액정 배향막의 배향 안정성 평가 및 광시야각화용 수직-수평 혼합 배향막에 관한 연구

김동국 서강대학교 대학원 1999 국내석사

MVA (Multi-domain Vertically Aligned) 모드에 적용될 수 있는 새로운 광시야각화 (廣視野角化)용 수직-수평 혼합 배향막을 도입하였다. 액정의 수직 배향을 유도하는 배향막 (homeotropic alignment layer)으로서 (polyimide, PI) / [poty(vinyl cinnamate), PVCi] 블렌드를 사용하였으며, 이를 수평 배향막 (homogeneous alignment layer) 위에 스핀 코팅하여 PVCi 도메인을 수직 배향막 안에 균일하게 형성시킨 후 특별한 표면 처리로 PVCi 도메인을 제거함으로써 수 ㎛ 크기의 수평 배향 도메인을 포함하는 수직 배향막을 얻을 수 있었다. 제조된 배향막과 시험셀을 각각 AFM (Atomic Force Microscope)과 편광 현미경으로 관찰한 결과 수직 배향막 가운데 직경 수 ㎛ 크기의 수평배향 도메인이 균일하게 형성되어 있음을 확인하였으며, 시야각 측정 결과 편광축과 45˚방향에서 광학 보상필름 없이 일반적인 VA 모드보다 ±10˚정도의 상당한 시야각의 개선이 이루어졌다 (±30˚이상, 대비비 10:1 유지기준). 한편, 액정 배향의 메카니즘을 규명하기 위해 배향재의 종류 및 러빙 강도에 따른 배향막의 모폴로지와 표면장력, 선경사각의 변화를 비교하였으며, 액정상과 배향막 사이의 계면층과 러빙 영향을 고려한 등가회로(equivalent circuit)를 도입함으로써 LCD의 장기적 안정성에 영향을 주는 불순 이온의 생성 정도를 손쉽게 가늠할 수 있었다. 러빙에 의해 배향막 표면에 미세한 굴곡이 생김을 확인하였고 러빙 강도가 커질수록 배향막의 표면장력의 극성값 (γ_(p))이 증가하고 선경사각이 작아짐을 알 수 있었는데, 이러한 원인은 액정의 배향이 PI 구조에 의해 결정되기도 하지만 극성 러빙천에 의해 PI의 극성 작용기는 electronic attraction을 일으켜 주쇄 바깥쪽으로 일어서고 비극성 측쇄들은 steric repulsion을 일으켜 주쇄 안쪽으로 눌려지기 때문으로 생각된다. Homeotropic-homogeneous hybrid alignment layer system which can be employed in MVA (Multi-domain Vertically Aligned) mode was introduced. A polyimide (PI) and [poly(vinyl cinnamate), PVCi] blend was used as a homeotropic alignment layer and it was spin-coated on the homogeneous alignment layer. By controlling blending ratio and spinning condition, we could obtain microphase separated domains of PVCi. After soaking the sample in a special solvent, PVCi was dissolved out and homogeneous domains were uniformly distributed over the homeotropic layer, which was observed by using an atomic force microscopy and an optical polarizing microscopy. The viewing characteristics of test cells made with the hybrid double layer for alignment showed that the contrast ratio of LC cells, along the direction of 45˚to one of the polarizers, was about 10:1 up to ±30˚without any compensation film. In addition, to investigate the mechanism of LC alignment, the surface tension of alignment layers and their morphologies were compared upon rubbing. As rubbing density increased, the surface polarity of PI increased and pretilt angle decreased. It's considered that electronic attraction / steric repulsion between polar rubbing velvet and polar / non-polar side chain of PI play a key role in interfacial properties. Moreover, by introducing equivalent circuit which considered rubbing effect and interfacial region between LC phase and alignment layer, we could measure the variations of capacitive component resulted from impurity ions.

(A) study on the structural modifications of polyimide alignment film for improving reliability and black picture quality characteristics of in-plane switching mode liquid crystal display

