電子工程系四技部ir.lib.ksu.edu.tw/bitstream/987654321/2156/15/專題...介面整合控制，並自動讀取量測數據及送出控制訊號。...

崑山科技大學

電子工程系四技部

專題研究報告

液晶光電自動化量測與 PDLC 特性

量測之研究

學生：

鄧右宸

包成裕

謝宗諺

指導教授：莫定山老師

葛聰智老師

中華民國九十五年五月

電崑

子山

系科

四技

技大

部學

液

晶

光

電

自

動

化

量

測

與

PDLC

特

性

量

測

之

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究

謝包鄧

宗成右

諺裕宸

撰

九

十

五

年

五

月

專題製作報告授權同意書

本授權書所授權之報告為本組在崑山科技大學＿電子工程電子工程電子工程電子工程＿系＿＿＿＿＿＿組

９４９４９４９４學年度第二二二二學期修習專題製作課程之報告。

報告名稱：液晶光電自動化量測與液晶光電自動化量測與液晶光電自動化量測與液晶光電自動化量測與 PDLC 特性量測之研究特性量測之研究特性量測之研究特性量測之研究

本組就具有著作財產權之報告全文資料，同意提供本校圖書館典藏，並同意圖

書館因典藏之目的就該資料進行必要之數位化重製，且依圖書館法、著作權法

規定，提供讀者利用。

上述授權內容均無須訂立讓與及授權契約書。依本授權之發行權為非專屬性發

行權利。依本授權所為之收錄、重製、發行及學術研發利用均為無償。

指導老師姓名：莫定山老師

學生簽名：鄧右宸學號：４９１０Ｋ０２９

包成裕４９１０Ｋ１２２

謝宗諺４９１０Ｋ１３３

（親筆正楷）（務必填寫）

日期：民國９５年５月２０日

目錄誌謝 ............................................... Ⅲ

圖表目錄 ........................................... Ⅳ

摘要 ................................................ Ⅵ

第一章液晶光電自動化控制．．．．．．．．．．．．． 1

1.1 簡介

1.2 儀器架構說明

1.3 光電自動量測控制系統

1.3.1 控制面板與操作

1.3.2 內部程式描述

1.3.3 周遭儀器管理與控制

第二章 PDLC 基本光學原理．．．．．．．．．．．．．．18

第三章 PDLC 光電量測結果．．．．．．．．．．．．．．23

3.1 不同照光強度大小的 PDLC 之光透射度動態變化

3.2 不同濃度之 PDLC 的光透射度動態變化

3.3 不同入射角對其 PDLC 之影響

3.4 同一照光強度，不同濃度比例，各個入射角對其之變化

第四章結果與討論．．．．．．．．．．．．．．．．．． 42

I

4.1 依不同照光強度

4.2 依不同濃度

4.3 依不同角度 (0∘、15∘、30∘、45∘、60∘)

4.4 同一強度、不同濃度、不同角度 (1mW)

