1-1 前言
近年來液晶顯示器(liquid crystal display，LCD)蓬勃發展，已經 漸漸的取代的傳統的陰極射線管(cathode ray tube，CRT)顯示器，成
為市場上的主流。目前TFT-LCD(thin film transistor-base liquid crystal display，薄膜電晶體液晶顯示器)已經廣泛的用在大型電視、桌上型
顯示器、筆記型電腦以及手機上。一般液晶顯示器發展的方向有對 比度(contrast ratio)的改善；可視角(viewing angle)的改良，即廣視角 技術(wide-view technologies)，如 in-plane switching (IPS)1、fringe-field switching (FFS)2,3等等。最後為反應時間的縮短，目前的液晶顯示器 反應時間(Response time)約為毫秒(millisecond)等級，假如反應時間過 大則會產生影像殘留的問題。
高分子安定藍相液晶(polymer-stabilized blue phase liquid
crystal，PSBP-LC)在 2002 年由九州大學的菊池教授提出4，不同於 傳統的藍相(Blue Phase)液晶的極窄溫度範圍(約 1K)，利用高分子聚
合物穩定藍相液晶，使得藍相液晶的範圍大於60K，因此讓藍相液 晶成為了大家注目的焦點。PSBP-LC 的特點為不需要表面配向 (surface alignment)、反應時間為次毫秒(sub-millisecond)等級5、無外
高分子安定藍相液晶雖然有著如此多的優點，不過到目前為止卻 面臨到一個主要的問題：驅動電壓過大。因此如何降低趨動電壓為目 前的主要研究方向6,7。
本論文第一章後半先簡單的介紹 Blue Phase，第二章介紹高分子安 定藍相液晶的製作原理，受外加電場後之克爾效應(Kerr effect)，以及 實驗系統架設及實驗方法。第三章介紹樣品製作方法，以及藍相液晶 及高分子安定藍相液晶之製作結果。第四章為高分子安定藍相液晶之 V-I 曲線圖以及反應時間測量結果。第五章為結論以及未來發展。
1-2 藍相液晶(Blue Phase Liquid Crystal)簡介 1-2-1 何謂藍相
8,9液晶(Liquid Crystal)中的藍相(Blue Phase)存在於自旋螺距(Pitch) 小於 1μm 的膽固醇相(Cholesteric Phase)或手性向列相(Chiral Nematic Phase)與各向同性相(Isotropic Phase)之間，且一般來說藍相液晶具有 以下特性：
1. 溫度範圍較窄(約 1K)。
2. 光學上各向同性(Optical isotropic)。
3. 隨著溫度增加分別具有 BPI(Blue Phase I)、BPII(Blue Phase II)、
BPIII(Blue Phase III)三種相。
4. BPI 為體心立方(Body-center cubic)對稱結構，BPII 為簡單立方 (Simple cubic)對稱結構，BPIII 為各向同性(Isotropic)對稱結構。
5. BPI 及 BPII 之單位晶格約為 200-300nm，並在紫外光及可見光 波段有布拉格繞射。
1-2-2 單螺旋及雙螺旋圓柱(Simple twist & Double twist Cylinder)
前面提到了藍相介於手性向列相及各方同性相之間，接下來介 紹手性向列相的結構。如圖1-2-1，手性向列相之液晶分子呈現單螺 旋結構，這是在自然界中常見的分子排列方式。一般來說具有螺旋 結構的液晶態可能是由手性分子(Chiral molecular)或是在向列型液 晶(圖 1-2-2)中加入手性添加物(Chiral dopant)，使得棒狀的液晶分子 傾向延著單一長軸扭轉排列，而非向列型液晶的平行排列。這種情 形下，由單一長軸所構成的分子扭轉結構稱為單螺旋，棒狀的液晶 分子排列方向與螺旋軸垂直。
當膽固醇液晶之螺距小於 1μm 時，其螺旋特性在非常強的情形 下，液晶分子不只是沿著單一長軸旋轉，而是在兩個垂直方向的軸 都發生旋轉，此時之結構稱為雙螺旋，如圖1-2-3。
完整的雙螺旋結構只在結構的中心及其周圍存在，當分子遠離 中心時雙螺旋的效應會減弱。此結構在空間中能夠穩定存在的區域 即為雙螺旋圓柱(Double Twist Cylinder)，如圖 1-2-4。雙螺旋結構無
法在整個空間中無限延伸，如同前面所提，雙螺旋在遠離中心結構 時效應會減弱，因此雙螺旋圓柱有其邊界存在，分子超過其邊界時 則並非穩定排列。而這種雙螺旋圓柱即為藍相液晶構成的基本要件。
1-2-3 藍相液晶結構
如 1-2-1 小節所提到藍相分為 BPI、BPII、及 BPIII。BPI 及 BPII 的結構如圖1-2-5 所示，BPI 及 BPII 單位晶格的結構分別為體心立方 對稱及簡單立方對稱結構，由雙螺旋圓柱互相推疊而成，在空間中 的缺陷(disclination)是由液晶分子排列不完全而產生。藍相液晶的光 學上各向同性的性質就是因為這種立方對稱的結構在空間中週期性 排列而產生的。