Lee, Taerim Graduate School, Yonsei University 2019 국내박사

본 연구에서는 현대의 디스플레이(display)기술 중 가장 상업적으로 안정화되어있는 액정디스플레이 기술 중의 하나인 수평배향모드(mode) 액정디스플레이의 화질특성을 개선하기위한 이론적, 실험적인 연구를 진행하였다. 수평배향모드 액정디스플레이는 최근 양산되고있는 다른 광시야각 액정디스플레이모드에비해 화질특성이 매우 뛰어난 디스플레이로 잘 알려져 있다. 하지만, 이러한 우수한 화질특성대비 디스플레이의 화질평가항목중 중요한 항목으로 고려되는 명암비, 시야각의 블랙(black) 화질특성, 잔상특성에 있어서는 타 광시야각모드대비 상대적으로 취약한특성을 가지고 있어, 이에 대한 개선이 지속적으로 요구되고있다. 이러한 우수한 화질특성이 타 광시야각모드 대비 수평으로 배향이된 액정을 이용한다는 모드를 사용한다는 차별화점에의해 나타나지만, 동시에 이러한기술에의해 고유의 화질열화특성을 가지고 있음이 지속 확인이 되어왔으며, 본연구에서는 수평배향모드디스플레이의 액정배향특성 관점에서 주요 화질열화특성과의 상관성을 찾기 위한 이론적인 접근을 시도하였으며, 이러한 이론적인 상관성이 확인되었음에 근거하여, 배향특성관점에서의 개선안을 도출하는 연구를 수행하였다. 먼저, 정면에서의 명암비특성은 수평배향모드에서의 정면명암비를 저해하는 기술적 요소를 분리하여, 이러한 저해요소중 배향관점의 기여도를 실험과 시뮬레이션(simulation)을 통해 정의하고, 이러한 현상이 왜 나오는지에 대한 원인을 마이크로(micro)한 배향면의 액정방향의 미세불균일 현상과 상관이 있음을 새로운모델링(modeling)으로 해석하였으며, 이러한 배향불균일의 개선을 위해 배향막의 구조적인 특성을 결정화도와 연신특성의 관점에서 어떠한방법으로 설계하여야 되는지에 대한연구를 통해 결정화도가낮고, 연신특성이 높은 배향막의 설계구조가 이러한 배향면의 액정방향의 불균일 현상을 획기적으로 개선할 수 있음을 확인할 수 있었다. 두번째로 수평배향모드의 고질적인 문제인 단기적인 잔상특성과 장기구동에의한 신뢰성문제가 트레이드오프(trade-off)관계에있는이유로 인해 수평배향모드에서는 잔상과신뢰성을 동시에 구현하기 어렵다는 난제에 대해서 배향막과 단,장기구동환경의 상관성을 규명하려는 시도를 진행하였으며, 이러한 원인을 배향막의 불순물 특성과 단위막의 저항특성에서 기인함을 수평배향모드의 등가회로모델링을통한 전류축적, 소멸현상해석과 배향막의 불순물 측정을 통해 확인할 수 있었다. 이러한 해석에서 일반적으로 수평배향모드에서 사용하고있는 폴리아믹에시드(polyamic acid)타입의 배향막은 단,장기구동관점에서 액정셀(cell) 내에 축척되는 직류전류를 빠르게 소멸시키나 불순물의양이 높은 이유에 의해 장기적인 구동에서 신뢰성이 취약함을 확인하였으며, 반대로, 솔루블폴리이미드(solublepolyimide) 타입의 배향막은 단,장기 구동관점에서 액정셀내에 축척되는 직류전류를 빠르게 소멸하지 못하나,높은 이미드(imide)화율에 기인한 낮은 불순물양을 가지는 특성에 기인해서 높은 장기구동신뢰성과 나쁜 단기적인 잔상특성을 나타냄을 추가로 확인할 수 있었다. 나아가 이러한 현상을 개선하여 높은 신뢰성과 좋은 잔상특성을 동시에 확보할 수 있는 방법을 도출하기 위해 솔루블폴리이미드타입의 배향막의 막내에 메탈릭솔트(metallicsalt)를 도입하는 연구를 수행하였으며, 이를 통해 낮은 불순물 특성을 유지하면서, 저저항을 나타낼 수 있는 새로운 배향막을 개발하였으며, 이러한 새로운 배향막도입을 통해 고잔상, 고신뢰성을 동시에 확보할 수 있는 새로운 방법을 도출할 수가 있었다. 마지막으로 대각시야각에서의 블랙(black)화질 특성의 저하 원인을 편광광학적 해석에 근거하여, 이론적인 원인이 수평배향모드의 광이동경로에서 발생하는 위상지연특성에서 기인하는 고유한 현상임을 재확인하였으며, 이와함께 액정배향면의 선경사각이 이러한 특성을 더 악화시킴을 확인할 수 있었다. 러빙(rubbing)방식의 수평배향모드에서 기존에 어려운것으로 알려져있던 선경사각의 감소를위해 첨가제를 배향막구조에 도입하는 연구를 수행하였으며, 이를 통해 러빙(rubbing)을 이용한 수평배향모드에서 0˚에 가까운 수준의 획기적인 선경사각을 형성할 수 있는 방법을 폴리머스테빌라이징(polymer stabilizing) 배향기술을 통해 구현할 수 있음을 새롭게 확인할 수가 있었다. 또한, 본 기술적용을통해 수평모드액정셀의 대각에서의 화질저하현상을 상당수준개선할 수 있음을 실험적으로 확인할 수 있었다. 결론적으로 수평배향모드 액정디스플레이의 고질적인 화질저하특성을 배향관점에서 해석하고, 또한, 이러한 해석에 근거하여 배향관점의 개선점을 찾아내기위한 배향막의 개선연구를 종합적으로 진행하였으며, 이를 통해 수평배향모드 액정디스플에이의 열위화질특성을 배향적인 개선만으로 상당수준개선할 수 있는 상용화 가능한 기술을 성공적으로 도출할 수가 있었다. Recent Liquid Crystal Display(LCD)picture quality characteristics are mainly evaluated by the characteristics of viewing angle, luminance, response time, contrast ratio and color reproducibility, which is why all LCD manufacturers and researchers are focusing on various studies to improve these picture quality characteristics. From the perspective of the major display quality characteristics, In-plane switching(IPS) mode LCD, which uses horizontally aligned Liquid Crystal(LC) mode technology has superior LC response time in the overall grayscale and accurate color representation at all viewing angle directions compared to other wide-viewing angle LC display modes(Vertically Aligned LC mode, Polymer Stabilized –Vertically Aligned LC mode and Wide Viewing –Twisted Nematic LC mode). However, despite these excellent picture quality characteristics, IPS LC mode display is still required for continuous improvement in contrast ratio due to a black level light leakage at front viewing angle relative to Vertically Aligned(VA) LC modes, and in diagonal viewing angle black luminance level due to high level light leakage generation at diagonal viewing angles, and in relative bad long term image sticking quality resulting from horizontally aligned LC direction caused by lower LC-alignment layer interaction relative to VA LC mode. So, improvement of these major weak point of IPS LCD’s picture quality characteristics has been enhanced continuously through technologies in various research fields(thin film transistor design, Cell design, circuit design, polarizing material, backlight optics, circuit driving scheme, and liquid crystal material) In this study, theoretical approaches have been tried to confirm the relationship between the fundamental causes of the three major weak picture qualities and LC alignment properties of IPS LC mode. and then, based on this fundamental approach, advanced new alignment technologies also have been tried to improve the three major weak picture qualities(contrast ratio, light leakage of black level at diagonal viewing angle, and, long-term image sticking) with material doping method, polyimide structure modification method and polymer stabilizing LC alignment method. Ultimately, based on the these new technical approaches, new LC alignment technologies for improving the major three weak picture qualities has been successfully completed.