4.5 亮、暗態與對比度之關係

4.6 PDLC 顯微照片比對

第五章未來展望．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 45

第六章參考文獻．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 46

II

摘要

自動量測系統是一個方便控制又簡單操作利於觀察光電特

性，藉此來觀測液晶的光電特性，液晶顆粒大小影響光學性質，

如對比度、起始電壓 Vth、反應時間等等。此次專題使用 PDLC 當

材料，利用 He-Ne 雷射作為偵測光，施加一連續增加的 pulse，記

錄 He-Ne 雷射透射度的動態變化；改變液晶的濃度比例、入射光

的角度或液晶顆粒大小皆會影響偵測光透射的變化。

VI

圖表目錄

Fig.1-1 整合架構圖．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．２ Fig.1-2 整體控制面板．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．３ Fig.1-3 外加電壓選項面板．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．４ Fig.1-4 萬用電錶選項．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．５ Fig.1-5 存取數值資料控制．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．６ Fig.1-6 PDLC 測量 Block Diagram．．．．．．．．．．．．．．．．．８ Fig.1-7-1 上升＆下降 Block Diagram (0)．．．．．．．．．．．．．．９ Fig.1-7-2 上升＆下降 Block Diagram (1)．．．．．．．．．．．．．．９ Fig.1-7-3 控制數位電表延遲取樣(0)．．．．．．．．．．．．．．．．１０ Fig.1-7-4 控制數位電表延遲取樣(1)．．．．．．．．．．．．．．．．１０ Fig.1-7-5 放大 20 倍開關 (True)．．．．．．．．．．．．．．．．．１０ Fig.1-7-6 放大 20 倍開關 (False)．．．．．．．．．．．．．．．．．１０ Fig.1-8-1 控制數位電表延遲取樣(0)．．．．．．．．．．．．．．．．１１ Fig.1-8-2 控制數位電表延遲取樣(1)．．．．．．．．．．．．．．．．１１ Fig.1-8-3 控制數位電表延遲取樣(1)．．．．．．．．．．．．．．．．１２ Fig.1-8-4 控制數位電表延遲取樣(0)．．．．．．．．．．．．．．．．１２ Fig.1-8-5 放大 20 倍開關 (True)．．．．．．．．．．．．．．．．．１２ Fig.1-8-6 放大 20 倍開關 (False)．．．．．．．．．．．．．．．．．１２ Fig.1-9 Hierarchy．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１３ Fig.1-10-1 Connector Pane_ Function- Generator.vi．．．．．．．．．．１３ Fig.1-10-2 Block Diagram_ Function- Generator.vi．．．．．．．．．．．１４ Fig.1-11-1 Connector Pane_ Digit- Multimeter.vi．．．．．．．．．．．１４ Fig.1-11-2 Block Diagram_ Digit- Multimeter.vi．．．．．．．．．．．．１６ Fig.1-12- Connector Panel_ Function- Generator-1.vi．．．．．．．．．１６ Fig.1-12-2 Block Diagram_ Function- Generator-1.vi．．．．．．．．．．１７ Fig.2-1 PDLC 薄膜中液晶顆粒散佈在聚合物中之情形（0.1mW）．．．．