Film patterned retarder용 reactive mesogen의 광배향 특성에 관한 연구

정운성 호서대학교 대학원 2012 국내석사

최근 정보화 시대에서는 빠른 정보 전달과 습득이 중요시 되고 있다. 또한 영상을 더욱 사실적으로 볼 수 있도록 이에 발 맞춰 정보 표시장치의 개발이 급속도로 이루어지고 있다. 디스플레이 시장의 추세가 과거 CRT(Cathode Ray Tube)에서 LCD(Liquid Crystal Display), PDP(Plasma Display Panel), OLED(Organic Light Emitting Diode) 등의 다양한 형태로 발전하면서 점점 대형화, 경량화 되었다. 현재는 더욱 더 얇고, 가벼우며 소형부터 대형까지 적용이 가능한 디스플레이 개발이 이루어지고 있다. 더불어 차세대 디스플레이라 불리는 3D 입체 디스플레이(3D Display)와 플렉서블 디스플레이(Flexible Display) 개발도 급속도로 진행되고 있는 추세이다. 그 중에서도 LCD는 소비전력이 작고, 저전압에서 구동이 가능하며, 박형 및 경량화가 쉽고, 화질 또한 고화질로 많이 개선되고 있어 LCD를 이용한 연구개발이 현재에도 활발히 이루어지고 있으며, 전 세계적으로 가장 보편화 되어 있는 디스플레이다.[1-2] LCD는 전기광학 효과를 이용하는 표시소자이다. 전기광학특성은 액정분자가 갖는 광학적, 전기적 이방성, 액정분자의 배열 상태에 의해 결정되고, 액정 분자배열은 표면효과, 외부적인 힘으로 전기장이나 자기장에 의해 변화하며 표면 효과에 의해 규제되는 액정배향은 LCD 소자의 표시 특성을 향상시키는데 매우 중요하다. 초기 액정배향 상태는 액정모드를 결정하게 되고 이에 따른 광학특성이 달라지므로 배향상태를 결정하는 부분도 매우 중요하다. LCD는 두 개의 투명한 ITO(Indium Tin Oxide) 전극사이에 액정이 주입되어 있으며, 액정의 배향성을 부여하기 위해 ITO 전극 위에 배향막을 코팅하고 배향처리를 하여 일정한 방향과 선경사각(Pre-tilt angle)을 가지도록 한다. 액정과 같이 굴절율 이방성을 가지고 있어 그 두께에 따라 위상차를 조절할 수 있는 소재로 RM(Reactive Mesogen)이라 불리는 광반응성 액정이 있으며, RM 또한 배향막을 통해 액정과 같이 일정한 방향으로 배향 처리를 할 수 있다. 그러나 LCD와 다르게 한 장의 기판을 사용하여 제작이 가능하고 배향된 RM을 UV 조사를 통해 경화시키면 배향된 상태로 필름화되어 위상차 필름으로 사용이 가능하다. RM을 사용한 LCD의 연구 또한 활발히 이루어지고 있으며, 현재 LG전자에서 판매하는 3D TV, 3D Monitor에 FPR(Film Patterned Retarder)로 제작되어 사용되고 있다. FPR을 이용하여 3D 효과를 얻기 위해서는 Patterned Retarder를 멀티도메인으로 형성한다. 멀티도메인을 형성하기 위해서는 기존의 물리적으로 배향시키는 rubbing 방법으로 배향막을 배향하는 것보다 UV 조사를 이용한 광배향법을 이용하는 것이 공정측면에서 유리하다. 광배향은 사용되는 배향재의 광반응에 따라 광분해법, 광중합법, 광이성화법으로 구분된다. 현재 보편화된 LCD가 해상도가 점차 높아짐에 따라 고화질로 발전되고 있으며, 이에 따라 3D 입체 효과를 얻기 위해 FPR을 적용할 때 제작되어 지는 patterned retarder는 적용하고자 하는 디스플레이의 픽셀이 작아짐에 따라 동일하게 작게 제작되어야 하고, 배향재의 배향 특성 및 RM 배향 기술도 더욱 정밀해질 필요가 있다. 본 연구에서는 광배향을 이용하여 광배향막의 배향을 최적화하기 위해 배향 특성을 분석하고, RM의 두께에 따른 위상차 특성 분석 및 열처리에 따른 위상차 특성과 RM 경화를 위한 광경화 에너지에 따른 위상차 특성을 분석하였다. 또한 최적화된 특성을 이용하여 실제 3D FPR module을 제작하고 입체를 구현하였다.

Preparation of Novel Polymeric Materials and Their Application to electro-Optical Materials for Advanced Display