Synthesis of Polyimides containing Diphenyl Ether Group and their Application to Alignment Film for Liquid Crystal Displays : 다이페닐 에테르그룹을 포함하는 폴리이미드의 합성과 액정디스플레이용 배향막으로써 그 적용

허노성 부산대학교 대학원 1998 국내박사

Polyimide계 배향막은 고온처리 등 디스플레이의 제조공정을 거치면서도 액정 배향특성이 유지되며 장시간 사용에도 물리·화학적 안정성이 좋은 장점을 가지고 있어 널리 사용되고 있다. 이 배향막을 연구하는데 있어서 합성기술과 러빙처리에 따른 배향막 표면의 특성분석이 필수적이다. 따라서, 본 연구에서는 diamine과 dianhydride를 NMP용매하에서 용액중합하여 polyamic acids를 합성한 후, ITO코팅된 유리표면 위에 스핀캐스팅하여 박막을 입히고 열적처리를 하여 이미드화시켰으며, 배향막의 배향을 위해서 러빙처리를 하고, 러빙처리 전후의 접촉각 측정을 통한 배향막 표면장력 변화를 harmonic-mean 방법으로 구했고, 2차 고조파 신호 (SHG) 분석을 통한 배향막 표면분자들의 방향성 분포를 검토해 보았고, polyimide의 반복단위구조를 컴퓨터 그래픽 프로그램 (CS Chem3D Pro)을 사용하여 3차원적으로 시뮬레이션함으로서 polyimide의 입체구조를 알아보았다. 그리고 그 입체구조와 프리틸트 각과의 상관관계를 분자간 상호 작용설을 근거로 하여 살펴보았다. 본 연구 결과에 대한 결론은 다음과 같다. 첫째, tricyclo[4.2.2.0]dec-9-ene-exo,endo 3,4:7,8-tetracarboxylic dianhydride (TCDDA) monomer를 합성한 후 FT-IR, ^(1)H-NMR, ^(13)C-NMR, 그리고 GC-Mass 분석기기로 분석하여 확인하엿고, polyamic acids를 열적처리하여 polyimide가 되는 것을 FT-IR로 확인하였고, 그리고 polyimide의 열적성질을 TGA로 분석한 결과 Td가 대기하에서 550∼600℃의 높은 열적성질을 가지고 있었다. 둘째, harmonic-mean 방법으로 계산된 샘플들의 표면장력을 보았을 때, 러빙처리 후에 배향막의 표면장력이 증가된 것을 볼 수 있는데, 러빙처리에 따른 polyimide 배향막 표면의 극성이 커졌기 때문이다. 극성도 (Xp)를 계산함으로써 위의 사실을 확인하였다. 셋째, 고분자 입체구조가 zigzag 구조인 polyimide, PMDA-BAB와 PMDA-BABP,는 러빙에 의한 표면분자의 방향성 배열이 helical 구조인 polyimide, PMDA-BABP와 PMDA-BAPHF, 보다 낮았다. 이것은 zigzag 구조의 고분자 체인들간의 용이한 packing에 의해, helical 구조인 것과 비교해볼 때, 러빙처리에 대한 상대적인 표면분자 유동성이 떨어진다고 볼 수 있다. 넷째, polyimide 반복단위구조내에 있는 propane 또는 hexafluoropropane 그룹의 입체장애효과로 helical 구조를 보이는 PMDA-BABP와 PMDA-BAPHF polyimide 배향막 표면장력이 낮게 나온 것도 높은 프리틸트 각을 가지게 하는데 영향을 미쳤다. 다섯째, 러빙깊이 0.5mm로 러빙한 경우, 프리틸트 각이 러빙깊이 0.3mm인 경우보다 낮게 나왔다. 이것은 러빙강도의 증가에 따른 전체 배향막 표면분자의 윤곽이 더욱더 완만하게 누웠다는 것을 알 수 있다.