１８ Fig.2-2：PIPS 隨時間聚合硬化的過程．．．．．．．．．．．．．．．１９ Fig.2-3 PDLC 薄膜的工作原理．．．．．．．．．．．．．．．．．．２１ Fig.2-4 染料添加在 PDLC 薄膜中．．．．．．．．．．．．．．．．．２２表.3-1 各種不同照光強度之亮、暗態、對比度．．．．．．．．．．．２４ Fig.3-1 各種不同照光強度之上升曲線 (NOA 0.4)．．．．．．．．．２４ Fig.3-2 各種不同照光強度之亮、暗態之比較 (NOA 0.4)．．．．．．２５ Fig.3-3 各種不同照光強度之對比度 (NOA 0.4)．．．．．．．．．．２５表.3-2 各種不同照光強度之起始電壓．．．．．．．．．．．．．．．２６ Fig.3-4 各種不同照光強度之起始電壓 (NOA 0.4)．．．．．．．．．．２６表.3-3 各種不同照光強度之飽和電壓．．．．．．．．．．．．．．．２７

IV

Fig.3-5 各種不同照光強度之飽和電壓 (NOA 0.4)．．．．．．．．．．２７ Fig.3-6 各種不同濃度比例之上升曲線．．．．．．．．．．．．．．．２８表.3-4 各種不同角度之亮、暗態、對比度．．．．．．．．．．．．．２８ Fig.3-7 各種不同濃度比例之亮、暗態之比較．．．．．．．．．．．．２９ Fig.3-8 各種不同濃度比例之對比度．．．．．．．．．．．．．．．．２９表.3-5 各種不同角度之起始電壓．．．．．．．．．．．．．．．．．３０ Fig.3-9 各種不同濃度比例之起始電壓．．．．．．．．．．．．．．．３０表.3-6 各種不同角度之飽和電壓．．．．．．．．．．．．．．．．．３１ Fig.3-10 各種不同濃度比例之飽和電壓．．．．．．．．．．．．．．３１ Fig.3-11 各種不同入射角之上升曲線圖 (NOA 0.4、0.1mW)．．．．．３２ Fig.3-12 各種不同入射角之對比度比較 (NOA 0.4、0.1mW)．．．．．３２ Fig.3-13 各種不同入射角之上升曲線圖 (NOA 0.4、1mW)．．．．．．３３ Fig.3-14 各種不同入射角之對比度比較 (NOA 0.4、1mW)．．．．．．３３ Fig.3-15 各種不同入射角之上升曲線圖 (NOA 0.4、５mW)．．．．．３４ Fig.3-16 各種不同入射角之對比度比較 (NOA 0.4、５mW)．．．．．３４表.3-7 各種不同角度之亮、暗態、對比度 (NOA 0.4、1mW)．．．．．３５ Fig.3-17 不同角度之亮、暗態 (NOA 0.4、1mW)．．．．．．．．．．３５ Fig.3-18 不同角度之對比度 (NOA 0.4、1mW)．．．．．．．．．．．３６表.3-8 各種不同角度之亮、暗態、對比度 (NOA 0.5、1mW)．．．．．３６ Fig.3-19 不同角度之亮、暗態 (NOA 0.5、1mW)．．．．．．．．．．３７ Fig.3-20 不同角度之對比度 (NOA 0.5、1mW)．．．．．．．．．．．３７表.3-9 各種不同角度之亮、暗態、對比度 (NOA 0.6、1mW)．．．．．３８ Fig.3-21 不同角度之亮、暗態 (NOA 0.6、1mW)．．．．．．．．．．３８ Fig.3-22 不同角度之對比度 (NOA 0.6、1mW)．．．．．．．．．．．３８表.3-10 各種不同角度之亮、暗態、對比度 (NOA 0.7、1mW)．．．．３９ Fig.3-23 不同角度之亮、暗態 (NOA 0.7、1mW)．．．．．．．．．．３９ Fig.3-24 不同角度之對比度 (NOA 0.7、1mW)．．．．．．．．．．．４０表.3-11 各種不同角度之亮、暗態、對比度 (NOA 0.8、1mW)．．．．．４０ Fig.3-25 不同角度之亮、暗態 (NOA 0.8、1mW)．．．．．．．．．．４１ Fig.3-26 不同角度之對比度 (NOA 0.8、1mW)．．．．．．．．．．．４１ Fig.4-1 PDLC 放大照 ( NOA0.4，0.1mW、1mW、5mW )．．．．．．４４ Fig.4-2 PDLC ( 1mW，NOA0.4~NOA0.8 )．．．．．．．．．．．．．４５

