KR102037957B1 - Method of Preparing Optical Structure Having Controlled Liquid Crystal Alignment Using Softlithography and Optical Structure Prepared Thereby - Google Patents

Method of Preparing Optical Structure Having Controlled Liquid Crystal Alignment Using Softlithography and Optical Structure Prepared Thereby Download PDF

Info

Publication number
KR102037957B1
KR102037957B1 KR1020180029223A KR20180029223A KR102037957B1 KR 102037957 B1 KR102037957 B1 KR 102037957B1 KR 1020180029223 A KR1020180029223 A KR 1020180029223A KR 20180029223 A KR20180029223 A KR 20180029223A KR 102037957 B1 KR102037957 B1 KR 102037957B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
liquid crystal
crystal alignment
optical structure
control optical
alignment control
Prior art date
Application number
KR1020180029223A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20190107910A (en
Inventor
윤동기
신민정
Original Assignee
한국과학기술원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국과학기술원 filed Critical 한국과학기술원
Priority to KR1020180029223A priority Critical patent/KR102037957B1/en
Publication of KR20190107910A publication Critical patent/KR20190107910A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102037957B1 publication Critical patent/KR102037957B1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1337Surface-induced orientation of the liquid crystal molecules, e.g. by alignment layers
    • G02F1/13378Surface-induced orientation of the liquid crystal molecules, e.g. by alignment layers by treatment of the surface, e.g. embossing, rubbing or light irradiation
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09KMATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K19/00Liquid crystal materials
    • C09K19/04Liquid crystal materials characterised by the chemical structure of the liquid crystal components, e.g. by a specific unit
    • C09K19/06Non-steroidal liquid crystal compounds
    • C09K19/08Non-steroidal liquid crystal compounds containing at least two non-condensed rings
    • C09K19/10Non-steroidal liquid crystal compounds containing at least two non-condensed rings containing at least two benzene rings
    • C09K19/12Non-steroidal liquid crystal compounds containing at least two non-condensed rings containing at least two benzene rings at least two benzene rings directly linked, e.g. biphenyls

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Liquid Crystal (AREA)

Abstract

본 발명은 유기 액정 단분자의 배향을 소프트리소그래피 기법을 이용해 전사하여 만든 격벽 시스템에서 제어하여 규칙적인 배열을 갖는 결함구조의 생성을 유도하는 소프트리소그래피를 이용한 액정 배향제어 광학 구조체의 제조방법 및 상기 방법에 의해 제조된 액정 배향제어 광학 구조체에 관한 것으로, 규칙적인 배열을 갖는 결함구조를 생성함과 동시에 기존에 확립하지 못했던 표면 개질, 러빙 효과 및 구속 효과를 동시에 줄 수 있으며, 대면적으로 균일하게 정렬된 다양한 결함구조를 생성하는 배향제어 플랫폼을 구현할 수 있다.The present invention provides a method and method for manufacturing a liquid crystal alignment control optical structure using soft lithography which induces the formation of a defect structure having a regular arrangement by controlling the orientation of the organic liquid crystal monomolecules in a partition system made by soft lithography. The present invention relates to a liquid crystal alignment control optical structure manufactured by the present invention, which simultaneously produces surface defects, rubbing effects, and restraint effects that cannot be established at the same time, while generating a defect structure having a regular arrangement, and is uniformly aligned in a large area. It is possible to implement an orientation control platform that generates various defect structures.

Description

소프트리소그래피를 이용한 액정 배향제어 광학 구조체의 제조방법 및 상기 방법에 의해 제조된 액정 배향제어 광학 구조체{Method of Preparing Optical Structure Having Controlled Liquid Crystal Alignment Using Softlithography and Optical Structure Prepared Thereby}Method of preparing liquid crystal alignment control optical structure using soft lithography and a liquid crystal alignment control optical structure manufactured by the above method.

본 발명은 소프트리소그래피를 이용한 액정 배향제어 광학 구조체의 제조방법 및 상기 방법에 의해 제조된 액정 배향제어 광학 구조체에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유기 액정 단분자의 배향을 소프트리소그래피 기법을 이용해 전사하여 만든 격벽 시스템에서 제어하여 규칙적인 배열을 갖는 결함구조의 생성을 유도하는 소프트리소그래피를 이용한 액정 배향제어 광학 구조체의 제조방법 및 상기 방법에 의해 제조된 액정 배향제어 광학 구조체에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a liquid crystal alignment control optical structure using soft lithography, and to a liquid crystal alignment control optical structure manufactured by the above method. The present invention relates to a method for manufacturing a liquid crystal alignment control optical structure using soft lithography that controls the partition wall system to induce the generation of a defect structure having a regular arrangement, and a liquid crystal alignment control optical structure manufactured by the method.

특이적인 구조적, 전기광학적 특성을 발현하는 기능성 나노구조체를 제작하는 하나의 유용한 방식들 중 하나로 구조체를 구성하는 기본 단위체들의 열역학적 안정성을 찾아 자발적으로 안정된 구조를 형성시키는 자기조립방식은 지난 수십 년 동안 나노과학기술 분야에서 주목 받아왔다.One of the useful ways to fabricate functional nanostructures that express specific structural and electro-optic properties is to assemble spontaneously stable structures in search of thermodynamic stability of the basic units of the structure. It has attracted attention in the field of science and technology.

최근까지는 액정을 이용하는 주요 산업에서 요구되는 결함구조의 생성을 억제하여 일축으로 배향된 액정막을 얻는 기술 개발이 집중적으로 연구되어 왔다. 하지만 결함구조의 생성원인과 구조에 대한 기초적인 이해를 위해서는 결함구조의 제어와 배향방법에 대한 연구가 필수적으로 선행되어야 한다. 이와 관련해, 또 다른 흥미로운 연구주제로 규칙적으로 정렬된 자기조립체의 배열을 제작하는 것이 각광을 받고 있다. 하지만 아직까지 이를 달성하기 위해서는 고가의 공정비용과 긴 시간이 필요하다. 결함구조의 주기적 배열을 생성하기 위해서는 인위적인 공정을 거치게 되는데 대표적인 공정으로는 기계적 마찰, 화학적 표면 개질, 또는 마이크로 채널을 이용한 구속효과 구현이 있다.Until recently, the development of the technology of obtaining the uniaxially oriented liquid crystal film by suppressing the generation of a defect structure required in major industries using liquid crystal has been intensively studied. However, in order to understand the cause of defect structure and basic understanding of structure, research on control and orientation method of defect structure is essential. Another interesting research topic in this regard is the fabrication of regularly ordered arrays of self-assembled assemblies. However, this still requires expensive process costs and a long time. In order to generate the periodic arrangement of the defect structure, an artificial process is performed, and typical processes include mechanical friction, chemical surface modification, or implementation of restraining effect using microchannels.

