臺灣博碩士論文加值系統

本論文探討不同濃度的高分子濃度組合對於霧狀藍相液晶(BPIII)
的影響。文獻中發現有提到摻入高濃度的高分子可顯著拓寬溫度，故本論文參考文獻的實驗方式，並進行高分子網絡結構與BPIII的溫度範圍及電光特性相關性的討論。經實驗後發現，本論文使用之液晶/高分子混合物並無法有效拓寬藍相液晶的溫寬，卻有使BPIII之溫寬向低溫位移的趨勢；同時，本論文也研究不同高分子濃度組合樣品的高分子網絡及其電光效應。實驗結果呈現所使用的高分子組合濃度對於曝光後的結構有顯著影響。聚合後的高分子網絡可看出BPIII並不具有晶格結構。當添加的高分子組合濃度上升，高分子網絡的形貌會產生些微變化，其高分子網絡的直徑會隨BAD濃度上升而增加。在電光特性的部分，樣品的反應時間並不會因為BAD濃度改變而產生明顯的變化，但外隨著添加的BAD濃度上升，樣品的離子效應也會越趨顯著，使得遲滯現象變得更加明顯。

In this work, I study the effect of the polymer concentration on amorphous blue phase liquid crystal (blue phase III, BPIII). A previous study indicates that BPIII can be extended its temperature ranging effective by adding high concentration of polymer, so I references the experimental method of the reference to discuss the correlation between polymer network structure and temperature range and electro-optical properties of BPIII. In this research, I found out that the sample, liquid crystal/ polymer mixture, can not widen the temperature range of BPIII. But when the concentration of bisphenol A dimethacrylate (BAD) was increased, the BPIII exists in a lower temperature and then closed to room temperature.
According to the research, the concentration of polymer significant affect the structure of polymer network. The polymer network of BPIII implys that the BPIII do not has crystal structure. The morphology of polymer network is different when the concentration was changed. The diameter of polymer network increases with increasing the concentration of BAD. The response time do not be influenced when the concentration of BAD was increased, but the ion effect became obvious.

目錄
致謝 i
摘要 ii
Abstract iii
目錄 iv
圖目錄 vii
表目錄 xi
第一章 緒論 1
1-1 液晶 1
1-2液晶物理特性 2
1-2-1 複折射性(Birefringence, Δn) 2
1-2-2介電異方性(Dielectric anisotropy, Δε) 3
1-2-3 彈性係數(Elastic constants)[1] 4
1-3藍相液晶(Blue Phase) 4
1-4 藍相溫寬的拓寬方法 5
1-4.1摻入感光型高分子單體 6
1-4.2 藍相液晶模板 6
1-4.3 摻入奈米粒子 7
1-4.4 改變液晶分子之形狀[8] 8
1-5藍相液晶之電光特性 9
1-6 研究目的與動機 11
第二章 理論 12
2-1 藍相液晶之結構 12
2-1.1 缺陷理論(Defect Theory) 13
2-1.2 藍道-熱納理論 16
2-1.3 模擬藍相穩定結構 20
2-2 藍相液晶的電光效應 22
2-2.1 電壓對穿透光強度趨勢圖(V-T Curve) 22
2-2.2 操作電壓(Operation Voltage) 23
2-2.3 遲滯效應(Hysteresis Effect)[24] 24
2-2.4 殘餘複折射性(Residual Birefringence)[27] 25
第三章 研究材料及研究手法 27
3-1 液晶樣品配製 27
3-2 高分子聚合藍相液晶樣品製作 28
3-3 高分子聚合藍相液晶之溫寬量測 30
3-4 高分子聚合藍相液晶之電光特性量測 31
3-5 高分子網絡之觀察 33
3-5-1 拍攝高分子網絡之前置作業 33
第四章 實驗結果 35
4-1 高分子組合濃度對BPIII溫寬的影響 35
4-1.1不同曝光條件對BPIII溫寬之影響 35
4-1.2 高分子網絡結構對樣品的影響 38
4-1.3 高濃度高分子組合試作(RM257/BAD or EHA) 40
4-1.4 不同高分子濃度組合(RM257/BAD)對BPIII之影響 41
4-2 不同高分子組合濃度對於高分子網絡之影響 50
4-3 樣品之電光特性 57
4-3.1 高分子組合濃度對遲滯效應之影響 57
4-3.2 不同高分子組合濃度對反應時間的影響 65
第五章 結論 67
參考文敵 69

