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문제 정의
- 본 연구에서는 기존의 PI 배향막에 광배향막의 재료인 PVCi를 도핑 농도별로 섞어 광배향법을 통해 수직 배향 특성을 갖는 배향막을 구현하였다. 이를 이용하여 VA 액정 셀을 만들고 전기광학 특성을 평가하였다.
제안 방법
- 본 연구에서는 비접촉 배향 방식인 UV를 이용한 광배향법을 사용하여 기존 러빙 공정 시 발생하는 정전기나 먼지 문제를 해결하였을 뿐 아니라, 기존의 광배향막 재료로 사용되어온 PVCi (polyvinyl-cinnamate)[10]에 수직 PI (polyimide)를 서로 다른 비율별로 혼합하여 수직배향 특성을 구현하였다. 또한 그에 따른 VA (vertical alignment) 모드를 구현하여 전기광학 특성을 분석하여 배향 특성 평가를 확인하였다.
- 비접촉식 배향방식에는 UV를 이용한 광배향법 [3-6], 무기박막을 경사 증착하는 방법, 이온 빔을 조사 [7-9]하여 배향하는 방법이 연구되어 왔다. 본 연구에서는 비접촉 배향 방식인 UV를 이용한 광배향법을 사용하여 기존 러빙 공정 시 발생하는 정전기나 먼지 문제를 해결하였을 뿐 아니라, 기존의 광배향막 재료로 사용되어온 PVCi (polyvinyl-cinnamate)[10]에 수직 PI (polyimide)를 서로 다른 비율별로 혼합하여 수직배향 특성을 구현하였다. 또한 그에 따른 VA (vertical alignment) 모드를 구현하여 전기광학 특성을 분석하여 배향 특성 평가를 확인하였다.
- 실험에 사용할 광배향막 재료로 수직 PI에 PVCi (RMS 03-015, Merck)를 20%, 40%, 50%, 60%, 80% 비율별로 혼합시켜, 스핀코터를 이용하여 ITO가 코팅 된 글라스 기판에 스핀코팅을 3,000 rpm에서 30초 간 코팅한다. 이 후 UV 광배향 기기 (UV Exposure 66921, Oriel Co.
- 본 연구에서는 기존의 PI 배향막에 광배향막의 재료인 PVCi를 도핑 농도별로 섞어 광배향법을 통해 수직 배향 특성을 갖는 배향막을 구현하였다. 이를 이용하여 VA 액정 셀을 만들고 전기광학 특성을 평가하였다. 배향상태의 경우 전체적으로 안정하였으며, 모두 수직으로 배향되는 특성을 얻었다.
- 편광현미경 (BXP 51, Olympus) 사진을 통하여 액정의 배향상태를 확인하고, 선경사각측정기를 통하여 수직배향 선경사각도를 측정한다. 전기광학 특성을 살펴보기 위해 VA 모드 cell 상, 하판에 편광필름을 부착 후 LCMS-200을 통해 응답속도와 문턱전압 값을 측정하였다. 투과도 측정을 위해 UV Transmittance 기기 (UV-3101PC, SHIMADZU)를 통하여 각 비율별 투과도 변화를 살펴보고, 열적 안정성을 테스트하기 위해 핫플레이트 위에 60도에서 210도까지 30도 간격으로 측정 결과를 비교하여 고정 에너지를 간접적으로 측정하였다.
- 그림 6에서는 제작한 셀 중 50% PVCi 도핑 농도를 가지는 배향막의 열적 안정성을 테스트 결과를 나타낸다. 제작한 액정 셀을 핫플레이트 위에서 60℃, 90℃, 120℃, 150℃, 180℃, 210℃까지의 열을 실온으로부터 10분 간 서서히 가해준 후, 서서히 냉각하는 과정을 거쳐 액정의 고정 에너지를 간접적으로 측정하였다. 그림에서 보는 바와 같이 180℃까지는 액정이 안정한 배향 상태를 보였으나 210℃ 이상에서는 전체적으로 배향성이 파괴되는 것을 알 수 있다.
- 전기광학 특성을 살펴보기 위해 VA 모드 cell 상, 하판에 편광필름을 부착 후 LCMS-200을 통해 응답속도와 문턱전압 값을 측정하였다. 투과도 측정을 위해 UV Transmittance 기기 (UV-3101PC, SHIMADZU)를 통하여 각 비율별 투과도 변화를 살펴보고, 열적 안정성을 테스트하기 위해 핫플레이트 위에 60도에서 210도까지 30도 간격으로 측정 결과를 비교하여 고정 에너지를 간접적으로 측정하였다.
