Liquid crystals (LCs) are an intermediate phase between a solid and a liquid phase, and have features of both solid ordering and liquid fluidity. LC materials have been employed as electronic materials in the LC display industry because they exhibit optical and electromagnetic anisotropy, and thus have a very sensitive response to external fields. In the past, the aim in electro-optical devices was to improve performance by eliminating LC defects. However, after their potential as a new type of self-assembling building block was demonstrated, methods for controlling LC defect structures have been intensively studied. In this Ph.D. dissertation, we mainly discuss the morphogenesis and control of LC defect structures in antagonistic boundary conditions that induce the elastic deformation of LC molecules, to form defects. To this end, in the dissertation we suggest systems that can variously modify the antagonistic boundary conditions. The morphogenesis of defects was studied using thermal phase transitions with a fluid substrate. In addition, surface modification of the substrate and an in-plane electric field were used to variably control defect structures. We showed various arrangements of nanoparticles as an application, based on the controlled defects. Finally, micron-sized air pillars with adjustable shapes and surface properties were introduced to control defect formation and, moreover, the morphogenesis of the defects formed by flowing LC materials was investigated.
액정이란 고체와 액체상의 중간 상을 일컫는 말로써, 고체와 같이 일부 정렬도를 갖는 동시에 액체와 같이 유동성을 갖는다. 이 액정 물질은 광학적, 전자기적 이방성을 나타내어 외부장에 대해 매우 민감한 반응성을 갖기 때문에 액정디스플레이 산업에 주요 전자 재료로 활발히 응용되어왔다. 그 동안 액정을 이용한 전기광학소자 연구에 있어서 결함을 제거하여 소자의 성능을 향상시키는 것을 목표로 하였지만, 최근에 결함구조를 새로운 유형의 자기조립 빌딩블록으로 응용하는 연구가 보고된 이후로, 액정 결함구조 제어에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 본 박사학위 논문에서는 액정 분자의 탄성 변형을 부여하여 결함을 형성시키는 길항적 경계 조건에서 결함구조의 형태형성 및 제어에 대한 연구를 다룬다. 이를 위해 본 연구에서 길항적 경계 조건을 다양하게 변형 시킬 수 있는 시스템을 제시하였다. 유체기판을 사용하여 결함의 형태형성을 열적 상전이를 통해 분석하였다. 또한 기판의 표면개질과 수평전기장을 도입하여 결함구조를 가변적으로 제어하였으며, 더 나아가 나노입자를 다양하게 배열 할 수 있는 응용처를 보였다. 마지막으로, 형상 및 표면특성 조절이 가능한 마이크론 공기기둥을 도입하여 결함의 형성을 제어하였고, 또한 액정을 유동시켜 형성된 결함의 형태형성을 분석하였다.
