簡易檢索 / 詳目顯示

研究生: 方日新
Fang, Ri-Xin
論文名稱: 光調變膽固醇液晶光柵之製作及光學性質研究
Fabrications and studies of Photo-Tunable cholesteric gratings
指導教授: 傅永貴
Fuh, Ying-Guey Andy
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: 2009
畢業學年度: 97
語文別: 中文
論文頁數: 101
中文關鍵詞: 膽固醇液晶光引致同素異構化膽固醇光柵
外文關鍵詞: Cholesteric gratings, Cholesteric liquid crystal, Photo-isomerization
相關次數: 點閱:84下載:5
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
  • 本論文主要是利用偶氮苯化合物Azo-C5摻雜於膽固醇液晶中,製作出光調變膽固醇液晶光柵並研究其光學特性。
    實驗前半部探討在不同表面配向層、電壓大小、樣品厚度和膽固醇液晶螺距關係所形成膽固醇液晶之手紋結構特性,選擇適當條件製作膽固醇液晶光柵並討論其光學性質。
    第二部份利用Azo-C5光引致同素異構化反應,摻雜於膽固醇液晶光柵中,使用紫外光照射使光柵週期長度縮小,增加繞射角度,也可照射綠光或增加電壓使光柵週期長度拉長,使得繞射角變小,結合此兩種調控機制,可做連續且大範圍角度的調變。此外並研究照射強紫外光下產生的熱效應對膽固醇光柵影響,熱效應使基板邊界的牽制能力減弱,造成基板附近兩倍週期之Fingerprint轉變為一倍週期Fingerprint之結構。
    本實驗製作的膽固醇液晶光柵可應用於Beam-steering且具有低耗能和可快速切換之特性,同時搭配電場及光控可調變480 nm的螺距長度,相當於第二階繞射光偏移7.36°。

    This thesis studies the optical properties of one-dimensional photo-tunable grating based on cholesteric liquid crystal (CLC) doped with azobenzene derivative, Azo-C5.
    Firstly, the stripe textures of cholesteric fingerprints observed using a polarizing microscope corresponding to the cells with different alignment layers cells, bias voltages, thicknesses to pitch length ratios (d/p) are studied.
    In the second part, we investigate the photo-isomerization effect of the azo dye doped in cholesteric gratings. The pitch length of a CLC grating is decreasing with increasing UV irradiation, and thus the diffraction angles become larger. This effect can be reversed with irradiating the sample with a green light or applying a high electric field. Thus, we can steer a beam continuously with a large range of it’s diffraction angle. Moreover, the thermal effect of a cholesteric grating irradiated using a high power UV light is studied. The results show that the diffraction angle decreases with high-power UV irradiation, and that the pitch length of CLCs near the subsrates changes from 2P to P. This is due to the thermo- induced weakness of the surface anchoring .
    Based on the obtained results, the use of CLC gratings for beam steering with low consumption and fast switching is feasible. Combined the electric and photo-tunable effects, the pitch length can be tuned a length ~ 480 nm, which corresponds to a angle shift of ~7.36°.