M. C. Choi et al. 및 H. T. Jung et al.에는 스멕틱상을 가지는 액정이 특정한 표면조건으로 처리된 제한된 공간에 위치하였을 때 주기적으로 정렬된 결함을 개시하고 있다(M. C. Choi et al., PNAS, 2004, 101, 17340-17344; H. T. Jung et al., J. Mater. Chem. 2011, 21, 18381-18385).M. C. Choi et al. And HT Jung et al. Disclose periodically aligned defects when a liquid crystal having a smectic phase is located in a limited space treated with specific surface conditions (MC Choi et al., PNAS, 2004, 101, 17340-17344). HT Jung et al., J. Mater. Chem. 2011, 21, 18381-18385).

액정 재료에 제한 공간을 부과하는 일반적인 방법으로는 표면처리된 실리콘이나 폴리머 재질로 만들어진 마이크로 채널을 활용하는 것이 있는데, 부피에 비해 표면적이 커지는 이와 같은 방법에서는 액정 물질이 경계조건에 더욱 미세하게 반응하게 된다. 액정상에서는 서로 다른 경계 조건에 의해 액정의 배열이 달라지는 현상을 보이는데 특히, 스멕틱 액정이 이러한 조건에 놓인 경우 친분자성(molecular-philic) 기판에 가까울수록 기판의 방향에 대해 평행하게 배열하려고 하고 공기에 가까울수록 수직하게 배열하려고 하는 특성을 가진다. 따라서, 분자의 물리 화학적 성질 때문에 벽에서부터 중심부까지 탄젠트(tangential)의 배향을 하게 되어 원뿔 구조를 가진 TFCD(toric focal conic domain)라는 결함구조를 형성하며 채널방향을 따라 주기적으로 정렬한다. 이 방법 외에도 액정의 분자배열 제어하는 공정으로는 러빙(rubbing) 기법을 들 수 있다. 이는 고분자 필름 표면을 기계적으로 가공하여 한 방향으로 된 홈을 만들고, 가공된 홈의 방향을 따라 액정을 배향시키는 기술인데, 네마틱상을 거치는 액정을 이용하였을 때 러빙에 따른 배향이 효과적으로 제어된다고 보고된 바가 있다(국내공개특허 제2006-0048682호). 또한, 국제공개특허 WO2016-137488 A1호는 레이저손상 및 에칭에 의하여 유리 제품에서의 채널의 제작을 개시하고 있다.A common way to impose a confined space on the liquid crystal material is to use microchannels made of surface-treated silicon or polymer material. In this method, where the surface area is larger than the volume, the liquid crystal material reacts more finely to boundary conditions. do. In the liquid crystal phase, the arrangement of the liquid crystals is changed by different boundary conditions. In particular, when the smectic liquid crystal is placed under these conditions, the closer to the molecular-philic substrate, the parallel to the direction of the substrate, The closer it is, the more it tries to arrange vertically. Therefore, due to the physicochemical properties of the molecules, the orientation is tangential from the wall to the center, forming a defect structure called a toric focal conic domain (TFCD) with a conical structure and periodically aligned along the channel direction. In addition to this method, a rubbing technique may be used as a process for controlling molecular arrangement of liquid crystals. It is a technique that mechanically processes the surface of a polymer film to form grooves in one direction and orients the liquid crystals along the direction of the processed grooves, and it is reported that the orientation due to rubbing is effectively controlled when using liquid crystals passing through the nematic phase. There is a bar (Korean Patent Publication No. 2006-0048682). International Publication No. WO2016-137488 A1 also discloses the fabrication of channels in glass articles by laser damage and etching.

최근까지 연구된 동향으로는 실리콘 또는 고분자 재질 기반의 마이크로 채널이 결함 구조 제어를 하는 목적으로 주로 이용되었기 때문에, 채널 벽과 하단부가 같은 표면조건을 유도하는 고분자 막으로 코팅이 되어야 한다는 한계점이 있었으며, 위상차를 가지는 기판은 러빙 공정으로 제어될 수 없기 때문에 이 두 가지 공정은 같은 시스템 상에 구현할 수가 없었다.Recently, the researched trend has been limited because microchannels based on silicon or polymer materials are mainly used for defect structure control, so that the channel walls and the lower ends should be coated with a polymer film that induces the same surface conditions. Both substrates could not be implemented on the same system because phased substrates could not be controlled by a rubbing process.

이에, 본 발명자들은 상기 문제점을 해결하기 위하여 예의 노력한 결과, 유기 액정 단분자의 배향을 소프트리소그래피 기법을 이용하여 고분자 기반의 마이크로 채널이 홈이 형성된 다른 기판에 전사시킴으로써 격벽시스템에서 제어되고 규칙적인 배열을 가진 결함구조를 생성함과 동시에 기존에 확립하지 못했던 표면 개질, 러빙 효과 및 구속 효과를 동시에 줄 수 있으며, 대면적으로 균일하게 정렬된 다양한 결함구조를 생성하는 배향제어 플랫폼을 구현할 수 있다는 것을 확인하고, 본 발명을 완성하게 되었다.Accordingly, the present inventors have made diligent efforts to solve the above problems, and as a result, the alignment of the organic liquid crystal monomolecules is controlled and orderly arranged in the partition system by transferring the polymer-based microchannels to other grooved substrates using a soft lithography technique. Simultaneously, it is possible to simultaneously create surface defects, rubbing and restraining effects that have not been established, and to realize an orientation control platform that generates various defect structures that are uniformly aligned in a large area. This invention was completed.

본 발명의 목적은 소프트리소그래피 기법을 이용하여 채널 표면의 화학적 성질을 조절함과 동시에 러빙 조건 조절과 구속 효과를 제공하는 플랫폼을 간단하고 빠른 공정으로 제작할 수 있는 소프트리소그래피(softlithography)를 이용한 액정 배향제어 광학 구조체의 제조방법을 제공하는데 있다.An object of the present invention is to control the alignment of liquid crystals using softlithography, which enables a simple and fast process to control the chemical properties of the surface of the channel using soft lithography and to provide a rubbing condition control and restraint effect. It is to provide a method of manufacturing an optical structure.

