Fast switching of liquid crystals on solution-processed yttrium oxide surface via ion beam irradiation

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The uniform alignment of liquid crystals (LCs) is a key element in the fabrication of liquid crystal displays (LCDs). Rubbing-processed alignment of the LC has been widely used. However, rubbing method has some disadvantages induced by physical contact such as scratches, accumulation of electrostatic charge and generation of fine dust. To overcome these obstacles, LC alignment layer without rubbing process has been studied. An ultraviolet (UV) photoalignment technique, nanoimprint lithography, oblique deposition, and ionbeam (IB) irradiation are major alternatives. Among these techniques, IB irradiation technique is one of the noncontact alignment processes that use Ar+ ion-induced plasma to provide controllability in a production of high-resolution displays in a nonstop process. It has been intensively investigated with optically transparent inorganic materials such as diamond like carbon, SiC, SiOx, SiNx, Ta2O5 and SnO2 as a replacement for conventional PI layers.
In this thesis, It was demonstrated that a solution-derived Y2O3 film treated by IB irradiation as a LC alignment layer. Solution processing is adopted to replace the sputtering method for the deposition of Y2O3 films as an LC alignment layer and the reason is that it is an easy way to make films even if it is not under vacuum conditions. When making films, several different annealing temperatures were used and it was found that optimized annealing temperature to achieve uniform and homogeneous LC alignment presenting high electro-optical performance. Through X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) analysis, it was identified that annealing and IB irradiation process affects surface formation and modification of Y2O3 films which are an important factor to achieve uniformity of the LC alignment and to control the pretilt angle. Twisted nematic-LC cells have been fabricated with IB-irradiated Y2O3 films showing superior electro-optical (EO) properties, which indicates that the proposed solution-derived Y2O3 films have a strong potential for a production of advanced LC displays.

국문 초록 (Abstract)

균일한 액정 배향은 액정디스플레이 산업에서 중요한 요소이다. 액정 배향을 위해서 기계적 러빙법, 경사 배향법, 자외선 배향법, 플라즈마 표면 처리, 그리고 이온빔 배향법 등 다양한 배향법들이 사용된다. 기계적 러빙법은 공정이 단순하고 대량 생산이 용이함에 따라 산업의 표준 기술로써 널리 사용되어 왔다. 그러나 러빙 기술은 공정 중 천을 문지르는 과정에서 먼지와 정전기가 발생하고, 이에 따른 결함들이 나타나는 단점이 존재한다. 이러한 단점을 극복하기 위해 이온빔 배향법이 대안으로 제시되었다. 이온빔 배향법은 물리적인 접촉이 없어서 공정이 깨끗하고 멀티도메인 형성이 가능한 장점이 있어 러빙법의 대안으로 집중적으로 연구되고 있다. 따라서 본 연구에서는 이온빔 처리한 산화이트륨 박막으로 기존의 러빙 처리한 PI 박막의 대체 가능성을 연구하였다.
첫 번째로, 액정 배향을 위하여 용액 공정을 이용한 산화이트륨 박막 표면에 이온빔을 조사하여 표면 특성을 변화시켰다. 박막의 소성 온도에 따라 프리틸트각이 형성되는 것을 확인할 수 있었고, XPS 분석을 통해 액정 배향 메커니즘을 관찰하였다. XPS 분석 결과, 이온빔 조사된 Y2O3 표면에서 Y-C 결합의 파괴가 일어나고, 이로 인해 액정 배향을 위한 반데르발스 힘이 발생하였다. Y2O3 박막을 이용한 TN 모드의 응답속도 특성도 기존의 PI를 이용한 TN 모드보다 우수하였다. 이 결과들은 Y2O3 박막이 기존의 PI 액정배향막을 대체할 수 있는 가능성을 나타낸다.