- PVCi의 최저 도핑농도 20%에서도 광중합이 잘되어 균일한 배향막 구현이 가능하였다. 편광현미경 (BXP 51, Olympus) 사진을 통하여 액정의 배향상태를 확인하고, 선경사각측정기를 통하여 수직배향 선경사각도를 측정한다. 전기광학 특성을 살펴보기 위해 VA 모드 cell 상, 하판에 편광필름을 부착 후 LCMS-200을 통해 응답속도와 문턱전압 값을 측정하였다.
성능/효과
- 상승 시간의 경우 인계전압에 따른 투과도가 90%에서 10%까지 변할 때까지 걸린 시간을 말하며, 하강 시간의 경우 그 반대로 정의한다. PVCi 도핑 농도가 20%, 40%, 50%, 60%, 80%에 따라 상승 시간의 경우 14.68 ms, 15.08 ms, 16.89 ms, 16.94 ms, 13.65 ms, 하강 시간의 경우 16.41 ms, 16.86 ms, 16.56 ms, 23.32 ms, 30.34 ms로 측정되었다.
- 그림 5에서는 투과도 특성을 비교해 보았다. 가시 파장 영역에서 순수한 수직 PI 배향막에 비해서 투과도 특성은 조금 낮아지는 특성을 보였다.
- 그림 1은 PVCi 도핑 농도 별 LC 셀의 배향 상태를 확인하기 위해 편광현미경으로 관찰한 사진이다. 각 도핑 농도에 따라 전체적으로 빛샘 현상 없이 균일한 배향 특성이 관찰되었으며 이를 통해 PVCi와 수직PI 혼합 농도와 상관없이 혼합 배향막의 배향 상태가 균일함을 알 수 있다.
- 그러나 PVCi 농도 변화에 따라 투과도 특성은 크게 변하지 않고 평균 72.24%로 측정되었다.
- 그림 2에서 액정 셀의 선경사각도를 측정한 결과 PVCi 도핑 농도가 20%, 40%, 50%, 60%, 80%에 따라 90.03˚, 89.87˚, 90.21˚, 89.93˚, 90.07˚로 각각 측정되었으며, 이는 수직배향 특성이 거의 일치하는 결과값으로 볼 수 있다. 즉, 선경사각도에 있어서 수직 PI 배향막 안의 PVCi 도핑 농도가 영향을 주지 않았음을 확인하였다.
- 응답 속도의 경우 20% PVCi 배향막에서 고속 응답이 구현 가능하였으며, 문턱전압의 경우 50% PVCi에서 가장 낮은 값을 얻을 수 있었으나 전체적 전기광학 특성을 살펴보았을 때 50%의 PVCi 도핑 농도가 최적임을 알 수 있었다. 또한 열적 안정성 특성을 통하여 고정 에너지를 간접적으로 측정하였으며, 180℃까지 배향성이 유지되는 높은 고정 에너지값을 가지는 배향막으로서 우수한 배향력을 가지는 배향막이 구현 가능함을 알 수 있었다.
- 이를 이용하여 VA 액정 셀을 만들고 전기광학 특성을 평가하였다. 배향상태의 경우 전체적으로 안정하였으며, 모두 수직으로 배향되는 특성을 얻었다. 응답 속도의 경우 20% PVCi 배향막에서 고속 응답이 구현 가능하였으며, 문턱전압의 경우 50% PVCi에서 가장 낮은 값을 얻을 수 있었으나 전체적 전기광학 특성을 살펴보았을 때 50%의 PVCi 도핑 농도가 최적임을 알 수 있었다.
- 배향상태의 경우 전체적으로 안정하였으며, 모두 수직으로 배향되는 특성을 얻었다. 응답 속도의 경우 20% PVCi 배향막에서 고속 응답이 구현 가능하였으며, 문턱전압의 경우 50% PVCi에서 가장 낮은 값을 얻을 수 있었으나 전체적 전기광학 특성을 살펴보았을 때 50%의 PVCi 도핑 농도가 최적임을 알 수 있었다. 또한 열적 안정성 특성을 통하여 고정 에너지를 간접적으로 측정하였으며, 180℃까지 배향성이 유지되는 높은 고정 에너지값을 가지는 배향막으로서 우수한 배향력을 가지는 배향막이 구현 가능함을 알 수 있었다.
- 264 V로 측정되었다. 즉, 50% PVCi에서 가장 저전력으로 구동하는 LCD 특성을 나타내었다. 전기광학 특성을 살펴본 결과 PVCi는 도핑양에 따라 응답 특성에 나쁜 영향을 주나 50%의 PVCi는 저전력 구동을 고려하면 상충점이 될 수 있다.
- 07˚로 각각 측정되었으며, 이는 수직배향 특성이 거의 일치하는 결과값으로 볼 수 있다. 즉, 선경사각도에 있어서 수직 PI 배향막 안의 PVCi 도핑 농도가 영향을 주지 않았음을 확인하였다. 이는 PVCi가 수직 PI의 광중합 촉매 역할을 하지만 배향 특성에 영향을 주지 않음을 시사한다.
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