V

液晶光電自動量測系統與 PDLC 之研究

1


摘要

自動量測系統是一個方便控制又簡單操作利於觀察光電特

性，藉此來觀測液晶的光電特性，液晶顆粒大小影響光學性質，

如對比度、起始電壓 Vth、反應時間等等。此次專題使用 PDLC 當

材料，利用 He-Ne 雷射作為偵測光，施加一連續增加的 pulse，記

錄 He-Ne 雷射透射度的動態變化；改變液晶的濃度比例、入射光

的角度或液晶顆粒大小皆會影響偵測光透射的變化。

第一章液晶光電自動化控制

1.1 簡介

自動化是一個使實驗不再更多更煩雜，免掉了許多人為的因

素與外在因素。我們利用 LabView 圖控程式，藉由 GPIB 與外在的

儀器作溝通，控制如波形產生器與數位電表，甚至於連接更多儀

器達成量測數據。

1.2 儀器架構說明

包含量測液晶樣本(sample)的基本光路及電腦整合儀器。光


2

路中由氦氖雷射提供光源，sample 端電壓由訊號產生器及電壓放

大器提供；雷射光經過一次及二次衰減片後到達 sample，穿透後

經光偵測器接受並放大訊號，由萬用電錶讀出讀數。

其中訊號產生器與萬用電錶皆由電腦端以 LabVIEW 及 GPIB

介面整合控制，並自動讀取量測數據及送出控制訊號。

Fig.1-1 整合架構圖

1.3 光電自動量測控制系統

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。

1.3.1 控制面板與操作

程式主畫面包含即時曲線圖區、萬用電錶選項區、外加電壓


3

選項區三大部份，由萬用電錶讀取的測量讀數會在完成一次量測

時自動匯出存檔。

Fig.1-2 整體控制面板

a. 外加電壓選項區：

量測液晶元件時，首先設定外加電壓選項，電腦抓取信號

產生器的 GPIB 位址預設為 19，可設定的選項有起始電壓、

終止電壓、送出波形的電壓間隔、頻率、位準選擇、輸出波形


4

及測量曲線選擇。

Fig.1-3 外加電壓選項面板

＊功能說明如下。

輸出波形選擇: 移動滑鈕選擇信號產生器輸出的波形。

起始電壓: 可設定量測時供應 sample 的起始電壓。當測

量曲線開關選擇至「UP&DOWN」時，供應 sample 電壓會在

上升至終止電壓後開始反向操作，下降至起始電壓後結束

量測動作。

終止電壓: 可設定量測時供應 sample 的終止電壓。當測

量曲線開關選擇至「UP」時，供應 sample 的電壓在上升

至終止電壓後即結束量測。

電壓間隔: 利用此欄位設定可控制量測所需的時間及量

測結果的解析度。

頻率選擇: 可控制信號產生器輸出的頻率。


5

位準選擇: 控制信號產生器輸出的電壓位準。

撥動測量曲線開關可選擇包含上升&下降曲線(起始至終

止電壓及終止至起始電壓)的測量或是僅做上升曲線(起始至

終止電壓)的測量。此一選擇性控制電壓高態至低態的功能可

測量出 sample 是否有電壓遲滯的反應。

面板含有一個即時手動停止開關，撥至 STOP 時暫停量測並寫

入數據。

b. 萬用電錶選項區：

輸入相關的設定值即可藉 GPIB 介面控制萬用電錶，自動讀取

電錶讀數、自動顯示即時曲線並且完成一次特定電壓的sample

穿透度測量。

Fig.1-4 萬用電錶選項


6


加電壓與測量間的時距: 考慮 sample 反應速度，可設定加

電壓後延遲多久才讀取萬用電錶數據。

每特定電壓的取樣次數: 增加數據正確性減小誤差，每個

特定電壓可取樣多次，並顯示在取樣各值欄內。

每次取樣的時間間隔: 可設定每特定電壓中每次取樣的時

間間隔。

即時取樣值: 會在量測過程中即時顯示所有取樣各值的平

均值，最後得到並且寫入記錄檔的數據即為此值。

即時電壓值: 顯示目前波形產生器送出的電壓。

c. 輸出存取:

量測的結果可以透過資料讀出，存取為 EXCEL 檔。設定其路徑與

檔名即可。

Fig.1-5 存取數值資料控制


7


存取控制：量測前先輸入存檔路徑位置，當一量測結束即存取為

EXCEL 檔。

串接 x20 放大器：此為針對 PDLC 作為量測，當起動時即串接 20

倍放大器。

1.3.2 內部程式描述


8

Fig.1-6 PDLC 測量 Block Diagram


9

＊上升＆下降 Block Diagram

Fig.1-7-1 上升＆下降 Block Diagram (0)

Fig.1-7-2 上升＆下降 Block Diagram (1)


10

Fig.1-7-3 控制數位電表延遲取樣(0)


Fig.1-7-5 放大 20 倍開關 (True)

Fig.1-7-6 放大 20 倍開關 (False)


11

＊上升控制 Block Diagram

Fig.1-8-1 上升控制 Block Diagram (0)

Fig.1-8-2 上升控制 Block Diagram (1)


12



Fig.1-8-5 放大 20 倍開關 (True)

Fig.1-8-6 放大 20 倍開關 (False)


13

Fig.1-9 Hierarchy

1.3.3 周遭儀器管理與控制

１．Function Generator

Fig.1-10-1 Connector Pane_ Function- Generator.vi


14

Fig.1-10-2 Block Diagram_ Function- Generator.vi

2．Digit-Multimeter

Fig.1-11-1 Connector Pane_ Digit- Multimeter.vi


15


16

Fig.1-11-2 Block Diagram_ Digit- Multimeter.vi

3. Function Generator

Fig.1-12-1 Connector Pane_Function- Generator-1.vi


17

Fig.1-12-2 Block Diagram_ Function- Generator-1.vi


18

第二章 PDLC 基本光學原理

聚合物液晶混合薄膜(Polymer-Dispersed Liquid Crystal，

簡稱 PDLC)，將液晶與聚合物單體(monomer)以適當比例混合，液

晶為具有正介電異向性(positive dielectric anisotropy， 0>Δε )

