Liquid crystal (LC) materials as one of soft building blocks possessing both anisotropy and fluidity have superior advantages such as rapid formation of structures, easy deformation by change of external environments including surface treatments, electric and magnetic fields. Despite of their unique properties, it is still difficult to apply to new applications except for liquid crystal displays (LCDs). Recently, smectic LC defect structures have been proposed as a new type of bottom-up lithographic templates. Especially, well ordered hexagonal array of toric focal conic domains (TFCDs) have shown various useful applications including particle trapping, soft lithographic templates, microlens array and photomask. However, closed-packed hexagonal arrangement of TFCDs by the circular defect line is a limitation as the lithographic template and decrease availability of applications. In this thesis, we introduce simple and cost-effective surface treatment methods for controlling the structures and orientation of LC defects. Physical surface treatments by multi-directional rubbing and physical stamping methods create linear ridges that affect the LC alignment in the polymeric alignment layers. Chemical surface treatment is achieved by printing metal salts on the substrate that influence the orientation of LC molecules with the patterned stamps. We believe that simple and easy approaches facilitate the use of LC structures, one of the lithographic templates, and enable applications to new optoelectronic devices.
액정물질은 광학적, 전자기적 이방성과 유동성을 함께 가지는 소프트 빌딩블록 물질로, 우수하고 빠른 자기조립현상, 외부장에 대한 민감한 반응성 등의 장점은 액정디스플레이 (LCD) 뿐만 아니라 다른 분야로의 응용가능성을 기대하게 한다. 최근, 액정분자가 층상구조로 배열하는 스멕틱 (smectic) 액정의 결함구조를 규칙적으로 배열함으로써 리소그래피 활용에 관한 가능성을 보고하였다. 특히, 규칙적인 육각형 배열을 가진 회오리 형태의 원형 액정 결함구조 (TFCD, toric focal conic domain)는 대면적 배열을 통해 입자포집, 소프트 리소그래피의 주형, 마이크로렌즈 어레이, 포토마스크 등으로의 응용을 보여주었다. 하지만 원형구조에 의한 배열의 제한성은 리소그래피 응용에 있어 활용도를 떨어뜨린다. 본 학위논문에서는 액정 결함구조의 구조와 대면적 배열을 쉽게 제어할 수 있는 방법을 제안하여 액정 결함구조의 활용도를 높이고자 하였다. 배향막 고분자 기판의 표면에 요철을 만드는 다중방향 러빙방법, 스템핑 방법을 이용한 물리적 표면처리와 액정 분자의 배향에 영향을 미치는 금속염을 기판에 프린팅하는 미세접촉 프린팅 방법을 이용한 화학적 표면처리를 통하여 액정 결함구조의 구조와 배향을 제어할 수 있었다.