본 발명의 다른 목적은 기존 LCD의 단점인 광학적 크로스토크(crosstalk)와 낮은 블랙 색상 구현을 보완할 수 있으며, IPS, PVA, TN 셀 등의 모든 LC 모드에 적용 가능한 액정 배향제어 광학 구조체를 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a liquid crystal alignment control optical structure that can compensate for the optical crosstalk (low black color) implementation of the disadvantages of the existing LCD, and applicable to all LC modes such as IPS, PVA, TN cells, etc. have.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 (a) 일정한 간격을 유지하는 상부 기판과 하부 기판 사이에 액정분자의 등방성 온도에서 액정분자를 주입하는 단계; (b) 상기 상부 기판 위에 소정의 격벽 구조를 가진 고분자 몰드를 올려 놓은 다음, 그 위에 열을 가하여 하부 기판에 격벽 구조를 전사시키는 단계; 및 (c) 액정분자를 냉각시켜 상전이를 발생시키는 단계를 포함하는 소프트리소그래피(softlithography)를 이용한 액정 배향제어 광학 구조체의 제조방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention comprises the steps of (a) injecting the liquid crystal molecules at an isotropic temperature of the liquid crystal molecules between the upper substrate and the lower substrate to maintain a constant interval; (b) placing a polymer mold having a predetermined barrier structure on the upper substrate, and then applying heat thereon to transfer the barrier structure to the lower substrate; And (c) provides a method for producing a liquid crystal alignment control optical structure using softlithography comprising the step of cooling the liquid crystal molecules to generate a phase transition.

본 발명은 또한 상기 방법에 의해 제조되고, 원뿔구조(focal conic domain, FCD)의 결함구조 어레이가 대면적으로 나타나는 것을 특징으로 하는 액정 배향제어 광학 구조체를 제공한다.The present invention also provides a liquid crystal alignment control optical structure manufactured by the above method, characterized in that an array of defect structures of a focal conic domain (FCD) appears in a large area.

본 발명에 따르면, 기존에 없었던 구속, 표면개질 조절/러빙 조건 조절 효과를 하나의 유리 기판 상에 동시에 구현하여 액정분자의 배향을 다양하게 조절할 수 있다. 이를 통하여 배향 제어에 어려움이 있었던 네마틱상과 스멕틱상을 갖는 액정, 이 외에도, 더 복잡한 액정 분자들의 구조체 제어 및 물성 제어에 응용할 수 있어 나노 입자의 배향을 통한 전기 광학 소자 및 패터닝 분야 등에 광범위하게 활용할 수 있다. 또한, 염료 추가, 기판 변경 등을 통하여 광학적 크로스토크 방지와 블랙레벨 구현 향상이 가능하므로 LCD 기술을 개선시킬 수 있다.According to the present invention, it is possible to variously control the orientation of the liquid crystal molecules by simultaneously implementing the restraint, surface modification control / rubbing condition adjustment effect on one glass substrate. This makes it possible to apply to the liquid crystal having a nematic phase and smectic phase, which is difficult to control the orientation, and to control the structure and physical properties of the more complex liquid crystal molecules, thereby making it widely applicable to electro-optical devices and patterning fields through the orientation of nanoparticles. Can be. In addition, it is possible to improve the LCD technology because it is possible to prevent optical crosstalk and improve the black level by adding a dye or changing a substrate.

이를 통해 만들어진 광학 구조체들은 잠재적 광학 및 패터닝 응용분야에 쓰일 수 있고 전기광학적 소자뿐만 아니라 디스플레이 분야 등에서 다양한 응용될 수 있다.The resulting optical structures can be used in potential optical and patterning applications and in a variety of applications in the field of displays as well as electro-optical devices.

또한, 격벽 시스템을 유리 기판에 만들기 위해 표면을 에칭하거나 레이저 손상을 사용하는 종래의 방법과 달리 연속 사용이 가능한 고분자 몰드를 이용하여 전사시킴으로써 비교적 저비용 및 단기간의 공정 과정을 필요로 하는 단순한 공정이다.In addition, unlike conventional methods of etching a surface or using laser damage to make a barrier system into a glass substrate, it is a simple process requiring a relatively low cost and a short process by transferring using a polymer mold that can be used continuously.

도 1은 (a) 본 발명에 사용된 8CB 액정의 분자구조이고, (b) 러빙 조건에 따른 액정 결함구조체의 편광현미경 이미지이다.
도 2는 본 발명에 의한 소프트리소그래피 기법을 이용한 액정 배향 플랫폼의 공정과정을 설명하는 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의해 상충되는 표면경계 조건과 러빙공정 조건에 따른 결함구조체 제어를 촬영한 편광현미경 이미지이다.
도 4는 도 3에서 관찰된 결함구조체에 해당하는 액정배향 모식도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의해 격벽에서 관찰된 브러쉬 텍스쳐를 편광현미경과 형광현미경으로 관찰한 이미지이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의해 격벽과 하부 기판의 표면 경계조건을 동일하게 하였을 때 러빙 조건에 따른 결함구조체 제어를 촬영한 편광현미경 이미지이다.
1 is a molecular structure of (a) the 8CB liquid crystal used in the present invention, and (b) a polarization microscope image of the liquid crystal defect structure according to the rubbing conditions.
2 is a schematic diagram illustrating a process of a liquid crystal alignment platform using a soft lithography technique according to the present invention.
3 is a polarization microscope image of the defect structure control according to the conflicting surface boundary conditions and rubbing process conditions according to an embodiment of the present invention.
4 is a schematic view of a liquid crystal alignment corresponding to the defect structure observed in FIG. 3.
5 is an image of the brush texture observed in the partition wall according to an embodiment of the present invention observed with a polarizing microscope and a fluorescence microscope.
FIG. 6 is a polarization microscope image photographing defect structure control according to rubbing conditions when surface boundary conditions of a partition and a lower substrate are equalized according to an embodiment of the present invention.

달리 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 모든 기술적 및 과학적 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 숙련된 전문가에 의해서 통상적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 일반적으로, 본 명세서에서 사용된 명명법 및 이하에 기술하는 실험방법은 본 기술분야에서 잘 알려져 있고 통상적으로 사용되는 것이다.Unless defined otherwise, all technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. In general, the nomenclature used herein and the experimental methods described below are well known and commonly used in the art.

본 발명은 소프트리소그래피 기법을 도입하여 기존의 연구에서 확립하지 못하였던 격벽과 하부 기판에 서로 다른 경계조건을 주는 방법, 하부 기판에 러빙 효과를 주는 방법 및 채널을 통한 구속효과를 주는 방법을 동시에 독립적으로 제공할 수 있는 독특하고 획기적인 배향제어 플렛폼을 개발하여 대면적으로 균일하게 정렬된 다양한 결함구조를 생성하는 기술을 구현하였다.In the present invention, the method of imparting different boundary conditions to the partition and the lower substrate, the rubbing effect on the lower substrate, and the confining effect through the channel are simultaneously independent of the soft lithography technique. We developed a unique and groundbreaking orientation control platform that can be provided as a technology to create various defect structures that are uniformly aligned in large area.

