a-C:H 박막을 이용한 FFS mode의 전기 광학 특성 연구 = Study on electro-optical characteristics of the FFS-LCD with a-C:H thin films

국문 초록 (Abstract)

현재 TFT-LCD에 대표적으로 적용되고 있는 LCD Mode로는 Normally White Type의 TN(Twisted Nematic) Mode가 있으나, TN Mode는 Dark시 보는 방향에 따른 위상차이의 Asymmetric한 한계성으로 인해 시야각이 협소한 문제점을 안고 있다.
FFS(Fringe Field Switching) Mode[1]는 이와 같은 문제점을 해결한 Normally Black Type의 광시야각 모드로 보는 방향에 따른 위상 차이를 같게 한 기술이다. 그러나 FFS Mode는 Normally Black Type의 Homogeneous의 배열을 이용하는 모드로 Polyimide 배향막에 접촉방식의 Rubbing Process에 의해 액정을 정렬시키며, Normally White Type을 적용하는 TN Mode에 비해 Rubbing Scratch, Track등 Rubbing Process상의 공정 마진이 협소한 단점을 안고 있다.
본 연구에서는 광시야각 모드인 FFS Mode에서, 상기의 접촉식 배향 공정시의 문제점을 해결하기 위한 신개념으로 무기박막인 a-C:H 박막에 Ion Beam을 조사하여 배향처리를 하는 비 접촉식 배향 처리방식을 응용한 FFS Mode 단위셀을 제작 및 이 단위셀의 전기 광학특성을 연구하고자 하였다.
먼저, FFS_LCD의 적용에 적합한 무기박막을 연구하였다. 기존의 rf 바이어스 없는 조건에서 증착된 a-C:H 박막과 새로운 박막조건인 30W rf바이어스 조건에서 증착된 a-C:H 박막 표면에 IB을 조사한 액정 셀의 배향 효과 및 프리틸트 제어에 대하여 비교 검토하였다. 30W rf 바이어스 조건에서 증착한 a-C:H 박막 표면에 IB을 조사한 액정셀은 바이어스 없는 조건에서 증착한 a-C:H 박막 표면을 이용한 액정셀보다 프리틸트 각이 높았으며, 열적 안전성 또한 매우 우수함을 알 수 있었다. 따라서 바이어스 조건에서 증착된 a-C:H 박막을 이용한 IB 배향법은 프리틸트 제어와 열적 배향 안전성이 매우 우수함을 알 수 있었다.
두 번째로, a-C:H 박막 표면을 이용한 이온빔 배향 FFS 단위셀의 V-T 및 응답시간 특성을 시간 경과에 따라 평가시, 특성이 변하지 않음을 통해 시간이 지나더라도 배향력에 이상이 없음을 알 수 있었고, 광학 현미경을 이용하여 Dark 상태를 관찰하더라도 러빙 배향된 FFS 단위셀과 마찬가지로 우수한 Dark 상태를 구현함을 볼 수 있었다. 그리고, LCD 동작상의 이온 흡착 특성을 보기 위하여 AC V-T 히스테리시스 특성을 측정한 결과, 러빙 배향된 FFS셀과 마찬가지로 히스테리시스가 거의 발생하지 않음을 알았다. 본 연구에서는 이를 통해 FFS-LCD의 배향을 종래의 러빙을 통한 접촉식 방식이 아니라, a-C:H 박막에 이온빔을 조사하는 비접촉식 방식의 적용이 충분히 가능할 것으로 판단할 수 있었다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Recently, the representative LCD mode applied to TFT-LCD is normally white(NW) twisted nematic(TN) mode. But, it has narrow viewing angle because it has limitation of asymmetric phase retardation on polar angle.
Fringe Field Switching(FFS) mode[1] has the same phase retardation in every direction of polar angle, so it has wide viewing angle characteristic. but FFS mode has been homogeneous alignment state of normally black(NB) type in initial. currently, we used rubbing aligning method for LC alignment at FFS 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 FFS mode has more serious problem in rubbing method than that of TN mode because FFS mode adopt normally black mode. so FFS mode has demerit of narrow process margin in rubbing process.
In this study, we intend to make FFS mode cell with LC alignment used non-rubbing method, ion beam alignment method on the a-C:H thin film, to analyze electro-optical characteristics in this cell.
First, we studied on the suitable inorganic thin film for FFS_LCD and the aligning capabilities of nematic liquid crystal (NLC) using the new alignment material of a-C:H thin film as working gas at 30W rf bias condition. A high pretilt angle of about 5° by ion beam(IB) exposure on the a-C:H thin film surface was measured. A good LC alignment by the IB alignment method on the a-C:H thin film surface was observed at annealing temperature of 250℃, and the alignment defect of the NLC was observed above annealing temperature of 300℃. Consequently, the high pretilt angle and the good thermal stability of LC alignment by the IB alignment method on the a-C:H thin film surface as working gas at 30W rf bias condition can be achieved.
Second, when evaluate V-T and response time of ion beam aligned FFS unit cell with the lapse of time, we could know no singularity in orientation power even if time pass in non contact alignment method. we use optical microscope and observe dark state. In this method, we also know superior dark state at ion beam exposure on a-C:H thin film surface of FFS unit cell to that of rubbing aligned FFS unit cell.
Finally, we measured AC V-T hysteresis characteristics at the two kinds of LC aligning method, ion beam exposure method and rubbing method, to see ion absorption quality of operating LCD. we hardly see AC V-T hysteresis applied to ion beam aligning method at FFS-LCD cell similar to rubbing aligning method.
In the conclusion, we could judge the possibility of appling to non contact aligning method, irradiation ion beam in a-C:H thin film surface, of FFS-LCD.

목차 (Table of Contents)

• 차례 = i
• 그림 차례 = ii
• 표 차례 = iv
• 국문 요약 = v
• 제1장. 서론 = 1
• 제2장. 액정 배향 기술 = 3
• 2.1 액정 배향 = 3
• 2.1.1 러빙처리법 = 3
• 2.1.2 넌러빙처리법 = 5
• 2.2 수소화된 비정질 탄소 박막의 표면 처리법 = 7
• 2.3 FFS-LCD 모드 = 9
• 제3장. 실험 = 13
• 3.1 원거리 플라즈마 화학증착법(Remote-PECVD) = 13
• 3.2 이온빔(Ion Beam) 조사 장치 = 15
• 3.3 셀 제작 = 18
• 3.4 전기광학 특성 평가 = 20
• 제4장. 결과 및 고찰 = 31
• 4.1 AFM 사진 관찰 = 31
• 4.2 a-C:H 박막에서의 프리틸트각 제어 = 34
• 4.3 a-C:H 박막에서 열적 안정성 = 35
• 4.4 FFS 셀의 편광현미경 사진 = 38
• 4.5 FFS-LCD의 프리틸트 영향 시뮬레이션 = 39
• 4.6 a-C:H 박막에서 액정셀의 전기광학 특성 = 47
• 제5장. 결론 = 59
• 참고 문헌 = 61
• [ABSTRACT] = 65