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論文名稱 Title |
聚合物混合藍相液晶光柵光電特性之研究 Studies of optoelectronic properties of polymer-dispersed blue-phase liquid-crystal gratings |
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系所名稱 Department |
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畢業學年期 Year, semester |
語文別 Language |
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學位類別 Degree |
頁數 Number of pages |
68 |
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研究生 Author |
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指導教授 Advisor |
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召集委員 Convenor |
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口試委員 Advisory Committee |
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口試日期 Date of Exam |
2013-06-25 |
繳交日期 Date of Submission |
2013-09-05 |
關鍵字 Keywords |
反應時間、繞射效率、光柵、聚合物、藍相液晶 blue phase liquid crystal, response time, diffraction effeciency, gratings, polymer |
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統計 Statistics |
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中文摘要 |
本論文研究了各種條件下曝光而得到的混合聚合物藍相液晶之光柵的光電特性。實驗結果發現濃度在大約60%、光柵週期30μm、曝光功率15mW、曝光時間40分鐘的條件下可得到最佳的效果,包括了繞射效率、反應時間、無偏振依賴性。濃度不同會影響曝光結果,光柵週期太寬則會導致相分離不完全,而曝光時間過短會導致光柵形成的並不完整,以上原因皆會影響所得光柵的繞射效率。而實驗結果也顯示各種條件之下,反應時間其實都可以維持在微秒等級。這份研究可以得到一個製程簡單、低成本且有快速反應的混合聚合物藍相液晶之光柵。 |
Abstract |
In this study, we researched optoelectronic properties of polymer-dispersed blue-phase liquid-crystal(PDBPLC) gratings.The experimental result shows that we could get the best optoelectronic properties with the followed conditions: concentration about 60%,pitch of grating with 30μm,power of UV spot with 15mW and curing for 40 minutes.The optoelectronic properties include diffraction effeciency,response time and polarization independence.Concentration of polymer effect the result of curing.The pitch of grating was too wide to complete the process of phase seperation.The shape of gratings wouldn’t be perfect if the curing time wasn’t long enough.All these reasons effect the diffraction effeciency of gratings.However,we could maintain the response time in sub millisecond with any condition.We actually use a low-costed,simple fabricated way to gain a PDBPLC gratings. |
目次 Table of Contents |
