崑 山 科 技 大 學

電 子 工 程 系

光電量測系統的自動化與

液晶光電量測的應用

專題學生：林典民、吳玳慶、黃智國

指導老師：莫定山、葛聰智

中華民國九十五年五月

目 錄 目 錄.............................................................................................. Ⅰ 圖表索引.............................................................................................. Ⅲ

第一章 緒論.........................................................................................1

1-1 前言..........................................................................................1

1-2 液晶的介紹..............................................................................1

1-3 液晶的分類..............................................................................2

1-3.1 低分子液晶 ..............................................…........3

1-4 液晶的光電特性...................................................................13

1-5 實驗用液晶介紹...................................................................14

1-5.1 Homogenous介紹..................................................14

1-5.2 TN 和 STN 介紹..................................................15

第二章 實驗方法與過程...................................................................20

2-1 樣品的製備............................................................................20

2-1.1 材料介紹................................................................20

2-1.2 樣品製作過程........................................................21

2-2 量測程式的撰寫...................................................................24

2-3 量測儀器的架設...................................................................40

I

第三章 液晶光電量測結果...............................................................41

3-1 單一波長對於不同厚度的平行配向（Homogeneous）的影

響....................................................................................................41

3-2 不同波長對於單一厚度的平行配向（Homogeneous）的影

響....................................................................................................42

3-3 不同波長對於 TN 型液晶的影響........................................43

3-4 TN 型與平行配向的比較.....................................................44

第四章 結果與討論...........................................................................45

4-1 單一波長對於不同厚度的平行配向（Homogeneous）的改

變............................................................................................45

4-2 不同波長對於單一厚度的平行配向（Homogeneous）的影

響............................................................................................45

4-3 不同波長對於 TN 型液晶的影響........................................46

4-4 TN 型與平行配向的比較.....................................................46

4-5 波方程式的推導...................................................................47

第五章 未來展望...............................................................................49

參考文獻................................................................................................50

