고속 응답 액정 디스플레이용 신규 광 반응성 수직 배향 재료의 합성과 특징, 평가 Synthesis, Characterization, and Evaluation of New Photo-reactive Vertical Alignment Materials for Fast Switching Liquid Crystal Display원문보기
액정 디스플레이 (LCD) 는 유전체 이방성 및 복굴절 특성을 갖는 액정 (LC) 을 사용하여 빛을 제어하여 이미지를 표시한다. LCD 모드 중 수직 배향 (...
액정 디스플레이 (LCD) 는 유전체 이방성 및 복굴절 특성을 갖는 액정 (LC) 을 사용하여 빛을 제어하여 이미지를 표시한다. LCD 모드 중 수직 배향 (VA) 모드는 높은 콘트라스트 비와 우수한 고품질의 화상을 제공한다는 장점으로 LCD에 널리 적용되었다. 그러나 VA 모드의 LCD는 느린 응답 속도로부터 3D TV와 커브드 TV 등 구현을 위해서 응답 속도 개선이 요구되고 있다. 이러한 단점을 해결하고자 액정을 프리 틸트라 불리는 액정의 경사각을 구현하여 액정의 빠른 응답 속도 특성을 개선하고자 하였다. 이에 대한 개선 방법으로 표면 제어 수직 배향 (SC-VA) 모드를 사용하여 배향막으로 사용되는 폴리이미드 (PI) 내 반응성 액정(RM)을 투입 후 광 반응성을 통하여 액정의 프리 틸트를 생성하여 응답 속도 개선을 연구하였다. 본 논문에서는 광 반응성 액정 화합물인 RM에 대해 신규 구조의 도안을 하였고 합성을 통하여 신규 RM 재료들을 사용한 수직 배향 모드에서의 전기적인 특성 연구를 하였다. 제3장에서는 이중결합의 광 반응성 영향성을 보고자 아크릴레이트 및 메타크릴레이트 작용기의 변화를 통해 신규 RM1 및 RM2를 합성하였고 용해도를 개선하고자 페닐과 비페닐로 치환된 RM3와 RM4를 합성하였다. 본 합성을 통해 얻은 4가지 RM 재료는 이중결합의 광 반응성기 조절을 통해 응답 속도의 영향성을 확인하였고 특히 메타클레이트로 치환된 이중결합 구조인 RM2와 RM4가 좀 더 좋은 응답 속도 개선을 확인 할 수 있었다. 또한 용해도의 개선 효과를 살펴보고자 페닐로 치환된 구조인 RM1와 RM2는 비페닐로 치환된 RM3와 RM4보다 PI에 대한 용해도가 우수함을 확인하였고 이에 용해도 및 광 반응성이 우수한 RM2가 최종적으로 우수한 응답 속도에 개선 효과 결과를 얻을 수 있었다. 이 결과를 기반으로 4장에서는 광 반응성을 개선을 위한 메타크릴레이트 작용기 증가와 용해도 개선을 위해 알킬 사슬의 길이에 대한 영향성을 보고자 신규 RM5 와 RM6, RM7의 신규 구조를 도안 하였고 합성하였다. 특히 헥실 알킬 사슬을 지닌 RM6 모노머가 PI와의 용해도가 RM2보다 증가함을 확인하였고 광 반응성 증가를 위해 4 관능 메타클레이트를 도입된 RM7 모노머가 RM2에 비해 우수한 광 반응성 특성 결과가 나타남을 확인할 수 있었다. 이러한 개선된 광 반응성 개선과 용해도의 향상으로부터 고속 응답 속도 개선뿐만 아니라 장기 안정성에도 향상될 수 있음을 확인할 수 있었다. 마지막으로, PI 정렬 층이 없는 새로운 자기 배향 수직 정렬 모드에 대해 연구하였고 새로운 자기 배향 반응성 액정 (SA-RM)의 새로운 재료의 구조 도안을 하였다. 합성된 SA-RM 재료는 액정과의 용해도와 광학 편광 현미경을 통한 수직 배향을 확인하였으며 액정과의 균일성에 관해서도 확인 하였다. 또한, 전압에 대한 빛 투과도의 특성(V-T curve)으로부터 액정 구동을 위한 문턱 전압의 수치를 확인하여 PI 정렬 층이 있는 일반적인 VA 모드와의 비교를 통해 PI 정렬 층이 없더라도 일반적인 VA 모드와 동일하게 자기 배향 역활을 확인할 수 있었다. LC 내 0.05% 이상이 포함된 SA-RM 재료는 상 분리와 POM 영상으로부터 빛 샘 현상이 확인되었고 더 나은 결과를 얻기 위해서는 SA-RM의 용해성 개선이 더 필요하다는 것을 확인할 수 있었다.
