本論文利用對稱漸進式光罩搭配光致導電高分子polyvinylcarbazole (PVK)的導電特性，製作導電率呈梯度分佈之電極，且配合液晶特性組成液晶透鏡。外加直流電壓使其液晶層的空間排列為漸進對稱性結構，因此線性偏振光入射樣品時會感受到不同折射率分佈，產生光線會聚現象，並利用外加不同直流電壓情況下，產生不同的焦距，形成變焦透鏡。並討論光罩曝光時間、PVK濃度與液晶層厚度等變因，對液晶透鏡影響為何。

It is difficult to fabricate electrode, which have gradient electric field from edge to center by applying voltage. In this study, a gradient refractive index profile can be easily formed. We change the experimental parameter about exposure time of UV light, concentration of PVK film and the Cell gap to investigate the influence on focal length. As the exposure time increase, the differences in conductivity become large from edge to center, which create better index distribution. For high concentration of PVK films, UV light can not effectively improve the conductivity of transmittance zone, which case the worse index distribution. The increasing of cell gap resulting in poor distribution of the refractive index, which cause larger focal length.

目錄
論文審定書 ii
致謝 iii
摘要 iv
Abstract v

第一章 簡介
§1-1 前言 1
§1-2 液晶簡介 1
§1-2-1 何謂液晶(Liquid Crystal) 2
§1-2-2 液晶的分類 2
§1-3 液晶物理 6
§1-3-1 液晶分子排列的秩序參數 6
§1-3-2 液晶的光學異向性(Optical Anisotropic) 7
§1-3-3 液晶的連續體彈性形變理論 9
§1-3-4 外加場對絕緣向列液晶的影響 10
第二章 基礎理論
§2-1 GRIN lens 導論 13
§2-2 GRIN lens 種類 13
§2-3 GRIN lens 理論推導 15
§2-4 光致導電高分子導電機制 21
§2-5 聚光干涉術conoscopy 22
第三章 樣品製作與儀器架設
§3-1 光罩製作 24
§3-2 樣品製作 24
§3-2-1 材料介紹 24
§3-2-2 樣品製作 26
§3-2-3 樣品檢測 29
§3-3 實驗儀器架設
§3-3-1測量干涉環與其曝光時間的關係 30
§3-3-2測量不同PVK濃度與干涉環的關係 31
§3-3-3測量不同樣品厚度與干涉環的關係 32
§3-3-4 偏光顯微鏡觀察樣品外加直流電壓的光學現象 32
第四章 實驗結果與討論
§4-1 PVK吸收波段 33
§4-2 徑向對稱漸進式光罩 33
§4-3 測量干涉環與其曝光時間的關係 34
§4-4 測量不同PVK濃度與干涉環的關係 37
§4-5 測量不同樣品厚度與干涉環的關係 41
§4-6 透過偏光顯微鏡觀察樣品隨外加直流電壓的現象 44
§4-7 透過梯度透鏡觀察字形變化 45
第五章 總結與未來展望
§5-1 總結 49
§5-2 未來展望 49
參考文獻 50