따라서 본 발명은 일 관점에서 (a) 일정한 간격을 유지하는 상부 기판과 하부 기판 사이에 액정분자의 등방성 온도에서 액정분자를 주입하는 단계; (b) 상기 상부 기판 위에 소정의 격벽 구조를 가진 고분자 몰드를 올려 놓은 다음, 열을 가하여 하부 기판에 격벽 구조를 전사시키는 단계; 및 (c) 액정분자를 냉각시켜 상전이를 발생시키는 단계를 포함하는 소프트리소그래피(softlithography)를 이용한 액정 배향제어 광학 구조체의 제조방법에 관한 것이다.Therefore, in one aspect, the present invention includes the steps of: (a) injecting liquid crystal molecules at an isotropic temperature of the liquid crystal molecules between the upper substrate and the lower substrate to maintain a constant interval; (b) placing a polymer mold having a predetermined barrier structure on the upper substrate, and then applying heat to transfer the barrier structure to the lower substrate; And (c) cooling the liquid crystal molecules to generate a phase transition. The present invention relates to a method for manufacturing a liquid crystal alignment control optical structure using softlithography.

본 발명은 소프트리소그래피 기법을 이용해 격벽시스템을 유리기판에 전사하여 구속효과, 화학적 표면개질 조절, 기계적 배향 방향 제어를 동시에 구현할 수 있는 액정 배향 플랫폼을 만드는 기술이다. 기존에 액정 배향 방법에서 구현하기 어려웠던 동시 독립적인 구속, 표면개질, 러빙 효과 구현을 간소화되고 비교적 짧은 공정 과정으로 만들 수 있으며, 상기 발명을 통하여 네마틱상과 스멕틱상을 차례로 갖는 액정 단분자의 배향을 표면의 경계조건과 러빙 조건을 조절하며 마이크로미터 혹은 나노미터 수준에서 제어하여 다양한 주기적인 결함구조를 생성할 수 있다.The present invention is a technology to create a liquid crystal alignment platform that can simultaneously implement the confinement effect, chemical surface modification control, mechanical orientation direction control by transferring the partition system to the glass substrate using a soft lithography technique. Simultaneous independent constraint, surface modification, and rubbing effects, which have been difficult to implement in the conventional liquid crystal alignment method, can be realized in a simplified and relatively short process. Through the above invention, the alignment of liquid crystal monomolecules having a nematic phase and a smectic phase in turn can be achieved. The surface boundary conditions and rubbing conditions can be adjusted and controlled at the micrometer or nanometer level to create various periodic defect structures.

소프트리소그래피 기법에 기반한 본 발명은 전사된 마이크로채널의 하단부와 격벽의 표면 경계조건을 다르게 처리할 수 있으며 동시에 기계적 배향 방향을 조절할 수 있기 때문에 다양한 결함 구조를 생성할 수 있다.The present invention based on the soft lithography technique can generate various defect structures because the surface boundary conditions of the lower end and the partition wall of the transferred microchannel can be treated differently and the direction of mechanical alignment can be adjusted at the same time.

본 발명에 의한 액정 배향제어 플렛폼은 간단한 소프트리소그래피 기법을 공정에 추가하는 것에서 기인한다. 실리콘으로 제작된 마이크로 채널을 주형으로 사용하여 다공성 고분자 물질인 PDMS(polydimethylsiloxane) 몰드를 제작하고, 제작된 몰드는 마이크로미터 수준의 간격을 가지는 격벽을 다른 유리기판 위에 전사하는데 사용된다. 유리기판은 기판과 평행한 액정 배향을 유도하는 친분자성 고분자 용액으로 처리되고 사용자의 필요에 따라 러빙공정의 유무를 결정한다. 홈이 형성된 기판에 홈과 같은 방향 또는 수직된 방향으로 고분자 몰드를 올려놓고, 기판에 처리된 것과 다른 경계 조건을 유도하는 소분자성 고분자 용액을 입구에 떨어뜨리고 모세관 힘을 통해 주입한다. 이로써 하단기판에서는 일축배향을 유도하는 홈이 형성되어 있고 격벽에서는 다른 경계조건을 줄 수 있는 액정 배향 시스템이 완성 된다. 또한, 러빙의 유무, 형성된 홈의 방향과 격벽 방향을 조절하여 추가적으로 조절 가능한 변수를 만들 수 있기 때문에 이를 통해 다양한 배향에 따른 구조체 제어가 가능하다.The liquid crystal alignment control platform according to the present invention results from the addition of simple soft lithography techniques to the process. A microchannel made of silicon is used as a mold to fabricate a polydimethylsiloxane (PDMS) mold, which is a porous polymer material, and the fabricated mold is used to transfer barrier ribs having a micrometer-level spacing onto another glass substrate. The glass substrate is treated with a hydrophilic polymer solution that induces liquid crystal alignment parallel to the substrate and determines the presence or absence of a rubbing process according to the needs of the user. The polymer mold is placed on the grooved substrate in the same direction as the groove or perpendicular to the groove, and a small molecular polymer solution is introduced into the inlet and injected through capillary force, which induces boundary conditions different from those processed on the substrate. As a result, a groove is formed in the lower substrate to induce uniaxial alignment, and a liquid crystal alignment system is completed in the partition wall to give different boundary conditions. In addition, by controlling the presence or absence of rubbing, the direction of the formed groove and the direction of the partition wall can be made additionally adjustable parameters through which the structure can be controlled according to various orientations.

본 발명에 의한 소프트리소그래피 기법을 포함한 액정배향 플랫폼 공정과정을 도 2에 나타내었다.The liquid crystal alignment platform process including the soft lithography technique according to the present invention is shown in FIG. 2.