강효 서울대학교 대학원 2010 국내박사

Investigation of liquid crystal alignment using ion beam and overcoat layer

한정민 Graduate School, Yonsei University 2007 국내박사

최근 많은 수요와 더불어 LCD 소자의 대량 생산이 가속화되면서 LCD의 생산량을 늘리기 위해서 많은 연구들이 진행되고 있으나, 그 중에서 러빙 중에 발생하는 불량을 줄이기 위한 러빙하지 않는 공정에 대한 요구는 LCD 생산 초기부터 현재까지 계속되고 있다. 러빙 공정이 가장 보편적이면서 양호한 액정분자의 배향을 만들 수 있는 것은 사실이나, 러빙 공정 중에 발생하는 이물이나, 정전기에 의한 불량은 생산 수율을 떨어뜨리는 근본적인 원인이 되고 있다.오버코트 막은 LCD에서 컬러필터의 색상별 보정 감소 혹은 TFT 기판의 높이 보정을 위해서 사용되고 있으나, 이 위에 다시 배향막을 코팅하여야 하는 공정을 거치며, 이러한 공정들은 유기막을 소성하는데 걸리는 시간으로 인해서 생산 비용을 높이는 원인이 되고 있다.본 연구에서는 위의 두 가지 문제를 해결하기 위해서 러빙하지 않는 액정분자 배향방법으로서 이온빔을 사용하여 배향을 시도하였으며, 동시에 배향막 대신 폴리이미드 계열의 유기 오버코트 막을 직접 사용함으로써 두 가지 문제를 한번에 해결하려고 하였다.이온빔을 사용한 액정 배향법으로 기존의 러빙에 의한 액정 배향법을 대체할 수 있다면, 러빙 공정에서 발생하는 이물, 정전기, 러빙 긁힘 등에 의한 문제를 해결할 수 있을 것이다. 또한 오버코트 막에 직접 배향이 가능하다면, 2회에 걸친 가열공정을 거쳐야 하는 것을 한 번으로 끝낼 수 있기 때문에 공정시간이 단축되는 결과를 얻을 수 있다. 따라서 이러한 두 가지 목표를 달성한다면 매우 경제적인 방법이 될 수 있다.본 연구에서는 두 가지의 목표를 달성하는데 성공하였으며, 최초로 오버코트 막에 이온빔 조사를 통해서 액정분자의 양호한 배향을 얻어낼 수 있었다. 우리는 일반적인 폴리이미드계열의 오버코트 막을 사용하였으며, 스핀코팅 법을 사용하여 기판 위에 균일하게 도포한 후 가열하여 완성하였다. 또한 액정 분자의 배향상태를 알아 보기 위해서 편광 현미경을 사용하였으며, 이온빔 조사 후의 표면 조도를 관찰하기 위해서 AFM 장비를 사용하였다.실험 결과 양호한 액정 분자의 배향과 프리틸트각이 이온빔 조사 각도 45˚, 1200eV 이상의 이온빔 에너지 밀도에서 만들어 지는 것을 확인하였다. 그러나 동일한 각도에서 600eV 이하의 에너지를 가한 경우에는 균일한 액정배향을 얻을 수는 없었다. 또한 45도의 이온빔 조사각도와 1800eV 의 이온빔 에너지 밀도의 조건에서 1.13˚의 프리틸트 각을 발생시킬 수 있었다.그리고 이러한 실험의 결과를 광학시뮬레이션의 결과와 비교하여 확인하였다. 브루터스의 입사광의 각도에 따른 편광 발생의 원리를 사용해서 500 Å 두께의 오버코트막을 기준으로 한 경우 56˚에서 편광이 최대가 됨을 확인하였다.이를 근거로 이온빔을 조사한 경우의 액정분자의 배향은 이온빔 입자에 의한 등방성의 표면침식과 이온빔에서 발생하는 비편광된 자외선의 입사각도에 의존함을 알 수 있었다.그리고 이온빔을 조사하여 액정분자를 배향시키는 방법의 실용성을 확인하기 위해서 배향안정성에 대한 실험으로 고온 가열 시험을 통해서 오버코트막의 소성온도를 상회하는 섭씨 150℃의 온도에서 배향안정성을 확인하였으며, 잔류 DC 측정을 통해서 잔상이 없는 소자로의 응용가능성을 확인하였다.마지막으로 TN (Twisted Nematic)구조의 시료를 제작하여 전압-투과율 특성 및 응답속도 측정을 실시하였으며, 측정결과 러빙에 의해서 제작된 TN 구조의 시료와 동등한 전압-투과율 특성과 응답속도 결과를 얻을 수 있었다.그러므로, 이온빔을 오버코트 막에 직접 경사지게 조사하여 배향막 없이 러빙하지 않고 액정분자를 배향할 수 있는 본 연구의 성과는 향후 LCD 제조 공정에서의 공정의 간략화 및 생산 수율 향상에 기여할 것으로 사료된다. The demand for high yield process in liquid crystal display(LCD) manufacture requires the rubbing free alignment treatment and abridgment of production process. In this study, to meet the requirement for above two goals, the ion beam (IB) irradiation on organic (polyamic acid and epoxy resin compound) overcoat layer method was investigated. The use of IB on overcoat organic layer has the potential to replace conventional rubbing process. It has many advantages compared to the traditional rubbing process because it does not cause produce particles, scratch stain and static electricity. And it doesn’t need alignment layer (traditionally heat-treated polyimide layer) by direct alignment treatment on overcoat layer. The traditional alignment layer made by coating process and 2 times heat treatment on polyamic acid liquid. It requires many times and process steps. However, it is very economic and convenient process substitute polyimide alignment layer for organic overcoat.In this thesis, it is suggested liquid crystal (LC) aligning capabilities treated on the organic overcoat thin film surfaces by IB irradiation and rubbing method. It was used the conventional organic overcoat layer which was composed by polyamic acid, epoxy resin and methyl-3-methoxypropionate with solvent. The organic overcoat layer was coated by spin-coating. In order to characterize the LC alignment, the polarized microscope image, pretilt angle measurement, thermal stress test, and atomic force microscopy (AFM) image was used. The good LC aligning capabilities treated on the organic overcoat thin film surfaces with IB exposure of 45˚ above IB energy density of 1200 eV were achieved. However, the alignment defects of Nematic(N) LC on the organic overcoat surface at low energy density of 600 eV were detected. The pretilt angle of NLC on the organic overcoat thin film surface with IB exposure of 45˚for 1 minute at the energy density of 1800 eV was about 1.13˚. But, the low pretilt angles of NLC on the organic overcoat thin film surface were measured with IB exposure at the energy density of 600, 1200, 2400, and 3000 eV. Also, the pretilt angle of NLC on the rubbed organic overcoat thin film surfaces was about 0.04˚. It shows that this study has a significant advantage compared to conventional LCD.And it was calculated this achievement and get a dependence trend of the angle of irradiation by polarized ray tracing of optical wave simulation. The Brewster Angle theory was adopted on this study result. Brewster Angle shows the maximum rate polarized ray on slanted substrate at about 56˚ and 500Å thickness overcoat layer thickness.Finally, It was examined the possibility of application using IB irradiation method. The heat stability test and residual DC measurement was executed as the reliability test. And to investigating electro-optical characteristics, TN structure LCD was used. It was achieved voltage-transmittance characteristics and almost same value of response time characteristics as rubbing aligned TN LCD.

물리적 기상 증착법으로 제작된 TiO₂박막의 이온빔 액정 배향에 관한 연구

이진우 高麗大學校 大學院 2010 국내박사

액정을 표시소자에 적용하기 위해서는 액정을 기판위에 균일하게 배향시키는 것이 중요하다. 현재 LCD 공정에서 액정배향을 위하여 사용되고 있는 방법은 폴리이미드 고분자 막 표면에 러빙공정을 적용하여 액정을 배향시키는 러빙법이다. 러빙법은 공정이 단순하면서도 안정적인 배향이 가능하다는 장점이 있다. 하지만, 직물과 기판을 접촉하여 마찰 시킬 때 정전기와 먼지가 발생하기 때문에 수율에 치명적인 영향을 미치게 된다. 또한, 마찰에 의하여 발생하는 정전기는 높은 전압으로 인하여 기판위에 형성된 트랜지스터를 파괴시키는 원인이다. 러빙법으로 인해 발생하는 먼지와 정전기를 제거하기 위해서는 추가적인 장비의 도입과 각 공정간 세정작업을 적용해야 하기 때문에, 공정비용과 패널단가가 증가하게 된다. 비접촉식 배향방식에는 UV를 이용한 광배향법, 무기박막을 경사 증착하는 방법, 무기박막에 이온빔을 조사하여 배향하는 방법이 연구되어 왔다. 본 연구에서는 E-beam과 RF 마그네트론 스퍼터로 증착한 TiO2 박막위에 DuoPIGatron 이온빔을 조사하는 액정 배향에 대하여 연구하였다. 그리고 기존의 기술과 비교하기 위해 스핀 코팅 방법을 이용한 PI막을 준비하였다. 이온빔 배향법은 비접촉 배향방식이기 때문에 기존 러빙 공정 시 발생하는 정전기나 먼지문제를 해결하였을 뿐 아니라, 기존 연구에서 사용하였던 이온빔과는 다른 새로운 개념의 DuoPIGatron 이온빔을 사용하였다. DuoPIGatron 이온빔은 전류밀도가 높아 기존의 이온빔에 비하여 더 넓은 면적의 기판에 배향처리를 할 수 있다는 장점이 있어 각광을 받고 있다. 본 연구에서는 이온빔의 에너지 조사 세기의 통하여 그에 따른 액정배향의 특성을 관찰하였다. ITO가 증착된 유리 기판위에 E-beam과 스퍼터로 TiO2 박막을 증착하고 이온빔을 조사한 후, 액정분자의 프리틸트 각을 측정하기 위하여 액정 셀은 샌드위치 형태로 제작하였으며, 두께는 60 ㎛로 조절하였다. PI막은 이온빔 조사 전후를 각각 비교하여 셀을 제작하였다. 각 액정 셀들의 액정 배향을 관찰하기 위해 편광현미경을 사용하였으며, 액정 배향 기구를 연구하기 위해 결정 회전법을 이용하여 액정의 프리틸트 각을 측정하였다. 또한, 이온빔 조사를 통한 TiO2 박막의 액정 배향 원리를 고찰해 보기 위하여, AFM, XPS, 접촉각 측정을 실시하였으며, E-beam과 스퍼터로 증착한 TiO2 박막의 결정성을 알아보기 위하여 XRD 측정을 하였다. 본 실험을 통해서 이온빔을 조사한 TiO2 박막위의 액정은 증착 장비에 따라 다른 특성을 나타내었다. E-beam으로 증착한 TiO2 박막은 PI 막과 동일한 수준의 수평 배향 특성을 확인할 수 있었고, 스퍼터로 증착한 TiO2 박막은 수직 배향 특성을 나타내었다. 두 박막 모두 45°의 입사각도에서 1800eV의 이온빔 에너지로 이온빔 조사를 하였을 때 가장 우수한 액정 배향 특성을 가짐을 확인 할 수 있었다. 또한 XPS 분석을 통해 이온빔 조사는 TiO2 박막 표면의 결합을 파괴시킴으로써 액정 배향이 이루어진다는 사실도 확인 할 수 있었다.

