광분해형 CBDA-ODA 폴리이미드의 배향막에 대하여 선편광(LPUV) 조사와 이후의 열처리가 배향막, 액정 배향 그리고 LCD 특성에 어떠한 영향을 미치는지에 대하여 조사하였다. 가장 우수한 액정 배향은 배향막의 이방성을 최대로 발생시키는 광조사 에너지보다 상당히(약 5~10배) 작은 양의 광조사에 의하여 유도되었다. 광조사에 이후에 이어지는 배향막에 대한 열처리는 광분해 반응에 의하여 배향막 표면에 형성된 저분자 부산물들을 효과적으로 제거함과 동시에 광조사된 배향막을 안정화시킴으로써 액정의 배향성과 LCD의 전기적 특성을 향상시키는 결과를 가져왔다.
러빙한 고분자 필름이 액정 분자와 증착된 분자의 배향을 유도하는 메커니즘을 이해하고자 $\pi$ 전자들의 공액구조가 주사슬과 곁사슬에 각각 있는 polyimide와 polyyinylcinnamate를 사용하여 필름과 LC 셀을 만들어 편광 UV/Vis 분광실험으로 조사하였다. 러빙한 필름 내에 형성되는 이방성, LC 셀의 액정 방향자, 그리고 종착된 pentacene의 배열방향을 측정하여, 액정배향은 microgroove 영향보다는 분자간 상호작용에 의하여 우선적으로 유도되는 반면에 pentacene 증착의 경우에는 러빙에 의하여 형성된 필름 표면의 microgroove 영향으로 배향이 유도되는 것을 알 수 있었다.
아조벤젠 고분자는 광 정보저장 및 광 스위치 소자 등의 응용가능성 때문에 많은 연구가 진행되어왔다. 이것은 바로 아조 분자가 가지고 있는 두 이성체 간의 광 이성화 과정에 의한 아조 분자의 정렬에 의한 광 유도 anisotropy가 생기는 특성과 더불어 아조 분자의 이동에 의한 표면 부조가 형성됨이 보고된 이후에 광 정보 저장은 물론 액정의 배향이나 phase mask로의 응용, 특히 photonic band gap(PBG) 효과를 기대 할 수 있는 주기구조 형성에의 응용성 때문에 더욱 관심이 집중되고 있다.
환원된 산화 그래핀(rGO)을 알루미늄, 티타늄, 스트론튬이 혼합된 졸-겔 용액에 혼합하여 브러시 코팅법을 이용하여 액정배향용 하이브리드 박막을 제조하였다. 160, 260, 및 360℃에서 어닐링한 후 산화 반응의 차이를 관찰하였다. 박막 제조 과정에서 생성된 졸-겔 용액은 브러시 모의 전단 응력에 의해 수축력을 발생시켜 미세홈 구조를 형성하였다. 이러한 구조는 주사 전자 현미경 분석을 통해 확인되었으며, rGO의 존재가 명확하게 보였다. 어닐링 온도가 증가함에 따라서 박막 표면의 산화 및 환원 반응이 더욱 활성화되어 표면 혼합물의 강도가 증가하였다. 또한 혼합물의 강도를 증가시킴으로써 전기광학적 특성이 안정화되고 개선되었다. 더불어 전압-정전용량 값도 크게 향상되었다. 최종적으로 투과율 측정 결과 액정디스플레이의 액정 배향막으로 적용하기에 적합한 것으로 나타났다.
HfZnO 박막 위 패턴 전사 기법을 이용하여 기존의 러빙법을 대체하는 배향 공정에 대하여 연구하였다. 정렬 패턴은 레이저 간섭 리소그래피를 이용하여 실리콘 웨이퍼 위에 제작하였다. 졸겔 공정을 이용하여 HfZnO 용액을 제작하였고, 유리기판 위에 스핀코팅하였다. 미리 제작한 정렬패턴을 스핀코팅된 HfZnO 위에 올려놓고, $100^{\circ}C$에서 30분간 소성하였다. HfZnO 박막에 평행한 그루브가 형성되었음을 atomic force microscopy 와 scanning electron microscopy로부터 확인할 수 있었다. HfZnO 박막을 이용하여 액정 셀을 제작하였으며, POM 분석으로부터 액정이 균일하게 정렬되었음을 확인할 수 있었다. 액정은 $0.25^{\circ}$의 프리틸트 각을 가졌으며, 수평배향 특성을 보여주었다. 액정 분자는 평행한 그루브에 의한 HfZnO 박막 표면 이방성에 의하여 균일하게 정렬되었음을 확인할 수 있었다.