액정 디스플레이 (LCD) 는 유전체 이방성 및 복굴절 특성을 갖는 액정 (LC) 을 사용하여 빛을 제어하여 이미지를 표시한다. LCD 모드 중 수직 배향 (VA) 모드는 높은 콘트라스트 비와 우수한 고품질의 화상을 제공한다는 장점으로 LCD에 널리 적용되었다. 그러나 VA 모드의 LCD는 느린 응답 속도로부터 3D TV와 커브드 TV 등 구현을 위해서 응답 속도 개선이 요구되고 있다. 이러한 단점을 해결하고자 액정을 프리 틸트라 불리는 액정의 경사각을 구현하여 액정의 빠른 응답 속도 특성을 개선하고자 하였다. 이에 대한 개선 방법으로 표면 제어 수직 배향 (SC-VA) 모드를 사용하여 배향막으로 사용되는 폴리이미드 (PI) 내 반응성 액정(RM)을 투입 후 광 반응성을 통하여 액정의 프리 틸트를 생성하여 응답 속도 개선을 연구하였다. 본 논문에서는 광 반응성 액정 화합물인 RM에 대해 신규 구조의 도안을 하였고 합성을 통하여 신규 RM 재료들을 사용한 수직 배향 모드에서의 전기적인 특성 연구를 하였다. 제3장에서는 이중결합의 광 반응성 영향성을 보고자 아크릴레이트 및 메타크릴레이트 작용기의 변화를 통해 신규 RM1 및 RM2를 합성하였고 용해도를 개선하고자 페닐과 비페닐로 치환된 RM3와 RM4를 합성하였다. 본 합성을 통해 얻은 4가지 RM 재료는 이중결합의 광 반응성기 조절을 통해 응답 속도의 영향성을 확인하였고 특히 메타클레이트로 치환된 이중결합 구조인 RM2와 RM4가 좀 더 좋은 응답 속도 개선을 확인 할 수 있었다. 또한 용해도의 개선 효과를 살펴보고자 페닐로 치환된 구조인 RM1와 RM2는 비페닐로 치환된 RM3와 RM4보다 PI에 대한 용해도가 우수함을 확인하였고 이에 용해도 및 광 반응성이 우수한 RM2가 최종적으로 우수한 응답 속도에 개선 효과 결과를 얻을 수 있었다. 이 결과를 기반으로 4장에서는 광 반응성을 개선을 위한 메타크릴레이트 작용기 증가와 용해도 개선을 위해 알킬 사슬의 길이에 대한 영향성을 보고자 신규 RM5 와 RM6, RM7의 신규 구조를 도안 하였고 합성하였다. 특히 헥실 알킬 사슬을 지닌 RM6 모노머가 PI와의 용해도가 RM2보다 증가함을 확인하였고 광 반응성 증가를 위해 4 관능 메타클레이트를 도입된 RM7 모노머가 RM2에 비해 우수한 광 반응성 특성 결과가 나타남을 확인할 수 있었다. 이러한 개선된 광 반응성 개선과 용해도의 향상으로부터 고속 응답 속도 개선뿐만 아니라 장기 안정성에도 향상될 수 있음을 확인할 수 있었다. 마지막으로, PI 정렬 층이 없는 새로운 자기 배향 수직 정렬 모드에 대해 연구하였고 새로운 자기 배향 반응성 액정 (SA-RM)의 새로운 재료의 구조 도안을 하였다. 합성된 SA-RM 재료는 액정과의 용해도와 광학 편광 현미경을 통한 수직 배향을 확인하였으며 액정과의 균일성에 관해서도 확인 하였다. 또한, 전압에 대한 빛 투과도의 특성(V-T curve)으로부터 액정 구동을 위한 문턱 전압의 수치를 확인하여 PI 정렬 층이 있는 일반적인 VA 모드와의 비교를 통해 PI 정렬 층이 없더라도 일반적인 VA 모드와 동일하게 자기 배향 역활을 확인할 수 있었다. LC 내 0.05% 이상이 포함된 SA-RM 재료는 상 분리와 POM 영상으로부터 빛 샘 현상이 확인되었고 더 나은 결과를 얻기 위해서는 SA-RM의 용해성 개선이 더 필요하다는 것을 확인할 수 있었다.
Liquid crystal displays (LCDs) show images through the control of light using liquid crystals (LCs) and vertical alignment (VA) of the LCD modes is widely applied to large screen displays because it offers advantages such as high contrast ratio and excellent dark states. However, the VA mode shows s...