    摘要………………………………………………………………Ⅰ Abstract…………………………………………………………Ⅱ 目錄 ……………………………………………………………Ⅳ 圖表索引 ………………………………………………………Ⅸ 第一章 緒論 …………………………………………………1 § 1.1前言 ………………………………………………………………1 § 1.2動機 ………………………………………………………………1 § 1.3論文結構 …………………………………………………………2 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(Nematics)液晶 …………………………………6 2.2.2 膽固醇(Cholesterics)液晶…………………………………7 § 2.3液晶物理特性 ……………………………………………………9 2.3.1液晶的雙折射性 …………………………………………9 2.3.2溫度對相列向液晶的影響………………………………13 2.3.3彈性連續體理論…………………………………………15 2.3.4液晶處於電場中自由能密度……………………………17 2.3.5 Freedericksz Transition…………………………………21 第三章 相關基礎理論…………………………………………22 § 3.1 膽固醇液晶理論 …………………………………………………22 3.1.1 布拉格反射Bragg reflections ……………………………22 3.1.2 影響膽固醇液晶變化的外在因素 ………………………24 § 3.2 膽固醇光柵特性與理論 …………………………………………26 3.2.1 Oily streaks …………………………………………………27 3.2.2電壓驅動方式差異對膽固醇液晶結構之影響 ……………28 3.2.3手紋膽固醇液晶( fingerprint )之結構………………………32 3.2.4膽固醇液晶於垂直邊界中之手紋結構 ……………………35 § 3.3 光引致液晶分子轉向效應…………………………………………36 3.3.1 光致同素異構化反應(Photo-isomerization)……………36 3.3.2光致熱效應(Light-induced thermal effect)………………37 第四章樣品製作與實驗光路 …………………………………39 § 4.1 材料介紹 …………………………………………………………39 4.1.1液晶E7 ………………………………………………………39 4.1.2對掌性分子S811 ……………………………………………40 4.1.3 偶氮染料Azo-C5 …………………………………………41 4.1.4 Polyimide/AL-1426B水平配向膜…………………………43 4.2 樣品製作 ……………………………………………………………45 4.2.1 液晶試劑配製 ………………………………………………45 4.2.2 玻璃基板表面配向 …………………………………………45 4.2.3 空cell製作 …………………………………………………47 4.2.4 填充試劑 ……………………………………………………48 4.3 實驗原理-光調變膽固醇光柵工作理 ………………………………48 4.4 實驗光路架設 …………………………………………………………49 第五章 實驗結果與分析………………………………………51 § 5.1 不同配向層對形成膽固醇光柵之影響 …………………………51 5.1.1觀察在不同配向層中-偏光顯微鏡下形成fingerprint 結構…………………………………………………………51 5.1.2觀察在不同配向層中-膽固醇液晶光柵之繞射點變化 …………………………………………………………………56 5.1.3探討在各個不同配向層中-不同偏振方向入射光對膽固醇 液晶光柵之繞射效率 ………………………………………64 5.1.4探討在各個不同配向層中-膽固醇液晶光柵之各階繞射效 率 ……………………………………………………………71 5.1.5探討在hybrid配向層中形成之膽固醇光柵結構…………73 5.1.6探討在各個不同配向層中-膽固醇液晶光柵之調控 ………………………………………………………………75 § 5.2 光調控之膽固醇光柵光學特性……………………………………77 5.2.1 不同d/p下之fingerprint texture …………………………77 5.2.2探討在不同d/p下之繞射角變化 …………………………79 5.2.3探討在不同UV光強下,熱效應對膽固醇光柵之特性 …………………………………………………………………81 5.2.4膽固醇光柵於照射UV光前後之繞射效率變化. …………87 5.2.5膽固醇液晶光柵的回復時間及綠光切換 ………………90 5.2.6不同偏壓下形成fingerprint光柵之繞射角移動影響 …………………………………………………………………92 第六章 結論與未來展望………………………………………95 § 6.1 結論 ………………………………………………………………95 § 6.2 未來展望 …………………………………………………………98 參考文獻 ………………………………………………………99

    [1] I. C. Khoo, H. Li and Y. Liang, Opt. Lett. 19, 1723(1994)
    [2] I. C. Khoo, Opt. Lett. 20, 2137(1995)
    [3] I. Jánossy and A.D. Lloyd, Mol. Cryst. Liq. Cryst. 203, 74 (1991)
    [4] I. Jánossy, Phys. Rev. E 49, 2957 (1994)
    [5] H. K. Lee, A. Kanazawa, T. Shiono and T. Ikeda, Chem. Mater. 10, 5 (1998)
    [6] S. Kurihara, Y. Hatae, T. Yoshioka, M. Moritsugu, T. Ogata and T. Nonaka, Appl. Phys. Lett. 88, 103121 (2006)
    [7] D. Voloschenkoand O. D. Lavrentovich, J. Appl. Phs. 86,9 (1999)
    [8] Andy Ying-Guey Fuh, Chi-Huang Lin, Ming-Feng Hsieh and Chi-Yen Huang, Jpn. J. Appl. Phys. 40, 1334-1338 (2001)
    [9] Andy Ying-Guey Fuh, Chi-Huang Lin and Chi-Yen Huang, Jpn. J. Appl. Phys. 41, 211-218 (2002)
    [10] P. Yeh and C. Gu, “Optics of Liquid Crystal Display” , John Wiley & Sons, New York (1999).
    [11] E. B. Priestley, P. J. Wojtowicz and P. Sheng, “Introduction to Liquid Crystals” , Princeton, New Jersey (1975).
    [12] 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。
    [13] I. C. Khoo, “Liquid Crystals Physical Properties and Nonlinear Optical Phenomena” ,John Wiley & Sons, New York (1995).

