观察在电流体动力效应影响下具有极大液晶颗粒的高分子分散液晶.PDFVIP

觀察在電流體動力效應影響下具有極大液晶顆粒的 高分子分散液晶薄膜的電光特性 計畫主持人 莫定山 崑山科技大學光電工程系 摘要 所謂的高分子分散液晶 (polymer dispersed liquid crystal, PDLC) 薄膜是利用液晶 顆粒分散在固態高分子薄膜中所形成，再利用 外加電場控制液晶顆粒內的液晶分子指 向，而使入射光感受液晶顆粒折射率是否與高 分子薄膜折射率相互匹配，因而產生光 通過或光散射的開關效果，可以應用於訊息顯 示、光資訊儲存及光學通訊等方面。一 般的高分子分散液晶薄膜在未加電壓時是光散射狀態，也就是暗態；而在適當的電壓 開啟時是光通過的狀態，成為亮態；此種外加電壓與亮暗之間的關係稱作正型高分子 分散液晶薄膜，雖然有多方面的用途，但是若能顛倒外加電壓與亮暗之間的關係 ( 此稱 作負型高分子分散液晶薄膜 ) ，應當更能擴展其應用價值。本計劃利用液晶分子與高分 子單體在適當比例下均勻混合後，在極弱的紫外線下產生聚合反應，可以生成尺寸極 大的液晶顆粒，而此大尺寸的液晶顆粒內的液晶分子在外加電壓時會產生電流體動力 效應，因此而有負型高分子分散液晶薄膜的特性。又由於液晶分子產生電流體效應時 會有特殊的流向，因此此薄膜會對斜向入射光 產生偏振分離的效果，因此可以作為電 控的偏振光學元件。本計劃已成功製作出負型高分子分散液晶薄膜，有良好的光電特 性與開關效果，且能有開發成光學元件的潛力。 關鍵詞：高分子分散液晶薄膜，負型，電流體動力效應，偏振光學元件 一、前言 高分子與液晶的混合所形成的薄膜早在 1985 年便開始受到重視與研究，尤其是 所謂的高分子分散液晶 (PDLC - polymer-dispersed liquid crystal) 薄膜的應用更是廣 泛。顧名思義，即薄膜中結合了液晶及高分子 兩種不同的材質，在此薄膜中，液晶以 微米級的顆粒大小，分散在擔任載體的高分子中，並利用電場控制液晶分子排列的方 向，使得薄膜具有光穿透及光散射兩種不同的光學特性。 本計劃討論之主題「高分子分散液晶薄膜」是使用高分子（ polymer ）產生穩定薄 膜，並使液晶分散其間以期達到我們所需的光電特性。元件內的高分子基質（ polymer matrix ），是由許多單體（monomer ）分子相互連接而成的，每一個單體至少須能鍵結 二個以上單體分子才可形成連續的長鏈（chain ），而且不同的單體鍵結而成的高分子 其結構亦不盡相同，當聚合鍵結的分子量不是很大，即聚合不是很完全時，此時高分 子的分子特性介於高分子和單體之間，這種組成一般稱為低聚合物（oligomer ）。高分 子長鏈可由單一種單體或多種單體相 互鍵結而成，前者稱為同元聚合物 （homopolymer ）、後者稱為共聚合物（copolymer ）。 所謂高分子分散液晶薄膜，是將液晶和尚 未聚合的高分子單體以適當的比例混合 而成，再經由外界的觸發〔光或熱〕，使得單體進行聚合反應（polymerization ）形成 聚合物。然而，液晶分子的溶解度隨著聚合程度增加而減少，當溶解度小於某一臨界 值時，會產生相分離（ phase separation ），將液晶分子析出，最後液晶分子散佈在聚合 物之間。這種相分離方法，稱為聚合導致相分離（PIPS - polymerization-induced phase separation ）法。 一般最常見聚合物分散液晶薄膜的應用是將它用在顯示器與光調元件方面，此外 還包括高斯光束濾鏡、可調變光柵、儲存式全像底、可開關式窗簾等等。聚合物分散 液晶薄膜製成的顯示器具有光開的性質，是採用光散射的原理，在此我們將利用 圖 （一）圖（二）概述其工作原理： 1.無外加電壓下 聚