초록 ▼

새로운 키랄 강유전성 액정과 아키랄 바나나 형태의 강유전성 액정 물질을 합성하고, 여러 가지 실험적 방법을 적용하여 합성된 새로운 물질의 배향 및 액정분자 구조의 파악과 시편에서의 액정분자의 스위칭 메카니즘을 분석하여 차세대 액정표시소자 개발을 위한 원천기술을 확보하는 것이다.
새로운 종류의 키랄과 아키랄의 강유전성 액정화합물을 디자인하여 합성하고, 이들 화합물들의 액정상을 편광현미경, DSC, 또는 X-ray 분광 등으로 각각을 확인 분석하였다. 합성된 키랄과 아키랄 강유전성 액정에 대하여 제 2고조파, 전반사, 전기/광학

새로운 키랄 강유전성 액정과 아키랄 바나나 형태의 강유전성 액정 물질을 합성하고, 여러 가지 실험적 방법을 적용하여 합성된 새로운 물질의 배향 및 액정분자 구조의 파악과 시편에서의 액정분자의 스위칭 메카니즘을 분석하여 차세대 액정표시소자 개발을 위한 원천기술을 확보하는 것이다.
새로운 종류의 키랄과 아키랄의 강유전성 액정화합물을 디자인하여 합성하고, 이들 화합물들의 액정상을 편광현미경, DSC, 또는 X-ray 분광 등으로 각각을 확인 분석하였다. 합성된 키랄과 아키랄 강유전성 액정에 대하여 제 2고조파, 전반사, 전기/광학 계수장치를 이용하여 강유전성 액정의 분자의 표면 처리, 액정의 배향 분포, 전기/광학 계수를 측정하여 액정 분자의 배열과 배향연구를 수행하였다. 강유전성 액정의 경우 셀 표면과 액정 배열간의 관계를 규명하기 위해서 액정 시편의 표면을 광펌핑 방법으로 이방성을 가지게 한 후 셀의 액정 배열 상태의 변화를 연구하였다. 아키랄 바나나형 액정의 경우 시편 표면 특성과 액정 배열 사이의 관계를 연구하기 위해서 먼저 액정 내에 있는 작은 분자들의 구조변화가 바나나 액정의 배열에 미치는 영향을 연구하였다. 자발분극과 유전상수 측정으로부터 상전이 연구와 액정분자 배열구조에 관련된 액정분자의 동역학 변화를 연구하였다. 근원적인 액정분자 배열구조를 파악하기 위해서 엑스광선 산란 실험을 통하여 액정구조 연구를 수행하였다. 확보된 연구결과를 분석하여 시편에서의 동역학 연구로부터 액정 분자의 배열구조를 통하여 액정모드를 연구하였다.
합성그룹에서 키랄(Chiral) 화합물인 강유전성 액정의 합성을 위하여 대표적인 열과 빛의 변색성 염료인 Spiropyranyl 그룹을 Chiral moiety로 하는 여러 종류의 키랄 액정화합물을 합성하였다. 합성된 키랄 강유전성 액정화합물들의 상전이 연구를 수행하기 위하여 편광형미경, 열분석기, 엑스광선의 산란 등 여러 가지 실험적 방법을 사용하였으며, 또한 시편에 의한 전기/광학 특성으 평가함으로써 강유전성 상들을 완벽하게 규명하였다. 또한 아키랄 강유전성 액정 8종을 합성하였다.
새로운 바나나 형태의 강유전성 액정인 PBCOB와 PBFOB를 통하여 PBFOB 시편 내에서 각각 + 및 - chirality를 갖는 domain이 자발적으로 형성되는 현상을 발견하였으며, PBCOB 액정에 xylene을 혼합함으로서 균일하게 배향된 domain을 효과적으로 만들 수 있음을 상온에서의 편광 현미경 사진과 높은 SHG 세기가 검출된 결과르르 통해 확인할 수 있었다. PBCOB 및 PBFOB 액정 모두 전반적으로 높은 SHG 세기를 나타내며 이를 통해 이들 액정들이 높은 polar ordering을 갖는 것을 추측할 수 있었다. 도핑된 아조색소의 광이성질화 현상이 아키랄 바나나형 액정의 B7상에 대해서 분자 집합체의 구조 전환을 가져왔으며, 구부러진 모양을 가진 강유전성 액정 분자에서도 빛에 의한 분자 제어가 가능함을 최초로 밝혔다.
또 다른 새로운 3종의 아키랄 액정화합물을 합성하여 현재 상전이 연구와 배향 연구와 배열구조를 규명하기 위한 연구가 진행중에 있다.
확보된 연구결과들을 응용화하기 위하여 강유전성 액정디스플레이 소자에 가장 중요한 분야인 표면배향의 메카니즘을 연구와 스위칭에 대한 액정분자 배열구조를 분석하여 차세대 디스플레이 모드 연구 중에 있다. 본 과제 연구결과로부터 SCI 논문 5편이 발표되었으며, 3편 제출중이다. 4편의 특허가 출원중에 있다. 국내 논문발표 14건과 국외논문 4편이 발표되었다.

