本研究為製作快速響應之IPS-VA液晶顯示元件，其利用調控高分子濃度與液晶混和，並透過三電極驅動方式使非均勻垂直電場施加於試片上，驅使液晶分子進行排列，借以達成控制預傾角與改善響應時間的效果。根據本實驗結果，使用TA-9164、UCL-002、NOA-65此三種單體所形成的高分子網，可發現使用TA-9164高分子配合適當照光電壓所改善的響應特性效果最佳，原因為TA-9164的高分子網所造成的錨定較UCL-002與NOA-65高，故在高濃度時，所量測到的T-V曲線的最大穿透率電壓不因預傾角的微量增加而降低。因此，在上升時間量測採overdrive驅動，而下降時間量測則依高分子網的垂直錨定能與小預傾角作用，而加快液晶的總響應時間；且高分子單體濃度越高，垂直錨定能越強，響應時間越快。不過，在此方式下，也會犧牲掉許多穿透率。此外，本實驗並透過模擬的方式來觀察強錨定能下的預傾角對最大穿透率電壓與門檻電壓的效應與錨定能大小對液晶盒光電特性之影響，來與實驗結果做一個比較參照。
綜上所論，為了獲得一個最佳化的結果，高分子濃度、照光電壓以及高分子的種類的掌握等，都是相當重要的環節，因此，本論文將以非均勻垂直電場取代摩擦配向，並輔以適當的照光電壓與高分子濃度，製作出具有快速響應與視角對稱的IPS-VA液晶盒，完成優化液晶盒光電特性之目的。

In this thesis, the electro-optical properties of in-plane switching vertically aligned liquid crystal cell with polymer networks are particularly investigated. Monomers, TA-9164, UCL002, and NOA65, are utilized under the irradiation of ultraviolet light to form polymer networks. By means of the vertically non-uniform electric field on the cell, the pretilt angle with respect to the normal direction of the substrate can be tunable, which is not only dependent on the strength of electric field, but also on the monomer type and concentration. The morphology of polymer networks and their creation of the anchoring energy within the cell are also important factors for the monomer selection. The effect of polymer networks can be observed from transmittance-voltage curve and response performance. Among the experimental results, the cell with TA-9164 polymer networks shows the best optical properties and fastest response. However, the higher concentration of the monomer is introduced, the higher threshold voltage and maximum transmittance voltage are appeared because of the polymer networks density effect. Also, compared with the pure cell (E7), the transmittance of the cell with polymer networks is slight reduced due to the light scattering. So, the optimization of the electro-optical properties on the cell is required during the fabrication. In addition, simulations of effects of the pretilt angle and anchoring energy on the cell are simultaneously achieved, consistent with the measurement.

中文摘要 i
英文摘要 ii
誌謝 iii
目錄 iv
表目錄 vii
圖目錄 ix
第一章 緒論 1
1.1前言 1
1.2研究動機 1
1.3論文結構 2
第二章 液態晶體 4
2.1液晶起源 4
2.1.1 何謂液晶 4
2.2液晶的基本構造之分類與液晶分子配向方式 5
2.2.1 以液晶形成方式分類 5
2.2.2 以液晶分子幾何形狀分類 6
2.2.3 液晶分子之排列與配向方式 6
2.3棒狀液晶的物理特性 8
2.3.1 向列相液晶 8
2.3.2 膽固醇相液晶 8
2.3.3 近晶相液晶 11
2.4液晶的鑑定方法 13
2.4.1 偏光顯微鏡 14
2.4.2 微差掃描卡計 14
2.4.3 互溶性測試 15
2.4.4 X-ray繞射儀 15
2.5向列相液晶的應用物性 16
2.5.1 秩序參數 16
2.5.2 雙折射率 17
2.5.3 黏滯係數 19
2.5.4 介電異向性 20
2.5.5 彈性連續理論 21
2.5.6 Freedericksz Transition 22
第三章 液晶盒光電特性之理論探討與IPS顯示特性分析 23
3.1配向膜 23
3.2摩擦配向技術 24
3.3光配向技術 24
3.4臨界電壓 25
3.5對比度 26
3.6溝槽理論 26
3.7預傾角 27
3.8離子效應 27
3.9灰階反轉 28
3.10 IPS相關特性分析與比較 28
3.10.1 廣視角定義 30
3.10.2 廣視角技術分類 30
3.10.3 IPS Mode LCD基礎操作概念 31
3.11響應時間 32
3.11.1 垂直電場驅動液晶盒之響應時間 33
3.11.2 水平電場驅動液晶盒之響應時間 33
3.12牛頓環現象 34
3.13 Vertical Alignment(VA) mode 34
3.14無rubbing IPS-VA mode 35
第四章 高分子穩定技術的文獻回顧 36
4.1文獻探討動機 36
4.2以垂直電場驅動攙雜高分子的垂直配向液晶盒 36
4.3以水平電場驅動攙雜高分子的水平配向液晶盒 37
4.4具有快速響應的液晶顯示模式 38
4.5實驗概念 42
4.6文獻與實驗架構之特性總結 42
第五章 黃光微影製程與IPS液晶盒製程 44
5.1實驗目的 44
5.2實驗材料與樣品結構 44
5.3指狀式電極基板製作流程 45
5.4液晶盒製作流程與步驟 46
5.5高分子濃度調配方式與樣品製作 47
第六章 液晶盒光電特性量測方式 48
6.1實驗量測方法 48
6.2偏光顯微鏡觀測 48
6.3光穿透率量測系統與原理 49
6.4響應時間量測系統與原理 50
6.5場發射掃描式電子顯微鏡 51
第七章 實驗結果與討論 53
7.1無攙雜高分子單體的IPS-VA 53
7.2非均勻垂直電場配向 58
7.3 TA-9164、UCL-002、NOA-65濃度為2wt%, V_uv=2V 62
7.4 TA-9164濃度為0-2wt%, V_uv=2V 69
7.5 TA-9164濃度為1wt%, V_uv=2V, 3V, 6V, 9V 73
7.6 TA-9164濃度為2wt%, V_uv=0V, 2V, 3V, 6V, 9V 87
7.7實驗架構模擬 104
7.7.1 模擬參數與模型 104
7.7.2 預傾角模擬 105
7.7.3 錨定能模擬 105
7.8高分子聚合的表面結構 106
第八章 結論與未來發展 107
8.1結論 107
8.2未來發展 108
參考文獻 109
附錄
A 符號(公式)彙整 112
B 半導體機台 114
C 多靶射頻濺鍍系統 116
D 論文發表-2012中華民國液態晶體研討會 119

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