過的玻璃基板上，液晶分子是不會產生單一方向的排列，且在 光穿透時會產生散射現象而無法有效應用。因此必須要先在玻璃基板上做 表面處理，使基板表面對液晶分子能夠有排列定向的效果，那麼決定排列 定向的好壞是必與塗佈在玻璃基板上的配向材料與對配向材料做的表面 處理有很大的關係。如何達到穩定的「配向技術」成了很重要的研究課題。
1-2 配向技術發展
早在1911 年，法國科學家 Charles-Victor Mauguin 就發現配向現象[3]。
但是目前最普遍使用配向方法，是先在乾淨的玻璃基板上塗佈配向劑，再 對表面做處理，而常用的配向劑種類有：聚醯亞胺(Polyimide，PI)、聚 乙烯醇(PVA)與聚醯胺(Polyamide)等。本論文中所使用的配向劑是聚醯 亞胺，其結構如圖1-1 所示，因為聚醯亞胺高分子是由雙酸酐單體
(Dianhydride)及雙胺單體(Diamine)聚合而成的一種聚合物，其化學與熱 穩定性佳，所以配向效果最好，已經被廣泛使用。
圖1-1 Polyimide (SE-130B)化學結構式
表面處理在1944 年 Pierre Chatelain 發表利用摩刷方式，使液晶分子朝 某一特定方向排列[4]，到目前為止，仍然是以摩刷配向(Rubbing
Alignment)為主流，而其配向機制有兩種說法，第一種是溝槽配向(Groove Alignment)在 1972 年由 Berreman 所提出[5]，因為摩刷時絨布會在配向膜 表面形成為溝槽結構，棒狀型的液晶分子為了要達到最低的自由能，會順 著溝槽方向去做排列；第二種是高分子長鏈配向(Polymer Chain Alignment) 在1987 年由 Geary 等人提出[6]，因為摩刷過程中，定向摩刷所產生的作 用力會使配向膜表面長鏈分子傾向於摩刷方向排列，為了達到最低的自由
能，液晶分子會順著長鏈分子方向排列。
就目前而言，摩刷配向是最穩定的配向技術，但是還是有潛在的缺點，
例如：摩刷過程中玻璃基板會殘留微碎片與因摩擦產生的靜電，這些缺點 都是會影響液晶顯示器產品的良率，因此發展出「非接觸式」的配向技術 來解決這些潛在的缺點。目前已有很多方法被提出[7]，例如：斜向蒸鍍 (Oblique Evaporation)[8],[9]、微溝槽配向(Microgroove Alignment) [10]-[13]、光配向(Photo Alignment)、離子束配向(Ion Beam Alignment) 及電漿束配向(Plasma Beam Alignment)[14]等。雖然上述的技術發展已有 一段時間，也有了一些成果，但就實際面來看，例如：顯示器品質、良率、
價格及大尺寸的均勻性等，都還未能取代傳統的摩刷技術，仍然有很多發 展的空間。本論文使用的是離子束配向與電漿束配向。
1-3 研究目的及方向
目前的配向技術有很多方法，本實驗室所研究的方向為電漿束配向及 離子束配向。本實驗室擁有一台離子鍍膜機(IB-2，EIKO)，可進行離子束 配向及電漿束配向。在離子束配向的部分，是利用半導體蝕刻的功能，將 產生的離子束對PI 薄膜進行轟擊來配向，藉由改變離子束入射角度、轟 擊時間及離子束的能量，進而達到調變預傾角的效果。而在電漿束配向的 部分，是將產生的電漿束對PI 薄膜進行處理產生配向，藉由改變電漿束 入射角度、轟擊時間及電漿束的能量，進而達到調變預傾角的效果。
預傾角的產生與表面有很大的關係。離子束配向部分，預傾角與表面 上的有機聚合物的主鏈（Main Chains）、側鏈(Side Chains)、長鏈烷基末 端鏈(Long Chain Alkly End Chains)[15]及表面的粗糙度[16]有著一定的關 係；電漿束配向部分，預傾角與表面上沉積的氧化鐵粗糙度及顆粒大小有
著密切的關係，而PI 的貢獻隨著時間變長越來越小[17]。
本論文則是以離子束配向與電漿束配向的方式進行，首先在玻璃基板 表面塗佈配向膜(Nissan SE-130B)，並固定電漿束與離子束的入射角度 60°，進而改變處理時間及能量來進行討論，期許因為兩種不同配向方式 可以調變預傾角，並且對樣品進行表面分析，例如：原子力顯微鏡
(AFM)、掃描式電子顯微鏡(SEM)、表面能(Surface Energy)分析與化學 分析能譜儀(ESCA)，來探討配向膜 PI 經過離子束與電漿束處理後表面與 液晶分子相互作用的機制，了解造成預傾角改變的原因，達到更好的解析 度。
參考文獻
[1] Friedrich Reinitzer, Monatshefte fur Chemie (Wien) 9, 421-41 (1888) [2] O. Lehmann , Zeitschrift fur Physikalische Chemie 4, 462-72 (1889) [3] Ch. Mauguin, Bull. Soc. Fr. Mineral 34, 71-117 (1911)
[4] P. Chatelain, Bull. Soc. Fr. Min.66, 105-30 (1944) [5] D. W. Berreman, Phys. Rev. Lett. 28, 1683 (1972)
[6] J. M. Geary, J. W. Goodby, A. R. Kmetz, and J. S. Patel, J. Appl. Phys. 62, 4100 (1987) [7] Shoichi Ishihara, IEEE/OSA J. Disp. Tech. 1, 1 (2005)
[8] J. L. Janning, Appl. Phys. Lett. 21, 173 (1972)
[9] T. Uchida, M. Ohgawara, and Y. Shibata, Mol. Cryst. Liq. Cryst. 98,149 (1983) [10] D. C. Flanders, D. C. Shaver and H. I. Smith, Appl. Phys. Lett. 32, 597 (1978) [11] A. Sugimura, N. Yamamoto and T. Kawamura, Jpn. J. Appl. Phys. 20, 1343 (1981) [12] M. Nakamura and M. Ura, J. Appl. Phys. 52, 210 (1981)
[13] Y. F. Lin, M. C. Tsou and R. P. Pan, Chinese J. Phys. 43(6), 1066 (2005)
[14] K. Y. Wu, C. H. Chen, C. M. Yeh, J. Hwang, P. C. Liu, C. Y. Lee, C. W. Chen, H. K.
Wei, C. S. Kou and C. D. Lee, J. Appl. Phys. 98, 083518 (2005) [15] H. Fukuro and S. Kobayashi, Mol. Cryst. Liq. Cryst. 163, 157 (1988)
[16] 王誌佑，經紫外光照射與離子束轟擊配向膜之配向特性及表面分析，交大電物碩 士班論文
[17] 黃孟秋，磁性奈米顆粒及電漿處理之聚醯亞胺薄膜表面之液晶配向及預傾角調變 機制之研究，交大電物碩士班論文