II

圖 表 索 引

圖(1-2.1)：液晶性物質的溫度變化所造成之狀態轉變．．．．．1

圖(1-3.1)：向列相液晶分子排列結構示意圖．．．．．．．．．6

圖(1-3.2)：膽固醇相液晶分子排列結構示意圖．．．．．．．．8

圖(1-3.3)：(a) 層列 A (SmA) 相液晶分子排列結構示意圖．．．10 (b) 層列 C (SmC) 相液晶分子排列結構示意圖．．．10

圖(1-3.4)：液晶相變與溫度之間的關係示意圖。Tm為溶解溫度，

TNI (TC)為向列相相變至各方均向的溫度．．．．．11

圖(1-3.5)：圓盤狀液晶之 Columnar 相的分子排列．．．．．．12

圖(1-3.6)：圓盤狀液晶之 Nematic 相的分子排列．．．．．．．12

圖(1-3.7)：板條狀液晶分子．．．．．．．．．．．．．．．．13

圖(1-5.1)：液晶分子排列方式．．．．．．．．．．．．．．．14

圖(1-5.2)：Homogeneous 型的 Liquid Crystal 加電壓與不加電壓的

動作情形．．．．．．．．．．．．．．．．．．．14

圖(1-5.3)：TN-LCD 之橫截面圖與工作原理示意圖．．．．．．17

圖(1-5.4)：Normally Black (e-mode) ．．．．．．．．．．．．17

圖(1-5.5)：TN 型與 STN 型液晶的比較．．．．．．．．．．．18

圖(1-5.6)：TN 型與 STN 型液晶分子的旋光性．．．．．．．．19

圖(2-1.1)：E7 液晶的四種組成成分之分子式．．．．．．．．．21

III

圖(2-1.2) : 空 cell 的製作與材料填充流程圖．．．．．．．．．23

圖(2-2.1): 使用者控制面板．．．．．．．．．．．．．．．．24

圖(2-2.2): 內部程式面板(Block Diagram) ．．．．．．．．．．27

圖(2-2.3): 內部程式_0_未輸入正確數值 ．．．．．．．．．．28

圖(2-2.4): 內部資料清除 ．．．．．．．．．．．．．．．．28

圖(2-2.5): 即時停止控制．．．．．．．．．．．．．．．．．29

圖(2-2.6): 事件對話框控制．．．．．．．．．．．．．．．．29

圖(2-2.7): 測量上升&下降曲線__迴圈次數控制．．．．．．．30

圖(2-2.8): 測量上升&下降曲線__控制程式．．．．．．．．．30

圖(2-2.9): 測量上升曲線__迴圈次數控制．．．．．．．．．．31

圖(2-2.10): 測量上升曲線__控制程式 ．．．．．．．．．．．31

圖(2-2.11): 萬用電表控制程式 ．．．．．．．．．．．．．．32

圖(2-2.12): 加電壓與測量間的時距(S)控制延遲．．．．．．．32

圖(2-2.13): 萬用數位電表(SubVI) ．．．．．．．．．．．．．33

圖(2-2.14): 萬用數位電表(SubVI)__使用者控制面板．．．．．33

圖(2-2.15): 萬用數位電表(SubVI)__內部程式面板．．．．．．34

圖(2-2.16): 清除數值 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．34

圖(2-2.17): 讀取數值控制 ．．．．．．．．．．．．．．．．35

圖(2-2.18): 訊號產生器(SubVI)__可控制輸出開關．．．．．．35

IV

圖(2-2.19): 訊號產生器(SubVI) ．．．．．．．．．．．．．．36

圖(2-2.20): 訊號產生器(SubVI)__使用者控制面板__輸出控制．36

圖(2-2.21): 訊號產生器(SubVI)__使用者控制面板．．．．．．37

圖 (2-2.22): 訊號產生器 (SubVI)__內部程式面板 __輸出控制

__False．．．．．．．．．．．．．．．．．．．37

圖 (2-2.23): 訊號產生器 (SubVI)__內部程式面板 __輸出控制

__True ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．38

圖(2-2.24): 訊號產生器(SubVI)__內部程式面板．．．．．．．38

圖(2-2.25): 波形選擇 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．39

圖(2-2.26): 程式層級(Position in Hierarchy) ．．．．．．．．．39

圖(2-3.1): 量測儀器架構示意圖．．．．．．．．．．．．．．40

圖(3-1.1)：紅光雷射，Homogeneous 型，厚度 4u、8u、15u，解晰

度：0.1V ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．41

圖(3-1.2)：藍光雷射，平行配向，厚度 4u、8u、15u，解晰度：

0.01V．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．41

圖(3-2.1)：紅光及藍光雷射，Homogeneous 型，厚度 4u，解晰度：

0.1V ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．42

圖(3-2.2)：紅光及藍光雷射，Homogeneous 型，厚度 8u，解晰度：

V

0.01V．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．42

圖(3-2.3)：紅光及藍光雷射，Homogeneous 型，厚度 15u，解晰度：

0.01V．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．42

圖(3-3.1)：紅光雷射，TN 型，厚度 4u，解晰度：

0.01V．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．43

圖(3-3.2)：藍光雷射，TN 型，厚度 4u，解晰度：

0.01V．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．43

圖(3-3.3)：紅光及藍光雷射，TN 型，厚度 4u，解晰度：

0.01V．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．43

圖(3-4.1)：紅光雷射，Homogeneous 型及 TN 型，厚度 4u，解晰

度：0.1V ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．44

圖(3-4.2)：藍光雷射，Homogeneous 型及 TN 型，厚度 4u，解晰

度：0.01V．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．44

表(1-3.1)：依照液晶不同分子結構及排列方式的分類．．．．．4

VI

第一章 緒論

1-1 前言

光電量測系統的自動化可以方便控制所需的電壓以及擷取訊

號，使原本需要很長時間的實驗可以縮短，由於系統剛架構完成，

利用已知的 TN 型液晶與 Homogeneous 型液晶來檢測系統是否完

整與正確，並且瞭解到光在液晶中的光學特性。

1-2 液晶的介紹1)

對於一般常見的物質由結晶狀的固體(Crystalline Solid)相變

為各向同性的液體(Isotropic Liquid)，通常是經由單一過程的相

變。但有很多有機物由結晶固體到各向同性液體間卻需要經過多

個步驟的相變。因此必定存在一個或多個介於結晶固體與各向同

性液體間的中間相(Mesophases) ，如圖（1-2.1）所示。由於這些

中間相的分子次序(Molecular Ordering)是介於結晶固體與各向同

性液體間，所以這些相的力學、光學性質和對稱性也介於結晶固

體與液體之間。

加熱

冷卻

加熱

冷卻

固體 液晶 液體

圖(1-2.1)：液晶性物質的溫度變化所造成之狀態轉變 1

1-3 液晶的分類

1888 年奧地利植物學家 Reinitzer 因發現他所合成的安息酸膽

固醇在融解時會出現兩個融化點的異常現象，而發現液晶的存

在。直至目前被合成或發現的液晶種類已達數仟種之多。到目前

為止，已被發現的這些中間相大致可被區分成兩大類別:

(一) Disordered Crystal Mesophases:

一般稱之為〝塑性晶體〞(Plastic Crystals)。由於其分子形狀

常為圓球狀(Globular)，故易形成分子位置有次序性，但方向無次

序性的相。因其分子位置仍保留三維晶格排列，故不具流動性。

(二) Ordered Fluid Mesophases:

通常稱為〝液態晶體〞(Liquid Crystals)簡稱〝液晶〞。由於此

相常由〝長條狀〞(Rod-like)或〝圓盤狀〞(Dise-like)的分子所組成。

故易形成一分子重心位置無次序性，但方向有次序性的相。由於

此相不需受限於晶格要求[位置無序]，故具有一定程度的流動性。

液晶種類眾多，可由其生成方式分為熱致形液晶（thermotropic

liquid crystal）和溶致形液晶（lyotropic liquid crystal）。熱致型液

晶是由溫度的變化而產生相變，形成液晶的中間態；溶致型液晶

則是因為溶於溶劑中濃度的改變而產生相變化。另外有一類芳香

環（amphiphilic）化合物,它既是熱致型液晶，也是溶致型液晶。

一般應用在顯示器方面均屬於熱致形液晶，以下也將更進一步介

2

紹，由於熱致形液晶有較顯著的光電特性，故其基礎研究較令人

觀注，而溶致形液晶則是存在於自然界裡，特別是生物體組織中

含量非常豐富，在生物化學、生物物理、生物電子學工程及人工

生物體組織的合成上佔有重要的地位，在此我們將不加以探討。

此外，有些高分子亦具有液晶相性，此類液晶稱為高分子液晶，

與之相對應的，一般液晶則稱為低分子液晶，以下我們將針對低

分子液晶做詳細的介紹。

1-3.1 低分子液晶 2 , 3 )

液晶相物質，其分子結構具有高度的幾何異向性。如，長條

狀（rod-like），圓盤狀（disk-like）或板條狀(lath-like)的分子。而

不同的分子結構也會使得液晶分子呈現出不同的排列方式。

其中，不同排列方式的相變化可經由溫度或溶劑比例而發

生，前者稱為熱致液晶(Thermotropic mesomorphism)、後者稱為溶

致液晶(Lyotropic mesomorphism)。依分子排列方式不同，我們將

其分類如表(1-3.1)所示。

3

(I) 向列相 (Nematic)

(1)長條狀 (II) 膽固醇相 (Cholesteric)

(III) 近晶相 (Smectic)

(I) 管束相 (Columnar)

熱致液晶 (2)圓盤狀

(II) 向列相 (Nematic)

(3)板條狀（lath-like）分子

一維週期結構

溶致液晶 二維週期結構

三維週期結構

表(1-3.1)：依照液晶不同分子結構及排列方式的分類

由於液晶分子的形狀必須具有高度幾何的異向性 (Highly

Geometrically Anisotropic)，例如長條狀或圓盤狀。而不同的分子

結構也會使得液晶分子呈現不同的排列方式。以下我們將分別對

長條狀分子及圓盤狀分子按其排列方式來對熱致型液晶進行分

類，並說明其特性。

(一) 長條狀(Rod-like)液晶分子:

一般應用的液晶大都是熱致形液晶中呈長條狀的液晶分子。

我們在此就以長條狀分子加以說明。例如：PAA(p-azosyanisole)

是一種可以形成液晶態的典型長條形分子，其結構式如下：

4

N N O CH3OCH3

O

此種分子長約 20 ，寬約 5 ，中間為一對共平面的剛性苯環，

二邊則連接著一對柔性的短鏈。

Ao

Ao

依照 G. Friedel 於 1922 年首次對液晶所作的分類，而將它們

分成三種液晶相，向列相(Nematics)、膽固醇相(Cholesterics)和近

晶相(Smectics)等三相。其性質分別敘述如下:

1. 向列相(nematics 簡稱 N)液晶:

這是現今在商業上應用最廣泛的液晶種類，其排向方式如圖

(1-3.1)所示，Nematic 液晶具有下列之特性：

(a) 分子的重心位置沒有次序性，故其X-ray繞射圖形沒有Bragg

繞射峰。

(b) 單一分子具有永久電偶極(permanent electric dipole)，但電偶

極 “up” 的數量和電偶極 “down” 的數量相等，整體而言是

非鐵電性的(non-ferroelectric)。

(c) 分子長軸有沿著某一方向排列的趨勢，此方向軸用 表示稱

之為導軸(a director or unit vector) ， 這一取向有次序性的現

象會在所有的宏觀性質[各種張量]中表現出來。例如在光學

n̂

5

上 Nematic 液晶是單光軸(Uniaxial)介質，其光軸與導軸 平

行，且具有很明顯地雙折射現象(Birefringence)。n和 的

方向是不可區分的，所以即使液晶分子是極性(polar)分子，

但是整體上是沒有自發極化量 (spontaneous polarization)

的。

$n

ˆ n̂−

θ 液晶分子

n̂

圖(1-3.1)：向列相液晶分子排列結構示意圖

(d) 導軸 的方向在空間中是任意的，只要少許的外力(例如：玻

璃表面的錨定力)就可將導軸固定在特定方向。。

$n

(e) 向列相液晶分子指向的整齊度，可以由指向秩序參數

(orientational order parameter) )(θS 來表示

)1cos3(21)(cos)( 22 −== θθθ PS ，……………………………… (1.1)

上式中， 為對所有分子指向的平均，P2 為二階雷建德多項

式 (the second-order Legendre polynominal)，θ 為各分子長軸與導

6

軸的夾角。在(1.1)式中可以看出：對於晶體， 0=θ ，則 S = 1；對

於各方均向的液體，31cos2 =θ ，則 S = 0。又由於溫度升高會造

成分子的擾動，因而影響分子指向的整齊度，所以指向秩序參數

為溫度的函數，當溫度升高 (降低) 時，S 亦隨之減小 (增大)。在

遠低於向列相 (N) -均向液相 (I) 的相變溫度 (TNI) 時，液晶的 S

值約在 0.6 至 0.8 之間。

2. 膽固醇相 (Cholesterics; Ch 或 N*)液晶:

微觀而言，它是屬於向列相液晶，但它是由光學活性分子

(optically active molecules)所組成。膽固醇相液晶的排列方式如圖

(1-3.2)所示，其導軸在空間中的指向不是恆定的，而是呈螺旋狀週

期排列，所以增加了一個重要的參數 —— 螺旋軸的指向，此螺

旋軸的方向與導軸方向相互垂直。當導軸旋轉 2π 時的螺旋軸長

度，稱作螺距 (pitch) p。又由於 及 n̂ n̂− 是不可分辨的，所以

此螺旋的空間週期長度 L 為螺距長度的一半。

從小局部來看，Cholesterics 相與 Nematics 相非常類似，分子

的重心位置也沒有之次序性。但是分子同樣有一個共同的取向，

即導軸 。但不同的是，Cholesterics 相的 在空間中並不是恆定

的，如圖(1-3.2)所示。

$n $n

7

若定螺旋軸的方向為 z 軸方向，則其導軸向量在直角座標系中的

各個分量為

0)sin()cos(

0

0

=+=+=

z

x

x

nzqnzqn

ϕϕ

，……………………………………………… (1.2)

上式中，ϕ 是螺旋的起始相位為任意值，可看出 Cholesterics

液晶的結構沿 Z 軸方向呈週期性變化，因為 與$n − $n 是不可區分

的，所以其週期 等於半螺距，即 L

0qL π= ，………………………………………………………(1.1.2)

式中 zq ∂∂θ=0 為螺旋結構的扭曲率，θ為導軸 與 X 軸之夾n̂

L

n̂

n̂

n̂

n̂

n̂

n̂

n̂

p = 2L

z

x

y

圖(1-3.2)：膽固醇相液晶分子排列結構示意圖

8

角， 時 ，即此時 Cholesterics 相與 Nematics 相完全

相同。 為正 (負)，代表右旋 (左旋)。

00 =q ∞→L

0q

若要產生膽固醇相液晶，可在向列相液晶中摻混手性媒介物

(chiral agent)，使其產生螺旋畸變，所以膽固醇相有時亦稱作手性

向列相 (chiral nematic; N*)。而所謂的手性媒介物，則是指其不具

有鏡像對稱 (mirror symmetry) 的分子。

3. 層列相 (Smectics; Sm) [或稱近晶相]液晶:

由字面上的意思即可明瞭處於此相的液晶，除了有導軸的指

向之外，尚有層狀(layer) 的排列。由於層列相較向列相更接近晶

體的狀態，所以亦稱作近晶相。而由導軸指向及與層狀間的關係，

層列相可以細分為 SmH、SmK、SmE、SmG、SmJ、SmF、SmB、

SmC 及 SmA 等。但結構上看，所有的 Smeetics 相都具有層狀結

構，層與層之間的距離是一定的，層間距可以用 X-ray 繞射方法來

量測。由此可見 Smectics 的有次序性比 Nematics 高。對於任何俱

備此兩種相的材料而言，其 Smectic 相的溫度範圍總比 Nematic 相

為低。此處僅對層列 A 相 (SmA) 及層列 C 相 (SmC) 加以介紹:

(a) 層列A相 (Smectics A，簡稱SMA)：

如圖(1-3.3) (a)所示，除了具有層狀結構，液晶分子導軸的指

向與層面法線平行，層的間距d與液晶分子長度 l差不多。每一層

9

內，分子的重心位置沒有次序性，每一層都相當於二維液體。在

光學上具單光軸特性，其光軸方向與層平面垂直。

(b) 層列C相 (Smectics C，簡稱SMC)：

每 一 分 子 層 仍 然 是 二 維 液 體 。 但 層 與 層 間 的 距 離

d l= ⋅ cosω，其中 是分子長度，l ω是分子長軸與層面法線的夾

角。在光學上是屬於雙光軸(Optically Biaxial)材料，一光軸平行n方

向，另一光軸平行層面法線，如圖(1-3.3) (b)所示。

ˆ

ω

層面

層面

層面法線

(b) (a)

導軸

圖(1-3.3)： (a) 層列 A (SmA) 相液晶分子排列結構示意圖

(b) 層列 C (SmC) 相液晶分子排列結構示意圖

由上面的描述可知，層列相的次序性較向列相為佳，而在層

列相中，層列 C 相的次序性又較層列 A 相為佳，所以各個相變的

順序與溫度高低間的關係如圖(1-3.4)所示。但是這並不表示，每種

10

液晶都擁有全部的相變化，而是可能只有其中幾個相的存在而已。

固態

晶相

液態

各方均向 AC 層列

(二) 圖盤狀(Disc-like)液晶分子:

圓盤狀液晶分子是繼向列相和近晶相之後，於 1977 年由

Chandrasekhar[18]首先發現，其分子是以苯核為中心的圓盤狀分

子，外部則連接柔軟的物質。依照其排列方式，可分為圓柱相

(columnar)及向列相(nematic)，其特徵如下：

1. 圓柱相(columnar):

其最簡單的形式為每一組成圓盤狀分子堆疊在另一圓盤狀分

子的正上方，但位置是無次序性的。不同的圓柱形間整齊地排列

而構成一個四邊形或六邊形等的二維晶格，如圖(1-3.5)所示。

2. 向列相(nematic):

圖盤的中心軸指向某一共同的方向，但彼此間排列則無規則

相

溫度

層列 相 向列相

TNITm (TC) 圖(1-3.4)：液晶相變與溫度之間的關係示意圖。Tm為溶解溫度，TNI (TC)為向列相相變至各方均向的溫度

11

可循，此相是負光性的(optically negative)，如圖(1-3.6)所示。

圖(1-3.5)：圓盤狀液晶之 Columnar 相的分子排列

圖(1-3.6)：圓盤狀液晶之 Nematic 相的分子排列

(三) 板條狀 (lath-like)液晶分子:

此類液晶分子形狀類似板條，以致於分子本身無法自由的繞

分子長軸轉動，因此這些分子會形成具有雙光軸性質的向列相液

晶，如圖（1-3.7）所示，若於其中添加手性分子，也會形成具有

雙光軸性質的膽固醇相液晶。

12

1-4 液晶的光電特性4)

從電荷分佈而言，由於液晶分子結構的異向性(anisotropy)，

電極化會隨著電場施予晶體的不同方向而異，導致光線在液晶中

行進的速度及其所感受到的折射率與光線之行進方向及偏振

(Polarization)方向有關。所以當光在液晶中行進時，通常可將其分

成兩束偏振方向相互正交之線偏振光，其分別有不同之相速度且

所感受到的折射率也不盡相同。這種現象稱之為雙折射

(Birefringence)。另外，液晶也有介電常數的異向性，使得液晶分

子會隨著外加電場方向極大小的不同而轉向(reorientation)。因此，

這兩種光電特性使得液晶在顯示器上的應用上獲得非常大的成

果。

圖(1-3.7)：板條狀液晶分子

13

1-5 實驗用液晶介紹

1-5.1 Homogenous 介紹

一般而言，液晶分子排列方式粗分為三種，如圖(1-5.1)所示。

第一種為液晶分子長軸平行於配向膜，稱為 Homogeneous

Alignment，第二種為長軸垂直於配向膜上，稱為 Homeotropic 或

Vertical Alignment，但在液晶螢幕之應用上，其液晶分子與配向膜

表面呈某一角度的傾斜(即預傾角，Pretilt Angle)，如此才能達到均

一配向的效果。預傾角是影響 LCD 顯示特性的重要參數，主要取

決於(1)配向膜的物化作用力，如氫鍵(Hydrogen bond)、凡得瓦力

(van der Waals force)及 Dipole-dipole force；(2)機械力效應，即溝

槽(Groove)或配向膜表面型態。

圖(1-5.1)：液晶分子排列方式

圖(1-5.2)： Homogeneous 型的 Liquid Crystal 加電壓與不加電壓的動作情形

14

1-5.2 TN 和 STN 介紹

美國 R.C.A 於 1968 年 5 月 28 日發表以液晶為材料的新型錶

裝置，不僅開啟液晶在商業實用上的先例，當時其發表聲明更震

驚社會；「這完全是革命性的產物，固然可用作電子錶、汽車儀表

板顯示幕，不久也可製造袖珍型電視機，將使電子產業變成全新

的型態。」事實上，由於液晶具有誘電與光學的異方性，同時具

備良好的分子配向與流動特性，當受到光、熱、電場、磁場等外

界刺激時，分子的配列容易發生變化，造成液晶材料明暗對比的

改變或顯現出其它特殊的電氣光學效果，若作成顯示器，將擁有

質量輕容易攜帶、體積小不佔空間等優勢，而且消耗的能量也比

較低。因此，近幾年來，液晶材料儼然成為各種攜帶型電子及資

訊產品中不可或缺的顯示媒體，不只廣泛應用於電子錶、計算機

及汽車儀表板的顯示器上，更被使用於超薄型電視機的顯示材

料，如 TN(twinsted nematic)及 STN(super twinsted nematic )型液晶

顯示器。其它如攜帶型個人電腦、投影機旳光閘元件、影印機的

記憶元件等等，在在顯示了液晶材料應用上的普遍與重要性。

通常對於 TN(扭轉向列型)-LCD 而言，預傾角約 2~3 度，多

應用在手錶、計算機螢幕上；HTN(高扭轉向列型)-LCD 約 1~2 度，

多應用在汽車音響面板；STN(超扭轉向列型)-LCD 約 5~7 度應用

15

在電子字典；TFT-LCD 約 5~8 度則是在筆記型電腦上。

液晶特有的光電特性，可用來做為顯示用途，而目前市面上

量產的平面液晶顯示器主要可分成三種，即 TN 型、STN 型及 TFT

型三種:

(一) TN 型(Twisted Nematic)

TN 型液晶顯示器的基本構造為上下兩片導電玻璃基板，其間

注入向列型(Nematic)的液晶，上下基板外側各加上一片偏光板，

另外並在導電膜上塗佈一層摩擦過形成極細溝紋的配向膜，由於

液晶分子擁有液體的流動特性，很容易順著溝紋方向排列，當液

晶填入上下基板溝紋方向，以 90 度垂直配置的內部，接近基板溝

紋的束縛力較大，液晶分子會沿著上下基板溝紋方向排列，中間

部份的液晶分子束縛力較小，會形成扭轉排列，因為使用的液晶

是向列型的液晶，且液晶分子扭轉 90 度，故稱為 TN 型。

若不施加電壓，則進入液晶元件的光會隨著液晶分子扭轉方

向前進，因上下兩片偏光板互相垂直，使其與配向膜同向，故光

可通過形成亮的狀態；相反地，若施加電壓時，液晶分子朝施加

電場方式排列，垂直於配向膜配列(homogeneous)，則光無法通過

第二片偏光板，形成暗的狀態，通稱為 Normally White，如圖

(1-5.3)；若是將上下兩片偏光板互相平行，未加電壓時的光線則無

16

法通過，加電壓之後，光線才會通過，通稱為 Normally Black，如

圖(1-5.4)。以此種亮暗交替的方式可做為顯示用途。

圖(1-5.3)：Normally White 工作原理示意圖

(a) 電壓 OFF，光透過（亮） (b) 電壓 ON，光遮蔽（暗）

Twisted Nematic Liquid Crystal Displays:Normally Black (e-mode)