    [14] A. Yariv,“ Optical Electronics in Modern Communications ”, Oxford University Press, New York, (1997) .
    [15] F.Reintzer, Monatsh. Chem. 9 421 (1888).
    [16] Letter from F.Reintzer to O.Lehmann, reported by H. Kelker, Mol. Cryst. Liq. Cryst. 21, 1 (1973)
    [17] H.-S. Kitzerrow, C. Bahr, “ Chirality in Liquid Crystals ’’, Springer, New York (2001).
    [18] B. Bahadur, “ Liquid Crystals : Applications and Uses ’’, 1, World Scientific, Singapore (1990).
    [19] 黃子強編著,液晶顯示原理,國防工業出版社出版,北京,2006。
    [20] P. J. Collings and M. Hird, “Introduction to Liquid Crystals: Chemistry and Physics” , Taylor and Francis, London(1997).
    [21] P. G, De. Gennes and J.Prost, “ The Physics of Liquid Crystal ’’, 2nd ed., Oxford University Press, New York (1993).
    [22] H. Kozawaguchi and M. Wada, Mol. Crys. Liq. Crys. 45, 55 (1978).
    [23] P. G. de Gennes, Sol. State Commum. 6, 163 (1968).
    [24] R. B. Meyer, Appl. Phys. Lett. 12, 281 (1968).
    [25] L. M. Blinov and V. G. Chigrinov, “ Electro-optic Effects in Liquid Crystal Materials ’’, Springer-Verlag, New York (1994).
    [26] Shin-Tson Wu and Deng-Ke Yang, “ Reflective Liquid Crystal Displays ’’, John Wiley & Sons Ltd, England(2001).
    [27] Heinz-Siegfried Kitzerow and Christian Bahr, “Chirality in Liquid Crystals’’, Springer-Verlag, New York(2001).

    [28] B. Senyuk, “Liquid Crystals: a Simple View on a Complex Matter’’, Kent State University web server for the departments and offices sites, the URL for this site is http://dept.kent.edu/spie/liquidcrystals/index.html
    [29] U. A. Hrozhyk, S. V. Serak, N. V. Tabiryan, and T. J. Bunning, OPTICS EXPRESS, 15, 15(2007).
    [30] 林啟煌,『膽固醇手紋結構液晶薄膜及其應用之研究』,國立成功大學研究所博士論文,中華民國九十一年六月。
    [31] W. M. Gibbons, P. J. Shannon, S. T. Sun and B. J. Swetlin, Nature 351, 49 (1991).
    [32] H. K. Lee, A. Kanazawa, T. Shiono and T. Ikeda, Chem. Mater. 10, 5 (1998).
    [33] 陳怡欣,『染料摻雜液晶之雙光效應對像變溫度影響研究及其應用』,國立成功大學研究所碩士論文,中華民國九十六年六月。
    [34] A. G. Chen and D. J. Brady, Opt. Lett. 17, 441 (1992).
    [35] T. V. Gastyan, V. Drnoyan and S.M. Arakelian, Phys. Lett. A, 217, 52 (1996).
    [36] 王珍珍,『混合聚亞醯胺配向膜調控液晶預傾角之研究及應用』,國立成功大學研究所碩士論文,中華民國九十七年六月。
    [37] S. W.Kang. Sprunt and L. C. Chien, Appl. Phys. Lett. 76, 3516 (2000).
    [38] Wen-Chi Hung, Ming-Shan Tsai, I-Min Jiang, Pochi Yeh, and Wood-Hi Cheng, CLEO/QELS, Optical Society of America (OSA), paper JWA88 (2008).

    下載圖示 校內:2011-07-29公開
    校外:2012-07-29公開
    QR CODE