8CB 액정 분자들은 이렇게 제조된 플랫폼 위에 군집도가 낮고 배열을 이루지 않는 등방상 온도에서 모세관 힘을 이용해 주입되고, 네마틱상과 스멕팅상으로 냉각되는 과정을 거치면 다양한 광학구조체를 발현한다. 우선적으로 하부 기판에 홈이 형성되어 있지 않은 경우, 네마틱상에서는 액정 분자들이 벽에서 채널 중심부로 갈수록 점진적인 탄성변형을 하고, 이는 격벽 부분에서는 분자들의 디렉터(director)들이 채널 방향에 수직배열을 하고 있고 중심부분으로 갈수록 평행배열을 하고 있음을 의미한다. 스멕틱상으로 전이를 하면 분자들이 층상 구조를 이루기 때문에 네마틱상과는 다른 결함구조체가 나타나게 되는데 채널 중심부에는 한 방향으로 치우친 FCD 결함 배열과 격벽 부분에는 브러쉬 같은 텍스처(brush-like texture)가 발현됨을 확인할 수 있다. 본래 스멕틱상에서는 펼쳐지는 양상의 탄성 변형(splay deformation)이 선호되게 되는데, 격벽 부분에서는 공기와 고분자막이 주는 경계조건을 충족시키면서 동시에, 층상 구조는 같은 간격을 가져야 하므로 탄성변형이 억제되고 층을 기울여 기복을 나타내는 독특한 층상구조가 발현되게 된다. 이는 격벽 부분에서 관찰되는 브러쉬 같은 텍스처에 해당하며 이는 형광현미경으로 관찰하였다(도 5). 벽에서 오는 영향이 상대적으로 약한 중심부 부분에서는 공기에 의해 생기는 경계조건과 기판에 의해 생기는 경계조건을 동시에 맞추기 위해 곡면(curvature)을 형성하게 되고 이는 치우친 모양의 FCD 결함으로 나타나고 더 낮은 스멕틱 온도에서는 열역학적으로 더 안정한 상태인 TFCD 결함 어레이로 이어지게 된다. 다음으로 러빙공정을 통한 홈이 하부 기판에 채널과 같은 방향으로 존재하는 경우, 액정 물질은 격벽과 중심하단부에서 상충되는 배향력의 영향을 받게 된다. 격벽에서는 표면 경계조건에 따라 채널방향에 수직하게 배향되는 힘을 받게 되고 홈의 일축 배향력이 더 강한 중심 하단부에서는 채널방향과 평행하게 배향되는 힘을 받게 되는데, 이는 네마틱상에서 관찰되는 확연히 구분되는 도메인을 통해 확인할 수 있다(도 3(b)). 앞서 언급하였듯이 스멕틱상으로 전이 될 경우에는 네마틱상에서 가졌던 배열이 유지되는데, 도 3(e)와 같이 벽에서는 브러쉬 같은 텍스쳐가 관찰되고 중심부에서는 채널방향으로 정렬된 FCD 정렬이 생성된다. 마지막으로 홈의 방향과 채널방향이 수직한 경우에는 격벽에서 주는 표면 경계조건과 하부 기판의 배향 방향이 일치하게 되고 이는 네마틱상에서 보여지는 단일 도메인을 통해 확인할 수 있다(도 3(c)). 스멕틱상으로 전이가 되면서 FCD의 호는 홈의 방향을 따라 형성되었고 더 낮은 온도에서는 FCD 결함이 번갈아 이어지며 만드는 지그재그 패턴(zigzag pattern)이 주기적으로 나타나는 것을 관찰하였다.The 8CB liquid crystal molecules are injected using capillary force at a low clustered and non-arranged isotropic temperature on the thus prepared platform and are cooled to nematic and smecting phases to express various optical structures. First, when no groove is formed in the lower substrate, the liquid crystal molecules are gradually elastically deformed from the wall toward the center of the channel on the nematic phase. In the partition, the directors of the molecules are vertically aligned in the channel direction. It means that parallel arrangements are made toward the central part. When the transition to the smectic phase, the molecules form a layered structure, resulting in a defect structure different from the nematic phase, and the FCD defect array oriented in one direction at the center of the channel and the brush-like texture at the partition wall. Can be. In the Smectic phase, splay deformation of the spreading pattern is preferred. In the partition, the layered structure must be equally spaced while satisfying the boundary conditions between the air and the polymer membrane, and thus the elastic deformation is suppressed and the layer is tilted. Unique layered structures showing ups and downs will be developed. This corresponds to a brush-like texture observed in the partition wall, which was observed with a fluorescence microscope (FIG. 5). In the central part, where the effect from the wall is relatively weak, a curvature is formed to simultaneously match the boundary condition caused by air with the boundary condition caused by the substrate, which results in a skewed FCD defect and at lower smectic temperatures This leads to a TFCD defect array that is thermodynamically more stable. Next, when the groove through the rubbing process is present in the same direction as the channel on the lower substrate, the liquid crystal material is affected by the conflicting alignment force at the partition and the lower center portion. The bulkhead receives a force oriented perpendicular to the channel direction depending on the surface boundary conditions, and a force oriented parallel to the channel direction at the lower center of the center where the uniaxial alignment force of the groove is stronger, which is clearly distinguished from the nematic view. This can be verified through the domain (Figure 3 (b)). As mentioned earlier, when the transition to the smectic phase, the arrangement of the nematic phase is maintained. As shown in FIG. 3 (e), the brush-like texture is observed on the wall and the FCD alignment is aligned in the channel direction at the center. Finally, when the groove direction and the channel direction are perpendicular to each other, the boundary condition of the barrier and the orientation direction of the lower substrate coincide with each other, which can be confirmed through the single domain shown in the nematic image (FIG. As the transition to the smectic phase, the arcs of the FCD formed along the direction of the grooves, and at lower temperatures, the zigzag pattern, which alternates with the FCD defects, was observed periodically.

도 3은 상충되는 표면경계 조건과 러빙공정 조건을 다르게 하였을 때 나타나는 결함구조체 제어를 촬영한 편광현미경 이미지이다. (a, d, g)의 경우 하부 기판에 러빙이 가해지지 않은 상태이고, (b, e, h)의 경우 러빙의 방향과 채널 방향이 일치하는 상태이며, (c, f, i)의 경우 러빙의 방향과 채널 방향이 수직인 상태에서 얻어진 광학텍스처를 나타낸다.3 is a polarization microscope image of a defect structure control that appears when conflicting surface boundary conditions and rubbing process conditions are different. In the case of (a, d, g), rubbing is not applied to the lower substrate, and in the case of (b, e, h), the rubbing direction and the channel direction coincide with each other, and (c, f, i) The optical texture obtained when the direction of rubbing and the channel direction are perpendicular to each other is shown.

따라서, 본 발명에 있어서, 상기 하부 기판이 홈이 형성되어 있지 않거나 상기 상부 기판 및 고분자 몰드와 같은 방향의 홈이 상기 하부 기판에 형성되어 있을 수 있거나, 상기 상부 기판 및 고분자 몰드와 수직인 방향의 홈이 상기 하부 기판에 형성되어 있을 수 있다.Therefore, in the present invention, the lower substrate may not have a groove, or a groove in the same direction as the upper substrate and the polymer mold may be formed in the lower substrate, or in a direction perpendicular to the upper substrate and the polymer mold. Grooves may be formed in the lower substrate.

본 발명에 있어서, 상기 고분자 몰드는 실리콘으로 제작된 마이크로 채널을 주형으로 사용하여 제조된 다공성 고분자 물질일 수 있으며, 바람직하게는 상기 고분자 몰드는 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane, PDMS)일 수 있다.In the present invention, the polymer mold may be a porous polymer material manufactured using a microchannel made of silicon as a mold, and preferably, the polymer mold may be polydimethylsiloxane (PDMS).