편광법을 사용한 LCD 배향막의 광학이방성 정밀 측정에 관한 연구

이재흔 아주대학교 일반대학원 2007 국내석사

Requirements for larger size and higher quality in LCD panel are increasing according to the diffusing rate of the LCD, and such technology in LCD is depending on the primary alignment condition of the liquid crystal. It is the prerequisite for designing high-quality LCD that the state in arrangement of liquid crystal is uniform and has no defects. The simplest method to align liquid crystal is to rub coated polyimide on a glass substrate. The researches on the characteristics of rubbed layer are in progress by various methods now and for example, there is an optical method that use phase difference by propagation of light through the layer. But the layer complicated and has troublesome defects that the effect of interface layer between rubbed layer and glass substrate must be removed in order to get optical informations of rubbed layer by optical method. As this, a characteristics investigation of rubbed polyimide, that coated and glass substrate, was carried out to the optical method by reflection of light in this thesis. But it tried to get the expected result previously to experimentation and find out an optical system arrangement to satisfy the most suitable conditions through computer simulation first for measuring it sensitively by the reason that it is very difficult to check anisotropy of materials as birefringence of rubbed layer is so small. The most optimized optical system arrangement was computed by the model configuration Ⅱ of phase modulation system that makes an incident angle to 0 degree, and optic parameter(ψ,△,I_(s),I_(c)) appeared sensitively, it also showed the pattern of 180 degrees in a period to the axis of sample to have an anisotropy characteristics. To find out the pattern of 180 degrees in a period to rubbing axis, after getting I_(s), I_(c), by Fourier transform calculation from this measured data. On the basis of the result to be estimated by computer simulation, the actual optical system was prepared in the order of light source(He-Ne laser) that makes an incident angle of 15 degrees - beam expander 1/4λ retarder - polarizer - sample (rubbed layer) - PM(Phase Modulator) - photo detector, and light signal to be sensed through it was measured and analyzed by making use of GPIB communication to connect digital oscilloscope to computer. (at this time, Beam expander was installed for minimizing the wobble effect of stage.) According to the most optimized condition, each optical module consisted of azimuth angle of polarizer (P=π/4), azimuth angle of analyzer(A=π/2) and phase modulator(C=π/4) inside PM module. Light to be reflected after a light that passed through polarizer having an incidence to the samples by coming to be linear polarization and reacting to rubbed layer, make a generally elliptic polarization state. Using rotating stage system (0°∼360°) with rubbed PI layer we measure intensity of reflected beam to determine rubbing axis. When reflected light through PM module, piezoelectric modulating quartz oscillators inside of PM makes an oscillation and makes an orthogonal polarization state corresponding to reflected light polarization, and makes electric signal of light intensity, showed on the oscilloscope, to sinusoidal function. At this time, 50 kHz, the resonance frequency of 50 kHz is inputted using the function generator that is an optimized frequency of phase modulator. Clear triacetyl cellulose (CLR TAC) was measured on a preliminary test, for verification to the setting of the optical system. The graph of I_(s) showed clearly a pattern of 180 degrees in a period according axis as a result of measurement the