簡易檢索 / 詳目顯示

研究生: 陳奕達
Chen, Yi-Ta
論文名稱: 聚乙烯基咔唑薄膜液晶元件之光電特性之研究
Studies of electro-optical properties of LC devices coated with a poly(N-vinyl carbazole) film
指導教授: 傅永貴
Fuh, Ying-Guey
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 理學院 - 物理學系
Department of Physics
論文出版年: 2015
畢業學年度: 103
語文別: 中文
論文頁數: 86
中文關鍵詞: 液晶智慧窗戶聚乙烯咔唑菲涅耳帶片微布朗運動光導體液晶元件
外文關鍵詞: Smart window, poly(N-vinylcarbazole) (PVK), Fresnel Zone plate, Photoconductivity, LC devices
相關次數: 點閱:93下載:3
分享至:
查詢本校圖書館目錄 查詢臺灣博碩士論文知識加值系統 勘誤回報
  • 本論文主要利用高分子聚乙烯咔唑, (簡稱PVK)薄膜的光導體與配向兩個特性分別製作紫外光驅動的智慧窗戶(實驗一)及菲涅耳帶片兩個液晶元件(實驗二)兩部分。
    實驗一所使用的液晶盒由一片帶有PVK與DMOAP薄膜(垂直配向膜)的玻璃基板與一片DMOAP垂直配向基板組合而成,內部填充高分子混合液晶後,經照紫外光光強度10 mW⁄〖cm〗^2 照射20分鐘後,便形成高分子穩定垂直配向液晶盒。利用PVK膜光導體特性,照射300~400 nm波長之紫外光下可提高其導電度,我們固定外加直流電壓為25 V下,可照射不同強度的紫外光來控制其透光程度,其反應時間: 上升時間(10 % ~ 90%) 及下降時間 (90% ~ 10%) 經測試分別為170 ms及 1.2 s;液晶盒經測試其對比度(Contrast ratio)上可達到 10 以上。最後,我們利用戶外陽光進行驅動,成功製作出自然陽光即可驅動的液晶樣品,由實驗結果可知本液晶樣品極適用於智慧窗戶的應用。
    實驗二所使用的液晶盒由一片帶有已水平配向PVK薄膜及一片帶有已水平配向的PVA薄膜的玻璃基板組合而成,內部灌入液晶製作成90o扭轉相列型液晶盒(90˚ TN-cell)。此PVK薄膜經一段時間的紫外光照射後,PVK分子產生交聯化反應使得側鏈的強度提升,因此PVK分子側鏈受熱而產生的微布朗運動便受到抑制,因此受同樣加熱處理過程下,其液晶配向切換溫度提高,本實驗可在一個液晶盒中同時產生出扭轉相列型與水平的液晶排列。利用菲涅耳形式的光罩並調整紫外光照射時間與加熱的條件,便可製作可電控的菲涅耳帶片。此可電控菲涅耳帶片分別外加頻率為1 KHz,2.6 Vrms和1.8 Vrms交流電壓時,可分別產生聚焦(focusing)和離焦(defocusing)的效果,其聚焦效率分別為 25 % 和 4 %;聚焦及離焦間切換的反應時間分別為54 ms與106 ms。由實驗結果可知本液晶樣品具有製作快速且簡易的特性,在應用上是相當有潛力的光學元件。

    In this study, we demonstrate that the photoconductivity and alignment effects of a poly(N-vinyl carbazole) (PVK) film can be used to fabricate LC devices. In the first part of experiment, we use such a photoconductivity property to fabricate a smart Polymer-Stabilized Liquid Crystal (PSLC) shutter. In the second part, using the alignment property of the PVK film under optically and thermally treatments, we fabricate an electrically controllable Fresnel liquid crystals lens.