본 발명에 있어서, 상기 (a) 단계 이전에 하부 기판을 친분자성 고분자막으로 코팅하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.In the present invention, before the step (a) may further comprise the step of coating the lower substrate with a polymer molecule.

상기 코팅 단계 이후에 러빙하는 공정을 추가로 포함할 수 있다.It may further comprise a step of rubbing after the coating step.

상기 (b) 단계의 상부 기판 위에 소정의 격벽 구조를 가진 고분자 몰드를 올려 놓은 다음, 상기 상부 기판을 소분자성 고분자막으로 코팅하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.The method may further include coating a polymer mold having a predetermined barrier structure on the upper substrate of step (b) and then coating the upper substrate with a small molecular polymer film.

상기 액정분자는 화학식 1로 표현되는 4'-n-옥틸-4-시아노-바이페닐(4'-n-octyl-4-cyano-biphenyl)일 수 있다.The liquid crystal molecule may be 4'-n-octyl-4-cyano-biphenyl represented by Chemical Formula 1 (4'-n-octyl-4-cyano-biphenyl).

[화학식 1][Formula 1]

Figure 112018025149712-pat00001
Figure 112018025149712-pat00001

본 발명에 사용된 8CB 액정의 분자구조를 도 1(a)에 나타내고, 도 1(b)에 러빙 조건에 따른 액정 결함구조체의 편광현미경 이미지를 도시하였다.The molecular structure of the 8CB liquid crystal used in the present invention is shown in FIG. 1 (a), and FIG. 1 (b) shows a polarization microscope image of the liquid crystal defect structure according to rubbing conditions.

도 1(a)는 본 발명에 사용된 8CB 액정의 분자구조를 나타내며 이 물질은 온도 하강에 따라 등방상, 네마틱상, 스멕틱상을 차례로 가진다. 친분자성 고분자막으로 코팅된 기판과 소분자성 고분자막으로 코팅된 기판을 합쳐 만든 샌드위치 셀을 러빙을 하지 않은 경우(pristine)와 러빙을 한 경우 등방상 온도부터 냉각시킬 때 나타나는 광학텍스처와 액정 결함구조체의 변화를 각각 관찰한 편광현미경 이미지를 도 1(b)에 나타내었다.Figure 1 (a) shows the molecular structure of the 8CB liquid crystal used in the present invention, this material has an isotropic phase, a nematic phase, a smectic phase in sequence with the temperature drop. Changes in optical textures and liquid crystal defects that occur when a sandwich cell made by combining a substrate coated with a polymer molecule and a substrate coated with a polymer molecule is not rubbed (pristine) or cooled when it is cooled from isotropic temperature The polarization microscope images of each observed are shown in FIG. 1 (b).

본 발명의 제조방법에서 냉각시켜 액정분자의 네마틱상과 스멕틱상으로의 상전이를 발생할 수 있다.In the manufacturing method of the present invention, the liquid crystal molecules may be phase shifted into the nematic phase and the smectic phase.

상기 액정 분자는 8CB(4'-n-octyl-4-cyano-biphenyl)로 냉각과정에서 차례로 등방상, 네마틱상, 스멕틱상을 가진다. 일반적으로 네마틱상 액정은 장거리 질서도를 갖기 때문에 러빙에 의한 배향 제어가 비교적 멀리 있는 분자까지 일어나게 되고 이때 제어된 배열이 스멕틱상까지도 전사되게 된다. 즉, 일축으로 배열 되었던 네마틱상 액정이 냉각되면서 층상을 가지는 스멕팅 상이 되면 표면 경계 조건에 따라 다양한 광학적 텍스처를 나타내게 된다. 대표적인 예로 친분자성 물질로 처리된 기판과 소분자성(molecular-phobic) 물질로 처리된 기판 사이에서 러빙 공정의 유무에 따라 TFCD 또는 FCD라는 결함 구조가 대면적으로 나타나게 된다.The liquid crystal molecules are 8CB (4′-n-octyl-4-cyano-biphenyl) and have an isotropic phase, a nematic phase, and a smectic phase in sequence during cooling. In general, since nematic liquid crystals have a long-range order, control of orientation by rubbing occurs to a relatively distant molecule, and the controlled arrangement is transferred to the smectic phase. In other words, when the nematic liquid crystals arranged in one axis become a smecting phase having a layer while cooling, various optical textures are displayed according to surface boundary conditions. As a representative example, a defect structure called TFCD or FCD appears in large areas depending on the presence or absence of a rubbing process between a substrate treated with a molecular material and a substrate treated with a molecular-phobic material.

본 발명의 제조방법에서 (b) 단계는 상기 상부 기판 위에 소정의 격벽 구조를 가진 고분자 몰드를 올려 놓은 다음, 열을 가하여 용매를 증발시키고 고분자 몰드를 제거한 후에 150~200℃의 온도에서 1.5~2시간 동안 경화시켜 하부 기판에 격벽 구조를 전사시킬 수 있다.Step (b) in the manufacturing method of the present invention puts a polymer mold having a predetermined barrier structure on the upper substrate, and then heats to evaporate the solvent, and removes the polymer mold, 1.5 ~ 2 at a temperature of 150 ~ 200 ℃ Curing for time may transfer the barrier rib structure to the underlying substrate.

본 발명은 다른 관점에서 상기 방법에 의해 제조되고, 원뿔구조(focal conic domain, FCD)의 결함구조 어레이가 대면적으로 나타나는 것을 특징으로 하는 액정 배향제어 광학 구조체에 관한 것이다.The present invention relates to a liquid crystal alignment control optical structure which is manufactured by the above method in another aspect, wherein a defect structure array of a focal conic domain (FCD) appears in a large area.

상기 원뿔구조는 원환 중심의 원뿔구조(toric focal conic domain, TFCD)일 수 있다.The cone structure may be a toric focal conic domain (TFCD).

본 발명에 있어서, 상기 결함구조의 너비는 10~15㎛이고, 깊이는 100~300nm인 함몰된 지형학적 특성을 가질 수 있다.In the present invention, the width of the defect structure is 10 ~ 15㎛, the depth may have a recessed topographical characteristic of 100 ~ 300nm.

본 발명의 방법을 구현함에 있어서, 하부 기판의 형상에 따라 다양한 액정 배향제어 광학 구조체를 제작할 수 있다.In implementing the method of the present invention, various liquid crystal alignment control optical structures may be manufactured according to the shape of the lower substrate.

우선, 하부 기판에 홈이 없을 경우에는 채널 중심부에는 한 방향으로 치우친 FCD 결함 배열과 격벽 부분에는 브러쉬 같은 텍스처(brush-like texture)가 발현되는 액정 배향제어 광학 구조체를 제작할 수 있는 것을 확인하였다.First, when there was no groove in the lower substrate, it was confirmed that a liquid crystal alignment control optical structure having an FCD defect array oriented in one direction at the center of the channel and a brush-like texture at the partition portion could be produced.

