第四章 實驗結果與討論
4.1 電壓保持率的量測
早在 1998 年，日本的元件分析技術實驗室（Device Analysis Technology Laboratory）和日本電氣（NEC Corporation），即對於電壓保持率下降的原因，
提出了合理的解釋
23。
當實驗上所使用的液晶材料屬於介電異方性ε 為正（ε‖ > ε⊥）的正型 液晶時，給予液晶盒兩側一個短暫的脈衝訊號，若此脈衝訊號夠大，則此訊 號在液晶盒兩側所造成的電壓差，將會使得液晶分子受到電場的驅動，而旋 轉至幾乎與電場相同方向（此時所量測到的
ε 值最大，為 ε
‖），且液晶盒內 部的正負電荷離子雜質也會隨著電場分別往相反電極的方向移動，最後在 液晶層與配向層的介面處開始堆積形成電雙層（electric double layer）效應，過程的時間若加長，將會產生強大的反向內電場。
當移除脈衝訊號後，液晶分子失去外加電場的作用，開始旋轉回初始未 加電壓時的平衡狀態（此時所量測到的
ε 值會減小），又因為可將液晶盒視
為一平行板電容器，得知電容將會跟著減小，電阻與電容的乘積（RC）也 隨之降低。且當液晶盒內部的正負離子雜質越多時，由於離子帶有電荷具有29
導電性，因此也會讓液晶盒整體的電阻值降低，造成液晶元件所能保持住電 壓的能力下降。
由此可知，其主要造成電壓保持率下降的原因有兩大因素：
液晶盒在自然放電時，液晶分子鬆弛的轉動過程會使介電常數 ε 變小，
進而讓 RC 時間常數乘積變小使得電壓保持率降低。
液晶元件內所含的離子雜質數量，將會大大的影響其電壓保持率，當內 部的離子數目越多時，液晶元件整體的電阻值將會越小，且因離子數目 越多，所形成之電雙層造成的內電場也會相對變大，進而使電壓保持率
下降
36。
4.1.1 儀器穩定度
首先，在量測電壓保持率之前，吾人好奇液晶盒是否在剛開始供給電壓 時，會因為內部的液晶分子以及離子雜質排列不均勻，以至於在前幾個脈衝 週期有不相同的電壓保持率，且吾人也好奇自製的儀器是否在平均多個週 期的電壓保持率時，會有顯示出不同的電壓保持率值。
因此如圖 4.1，吾人先分別量測前 1、5、10、15、20、25 和 30 秒的平 均電壓保持率，其中，由於程式上設定掃描線（scan line）頻率為 60 Hz，
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故每一秒內等於平均了(160)/2 個資料線（data line）週期，以此類推，可 以看到不管儀器量測的時間長短，亦或是不同配向，其誤差都能在 3%以內，
也同時確保了儀器量測準確度有一定的穩定度。
在確定了儀器的穩定度後，接著研究液晶盒在給予電壓後的前四個週 期，是否會因為剛施加電壓而造成電壓保持率的變化，如圖 4.2 所示，前四 個週期的電壓保持率的值，近乎是一條水平線，因此可以斷定液晶盒在剛感 受到電壓時，即可以有如預期的分子轉動且內部的離子電荷也會均勻地分 佈在液晶盒中。
4.1.2 液晶盒長時間放置影響
當購買來之液晶材料開封後，常會有外在的雜質進入到液晶中，像是在 潮濕的環境下外界的水氣，或是每次在灌注液晶材料時，因瓶口呈現打開的 狀態，也會讓空氣中的懸浮微粒進入到液晶材料中，故吾人試圖觀察在一長 時間下，外在的水氣及懸浮微粒是否會因此影響其電壓保持率。實驗上，不 僅僅量測電壓保持率的變化，也做了介電頻譜上的量測，如圖 4.3，經過五 天的觀察，可以看到 TN 以及反平行配向的液晶盒，其電壓保持率幾乎維持 著相同的數值，由於此實驗結果與先前讀過之文獻略有出入（放置時間越長，
電壓保持率越低），因此也同時使用介電頻譜術來驗證，由圖 4.4–4.7 可以
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4.1.4 變電壓之電壓保持率
在實驗中，吾人使用了兩種不同配向的美相空液晶盒，分別為 90配向 的 TN 以及 180配向的反平行排列液晶盒，由於兩種液晶盒的厚度（cell gap）
不相同，因此先前的實驗都是在外加相同電場的條件下進行量測，也就是說，
在量測 TN 時，給的數據線（data line）是 4.8 伏特，而在量測反平行排列液 晶盒時則是給予 6.8 伏特的電壓，因此吾人欲了解在不同電壓時的電壓保持 率情形。由圖 4.9(a)，TN 液晶盒大約兩伏特左右時，由於液晶分子開始轉 動，在電壓對穿透度的量測圖中可得知，如圖 10–13，介電常數因此變大，
可以看到電壓保持率有一明顯上升現象產生，而後再繼續加大電壓，雖然依 舊會有一線性上升的趨勢，但是其斜率就沒有液晶分子剛開始轉動時來的 大，而反平行配向的驅動電壓則大約 2–4 伏特之間圖 4.9(b)。
4.1.5 偏壓對電壓保持率的影響
由於吾人觀察到購買自美相公司的空液晶盒，其兩玻璃基板上的電極 圖案並非完全一致，如附錄七（本圖由美相液晶公司提供），實驗上以刻有 文字的玻璃基板為正面。當液晶盒兩端給予一大小不同之偏壓後，其電壓保 持率如圖 4.14，可以看到施加正或負直流偏壓於液晶盒中，其 VHR 值皆隨 著偏壓上升而下降且趨勢不隨外加直流電場極性而變，呈現對稱的狀態。
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4.1.6 溫度對電壓保持率的影響
一般在量測電壓保持率時，大約是在室溫 25 °C 的環境下，但液晶材料 常需操作在非室溫的環境下，像是液晶顯示器或者是汽車儀表板顯示，其溫 度通常都在 40–60 °C，甚至是更險峻的環境溫度，因此我們勢必需要考慮 在各種溫度下所量測到的電壓保持率。
實驗上，吾人先升溫至各液晶材料的澄清點，再慢慢降回室溫，其中，
每降溫一度會先等待溫度穩定 5 分鐘再做量測，如圖 4.15 所示，可以發現 的是，當中四支液晶，除了 CYLC-01 屬於 TFT 級的液晶材料外 ，另外三 支液晶很明顯的在電壓保持率的量測中，不能有效的克服溫度上的變化，尤 其 E7 與 E44，皆在約 40 °C 時，電壓保持率即降至 0 附近。