NDLC 박막을 적용한 액정배향 및 IPS LCD의 전기광학효과 = LC alignment and EO performances of IPS LCD on the NDLC thin films

국문 초록 (Abstract)

최근 평판 디스플레이(Flat Panel Display) 산업은 정보화 및 디지털화의 시대적 요구에 부합하여 급성장을 이루게 되었다. 특히, 그중 TFT(Thin Film Transistor)-LCD(Liquid Crystal Display) 는 반도체 공정 및 회로, 광학 기술의 발전으로 인해 우수한 해상도와 낮은 전력 소모 등의 특징을 제공할 수 있는 장점이 있다. 액정 디스플레이(Liquid Crystal Display)는 휴대폰, 캠코더 등의 소형 디스플레이에서 노트북 PC, 데스크 탑 모니터, TV 등의 대형 디스플레이에까지 폭넓게 사용됨으로써 대표적인 평판 디스플레이로 자리 잡고 있다.현재 TFT-LCD에 대표적으로 적용되고 있는 LCD mode 로는 IPS(in-plane switching)방식과 VA(vatical alignment)방식이 있다. IPS mode는 TN(twisted nematic) 방식의 좁은 시야각을 해결한 nomally black타입의 광시야각 모드로 보는 방향에 따른 위상 차이를 같게 한 기술이다. 그러나 IPS mode는 nomally black타입의 homogeneous의 배열을 이용하는 모드로 polyimide배향막에 접촉방식의 러빙공정에 의해 액정을 정렬시키며 nomally white type의 TN mode에 비해 러빙 스크래치, track등 러빙공정상의 공정 마진이 협소한 단점을 갖고 있다.그러므로 본 연구에서는 광시야각 모드인 IPS mode에서, 상기의 접촉식 배향 공정시의 문제점을 해결하기 위한 신개념으로 무기박막인 NDLC 박막에 이온빔을 조사하여 배향처리를 하는 비 접촉식 배향 처리방식을 사용하여 배향특성을 확인하였고 IPS mode 단위셀을 제작하여 전기 광학특성을 연구하였다. 제조 공정이 간단한 플라즈마 화학 증착법(PECVD method)으로 NDLC(nitrogen doped DLC)박막을 증착하여 배향막(Alignment Layer)으로 이용하였고 새로운 이온소스인 DuoPIGatron 타입의 이온건을 사용하여 배향처리하였다..이온빔 조건을 변화시켜 NDLC박막에서 이온빔에 의해 액정이 배향되는 기구에 대해 연구하고자 하였다. 본 연구에서는 이온빔의 입사각도와 조사시간의 변화를 통하여 그에 따른 박막의 물성 변화, 액정의 프리틸트 각(Pretilt Angle)의 변화를 관찰하였다. 이온빔(Ion Beam)에 의한 액정 배향 기구를 연구하기 위해 결정 회전법(Crystal Rotation Method)을 이용하여 액정의 프리틸트 각을 측정하였다. 프리틸트 각을 측정하기 위하여 액정 셀은 샌드위치(Sandwitch) 형태로 제작하였으며, 두께는 60 μm로 조절하였다. 전기광학특성을 측정하기 위하여 프리틸트 각 측정용 셀과 마찬가지 방법으로 NDLC박막을 증착하고 이온빔을 조사시킨 후 IPS cell을 제작했다. 제작한 이온빔 배향 IPS cell의 두께는 4 μm로 조절하였다. 편광 현미경을 이용하여 IPS cell 의 on/off 상태에서의 배향성을 확인하였고 전기 광학 특성을 평가하기 위하여 전압-투과율 (V-T) 특성, 응답 특성을 LCMS-200 (Electro-Optical Measurement) 장비를 이용하여 실온에서 측정하였다.NDLC박막에 이온빔 조사를 통해 수평(Homogeneous)배향을 시킬 수 있었고 IPS mode에 적합한 낮은 프리틸트각과 우수한 열적 안정성을 얻을수 있었다.또한 NDLC 박막에 이온빔 배향한 IPS cell은 안정된 전압 투과율 특성, 빠른 응답특성과 우수한 잔류 DC 전압특성을 나타내었다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

In rapidly developing information period, functions of information display devices which are in charge of interface between human and machinery became very important. The most recent, information display devices were quickly grown up corresponds to the interest was focused on flat panel display industry and the demands of the times of information and digitalization. Especially, TFT(Thin Film Transistor) - LCD(Liquid Crystal Display) industry has the advantages such as good resolution and low power consumption due to the development of semiconductor process and circuit, optical technology. Liquid crystal displays(LCDs) are taking representative flat panel display because those are widely used from small size display such as mobile phone and camcorder to large size display such as notebook PC, desktop monitor and TV.Nowadays, LCD mode widely using TFT-LCD are IPS(in-plane switching) and VA(vatical alignment). IPS mode has the same phase retardation in every direction of polar angle, so it has wide viewing angle characteristic. but IPS mode has been homogeneous alignment state of normally black(NB) type in initial. Currently, we used rubbing aligning method for LC alignment at IPS 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 IPS mode has more serious problem in rubbing method than that of TN mode because IPS mode adopt normally black mode. so IPS mode has demerit of narrow process margin inrubbing process.In this study, we intend to make IPS mode cell with LC alignment used non-rubbing method, ion beam alignment method on the NDLC thin film, to nalyze electro-optical characteristics in this cell.We used the new liquid crystal alignment layers which were produced NDLC thin film using the PECVD method that has a simple manufacturing process. Also, the DuoPIGatron type which is new ion soruce was used as the alignment process.We studied that according to varying the condition of ion beam liquid crystal alignment mechanism by the ion beam irradiation on the inorganic thin film surface. In this thesis, we observed changes of property of thin film and pretilt angle of liquid crystal due to the variation of the ion beam incident angle and irradiation time. Crystal rotation method was used for measuring the pretilt angle of LC. Also, for evaluating the electro-optical characteristics we made IPS cell which was irradiated ion beam on deposited the NDLC thin films. We checked LC alignment state of on/off state of IPS cell. In addition, voltage-transmittance(V-T) and response time characteristics were measured by LCMS-200 (Electro-Optical Measurement) equipment at room temperature.The LC alignment effects generation of pretilt angles with ion beam exposure and the EO performances of the ion beam-aligned IPS cell with the NDLC thin films as alignment layers were investigated. We obtained very low pretilt angle which can be applied to the IPS mode. The AFM images exhibit ion beam alignment due to chemical bonding variation regardless of surface roughness. The similarly good V-T curves, in comparison with those of the rubbing-aligned IPS cell with the PI thin films as alignment layers were observed for ion beam-aligned IPS cell with the NDLC thin films as alignment layers. Also, the equivalent response time characteristics, in comparison with those of the rubbing-aligned IPS cell with the PI thin films as alignment layers, could be achieved for the ion beam-aligned with the NDLC thin films as alignment layers. Finally, the residual DC voltage of the ion beam-aligned IPS cell with the NDLC thin films as alignment layers was good. As a result, good characteristics were achieved on NDLC thin films as new alignment layers.