圖(1-5.4)：Normally Black (e-mode)

17

(二) STN 型(Super Twisted Nematic)：

TN 型液晶顯示器在早期電子錶上使用甚多，但其最大缺點為

光應答速度較慢，容易形成殘影，因此後期發展出新一代的液晶

顯示器--STN 型。

所謂 STN 顯示元件，其基本工作原理和 TN 型的工作原理大致相

同，不同的是在液晶分子的配向處理和扭曲角度。STN 顯示元件

必須預做配向處理，使液晶分子與基板表面的初期傾斜角(Pretilt

angle)增加，此外，STN 顯示元件所使用的 nematic 液晶中加入微

量膽石醇（cholesteric）液晶使向列型液晶可以旋轉角度為 80~270

度，約為 TN 的 2~3 倍，故稱為 super twisted nematic 型，TN 與

STN 的比較如圖(1-5.6) 及圖(1-5.7)。

圖(1-5.5)：TN 型與 STN 型液晶的比較

18

圖(1-5.6)：TN 型與 STN 型液晶分子的旋光性

STN 型液晶由於應答速度較快，且可加上濾光片等方式使顯

示器除了明暗變化以外，亦有顏色變化，形成彩色顯示器，其應

用如早期筆記形電腦或現在的 PDA 及電子辭典等。

19

第二章 實驗方法與過程

以 Labview 撰寫程式，將 Function Generator 、 Digital

Multimeter 與 GPIB 連結，以 Function Generator 控制電壓大小、

量測間距，透過 Detector 將量測到光的強度轉換為電壓大小，藉

由 Digital Multimeter 以較高的精準度擷取大量的資料，而且可選

擇單一電壓的次數，取其平均值，使數據較為準確，再傳送到電

腦加以分析討論光在液晶中產生的特性曲線與光學特性。

2-1 樣品的製備

2-1.1 材料介紹

液晶：E7

E7 是由四種不同的液晶以某一適當比例混合而成，其分子結

構如圖（2-1.1）所示。此四種不同的組成液晶各有其不同的物理特

性，如光學性質、介電係數異向性、黏滯係數等。整體而言，此混

合液晶 E7 之性質如下：(1)由-10℃到 61℃之間為向列相；(2)在 20℃

時的折射率為： 、5216.1=on 7462.1=en 0>−=Δ oe nnn， ，因此在常

溫下為一正單光軸材料；(3)在 20℃時的介電係數為： 0.19// =ε 、

(g/ml)； (5)黏滯係數； (4)密度 0282.1=ρ0// >−=Δ ⊥εεε2.5=⊥ε ，

cst。 39=η

20

C5H11 C N

C N

C N

C7H15

O—C8H17

C N C5H11

圖(2-1.1)：E7 液晶的四種組成成分之分子式

2-1.2 樣品製作過程

(一) 玻璃的清洗

1. 將鍍有透明導電膜 ITO(Indium-Tin-Oxide)的玻璃以玻璃切割機

切割成適當的尺寸，並整齊擺置於清洗乾淨之鐵槽上。

2. 將此鐵槽置於裝有以 RO 水作 1：5 稀釋之化學清潔液容器中。

3. 將此容器置於超音波清洗機內振盪清洗約 20 分鐘後倒掉此清

潔液，並以 RO 水沖刷掉附著於鐵槽上之泡沫。

4. 將容器改裝以 RO 水，且將此容器置於超音波清洗機內振盪清

洗約 10 分鐘。

5. 重複步驟(3)與(4)兩次，再以 RO 水振盪 10 分鐘。

6. 將容器改裝以丙酮，且將此容器置於超音波清洗機內振盪清洗

約 20 分鐘。

7. 振盪完時，立即將裝有已清洗過玻璃群之鐵槽置於溫度設定至

21

80 度 C 之烘箱內約 20 分鐘後直至丙酮完全揮發，此時玻璃清

洗完成。

(二) 配向膜製作及定向處理

水平配向(homogeneous alignment)膜製作

1. 將粉末狀之 PVA(Polyvinyl Alcohol)及 RO 水以 0.05 之重量百分

比混於容器中製作 PVA 溶液，且將此容器置於加熱攪伴機中並

放入攪伴時加熱至 100 度 C，待 PVA 顆粒完全溶解於水中後，

將 PVA 溶液降至 45 度 C 左右。

2. 將已清洗乾淨之玻璃基片浸於此溶液中 3 分鐘。

3. 3 分鐘後，緩慢將玻璃基片從 PVA 溶液中移出，然後置入溫度

設定至 120 度 C 烘箱內約 20 分鐘，烤乾後移出。

4. 最後，以摩擦配向機(Rubbing Machine)摩擦玻璃基片之 ITO 面

三次即完成水平配向膜之 Coating。

(三) 水平配向及 TN 液晶樣品之製作

1. 於鍍好水平配向膜 ITO 上兩側整齊放置兩片長條長度適中之

spacer，蓋上另一玻璃基片，將兩玻璃基板之 ITO 面朝內，以

固定夾一起夾住兩基板上下側，於兩基片兩側空隙塗上 UV

膠，並置於 UV 光源下，待數分鐘 UV 膠硬化後拿掉固定夾，

完成空 cell 製作。

22

2. 將空 cell 置於適當之位置上，以滴管適量吸取液晶滴於空 cell

上空隙中間位置，直至液晶因毛細現象及重力影響均勻分佈於

整個 cell 為止。

3. 將此已灌入液晶之 cell 上下緣用以 1：1 均勻混合之 AB 膠塗

上，待 10 分鐘硬化後即完成水平配向液晶樣品之製作。

4. TN 液晶樣品之製作與水平配向液晶樣品類似，不同的是前後

兩片 ITO 玻璃之水平摩擦方向需互相交叉 90 度，爾後以同步

驟(1)製作 TN 液晶樣品空 cell，但須注意，之後以同步驟(2)-(3)