Liquid crystal displays (LCDs) show images through the control of light using liquid crystals (LCs) and vertical alignment (VA) of the LCD modes is widely applied to large screen displays because it offers advantages such as high contrast ratio and excellent dark states. However, the VA mode shows slow response time which limits these applications. As one solution for this problem, the surface-controlled VA (SC-VA) mode which use a mixture of polyimide (PI) and reactive mesogen (RM) was proposed to generate pre-tilt in LCs. In order to introduce the RM to the PI layer, a certain degree of solubility in PI solution must be secured. Since the solubility is strongly influenced by the chemical structure of the RM, the research of the chemical structure of the RM is very important. In the chapter 3, we investigated the influence on the electro-optical performance of LCDs in the SC-VA mode by the chemical structure of the RM. The synthesized RMs of acrylate and methacrylate functional groups were chosen to show the effect of functional group reactivity on the response time. In addition, the core structure was selected as a phenyl or biphenyl structure to confirm the non-polarity of the RM and its effect on interactions with the VA layer. We have prepared new photoreactive vertical alignment layers through spin coating the PI mixtures with newly designed bi-functional monomers on the ITO substrate. The stable vertical alignment and fast electro-optical switching of LCs could be easily obtained by post UV treatment on the prepared alignment layers under electric field. The proposed RM2 monomer with both a phenyl core and methacrylic groups can be provided superior electro-optical response performance among the new RM1 to RM4. In this Chapter 4, we studied the electrical properties by synthesizing new RMs with improved reactivity and improved solubility based on the results from Chapter 3. We prepared to change of alkyl chain length for improving the solubility of PI and increase the methacrylic functional group for improving the photo-reactivity. We obtained the result of the superior electro-optical response performance and long-term stability from RM6 and RM7 among the new RM5 to RM7. Finally, we studied new VA mode without alignment layers by mixing only bi-functional reactive monomer with LCs. We propose the new SA-RM and it has both a vertical alignment characteristic which is a characteristic of PI and pre-tilt characteristic which is a characteristic of RM. We prepared SA-RM and checked several electro-optical tests such as the solubility of LC, the POM image and the threshold voltage from V-T curve. We confirmed that the LC solubility improvement was further needed by LC solubility and POM image. But, the new VA mode containing SA-RM showed the similar △Vth value with conventional PI layer and we obtained that the △Vth value result as response time can be formed the vertically self-alignment layer after UV exposure for 0.05 weight% concentration level.
Liquid crystal displays (LCDs) show images through the control of light using liquid crystals (LCs) and vertical alignment (VA) of the LCD modes is widely applied to large screen displays because it offers advantages such as high contrast ratio and excellent dark states. However, the VA mode shows slow response time which limits these applications. As one solution for this problem, the surface-controlled VA (SC-VA) mode which use a mixture of polyimide (PI) and reactive mesogen (RM) was proposed to generate pre-tilt in LCs. In order to introduce the RM to the PI layer, a certain degree of solubility in PI solution must be secured. Since the solubility is strongly influenced by the chemical structure of the RM, the research of the chemical structure of the RM is very important. In the chapter 3, we investigated the influence on the electro-optical performance of LCDs in the SC-VA mode by the chemical structure of the RM. The synthesized RMs of acrylate and methacrylate functional groups were chosen to show the effect of functional group reactivity on the response time. In addition, the core structure was selected as a phenyl or biphenyl structure to confirm the non-polarity of the RM and its effect on interactions with the VA layer. We have prepared new photoreactive vertical alignment layers through spin coating the PI mixtures with newly designed bi-functional monomers on the ITO substrate. The stable vertical alignment and fast electro-optical switching of LCs could be easily obtained by post UV treatment on the prepared alignment layers under electric field. The proposed RM2 monomer with both a phenyl core and methacrylic groups can be provided superior electro-optical response performance among the new RM1 to RM4. In this Chapter 4, we studied the electrical properties by synthesizing new RMs with improved reactivity and improved solubility based on the results from Chapter 3. We prepared to change of alkyl chain length for improving the solubility of PI and increase the methacrylic functional group for improving the photo-reactivity. We obtained the result of the superior electro-optical response performance and long-term stability from RM6 and RM7 among the new RM5 to RM7. Finally, we studied new VA mode without alignment layers by mixing only bi-functional reactive monomer with LCs. We propose the new SA-RM and it has both a vertical alignment characteristic which is a characteristic of PI and pre-tilt characteristic which is a characteristic of RM. We prepared SA-RM and checked several electro-optical tests such as the solubility of LC, the POM image and the threshold voltage from V-T curve. We confirmed that the LC solubility improvement was further needed by LC solubility and POM image. But, the new VA mode containing SA-RM showed the similar △Vth value with conventional PI layer and we obtained that the △Vth value result as response time can be formed the vertically self-alignment layer after UV exposure for 0.05 weight% concentration level.
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