이온빔을 이용한 액정의 멀티도메인 배향에 관한 연구

국문 초록 (Abstract)

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.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

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.

목차 (Table of Contents)

• 1. 서론 = 1
• 2. 액정 분자의 배향 방법 = 3
• 2.1 액정 배향의 기본 개념 = 3
• 2.2 러빙 및 증착배향 = 5
• 2.3 광배향 = 8
• 3. 무기막 증착장비 및 이온빔 시스템 = 9
• 3.1 증착장비 및 증착조건 = 9
• 3.2 이온빔 시스템 = 12
• 4. 이온빔을 이용한 액정의 멀티도메인 배향 = 15
• 4.1 이온빔을 이용한 수직배향 = 15
• 4.2 multi-domain시스템 = 17
• 4.3 이온빔을 이용한 multi-domain 배향 = 21
• 4.3.1 a-SiO_(x) film을 이용한 multi-domain 배향특성 = 27
• 4.3.2 poly imide 배향막을 이용한 multi-domain 배향특성 = 39
• 5. 이온빔 scanning을 이용한 LCD 대면적 적용 = 42
• 5.1 이온빔 scanning 방법 = 42
• 5.2 이온빔 scanning 방법을 이용한 LCD 대면적 적용 = 49
• 6. 결론 = 57
• 참고문헌 = 59
• Abstract = 64