奈米添加物对液晶预倾角与锚定能的影响.docVIP

PAGE PAGE 2 奈米添加物對液晶預傾角與錨定能的影響 梁昕蕙、陳惠玉、李偉 中原大學物理系 32023桃園縣中壢市中北路200號 Tel: 03-2653259，Fax: 03-2653299，E-mail: wlee@phys.cycu.edu.tw 摘要 本論文主題為研究向列型液晶摻入碳奈米管在預傾角與表面錨定能此兩項物理參數上的影響。首先，利用晶體旋轉法量測技術與理論分析，獲知含微量碳奈米管並不會影響液晶盒之預傾角大小。接著再利用RV量測方法研究錨定能，最後推論含碳奈管的液晶盒擁有較強的錨定能。 關鍵詞：奈米碳管、向列型液晶、預傾角、錨定能。 Abstract We demonstrated the pretilt angle and anchoring energy pf a nematic-liquid-crystal cells doped with carbon nanotubes (CNTs), through the methods of crystal-rotational and retardation-voltage measurements. In comparison with the neat one, we found that the CNTs as a nanodopant does not affect the pretilt angle of the liquid-crystal cells, but can enhance the anchoring energy of the liquid-crystal cells. Keywords: Pretilt angle, Anchoring energy, Nematic liquid crystal, Carbon nanotube. 前言 液晶盒製作過程中所使用的配向劑、液晶材料與配向方法之不同，皆會改變液晶分子與配向劑間的表面錨定能。錨定能的大小可以反應出液晶分子的定向排列程度，甚至影響液晶分子的傾角分布與扭轉排列。另外，對於弱錨定能之液晶盒在外加電壓時，其表面液晶分子較容易被電場所拉動而改變原來的排列方式；而強錨定能則相反。 在研究水平配向向列型液晶盒表面錨定能是否因摻入微量碳奈管而改變之前，本實驗先針對純液晶與液晶摻入碳奈管之液晶盒作比較，研究其預傾角大小，獲得此參數後再加以進行的表面錨定能研究。 實驗 2.1 樣品 本實驗使用反平行配向玻璃空盒，加入厚度為25 ?m的墊片。純液晶樣品使用默克 (Merck) 公司所生產的混合型向列液晶E7 (n?? = 1.7462, n? ? 1.5216 @20?C, 589 nm)；另一樣品使用E7摻入0.05 wt?多壁碳奈管 (SES Research)。 2.2 預傾角量測 預傾角研究是利用傳統的晶體旋轉法[1]，實驗架構乃是以波長635nm的二極體雷射作為入射光源通過置於兩正交偏光板中間的液晶盒，液晶指向與其穿透軸方向各夾?45?。在旋轉液晶盒的同時，記錄下穿透光強對入射角的變化。 2.3 錨定能量測 錨定能研究則使用RV量測方法[2]。以波長633nm的氦氖雷射作為入射光源通過一偏光板，經過液晶盒後，再通過1/4?波板，最後當光通過旋轉的偏光板後，光偵測器會輸出一正弦波。將此正弦波與鎖相放大器的內部參考訊號作比對，讀出兩訊號的相位差(phase)。紀錄液晶層隨著外加電壓而作變化由鎖相放大器讀出的相位差值。 結果與討論 3.1 預頃角量測結果 假設液晶盒內每層液晶分子傾角皆一致，可視其為單軸晶體。那麼，入射光通過水平配向液晶盒後，其光學相位延遲可表示為下式[3]： (1) 其中d為液晶盒的厚度，?為入射光的波長，?為液晶分子的預傾角，?射光之入射角度，f(?, ?)函數表示預傾角與入射角度之關係： (2) 其中a = 1/n??，b = 1/n?，c2 = a2cos2? + b2sin2?。 當光學相位延遲極值時，假設對應的入射角為，則 (3) 因此，利用式(3)找到光學相位延遲極大值所對應的入射角度，即可求出預傾角? （如圖一）[1]。 由圖二可知液晶盒不論是否含碳奈管，其實驗圖形皆是對稱點 ? 6?，將其帶入式(3)求出預傾角為1.83?。因此，藉由圖二獲知摻入碳奈管不會造成預傾角明顯的改變。再配合相關的模擬研究[4]，我們推論對稱中心的凹口趨勢的不同以及峰(谷)值間距的些許變化，主要就是因為每個液晶盒厚度不完全一致所造成。 3.2 錨定能量測結果 圖二 純液晶樣品(E7)與摻入碳奈管之液晶樣品(E7+CNT)之穿透光強對入射角實驗數據圖。圖一 為圖形的對稱點。由上一節的實驗結果分析，我們得知摻入碳奈管不會造成液晶盒預傾角的改變。因此在探討