이온빔을 이용한 액정의 멀티도메인 배향에 관한 연구

조봉균 부산대학교 2009 국내석사

본 논문에서는 수직배향에 적합한 무기막 및 poly imide 수직 배향막에서의 광시야각을 구현하기 위해 이온빔을 이용하여 액정의 멀티도메인 제작하였다. 멀티도메인이 생성되기 위한 무기막 액정셀과 polyimide 액정셀의 이온빔 조사조건 및 여러 가지 특성을 알아보았다. 또한 대면적 LCD패널 적용을 위해서 이온빔 scanning방법에 도입했다. 1. 광시야각을 확보하기 위해서 우리는 마스크를 이용한 배향막 표면에 multi-domain을 형성했다. 유·무기 수직배향막을 이용한 2-domain, 4-domain 액정셀 제작을 제작했다. 4-domain 액정셀에서 균일한 면적의 80×80 μm²의 도메인 사이즈 제작했고, single-domain 액정셀은 이온빔 에너지는 40 ∼ 80 eV에서 이온빔 조사량은 1.5 ∼ 4×10^(13) ions/s·cm²에서 수직배향이 되었으나, multi-domain 액정셀은 무기막에서는 이온빔 에너지가 50 ∼ 70 eV에서 조사량은 2.5 ∼ 4×10^(13) ions/s·cm²에서 수직배향이 형성이 되었다. 그리고 유기막에서는 multi-domain 액정셀은 유기막에서는 이온빔 에너지가 30 ∼ 70 eV에서 조사량은 1 ∼ 3×10^(13) ions/s·cm²에서 수직배향이 형성이 되었다. multi-domain을 형성을 위해서 2×10^(-4) J/m²이상의 배향에너지가 필요하다. 액정셀의 배향에너지가 클수록 discliantion line-width는 선형적으로 감소를 했다. 무기막 multi-domain 액정셀의 응답속도는 18.57 ms(turn-on 시간: 8.37 ms, turn-off 시간: 10.2 ms)이고 PVA 액정셀의 응답속도는 23.15 ms(turn-on 시간: 12.75 ms, turn-off 시간: 10.4 ms)로 측정이 되었다. turn-off 시간은 서로 비슷하고 turn-on 시간은 무기막 multi-domain 액정셀이 PVA 액정셀보다 35% 이상 빠르게 나타났다. 2. Ion beam scanning방법을 도입해서 정확한 이온빔 조사시간을 제어 할 수 있고 또한 대면적에도 적용 할 수 있다. 기존의 Ion beam방법으로 무기배향막에서 수직배향이 되는 범위는 이온빔에너지가 50에서 80 eV 까지 이온빔 조사량은 1.5에서 4×10^(13) ions/cm²·s까지 나타난다. 그러나 이온빔 scanning방법으로 수직배향 범위를 보면 이온빔에너지가 50에서 180 eV까지 이온빔 조사량은 1.5에서 5×10^(13) ions/cm²·s까지 배향이 되고 액정셀의 배향에너지도 커진다. 무기막 증착온도 150 ℃에서 제작한 액정셀은 열적안정성이 10시간동안 130 ℃에서 확보 할 수 있다. 그러므로 낮은 무기막 증착온도에서 이온빔 scanning방법을 이용한 multi-domain배향은 충분히 대면적 TFT-LCD 배향에 이용 가능하다고 볼 수 있다. 3. 새로 개발한 멀티도메인을 위한 이온빔 배향 기술을 VA모드에 적용한다면 대화면 LCD의 고급화에 기여하고, TV 시장에서 국외 업체 및 다른 액정 모드를 적용한 LCD와의 경쟁에서 우위를 점할 수 있을 것이다. 또한 확보된 무기배향막 증착 및 이온빔배향 기술을 LCDTV 뿐만 아니라 모니터용과 소형 LCD에 적용한다면 차세대 디스플레이 시장에서 고부가가치를 창출할 것이다. Various techniques have been developed for liquid crystal (LC) alignment, such as obliquely evaporation of dielectrics, photo-alignment of light-sensitive polymers, Langmuir-Blodgett films, atomic force microscopy, lithography of polymers, and the rubbing process. The ion beam alignment method was introduced recently to overcome the drawbacks of rubbing, such as static charges, the creation of debris, and the degradation of the rubbing fabric. In spite of many attempts to find a simple and reliable method for the vertical alignment of LC on inorganic surfaces, none of them yielded consistent alignment results enough for practical applications. Recently, we reported a technique for the vertical alignment of LC on SiOx and SiOC film surfaces by using the ion beam exposure. However, it was not applied to large liquid crystal display (LCD) panels on inorganic film surfaces. In this paper, we propose a technique for LC alignment by the ion beam scanning on inorganic film surfaces. A cold hallow cathode type was used as the source of Ar ions to yield the ion beam. We proposed a multi-domain method for LC alignment on SiOx film surfaces and poly imde vertical alignment films by the ion beam scanning. We successfully demonstrated vertical alignment of LC through the ion beam exposure with a stainless steel scanning mask system. We found that LC can be aligned when the ion beam energy of 40 ~ 180 eV, the beam flux density of 1 ~ 4.5×10^(13) ions/(s·cm²), and the polar anchoring energy of 1 ~ 6.8×10^(-4) J/m² were observed at modified alignment film surfaces. We believe that the ion beam scanning align-ment on SiOx film surfaces can be applied suc-cessfully to the fabrication of LCDs with large size, especially for applications to high performance LCD TVs.