再灌入液晶，即完成 TN 液晶樣品製作。

ITO玻璃

spacer spacer

glass

ITO

(36μm)

spacer 注入液晶聚合物混合材料

圖(2-1.2) : 空 cell 的製作與材料填充流程圖

空cell

空cell 側面

正面

23

2-2 量測程式的撰寫

量測系統程式由 LabView 7.0 Express 撰寫，使用時設定所需

之起始電壓及終止電壓、量測電壓間隔等即可完成自動化量測。

(一) 使用者控制面板與操作

由即時曲線圖、萬用電表選項區、外加電壓選項區以及存檔

路徑設置區架構而成的。

圖(2-2.1): 使用者控制面板

1. 即時曲線圖：

可將由 Detector 所量到的數據，在測量的同時繪製出來，單

位的顯示上會以出目前所測量到的電壓值來做分配，不用擔心會

再測量完畢時無法看到完整的圖形。

24

2. 萬用電表選項區：

(a) GPIB 位址：可更改為所需的位址，預設為 22。

(b) 延遲時間：由於液晶偏轉有所謂的延遲時間，為在測量時確

保液晶已經偏轉到正確的角度，因此加上測量延遲時間，以

秒為單位。

(c) 取樣數：由於雷射光有些許的不穩定，為增加所量測的數值

精確，設定特定電壓取得的次數，並且取平均值，並顯示在

取樣各值欄內。

(d) 取樣時間間隔：設定特定電壓中每次取樣的時間間隔。

(e) 即時取樣值：在測量過程中，即時顯示所有取樣各值的平均

值。

(f) 即時電壓值：顯示目前波形產生器送出的電壓。

3. 外加電壓選項區：

(a) GPIB 位址：可更改為所需的位址，預設為 19。

(b) 起始電壓：設定電壓從幾伏特開始增加，若為設定，則預設

為 0 伏。

(c) 終止電壓：設定電壓到幾伏特停止，若未設定，則會在程式

開始時，跑出一個對話視窗，提醒您設定。

(d) 頻率選擇：設定訊號產生器的頻率，預設為 1kHZ。

25

(e) 電壓間隔：設定電壓變更的間隔，也就是即時曲線圖所顯示

的解析度。

(f) 位準選擇：設定訊號產生器的電壓準位。

(g) UP_UP&DOWN：由於有些液晶的上升曲線與下降曲線不

同，因此下方的 UP_UP＆DOWN 可以控制所需的曲線。

(h) 輸出波形選擇：選取所需波形，常用的是方波，因為實驗室

的波形產生器可以設定任意波形，為了使用者方便而定為方

波、脈波以及正弦波以供選取。

(i) STOP：即時停止。在測量當中，若是有發現波形或外在因

素等異狀，可以馬上按下停止鍵，並且會跳出室窗顯示暫

停，但無法繼續，只能重新開始。

4. 存檔路徑設置區：

測量開始前，設定好測量之後的數據所要存放的位置，測量完畢

之後將以 EXCEL 格式（XLS）儲存。(預設路徑為 D：﹨測試資

料區﹨text.xls)

26

(二) 內部程式面板(Block Diagram)

圖(2-2.2): 內部程式面板(Block Diagram)

27

1. 內部程式_0_未輸入正確數值

圖(2-2.3): 內部程式_0_未輸入正確數值

2. 內部資料清除

圖(2-2.4): 內部資料清除

28

3. 即時停止控制

圖(2-2.5): 即時停止控制

4. 事件對話框控制

圖(2-2.6): 事件對話框控制

29

5. 測量上升&下降曲線__迴圈次數控制

圖(2-2.7): 測量上升&下降曲線__迴圈次數控制

6. 測量上升&下降曲線__控制程式

圖(2-2.8): 測量上升&下降曲線__控制程式

30

7. 測量上升曲線__迴圈次數控制

圖(2-2.9): 測量上升曲線__迴圈次數控制

8. 測量上升曲線__控制程式

圖(2-2.10): 測量上升曲線__控制程式

31

9. 萬用電表控制程式

圖(2-2.11): 萬用電表控制程式

10. 加電壓與測量間的時距(S)控制延遲

圖(2-2.12): 加電壓與測量間的時距(S)控制延遲

32

(三) 周邊儀器管理與控制

1. 萬用數位電表(SubVI)

圖(2-2.13): 萬用數位電表(SubVI)

(a) 萬用數位電表(SubVI)__使用者控制面板

圖(2-2.14): 萬用數位電表(SubVI)__使用者控制面板

33

(b) 萬用數位電表(SubVI)__內部程式面板

圖(2-2.15): 萬用數位電表(SubVI)__內部程式面板

(c) 清除數值

圖(2-2.16): 清除數值

34

(d) 讀取數值控制

圖(2-2.17): 讀取數值控制

2. 訊號產生器(SubVI)__可控制輸出開關

測量結束時用此 SubVI 可把輸出電壓關閉，避免液晶因為持續的

電壓而導致極化。而測量中的訊號產生器並不需要控制輸出開

關，因此也就沒有下方的輸出開關控制，而內部程式面板(Block

Diagram)則是少一個判斷輸出開關的回圈。

圖(2-2.18): 訊號產生器(SubVI)__可控制輸出開關

35

圖(2-2.19): 訊號產生器(SubVI)

(a) 訊號產生器(SubVI)__使用者控制面板__輸出控制

圖(2-2.20): 訊號產生器(SubVI)__使用者控制面板__輸出控制

36

(b) 訊號產生器(SubVI)__使用者控制面板

圖(2-2.21): 訊號產生器(SubVI)__使用者控制面板

(c) 訊號產生器(SubVI)__內部程式面板__輸出控制__False

圖(2-2.22): 訊號產生器(SubVI)__內部程式面板__輸出控制__False

37

(d) 訊號產生器(SubVI)__內部程式面板__輸出控制__True

圖(2-2.23): 訊號產生器(SubVI)__內部程式面板__輸出控制__True

(e) 訊號產生器(SubVI)__內部程式面板

圖(2-2.24): 訊號產生器(SubVI)__內部程式面板

38

(f) 波形選擇

圖(2-2.25): 波形選擇

3. 程式層級(Position in Hierarchy)

圖(2-2.26): 程式層級(Position in Hierarchy)

39

2-3 量測儀器的架設

Sample Detector

Analyzer He-Ne Laser

G

13.000,000 kHz ~

130,000,0Computer

Digital Multimeter

Polarizer

GPIB 介面

Function

G

圖(2-3.1): 量測儀器架構示意圖

如圖所示，光源先經過一個適當倍率的衰減片之後再加到偏

振片，穿透過液晶樣品後，再次經過偏振片之後，由感測器接收，

並將訊號送回至萬用數位電錶。而液晶樣品的驅動電壓控制，經

由電腦透過 GPIB 介面來控制訊號產生器，透過電腦的控制以及接

收，已達到節省時間和減少人為誤差。

40

第三章 液晶光電量測結果

本章中所使用的紅光雷射為 He-Ne 雷射，波長為 632.8nm；藍光雷射

是氬離子雷射，波長為 488nm； P 為前偏振片，A 為後偏振片；4u、

8u、15u 為液晶樣品厚度，後面角度為偏振片與配向膜夾角。

3-1 單一波長對於不同厚度的平行配向（Homogeneous）的影響

平行紅光雷射 P：+45；A：-45

4u 8u 15u

0.000.501.001.502.002.503.00

0.00 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00

Applied Voltage(V)