向列相液晶，聚合物濃度通常在 20% ~ 80%以上，薄膜中有球狀的

液晶顆粒懸浮於 polymer matrix 中。如圖下所示。

Fig.2-1 PDLC 薄膜中液晶顆粒散佈在聚合物中之情形（0.1mW）

製作 PDLC 的方法主要分為二類： (1)相分離 (phase

separation) ； (2) 填入膠囊 (encapsulation) 又稱 Nematic

Curvilinear Aligned Phase (NCAP)，一般常使用相分離法，而

相分離法又可分為三種：(a) Polymerization induced Phase


19

Separation (PIPS)：利用聚合反應；(b) Thermally induced Phase

Separation (TIPS)：將液晶與聚合物混合溶液冷卻至某一不相容

臨界點以下；(c) Solvent induced Phase Separation (SIPS)：

將液晶與聚合物混合溶液中的溶劑蒸發。PIPS 的方法是一般較為

常用的方法，本實驗即是利用此方法製作。PIPS 隨時間聚合硬化

的過程可如 Fig.2-2 所示，將液晶和聚合物單體(monomer)混合成

均勻的溶液(homogeneous solution)，其中還添加了少許起始劑

(initiator)或催化劑(catalyst)，在適當的外界作用下（如光照

或加熱）會引起聚合反應，液晶分子的溶解度隨著聚合程度增加

而減小，當溶解度小於某一臨界值產生相分離形成液晶顆粒，這

些 droplets 逐漸生長增大，直到 polymer 完全硬化並凍住

(gelation) droplet 為止。

homogeneous solution

droplet formation

droplet purification

Time

mix immiscibility gelation final set

Fig.2-2：PIPS 隨時間聚合硬化的過程


20

PDLC 薄膜在沒有外加電場下，如 Fig. 2-3 所示，每個液晶顆

粒內的液晶分子如同向列相液晶一般，會平行偏向於某一個方

向，不過，不同液晶顆粒的分子排列偏向則不盡相同，所以 PDLC

薄膜感受到的光折射率（optical indices）會隨著液晶顆粒內分

子導軸偏向的不同而不一樣，在聚合物和液晶顆粒的交界面上形

成折射率不連續的邊界，這些顆粒便會造成光的散射（light

scattering），此時的 PDLC 薄膜呈現不透明的狀態。在適當的外

加電場的作用下，顆粒中的液晶分子會重新轉向，此時，每一個

顆粒中的液晶分子導軸都轉向成和電場方向平行（因為使用 0>Δε

的液晶），垂直的入射光，不論其偏振方向為何，感受到所有的液

晶顆粒的折射率均為 no，若選擇的聚合物折射率 np等於 no，則光

感受到液晶顆粒和聚合物的折射率是一致的，光將不會被散射，

PDLC 薄膜會成透明的狀態。將電場移去，則 PDLC 薄膜會再回復到

不透明狀態。


21

Fig.2-3 PDLC 薄膜的工作原理

PDLC 的光電特性取決於材料的選擇，即液晶與聚合物的光學

（折射率）與力學性質（密度、黏滯性、互溶度等）是否匹配。

對於相同材料而言，液晶顆粒的大小也將影響 PDLC 薄膜的光學性

質，如對比度、起始電壓 Vth、反應時間等。而影響液晶顆粒大小

的主要因素有：聚合反應的速率、液晶與聚合物的密度比、液晶

與聚合物的黏滯性、以及液晶與聚合物的互溶度等。在我們的實

驗中，是由光照（氬離子雷射）促使光啟始劑受到激勵而觸發聚

合反應的進行，所以在相同材料下，聚合反應的速率可由光強度

和光啟始劑的數量決定，此外，本實驗的樣品還有添加染料

G-206，G-206 為一種賓主效應染料(guest-host dye)同時也是二

(a)無外加電場

（不透光）

(b)一適當外加電場

（透光）

np no

ne

np no

ne

V


22

色性染料(dichroic dye)，會吸收氬離子雷射光，也會使得聚合

反應的速率變慢。

添加染料(dye)在 PDLC 薄膜裏，最佳的情形是染料分子完全

溶在液晶顆粒中，僅有少量殘存在硬化的聚合物中，如 Fig. 2-4

所示，在無外加電場時，橢球的長軸近平行基材表面而凌亂的散

佈著，染料分子在在液晶顆粒中沿著液晶長軸方向排列，但不同

液晶顆粒間分子排列並無特定取向，所以光線垂直入射時可強烈

的被吸收且與偏振無關。當外加足夠大的電場使液晶和染料分子

一起偏轉而垂直基材表面排列時，此時垂直入射的光線較少被吸

收，且吸收的程度也與入射光偏振的方向無關。

Fig.2-4 染料添加在 PDLC 薄膜中


23

第三章 PDLC 光電量測結果

＊實驗儀器

a. He-Ne 632.8nm

b. 衰減 20log(0.1x2.5)

c. Detector 滿格電壓大約 13V，衰減後大約為 8.75~9.00V

d. 電壓放大器２０X (0~1MHz)

e. PDLC : (1)0.1mW、1mW、5mW，NOA:E7=4:6

(2)1mW，NOA:E7=4:6

NOA:E7=5:5

NOA:E7=6:4

NOA:E7=7:3

NOA:E7=8:2


24

3.1 不同照光強度大小的 PDLC 之光透射度動態變化

0 度 0.1mW 1mW 5mW

Max 5.156 6.326 6.86

Min 1.502 2.018 1.4408

對比度 3.134787 3.134787 4.761244

表.3-1 各種不同照光強度之亮、暗態、對比度

上升曲線

0

2

4

6

8

0 10 20 30 40

施加電壓(V)

相對

電壓

(V)

0.1mW

1mW

5mW

Fig.3-1 各種不同照光強度之上升曲線 (NOA 0.4)


25

0度入射不同Q0 PDLC 亮、暗態比較

0

1

2

3

4

5

6

7

8

0.1 1 5

製作 sample 照光強度 (mw)

