[发明专利]制造液晶电光组件的方法

说明书

本发明提供一种制造液晶电光组件的方法，以非接触方式来进行液晶配向，提供密封在液晶电光组件中的液晶分子达到稳定配向，致使液晶分子在稳态时具有定义的预倾角，从而能预防液晶在外加场趋动态时因反向倾斜所导致的缺陷。该方法包含：提供一光学单元，该光学单元包括一中空空间；注入液晶混合物至该中空空间；以及施加一梯度场至该液晶混合物，其中该梯度场的强度呈现一梯度分布。

技术领域

本发明涉及一种制造液晶电光组件的方法，尤其是涉及一种以非接触方式来进行液晶配向，提供密封在液晶电光组件中的液晶分子达到稳定配向的效果，致使液晶分子在稳态时具有定义的预倾角，从而能预防液晶分子在外加电场趋动态时因反向倾斜所导致的缺陷发生。

背景技术

要将液晶(liquid crystal，LC)材料与中空光纤、光子晶体或封闭结构做结合来开发新颖的电光组件时，会面临无法在中空孔柱内有效控制液晶分子成稳定排列的难题，使得液晶分子在有外加电场的情况下会有配向缺陷的向错线(disclination line，亦可称作不连续线)发生，此缺陷会严重造成光散射损失。而发生缺陷的原因乃中空圆柱体的封闭表面是无法进行摩擦处理(rubbing process)的，所以局限在一未经摩擦处理的封闭圆柱体(或结构体)中的弹性体液晶分子是无法得到一稳定且一致的排列方向，且液晶分子在封闭孔隙内的取向(orientation)机制相当复杂，并非如传统液晶胞(liquid-crystal cell)的方形结构体中的单纯；因此，配向缺陷问题严重地限制了液晶光纤或电光组件的开发。

在中空光纤或光子晶体的圆柱孔壁上，由于无法在圆柱腔壁上进行摩擦配向处理来提供液晶分子一首选的方向(preferred direction)，以致热扰动会造成液晶分子的光轴方向不在一稳定方向上，故当一电场外加于液晶(光纤)组件时，将可能造成液晶分子会往两个不同的方向转动并倾斜，以致在反向倾斜的两个区域间的边界发生取向缺陷，如图1所示。在图1中，在光学单元11中，电源19驱动上电极18a及下电极18b在其间产生电场施加于液晶混合物13，使得液晶分子13a转向倾斜而造成反向倾斜区域，导致向错线的发生。此缺陷导致与周围的液晶分子间有折射率差异而形成界面，故将导致液晶或光纤组件的光信号损失、以及光学特性的劣化。因此，将限制液晶光纤或电光组件的应用范围。

液晶分子的排列状态对光纤组件的光传播特性有着显著的影响。为改善液晶光纤组件的光学特性，必先解决液晶分子的反向倾斜的取向缺陷问题。然而，因灌注在中空光纤内的液晶分子排列方式受到许多因素所影响，例如液晶弹性常数、液晶介电各向异性、液晶分子的偶极矩和刚性、液晶和玻璃的表面张力、玻璃空气柱管壁的平整度、以及缺陷的存在与否等参数。因此，液晶分子在圆柱孔中的排列相当复杂。

液晶分子在圆柱孔中常见的排列有平行于光纤轴向的平行排列(planar-aligned)、与扩张排列(splayed-aligned)。由于扩张排列的液晶分子没有临界电压(Fredericks transition threshold)，不会有如平行排列的液晶分子因反向倾斜所生的区块缺陷(reverse tilt domain defects)。因此，现有文献中提出要避免区块缺陷的产生，则必须选用光配向技术或使用可在中空光纤中呈现扩张排列的液晶材料(如双频液晶或负型液晶)，如此将限制液晶材料的选择性。此外，负型液晶材料的介电异向性(Δε)较正型液晶为小，故其阈值电压(threshold voltage)较高。