Tran

smiss

ion

inte

nsity

(ard

.uni

ts)

圖(3-1.1)：紅光雷射，Homogeneous 型，厚度 4u、8u、15u，解晰度：0.1V

0.001.002.003.004.005.006.00

0.00 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00

Applied Voltage(V)

Tran

smiss

ion

inte

nsity

(ard

.uni

ts)

4u 8u 15u

圖(3-1.2)：藍光雷射，平行配向，厚度 4u、8u、15u，解晰度：0.01V

41

3-2 不同波長對於單一厚度的平行配向（Homogeneous）的影響

平行紅光雷射及藍光雷射 P：+45；A：-45

0.00

0.50

1.00

1.50

2.00

0.00 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00

Applied Voltage(V

Tran

smiss

ion

inte

nsity

(ard

.uni

ts)

紅光雷射-4u 藍光雷射-4u

圖(3-2.1)：紅光及藍光雷射，Homogeneous 型，厚度 4u，解晰度：0.1V

0.001.002.003.004.005.00

0.00 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00

Applied Voltage(V)

Tran

smiss

ion

inte

nsity

(ard

.uni

ts)

紅光雷射-8u 藍光雷射-8u

圖(3-2.2)：紅光及藍光雷射，Homogeneous 型，厚度 8u，解晰度：0.01V

圖(3-2.3)：紅光及藍光雷射，Homogeneous 型，厚度 15u，解晰度：0.01V

0.001.002.003.004.005.006.00

0.00 2.00 4.

紅光雷射-15u 藍光雷射-15u

00

pplied Volta

6.00 8.00 10.00

A ge(V)

Tran

smiss

ion

inte

nsity

(ard

.uni

ts)

42

3-3 不同波長對於 TN 型液晶的影響

TN\紅光雷射\藍光雷射\紅光及藍光 P：+45；A：-45

0.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

0.00 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00

Applied Voltage(V)

Tra

nsm

issi

on

inte

nsit

y(ar

d.un

its)

紅光雷射-4u

圖(3-3.1)：紅光雷射，TN 型，厚度 4u，解晰度：0.01V

0.001.002.003.004.005.006.00

0.00 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00

Applied Voltage(V)

Tran

smiss

ion

inte

nsity

(ard

.uni

ts)

藍光雷射-4u

圖(3-3.2)：藍光雷射，TN 型，厚度 4u，解晰度：0.01V

0.002.004.006.008.00

10.00

0.00 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00

Applied Voltage(V)

Tran

smis

sion

inte

nsity

(ard

.uni

ts)

紅光雷射-4u 藍光雷射-4u

圖(3-3.3)：紅光及藍光雷射，TN 型，厚度 4u，解晰度：0.01V

43

3-4 TN 型與平行配向的比較

紅光雷射

0.00

0.50

1.00

1.50

2.00

0.00 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00

Applied Voltage(V)

Tran

smiss

ion

inte

nsity

(ard

.uni

ts)

TN-4u Homogeneous-4u

圖(3-4.1)：紅光雷射，Homogeneous 型及 TN 型，厚度 4u，解晰度：0.1V

藍光雷射

0.001.002.003.004.005.006.00

0.00 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00

Applied Voltage(V)

Tra

nsm

issi

on

inte

nsit

y(ar

d.un

its)

