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研究生: 陳偉科
Chen, Wei-Ko
論文名稱: 非共振吸收光聚合之『聚合物-液晶』混合薄膜元件光電特性研究
Electro-optical characteristics of PDLC devices polymerized using off-resonant light
指導教授: 傅永貴
Fuh, Ying-Guey
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 理學院 - 光電科學與工程研究所
Institute of Electro-Optical Science and Engineering
論文出版年: 2010
畢業學年度: 98
語文別: 中文
論文頁數: 95
中文關鍵詞: 聚合物混合液晶薄膜單體光起始劑振幅光柵掃描式電子顯微鏡
外文關鍵詞: PDLC, monomer, photo-initiator, amplitude grating, SEM
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  • 本論文主要探討利用非共振吸收光源聚合單體形成「聚合物-液晶」混合薄膜之光電特性,並研究利用兩道同調雷射光源所形成之干涉場於樣品內製作全像振幅光柵之特性。主要機制為當聚合光照射於樣品材料時,由於染料(光起始劑)對非共振吸收光的吸收率很低,故聚合光源未於入射樣品後即被強烈吸收,而造成嚴重屏蔽效應,因此有充足之聚合光穿透過另一側基板,這樣的特性足以讓聚合反應由照光面持續到另一側,亦即其聚合結構是均勻且完整延伸至另一面基板。

    在光柵的製作中,干涉光強區會造成聚合物濃度較高,以致於會形成PDLC散射態,光弱區為液晶分子的濃度較高,故其為穿透態。實驗結果顯示,利用非共振吸收光源聚合單體形成「聚合物-液晶」光柵,光散射區域(光強區)和光透射區域(光弱區)的分界相當清楚。實驗上所選擇材料之單體濃度亦為相當重要參數,實驗結果發現單體濃度約為19 wt%時可製作出最佳化之全像振幅光柵,其繞射效率可達最高(14.2%),並能穩定最大值(8%)。再將此方法運用在二維全像光柵製作上,同樣可達到與一維全像光柵相同之最佳化結果。另實驗驗證此振幅光柵為一可電控繞射強度光柵,且其繞射效率與偏振無關。除此之外,我們亦利用材料之共振聚合光源製作一維全像振幅光柵,結果與之非共振吸收光及共振吸收光所製作之光柵特性比較,實驗結果顯示利用共振吸收光製成之全像光柵其繞射效率、結構對比度及穩定性皆遠低於由非共振吸收光所製成之全像光柵。

    This thesis studies the electro-optical characteristics of the polymer-dispersed liquid crystals (PDLCs) polymerized using off-resonant light. The materials and technique are then applied to fabricate holographic amplitude gratings (HAG). The key concept is based on the low absorbance of the polymerization light. Restated, the incident polymerization light (off-resonant light) cannot be strongly absorbed by the used photo-initiator dyes near the incident surface. Accordingly, it can penetrate the PDLC sample, and is uniformly absorbed across the cell, and thus, produces uniform PDLC structures.
    Notably, the contrast between the high-intensity scattered regions (scattered regions) and the low-intensity regions (transparent regions) are sharp in the fabricated holographic amplitude gratings. Moreover, the concentration of the monomer (DPPA) is one of the keys to optimize the holographic amplitude gratings. Experimentally, it is found that the optimum concentration of monomer in the sample compound is ~19 wt%. It gives the maximum and final diffraction efficiencies. This approach can be used to fabricate 2-dimension holographic gratings. Experimentally, the fabricated 1-D and 2-D holographic amplitude gratings are electrically switchable and polarization independent. In addition, it is experimentally demonstrated that the diffraction efficiency, the stability and the contrast of the gratings fabricated using off-resonant polymerization process are much better than those produced by resonant light.

    中文摘要 I 英文摘要 III 誌謝 IV 目錄 V 圖目錄 IX 第一章 緒論 1 第二章 液晶簡介 2 2-1 何謂液晶? 2 2-2 液晶的分類 3 2-3 液晶的光學特性 11 2-4 外加電場對相列型液晶的影響 15 2-5 彈性連續體理論(Elastic Continuation Theory) 16 2-6 聚合物混合液晶薄膜(polymer-dispersed liquid crystal, 簡稱PDLC) 17 2-6-1 PDLC製程 17 2-6-2 PDLC的光電特性 19 第三章 相關理論 21 3-1 全像術(Holography)與全像光柵(Holographic Grating) 21 3-1-1 全像術 21 3-1-2 全像術原理 21 3-1-3 雷射誘發光柵(Laser-Induced Gratings) 24 3-2 全像光柵的分類和特性 26 3-2-1 光柵分類 26 3-2-2 光柵的特性 28 3-3 PDLC全像光柵形成之原理 31 第四章 實驗備製 33 4-1 樣品備置 33 4-1-1 材料介紹 33 4-1-2 樣品製作流程 35 4-2 樣品機制介紹 40 4-3 實驗架設 43 4-4 掃描式電子顯微鏡(Scanning Electron Microscope, SEM) 45 第五章 實驗結果與討論 47 5-1 樣品照光前之基本量測 47 5-2 兩道寫入紅光之干涉情形 48 5-3 將樣品拆開並清除液晶及未聚合單體後於偏光顯微鏡下觀察的光柵結構 50 5-4 振福光柵之繞射階數定義 52 5-5 不同單體濃度樣品之繞射效率 53 5-6 不同單體濃度樣品之振幅光柵結構 56 5-7 全像振福光柵之繞射訊號隨光寫入時間之變化 61 5-8 高效率且與偏振無關之純振幅光柵 63 5-9 可電控的一維全像振幅光柵之繞射效率 67 5-10 非共振吸收光製程之PDLC 穿透率-電壓(T-V curve)量測 69 5-11 二維全像振幅光柵製程及繞射之光電特性 70 5-12 非共振吸收光製成PDLC內部之掃描式電子顯微鏡影像圖 78 5-13 以共振吸收光製作PDLC光柵結構及其繞射效率 79 5-14 以非共振吸收光與共振吸收光製成PDLC振幅光柵之比較 84 5-14-1 一階繞射隨效率時間變化之比較 84 5-14-2 振幅光柵之結構比較 85 5-14-3 振幅光柵產生之繞射圖樣比較 85 5-14-4 掃描式電子顯微鏡下樣品橫切面的比較 86 第六章 結論與未來展望 90 6-1 結論 90 6-2 未來展望 91 6-2-1 反射式振幅光柵 (reflection amplitude grating) 91 6-2-2 利用多次曝光製成光子晶體 92 6-2-3 利用有表面配向之基板製作PDLC元件 93 參考文獻 94

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    下載圖示 校內:2013-07-30公開
    校外:2015-07-30公開
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