製作條件對摻雜染料之液晶凝膠電光特性影響

本論文實驗是研究製作條件和材料濃度對摻雜染料之液晶凝膠 電光特性的影響。首先討論光聚合溫度對液晶盒光電特性的影響。將 以灌好的液晶盒放置設定溫度之溫控臺上，用紫外光去聚合1 小時。

製作條件為：ZLI4788:M1:S428=90wt%:5wt%:5wt%，聚合溫度分別 設定為 10 °C、20 °C、30 °C 與 40 °C，紫外光強度為 2.6 mW/cm²，

同時不同偏振態方向的入射光，對於經過摩擦處理過後的液晶凝膠的

Voltage, V_rms

Reflectance

Voltage, V_rms

Reflectance

Voltage, V_rms

Reflectance

100 μm

Curing Temperature, °C

Rmax

Curing Temperature, °C

Threshold voltage, Vrms Vth(P)

Vth(V) VthX)

圖 4-12 (a)光聚合溫度與最大反射率的關係 (b)光聚合溫度與臨界電壓的關係

因為聚合溫度上升導致聚合物網絡變大，因而暗態效果差，對比下

Curing Temperature, °C

Contrast Ratio 率從90%到 10%變化的這段時間是下降時間(falling time)，即施加電 壓；電壓從30 V_rms切換到0 V_rms時，定義為上升時間(rising time)或恢 復時間，即放掉電壓，液晶恢復到原來位置所需的時間。光聚合溫度 對於下降時間的影響不大，下降時間約為 0.2 ms，而上升時間隨著溫 度上升從 7.2ms(10°C)到 19.1ms(40°C)，反應時間遠比一般賓主型液 晶顯示器快約7 倍。且在同一溫度下，平行與非偏振之入射光的反應 時間一致，垂直入射光的反應時間比前 2 者快，反應時間應與偏振態 無關，此可能原因是光強變化太小。聚合物網絡提供液晶回復力，加 速反應時間，聚合物網絡愈小、愈密集，提供較大的回復力，液晶所

受之錨定能較大。下降時間主要由電場大小決定，和電場平方成反

Curing temperature, °C

Rising time, ms

0

Falling time, ms

rising time

falling time R P

Curing temperature, °C

Rising time, ms

0

Falling time, ms

rising time

falling time R P

Curing temperature, °C

Rising time, ms

0

Falling time, ms

rising time

falling time R P

Curing temperature, °C

Rising time, ms

0

Falling time, ms

rising time

falling time R P

Curing temperature, °C

Rising time, ms

0

Falling time, ms

rising time

Curing temperature, °C

Rising time, ms

0

Falling time, ms

rising time

4.2.1 高分子單體(monomer)濃度之效應

本節討論聚合物單體濃度對電光特性的影響。本節討論聚合物單 體濃度對電光特性之影響。液晶盒的製作條件：ZLI4788: M1: S428 = (95-X)wt% : X wt% : 5wt% ( X=0,1,3,5 )，光聚合溫度：20°C，紫外光 強度：2.6 mW/cm²，液晶盒厚度 4 μm。在不同聚合物單體濃度下 (0wt%、3wt%、5wt%、7wt%)，摻雜染料之液晶凝膠的電光特性如圖

0

Voltage, Vrms

Reflectance

Voltage, Vrms

Reflectance

Voltage, V_rms

Reflectance

Voltage, V_rms

Reflectance

Voltage, V_rms

Reflectance

單體濃度的增加變密集，使得光散射更嚴重，光經過多重的散射與吸 收，會使得暗態更暗，對比度也應隨之提高。0% 與 1%的對比度接 近，是因光散射強度接近且為弱散射，濃度從 3%到 5%，對比度下 降，可能是由於聚合物隨著濃度變的更密集且多，因此影響液晶受電 壓倒下的傾角沒有完全躺平，如圖 4-18 所示。由於染料是跟著液晶 分子轉動，當染料的濃度變多，同時增加了黏滯係數，因而需要更大 的驅動電壓。

0% 100 μm

30 V_rms

0% 100 μm 100 μm

30 V_rms

1% 100 μm

30 V_rms

1% 100 μm 100 μm

30 V_rms

3% 100 μm

30 V_rms

3% 100 μm 100 μm

30 V_rms

5% 100 μm

30 V_rms

5% 100 μm 100 μm

30 V_rms

圖4-16 偏光顯微鏡觀察不同聚合物單體濃度之摻雜染料之液晶凝膠

偏光顯微鏡的實驗結果如圖4-16，可以看出增加聚合物單體濃 度，聚合物網絡也隨之變多，暗態也因散射強度變強而變暗。除1%

聚合物網絡較稀疏且大小較小之外，3%與 5%的高分網絡大小非常接 近。同時，染料的濃度也造成顏色的改變，濃度變高，導致顏色變的 深紅。1%與 3%濃度下的液晶凝膠，由於聚合物網絡生成不夠堅固，

0

Concentration of M1, %

Reflectance, max

Concentration of M1, % Threshold voltage, Vrms

Vth(P) Vth(V) Vth(X)

(a) (b)

Concentration of M1, %

Contrast Ratio

CR(P) CR(V) CR(X)

圖4-18 偏光顯微鏡觀察不同光聚合溫度之摻雜染料之液晶凝膠

Concentration of M1, %

rising time

Concentration of M1, %

rising time falling time

(c)

圖 4-19 染料濃度與反應時間的關係

圖4-20(a)為在二相互正交之市售偏光片，轉動一偏光片角度對光 強的變化，其消光比約為 5000:1。圖 4-20(b)為利用摻雜染料液晶凝 膠之偏光片，在聚合溫度為 10°C 下，轉動線性入射光的偏振角度對

angle of polarizer, degree

Intensity, a.u.

angle of polarizer, degree

Intensity, a.u. ^{10V 20V 30V 0V}

(a) (b)

Concentration of M1, %

rising time falling time

10V 20V 30V

Extinction ratio (10 °C)

5:1 14:1 10:1

Extinction ratio (20 °C)

11:1 7:1 6:1

Extinction ratio (30 °C)

11:1 6:1 7:1

Extinction ratio (40 °C)

8:1 7:1 8:1

表4-1 摻雜染料液晶凝膠之電控偏光片其消光比

圖4-21 為二片摻雜染料之液晶凝膠所製的偏光片，轉動一偏光片 角度，固定另外一片偏光片，量測光強的變化，光聚合溫度同20°C。

表4-2 為操作在同一電壓下，此二片偏光片的消光比，若操作在 0V_rms 與30V_rms之間，消光比可調的範圍約為3:1~11:1。

0 1 2 3 4 5 6

0 90 180 270 360

angle of polarizer, degree

Intensity, a.u.

10V 20V

30V 0V

圖4-21 利用二片摻雜染料液晶凝膠之偏光片

10V 20V 30V

Extinction ratio (20 °C) 4.3:1 3.6:1 3.4:1

表4-2 二片摻雜染料液晶凝膠之電控偏光片的消光比

在文檔中 一種利用摻雜染料液晶凝膠之電控偏光片 (頁 40-50)