따라서, 본 발명은 또 다른 관점에서 하부 기판에 홈이 파여져 있지 않은 경우의 방법에 의해 제조되고, 측벽에는 브러쉬 텍스처가 하부 기판 중에는 TFCD 어레이가 각각 발현되는 것을 특징으로 하는 액정 배향제어 광학 구조체에 관한 것이다.Therefore, in another aspect, the present invention relates to a liquid crystal alignment control optical structure, which is manufactured by a method in which no groove is formed in a lower substrate, and a brush texture is formed on a side wall of each of the TFCD arrays in the lower substrate. will be.

다음으로, 상부 기판 및 고분자 몰드와 같은 방향의 홈이 상기 하부 기판에 파여져 있는 경우에는 측벽에는 브러쉬 텍스처가 하부 기판 중에는 FCD 어레이가 각각 발현되는 액정 배향제어 광학 구조체를 제작할 수 있는 것을 확인하였다.Next, when grooves in the same direction as the upper substrate and the polymer mold were dug into the lower substrate, it was confirmed that a liquid crystal alignment control optical structure in which brush textures were formed on the sidewalls and FCD arrays were expressed in the lower substrate, respectively.

따라서, 본 발명은 또한, 또 다른 관점에서 상부 기판 및 고분자 몰드와 같은 방향의 홈이 상기 하부 기판에 파여져 있는 경우의 방법에 의해 제조되고, 측벽에는 브러쉬 텍스처가 하부 기판 중에는 FCD 어레이가 각각 발현되는 것을 특징으로 하는 액정 배향제어 광학 구조체에 관한 것이다.Accordingly, the present invention is also manufactured by a method in which grooves in the same direction as the upper substrate and the polymer mold are dug into the lower substrate in another aspect, and brush textures are formed on the sidewalls and FCD arrays are respectively expressed in the lower substrate. It relates to a liquid crystal alignment control optical structure characterized in that.

아울러, 상부 기판 및 고분자 몰드와 수직인 방향의 홈이 상기 하부 기판에 파여져 있는 경우에는 FCD 결함이 번갈아 형성된 지그재그 패턴이 발현되는 액정 배향제어 광학 구조체를 제작할 수 있는 것을 확인하였다.In addition, when grooves in a direction perpendicular to the upper substrate and the polymer mold were dug into the lower substrate, it was confirmed that a liquid crystal alignment control optical structure in which a zigzag pattern in which FCD defects were alternately formed was expressed.

따라서, 본 발명은 또한, 또 다른 관점에서 상부 기판 및 고분자 몰드와 수직인 방향의 홈이 상기 하부 기판에 파여져 있는 경우의 방법에 의해 제조되고, FCD 결함이 번갈아 형성된 지그재그 패턴이 발현되는 것을 특징으로 하는 액정 배향제어 광학 구조체에 관한 것이다.Accordingly, the present invention also provides a zigzag pattern in which a groove in a direction perpendicular to the upper substrate and the polymer mold is dug into the lower substrate, and an zigzag pattern in which FCD defects are alternately formed is expressed from another viewpoint. It relates to a liquid crystal alignment control optical structure.

8CB 액정 분자들은 이렇게 제조된 플랫폼 위에 군집도가 낮고 배열을 이루지 않는 등방상 온도에서 모세관 힘을 이용해 주입되고, 네마틱상과 스멕팅상으로 냉각되는 과정을 거치면 다양한 광학구조체를 발현한다. 우선적으로 하부 기판에 홈이 파여져 있지 않은 경우, 네마틱상에서는 액정 분자들이 벽에서 채널 중심부로 갈수록 점진적인 탄성변형을 하고, 이는 격벽부분에서는 분자들의 디렉터(director)들이 채널 방향에 수직배열을 하고 있고 중심부분으로 갈수록 평행배열을 하고 있음을 의미한다. 스멕틱상으로 전이를 하면 분자들이 층상 구조를 이루기 때문에 네마틱상과는 다른 결함구조체가 나타나게 되는데 채널 중심부에는 한 방향으로 치우친 FCD 결함 배열과 격벽 부분에는 브러쉬 같은 텍스처(brush-like texture)가 발현됨을 확인할 수 있다. 본래 스멕틱상에서는 펼쳐지는 양상의 탄성 변형(Splay deformation)이 선호되게 되는데, 격벽 부분에서는 공기와 고분자막이 주는 경계조건을 충족시키면서 동시에, 층상 구조는 같은 간격을 가져야 하므로 탄성변형이 억제되고 층을 기울여 기복을 나타내는 독특한 층상구조가 발현되게 된다. 이는 격벽 부분에서 관찰되는 브러쉬 같은 텍스처에 해당한다(도 5). 벽에서 오는 영향이 상대적으로 약한 중심부 부분에서는 공기에 의해 생기는 경계조건과 기판에 의해 생기는 경계조건을 동시에 맞추기 위해 곡면(curvature)을 형성하게 되고 이는 치우친 모양의 FCD 결함으로 나타나고 더 낮은 스멕틱 온도에서는 열역학적으로 더 안정한 상태인 TFCD 결함 어레이로 이어지게 된다. 다음으로 러빙공정을 통한 홈이 하부 기판에 채널과 같은 방향으로 존재하는 경우, 액정 물질은 격벽과 중심하단부에서 상충되는 배향력의 영향을 받게 된다. 격벽에서는 표면 경계조건에 따라 채널방향에 수직하게 배향되는 힘을 받게 되고 홈의 일축 배향력이 더 강한 중심 하단부에서는 채널방향과 평행하게 배향되는 힘을 받게 되는데, 이는 네마틱상에서 관찰되는 확연히 구분되는 도메인을 통해 확인할 수 있다(도 3(b)). 앞서 언급하였듯이 스멕틱상으로 전이될 경우에는 네마틱상에서 가졌던 배열이 유지되는데, 도 3(e)와 같이 벽에서는 브러쉬 같은 텍스쳐가 관찰되고 중심부에서는 채널방향으로 정렬된 FCD 정렬이 생성된다. 마지막으로 홈의 방향과 채널방향이 수직한 경우에는 격벽에서 주는 표면 경계조건과 하부 기판의 배향 방향이 일치하게 되고 이는 네마틱상에서 보여지는 단일 도메인을 통해 확인할 수 있다(도 3(c)). 스멕틱상으로 전이가 되면서 FCD의 호는 홈의 방향을 따라 형성되었고 더 낮은 온도에서는 FCD 결함이 번갈아 이어지며 만드는 지그재그 패턴(zigzag pattern)이 주기적으로 나타나는 것을 관찰할 수 있다.The 8CB liquid crystal molecules are injected using capillary force at a low clustered and non-arranged isotropic temperature on the thus prepared platform and are cooled to nematic and smecting phases to express various optical structures. In the case where there is no groove in the lower substrate, liquid crystal molecules gradually undergo elastic deformation from the wall to the center of the channel in the nematic phase. In the partition, the directors of the molecules are vertically aligned in the channel direction. It means that the array is parallel to the part. When the transition to the smectic phase, the molecules form a layered structure, resulting in a defect structure different from the nematic phase, and the FCD defect array oriented in one direction at the center of the channel and the brush-like texture at the partition wall. Can be. In the Smectic phase, the Splay deformation of the spreading pattern is preferred. In the partition, the layer structure must be equally spaced while satisfying the boundary conditions between the air and the polymer membrane. Unique layered structures showing ups and downs will be developed. This corresponds to a brush-like texture observed in the partition wall (FIG. 5). In the central part, where the effect from the wall is relatively weak, a curvature is formed to simultaneously match the boundary condition caused by air with the boundary condition caused by the substrate, which results in a skewed FCD defect and at lower smectic temperatures This leads to a TFCD defect array that is thermodynamically more stable. Next, when the groove through the rubbing process is present in the same direction as the channel on the lower substrate, the liquid crystal material is affected by the conflicting alignment force at the partition and the lower center portion. The bulkhead receives a force oriented perpendicular to the channel direction depending on the surface boundary conditions, and a force oriented parallel to the channel direction at the lower center of the center where the uniaxial alignment force of the groove is stronger, which is clearly distinguished from the nematic view. This can be verified through the domain (Figure 3 (b)). As mentioned earlier, when the transition to the smectic phase, the arrangement that was held on the nematic phase is maintained. As shown in FIG. 3 (e), a brush-like texture is observed on the wall and an FCD alignment is aligned in the channel direction at the center. Finally, when the groove direction and the channel direction are perpendicular to each other, the boundary condition of the barrier and the orientation direction of the lower substrate coincide with each other, which can be confirmed through the single domain shown in the nematic image (FIG. 3 (c)). As the transition to the smectic phase occurs, arcs of FCDs are formed along the direction of the grooves, and at lower temperatures, zigzag patterns are created periodically, alternating with FCD defects.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지 않는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. These examples are only for illustrating the present invention, and it will be apparent to those skilled in the art that the scope of the present invention is not to be construed as being limited by these examples.