새로운 이온빔법을 이용한 수직 폴리이미드 표면에서의 액정 배향 효과에 관한 연구

강동훈 연세대학교 대학원 2008 국내석사

최근 IT 산업을 이끄는 10대 기술 중의 하나로 디스플레이가 선정될 정도로 정보화 및 디지털화의 시대적 요구와 관심이 커지고 중요성이 부각되고 있다. 디스플레이는 인간과 정보기기 사이의 인터페이스를 담당하고, 정보를 표시하는 장치로 최근 정보 사회로 접어듦에 따라 공간과 시간에 구애 받지 않고, 많은 정보를 접할 필요성이 커지게 되었다. 최근 CRT(Cathode Ray Tube)가 디스플레이의 주력이었을 때, 불가능 했던 일이 평판 디스플레이(Flat Panel Display) 기술의 개발로 가능하게 되었다. 그 중 TFT(Thin Film Transistor)-LCD(Liquid Crystal Display) 산업은 반도체 공정 및 회로, 광학 기술의 발전으로 인해 우수한 해상도와 낮은 전력 소모 등의 특징을 제공할 수 있는 장점이 있다. 액정 디스플레이(Liquid Crystal Display)는 휴대폰, 캠코더, PDA(Personal Digital Assistance) 등의 소형 디스플레이에서 노트북 PC, 데스크 탑 모니터, TV 등의 대형 디스플레이에 이르기까지 폭넓게 사용됨으로써 대표적인 평판 디스플레이로 자리 잡고 있다.액정 표시소자에서 액정의 균일한 배향은 매우 중요하다. 현재 LCD 제작 공정에서 사용되고 있는 방법은 Polyimide(PI) 고분자 막표면에 러빙을 통하여 액정을 배향시키는 러빙법이다. 러빙법은 이미 많은 경험의 축척으로 안정적인 배향이 가능하나, 러빙천과 기판 사이에서 생겨나는 정전기와 먼지나 오물의 발생이 문제가 되고 있으며, 균일한 배향의 한계가 지적되고 있다. 발생하는 먼지는 LCD 패널에 기판 셀갭을 변화시켜 착색을 일으키는 등, 화면에 영구적인 불량을 발생시킨다. 또한 마찰에 의한 정전기는 높은 전압으로 인하여 기판위의 transistor를 파괴시키는 원인이다. 러빙법으로 인해 발생하는 먼지와 정전기를 제거하기 위해서는 추가적인 장비의 도입과 각 공정간의 세정작업이 필요하기 때문에, 패널 단가의 상승으로 이어진다. 또한, 7세대 이상의 기판에서는 마찰에 의해 균일한 배향을 구현하기 힘들다는 한계를 가지고 있다. 현재 LCD 시장은 수율향상과 원가절감에 의한 경쟁력이 필요하기 때문에 러빙법을 대체하는 액정배향 공정이 지속적으로 연구되어 왔다. 비접촉식 배향방식에는 UV를 이용한 광배향법, 무기박막을 경사증착하는 방법, 이온빔을 조사하여 배향하는 방법이 연구되어 왔다.본 연구에서는 수직 배향막 위에 DuoPIGatron 이온빔을 조사하는 액정배향에 대하여 연구하였다. 이온빔 배향법은 비접촉 배향 방식이기 때문에 기존 러빙 공정시 발생하는 정전기나 먼지문제를 해결하였을 뿐 아니라, 기존 연구에서 사용하였던 이온빔과는 다른 새로운 개념의 DuoPIGatron 이온빔을 사용하였다. DuoPIGatron 이온빔은 전류밀도가 높아 기존의 이온빔에 비하여 더 넓은 면적의 기판에 배향 처리를 할 수 있다는 장점이 있어 각광을 받고 있다.본 연구에서는 이온빔 에너지 강도, 이온빔의 입사각도의 변화를 통하여 그에 따른 액정 배향의 특성을 관찰하였다. Indium Tin Oxide(ITO) 기판 위에 수직 배향막을 코팅하고 이온빔을 조사한 후, 액정분자의 프리틸트 각을 측정하기 위하여 액정 셀은 샌드위치(Sandwitch) 형태로 제작하였으며, 두께는 60 μm로 조절하였다. 각 액정셀들의 액정 배향을 관찰하기 위해 편광현미경을 사용하였으며, 액정 배향 기구를 연구하기 위해 결정 회전법(Crystal Rotation Method)을 이용하여 액정의 틸트 각을 측정하였다. 그리고, 전기 광학 특성을 평가하기 위하여 전압-투과율 (V-T) 특성, 응답 특성을 LCD EOM (Electro-Optical Measurement) 장비를 이용하여 실온에서 측정하였다.본 실험을 통해서 이온빔을 조사한 수직 배향막에서 좋은 배향 특성을 얻을 수 있었다. 1500 eV이상의 이온빔 에너지와 45°의 입사각도에서 우수한 액정 배향 특성이 나타났으며, 이온빔 에너지의 강도 조절을 통하여 0°도에서 90°도의 틸트각 조절이 가능하였다. 열적 안정성 평가에서는 200℃까지 어닐링(annealing) 하더라도 액정의 배향안정성이 유지되었고, VA-LCD(Liquid Crystal Display)를 제작한 결과 우수한 전압-투과율 곡선을 나타내었다 Recently, as much as Display was elected one of ten important technique of IT industry, Display technology`s importance was distinguish. Display devices connect human and other devices, and indicate informations. In this information society, it is necessary to contact information anywhere and anyplace without any limit. These things were impossible when CRT(cathode ray tube) was major display. However these are possible with the development of FPD(flat pannel display) technology now. One of the FPD, TFT(Thin Film Transistor)-LCD(Liquid Crystal Display) industry has the advantages such as good resolution and low power consumption due to the development of semiconductor process and circuit, optical technology. LCD are taking representative FPD because those are widely used from small size display such as mobile phone, camcorder and PDA(Personal Digital Assistance) to large size display such as notebook PC, desktop monitor and TV.In LCD, LC(Liquid Crystal) alignment effect be uniform on a substrate is very important. Recently, in LCD process, widely used method is the rubbing. rubbing method is by rubbing on the substrate coated PI(Polyimide) for uniform LC alignment. Though rubbing method is simple, but it has many problems such as the generation of defects by dust and electricity problems. Dust by friction can generate black pixel or hot pixel in the pannel or change the cell gap of the glass substrate. It can cause permanent inferiorities. Electricity by friction can destroy the thin film transistors. To reduce these dust and electricity problems, additional process equipments and washing process are necessary. So a unit cost is raised. Additionally, it is difficult to align Lc molecules uniformly on the substrate over the 7th generation. Therefore, non-rubbing method such as Photo-alignment by ultraviolet, oblique deposition of inorganic thin film, and ion-beam irradiation has been investigated.In this study, it has been investigated that the LC alignment effect on the homeotropic thin film using DuoPIGatron ion-beam system. Because ion-beam alignment method is the non-contact alignment method, it can solve the dust and electricity problems compared with rubbing method. in this study, we used new ion-beam source, which is DuoPIGatron ion-beam, compared with existing ion-beam source. DuoPIGatron ion-beam can generate the higher current density, and can align the LC molecules on larger substrate.As a function of ion-beam energy, incidence angle, exposure time, LC alignment effect characteristic was studied. VA(Vertical Alignment) Polyimide was coated on Indium Tin Oxide(ITO) substrate, and ion-beam was irradiated. After irradiation, the LC cells were assembled in anti-parallel configuration. The cell gap of LC cells was about 60 μm. LC alignment effects were observed by a polarization microscope. and the tilt angle of the anti-parallel LC cells was measured by a crystal rotation method at room temperature. To measure voltage-transmittance(V-T) characteristics, LCD EOM (Electro-Optical Measurement) equipment was used at room temperature.In this investigation, good alignment effect was achieved on the homeotropic thin film using ion-beam irradiation. At the condition of 1500 eV ion-beam energy, 45° incidence angle, uniform and excellent LC alignment was observed. and by control of ion-beam energy density, tilt angle can be controled from 0° to 90°. the superior thermal stability of LC the alignment on the homeotropic PI surface with ion-beam exposure was achieved. Also, the excellent voltage-transmittance(V-T) curve was observed.