TN-4u Homogeneous-4u

圖(3-4.2)：藍光雷射，Homogeneous 型及 TN 型，厚度 4u，解晰度：0.01V

44

第四章 結果與討論

4-1 單一波長對於不同厚度的平行配向（Homogeneous）的

改變

由 3-1 節可以觀察得知，厚度越薄的液晶樣品，在同一波長中的

震盪次數低，而震盪次數會隨著厚度而增加。由圖(3-1.1)：紅光雷射，

Homogeneous 型，厚度 4u、8u、15u，解晰度：0.1V，所用的光源為

紅光雷射，波長為 632.8nm，當其照射在不同的厚度時，4u 的波形震

盪次數比 8u 的少，8u 的又比 15u 的震盪次數少；圖(3-1.2)：藍光雷

射，平行配向，厚度 4u、8u、15u，解晰度：0.01V 也是這種情形，

厚度較薄的液晶樣品震盪次數較低於厚度較厚的樣品。可由下例方程

式證實：

，將 d(厚度)帶入方程式

可知，當 d 越厚， φΔ 的值會越大，而 ⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ Δ

2sin 2 φ 控制了震盪的次數，因

此厚度增加會造成震盪次數增加。

4-2 不同波長對於單一厚度的平行配向（Homogeneous）的

影響

我們所採用的紅光波長為 632.8nm，藍光波長為 488nm，由圖

(3-2.1)：紅光及藍光雷射，Homogeneous 型，厚度 4u，解晰度：0.1V

觀察得知，在測量單一個厚度時，紅光的波形震盪次數比藍光的次數

⎟⎠⎞

⎝

Δ⋅

22sin φθ ⎜⎛= sin220II λ

ndπφ Δ=Δ 2，

45

低；再由圖(3-2.2)：紅光及藍光雷射，Homogeneous 型，厚度 8u，解

晰度：0.01V 觀察，紅光的波形震盪次數亦比藍光的次數低；圖

(3-2.3)：紅光及藍光雷射，Homogeneous 型，厚度 15u，解晰度：0.01V

的也是此種情形，因此可知在同一個厚度下，波長越短的光源，會使

震盪的次數增加，可由下列方程式證實：

，將 λ(波長)帶入方程式

可知，λ越小 φΔ 的值會越大，而 ⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ Δ

2sin 2 φ 控制了震盪的次數，因此 λ(波

長)越小會造成震盪次數增加。

4-3 不同波長對於 TN 型液晶的影響

由圖(3-3.1)：紅光雷射，TN 型，厚度 4u，解晰度：0.01V 與圖

(3-3.2)：藍光雷射，TN 型，厚度 4u，解晰度：0.01V 相比較，TN 型

液晶樣品在不同波長的光源照射下，並沒有出現如 Homogeneous 型

液晶樣品的震盪，圖(3-3.3)：紅光及藍光雷射，TN 型，厚度 4u，解

晰度：0.01V 可看到，不同波長的曲線幾乎是相近的，但是在其下降

之前有些微的震盪曲線，我們推斷是因為偏振片與液晶樣品的配向方

向造成的誤差，以及一些外在因素造成的。

4-4 TN 型與平行配向的比較

圖(3-4.1)：紅光雷射，Homogeneous 型及 TN 型，厚度 4u，解晰

度：0.1V 以及圖(3-4.2)：藍光雷射，Homogeneous 型及 TN 型，厚度

⎟⎞Δ⋅2sin φθ⎠

⎜⎝⎛=

2sin220II λ

πφ ndΔ=Δ 2，

46

4u，解晰度：0.01V 相比較，得知 TN 型液晶比 Homogeneous 型液

晶較不受到波長影響，並未出現 Homogeneous 型液晶因微小的電壓

變化而產生劇烈的震盪，波型較為線性，因此大部分顯示器皆用 TN

型液晶。

4-5 波方程式的推導

因 為 光 波 為 電 磁 波 的 一 種 ， 故 以 波 的 形 式 討 論

( ) ( )iwtikzwzkzi eeEeEE −− == 00vvv

，左式為未接觸 sample 的形式(k 為波數

= fπ2ωλπ2

=， ,因為光進入介質，其頻率 f 不變，故 忽略不計)，所

以改寫為

iwte

ikz0eEEvv

= ，當光波進入 sample(z=0) 時，由於任一道偏振

光的偏振可以向量分解成兩互相垂直的向量，且液晶有雙折射率之性

質，故 方向為 en∧

iE θcos0v

， 方向為 0n∧

jE θsin0v

( ：長軸； ：短軸) ＝＞en 0n knkknk ee

e ⋅==⋅== 00

02,2λπ

λπ

X

ne no

Y iv

jv

θ

θ

θ−π2

0E

X

Y

47

zik0

zik0

0e ejθsinEeiθcosEE∧∧ vvv

+=′ (z：傳導方向或行進方向)

後面的偏振與前面垂直，故再分解成兩向量表示

dzzikzik eEeEE e =⋅⋅⋅−⋅⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛ −⋅⋅=′′ 0cossin

2coscos 00 θθθ

πθvvv

Z=d Z=0

光Sample

dikdik eEeE e 0cossinsincos 00 ⋅⋅⋅−⋅⋅⋅= θθθθvv ( )dikdik eeE e 0sincos0 −⋅⋅= θθ

v

( )dikdik eeE e 02sin21

0 −⎟⎠⎞

⎜⎝⎛= θ

v

強度設為 I ， 2EI = , 單位為 ⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

2cmw

( ) ( )( )20022

02

sinsincoscos2sin41 dkdkidkdkEE ee −+−⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛=′′ θ

v ( )∗= EEE 2Q

( )( )dkdkdkdkE ee 0022

0 sinsincoscos222sin41

+−⎟⎠⎞

⎜⎝⎛= θ

( )( )( )dkdkE e 022

0 cos222sin41

−−⎟⎠⎞

⎜⎝⎛= θ

∵λ

πλπ

λπ ndkknknk eee

Δ=−=>==

22,2 000 , 0nnn e −=Δ , 2

0E = I 0

∴ ⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ Δ−⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛=

λπθ ndI 2cos222sin

41 2

0

⎟⎟⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜⎜⎜

⎝

⎛ Δ

⋅=2

2

sin2sin 220λ

π

θ

nd

I ⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ Δ⋅=

2sin2sin 220

φθI ， λ

πφ ndΔ=Δ 2

由以上方程式可知光在 Homogeneous 型 Liquid Crystal 中，

厚度、 、光的波長與 nΔ θ 有極大的影響。

48

第五章 未來展望

由自動化程式可控制得電壓精準度可達到10mV，其測量時間的

間距亦可達到10ms，可減少用儀器量測所產生的測量誤差。量測所

造成的誤差主要是由兩部份造成的；其一為 Polarizer 的方向與 液晶

的配向方向所夾的角度，其二為 液晶的配向方向與 Analyzer 方向

所夾的角度。以上誤差應屬人為造成，將來可用自動化調整偏振片角

度來避免。

因為光波為 ，而光經過 Homogeneous 型液晶後的穿透

度為

ikzeEE 0=v

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ Δ⋅=

2sin2sin 220

φθII ，其中λ

πφ ndΔ=Δ 2 ，λ 為光的波長，d 為

Sample 的厚度，將 Sample 厚度與光的波長代入可知，Sample 的厚

度與光源的波長會影響光在液晶中的震盪次數。

由 3-4 節的結果觀察得知， TN 型液晶的光電特性相較於

Homogeneous 型的液晶較不會受到液晶樣品的厚度與光的波長影

響，而且不因微小的電壓變化而產生劇烈的震盪，此特性曲線在顯示

器應用上較符合理想，因此目前的顯示器大部分都採用 TN 型液晶。

49

參考文獻 [1] Ya Hui Ho: Studies of Laser-induced grating on dye-doped

Polymer-dispersed Liquid Crystal Films(2000) [2] Huang, Chi-Yen:Studies of Second Harmonic Generation in Liquid

Crystal-Polymer Mixtures (1998). [3] Ting-Shan Mo:Studies of Grating and Its Application Based on

Surface-Stabilized Ferroelectric Liquid Crystal Films(2004). [4] Tsung-Chih Ko:Studies of the Electro-optic Characteristics and the

Diffraction of Polymer-stabilized Cholesteric Texture (PSCT) Films(2003).

[5] Tsai Ming-shan:Studies of Holographic Grating and Its Applications Based on Polymer-Dispersed Liquid Crystal Films Doped with a Guest-Host Dye(1999).

[6] 蕭子健,王智昱,儲昭偉編著,虛擬儀控程式設計 LabVIEW 7X,高

立出版.

[7] 林穀欽編著,LabVIEW 基礎程式設計及應用,全華出版.

50

http://etds.ncl.edu.tw/theabs/service/search_result.jsp?hot_query=Huang%2C+Chi-Yen&field=AUhttp://etds.ncl.edu.tw/theabs/service/search_result.jsp?hot_query=Ting-Shan+Mo&field=AUhttp://etds.ncl.edu.tw/theabs/service/search_result.jsp?hot_query=Tsung-Chih+Ko&field=AUhttp://etds.ncl.edu.tw/theabs/service/search_result.jsp?hot_query=Tsai+Ming-shan&field=AU

01.封面.pdf專題同意書.pdf03.目 錄.pdf04.圖表索引.pdf05.第一章.pdf06.第二章.pdf07.第三章.pdf08.第四章.pdf09.第五章.pdf10.參考文獻.pdf