Self-assembling materials such as colloid, block copolymers, supramolecules and surfactants have been shown to be extremely versatile in the generation of functional structures. Recently, smectic liquid crystalline materials have been suggested as a new class of soft building blocks. The defect ordering of smectic LC self-assemblies takes advantage of the ability to achieve fast stabilization of molecular ordering and structure due to the reversible and noncovalent interactions of the LC molecules.
We studied that the two types of liquid crystal defects, TFCDs and Zigzag pattern, can be controlled by several methods which are including surface treatment, micro-size confined system.
The thesis consists of 3 chapters. At first, Chapter 1 of “Introduction” section briefly explain and overview about whole researches in this thesis. Chapter 2, 3 introduce the study of periodic smectic liquid crystal defect structures, such as toric focal conic domains (TFCDs) and optical zigzag pattern, within micro-size confined system.
Chapter 2 shows the effect of surface hydrophilicity on the formation of FCD in Smectic liquid crystal. We present a study of FCDs in different hybrid cells possessing different surface anchoring properties resulted from various surface treatment materials to generate stable FCDs.
Chapter 3 shows the effects of confined geometry on the pitch length of “zigzags” SmA defect structure. Previously, we presented the first experimental evidence of highly periodic liquid crystal patterns called “zigzags” under confined boundary constraints. We demonstrate that the formation of the ''zigzag'' is strongly influenced by the width and depth; the pitch length of the ''zigzag'' increases with increasing in the width or depth.
The study of LC defect structures are investigated by convolution methods between various microscopic techniques - polarized optical microscope (POM), scanning electron microscope (SEM), and scattering methods - X-ray diffraction (XRD). The present findings at here pose new theoretical challenges and potentially open the way for lithographic applications based on smectic liquid crystalline materials.
스맥틱 상의 액정은 분자들이 긴 축 방향으로 가지런히 배열되어 몇 개의 층으로 중첩된 구조를 가지는데, 각 층 사이의 거리를 유지하기 위해 자기조립 방식으로 결함구조를 형성한다.
본 학위 논문은 이러한 스맥틱 액정의 결함구조를 조절함에 있어서 액정 분자가 표면의 친수성 정도에 따라, 그리고 한정된 공간구조의 변화에 따라 얼마만큼의 영향을 받는지를 확인한 연구결과이다.
첫 번째로는 TFCD라고 부르는 고리모양의 결함구조에 관한 연구를 수행하였다. TFCD를 형성하기 위해서는 분자들이 한 면에서는 수평배향을 하고 다른 한 면에서는 수직배향을 하는 상반된 조건을 가져야 한다. 여기서 상반된 면 사이의 적절한 균형이 필요한데, 체계적으로 양쪽 면의 친수성 정도를 변화시켰을 때 어느 범위의 contact angle 차이에서 TFCD가 형성되는지를 확인하였다. 그 결과 40°~60°의 범위에서 TFCD가 생기고, 한쪽 면에 한정된 조건을 추가적으로 부여하면 그 범위가 40°~80°로 늘어남을 보았다.
두 번째로는 스멕틱 층의 undulation에 의해 나타난 지그재그 모양의 새로운 액정결함구조에 관한 연구를 수행하였다. 광식각 공정을 통하여 마이크로미터 사이즈의 채널을 실리콘 판 위에 만들고 그 채널과 유리덮개가 액정물질과 맞닿아 있는 셀을 제조하면, 접촉한 공간에 수평으로 배향되는 성질과 공기 층에 수직으로 배향하려는 성질을 가지고 있는 막대기 모양의 액정분자군 때문에 지그재그 형태의 특이한 광학구조체가 형성 되는데, mXRD, SEM, POM 실험을 통해 이 특이한 구조체의 분자배향과 내부구조를 알 수 있었다. 보다 자세한 해석을 위해 넓이와 두께조건을 변화시켜 차이를 본 결과, 아래기판의 넓이가 넓어질 수록, 또는 위 아래기판 사이의 거리가 멀어질 수록 지그재그의 한 피치당 거리가 점점 길어짐을 보았다. 이는 갇힌 액정 필름의 두께에 따라 elongation force의 차이가 생기기 때문이다.
본 연구를 통한 표면처리 기법과 제한조건 설정에 따른 액정결함구조 제어를 위한 지식은 향후, 결함이 없는 액정디스플레이 분야에 긍정적인 영향을 미칠 수 있을 것으로 예상된다.
