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(A) study on the ionic conductivity effect of polymer matrix on the electro-optic properties of PDLC = 고분자 기재의 이온전도도가 고분자분산액정의 전기광학특성들에 미치는 효과에 관한 연구
서명 / 저자 (A) study on the ionic conductivity effect of polymer matrix on the electro-optic properties of PDLC = 고분자 기재의 이온전도도가 고분자분산액정의 전기광학특성들에 미치는 효과에 관한 연구 / Myong-Goo Lee.
저자명 Lee, Myong-Goo ; 이명구
발행사항 [대전 : 한국과학기술원, 1998].
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초록정보

Most of polymer-dispersed liquid crystal (PDLC) films are many electrooptical properties to be required in a projection display such as low driving voltage and short response time. In order to improve these properties, a new effect of the electrooptical properties of PDLC film on the ionic conductivity and dielectric property of the matrix polymer has been investigated. The effect of ion generator in the polymer was measured by dielectric analysis and studied for the correlation which threshold voltage ($V_th$) and rise time ($τ_r$) by PDLC characterization. Poly(poly(ethyleneglycol)oxycarbonyl)-bicyclo[2.2.1]hepta-2,5-diene), poly(2-ethyloxycarbonyl-bicyclo[2.2.1]hepta-2,5-diene-co-poly(ethylene glycol) methacrylate), 2,2-Bis(4-(2,3-epoxypropoxy phenyl)-1,1,1,3,3,3-hexafluoropropane, and 4'-(6-(4-Aminophenoxy)hexyloxy)-4-cyanobiphenyl were synthesized and evaluated as electrooptical properties. The ionic conductivities of the poly (PEGOC-BCHD)/$LiClO_4$ for various molecular weights of PEGs increased with the increase of Li/EO ratio and the increase of the chain length of the PEG substituent because of the increase in the number of charge carriers. Transmittance of poly(PEGOC-BCHD)/E8 for various chain lengths of PEGs increased with electric field up to 1.0-1.2 V/㎛. The influence of transmittance as a function of electric field for various Li/EO ratios and the molecular weights of PEGs shifted to the higher values with the increase of the lithium salt concentration because the ordinary refractive index of the LC matches more closely with that of the polymer. $V_th$ and $τ_r$ were remarkably improved with the increase of conductivity of the matrix polymer. The magnitude of the electric field in the LC phase is strongly dependent on the conductivity of the matrix polymer. Thus the matrix polymer with larger conductivity led to improvement of $E_th$ and $τ_r$. Ionic conductivities of the poly(MOCBCHD-co-PEGMA)/$LiClO_4$ for various content of PEGMA systems increase with the increase of content of PEGMA. The conductivities at room temperature are measured to be in the range of $10^{-4}$ to 10^{-6} S/cm$. The relative dielectric constant (ε'/$ε_o$) was increased with increasing content of PEGMA. The response time for the matrix polymer with low content of PEGMA (MOCBCHD:PEGMA = 20:1) sharply decreases from 15 to 1 ms with an increase in frequency. However, in the case of the composite film with high content of PEGMA (MOCBCHD:PEGMA = 4:1), the rise time decreases from 5 to 1 ms in the same frequency range. The results show that the matrix polymer with large conductivity and dielectric constant has led to an improvement of the electrooptical response speed. LC droplets were observed in a continuous matrix phase in the form of 'Swiss cheese' morphology. The average diameters of LC domains are measured to be in the range of 0.7-3㎛. Nonnucleophilic anions generated from photolysis of diphenyliodonium salt as dopant make it possible to promote PDLC properties such as $V_th$ and $τ_r$. The increased ionic conductivity as a function of dopants in the composite films play a improvement for electrooptical properties. LC morphology in the composite films exhibits the increase of droplet sizes with increasing the PAG concentration.

