在本論文中討論高分子單體的添加對藍相液晶的電壓響應之影響，在 低濃度的添加中會出現，外電電壓與穿透率關係重複性不高的情況且反應 時間約在900μs左右，而添加高分子單體於7.9%之濃度下，外電電壓與穿透 率關係重複性高，反應時間也到了500μs左右，所以使用於高分子安定藍相 液晶中的高分子添加物濃度比例在7.9%會是比較好的選擇。
另外，本論文也成功的以光學性的方式量測藍相液晶的晶格結構，使 用反射光譜的量測，搭配上科索圖案的觀察與理論上的分析計算，成功的 驗證藍相液晶的晶體結構，且計算出其晶格大小，並使用SEM做直接的觀 察高分子網絡聚合的情況，所觀察到的織狀高分子聚合物其尺度也符合菊 池教授的模型，但是沒有直接觀察到高分子網絡有與藍相液晶一樣的晶格 結構。未來則可以朝這方面繼續研究，朝降低高分子濃度比例與改變照光 時間這兩個方向，找出適合觀察高分子網絡聚合情況的參數，以直接的證 明高分子安定藍相液晶的原理。
59
參考資料
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[10] Kossel/Kikuchi official website：http://www.jcrystal.com/
60
[11] Shin-Ting Lu and Liang-Chy Chien, “Electrically switched color with polymer-stabilized blue phase liquid crystals”, Optics letters, vol.35, No.4, 562~564, 2010
61
(a) (b) 圖 1-2-1(a)單螺旋結構(b)雙螺旋結構。
圖 1-2-2 (a)雙螺旋結構與(b)雙螺旋圓柱，(c)其直徑為 1/4 個螺距，堆疊出 (d)SC 結構或(e)BCC 結構。
62
圖 2-1-1 IPS 樣品空盒下基板示意圖。
圖 2-1-2 (a) IN-ITO (b) IN-G (c) N-ITO (d) FSI 樣品空盒側視圖。
63
圖 2-1-3 自由表面(Free Surface)樣品示意圖。
圖 2-2-1 穿透式偏光顯微鏡示意圖。
64
圖 2-2-2 反射式偏光顯微鏡示意圖。
200 300 400 500 600 700 800
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Transmission (%)
Wavelength (nm)
NCB11
圖 2-2-3 自然光平衡濾片(NCB11)之穿透光譜。
65
200 300 400 500 600 700 800
0
Transmission (%)
Wavelength (nm)
GIF
圖 2-2-4 綠色干涉濾片(GIF)之穿透光譜。
200 300 400 500 600 700 800
0
Transmitance (%)
Wavelength (nm)
Anti-UV polyimide film
圖 2-2-5 Anti-UV polyimide film 之穿透光譜。
66
圖 2-2-6 水循環溫控系統。
300 400 500 600 700 800 900
0 1000 2000 3000 4000
Intensity (a.u.)
Wavelength (nm)
UVA
圖 2-3-1 UVA 燈之光譜。
67
300 400 500 600 700 800 900
0 50 100 150 200 250 300
Intensity (a.u.)
Wavelength (nm)
LED
圖 2-3-2 LED 燈之光譜。
圖 2-3-3 照光系統示意圖，光源分別有 UVA 燈與 LED 燈。
68
圖 2-3-4 感測器 UVX-36 之光譜靈敏度。
圖 2-4-1 反應時間量測架設示意圖。
69
圖 2-4-2 反應時間量測結果示意圖。
圖 2-5-1 加電壓量測穿透率架設示意圖。
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
-100 -50 0 50 100
Applied Voltage(V) 4KHz_100Vrms
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
-1.4 -1.2 -1.0 -0.8
Fall Time
Intensity (a.u.)