圖目錄
圖1-1.1 (a)向列型液晶;(b)層列型液晶;(c)膽固醇型液晶。 ………… 2
圖1-2.1 不同介電異方值的液晶於外加電場下的行為示意圖(a)正型液晶；(b)負型液晶。 ……………………………………………………... 3
圖1-2.3 液晶分子的三種彈性形變示意圖:(a)扇張(splay, K11)；(b)扭曲(twist, K22)；(c)彎曲(band, K33)。………………………………………. 4
圖1-3.1 (a)雙螺旋於柱體的結構示意圖；(b)BPI中的單位晶胞個結構；(c)BPII中單位晶胞的結構[3]。…………………………………............ 5
圖1-4.1 (a)BPI晶格結構中的缺陷線；(b)高分子單體沿著缺陷線固化形成的高分子鏈[4]。 …………...……………………………………… 6
圖1-4.2 藍相液晶模板製作步驟示意圖[5]。…...……………………... 7
圖1-4.3 表面改質後的CdSe奈米粒子示意圖，其中OA代表Oleyl Amine，TOP代表Tri-Octyl Phosphine[7]。…………………………. 8
圖1-5-1 藍相液晶於不同外加電壓下的反射光譜[9]。………………. 10
圖2-1.1(a)BPI與BPII的晶格堆疊示意圖；(b)BPI與BPII的晶格缺陷線分布示意圖。BPI為體心立方結構，BPII則為簡單立方結構。…. 13
圖2-1.2 摻入體積比例為 之異相材料後，藍相液晶相態之分布圖[19]
…………………………………………………………………………… 19

圖2-1.3 缺陷線結構之模擬示意圖[20]。(a)為波浪形之缺陷結構，(b)為螺旋形結構。…………………………………………………………… 21
圖2-1.4 不同大小的膠體粒子在波浪型與螺旋形缺陷線結構之分布示意圖。……………………………………………………………………. 21
圖2-2.1 藍相液晶在水平電場下電壓對穿透光強度之圖。空心圓代表實驗數據，紅色實線代表擬合修正後的克爾效應曲線[21]。…………. 23
圖2-2.2 藍相液晶在連續掃描電壓下所產生的遲滯效應[26] ….…… 25
圖2-2.3 藍相液晶在移除電場後所產生的殘餘複折射性[28] ………. 26
圖3-1.1 RM257的化學分子結構。 ………………………………….. 28
圖3-2.1 IPS液晶盒構造示意圖，其間隙物(Spacer)厚度為7 μm，電極(Electrode)寬度與間距分別為8 μm與12 μm。………………….. 28
圖3-2.2 高分子聚合藍相液晶曝光製程架構圖。…………………….. 30
圖3-3.1 高分子聚合藍相液晶溫寬量測示意圖。…………………….. 31
圖3-4.1 高分子聚合藍相液晶之電光特性量測實驗架構示意圖。…. 32
圖3-5.1 液晶樣品開盒示意圖。………………………………………. 33
圖3-5.2 拍攝高分子網絡結構的前置作業流程圖。……………….… 34
圖4-1.1 M13/NYCL (23 wt%)/RM257 (6 wt%)樣品曝光前之影像。. 36
圖4-1.2 經4.61mW/〖cm〗^2 光強度曝光3hr後之影像。……………… 37