    摘要 I Extended Abstract III 致謝 VIII 目錄 IX 表目錄 XIII 圖目錄 XIV 第一章 緒論 1 1.1 前言 1 1.2 動機 1 1.3 論文結構 1 第二章 液晶簡介 3 2.1 何謂液晶? 3 2.2 液晶分類 4 2.2.1 向列型液晶(Nematics) 5 2.2.2 膽固醇液晶(Cholesterics) 7 2.2.3 層列型液晶(Smectics) 9 2.2.4 圓盤狀液晶(Discotic) 9 2.3 高分子液晶(Liquid crystal polymer , LCP) 10 2.4 液晶物理特性 12 2.4.1 液晶的折射率異向性(雙折射性)(Birefringence) 12 2.4.2 溫度對向列型液晶的影響(Temperature effects) 16 2.4.3 連續彈性體理論(The elastic continuum theory)[26] 17 2.4.4 電場對液晶之影響 19 2.4.5 Freedericksz Transition[28] 20 第三章 相關理論 22 3.1 高分子運動[29] 22 3.1.1 高分子熱效應運動 22 3.1.2 高分子膜配向理論 26 3.1.3 光導電性[36] 27 3.2 溝槽理論(Groove Theory) 29 3.3 扭轉向列型液晶(Twisted Nematic Liquid Crystal) 30 3.4 菲涅耳帶片(Fresnel zone plate) 34 3.5 Polymer-Stablized Liquid Crystal (PSLC)工作原理 40 3.5.1 水平配向的PSNLC 41 3.5.2 垂直配向的PSNLC 42 第四章 材料介紹與樣品製作 44 4.1 材料介紹 44 4.1.1 高分子液晶 44 4.1.2 向列型液晶 45 4.1.3 光啟始劑 46 4.1.4 聚乙烯咔唑[poly(N-vinylcarbazole),簡稱PVK)] 47 4.2 樣品製作 49 4.2.1 玻璃清洗 49 4.2.2 玻璃基板表面配向 50 4.2.3 液晶樣品製作 53 第五章 實驗結果與討論 56 5.1 利用PSLC與PVK光導體特性製作智慧窗戶 56 5.1.1 找尋適合PSLC製作參數 56 5.1.2 鍍有PVK薄膜的PSLC液晶盒製作 60 5.1.3 PSLC殘留單體影響及去除方式 61 5.1.4 量測PVK-PSLC智慧窗戶在UV光照射下的光電特性 65 5.2 利用PVK配向特性製作可電控的菲涅耳帶片 71 5.2.1 製作菲涅耳帶片液晶盒製作 71 5.2.2 照射紫外光後之液晶受熱配向之切換情形 73 5.2.3 不同入射偏振下外加電壓與聚焦效率的關係 74 5.2.4 聚焦離焦間切換的反應時間 77 5.2.5 聚焦處聚焦照片 78 第六章 結論與未來展望 81 6.1 結論 81 6.2 未來展望 82 參考文獻 83