CLR TAC sample by a high molecular substance having a comparative bigger retardation than rubbed polyimide layer. As a result, the rubbed layer was measured and analyzed after arrangement the same as the previous optical system. And then, in the rubbed layer, I_(s) showed the pattern of 360 degrees in a period to the axis, as different to measurement of CLR TAC. It is reason why it was interpreted that retardation(△nd=0.4nm) of rubbed layer is too small. But rubbed layer was measured again as turning rubbed layer, for verification that it is the effect by wobble or the information by sample itself to the data of I_(s) that showed a settled pattern. As the result, it showed and moved to 50∼60 degrees just as keeping the general graph pattern of I_(s) of rubbed layer, though the effect by wobble was mixed a little. The effect of rubbed layer could be confirmed, through the data that has a fixed I_(s) graph form, but here confirmation of the exact pattern of 180 degrees in a period of rubbed layer I_(s). Alignment of optical system more finely and exclusion to the effect of a very small wobble are the key point or core for confirming the pattern 180 degrees of rubbed layer I_(s). Rubbing axis of rubbed layer can be decided by the two maximum values of this I_(s). 최근 LCD의 보급률이 높아짐에 따라 대형화, 고품질화에 대한 요구가 증가하고 있으며, 이러한 LCD의 기술은 액정의 초기 배향상태가 어떠하냐에 따라 상당히 의존되고 있다. 고품질의 LCD를 설계하기 위해서는 우선 액정의 배열상태가 균일하고 결점이 없어야하는 것이 선결조건이다. 액정을 배향시키는 여러 가지 방법 중 가장 간단하고 일반적인 방법은 유리기판에 코팅된 폴리이미드(polyimide)를 러빙(rubbing)시키는 것이다. 현재 배향막에 대한 특성 연구는 여러 가지 방법으로 진행되고 있으며, 한 예로 빛의 투과에 의한 위상차를 이용한 광학적 방법이 있다. 그러나 투과형 광학적 방법으로 배향막의 광학적 정보를 얻기 위해서는 유리기판에 의한 효과와 배향막과 유리기판 사이 계면의 효과를 별도로 제거해야 하는 복잡함과 번거로운 단점이 있다. 이에 따라 본 연구는 유리기판위에 도포하여 러빙된 폴리이미드막의 특성 조사를 빛의 반사에 의한 광학적 방법으로 수행하였다. 그러나 배향막의 복굴절이 너무 작아 물질의 이방성을 확인하기에 상당히 어렵기 때문에 이를 민감하게 측정하기 위해 먼저 전산 시뮬레이션을 통하여 최적조건을 만족하는 광학계 배치를 찾아내고 실험에 대한 예상 결과를 미리 얻고자 하였다. 최적의 광학계 배치는 입사각을 0도로 하는 위상변조 타원계 방식의 Configuration Ⅱ 모델로 계산되었으며, 이를 통하여 예민하게 나타난 광학상수 Ψ, △, I_(s), I_(c) 는 이방성 특성을 가진 시료의 축에 대하여 180° 주기의 패턴을 나타내었다. 실제 실험적으로 측정하여 확인할 수 있는 물리량은 반사광 세기이며, 이러한 측정 데이터를 푸리에 계수 계산에 의해 I_(s), I_(c) 을 구하여 러빙축에 대한 180° 주기의 패턴을 찾는 것이다. 전산 시뮬레이션을 바탕으로 예측한 결과를 토대로 실제 광학계는 입사각 15°를 이루는 광원(He-Ne 레이저)-선속확대기(beam expander)-1/4λ위상보상판-편광자-시료(배향막)-PM(Phase Modulator)-광검출기(photo detector) 순으로 구성하였으며, 광검출기에 감지된 광신호는 디지털 오실로스코프와 컴퓨터를 연결한 GPIB 통신을 이용하여 측정 및 분석되었다. (이때, 선속 확대기는 상(stage)의 워블(wobble)에 의한 효과를 최소화하기 위하여 추가로 설치하였다.) 여기서 각 광학모듈은 최적조건에 따라 편광자의 방위각 P=π/4, PM모듈 내부의 검광자(A)와 위상변조기(C)의 방위각을 각각 A=π/2, C=π/4로 구성하였다. 편광자를 통과한 빛은 방위각 π/4 방향으로 선편광 되어 시료에 입사하여 배향막과 반응한 후 반사된 빛은 일반적으로 타원편광을 나타나게 된다. 배향막의 러빙축을 확인하기 위해 rotating stage 방식을 도입하여 배향막을 360도 회전시키면서 러빙축의 방위각에 따른 반사광 세기의 변화를 측정하였다. 여기서 반사된 빛은 PM모듈을 통과하게 되면 PM내부의 위상변조기(piezoelectric modulating quartz oscillators)가 진동하여 반사광 편광상태에 대응하는 직교편광상태를 발생시켜 오실로스코프에서 나타난 광세기의 전기신호를 사인함수(sinusoidal function)로 나타나게 된다. 이때 위상변조기를 최적으로 진동시키기 위해 이것의 공명주파수인 50kHz를 파형발생기(function generator)에서 입력하였다. 올바른 광학계 설치에 대한 검증을 위해 우선 예비실험으로 CLR TAC 을 측정하였다. CLR TAC 시료는 비교적 큰 위상지연(retardation)을 가진 고분자 물질로써 측정한 결과 전산시뮬레이션에서 예상했던 바와 마찬가지로 I_(s)는 축에 따른 180° 주기의 패턴을 명확하게 나타내었다. 이에 따라 위의 실험 광학계와 동일하게 배치한 후 배향막을 측정/분석하였다. 그런데, 배향막에서는 CLR TAC 을 측정했을 때와 달리 I_(s)는 축에 대하여 180°가 아닌 360° 주기의 패턴을 나타내었다. 이것은 배향막의 위상지연(△nd=0.4nm)이 너무 작기 때문인 것으로 판단하였다. 그러나 일정한 패턴을 나타낸 I_(s) 의 데이터에 대하여 워블에 의한 효과인지 또는 시료자체가 주는 정보인지 검증하기 위해 배향막을 50°~60° 회전시켜 다시 측정하였다. 그 결과 약간의 워블에 의한 효과가 섞였지만 배향막의 I_(s) 의 전체적인 그래프 패턴은 유지한 채 50°~60° 이동하여 나타났다. 여기서 배향막의 정확한 의 180° 주기의 패턴 확인은 어려웠으나, 일정한 I_(s) 그래프의 형태를 갖는 데이터를 통하여 배향막의 효과를 확인할 수 있었다. 보다 섬세하게 광학계를 정렬시키고, 극미세한 워블의 효과를 배제시키는 것이 배향막 I_(s)의 180° 주기 패턴을 확인하는데 관건이 되며, 이러한 I_(s)의 두 개의 최대값에 의해 배향막의 러빙축을 결정할 수 있다.