Liquid crystal alignment mechanism using ion-beam irradiation on organic and inorganic thin film surfaces

김종환 Graduate School, Yonsei University 2008 국내박사

In the Flat Panel Display (FPD) field, Liquid Crystal Display (LCD) has been glowing and developing more then 20 years and the application field of LCD is also very broad from Monitor, TV to PMP, Mobile display device. The market scale has been increasing very steeply, so, indeed, LCD is doing the leader device of FPD fieldBy the way, in the technical side, even though there has been achieving continuous research and development, still there are some problems to be solved like as wide view angle and high response time, high resolution, etc. Also, in the process side, innovative result of process development and cost reduction is not achieved from quality improvement and process simplify.Thus, in this thesis, in aspect of technical side, to achieve wide view angle and high response time, and in the process side, quality improvement and process simplify is included. Specifically, we use SiNx layer instead of traditional alignment layer of polyimide alignment layer. The SiNx layer is used for insulation layer now. By combined using for insulation layer and alignment layer, traditional alignment process is not needed. And by applying Ion Beam (IB) irradiation instead of rubbing treatment, the quality is improved by decreasing the defect of electrostatic defect, contamination defect.In this study, we investigated the LC alignment and pretilt angle generation with ion-beam irradiation on the two kinds of the polymer surface.It is studied that pretilt angle is changed by the side chain length of the polyimide surface in the conventional rubbing treatment and can be inferred that the mechanism of pretilt angle occurrence is occurred by the side chain.In regard of ion beam treatment, the pretilt angle of the polyimide surface is very small which is not related to the side chain length. It can be interpreted that the function of pretilt occurrence is damaged by the strong ion beam irradiation, so, pretilt angle is very small.Consequently, the mechanism of LC alignment occurrence is difference between rubbing and ion beam treatment at the polyimide surface. And alignment characteristic is changed by ion beam energy density. It means that we can gain the ion beam alignment characteristics at the uniform ion beam irradiation energy density. Besides thermal stability is also superior at ion beam treatment which is same as conventional rubbing treatment. On the other hands, the highest pretilt angle of the polyimide surface is occurred at the ion beam irradiation angle of 45 °, and the residual DC voltage characteristics is almost same as conventional rubbing treatment.The uniform alignment is attained at the irradiation angle of 45°on the SiNx thin film. On the ion-beam-irradiated SiNx thin film surface, LC molecules realign by the generating anisotropy. Thus it is very important that generating anisotropy on the ion-beam-irradiated SiNx thin film surface by the external energy like ion beam, mechanical friction, light etc.The pretilt angle is increased if the deviation distance of symmetry axis increase, based on incident angle 0°. It is called to crystal rotation method. As the experiment result, symmetry axis is nearly zero from the incident angle dependence. It is measured that pritilt angle is 0.1°.The V-T characteristic is very excellent and has similar characteristics as rubbing alignment. We obtained superior response time characteristics of 6.8ms with the irradiation energy of 1.8 keV at the incident angle of 45 °. Therefore, it is revealed that the alignment characteristics and electro-optic characteristics is achieved using the new alignment layer, SiNx which is normally used for gate insulation layer of inorganic thin film layer for application of LC display device.Consequently, the effectiveness of this thesis is process simplify of thin film transistor (TFT) LC and quality improvement, also, it can be contribute to advance for wide view angle and high response time like as In- Plain Switching (IPS),Fringe Field Switching (FFS) operating mode. 평판 패널 디스플레이 분야에서 LCD 는 20년 이상 동안 지속적인 성장과 발전을 이루고 있으며, LCD의 응용 분야도 모니터, 대형TV 에서 PMP, 모바일까지 다양할 뿐 아니라, 시장의 규모 또한 매우 가파르게 성장하고 있어 명실공히 평판 패널 디스플레이 분야에서 디바이스 리더로서의 역할을 해 내고 있다.한편, 기술적 측면에서는 끊임없는 연구, 개발이 이루어 지고 있으나, 광시야각 및 고속응답, 고해상도 등의 문제점을 가지고 있으며, 공정기술 측면 또한 품질향상 및 공정단순화를 통한 혁신적인 공정개발, 원가절감은 이루어지지 못하고 있다.따라서, 본 연구에서는 기술적 측면에서는 광시야각 및 고속응답의 구현, 공정기술 측면에서는 품질향상 및 공정 단순화를 이룰 수 있는 혁신적인 방법을 검토하였다. 구체적으로는 전통적으로 사용하고 있는 폴리이미드 배향막을 사용하지 않고 절연막으로 사용하는 SiNx 를 배향막으로 공용 사용함으로서 배향공정을 삭제하는 것과 러빙 대신 이온빔을 적용함으로서 러빙의 단점인 정전기, 이물불량 등을 감소시켜 품질을 향상시키자는 것이다.본 연구에서는 우선 두 종류의 폴리머 표면에서 이온빔 조사를 통한 액정 배향 기구와 프리틸트각의 발생에 대하여 검토하였다. 기존의 러빙처리법에서는 프리틸트각은 폴리이미드 표면에서의 촉쇄기 길이에 의해서 변화하는 경향을 나타내었다. 그러나, 이온빔 처리법에 관하여, 폴리이미드 표면에서의 프리틸트각은 촉쇄기의 길이에 관계 없을 정도로 아주 작은 경향을 나타내었다. 이것은 프리틸트 발생에 기여하는 기능기가 이온빔 조사에 의하여 손상되어, 프리틸트각이 작게 발생하는 것으로 생각 할 수 있다.결론적으로, 폴리이미드 표면에서의 러빙법과 이온빔 처리법을 이용한 네마틱 액정의 프리틸트각 제어는 메커니즘이 다르다는 것을 알 수 있다. 그리고 폴리이미드 표면에 이온빔을 조사한 경우, 열적 안정성 특성은 기존의 러빙 처리와 거의 동등함을 알 수 있었다. 더욱이 폴리이미드 표면에 이온빔을 조사한 경우, 잔류 DC 전압은 러빙처리와 거의 동등한 결과를 나타내었다.두번째 연구 결과에 있어서 SiNx 박막 표면에 45°로 이온빔을 조사한 액정배향 특성은 우수한 것으로 나타났다. 배향 능력면에서 구동, 비구동 상태에서 명확한 흑백 특성을 보임으로 양호한 배향 특성을 얻을 수 있었다. 즉, 이온빔 조사에 의해 무기박막 표면에 이방성이 발생하고 그 방향으로 액정분자가 배열되고 있는 것으로 생각할 수 있다. 따라서 액정 배향에는 이온빔, 기계적 마찰, 빛 등의 외부 에너지를 인가하여 이방성을 발생시킴으로서 액정분자를 배열 시킬수 있다. SiNx 박막 표면에 45°로 이온빔을 조사한 경우 프리틸트각은 0.1°를 나타내었다. 전압-투과율 특성에서도 기존의 러빙 방식과 동등한 결과를 얻었으며, 응답속도 특성에서는 6.8ms 으로 우수한 결과를 얻을 수 있었다.따라서 일반적으로 게이트 절연막으로 사용중인 무기 박막 재료인 SiNx 물질을 신규 배향막으로 사용하여 이온빔을 조사한 결과 액정소자에 응용할 수 있는 배향 특성과 전기광학 특성을 구현 할 수 있었다.그러므로, 본 연구의 성과는 액정 제조공정의 단순화 및 품질향상을 이룰 수 있고, IPS, FFS 등 수평배향 모드 적용을 통해 광시야각, 고속응답 특성 발전에 기여할 수 있을 것으로 사료된다.