Time (ms)
90%
10%
Rise Time
70
圖 2-5-2 使用偏光顯微鏡系統做加電壓量測穿透率架設示意圖。
圖 2-5-3 座標系定義參考圖。
71
圖 2-6-1 反射式光譜儀架設示意圖。
圖 2-6-2 觀察 Kossel diagrams 架設示意圖。
72
300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 0
Tansmission (%)
Wavelength (nm)
Center Wavelength:441.1nm,FWHM:10.1nm Center Wavelength:486.4nm,FWHM:11.4nm Center Wavelength:515.7nm,FWHM:10.0nm Center Wavelength:548.1nm,FWHM:11.5nm
圖 2-6-3 (a)濾波片中心波長 441nm、486nm、515nm 與 548nm。
300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 0
Center Wavelength:427.4nm, FWHM:14nm
Center Wavelength:488.8nm, FWHM:11.7nm
Center Wavelength:510.5nm, FWHM:15nm
Transmission (%)
Wavelength (nm)
圖 2-6-3 (b)濾波片中心波長 427nm、488nm 與 510nm 。
73
圖 2-6-4 布拉格反射參考圖。
圖 2-6-5 科索圓錐的產生參考圖。
圖 2-6-6 SC 結構對不同晶格面所相應之科索圓錐。
(b) (c)
(a)
74
圖 2-6-7 相應 SC 結構的 Kossel cones ，由(a)(1,0,0)系列、(b)(1,1,0)系列與 (c)(1,1,1) 系列組成(d)。
圖 2-6-8 相應 BCC 結構的 Kossel cones ，由(a)(1,1,0)系列、(b)(2,0,0)系列 與(c)(2,1,1) 系列組成(d)。
75
圖 2-6-9 物鏡收光角參考圖。
圖 2-6-10 (a) Kossel cone 所組成的球(b)由[110]方向所看到的側視圖(c) 由 [100]方向所看到的俯視圖及因視野的限制所能看到之範圍。
76
圖 2-6-11 (a)反射物說明參考圖(b) Kossel cone 所組成的球(c)垂直[111]方 向所看到的側視圖(d)由[111]方向所看到的俯視圖。
77
(a)
(b)
圖 2-6-12 (a)為使用 MATLAB 計算之結果(b)為使用 Kossel/Kikuchi 軟體所 得到的結果。
001
78
圖 3-1-1 BPLC-1 在 IPS cell 中相態變化影像(a)降溫過程(b)升溫過程，於顯微鏡影像圖中右上角之秒數為曝光時間，
左下角則為溫度。
79
圖 3-1-2 BPLC-1 在各基板上降溫過程相態變化影像，由上而下使用之基板依序為 (a)IN-ITO (b) No-ITO
80
圖 3-1-2 (c)BPLC-1 在 FSI 基板上降溫過程相態變化影像。
圖 3-1-3 BPLC-1 在自由表面樣品上降溫過程相態變化影像圖。
81
圖 3-1-4 BPLC-2 在(a)穿透式(b)反射式偏光顯微鏡下降溫過程相態變化影像圖。
82
圖 3-1-5 BPLC-1 在穿透式顯微鏡下之加電壓測穿透率關係圖。
30 32 34 36 38 40 42 44 46
300 400 500 600 700 800
Isotropic
Wavelength (nm)
Temperature (oC)
IPS IN-ITO No-ITO FSI
Isotropic N*
BP
(a)
圖 3-1-6 (a)BPLC-1 在各基板中降溫過程反射光譜。
83
300 400 500 600 700 800
0
Cool down rate of IPS40 : 0.109oC/min Wavelength(nm)
Cool down rate of IPS40 :0.109oC/min T(oC)
84
300 400 500 600 700 800
0
Cool down rate of Free-G1 :0.093oC/min
(a)
Wavelength(nm) Reflection(%)
T(oC)
Cool down rate of Free-G1 :0.093oC/min
(b)
圖 3-1-7 (a)BPLC-1 在自由表面樣品中降溫過程反射光譜圖，(b)為對(a)圖反 射峰值波長與反射率對溫度做圖。
85
300 400 500 600 700 800
0
Cool down rate of IPS45 :0.06oC/min
(a)
Cool down rate of IPS45 :0.06oC/min T(oC)
Wavelength (nm)Wavelength (nm) Reflection(%)
0
86
300 400 500 600 700 800
0 33.6334.1 33.43 32.58 31.4931.9 30.91
Cool down rate of Free-GS1: 0.073oC/min
(a)
Cool down rate of Free-GS1: 0.073oC/min T(oC)
Wavelength (nm)Wavelength (nm)
0 5 10 15 20
Reflection(%)Reflection(%)
(b)
圖 3-1-9 (a)BPLC-2 在自由表面樣品中降溫過程反射光譜圖，(b)為對(a)圖反 射峰值波長與反射率對溫度做圖。
87
圖 3-1-10 BPLC-2 在 34℃IPS 樣品中使用 441.1nm、515.7nm 與 548.1nm 波 段之科索圖案。
圖 3-1-11 BPLC-2 在 34.5℃自由表面樣品中使用 441.1nm、486.1nm、
515.7nm 與 548.1nm 波段之科索圖案。
88
圖 3-2-1 BPLC-1+3.05%高分子單體，照光前在 IPS 中相態變化影像(a)降溫過程(b)升溫過程。
89
圖 3-2-2 BPLC-1+3.05%高分子單體，照光後在 IPS 中相態變化影像(a)降溫過程(b)升溫過程。
90
圖 3-2-3 BPLC-1+4.82%高分子單體，照光前在 IPS 中相態變化影像(a)降溫過程(b)升溫過程。
91
圖 3-2-4 BPLC-1+4.82%高分子單體，照光後在 IPS 中相態變化影像(a)降溫過程(b)升溫過程。
92
圖 3-2-5 BPLC-1+7.9%高分子單體，照光前在 IPS 中相態變化影像(a)降溫過程(b)升溫過程。
93
圖 3-2-6 BPLC-1+7.9%高分子單體，照光前在 IPS 中相態變化影像(a)降溫過程(b)升溫過程。
94
BPLC-1 (92.1wt%)+
EHA& RM257& DMPA (7.9wt%)
BPLC-1 (95.18wt%)+
EHA& RM257& DMPA (4.82wt%)
Cool down Heating
Before , After Polymerization
BPLC-1 (96.95wt%)+
EHA& RM257& DMPA (3.05wt%)
圖 3-2-7 照光前與照光後的升溫與降溫藍相溫度範圍變化比較圖。
95
圖 3-2-8 BPLC-1+ EHA& RM257& DMPA (8.2%)高分子單體，照光前在降溫過程中於自由表面上之相態變化影像。
圖 3-2-9 BPLC-1+RM257& DMPA (8.2%)高分子單體，照光前在降溫過程中於自由表面上之相態變化影像。
96
Transmittance (%)
Voltage (Vrms) 1st
2nd 3th 4th
IPS36 After Polymerization Square wave 4KHz
圖 3-2-10 BPLC-1+3.05%高分子單體照光後，加電壓量測穿透率。
Input volt age (V)
4KHz_100Vrms
Rise time :580us Fall time :400us [email protected]
oC
Intensity ( a.u.)