타원법을 이용한 LCD 배향막의 배향축 및 광학이방성 측정

변영섭 아주대학교 일반대학원 2008 국내석사

정보사회의 발달과 함께, 정보 미디어를 전달하는 표시 장치가 매우 중요한 역할을 해오고 있다. 평판 디스플레이는 공간 활용도 면에서 현재의 CRT가 갖고 있는 몇가지 어려운 문제를 해결하고 있다. 평판 디스플레이 중에서도 액정표시장치인 Liquid Crystal Display (LCD)는 높은 선명도 및 낮은 전력 소모면 등에서 다른 평판 디스플레이에 비해 장점을 보이고 있다. 최근의 LCD는 가정용 대형 TV 수상기로의 활용성이 부각되며 단순히 데이터 정보를 전달하는 디스플레이를 뛰어넘어 소비자의 감성적인 요구를 만족시켜야 하므로, 색감, 동화상 특성 등에서 기술적 수준 향상을 요구를 받고 있다. 이러한 LCD 화질개선의 한 방법으로 액정배열상태를 균일하게 하는 배향막에 대한 연구가 진행 중이다. 배향막의 배향 안정성과 그에 따른 액정 배향특성과의 관계 연구가 진행중이다. 배향막의 배향의 정도를 측정하는 방법으로는 AFM, SEM, XRD 등이 있지만 시료손상의 단점 뿐만 아니라 배향막의 배향축 결정 및 광학 이방성의 매우 정밀한 변화를 동시에 측정하지 못하는 단점이 있다. 또한 배향막의 광학이방성이 매우작아 기존의 측정방법으로는 위상지연값을 정밀하게 측정하기 매우 어렵다. 그래서 미지의 물질이나 두께가 매우 미세한 박막의 광학 특성 연구에 사용되온 타원법을 적용하여 시료의 손상 없이 광학적 특성을 정밀하게 측정 분석 하고자 하였다. 실험 및 분석에 사용된 시료는 러빙에 사용되는 조건 중 분당회전수 조건을 변경 (분당회전수 : 0~1200 RPM)하여 사용하였다. 본 연구에서는 유리 기판 위에 러빙된 폴리이미드 막의 광학이방성을 빛의 반사와 투과에 의한 광학적 방법으로 수행하였다. 첫 번째로 반사방식의 타원계를 사용하여 유리의 효과를 제거하여 실험을 진행하였다. LCD에서 이방성 측정을 위해 많이 사용되어온 위상변조기를 타원계에 도입하여 전자적인 방식으로 배향막을 측정할 수 있는 위상변조방식의 타원계와 기계적인 방식의 회전검광자 방식의 타원계를 제작하여 배향막을 측정 분석 하였다. 하지만 위상변조방식의 타원계에서 측정 분석한 결과 배향축 및 광학이방성을 찾을 수 없었다. 위상변조기의 고유전압과 주파수의 값을 정밀하게 찾아내는 것이 어려웠다. 반사형 회전검광자 방식의 타원계에서 배향축 및 광학이방성을 찾았으나 산포가 존재하였다. 이것은 배향막의 두께가 매우 미세하기 때문에 위상지연값을 정밀하게 측정하여 배향막을 찾는 것이 어렵기 때문이다. 그래서 두 번째 로 투과방식의 회전검광자 방식의 타원계를 사용하여 배향막을 측정 분석 하였다. 측정결과 반사형 위상변조 방식과 회전검광자 방식의 타원계에 비해 배향축 및 광학이방성이 매우 정밀하게 측정되었다. 이것은 600 RPM으로 제작한 시료를 같은 위치에서 10회 측정한 결과 표준편차가 배향축은 0.2°, 위상지연값은 0.002 nm 으로 나타나는 것으로 알 수 있다. 러빙세기는 폴리이미드의 특성을 변화시켜 위상지연값에 영향을 주게 된다. 실험결과 분당회전수가 증가함에 따라 위상지연값이 2차함수 모양으로 증가하다가 1000 RPM 이상에서 0.4 nm로 포화되었다. One way to improve the quality of LCD liquid crystal arrays uniformly state that studies are underway for Alignment layer. Alignment layer for stability and liquid crystal liquid crystal studies on the relationship between attributes aligned with the unique characteristics of the liquid crystal Alignment layer sort of uniform is required for improving the quality of information. How to measure changes in the sort of Alignment layer AFM, SEM, XRD, but the damage to the sample decision and the optical axis of Alignment layer issues and sincerity in this room, which measures changes in very precise as far as a problem that's not enough reflected type Phase Modulation Ellipsometer, reflected type and transmitted type Rotating Analyzer Ellipsometer want to use it. This research is a glass substrate on Rubbed Polyimide investigation plaques characteristics of light and reflections caused by tunneling optical methods to perform. Rubbed PI sample is used to change the terms of the use of RPM. PME production is reflective type. Polarizer, Analyzer search for certain angle, and fixed-finding PM's fixed-frequency modulation. RAE prodution is relflective type and transmitted type. intensity of light and Ellipsometry constants as a measure. RPM depending on the results of the experiment phase delay increases Retardation increases.

