This thesis deals with the materials for liquid crystal alignment layer used in liquid crystal displays(LCDs) and can be divided into two parts. One part is about the effect of curing conditions on the structure of polyimide film which was widely used alignment layer material. The other part is about the development of static charge reducible alignment layer with a need to prevent the problems associated with the static charge created by rubbing.
Chapter II and chapter III describe the effects of curing conditions on the structure of polyimide film cast on silicon wafer. In chapter II, effect of residual solvent on the degree of imidization of PMDA-ODA film was investigated. The final amount of solvent was better correlated with the eventual degree of imidization than the initial amount of solvent, which indicates that the strongly bound solvent can act as a plasticizer aiding thermal imidization and the weakly bound one readily evaporates not contributing to thermal imidization. In chapter III, effects of thermal curing method on the structure of polyimide film were investigated. The isothermal curing was found to be more effective for high degree of imidization and high degree of chain ordering compared to stepwise curing. However, the in-plane orientation was found to be higher for stepwise curing compared to isothermal curing, indicating the importance of chain immobilization rate on in-plane orientation.
In chapter IV and chapter V, I studied on the PMDA-BDAF/PEG blend which could reduce the static charge on the alignment layer generated by rubbing. In chapter IV, the characteristics of the PMDA-BDAF/PEG blend film was investigated. The two components were found to be miscible irrespective to blend ratio, resulting in optical transparency. PEG crystal was disrupted in the blend indicating the molecular interaction between PEG and polyimide. Thermal stability of PEG increased when incorporated into polyimide. Degree of imidization of the polyimide in the blend was increased, with the addition of PEG, which would be due to the plasticizer effect of PEG. The static charge arising from rubbing was reduced by incorporation of PEG into polyimide. In chapter V, the liquid crystal alignment by PMDA-BDAF/PEG blend film was investigated. Although PEG was found to generate some defects, quite uniform liquid crystal alignment was obtained irrespective to blend composition. Pretilt angle was decreased as increasing the amount of PEG in alignment layer. Thermal stability of liquid crystal alignment was enhanced by inserting PEG in alignment layer as a result of the increase of the degree of imidization.
From the results of chapter IV and chapter V, the blend alignment containing 20~30 weight % PEG is regarded as promising candidate for the static charge reducible alignment layer, in the view point of static charge reducibility, pretilt angle, and thermal stability of liquid crystal alignment.
본 연구에서는 폴리이미드 및 폴리이미드/폴리에틸렌 글라이콜 블랜드 필름의 구조와 액정 배향막으로의 응용을 다루었다. 폴리아믹산 막의 경화조건이 생성된 폴리이미드 막의 구조에 미치는 영향에 관한 연구와 러빙법에 의해 배향막에 생기는 정전기를 감소시킬 수 있는 배향막 재료의 개발에 관한 연구이다.
폴리이미드 막의 경화 조건 중 잔류 용매의 이미드화 정도에 미치는 영향을 조사하기 위해 FTIR 상에 나타난 용매의 피크로부터 용매의 정확한 양을 계산하는 관계식을 얻어내었다. 서로 다른 용매의 양을 가지는 여러 가지 아믹산 막을 같은 경화 조건에서 경화시킨 후 최종 이미드화 정도를 비교한 결과 경화시키기 전 아믹산 막의 잔류 용매보다 경화시킨 후 이미드 막의 잔류 용매가 최종 이미드화 정도와 더 잘 관련지어짐을 알 수 있었다. 이는 폴리아믹산에 강하게 결합되어 있는 잔류 용매는 반응 중 가소제로써 작용하는 반면, 약하게 결합된 잔류 용매는 이미드화 반응 중 쉽게 증발하여 반응에 크게 기여하지 못하기 때문이다.
폴리아믹산 막의 열경화 방법이 폴리이미드 막의 구조에 미치는 영향을 조사한 결과 일정한 온도에서 경화시킨 필름이 낮은 온도에서 높은 온도로 계단식으로 증가시킨 경우보다 높은 이미드화 정도와 높은 사슬의 정돈 정도를 나타내었다. 이는 이미드화가 급격히 일어나는 각 단계 초기에서의 폴리머의 유연성이 최종 이미드화에 중요한 역할을 함을 의미한다. "in-plane" 배향 정도는 온도를 계단식으로 증가시킨 경우가 일정한 온도에서 반응을 진행시킨 경우보다 높게 나타났는데, 이것은 in-plane 배향은 폴리머 사슬의 고정화 속도가 증가할수록 in-plane 배향이 감소하는 것을 나타낸다.
러빙에 의해 배향막에 생기는 정전기를 줄이려는 목적으로 높은 전향각(pretili angle)을 낼 수 있는 폴리이미드인 PMDA-BDAF에 친수성 물질인 폴리에틸렌글리콜(PEG)을 블랜드하여 액정 배향막으로 응용해 보았다. 폴리이미드와 폴리에틸렌 글리콜의 조성비를 10/0, 9/1, 8/2, 7/3, 6/4, 5/5로 바꾸어 가면서 필름의 구조를 조사한 결과 모든 조성비에 대하여 투명한 특성을 보여서 배향막 재료로써의 가능성을 보였고, DSC에서는 PEG의 결정이 없어져서 혼화성이 좋음을 알 수 있었다. 폴리이미드와의 블랜드로 인하여 PEG의 열안정성은 증가되었다. 러빙에 의한 정전기의 발생은 친수성 PEG 와의 블렌드로 감소되었는데 이는 PEG의 친수성 때문에 정전기 발생량이 적고 이미 발생한 정전기도 PEG의 유연성이 폴리이미드보다 좋아서 잘 없애 준다.
폴리이미드/폴리에틸렌 글라이콜 블랜드를 이용한 액정 배향막을 이용하여 액정셀을 만들고, 이 셀들의 성능을 조사하였다. PEG의 함량을 증가시킴에 따라서 액정 배향에서의 결함은 증가했으나 모두 균일한 액정 배향을 나타내었다. 전향각은 PEG 함량을 증가시킬수록 작아졌는데 이는 PEG의 표면에너지가 높아서 액정분자로 배향막 표면을 덮어서 표면에너지를 줄이려 하기 때문이다. 액정 배향의 열안정성은 액정셀을 고온 판 위에 올려놓은 뒤 관찰하였는데, PEG를 20% 이상 첨가한 경우 향상된 액정 배향의 열안정성을 보였다. PEG의 표면에너지가 높아 액정분자와 배향막이 강하게 결합해서 열에 대한 액정배향의 안정성이 증가하기 때문이다. 이상의 결과들로부터 정전기 발생 억제용 배향막 재료로 폴리이미드와 폴리에틸렌 글라이 콜의 조성비가 8/2나 7/3인 경우가 적절하다고 결론낼 수 있었다.