穿透

度

亮態趨勢線暗態趨勢線

Fig.3-2 各種不同照光強度之亮、暗態之比較 (NOA 0.4)

0度入射不同Q0 對比度比較

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

0.1 1 5


對比

度

趨勢線

Fig.3-3 各種不同照光強度之對比度 (NOA 0.4)


26

0.1mW 1mW 5mW

起始電壓 3.6 4.7 4.8

表.3-2 各種不同照光強度之起始電壓

0度入射不同Q0 PDLC 起始電壓比較

0

1

2

3

4

5

6

7

8

0.1 1 5


起始

電壓

趨勢線

Fig.3-4 各種不同照光強度之起始電壓 (NOA 0.4)


27

0.1mW 1mW 5mW

Vsat 5.087317 6.251191 6.818516

表.3-3 各種不同照光強度之飽和電壓

不同強度之飽和電壓

0

2

4

6

8

0.1 1 5照光強度(mW)

Vsa

t

數列1

Fig.3-5 各種不同照光強度之飽和電壓 (NOA 0.4)


28

3.2 不同濃度之 PDLC 的光透射度動態變化

上升曲線

0

1

2

3

4

5

6

7

8

0 10 20 30 40

施加電壓(V)

相對

電壓

(V) N4

N5

N6

N7

N8

Fig.3-6 各種不同濃度比例之上升曲線

0 度 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 (NOA)

Max 4.233553 5.282 4.8062 5.998 7.55

Min 0.492501 1.186 0.5614 3.522 7.478

對比度 8.59603 4.453626 8.561097 1.70301 1.009628

表.3-4 各種不同角度之亮、暗態、對比度


29

0度入射不同濃度 PDLC 亮、暗態比較

0

1

2

3

4

5

6

7

8

0.4 0.5 0.6 0.7 0.8


穿透

度

亮態趨勢線暗態趨勢線

Fig.3-7 各種不同濃度比例之亮、暗態之比較

0度入射不同濃度 PDLC 對比度比較

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

0.4 0.5 0.6 0.7 0.8

NOA 濃度

對比

度

趨勢線

Fig.3-8 各種不同濃度比例之對比度


30

0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 (NOA)

起始電壓 3.05 4.1 2.1 6.9 ?????

表.3-5 各種不同角度之起始電壓

0度入射不同濃度 PDLC 起始電壓比較

0

1

2

3

4

5

6

7

8

0.4 0.5 0.6 0.7 0.8

NOA 濃度

起始

電壓

趨勢線

Fig.3-9 各種不同濃度比例之起始電壓


31

0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 (NOA)

Vsat 4.172867 5.23922 4.772324 5.998 7.55 (Nov/05)

表.3-6 各種不同角度之飽和電壓

飽和電壓

0

2

4

6

8

0.4 0.5 0.6 0.7 0.8

NOA

Vsa

t

飽和電壓

Fig.3-10 各種不同濃度比例之飽和電壓


32

3.3 不同入射角對其 PDLC 之影響

0.1mw PDLC 各角度入射光穿透度

0

1

2

3

4

5

6

0 5 10 15 20 25 30 35

PDLC 加電壓(volts)

相對

穿透

度

0

15

30

45

60

Fig.3-11 各種不同入射角之上升曲線圖 (NOA 0.4、0.1mW)

0.1mw PDLC 各角度入射光對比度

0

1

2

3

4

5

6

7

0 15 30 45 60

入射光角度 (deg)

對比

度

對比度曲線

Fig.3-12 各種不同入射角之對比度比較 (NOA 0.4、0.1mW)


33

1mw PDLC 各角度入射光穿透度

0

1

2

3

4

5

6

7

8

0 5 10 15 20 25 30 35

PDLC 加電壓 (volts)

相對

穿透

度

0

15

30

45

60

Fig.3-13 各種不同入射角之上升曲線圖 (NOA 0.4、1mW)

1mw PDLC 各角度入射光對比度

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

5

0 15 30 45 60


對比

度

對比度曲線

Fig.3-14 各種不同入射角之對比度比較 (NOA 0.4、1mW)


34

5mw PDLC 各角度入射光穿透度

0

1

2

3

4

5

6

7

8

0 5 10 15 20 25 30 35

PDLC 加電壓 (volts)

相對

穿透

度

0

15

30

45

60

Fig.3-15 各種不同入射角之上升曲線圖 (NOA 0.4、５mW)

5mw PDLC 不同角度入射光對比度

0

1

2

3

4

5

6

7

0 15 30 45 60


對比

度

對比度曲線

Fig.3-16 各種不同入射角之對比度比較 (NOA 0.4、５mW)