圖4-1.3 (a)(b)(c)分別為MRE01、MRE02、MRB01樣品無法均勻互溶之影像(d)(e)分別為MRB01、MRB02分別於65 ℃與55 ℃在顯微鏡下之影像。…………………………………………………..…………….. 41
圖4-1.4 樣品M13/NYCL(23wt%)於偏光顯微鏡下分別在50℃~30℃中所拍攝之影像。………………………………………………………. 42
圖4-1.5 (a)樣品中BAD濃度對其BPIII溫寬的關係作圖(b)摻入樣品中之BAD濃度與樣品BPIII存在範圍之關係圖。……………………… 44
圖4-1.6 樣品No. 102於反射光下不同溫度之光譜及影像。……….. 46
圖4-1.7 樣品No. 202於反射光下不同溫度之光譜及影像。……….. 47
圖4-1.8 樣品No. 301於反射光下不同溫度之光譜及影像。……….. 48
圖4-1.9 樣品No. 302於反射光下不同溫度之光譜及影像。……….. 49
圖4-2.1 樣品No.103與樣品No.501之側拍影像 …………………… 53
圖4-2.2 樣品No.402 之側拍SEM影像 ………………………….…. 54
圖4-2.3 於晶格藍相下所拍攝的高分子網絡之SEM影像。……….. 55
圖4-2.4 於BPIII所拍攝之TEM影像，圖中白色細小線條即DTC結構。 …………………………………………………………………..…. 55
圖4-3.1 樣品M13/NYCL (23wt%)/RM257 (10wt%)於40℃時，給予0 V至200 V電壓所量測之光強度變化 ……………………………... 57

圖4-3.2 樣品M13/NYCL (23wt%)/RM257 (10wt%)/BAD(1.01%)於33℃時，給予0 V至200 V電壓所量測之光強度變化 ……………. 58
圖4-3.3 樣品M13/NYCL (23wt%)/RM257 (10wt%)/BAD(2.10%)於37℃時，給予0 V至200 V電壓所量測之光強度變化 …….………. 58
圖4-3.4 樣品M13/NYCL (23wt%)/RM257 (10wt%)/BAD(3.16%)於35℃時，給予0 V至200 V電壓所量測之光強度變化 …………….. 59
圖4-3.5 樣品M13/NYCL (23wt%)/RM257 (10wt%)/BAD(5.83%)於25℃時，給予0 V至200 V電壓所量測之光強度變化 …………….. 59
圖4-3.6 各濃度之樣品於施加200 V時所測得之最大光強度。 .…... 60
圖4-3.7 各濃度之樣品於施加100 V時所測得之最大光強度。 ….… 60
圖4-3.2 各樣品於200 V，1 kHz時光穿透強度對時間的變化 ……... 62
圖4-2.3 各樣品於200 V，100 mHz時光穿透度對時間的變化 …… 63
圖4-3.8 (a) 為施加電壓瞬間時的情況 (b) 為施加電壓一段時間後之情形，因離子累積於電極兩端進而產生一抵銷之電場，故光強會產生衰減的情形。………………………………………………………………. 64




 
表目錄
表4-1.1不同曝光時間對於樣品溫寬之影響[5] ………………....…... 36
表4-1.2 不同曝光強度對於樣品溫寬之影響[5] …………………….. 36
表4-1.3 相同總曝光能量下各樣品M13/NYCL (23wt%)/RM257 (6wt%)曝光後之BPIII溫寬 ………………………………………………….. 37
表4-1.4樣品M13/NYCL (23wt%)/RM257 (6wt%)以曝光參數4.63mW/cm2, 3 hr進行曝光之SEM影像 …………………………… 38
表4-1.5 樣品M13/NYCL (23wt%)/RM257 (6wt%)以曝光參數9.32 mW/cm2, 1.5 hr進行曝光之SEM影像 ……………………………… 39
表4-1.6 不同高濃度之高分子組合樣品 ……………………………... 40
表4-1.7 不同高分子濃度組合樣品BPIII溫寬 ……………………… 43
表4-2.1 各樣品之上蓋於不同倍率下之SEM影像 …………………. 50
表4-2.2 各樣品之下蓋於不同倍率下之SEM影像 …………………. 51
表4-3.1 各樣品之驅動電壓 ……………………………………...…… 61
表4-3.2 不同樣品之上升時間 ………………………………...……… 65
表4-3.3 樣品No.302於不同溫度下之反應時間 ……………………. 65

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