무기 박막을 이용한 액정표시소자의 프리틸트 제어 및 전기광학특성

박창준 연세대학교 대학원 2005 국내석사

급속히 발전하고 있는 정보화 시대에 인간과 기기의 인터페이스를 담당하는 정보 표시 소자(Information Display Device)의 역할은 매우 중요하게 되었다. 최근에는 평판 디스플레이(Flat Panel Display) 산업에 관심이 집중되면서 정보화 및 디지털화의 시대적 요구에 부합하여 급성장을 이루게 되었다. 특히, TFT(Thin Film Transistor)-LCD(Liquid Crystal Display) 산업은 반도체 공정 및 회로, 광학 기술의 발전으로 인해 우수한 해상도와 낮은 전력 소모 등의 특징을 제공할 수 있는 장점이 있다. 액정 디스플레이(Liquid Crystal Display)는 휴대폰, 캠코더 등의 소형 디스플레이에서 노트북 PC, 데스크 탑 모니터, TV 등의 대형 디스플레이에까지 폭넓게 사용됨으로써 대표적인 평판 디스플레이로 자리 잡고 있다. 이러한 액정 디스플레이에서 액정분자의 균일 배향은 고품위 액정 디스플레이를 생산하는데 필수적이라 할 수 있으며, 현재 양산에 사용되고 있는 것은 폴리이미드 표면에 액정분자를 배향시키는 러빙(rubbing)법이다. 이러한 러빙법은 공정이 단순하여 대량생산에 적합하나 러빙천에 의한 정전기 및 먼지 발생 등을 유발하여 수율이 저하되는 단점이 있다. 본 연구에서는 제조 공정이 간단한 플라즈마 화학 증착법(PECVD method)으로 여러 가지 무기(Inorganic) 박막을 제조하여 새로운 액정 배향막(Alignment Layer)으로 이용하였다. 또한, 배향 공정으로 러빙프리(Rubbing-Free)법 중의 하나인 이온빔(Ion Beam)법을 이용하여 기존 러빙 공정시 발생하는 정전기나 먼지문제를 해결하였다. 또한 무기박막에 이온빔법을 이용하는 것은 점차 패널 사이즈가 대형화되고 있는 현 추세에 적합하다. 이온빔 조건을 변화시켜 무기(Inorganic) 박막에서 이온빔에 의해 액정이 배향되는 기구에 대해 연구하고자 하였다. 본 연구에서는 이온빔의 입사각도와 조사시간의 변화를 통하여 그에 따른 박막의 물성 변화, 액정의 프리틸트 각(Pretilt Angle)의 변화를 관찰하였다. 이온빔(Ion Beam)에 의한 액정 배향 기구를 연구하기 위해 결정 회전법(Crystal Rotation Method)을 이용하여 액정의 프리틸트 각을 측정하였다. 프리틸트 각을 측정하기 위하여 액정 셀은 샌드위치(Sandwitch) 형태로 제작하였으며, 두께는 60 μm로 조절하였다. 전기광학특성을 측정하기 위하여 프리틸트 각 측정용 셀과 마찬가지 방법으로 질소가 첨가된 DLC (NDLC) 박막을 증착하고 이온빔을 조사시킨 후 TN-LCD를 제작한다. 제작한 이온빔 배향 TN-LCD의 셀 두께는 5 μm으로 조절하였다. 편광 현미경을 이용하여 TN-LCD의 onoff 상태에서의 배향성을 확인하였고 전기 광학 특성을 평가하기 위하여 전압-투과율 (V-T) 특성, 응답 특성을 LCD EOMS (Electro-Optical Measurement) 장비를 이용하여 실온에서 측정하였다.무기 박막에 이온빔 조사를 통해 수평(Homogeneous)과 수직(Homeotropic) 배향을 시킬 수 있었다. 연구에 이용한 두 가지의 무기 박막 중에서 NDLC(Nitrogen doped DLC) 박막을 이용한 경우에는 수평배향이 되었고. SiC(Silicon Carbide) 박막을 이용한 경우에는 수직배향을 되었다. 두 가지 경우에 모두 우수한 액정 배향 특성이 나타났으며, 프리틸트 제어 및 열적 안정성이 우수함을 알 수 있었다. NDLC 박막에 이온빔을 조사한 경우, 약 9.9도의 높은 프리틸트 각을 얻을 수 있었다. NDLC 박막과 SiC 박막 표면에 이온빔 처리했을 때, 각각 200도와 300도까지 어닐링(annealing) 하더라도 액정의 배향안정성이 유지될 정도로 뛰어난 액정 배향을 보여주었다. 또한, NDLC 박막에 30초 동안 기울어진 이온빔 처리된 TN(Twisted Nematic)-LCD(Liquid Crystal Display)는 우수한 전압-투과율 곡선을 나타내었다. 그리고 NDLC 박막에 30초 동안 기울어진 이온빔 처리한 TN-LCD는 빠른 응답특성을 보여주었다. 마지막으로, NDLC 박막에 30초간 이온빔을 조사한 경우, backflow bounce가 없는 안정한 V-T 및 빠른 응답특성을 나타내었고, 우수한 잔류 DC 전압특성을 나타내었다. In rapidly developing information period, functions of information display devices which are in charge of interface between human and machinery became very important. The most recent, information display devices were quickly grown up corresponds to the interest was focused on flat panel display industry and the demands of the times of information and digitalization. Especially, TFT(Thin Film Transistor)-LCD(Liquid Crystal Display) industry has the advantages such as good resolution and low power consumption due to the development of semiconductor process and circuit, optical technology. Liquid crystal displays(LCDs) are taking representative flat panel display because those are widely used from small size display such as mobile phone and camcorder to large size display such as notebook PC, desktop monitor and TV. Uniform alignment of liquid crystal molecule is necessary for high quality liquid crystal displays(LCDs). Now, a rubbing method has been widely used to align LC molecules on the polyimide(PI) surface. Because the rubbing method has a simple process, it is suitable for production on a large scale. However, the rubbing method has some drawbacks, such as the generation of electrostatic charges and the creation of contaminating particles. Thus, rubbing-free methods for LC alignment are strongly needed in LCD technology. In this thesis, we used the new liquid crystal alignment layers which were produced various kinds of inorganic thin film using the PECVD method that has a simple manufacturing process. Also, the ion beam method which is one of the rubbing-free method was used as the alignment process. As a result, we resolved the generation of electrostatic charges and the creation of contaminating particles during the existing rubbing process. In addition, using the ion beam method on inorganic thin film is suitable for recent trend increasing panel size. We studied that according to varying the condition of ion beam liquid crystal alignment mechanism by the ion beam irradiation on the inorganic thin film surface. In this thesis, we observed changes of property of thin film and pretilt angle of liquid crystal due to the variation of the ion beam incident angle and irradiation time. Crystal rotation method was used for measuring the pretilt angle of LC. Also, for evaluating the electro-optical characteristics we made TN-LCD which was irradiated ion beam on deposited the nitrogen doped DLC thin films. We checked LC alignment state of onoff state of TN-LCD. In addition, voltage-transmittance(V-T) and response time characteristics were measured by LCD EOM(Electro-Optical Measurement) equipment at room temperature. Both homogeneous and homeotropic alignment were achieved through the ion beam exposure on the inorganic thin film. Among the two kinds of inorganic thin film which were utilized in this research, in case NDLC(Nitrogen doped DLC) thin film was utilized, homogeneous alignment of LC was achieved. However, in case SiC(Silicon Carbide) thin film, homeotropic alignment of LC was achieved. Both of them were accomplished the good LC alignment characteristics, such as controllability of the pretilt angle and thermal stability. A high pretilt angle of 9.9° with ion beam exposure on the NDLC thin film can be obtained. Superior LC alignment with the ion beam alignment method on the NDLC and SiC thin film layer were observed until an annealing temperature of 200℃ and 300℃, respectively. Also, the excellent voltage-transmittance(V-T) curve, the fast response time and the residual DC property of the ion beam aligned twisted nematic(TN) cell with oblique ion beam exposure on the NDLC thin film surface for 30 sec were observed.