레이저 식각법을 이용한 LCD의 광시야각화용 수직-수평 혼합 배향막에 관한 연구

조영진 서강대학교 대학원 2001 국내석사

MVA (Multi-domain Vertically Aligned) 모드에 적용될 수 있는 새로운 광시야각화용 수직-수평 혼합 배향막을 도입하여 일반적인 VA 모드의 취약한 시야각 특성을 개선하였다. 액정의 수직 배향을 유도하는 배향막 (homeotropic alignment layer)을 수평 배향막 (homogeneous alignment layer) 위에 스핀 코팅한 후 KrF excimer laser를 photo mask를 통하여 조사함으로써 수 ㎛ 크기의 수평 배향 도메인을 포함하는 수직 배향막을 얻을 수 있었다. 제조된 배향막과 시험셀을 각각 AFM과 편광 현미경으로 관찰한 결과 수직 배향막 가운데 직경 수 ㎛ 크기의 수평 배향 도메인이 균일하게 형성되어 있음을 확인하였다. iso intensity contour와 iso contrast map을 통하여 시야각 특성을 분석한 결과 전체적으로 대칭적인 시야각 분포를 얻었고 특히, 편광축과 45°방향에서 광학 보상필름 없이 일반적인 VA 모드보다 ±20°정도의 상당한 시야각의 개선이 이루어졌다. (±30°이상, 대비비 10:1 유지 기준). Homeotropic-homogeneous hybrid alignment layer system which can be employed in MVA (Multi-domain Vertically Aligned) mode was introduced. In order to prepare a homeotropic-homogeneous hybrid layer with micro-domains, homogeneous polyimide (PI) was spin-coated on indium-tin-oxide glass plates and then cured to yield homogeneous layers. And then a solution of homeotropic PI was coated upon it. After curing, nonpolarized light from a KrF excimer laser at 248 nm irradiated through a photo mask to etch gratings of micro-domains onto homeotropic PI layer. LCD cells were assembled with rubbed hybrid layer and then a commercial liquid crystal was filled. The gap of each cell was 5 ㎛. Surface morphology of the hybrid layer with micro-domains was observed with an atomic force microscope (AFM) and an optical polarizing microscope. The viewing angle characteristics of the LCD cells were obtained using Autocronic DMS v5.14. The contrast of LC cells, made with the hybrid double layer, along the direction of 45°to one the polarizers, was about 10:1 up to ±30°without any compensation film.

LCD 배향막의 광학이방성과 비틀린 네마틱 셀 내 액정분자분포의 타원법 연구

조성용 아주대학교 2017 국내석사

LCD(Liquid Crystal Display)에서 배향막(alignment layer)은 액정분자의 배열상태를 결정짓는 주요요소이다. 배향막의 표면상태는 액정의 고정(anchoring)정도 및 분자배열과 관련하여 LCD패널의 명암비, 색조범위(color gamut), 시야각, 반응속도와 같은 주요특성들에 큰 영향을 끼친다. 러빙(rubbing)된 폴리이미드(polyimide, PI)는 배향처리가 용이하고 액정분자에 강한 고정 특성을 가져 LCD 산업에서 주로 사용되는 배향막이다. 러빙된 PI 표면의 평가는 주로 AFM(Atomic Force Microscopy)과 STM(Scanning Tunneling Microscopy) 같은 SPM(Scanning Probe Microscopy)방식으로 이루어졌다. 하지만 시료표면과의 직접적인 상호작용을 이용하는 SPM 방식은 측정속도가 느리다는 단점과 측정면적에 제한이 있으며 시료에 영향을 줄 수 있다. 이러한 SPM 방식의 측정이 지니는 단점들은 LCD 패널 생산현장에 배향막의 평가가 도입되지 못하고 있는 원인이 된다. 이에 비해 간접적 측정방법인 광학적인 방법은 이러한 제약들로부터 벗어날 수 있으나 광학적인 방법을 사용하여 러빙된 PI의 배향상태를 평가하기 위해서는 러빙된 PI의 광학이방성(optical anisotropy)을 측정하여야 한다. 광학적인 측정방법으로 러빙된 PI의 평가가 이루어지지 않았던 원인은 러빙된 PI가 0.1~0.3 nm 정도의 리타데이션(retardation) 즉 매우 작은 광학이방성을 가져 기존의 광학적 측정장비로 이를 측정하는데 한계가 있었기 때문이었다. 2015년 엘립소테크놀러지에서 0.002 nm의 리타데이션 측정 분해능을 가진 개선된 반사형 타원계(ellipsometer)가 개발되었는데 이는 러빙된 PI의 매우 작은 광학이방성을 측정하기에 충분한 정밀도를 확보한 것으로 받아들여졌다. 본 연구에서는 상기 개선된 반사형 타원계를 이용하여 러빙된 PI의 광학이방성을 연구하였다. 러빙조건에 따른 러빙된 PI의 광학이방성을 살펴보았고, 나아가 러빙된 PI를 배향막으로 사용한 비틀린 네마틱(twisted nematic, TN)셀을 제작하여 TN셀 내의 액정분자의 배열상태를 확인하였다. 최종적으로 러빙된 PI 배향막의 광학이방성에 따른 TN셀 내 액정분자 배열상태를 확인함으로써 러빙된 PI의 광학이방성과 액정분자배열의 상관관계를 확인하였다. 이 연구는 LCD패널 생산에 도입되기에 보다 적합한 러빙된 PI 배향막의 광학적 평가방법을 제시하며 배향막 위 액정분자의 고정 특성연구에도 기여할 것으로 판단된다.

