LCD 배향막의 광학이방성과 비틀린 네마틱 셀 내 액정분자분포의 타원법 연구

Abstract

LCD(Liquid Crystal Display)에서 배향막(alignment layer)은 액정분자의 배열상태를 결정짓는 주요요소이다. 배향막의 표면상태는 액정의 고정(anchoring)정도 및 분자배열과 관련하여 LCD패널의 명암비, 색조범위(color gamut), 시야각, 반응속도와 같은 주요특성들에 큰 영향을 끼친다. 러빙(rubbing)된 폴리이미드(polyimide, PI)는 배향처리가 용이하고 액정분자에 강한 고정 특성을 가져 LCD 산업에서 주로 사용되는 배향막이다. 러빙된 PI 표면의 평가는 주로 AFM(Atomic Force Microscopy)과 STM(Scanning Tunneling Microscopy) 같은 SPM(Scanning Probe Microscopy)방식으로 이루어졌다. 하지만 시료표면과의 직접적인 상호작용을 이용하는 SPM 방식은 측정속도가 느리다는 단점과 측정면적에 제한이 있으며 시료에 영향을 줄 수 있다. 이러한 SPM 방식의 측정이 지니는 단점들은 LCD 패널 생산현장에 배향막의 평가가 도입되지 못하고 있는 원인이 된다. 이에 비해 간접적 측정방법인 광학적인 방법은 이러한 제약들로부터 벗어날 수 있으나 광학적인 방법을 사용하여 러빙된 PI의 배향상태를 평가하기 위해서는 러빙된 PI의 광학이방성(optical anisotropy)을 측정하여야 한다. 광학적인 측정방법으로 러빙된 PI의 평가가 이루어지지 않았던 원인은 러빙된 PI가 0.1~0.3 nm 정도의 리타데이션(retardation) 즉 매우 작은 광학이방성을 가져 기존의 광학적 측정장비로 이를 측정하는데 한계가 있었기 때문이었다. 2015년 엘립소테크놀러지에서 0.002 nm의 리타데이션 측정 분해능을 가진 개선된 반사형 타원계(ellipsometer)가 개발되었는데 이는 러빙된 PI의 매우 작은 광학이방성을 측정하기에 충분한 정밀도를 확보한 것으로 받아들여졌다. 본 연구에서는 상기 개선된 반사형 타원계를 이용하여 러빙된 PI의 광학이방성을 연구하였다. 러빙조건에 따른 러빙된 PI의 광학이방성을 살펴보았고, 나아가 러빙된 PI를 배향막으로 사용한 비틀린 네마틱(twisted nematic, TN)셀을 제작하여 TN셀 내의 액정분자의 배열상태를 확인하였다. 최종적으로 러빙된 PI 배향막의 광학이방성에 따른 TN셀 내 액정분자 배열상태를 확인함으로써 러빙된 PI의 광학이방성과 액정분자배열의 상관관계를 확인하였다. 이 연구는 LCD패널 생산에 도입되기에 보다 적합한 러빙된 PI 배향막의 광학적 평가방법을 제시하며 배향막 위 액정분자의 고정 특성연구에도 기여할 것으로 판단된다.