以双层结构之高分子配向层调变液晶分子之预倾角-中山大学-国立中山.docVIP

以雙層結構之高分子配向層調控液晶分子之預傾角 鄭百騰，鄭文軍*，林保全，王君旗，于紹偉 國立中山大學光電所 高雄市鼓山區蓮海路70號 *Tel:+886-07-5252000 ext4445，E-Mail:wjzheng@mail.nsysuedu.tw  摘要 在Polyimide垂直配向膜之上覆蓋一層具水平配向功能的Polyimide膜，藉由改變該水平配向膜之厚度來改變配向膜之表面自由能，由此達成調控液晶分子之預傾角。當調整表面自由能在36 mN/m與28 mN/m之間時，液晶分子的預傾角（θ）可以被控制在0°＜θ＜90°之範圍內變化。 關鍵字：表面自由能，預傾角，Polyimide，液晶配向 Abstract By coating a layer of homogeneous alignment polyimide on top of a homeotropic alignment polyimide layer, the surface free energy of the alignment layer can be easily controlled by adjusting the thickness of the top polyimide layer. When the surface energy is adjusted between 36 mN/m and 28 mN/m, the pretilt angle（θ）can be controlled within the range of 0°＜θ＜90°. 序言 很多種材料都可用於液晶配向，例如：polyimide(PI)、光感聚合物[1]、界面活性劑[2]等等。因為PI具有絕佳的熱穩定性、耐化學性、優異的機械強度、良好的穿透性、以及黏著性強，故最為廣泛使用。PI（homogeneous alignment polyimide，H-PI）一般所能產生得預傾角為0° ~ 10°，而垂直配向PI（vertical alignment polyimide，V-PI）一般能產生得預傾角則為85° ~ 90 ° 。假使有機制能夠使預傾角在0° ~ 90 °範圍內變化，很多科技應用即可因蘊而生。根據香港理工大學之研究，發現可藉由H-PI和V-PI在配向膜中以不同比例的區域性分佈 [1]，或混合不同成份比例H-PI與V-PI的配向膜[2]，皆可調控預傾角在0°~90°的範圍內。本研究則採用不同的結構方式，我們在已固定厚度之V-PI配向膜上再塗佈不同膜厚之H-PI膜以形成雙層結構配向膜，藉由調整膜厚大小，以調控液晶分子的預傾角之角度，並量測不同膜厚的H-PI之表面自由能，進以了解表面自由能對預傾角之影響。 實驗 H - PI 為NISSAN CHEMICAL 的SE – 130，而V- PI 則為NISSAN CHEMICAL 的SE – 4811。第一步驟，先以4000 r. p. m將V-PI旋轉塗佈於ITO基板上，次以100℃預烤10分鐘，再以210℃固烤40分鐘。第二步驟，先以1600 ~ 5000 r. p. m旋轉塗佈H-PI於V-PI上，次以100℃預烤10分鐘，再以210℃固烤40分鐘。實驗中，利用α-step膜厚量測儀分別量測V-PI與H-PI之膜厚。第三步驟，摩擦配向是以入毛深度0.3 mm將樣品摩擦二次。最後將二塊基板之摩擦面用反平行配向彼此相對，以三明治形態疊合在一起。液晶盒的內部則灌注向列型液晶E7（E. Merck）。 使用晶體旋轉法（crystal rotation method）[5,6]測量預傾角。其主要實驗架構於樣品前後兩端放置兩片相互正交之偏光板，並且以波長633 nm之氦氖雷射作為測試光源。首先將液晶盒之配向方向調整到和前後偏光板的光路夾45(後，開始旋轉液晶盒。每旋轉1度，就紀錄下穿透光的強度變化，然後採用數值算法求得預傾角之大小。本實驗藉由表面張力分析儀（KRüSS DSA100）量測基板與二碘甲烷、甘油、乙二醇的接觸角，在以公式()計算其表面自由能[]。 (1)其中θ為接觸角、為液-氣相間表面張力、為固-液相間液體瀰散表面張力、為固-液相間液體極性表面張力、為固-液相間固體瀰散表面張力、為固-液相間固體極性表面張力。 結果與討論 圖1. 轉速與膜厚之關係圖 本研究中，第一層的V-PI之膜厚是固定在800～1000 ?，而第二層的H-PI之膜厚則是藉由旋轉速度加以調控。圖1展示轉速快慢對於H-PI之膜厚大小的影響。 圖2. 雙層結構中H-PI膜厚與預傾角之關係圖 H-PI的厚度小於1500 ?時，液晶分子之預傾角正如預期地僅約1.3°左右。但是隨著H-PI之膜厚增大，液晶分子之預傾角居然會逐漸上