본 논문에서는 알킬 사슬 길이에 따른 러빙 처리된 불소화 자기 조립 단분자막(fluorinated self-assembled monolayers; FSAM)의 수직 액정 배향 상태를 보고한다. FSAM의 증착을 위해 간단한 공정인 기체-상 방법이 사용되었다. FSAM의 가시광선 영역대 광학 평균 투과율은 77.63%~78.21%로 75.89%의 투과율을 갖는 기존의 폴리이미드막보다 우수하였다. 또한 프리틸트각 측정과 편광현미경 사진을 통해 FSAM의 우수한 수직 배향 특성을 관찰하였다. 접촉각과 FSAM의 표면에너지 측정을 통해 알킬 사슬 길이에 따른 프리틸트각이 증가하는 것을 확인하였다. FSAM의 높은 광학 투과율과 균일한 수직 배향 특성은 FSAM이 액정 배향막으로서의 가능성을 보여주었다.
선택 반사를 보여주는 콜레스테릭 액정의(cholesteric liquid crystal; CLC) planar 배열이 유도되는 메카니즘을 CLC 셀의 선택 반사율과 FTIR $C{\equiv}N$ 피크 세기를 측정하여 조사하였다. 배향막을 사용한 경우보다는 planar 배열 유도가 완전하지는 않았지만 shear force를 이용하거나 또는 고분자 기판을 연신하여 배향막을 사용하지 않은 상태에서 planar 배열을 유도하였다. CLC의 planar 배열이 유도되는 메카니즘은 기판 표면에 접촉하는 액정분자들이 한 방향으로 늘어서면, 그 액정분자 위에 CLC의 나선 구조들이 기판에 수직으로 형성되며 planar 배열이 유도되는 것이다.
본 논문은 UV(ultraviolet) 처리된 자기 조립 단분자막(fluorinated self-assembled monolayers; FSAM)을 배향막으로 사용한 액정의 배향 특성을 분석하였다. 물리화학적 분석을 사용하여 UV 처리 전후의 ITO(indium-tin-oxide) 유리 기판의 FSAM 특성을 확인하였다. FSAM 표면은 UV 처리에 의해 소수성에서 친수성으로 변화하였다. LC(liquid crystal) 분자는 UV 처리된 FSAM 표면에서 수평방향으로 정렬되었고 선경사각도 90°에서 0°로 변화하였다. UV 처리된 FSAM을 배향막으로 사용하여 제작된 TN(twist nematic) 셀의 전기광학(electro optics; EO) 특성은 기존의 PI(polyimide) 배향막에 비해 응답 시간이 빠른 것을 확인하였다. 이는 UV 처리된 FSAM 이 LCD(liquid crystal display)의 기존 폴리이미드 배향막을 대체할 잠재적인 가능성을 가진다.
본 연구에서는 nematic 액정의 종류 중 하나인 5CB (4-Cyano-4'-pentylbiphenyl) 물질을 박막 트랜지스터 (TFT)의 passivation 층으로 사용했을 때 그 전기적 특성향상을 확인하였다. RF-magnetron sputtering법으로 증착된 비정질 InGaZnO 박막을 활성층으로 사용한 TFT를 제작하여 그 활성층 위에 drop형식으로 passivation 하였다. 그 결과, drain current (I_DS)가 약 10배 정도 증가하고, linear region(V_D=0.5V)에서 mobility와 subthreshold slope(SS)이 각각 6.7에서 12.2, 0.3에서 0.2로 향상되는 것이 보였다. 이것은 gate bias가 인가되었을 때 freedericksz 전이를 통한 액정의 배향과 이때 형성된 dipole 형성에 의한 것으로 보이며, 이러한 LC의 배향은 편광현미경을 통하여 표면과 수직으로 배향한다는 사실을 확인 할 수 있었고 이 LC-passivation된 a-IGZO TFT의 전기적 특성의 향상에 대한 mechanism을 제시하였다. 그리고 배향한 LC가 가지는 dipole에 의해 bias stress 상황에서 독특한 electron trapping과 recovery의 증폭효과가 나타났다. V_G=+20V의 positive gate bias stress를 1000s동안 가했을 때, passivation되지 않은 a-IGZO TFT의 경우 +4V의 threshold voltage shift(${\Delta}V$_TH)가 발생되었고, 바로 -20V의 negative gate bias를 30s간 가해주었을 때 -2.5V의 ${\Delta}V$_TH가 발생하였다. 반면 LC-passivation된 a-IGZO TFT의 경우 각각 +5V와 -4V의 ${\Delta}V$_TH로 더 큰 변화를 가져왔다. 이러한 LC에 의한 electron trapping/recovery 증폭효과에 대한 model을 제시하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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