35

3.4 同一照光強度，不同濃度比例，各個入射角對其之變化

0.4 0 15 30 45 60

MAX 3.739352 3.73183 3.474705 2.54256 1.671932

MIN 0.348333 0.341298 0.244505 0.19672 0.124956

對比 10.73499 10.93423 14.21118 12.92479 13.38016

表.3-7 各種不同角度之亮、暗態、對比度 (NOA 0.4、1mW)

4:6

0

1

2

3

4

0 15 30 45 60

degree

Vol

tage Max

Min

Fig.3-17 不同角度之亮、暗態 (NOA 0.4、1mW)


36

NOA0.4濃度 PDLC 不同角度入射對比度

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

0 15 30 45 60


對比

度

趨勢線

Fig.3-18 不同角度之對比度 (NOA 0.4、1mW)

0.5 0 15 30 45 60

MAX 4.681889 4.751133 4.442544 3.640462 2.558218

MIN 0.996457 0.954101 0.820756 0.610274 0.372631

對比 4.698534 4.979699 5.412744 5.965289 6.865281



37

5:5

0

1

2

3

4

5

0 15 30 45 60

degree

Vol

tage Max

Min



0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

0 15 30 45 60


對比

度

趨勢線



38

0.6 0 15 30 45 60

MAX 5.113354 5.635293 5.477768 4.630307 3.332098

MIN 0.386778 0.475572 0.364321 0.262841 0.197922

對比 13.22038 11.84951 15.03554 17.61641 16.83542


6:4

0

1

2

3

4

5

6

0 15 30 45 60

Degree

Vol

tage Max

Min



0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

0 15 30 45 60


對比

度

趨勢線



39

0.7 0 15 30 45 60

MAX 4.985396 4.804062 4.841199 4.435112 3.843037

MIN 4.576922 4.727347 4.679554 4.258097 3.575236

對比 1.089246 1.016228 1.034543 1.041571 1.074904


7:3

0

1

2

3

4

5

6

0 15 30 45 60

Degree

Vol

tage Max

Min



40


0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

0 15 30 45 60


對比

度

趨勢線


0.8 0 15 30 45 60

MAX 6.418455 6.629008 6.35003 6.089349 4.973772

MIN 6.348765 6.347256 6.055864 5.833738 4.753322

對比 1.010977 1.04439 1.048575 1.043816 1.046378



41

8:2

0

1

2

3

4

5

6

7

0 15 30 45 60

Degree

Vol

tage Max

Min



0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

0 15 30 45 60


對比

度

趨勢線



42

第四章結果與討論

由以上圖表與數值我們可以觀察到

4.1 依不同照光強度 (0.1mW、1mW、5mW)

使用 NOA 0.4 (此為與液晶之比例)、正視的角度（0∘）和不

同照光強度 ( 0.1mW、1mW、5mW )。

由測量可得知，照光強度可以影響顆粒大小，而顆粒大小所

含的液晶分子會影響轉動，光照強度越大產生較小的顆粒，即為

促使液晶分子轉動的起始電壓即越大，可以有較高的對比度；以

及，照光強度越大則起始電壓也隨之增加；比照其照片，可以發

現強度大的顆粒小，內含有的液晶分子也少，則扭轉之起始電壓

也跟著大，反之則相反。

4.2 依不同濃度

使用照光強度 1mW、NOA 0.4、NOA 0.5、NOA 0.6、NOA 0.7

以及 NOA 0.8(此為與液晶之比例)。

由不同濃度測量結果可得知 NOA 0.4、NOA 0.6 的對比度極大，

則 NOA 0.7 以上則呈現對比度低，其亮、暗態呈現不明顯，值得

注意的是 NOA 0.5 對比為 NOA 0.4、NOA 0.6 的一半，比照使用顯

微鏡所拍出的照片，其顆粒大小不一，且顆粒不均勻，猜測是否


43

為雷射光只打入聚合物中或是因為 NOA 0.5 所形成不均勻顆粒大

小，對 He-Ne 雷射 632.5 nm 的波長繞射有關。將其樣品打入其不

同五點入射光，測量結果並無太大改變，此一特點值得去探討。

4.3 依不同角度 (0∘、15∘、30∘、45∘、60∘)

使用 NOA 0.4 比例、不同照光強度 ( 0.1mW、1mW、5mW )、

不同角度( 0∘、15∘、30∘、45∘、60∘)