Time (ms)
圖 3-2-11 BPLC-1+3.05%高分子單體照光後，反應時間量測。
97
T rans m itt anc e (%)
Voltage (Vrms)
1st 2nd 3th
IPS37 After Polymerization Square wave 4KHz
圖 3-2-12 BPLC-1+4.82%高分子單體照光後，加電壓量測穿透率。
-100 -50 0 50 100
Input volt age (V)
4KHz_100Vrms
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
-1.4 -1.2 -1.0 -0.8
Rise time :440us Fall time :400us [email protected]oC
Intensity ( a.u.)
Time (ms)
圖 3-2-13 BPLC-1+4.82%高分子單體照光後，反應時間量測。
98
IPS38 After Polymerization Square wave 4KHz
T rans m itt anc e (%)
Voltage (Vrms)
1st
Transmittance (a.u.)
Applied Voltage (V)
3rd
99
-100 -50 0 50 100
Input volt age (V)
4KHz_100Vrms
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
-1.4 -1.2 -1.0 -0.8
Rise time :350us Fall time :150us [email protected]oC
Intensity ( a.u.)
Time (ms)
圖 3-2-15 BPLC-1+7.9%高分子單體照光後，反應時間量測。
100
300 400 500 600 700 800
0 10 20 30
32.54 31.76 30.89 29.130 27.2928.2 Wavelength(nm)
Reflection(%)
T(oC) Cool down rate of Free-G6:0.078oC/min
圖 3-2-16 BPLC-1 (92.1wt%)+ EHA& RM257& DMPA (7.9wt%)，照光前在 降溫過程中於自由表面上之反射光譜。
圖 3-2-17 ITO 玻璃之反射光譜(a) ITO 面朝上(b)玻璃面朝上。
101
300 400 500 600 700 800
0 35.3336.2 34.0434.9
Wavelength(nm)
Reflection(%)
T(oC)
Cool down rate of Free-G10:0.083oC/min
Cool down rate of Free-G10 :0.83oC/min T(oC)
Reflection(%)
0
圖 3-2-18(a) BPLC-1(91.7wt%)+ RM257& DMPA (8.3wt%)，照光前在降溫過 程中於自由表面上之反射光譜圖，(b)為(a)圖反射峰值波長與反射率對溫度 做圖。
102
300 400 500 600 700 800
0 35.0236.4 33.72 33.1133.2 32.31 31.07 29.91 29.37
Cool down rate of Free-GS3: 0.066oC/min Wavelength(nm)
Cool down rate of Free-GS3: 0.066oC/min Wavelength (nm)Wavelength (nm)
28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 390
圖 3-2-19(a) BPLC-2+ RM257& DMPA (8.7wt%)照光前在自由表面中降溫 過程反射光譜圖，(b)為(a)圖反射峰值波長與反射率對溫度做圖。
103
300 400 500 600 700 800
0
35.9236.1 35.46 34.2135 33.46
Cool down rate of Free-GS4:0.069 oC/min Wavelength(nm)
Cool down rate of Free-GS4:0.069 oC/min T (oC)
Wavelength (nm)Wavelength (nm)
0
Reflection(%)Reflection(%) 36.1
104
圖 3-2-21 BPLC-2+ RM257& DMPA (8.7wt%)照光前，在 37℃自由表面樣品 中使用 441.1nm、486.1nm、515.7nm 與 548.1nm 波段之科索圖案。