반사형 타원법을 이용한 Polyimide 배향막의 러빙 효과 연구

윤희규 아주대학교 2013 국내석사

배향막은 LCD 패널내 액정의 분자배열 상태나 액정의 반응속도 등을 통하여 LCD의 화질과 응답속도 등을 규정하므로 배향막을 형성하고 그 상태를 평가하는 기술은 LCD 산업체에서는 매우 중요하다. 러빙으로 만들어지는 배향막의 경우 그 광학이방성이 아주 작으므로 대개 이방성이 큰 액정이 주입된 상태에서 LCD 패널을 평가하는데 이에 따르는 공정상의 비효율성과 수율저감에 따른 부담이 상당히 크다. 극히 최근에 성능이 향상된 투과형 타원계가 개발되어 액정이 주입되지 않은 상태에서 배향막의 미세 광학이방성을 정밀하게 측정, 평가하는 방법이 제시되었으나 이 방법은 기층의 잔류이방성 효과를 보정을 주어야 하는 단점을 가지고 있다. 본 연구에서는 기층의 잔류이방성을 보정해 주어야 하는 투과형 타원계의 단점을 보완하기 위하여 반사형 타원계를 사용하는 배향막 평가 장치와 방법을 개발하고자 하였다. 시료 광학정렬의 정밀도 향상, 연속적인 시료회전과 동기화한 측정 속도의 개선, LED 광원의 안정화 등으로 반사형 타원계의 성능을 향상시켰고 광배향된 시료와 러빙 배향된 시료 각각에 대해 투과형 타원계와 개선된 반사형 타원계를 사용하여 미세 광학이방성을 측정하고 그 결과를 비교 분석하였다. 분석결과 광학이방성이 1.5 ㎚ ~ 2.5 ㎚ 정도로 큰 광배향 시료는 투과형 타원계와 반사형 타원계 모두 동등하게 정확한 평가가 가능함을 확인하였으나, 리타데이션이 0.1 ㎚ ~ 0.2 ㎚ 정도가 되는 러빙 배향된 시료는 투과형 타원계를 사용할 때는 정밀한 측정 분석이 이루어지지만 반사형 타원계를 사용할 때는 배향막의 형성 가능성만 확인할 수 있었다.

액정 배향막 응용을 위한 찰콘기를 함유한 광기능성 에폭시 화합물의 합성과 특성분석

차영관 경희대학교 대학원 2002 국내석사

Photocrosslinkable chalcone-epoxy compound comprising 1,3-bis-(4-hydroxy-phenyl)-propenone was synthesized for application of the liquid crystal alignment layer. Chalcone group was introduced into the main chain unit of the epoxy oligomer. We observed a photodimerization behavior and an optical anisotropy of this material by irradiation of linearly polarized UV light. With a trace amount of cationic photoinitiator, polymerization of epoxy groups was also conducted at the similar wavelength range used for photodimerization. Optical anisotropy of the thin film was investigated by using UV absorption spectroscopy either with or without cationic photoinitiator. Two kinds of photochemical reaction were employed to enhance the anisotropy using the chalcone-epoxy compound. Furthermore we have made a LC-cell which were fabricated by the chalcone-epoxy film. Photoirradiation on chalcone-epoxy film was performed before LC-cell fabrication. The nematic liquid crystal(5CB) was filled into a cell in its isotropic state by a capillary action. The extent of the LC alignment was determined by measuring the transmitted light intensity of a linearly polarized light from He-Ne laser through the LC-cell as a function of the rotation angle of LC-cell under crossed polarizers. The direction of LC alignment was determined by monitoring polarized absorbance of a dichroic dye dissolved in 5CB rotating the sample under single polarizer. And in order to measure the thermal stability of LC alignment, we have heated the chalcone-epoxy film before fabricating the LC-cell. So, the difference of LC alignment properties between with and without photoinitiator was verified

반사형 타원계를 이용한 Polyimide 배향막의 초미세 표면 이방성 정밀 측정

이제현 아주대학교 2015 국내석사

배향막(Alignment layer)은 LCD 패널 내에서 초기 액정분자들이 안정된 분포를 가지도록 고정시켜 줌으로써 디스플레이의 응답속도, 명암대비, 시야각 등의 특성을 유지할 수 있도록 한다. 이에 따라 고화질의 LCD 패널을 만들기 위해 배향막 형성의 제어와 평가가 필수적이다. 본 연구에서는 ITO 유리기층에 형성되는 러빙 배향막의 배향 정도를 평가, 분석하기 위해 반사형 타원계의 이방성 측정 정밀도를 크게 향상시켰다. 타원법은 편광된 빛이 시료에 반사 혹은 투과되어 나오는 편광상태의 변화를 측정, 분석하는 방법이다. 광학이방성 측정에 있어 투과형 타원계를 사용하여 초미세 광학이방성을 정밀하게 측정할 수 있음이 발표된 바 있다. 하지만 이 방법은 빛이 시료를 투과하는 방식이기 때문에 동일한 위치에서 기층의 잔류이방성을 별도로 측정해 제거해야 한다는 번거로움이 있고, 이에 따라 생산라인에서 실시간으로 적용하는데 큰 어려움이 있다. 본 연구에서는 개선된 PCSA(Polarizer ? Compensater ? Sample - Analyzer) 구조의 반사형 타원계를 이용하여 기판의 잔류 이방성의 존재 유무에 상관없이 배향막의 초미세 광학이방성을 측정할 수 있음을 보여준다. 또한 배향막의 미세이방성을 투과형 타원계를 사용하여 측정한 결과와 비교, 분석하여 본 연구에서 개발한 반사형 타원계의 성능을 평가하였다.