聚合物(polymer)是由大量重複的分子單體(monomer)組成的,使用上,會將單體預先聚合成雙體或多體,調製成溶液,以預備做進一步的聚合,稱為 pre-polymer。這種溶液可透過刺激,例如紫外光照而聚合,此過程稱為光聚合(photo-polymerization)。
當我們將 pre-polymer 與液晶混合後,再照以UV光,則光聚合發生時,聚合物將會與液晶分離 (變得不互溶),這個過程稱為相分離(phase separation)。
使用低濃度 (~5 wt%) 的單元 (稱為Polymer-stabilized)
在低濃度下,由於液晶原本就有自己的排列(自組裝,self-organization),因此在單元聚合後,聚合物會產生特定的結構,以增加聚合時液晶狀態的穩定性。下以向列型與膽固醇型為例。
在水平配相(homogeneous)的向列型液晶中,若在通電壓的情況下(homeotropic)進行光聚合,則聚合物的排列將垂直基板,而使得液晶由水平切換至垂直更為簡單,達到降低驅動電壓、縮短響應時間的效果。
在膽固醇液晶中若於散射態(focal conic)時進行聚合,則切換至散射態所需的時間將更短。
若於膽固醇液晶的藍相進行固化,則將液晶洗去後,再通以向列型液晶,亦可形成藍相。
使用高濃度 (>10 wt%) 的單元 (稱為Polymer-dispersed)
在高濃度下,相分離時聚合物會將液晶包覆,而形成液晶球。
使用低流動性的單元 (PSCOF)
若所選用的液晶可吸收使用的紫外光波長 (如E7),則靠近玻璃面聚合程度將遠高過內部,因而可適當調配使僅有表面的高分子聚合;再配合以液晶的流動性大於單元的流動性,便可不包覆住液晶,而產生薄聚合層。
此法可用來縮小液晶盒的厚度,其中單元的濃度將與聚合層的厚度呈正比。
關於閾值電壓的討論
雖然使用聚合物固化可使液晶在不同態的切換更為容易(降低液晶本身需要的閾值電壓),或降低液晶層厚度,但因為聚合物會分散部分的電壓,因此有可能使實際上需要通以電極的電壓更高。
參考文獻
[1] Introduction to Polymer Stabilized Liquid Crystals
[2] PSCOF study, Jian-Zhang