고분자액정복합막의 현안 문제점은 기존 액정디스플레이에 비교하여 낮은 구동전압, 빠른 응답시간 등을 개선함에 있다. 본 연구에서는 고분자 기재와 네마틱 액정과의 혼용시 우수한 전기적, 광학적 성질을 지니는 고분자 기재를 설계하여 고분자액정복합막 형성시 알칼리 금속염 및 산발생제을 이온발생제로 도입하여 이로 인해 증가된 이온전도도 및 유전 상수에 의해서 우수한 광, 전기적 특성을 나타내는 고분자액정복합막을 연구하였다. 합성된 고분자 기재는 폴리(2-(폴리(에틸렌글리콜)옥시카르보닐)비시클로[2.2.1]헵타-2,5-디엔) (poly(PEGOC-BCHD)), 폴리(2-메틸옥시카르보닐-비시클로[2.2.1]헵타-2,5-디엔과 폴리(에틸렌글리콜)메타크릴레이트와의 공중합체 (poly(MOCBCHD-co-PEGMA)), 2,2-비스(4-(2,3-에폭시프로폭시페닐)-1,1,1,3,3,3-헥사플로로프로판 (BEPPHFP), 4'-(6-(4-아미노펜옥시핵실옥시)-4-시아노비페닐 (APOHCBP) 등을 합성하여 광, 전기 특성을 평가하였다. 매트릭스 측쇄에 폴리(에틸렌글리콜) (PEG)를 갖는 poly(PEGOC-BCHD)와 알칼리 금속염인 리튬 퍼클로레이트 ($LiClO_4$) 시스템의 경우 매트릭스 측쇄에 결합되어있는 에틸렌옥사이드 (EO)의 사슬길이가 길어질수록 Li/EO 비율이 증가할수록 이온전도도가 증가함을 보여주는데 이는 알칼리 금속염의 농도 증가에 따른 전하이동체의 수가 증가하여 전하이동체의 움직임이 활발해지기 때문이다. EO의 사슬길이와 Li/EO 비율에 따른 투과도의 변화는 Li/EO의 비율이 증가할수록 투과도가 향상됨을 보여주며 1.0-1.2 V/㎛로 측정되었다. 이는 액정과 고분자 기재의 상광 굴절률이 근접하게 일치하기 때문이다. 또한 고분자액정복합막 내의 매트릭스 수지의 이온전도도를 증가시켜 계면 분극 영역에서 Li/EO의 농도가 증가할수록 문턱전압 및 응답시간이 향상됨을 보여주었다. 고분자 기재인 poly(MOCBCHD-co-PEGMA)의 경우 공중합체 내에서 결합된 폴리(에틸렌글리콜)메타크릴레이트 (PEGMA)의 함량에 따른 이온전도도와 유전 상수를 측정하여 이들 효과가 문턱전압과 응답속도에 미치는 효과를 고찰하였다. PEGMA의 함량이 증가할수록 이온전도도 및 유전 상수가 증가됨을 보여주었다. 상온에서 이온전도도는 $10^{-4}-10^{-5} S/cm$ 이며 상대유전 상수 (ε'/$ε_o$)는 10-100 Hz에서 최대치를 보여주었다. PEGMA의 함량에 따른 응답 속도는 MOCBCHD와 PEGMA의 공중합체 비율이 20:1인 경우 가장 낮은 PEGMA 함량을 보여주며, 1 kHz 미만에서 15-1 ms 으로 감소됨을 보여주나, MOCBCHD와 PEGMA의 함량이 4:1인 경우 가장 높은 PEGMA 함량을 보여주며 동일 주파수 구간에서 5-1 ms 으로 향상됨을 보여주었다. 이 같은 결과는 고분자액정복합막내에 외부전기장을 인가시 응답속도는 계면 분극 범위에서 고분자 기재가 높은 전도도 및 유전 상수를 가질 때 효과적으로 액정면에 외부전기장이 인가되어 빠른 응답속도를 보여줌을 알 수 있다. 고분자액정복합막내의 몰폴로지는 전자주사현미경으로 관찰시 고분자 기재가 연속상을 보이며 액정과 상분리되는 '스위스-치즈' 형태로 관측되었다. 에폭시기를 갖는 고분자액정복합막의 광산발생제 도입에 의한 새로운 물성이 초자의 전기광학적 물성 향상에 관하여 연구되었다. 광산발생제가 경화제 뿐만 아니라 도핑 기능을 부여하여 유전율 해석에 의해 전기 및 온도 변화 환경하에서 광경화된 고분자 기재내 이온전도도 발생은 자외선 노광에 의해 발생된 비전자친화성 음이온에 의함을 실험적으로 정량화 하였다. 광경화된 고분자 기재와 액정과의 복합막 형성시 이온전도도의 증가에 따라 문턱전압이 감소함을 알 수 있었다. 고분자 기재인 BEPPHFP에 메소겐 그룹 (APOHCBP)를 연결시 광시야각이 향상됨을 보여주었다.

서지기타정보

서지기타정보
청구기호 {DCH 98023
형태사항 xiii, 113 p. : 삽도 ; 26 cm
언어 영어
일반주기 저자명의 한글표기 : 이명구
지도교수의 영문표기 : Jin-Baek Kim
지도교수의 한글표기 : 김진백
수록잡지명 : "Effect of the ionic conductivity of a polymer matrix on the electrooptical properties of polymer-dispersed liquid crystal films". Polymer Bulletin. Springer-Verlag
학위논문 학위논문(박사) - 한국과학기술원 : 화학과,
서지주기 Refernece : p. 108-113
주제 PDLC
Ionic conductivity
Dielectric constant
Threshold voltage
Response time
고분자액정복합막
이온전도도
유전상수
문턱전압
응답시간
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