There has been significant interest in the development of a flexible display technology. Flexible flat panel displays offer many potential advantages, such as reduced thickness and weight, improved durability, and the ability to flex, curve, conform, roll, and fold a display for extreme portability, high-throughput manufac-turing, and ultimate engineering design freedom. To enable a flexible flat panel display, a flexible substrate must be used to replace conventional glass substrates, which can be either thin metal or plastic.
Liquid crystal displays utilize the optical properties of a specific state of liquid crystals in the presence or absence of external electric field. A liquid crystal display using plastic substrates is the most promising device for the flexible display since the relevant technologies have been well established in recent years. The liquid crystal alignment layers are essential for uniaxial control of the direction of liquid crystals in liquid crystal displays. Among various methods to align liquid crystals, the rubbing method has been widely used for the generation of optical anisotropy due to simple and rapid process. However, high temperature process of rub-bing method is not suitable for plastic substrate-based displays. Therefore, several liquid crystal alignment techniques have developed as alternatives to the rubbing process typically including photoalignment, imprint-ing, and oblique evaporation. In particular, photoalignment based on the generation of an anisotropic distribution of the photoreactive moieties by irradiation of polarized light has gained substantial attention, as it can be carried out under low temperature. Firstly, I demonstrated a contact-free method of designing flexible liquid crystal displays with photoalignment layers having spacers on a plastic substrate for good liquid crystal orientation properties in the bending condition (Chapter 2). Additionally, I proposed the fabrication method of modified photoalignment layers for improved aligning properties of liquid crystals. To address limited creation of pretilt angle and low anchoring energy of photoalignment, I demonstrated a directional peel-off process of the photoreactive oligomer layer (Chapter 3) and combine a photosensitive film with physical groove structure (Chapter 4). Photonic crystals with band gaps in the visible range can show brilliant color and hold great potential for reflective display devices required low power consumption. Reflective display using photonic crystals work exceedingly well for outdoor usage such as signage and billboard advertising, where most emissive display technologies. Finally, I demonstrated the generation of hierarchically patterned photonic crystal film as a light reflector by directional photofluidization for reflective display (Chapter 5).
본 연구의 목표는 플렉서블 디스플레이에 적용 가능한 플라스틱 기판과 유연한 고분자 중심의 디스플레이 구성 요소를 개발하는 것이다.
액정 디스플레이에서 액정의 배향을 담당하는 액정 배향막은 디스플레이의 표시 품질을 좌우하는 중요한 요소이다. 이는 액정 분자와 접하여 액정 분자를 특정 방향으로 균일하게 배향시켜 액정이 편광된 빛의 개폐 역할을 수행할 수 있게 한다. 일반적으로 액정 배향막은 박막의 유기 고분자에 물리적 홈을 도입하는 러빙법으로 제조되는데, 러빙시 배향막과의 접촉에 의한 정전기와 먼지의 발생, 고온 공정, 그리고 좁은 시야각 구현 등의 한계가 있다. 따라서 향후 액정 디스플레이의 시야각 개선이나 화소의 다분할화를 위한 신규 배향 기술이 필요하다. 이에 본 연구에서는 기계적 접촉이 없고 저온 공정이 가능한 광배향막을 제조하고, 플렉서블 액정 디스플레이로의 적용 가능성을 고찰하고자 했다. 광배향막이란 빛에 의해 특정 반응을 일으키는 물질로 구성된 박막에 편광된 빛을 조사함으로써 배향막 표면에 화학적 비등방성을 유도한 배향막으로, 액정 분자들이 표면의 비등방성에 따라 배향 특성을 갖는다.
우선 광배향막의 플렉서블 디스플레이로의 적용 가능성을 고찰하기 위해, 플라스틱 기판 위에 배향막을 형성하고 외부 자극에 의한 배향 안정성을 관찰했다. 유연한 기판으로 구성된 액정 디스플레이를 구부리면 셀 내의 액정 분자들의 본래의 배향을 잃고 무질서하게 존재하게 되는데 플렉서블 디스플레이로의 적용을 위해서는 외부 자극에 의한 형태 변형에도 안정한 배향 특성이 요구된다. 따라서 셀 간격을 일정하게 유지시키기 위한 스페이서가 도입된 광배향막을 완전한 비 접촉식 방법으로 제조했고, 구부러진 환경에서도 액정 배향 특성이 유지됨을 확인할 수 있었다.
또한 광배향막은 러빙법에 의해 제조된 배향막의 많은 단점을 극복할 수 있지만 물리적 홈에 의해 액정이 배향되는 경우와 비교 시, 액정 배향의 안정성이 낮은 단점을 갖고 있다. 액정 배향성을 나타내는 여러 인자 중에서 선경사각과 고정에너지를 향상시키기 위한 두 가지 방법을 제시함으로써 개선된 광배향막을 형성했다. 첫째, 광반응성 올리고머 분자로 이루어진 박막에 표면 특성이 제어된 필름을 위치시키고 한 방향으로 떼어내는 과정을 통해 배향막 표면의 분자와 필름 사이의 접착력에 의해 분자의 세워짐을 유도함으로써 3도의 향상된 선경사각을 얻을 수 있었다. 이는 분자의 세워짐을 유도하기에 충분히 유연한 올리고머 물질을 사용했기 때문에 가능하다. 둘째, 액정 배향막은 평평한 표면에 화학적인 비등방성이 존재하는 배향막으로 물리적 홈이 존재하는 배향막보다 액정 분자들이 표면에 단단하게 고정되는 힘이 약하다. 따라서 광중합 반응이 가능하고 편광된 빛에 반응성을 갖는 단량체를 이용해 우선 물리적인 홈 구조를 형성하고 광배향 반응을 추가로 유도함으로써 고정에너지가 러빙 배향막의 경우와 비교할만한 수치로 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 이는 물리적 배향과 화학적 배향이 시너지 효과를 일으켜 액정 배향특성을 향상시킨 것으로 판단된다.
마지막으로 최근 휴대용을 위한 소형 디스플레이에 대한 요구가 활발한 가운데, 이를 위해서는 낮은 소비전력이 절대적으로 요구된다. 따라서 외부 광원이 없어도 인식이 가능한 반사형 디스플레이가 주목 받고 있다. 이를 위해 본 연구에서는 특정 파장의 빛을 선택적으로 반사시키는 현상을 갖는 광결정을 이용해 파장 필터로의 응용 가능성을 고찰하고자 했다. 편광 빛의 방향에 평행하게 움직이는 광반응성 물질과 포토마스크를 이용해 한 필름 내에서 여러 파장의 빛을 반사시킬 수 있는 패턴화된 광결정 필름을 제조하고 그 광학 특성을 관찰한 결과 반사형 디스플레이 구성 요소로의 응용 가능성을 확인할 수 있었다.