    [1] M. Schadt, H. Seiberle, A. Schuster, Nature. 381, 212 (1996).
    [2] Y. Iwamoto, Y. Toko, H. Hiramoto and Y. Iimura. Dig. Tech. Papers SID’00 31, 902 (2000).
    [3] S. Sato, Jpn. J. Appl. Phys. 18, 1679–1684 (1979)
    [4] Y. Huang, S. Zhang, Opt. Lett. 36, 4563–4565 (2011).
    [5] I. Fujieda, Appl. Opt. 40, 6252–6259 (2001).
    [6] L. Kock-Yee, Chem. Rev. 93, 449–486 (1993).
    [7] M. Kaczmarek and A. Dyadyusha, “Structured, photosensitive PVK and PVCN polymer layers for control of liquid crystal alignment”, J. Nonlinear Opt. Phys. Mater. 12, 547–555 (2003).
    [8] B. Bahoadur , “ Liquid Crystals-Applications and Uses ” , World Scientific Press, Singapore (1990).
    [9] P. Yeh and C. Gu, “ Optics of Liquid Crystal Display ” , John Wiley & Sons, New York (1999).
    [10] E. B. Priestley, P. J. Wojtowicz and P. Sheng, “Introduction to Liquid Crystals” , Princeton, New Jersey (1975).
    [11] 松本正一‧角田市良 (劉瑞祥 譯),「液晶之基礎與應用」,國立編譯館出版,中華民國九十二年。
    [12] D. Statman, E. Page, V. Werner and J. C. Lombardi, Phys. Rev. E 75, 021703 (2007).
    [13] C.-R. Lee, T.-S. Mo, K.-T. Cheng, T.-L. Fu and Andy Y.-G. Fuh, Appl. Phys. Lett. 83, 4285 (2003).
    [14] O. Francescangeli, S. Slussarenko and F. Simoni, Phys. Rev. Lett. 82, 1885 (1999).
    [15] F. Reintzer, Monatsh. Chem. 9, 421 (1888).
    [16] Letter from F. Reintzer to O. Lehmann, reported by H. Keller, Mol. Cryst. Liq. Cryst. 21,1 (1973).
    [17] I. C. Khoo, “ Liquid Crystals Physical Properties and Nonlinear Optical Phenomena ” , John Wiley & Sons, New York (1995).
    [18] M. Marinelli and F. Mercuri, Phys. Rev. E 61, 1616 (2000).
    [19] H.-S. Kitzerrow, C. Bahr, “ Chirality in Liquid Crystals ’’, Springer, New York (2001).
    [20] X. J. Wang, Q. F. Zhou. “ Liquid Crystalline Polymers ’’, World Scientific (2004).
    [21] H. Finkelmann, G. Rehage. Adv. Polym. Sci., 60, 99 (1984).
    [22] V. P. Shibaev, N. A. Plate. Adv. Polym. Sci., 60, 173 (1984).
    [23] A. Yariv, “ Optical Electronics in Modern Communications ”, Oxford University Press, New York, (1997) .
    [24] A. Yariv, “ Quantum Electronics ’’, Wiley, New York, (1988).
    [25] 朱自強, 王仕璠, 蘇顯渝 編著, 現代光學教程, 四川大學出版社, 成都, (1990)。
    [26] Peter J. Collings and Michael Hird, “ Introduction to Liquid Crystals Chemistry and Physics ’’, Taylor & Francis Ltd, Hampshire, (1997).
    [27] 黃子強 編著, 液晶顯示原理, 國防工業出版社出版, 北京, (2006)。
    [28] P. G, De. Gennes and J. Prost, “ The Physics of Liquid Crystal ’’, 2nd ed., Oxford University Press, New York (1933).
    [29] 陳園迪,博士論文,「聚乙烯基咔唑薄膜式液晶元件之特性:配向效應、熱反應、相位分離及其新穎應用」,國立成功大學光電科學與工程研究所,(2012)。
    [30] 顧家琳等著, “材料科學與工程概論” 北京清華大學出版社,(2005)。
    [31] K. Nakajima, H. Wakemmoto, S. Sato, F. Yokotani, S. Ishihara and Y. Matsuo, Mol. Cryst. Liq. Cryst. 180, 223 (1990).
    [32] Bittner, Reinhard “ Basic Investigations on PVK-based Photorefractive Polymers Focussing on their Applicability as Mass Data Storage Media ”, PhD thesis, Universität zu Köln (2003).
    [33] 胡赓祥, 蔡珣 編著, 材料科學基礎, 上海交通大學出版社,(2001)。
    [34] G. Giro, P.G. Di Marco, M. Pizzoli, and G. Ceccorulli, Chem. Phys. Lett. 150, 159–164 (1988).
    [35] K. Nakajima, H. Wakemoto, S. Sato, F. Yokotani, S. Ishihara, and Y. Matsuo, “Polystyrene derivative films for liquid crystal alignment,” Mol. Cryst. Liq. Cryst. 180, 223–232 (1990).
    [36] Henk Bolink, “Photorefractive Polymers”, University of Groningen, Netherlands (1997).
    [37] P. D’Angelo, M. Barra, A. Cassinese, M. G. Maglione, P.Vacca, C. Minarini, A. Rubino, Solid-State Electronics. 51, 123-129 (2007).
    [38] Hui Jin, Yan-bing Hou, Xian-guo Meng, Ai-wei Tang and Feng Teng, Chinese Journal of Polymer Science. 26, 249-254 (2008).
    [39] H. Mada and K. Osajima, J. Appl. Phys. 60, 3111-3113 (1986).

    [40] A. Sugimura, N. Matsui, Y. Takahashi, H. Sonomura, H. Naito, and M. Okuda, Phys. Rev. B. 43, 8272-8276 (1990).
    [41] A. Mochizuki, T. Yoshihara, K. Motoyoshi, and S. Kobayashi, J. Jpn. Appl. Phys. 29, 322-325 (1990).
    [42] Berreman D W, Phys. Rev. Lett. 28, 1683 (1972).
    [43] Pochi Yeh et al., 2006, Optical of Liquid Crystal Display, John Wiley & Sons Inc.
    [44] Robert H. Chen, 2011, Liquid Crystal Displays:Fundamental Physics and Technology, John Wiley & Sons Inc.
    [45] 林良真,碩士論文,「使用雙面光配技術製作高效率與偏振無關的染料參雜液晶 Fresnel 光學透鏡」,國立成功大學物理研究所 (2007)。
    [46] 李冠卿 著, “近代光學”, 聯經出版事業公司 (1988)。
    [47] Shin-Tson Wu and Deng-Ke Yang, 2001, Reflective Liquid Crystal Displays, 1st ed., John Wiley & Sons, Inc.
    [48] Pierre-Olivier Bussiere, Agnes Rivaton, Sandrine Therias, and Jean-Luc Gardette, J. Phys. Chem. B, 116, 802-812 (2012).
    [49] Hongwen Ren, Su Xu,and Shin-Tson Wu, Opt. Lett. 38, 3144-3147 (2013).
    [50] J. Qian, C. Xu, S. Qian and W. Peng, Chem. Phys. Lett., 257, 563, (1996).
    [51] Young-Jun Yu et al. J. Appl. Phys. 104, 124505 (2008).
    [52] Vidmantas Gulbinas, Chemical Physics 261, 469-479 (2000).

    下載圖示 校內:2020-08-04公開
    校外:2020-08-04公開
    QR CODE