照光強度小，顆粒則大，對其入射光的各個角度之對比度起

伏不大趨於平緩；反之，照光強度越大，顆粒則小，其入射光的

的各個角度之對比度有起伏。由此可知，照光強度越小，則各個

角度之對比度並無太大差異；反之，可有三個不同強度圖表看見，

照光強度越大，其對比度會隨角度越來越大。

4.4 同一強度、不同濃度、不同角度 (1mW)

使用同一個照光強度 1mW、不同濃度比例 NOA 0.4、NOA 0.5、

NOA 0.6、NOA 0.7 以及 NOA 0.8(此為與液晶之比例)、角度取其

(0∘、15∘、30∘、45∘、60∘)

由圖可知，NOA 0.4 與 NOA 0.6 在各個角度其對比度均為較

大，而 NOA 0.7、NOA 0.8 則對比度極低，可知道光進入時，因液


44

晶比例少，並無出現散射。

在每個角度均可得知，角度越大其對比度趨低。

4.5 亮、暗態與對比度之關係

由以上之實驗數據和圖表發現，所有的對比度皆與暗態值有

關。所謂對比度是由亮態值平均值除以暗態平均值。設法降低分

母的暗態值會改變其對比度大小。

4.6 PDLC 顯微照片比對

NOA0.4

0.1mW 1mW 5mW Fig.4-1 PDLC 放大照 ( NOA0.4，0.1mW、1mW、5mW )

1mW

NOA0.4 NOA0.5 NOA0.6


45

NOA0.7 NOA0.8 Fig.4-2 PDLC ( 1mW，NOA0.4~NOA0.8 )

第五章未來展望

量測系統可以簡化許多使用者量測造成的誤差，也不用跟以

往一樣手動量測，大大提升了方便性以及準確度。此一量測系統

利用 GPIB 方式溝通數位多功能電表、信號產生器。接下來可以再

連接步進馬達控制樣品的角度，或是控制偏光鏡旋轉等等。利用

其特點，將是一個未來所要再邁進的系統。

我們曉得此材料還有許多需要其改進的地方，尤其是需要大

電壓才可以驅使液晶分子轉動，這個並不是符合低耗電的條件。

我們可以利用其照光強度來改良其顆粒大小；或是改變其聚合物

與液晶的比例，找出呈現最佳化之對比。

PDLC 的主要優點是不需要偏振片，成本低，而且容易製作，

另一種優點是可以與各種透明電極一起使用。可見預期其顯示裝

置將會商業化，例如汽車的天窗、隱密性強的窗戶等等。


46

第六章參考文獻

[1] 蕭子健、儲昭偉、王智昱，LabView 基礎篇第三版，高立圖書

有限公司

[2] 范筠欣，液晶－聚合物混合薄膜聚合反應之動態研究，國立

成功大學物理研究所碩士論文

[3] 盧燕玲.李俊毅，界面活性劑於高分子分散液晶薄膜之應用

The Application of the Polymer-Dispersed Liquid Crystal

Films doping surfactant，國立臺灣科技大學纖維及高分子

工程所

[4] 黃素真，液晶顯示器，《科學發展》2002 年 1 月，349 期，

30～37 頁(pdf 檔)

[5] Agilent 34401A 使用手冊萬用電表

[6] Agilent 33220A 20MHz 函數／任意波形產生器

[7] LabView 基礎程式設計及應用，林穀欽，全華出版社，

９２年六月

[8] 圖控式程式語言：LabVIEW，謝勝治，全華出版社，８９年

八月

誌謝

承蒙指導教授－莫定山老師在這一年來的專題實務學習過程中

給予了求知與研究態度等方面的指導，使有機會進入此光電與液晶領

域，更得到學業以外的寶貴的經驗；此外，更要感謝一剛開始引領進

入實驗室的葛聰智老師，在此謹致由衷的敬意與謝意。

感謝在這一年時光中實驗室的伙伴們，王建達學長、吳聲廣學長

在樣品製作以及實驗過程中的協助及指導；同窗典民、玳慶、智國和

家豪的不斷幫忙，才能夠完成此專題。

最後，感謝同窗四年最要好的同學和組員，右宸(阿勇)、成裕(包

子)、宗諺，因為大家的相互協助以及互相的激勵得以順利完成此學

業。在此，把這喜悅永遠分享給大家，願大家都能將這愉悅心情永遠

持續不斷。

右宸、成裕、宗諺

2006/5/19

III

1封面和側邊2同意書3目錄(2)4摘要5圖表索引6本文誌謝

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電子工程系四技部ir.lib.ksu.edu.tw/bitstream/987654321/2156/15/專題...介面整合控制，並自動讀取量測數據及送出控制訊號。...

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