圖次

圖(1-2.1) 液晶物質之相轉換 2
圖(1-2.2) 液晶之各種分類 2
圖(1-2.3) 向列相(nematics)液晶分子的排列情形 3
圖(1-2.4) 膽固醇相液晶分子排序示意圖 4
圖(1-2.5) Smectics A 液晶分子排列圖示 5
圖(1-2.6) Smectics C 液晶分子排列圖示 5
圖(1-2.7) Smectics C* 液晶分子排列圖示 6
圖(1-3.1)液晶分子整體巨觀方向 與各分子長軸方向 之空間位置 7
圖(1-3.2) 正單光軸晶體的折射率橢圓球 9
圖(1-3.3) nematic 液晶的三種可能形變示意圖 9
圖(1-3.4)外加電場作用下，液晶導軸分佈示意圖 11
圖(1-3.5) 向列相液晶分子排列方式示意圖 12
圖(1-3.6) 扭轉型Normally White / Normally black 12
圖( 2-1.1 )：一般球面玻璃透鏡聚焦示意圖 13
圖( 2-1.2 )：GRIN lens 聚焦示意圖 13
圖( 2-2.1 )：聚焦式徑向透鏡內部折射率分佈示意圖 14
圖( 2-2.2 )：發散式徑向透鏡內部折射率分佈示意圖 14
圖( 2-2.3 )：軸向透鏡內部折射率分佈示意圖 15
圖(2-2.4)：一般球面透鏡之球面像差之問題 15
圖( 2-3.1 )：GRIN lens 折射率分佈示意圖 16
圖( 2-3.2)：GRIN lens 內部折射率疊加情形示意圖 17
圖( 2-3.3 )：光線在 GRIN lens 中傳播示意圖 19
圖( 2-3.4 )物體經 GRIN lens 後成像為直立放大的實像 19
圖( 2-3.5 )物體經 GRIN lens 後成像為直立縮小的實像 19
圖( 2-3.6 )物體經 GRIN lens 後成像為等比例的實像 20
圖(2-4.1) 樣品未導電區與導電區示意圖 22
圖(2-5.1) 光線斜向入射雙折射介質 23
圖(2-5.2)為conoscopy 的架設示意圖 23
圖(3-1.1) 圓形漸進式光罩-凸透鏡型 直徑 1 cm 24
圖(3-1.2) 圓形漸進式光罩-凹透鏡型直徑 1 cm 24
圖(3-2.1) 組成E7 液晶的四種成分之化學結構 25
圖(3-2.2) PVK化學結構式 26
圖(3-2.3) 樣品製作示意圖 28
圖(3-2.4)空盒測量厚度示意圖 29
圖(3-2.5)樣品之conoscope圖 29
圖(3-3.1) ECB型液晶樣品示意圖 30
圖(3-3.2) 量測干涉環實驗的架設圖 31
圖(3-3.3) 量測液晶T-V曲線架設圖 31
圖(3-3.4) 偏光顯微鏡CCD架設圖 32
圖(4-1.1) PVK吸收波段 33
圖(4-2.1a)(4-2.1b) 光罩在偏光顯微鏡下透光圖 33
圖(4-3.1a) 凸透鏡型，空間排列示意圖 34
圖(4-3.1b) 凹透鏡型，空間排列示意圖 34
圖(4-3.2) 不同電壓下，曝光兩小時，光干涉法呈現干涉環數量 34
圖(4-3.3) 不同電壓下，曝光五小時，光干涉法呈現干涉環數量 35
圖(4-3.4) 不同電壓下，曝光七小時，光干涉法呈現干涉環數量 35
圖(4-3.5) 不同電壓下，曝光九小時，光干涉法呈現干涉環數量 36
圖(4-3.6) 不同曝光時間之干涉環圈數與電壓關係圖 37
圖(4-4.1) 不同電壓下，2% PVK，光干涉法呈現干涉環數量 38
圖(4-4.2) 不同電壓下，3%PVK，光干涉法呈現干涉環數量 38
圖(4-4.3) 不同電壓下，5%PVK，光干涉法呈現干涉環數量 39
圖(4-4.4) 不同電壓下，8%PVK，光干涉法呈現干涉環數量 39
圖(4-4.5) 不同PVK濃度之干涉環與電壓關係圖 40
圖(4-4.6) 測量電壓與穿透度實驗裝置 40
圖(4-4.7) 不同PVK濃度之電壓與穿透度關係圖 41
圖(4-5.1) 樣品厚度45μum下，電壓與干涉環之關係。42
圖(4-5.2)樣品厚度60μum下，電壓與干涉環之關係。43
圖(4-5.3)不同厚度下，電壓與干涉環之關係 43
圖(4-6.1) 偏光顯微鏡觀察樣品 45
圖(4-7.1) L字型在凸型樣品的表現圖 48

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