액정 배향막의 배향 안정성 평가 및 광시야각화용 수직-수평 혼합 배향막에 관한 연구 = Stability characteristics of LC alignment layer and homeotropic-homogeneous hybrid alignment layer for wide viewing LCDs

국문 초록 (Abstract)

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.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

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.

목차 (Table of Contents)

• 목차
• List of Figures = ⅰ
• List of Tables = ⅲ
• Abstract = ⅳ
• 국문 요약 = ⅴ
• 제1장 서론 = 1
• 1.1. 연구 배경 = 1
• 1.2. 액정 배향의 메카니즘 = 4
• 1.3. 광시야각화용 LCD 개발 기술 = 5
• 1.4. 연구 목표 = 11
• 제2장 실험 = 13
• 2.1. 액정 배향막의 안정성 평가 = 13
• 2.1.1. 러빙 밀도에 따른 배향막의 모폴로지 = 13
• 2.1.2. 러빙 밀도에 따른 배향막의 표면장력 변화 = 15
• 2.1.3. 러빙 밀도에 따른 선경사각의 변화 = 17
• 2.1.4. 액정 단위셀의 등가회로 분석 = 19
• 2.2. 광시야각화용 수직-수평 혼합 배향막 = 20
• 2.2.1. 광시야각화용 수직-수평 혼합 배향막의 제조 = 20
• 2.2.2. 수직-수평 혼합 배향막의 모폴로지 = 23
• 2.2.3. 수직-수평 혼합 배향막셀의 편광 현미경 이미지 = 23
• 2.2.4. 시야각 측정(Iso-contrast map) = 23
• 2.2.5. 수평 배향 도메인 크기 조절 = 24
• 제3장 결과 및 고찰 = 25
• 3.1. 액정 배향막의 안정성 평가 = 25
• 3.1.1. 러빙 밀도에 따른 배향막의 모폴로지 = 25
• 3.1.2. 러빙 밀도에 따른 배향막의 표면장력 변화 = 29
• 3.1.3. 러빙 밀도에 따른 선경사각의 변화 = 32
• 3.1.4. 액정 단위셀의 등가회로 분석 = 34
• 3.2. 광시야각화용 수직-수평 혼합 배향막 = 42
• 3.2.1. 수직-수평 혼합 배향막의 모폴로지 = 42
• 3.2.2. 수직-수평 혼합 배향막셀의 편광 현미경 이미지 = 44
• 3.2.3. 시야각 측정(Iso-contrast map) = 46
• 3.2.4. 수평 배향 도메인 크기 조절 = 53
• 제4장 결론 = 58
• 4.1. 액정 배향막의 안정성 평가 = 58
• 4.2. 광시야각화용 수직-수평 혼합 배향막 = 59
• 참고문헌 = 61