DLC 박막을 이용한 액정배향 효과 및 전기광학 특성 = Liquid crystal aligning capabilities and EO characteristics of the TN-LCD with ion beam exposure on a new DLC thin film layer

국문 초록 (Abstract)

급속히 발전하고 있는 정보화 시대에 인간과 기기의 인터페이스를 담당하는 표시 소자의 역할은 매우 중요하게 되었다. 최근에는 평판 디스플레이(Flat Panel Display) 산업에 관심이 집중되면서 정보화 및 디지털화의 시대적 요구에 따라 급성장을 하게 되었다. 특히 TFT(Thin Film Transistor)-LCD(Liquid Crystal Display)는 반도체 공정 및 회로, 광학 기술의 발전으로 우수한 해상도와 낮은 전력 소모 등의 특징을 제공할 수 있다는 장점으로 노트북 PC, 데스크탑 모니터 그리고 TV 등에 널리 쓰이면서 FPD 산업의 중심을 이루고 있다.
본 연구에서는 제조 공정이 간단한 원거리 플라즈마 화학 증착법(RPECVD method)으로 Diamond-Like-Carbon(DLC) 박막을 제조하여 액정 배향막으로 이용하였다. 또한, 배향 공정으로 비접촉식인 이온빔 공정을 이용함으로써, 정전기나 먼지 발생을 제거하였다. 그리고, 이온빔 조건을 변화시켜 DLC 박막에서 이온빔에 의해 액정이 배향되는 기구에 대해 연구하고자 하였다. 본 실험에서는 이온빔 에너지와 이온빔 조사시간을 변화시켜 박막의 물성 변화를 관찰하였고, 액정의 선경사각의 변화를 관찰하였다. 이온빔에 의한 액정 배향 기구를 연구하기 위해 결정 회전법(Crystal Rotation Method)을 이용하여 액정의 선경사각을 측정하였다. 제조된 박막은 광학적 대역폭이나 Raman 분석 결과로부터 50% 이상의 수소를 함유하는 폴리머상 탄소 박막이라는 것을 알 수 있었다. 또한, 이온 빔 조사시간을 증가시키면 박막 내의 수소 함량이 급격하게 감소하고, sp2 탄소 결합이 증가하여 흑연화가 이루어짐을 확인하였다. 이온 빔 조사시간 증가에 의해 박막의 표면은 염기 성분인 OH- 성분이 증가하였고, 이로 인해 액정의 선경사각이 1분 이상 이온빔을 조사한 경우에는 급격하게 감소하는 현상이 발생하였다.
DLC 박막에 이온빔 조사를 통해 우수한 액정 배향 특성이 나타났으며 프리틸트 제어 및 열적 안정성이 우수함을 알 수 있었다. 또한, DLC 박막 표면을 이용한 이온빔 배향 TN-LCD는 backflow bounce가 없는 안정한 V-T 및 응답특성을 나타내었고 PI 표면을 이용한 러빙 TN-LCD와 거의 동등한 잔류 DC 전압 특성을 나타내었다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Liquid crystal displays(LCDs) require uniform alignment and stable pretilt angles on a substrate layer. A rubbing method has been widely used to align LC molecules on the polyimide(PI) surface. LCs are aligned due to the induced anisotropy on the substrate surface. Rubbed PI surfaces have suitable characteristics such as uniform alignment and a high pretilt angle. However, the rubbing method has some drawbacks, such as the generation of electrostatic charges and the creation of contaminating particles. Thus, non-rubbing techniques for LC alignment are strongly needed in LCD technology. Recently, the LC alignment effects by using the photodimerization and photodissociation have been reported. Most recently, the LC aligning capabilities by ion beam exposure on the diamond-like-carbon(DLC) layer have been reported by P. Chaudhari et al. This article will report on the pretilt angle generation and electro-optical(EO) characteristics of the ion beam aligned TN-LCD with oblique ion beam exposure on the DLC surface.
A high pretilt angle of 3.5°with ion beam exposure on the DLC thin film can be obtained. Superior LC alignment with the ion beam alignment method on the DLC layer was observed until an annealing temperature of 200℃. Also, excellent voltage-transmittance(V-T) curve of the ion beam aligned twisted nematic(TN) cell with oblique ion beam exposure on the DLC surface for 1 min was observed. The fast response time of the ion beam aligned TN cell with oblique ion beam exposure on the DLC surface for 1 min can be achieved. The residual DC property of the ion beam aligned TN cell with ion beam exposure on the DLC layer for 1min is almost same as that of the rubbing aligned TN cell on a rubbed polyimide(PI) surface.

목차 (Table of Contents)

• 그림 차례 = ii
• 표 차례 = iv
• 국문요약 = v
• 제 1장. 서론 = 1
• 제 2장. 액정 배향 기술 = 6
• 2.1 액정 배향 = 6
• 2.1.1 액정배향의 질서 및 기구 = 6
• 2.1.2 러빙처리법 = 14
• 2.1.3 넌러빙처리법 = 16
• 2.2 수소화된 비정질 탄소박막의 표면 처리법 = 24
• 2.3 TN-LCD = 27
• 제 3장. 실 험 = 32
• 3.1 원거리 플라즈마 화학증착법 = 32
• 3.2 이온빔 조사장치 = 34
• 3.3 셀 제작 = 38
• 3.4 전기광학 특성 평가 = 39
• 제 4장. 결과 및 고찰 = 51
• 4.1 액정 배향 = 51
• 4.2 DLC 박막에서의 프리틸트각 제어 = 54
• 4.3 DLC 박막에서의 액정셀의 전기광학 특성 = 57
• 4.4 열적 배향 신뢰성 평가 = 65
• 제 5장. 결 론 = 68
• 참고 문헌 = 70
• 영문 요약 = 73