Liquid crystal alignment of ion-beam-treated zirconium oxide and magnesium fluoride thin films for liquid crystal display

김이곤 Graduate School, Yonsei University 2015 국내박사

In the liquid crystal display (LCD) industry, it is important to estimate the possibility of uniform liquid crystal (LC) alignment on substrate surfaces. To ensure uniform orientation of the LC molecules, several alignment methods such as mechanical rubbing, oblique deposition, ultraviolet alignment, plasma treatment, and ion-beam (IB) bombardment can induce various alignment materials on indium-tin oxide (ITO) coated glass substrates. The mechanical rubbing has been widely utilized in industry standard technique due to its simplicity and high productivity for mass production of LCDs; however, during the rubbing process, debris and electrostatic discharge from the clothes can cause local defects and streaks. To improve weakness of rubbing process, the IB bombardment technique which has advantages of a clean process, and multi-domain capability was intensively investigated in this research as a substitute for rubbing technique. Therefore, the IB-irradiated novel inorganic layers including zirconium oxide (ZrO2) and magnesium fluoride (MgF2) films were studied as a replacement for conventional rubbed PI layers. First, the ZrO2 surfaces deposited by radio-frequency magnetron sputtering were modified by IB bombardment in order to achieving unidirectional LC molecules. It was found that the pretilt angle was in a function of the IB irradiation energy and incident angle, and a possible mechanism of LC alignment was examined with X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). XPS analysis demonstrated that the LC alignment on the IB-irradiated ZrO2 surface was due principally to the reformation of O-Zr bonds, which causes van der Waals force for the homogeneous alignment of LC molecules. The response time of a TN cell with IB-irradiated ZrO2 thin films was superior to those with rubbed polyimide films. In second study, the characteristics of inorganic MgF2 films deposited by electron beam evaporation were examined for their potential use in LCD applications. Homogeneous LC alignment was achieved by controlling the IB irradiation energy intensity and incident angles. The results of a chemical analysis revealed that the IB irradiation selectively broke the Mg-F bonding structure as the IB energy intensity was increased. The surface of the MgF2 was subsequently transformed into unstable MgF2-x, resulting in a homogeneous LC orientation. Furthermore, the electro-optical characteristics of a homogeneously aligned TN-LCD on an MgF2 layer exhibited a level of performance that was comparable to a TN-LCD on polyimide. Such results indicate that MgF2 could possibly be used as an LC alignment layer. 액정 디스플레이 산업에서 기판위에 균일한 액정 배향을 형성시키는 것은 매우 중요한 단계이다. 균일한 액정 배향을 위해서, 기계적인 러빙법, 경사 배향법, UV 배향법, 플라즈마 처리, 그리고 이온빔 배향법 등 다양한 배향법들이 사용된다. 기계적인 러빙법은 공정이 단순하고 대량 생산이 가능하여 액정 디스플레이 산업의 표준 기술로서 널리 사용되고 있다. 그러나, 러빙 공정 중에 천을 문지름에 따른 먼지와 정전기 발생에 의해 피할 수 없는 결함들이 나타난다. 이러한 러빙 공정의 단점을 극복하기 위해 이온빔 배향법이 대안으로 제시되었다. 이온빔 배향법은 깨끗한 공정과 멀티도메인 형성이 가능한 장점이 있어 러빙법의 대안으로 집중적으로 연구되고 있다. 본 연구에서는 이온빔 처리한 ZrO2와 MgF2 박막을 일반적인 러빙 처리한 PI 박막의 대체제로 적용시킨 연구를 수행하였다. 첫번째로, 일방향의 액정 배향을 위하여 RF 마그네트론 스퍼터링 공법으로 제작된 ZrO2 표면에 이온빔 처리를 통하여 표면을 개질시켰다. 이온빔 조사 세기 및 조사 각도에 따라 프리틸트각의 차이가 있음을 확인할 수 있었고, XPS 분석을 통해 액정 배향 메커니즘을 관찰하였다. XPS 분석 결과, 이온빔 조사된 ZrO2 표면에서 O-Zr 결합의 파괴가 일어나고, 이로 인해 액정 배향을 위한 반데르발스 힘이 발생함을 알 수 있었다. ZrO2 박막을 이용한 TN 모드의 응답속도 특성 또한 러빙처리한 PI 박막을 이용한 것보다 우수한 특성이 나타남을 확인하였다. 두번째로, E-beam 증착법으로 제작된 MgF2 박막의 액정 배향막으로서의 가능성을 고찰하였다. 이온빔 조사 세기와 각도를 조절함에 따라 MgF2 배향막은 수평 배향 특성을 나타내었다. MgF2 박막의 XPS 분석 결과 이온빔은 Mg-F 결합을 파괴하는 것을 알 수 있었다. 이온빔에 의해 MgF2 박막은 불안정한 MgF2-x 상태로 변하였고, 이는 수평 배향이 가능하게 하는 반데르발스 힘을 작용시키게 하였다. 그리고, MgF2를 이용한 TN-LCD의 전기광학 특성은 PI박막을 이용한 것과 비교하였을 때 더욱 향상된 특성을 나타내었다. 이 결과들은 MgF2가 기존의 액정 배향막을 대체할 수 있는 가능성을 나타낸다.

