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博碩士論文 etd-0615113-012556 詳細資訊
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論文名稱
Title
利用藍相液晶模板置換技術改善克爾常數與光電特性之研究
Improvement of Kerr constant of blue phase liquid crystal using templating technique
系所名稱
Department
畢業學年期
Year, semester
語文別
Language
學位類別
Degree
頁數
Number of pages
60
研究生
Author
指導教授
Advisor
召集委員
Convenor
口試委員
Advisory Committee
口試日期
Date of Exam
2013-06-25
繳交日期
Date of Submission
2013-07-16
關鍵字
Keywords
顯示器、液晶、高分子單體、聚合物穩定型藍相液晶、螺旋力、彈性恢復力
liquid crystal, displays, monomer, polymer stabilized blue phase, helical twisting power, elastic restoring force
統計
Statistics
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中文摘要
聚合物穩定型藍相液晶做為顯示器擁有快速反應時間、不需要配向膜、製程簡單等優點,而且它具有光學各向同性,可帶來良好的暗態與視角,也因此讓藍相液晶顯示器有成為下一代顯示器的潛力;然而,高驅動電壓是目前無法廣泛應用的挑戰之一,又許多研究單位發現驅動電壓與反應時間無法兼顧,所以本論文希望能在降低驅動電壓時,仍保有藍相液晶快速反應時間的優勢。
本論文中提出改善聚合物穩定型藍相液晶(PSBP)之驅動電壓的模板技術。首先,將高分子單體摻入藍相液晶並做光聚合反應,形成聚合物穩定型藍相液晶,然後將原來的藍相液晶清洗掉,此時我們擁有可以穩固藍相液晶的多孔型三維立體結構。接著我們再對灌入不同螺旋力的液晶在光電特性上的影響進行了研究。
本論文我們成功地利用12.5 wt%聚合物模板做出不同旋性物質濃度的templated BPs。其中的物理機制是藉由聚合物的錨定力會使液晶形成螺旋排列的結構;若注入的液晶材料的螺旋性螺距(pitch)更短於原始PSBP,則chiral貢獻的螺旋旋轉力會增加,使得整體templated BP 更穩定,所以為了使液晶達到相同於原PSBP引致的雙折射,需要更強的電場克服旋性物質貢獻的螺旋旋轉力,而反應時間幾乎沒有改變;若置換向列型液晶或相反旋性的材料皆會存在彈性恢復力(Elastic Restoring Force),這個彈性恢復力可以幫助電場解開液晶的螺旋結構,因此可以有效地降低驅動電壓達40%,而反應時間從0.522 ms上升至0.707 ms。本論文提出的藍相液晶模板置換技術可以改善藍相液晶的克爾常數且保有快速反應時間的優點,在藍相液晶顯示器的應用上是可以被進一步研究的。
Abstract
Polymer-stabilized blue phase (PSBP) is emerging as a potential candidate for use in next-generation displays because of its ultrafast response, optically isotropic dark state, and ease of fabrication. However, the high driving voltage that originates from the relatively small Kerr constant of the BP material limits its applicability.
This work demonstrated a templating technique for improving the driving voltage of polymer stabilized blue phase (PSBP). First, a monomer-doped blue phase was polymerized and the remaining chiral nematic liquid crystal was removed, creating a porous free-standing cast that retained the 3D structure of the blue phase. The influences of the helical twisting power of the filling mesogen on the electro-optical properties of PSBP were studied.
Templated BPs were made by washing out the nonreactive part of the original PSBP that contained 12.5 wt% polymer and by refilling the template with mesogen that varied in both concentration and handedness of chiral dopant. The driving voltage effectively decline as the chiral dopant proportion of the filling material was reduced. The elastic restoring force helped the electric field to unwind the helical structure, which is supported by the polymer anchoring force, since the mesogen tended to be less twisted intrinsically. Replacing the chiral agent with a reverse-handed one would further reduce the driving voltage by 40 %, while only slightly increasing the response time over that of the original PSBP.
目次 Table of Contents
論文審定書…i
誌謝…iii
摘要…iv
abstract…v
目錄…vi
圖目錄…viii
表目錄…x
研究動機…xi
第一章 液晶簡介…1
1.1 何謂液晶…1
1.2 液晶的發現…1
1.3 液晶的分類…2
1.4 液晶的物理特性…7
1.4.1 液晶連續彈性體理論…7
1.4.2 秩序性參數…8
1.4.3 折射率異向性…8
1.4.4 介電係數異向性…10
1.4.5 黏滯係數異向性…11
1.5 藍相液晶之介紹…13
1.5.1 藍相的排列與結構…13
1.5.2 藍相的光學特性…14
1.5.3 聚合物穩定型藍相液晶之發現…15
1.5.4 聚合物穩定型藍相液晶之優缺點…15
1.5.5 藍相液晶的電場效應與光電曲線圖之原理…17
1.5.6 藍相液晶之不同驅動模式IPS和VFS…18
第二章 實驗材料之介紹…21
2.1 本實驗之向列型液晶…21
2.2 本實驗之旋性物質…21
2.3 本實驗之高分子單體…22
2.4 本實驗之光起始劑…22
2.5 本實驗之材料組成比例…23
第三章 實驗流程…24
3.1 聚合物穩固型藍相液晶(PSBP)的製程…24
3.2 置換之製程…24
3.3 不同條件的模板置換及其形貌圖比較…25
第四章 量測方式與系統架設…28
4.1 光電特性之量測架構…28
4.2 光電曲線的歸一化…29
第五章 實驗結果與討論…30
5.1 原始PSBP和置換原始比例藍相液晶之光電特性比較…30
5.2 不同條件PSBP和置換向列型液晶(achiral)之光電特性比較…32
5.3 不同相分離溫度PSBP且置換向列型液晶之光電特性比較….35
5.4 置換不同旋性物質濃度的液晶之光電特性比較…37
5.5 不同旋性物質濃度置換於聚合物模板之理論模型…40
5.5.1 驅動電壓….40
5.5.2 反應時間 ….41
5.5.3 光電特性總結...42
第六章 總結…44
參考文獻…45
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