圖 3-2-22 BPLC-2+ RM257& DMPA (8.7wt%)照光後，在 36℃自由表面樣品 中使用 441.1nm、486.1nm、515.7nm 與 548.1nm 波段之科索圖案。
105
圖 3-2-23 BPLC-2+ RM257& DMPA (8.7wt%)在樣品盒中照光(UVA，<5min) 後上基板，白色框區域中 SEM 圖(a)~(c)為表面圖在不同區的結果，(d) (e) 為截面圖在不同區的結果。
106
圖 3-2-24 BPLC-2+ RM257& DMPA (8.7wt%)在樣品盒中照光(UVA，<5min) 後下基板，黑色框區域中 SEM 圖(a)~(c)為表面圖在不同尺度的結果，(d) (e) 為截面圖在不同區的結果。
107
圖 3-2-25 BPLC-2+ RM257& DMPA (8.7wt%)在樣品盒中照光(UVA，<5min) 後下基板，黑色框區域中 SEM 圖(a) (b)為表面圖在不同尺度的結果，(c)為 截面圖結果。
圖 3-2-26 BPLC-2+ RM257& DMPA (8.7wt%)在樣品盒中照光(UVA，3hr)後 上基板，黑色框區域中 SEM 圖(a)為表面圖的結果，(c) (d)為截面圖結果。
108
圖 3-2-27 BPLC-2+ RM257& DMPA (8.7wt%)在樣品盒中照光(UVA，3hr)後 下基板，黑色框區域中 SEM 圖(a)(b)為表面圖的結果，(c)(d)為截面圖結果。
109
圖 3-2-28 BPLC-2+ RM257& DMPA (8.7wt%)在樣品盒中照光(LED，8min) 後上基板，白色框區域中 SEM 圖(a)~(d)為表面圖在不同尺度下的結果。
110
圖 3-2-29 BPLC-2+ RM257& DMPA (8.7wt%)在樣品盒中照光(LED，8min) 後下基板，白色框區域中 SEM 圖(a)~(d)為表面圖在不同尺度下的結果。
111
圖 3-2-30 BPLC-2+ RM257& DMPA (8.7wt%)在樣品盒中照光(LED，6hr)後 上基板，白色框區域中 SEM 圖(a) (b)為表面圖在不同尺度的結果，(c)~ (e) 為截面圖的結果。
112
圖 3-2-31 BPLC-2+ RM257& DMPA (8.7wt%)在樣品盒中照光(LED，6hr)後 下基板，白色框區域中 SEM 圖(a) (b)為表面圖在不同尺度的結果，(c)~ (e) 為截面圖在不同區的結果。
113
Square wave 4KHz
Vc (Vrms)
Monomer (wt%) After Polymerization
圖 4-1-1 高分子聚合物比例樣品對臨界電壓關係圖 Total time After Polymerization
Time(us)
Monomer (wt%) Square wave 4KHz
圖 4-1-2 高分子聚合物比例樣品對反應時間關係圖
114
Wavelength (nm) Reflection(%)
340 Free Surface BPLC-2(BPI)
IPS BPLC-2(BPII) Free Surface BPLC-2(BPII)
IPS BPLC-1 Free Surface BPLC-1
Wavelength (nm)
~~ Free Surface BPLC-2(BPI)
IPS BPLC-2(BPII) Free Surface BPLC-2(BPII)
IPS BPLC-1 Free Surface BPLC-1
IPS
T(o C)
圖 4-2-2 BPLC-1 與 BPLC-2 於 IPS 樣品盒中與自由表面上反射光譜與溫度 寬度比較圖。
115
圖 4-3-1 BPLC-2 於 IPS 樣品盒中，科索圖案實驗結果與理論計算結果比較圖。
116
圖 4-3-2 BPLC-2 於自由表面上，科索圖案實驗結果與理論計算結果比較圖。
117
圖 4-3-3 BPLC-2+ RM257& DMPA (8.7wt%)照光前於自由表面上，科索圖案實驗結果與理論計算結果比較圖。
118
圖 4-3-4 BPLC-2+ RM257& DMPA (8.7wt%)照光後於自由表面上，科索圖案實驗結果與理論計算結果比較圖。
119
圖 4-4-1 菊池教授所提出的高分子聚合物模型[1]。
圖 4-4-2 藍相液晶 SC 與 BCC 結構，雙螺旋圓柱與向錯線位子參考示意圖。
120
圖 4-4-3 (a)~(d)為簡良吉教授團隊所拍攝的 SEM 圖[11],(1)~(8)為本論文所 拍攝之 SEM 結果。
121
圖 4-4-4 (a)為圖 4-4-3(3)的放大圖，(b)為螺旋狀的高分子聚合物結構，(c) 為高分子聚合物網絡。