NDLC 박막을 적용한 액정배향 및 IPS LCD의 전기광학효과

김상훈 연세대학교 대학원 2007 국내석사

최근 평판 디스플레이(Flat Panel Display) 산업은 정보화 및 디지털화의 시대적 요구에 부합하여 급성장을 이루게 되었다. 특히, 그중 TFT(Thin Film Transistor)-LCD(Liquid Crystal Display) 는 반도체 공정 및 회로, 광학 기술의 발전으로 인해 우수한 해상도와 낮은 전력 소모 등의 특징을 제공할 수 있는 장점이 있다. 액정 디스플레이(Liquid Crystal Display)는 휴대폰, 캠코더 등의 소형 디스플레이에서 노트북 PC, 데스크 탑 모니터, TV 등의 대형 디스플레이에까지 폭넓게 사용됨으로써 대표적인 평판 디스플레이로 자리 잡고 있다.현재 TFT-LCD에 대표적으로 적용되고 있는 LCD mode 로는 IPS(in-plane switching)방식과 VA(vatical alignment)방식이 있다. IPS mode는 TN(twisted nematic) 방식의 좁은 시야각을 해결한 nomally black타입의 광시야각 모드로 보는 방향에 따른 위상 차이를 같게 한 기술이다. 그러나 IPS mode는 nomally black타입의 homogeneous의 배열을 이용하는 모드로 polyimide배향막에 접촉방식의 러빙공정에 의해 액정을 정렬시키며 nomally white type의 TN mode에 비해 러빙 스크래치, track등 러빙공정상의 공정 마진이 협소한 단점을 갖고 있다.그러므로 본 연구에서는 광시야각 모드인 IPS mode에서, 상기의 접촉식 배향 공정시의 문제점을 해결하기 위한 신개념으로 무기박막인 NDLC 박막에 이온빔을 조사하여 배향처리를 하는 비 접촉식 배향 처리방식을 사용하여 배향특성을 확인하였고 IPS mode 단위셀을 제작하여 전기 광학특성을 연구하였다. 제조 공정이 간단한 플라즈마 화학 증착법(PECVD method)으로 NDLC(nitrogen doped DLC)박막을 증착하여 배향막(Alignment Layer)으로 이용하였고 새로운 이온소스인 DuoPIGatron 타입의 이온건을 사용하여 배향처리하였다..이온빔 조건을 변화시켜 NDLC박막에서 이온빔에 의해 액정이 배향되는 기구에 대해 연구하고자 하였다. 본 연구에서는 이온빔의 입사각도와 조사시간의 변화를 통하여 그에 따른 박막의 물성 변화, 액정의 프리틸트 각(Pretilt Angle)의 변화를 관찰하였다. 이온빔(Ion Beam)에 의한 액정 배향 기구를 연구하기 위해 결정 회전법(Crystal Rotation Method)을 이용하여 액정의 프리틸트 각을 측정하였다. 프리틸트 각을 측정하기 위하여 액정 셀은 샌드위치(Sandwitch) 형태로 제작하였으며, 두께는 60 μm로 조절하였다. 전기광학특성을 측정하기 위하여 프리틸트 각 측정용 셀과 마찬가지 방법으로 NDLC박막을 증착하고 이온빔을 조사시킨 후 IPS cell을 제작했다. 제작한 이온빔 배향 IPS cell의 두께는 4 μm로 조절하였다. 편광 현미경을 이용하여 IPS cell 의 on/off 상태에서의 배향성을 확인하였고 전기 광학 특성을 평가하기 위하여 전압-투과율 (V-T) 특성, 응답 특성을 LCMS-200 (Electro-Optical Measurement) 장비를 이용하여 실온에서 측정하였다.NDLC박막에 이온빔 조사를 통해 수평(Homogeneous)배향을 시킬 수 있었고 IPS mode에 적합한 낮은 프리틸트각과 우수한 열적 안정성을 얻을수 있었다.또한 NDLC 박막에 이온빔 배향한 IPS cell은 안정된 전압 투과율 특성, 빠른 응답특성과 우수한 잔류 DC 전압특성을 나타내었다. In rapidly developing information period, functions of information display devices which are in charge of interface between human and machinery became very important. The most recent, information display devices were quickly grown up corresponds to the interest was focused on flat panel display industry and the demands of the times of information and digitalization. Especially, TFT(Thin Film Transistor) - LCD(Liquid Crystal Display) industry has the advantages such as good resolution and low power consumption due to the development of semiconductor process and circuit, optical technology. Liquid crystal displays(LCDs) are taking representative flat panel display because those are widely used from small size display such as mobile phone and camcorder to large size display such as notebook PC, desktop monitor and TV.Nowadays, LCD mode widely using TFT-LCD are IPS(in-plane switching) and VA(vatical alignment). IPS mode has the same phase retardation in every direction of polar angle, so it has wide viewing angle characteristic. but IPS mode has been homogeneous alignment state of normally black(NB) type in initial. Currently, we used rubbing aligning method for LC alignment at IPS and at TN LCD. however, the rubbing method has some drawbacks, such as the generation of electrostatic charges, the creation of contaminating particles, rubbing scratch and rubbing track. and the IPS mode has more serious problem in rubbing method than that of TN mode because IPS mode adopt normally black mode. so IPS mode has demerit of narrow process margin inrubbing process.In this study, we intend to make IPS mode cell with LC alignment used non-rubbing method, ion beam alignment method on the NDLC thin film, to nalyze electro-optical characteristics in this cell.We used the new liquid crystal alignment layers which were produced NDLC thin film using the PECVD method that has a simple manufacturing process. Also, the DuoPIGatron type which is new ion soruce was used as the alignment process.We studied that according to varying the condition of ion beam liquid crystal alignment mechanism by the ion beam irradiation on the inorganic thin film surface. In this thesis, we observed changes of property of thin film and pretilt angle of liquid crystal due to the variation of the ion beam incident angle and irradiation time. Crystal rotation method was used for measuring the pretilt angle of LC. Also, for evaluating the electro-optical characteristics we made IPS cell which was irradiated ion beam on deposited the NDLC thin films. We checked LC alignment state of on/off state of IPS cell. In addition, voltage-transmittance(V-T) and response time characteristics were measured by LCMS-200 (Electro-Optical Measurement) equipment at room temperature.The LC alignment effects generation of pretilt angles with ion beam exposure and the EO performances of the ion beam-aligned IPS cell with the NDLC thin films as alignment layers were investigated. We obtained very low pretilt angle which can be applied to the IPS mode. The AFM images exhibit ion beam alignment due to chemical bonding variation regardless of surface roughness. The similarly good V-T curves, in comparison with those of the rubbing-aligned IPS cell with the PI thin films as alignment layers were observed for ion beam-aligned IPS cell with the NDLC thin films as alignment layers. Also, the equivalent response time characteristics, in comparison with those of the rubbing-aligned IPS cell with the PI thin films as alignment layers, could be achieved for the ion beam-aligned with the NDLC thin films as alignment layers. Finally, the residual DC voltage of the ion beam-aligned IPS cell with the NDLC thin films as alignment layers was good. As a result, good characteristics were achieved on NDLC thin films as new alignment layers.