致謝 i 摘要 ii Abstract iii 目錄 iv 圖目錄 vii 表目錄 x 第一章 簡介 1 §1-1 前言 1 §1-2 液晶簡介 1 §1-2.1 何謂液晶 1 §1-2.2 液晶的歷史起源 2 §1-2.3 液晶的分類 2 §1-3 液晶之物理參數 7 §1-3.1 液晶的介電異向性 7 §1-3.2 光學異向性 8 §1-3.3 轉動黏滯係數(Rotation viscosity) 11 §1-3.4 秩序參數(The Order Parameter) 12 第二章 實驗相關理論 13 §2-1 繞射與光柵(Diffraction & Gratings) 13 §2-1.1 何謂繞射 13 §2-1.2 繞射光柵 14 §2-1.3 光柵的分類 14 §2-1.4 繞射效率 15 §2-2 藍相液晶(Blue-phase liquid crystal) 16 §2-2.1 藍相液晶簡介 16 §2-2.2 藍相液晶的雙扭轉柱體結構與晶格缺陷 18 §2-2.3 藍相液晶的光學均向性 20 §2-2.4 藍相液晶的克爾效應 20 §2-2.5 藍相液晶的電致伸縮 21 §2-3 實驗機制 22 第三章 樣品製作、實驗儀器架設與量測 24 §3-1 樣品製作 24 §3-1.1 材料介紹 24 §3-1.3 樣品盒製作 26 §3-2 實驗儀器架設與量測 28 §3-2.1 偏光顯微鏡下溫度變化之觀察 28 §3-2.2 偏光顯微鏡下電壓變化之觀察 29 §3-2.3 繞射效率量測 29 §3-2.4 反應時間量測 30 §3-2.5 偏振依賴性量測 31 第四章 實驗結果與討論 33 §4-1 不同濃度之聚合物混合藍相液晶光柵之比較 33 §4-1.1 不同濃度之PDBPLC光柵之顯微鏡拍攝 33 §4-1.2 不同濃度之PDBPLC光柵之繞射效率 39 §4-1.3 不同濃度之PDBPLC光柵之反應時間 40 §4-2 不同週期之聚合物混合藍相液晶光柵 43 §4-2.1 不同週期之PDBPLC光柵之顯微鏡拍攝 43 §4-2.2 不同週期之PDBPLC光柵之繞射效率 48 §4-2.3 不同週期之PDBPLC光柵之反應時間 50 §4-3 不同曝光時間之聚合物混合藍相液晶光柵 52 §4-4 無偏振依賴性 53 第五章 結論 54 參考文獻 55 圖1- 1各種分子形狀的液晶 3 圖1- 2向列相液晶分子排列 4 圖1- 3膽固醇液晶的分子排列 5 圖1- 4 SmA和SmC和SmC*液晶分子排列 7 圖1- 5液晶分子在電場中所感受到的介電常數 8 圖1- 6液晶分子在電場中的轉動情況 8 圖1- 7單光軸介質的折射率橢圓示意圖 9 圖1- 8正單光軸材料的折射率橢圓球 10 圖1- 9相位差變化示意圖 11 圖1- 10液晶分子長軸方向與導軸方向示意圖 12 圖2- 1繞射示意圖 13 圖2- 2雷射經過光柵後的繞射點 14 圖2- 3相位型光柵示意圖 15 圖2- 4一階繞射效率與Δn 呈貝索函數關係圖 16 圖2- 5偏光顯微鏡下觀察到不同型態的藍相液晶 17 圖2- 6藍相液晶隨溫度升高的相變示意圖 18 圖2- 7 (a)BPI和(b)BPⅡ的晶格結構 18 圖2- 8藍相液晶的雙扭轉柱結構 19 圖2- 9雙扭轉柱體結構的堆疊與缺陷 19 圖2- 10相異的Kerr constant 下PS-BPLCs 的V-T曲線 21 圖2- 11電場作用於特定晶格面及正負介電常數的伸縮示意圖 22 圖2- 12實驗機制剖面示意圖 23 圖3- 1配藥流程圖 25 圖3- 2液晶盒組裝示意圖 27 圖3- 3液晶盒間隙量測示意圖 27 圖3- 4液晶盒材料填充示意圖 28 圖3- 5樣品曝光裝置示意圖 28 圖3- 6偏光顯微鏡量測示意圖 29 圖3- 7量測繞射效率之光路示意圖 30 圖3- 8量測反應時間之光路示意圖 31 圖3- 9量測偏振依賴性之光路示意圖 32 圖4- 1濃度40.18wt%之樣品曝光後的偏光顯微鏡拍攝照片 33 圖4- 2濃度49.91wt%之樣品曝光後的偏光顯微鏡拍攝照片 34 圖4- 3濃度60.02wt%之樣品曝光後的偏光顯微鏡拍攝照片 34 圖4- 4濃度60.02wt%之樣品曝光後各個溫度的偏光顯微鏡拍攝照片 35 圖4- 5濃度60.02wt%之樣品曝光後各個電壓下的偏光顯微鏡拍攝照片 36 圖4- 6濃度69.95wt%之樣品曝光後的偏光顯微鏡拍攝照片 37 圖4- 7濃度69.95wt%之樣品曝光後各個溫度下的偏光顯微鏡拍攝照片 37 圖4- 8濃度69.95wt%之樣品曝光後各個電壓下的偏光顯微鏡拍攝照片 38 圖4- 9濃度79.94wt%之樣品曝光後的偏光顯微鏡拍攝照片 38 圖4- 10濃度60.02wt%的PDBPLC光柵樣品之電壓對繞射效率關係圖 39 圖4- 11濃度69.95wt%的PDBPLC光柵樣品之電壓對繞射效率關係圖 40 圖4- 12濃度60.02wt%的PDBPLC光柵的反應時間 41 圖4- 13濃度69.95wt%樣品的反應時間 42 圖4- 14週期為40μm之樣品曝光後的偏光顯微鏡拍攝照片 43 圖4- 15週期為40μm之樣品曝光後各個溫度下的偏光顯微鏡拍攝照片 44 圖4- 16週期為40μm之樣品曝光後各個電壓下的偏光顯微鏡拍攝照片 44 圖4- 17週期為50μm之樣品曝光後的偏光顯微鏡拍攝照片 45 圖4- 18週期為50μm之樣品曝光後的偏光顯微鏡拍攝照片 45 圖4- 19週期為50μm之樣品曝光後各個電壓下的偏光顯微鏡拍攝照片 46 圖4- 20週期為60μm之樣品曝光後的偏光顯微鏡拍攝照片 46 圖4- 21週期為60μm之樣品曝光後各個溫度下的偏光顯微鏡拍攝照片 47 圖4- 22週期為40μm之樣品曝光後各個電壓下的偏光顯微鏡拍攝照片 47 圖4- 23週期為40μm的PDBPLC光柵樣品之電壓對繞射效率關係圖 48 圖4- 24週期為50μm的PDBPLC光柵樣品之電壓對繞射效率關係圖 49 圖4- 25週期為40μm的PDBPLC光柵的反應時間 50 圖4- 26週期為50μm的PDBPLC光柵的反應時間 51 圖4- 27曝光20分鐘之後的偏光顯微鏡拍攝照片 52 圖4- 28曝光30分鐘之後的偏光顯微鏡拍攝照片 53 圖4- 29效果最佳之光柵樣品的無偏振依賴性 53 表3- 1 ZTO-5024之雙折射率 24 表4- 1不同濃度之PDBPLC光柵繞射效率比較 40 表4- 2不同濃度之PDBPLC光柵反應時間比較 42 表4- 3不同光柵週期的繞射效率比較 50 表4- 4不同光柵週期之反應時間比較 52 |
參考文獻 References |
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