Abstract ▼

The goal of this project is synthesized new chiral and achiral ferroelectric liquid crystals, and is studied the alignment technology and structure of the synthesized materials by using various experimental methods. It is finally to obtain the original technology for the future liquid crystal displa

The goal of this project is synthesized new chiral and achiral ferroelectric liquid crystals, and is studied the alignment technology and structure of the synthesized materials by using various experimental methods. It is finally to obtain the original technology for the future liquid crystal display from the analysis about switching mechnism of LC molecules.
We, in this proposal, systematically designed and synthesized the chiral and achiral liquid crystal molecules for development of new ferroelectric smectic liquid crystal, and characterized them by polarizing microscope, DSC, and x ray spectroscope. We also studied the molecular arrangement and alignment from measuring the electro/optics coefficient, the alignment spread, and the surface treatments of synthesized ferroelectric liquid crystals using the method of second harmonic generation, total reflection, and polarized ATR. We also studied the change of liquid crystal arrangement after having the biaxial property of LC by photo pumping method in order to analyze the relation between surface condition and LC orientation. We also studied the effect of structural phase translation induced by the photo pumping of azo dye in the achiral liquid crystal. Dynamic mechanism and phase transition to analyze the arrangement states of LC molecules was studied by measuring the dielectric constant and polarization. We used x ray scattering technique to figure out the original structure of liquid crystal molecules. Finally, we are studying the liquid crystal display mode from analyzing all results obtained in this project.
The synthesis group synthesized the various chiral ferroelectric liquid crystals nonactivated indolinobenzospiropyrans as a pendant group used as a chiral moiety and banana shaped liquid crystal molecules (achiral liquid crystal). We figured out the phases about the synthesized materials by using the various experiment techniques.
We found the characteristics occurring domains naturally having the + and chirality in test cell filled new achiral ferroelectric liquid crystal, PBCOB and PBFOB. We knew to obtain uniformly aligned domains, when we mixed xylene in PBCOB, from the SHG and microscope analysis. We found that PBCOB and PBFOB had higher polar ordering. We found it is possible to align the ferroelectnc liquid crystal by photo pumping the FLC molecules and also it was found that the frequency of applied DC (low frequency) field for maximum orientation was proportional to the relaxation time of the LC molecules. We found that the achiral molecules doped with azo dye could make a phase transition by optically pumping the azo dye. The mechanism of this process was verified by this work.
At present, we are studying the molecular structure for new three achiral FLC synthesized recently. Finally, we are doing research to develop new liquid crystal display mode using all results obtained in this project.
We published five SCI papers, and submitted three papers to JJAP, MLCL, and PRL and four patents. We also presented 14 papers in native meeting and 4 papers in oversea meeting.

목차 Contents

• Ⅰ. 연구계획 요약문 ...3
• 1. 국문요약문 ...3
• Ⅱ. 연구결과 요약문 ...4
• 1. 국문요약문 ...4
• 2. 영문요약문 ...5
• Ⅲ. 연구내용 ...6
• 1. 서론 ...6
• 2. 연구방법 및 이론 ...12
• 3. 결과 및 고찰 ...30
• 4. 결론 ...77
• 5. 인용문헌 ...82