[실시예]EXAMPLE

실시예Example 1 One

샌드위치 셀의 제작Fabrication of Sandwich Cells

액정 배향 플랫폼을 시험하기에 앞서, 러빙과 표면경계조건에 따른 광학텍스처를 관찰하기 위해 두 가지 종류의 샌드위치 셀을 제작하였다. 표면 경계조건을 플랫폼과 동일하게 하기 위해 상단기판은 소분자성 고분자막(molecular-phobic polyimide)으로 하단기판은 친분자성 고분자막(molecular-philic polyimide)으로 코팅하였다. 일정한 간격을 주기 위해 두 기판의 사이에 5㎛의 비드(bead)를 배치하였다. 그 중 한 종류의 샌드위치 셀의 하단기판에는 러빙머신(RMS-50-M, 남일)을 이용하여 일축으로 새겨진 홈을 생성하였다.Prior to testing the liquid crystal alignment platform, two kinds of sandwich cells were fabricated to observe the optical texture according to rubbing and surface boundary conditions. In order to make the surface boundary condition the same as the platform, the upper substrate was coated with a molecular-phobic polyimide and the lower substrate was coated with a molecular-philic polyimide. A 5 μm bead was placed between the two substrates to give a constant spacing. The bottom substrate of one kind of sandwich cell was used to create a groove engraved uniaxially using a rubbing machine (RMS-50-M, Namil).

PDMSPDMS (( polydimethylsiloxanepolydimethylsiloxane ) ) 몰드Mold 제작 making

포토리소그래피(photolithography)를 통해 제작한 마이크로채널(깊이: 7㎛, 너비: 20㎛)을 아세톤(acetone, SAMCHUN chemical), 에탄올(ethyl alcohol, SAMCHUN chemical), 삼차증류수(18.3MΩ/cm, Human Corp.)을 차례로 이용하여 깨끗하게 세척한 후, 처리된 기판을 산소 플라즈마(100W, running time 5min)에 노출시켜 히드록시기(hydroxyl group)가 표면에 노출된 환경을 만들어 주었다. 2ml 바이알(vial)에 소분자성 자기조립 단분자막인 FOTS(perfluorooctyltrichlorosilane, Gelest)를 100㎕ 만큼 담아 기판과 함께 데시케이터에 넣어준 후 물리적 증착을 위해 진공 환경에서 1시간을 노출시켰다. 그 후, 기판을 꺼내어 소분자성 분자와 기판의 화학적 결합을 위해 120℃로 가열된 가열단에 1시간 동안 방치하였다.The microchannel (depth: 7 μm, width: 20 μm) produced through photolithography was converted into acetone (acetone, SAMCHUN chemical), ethanol (ethyl alcohol, SAMCHUN chemical), and tertiary distilled water (18.3MΩ / cm, Human Corp.). After cleaning cleanly using.), The treated substrate was exposed to oxygen plasma (100W, running time 5min) to create an environment in which hydroxyl groups were exposed to the surface. 100 ml of small molecule self-assembled monolayer FOTS (perfluorooctyltrichlorosilane, Gelest) in 2 ml vials were placed in a desiccator with a substrate and exposed for 1 hour in a vacuum environment for physical deposition. Thereafter, the substrate was taken out and left for 1 hour in a heating stage heated to 120 ° C. for chemical bonding of the small molecule molecules and the substrate.

PDMS(polydimethylsiloxane) 베이스(base)와 가교결합제(crosslinker agent)를 10:1의 비율로 배합한 후, 잘 섞어 주었다. 미가교된 상태의 PDMS 혼합물을 마이크로채널에 붓고 한 시간 동안 진공에 놔두어 기포를 제거하였다. 이후, 65℃의 오븐에서 4시간 동안 경화시키고 실리콘 마이크로 채널로부터 경화된 PDMS 막을 분리하였다.PDMS (polydimethylsiloxane) base (base) and crosslinker (crosslinker agent) was mixed in a ratio of 10: 1, and then mixed well. The uncrosslinked PDMS mixture was poured into microchannels and left in vacuum for one hour to remove bubbles. The cured PDMS membrane was then cured in an oven at 65 ° C. for 4 hours and the cured PDMS membrane was separated from the silicon microchannels.

표면 경계와 With surface boundaries 러빙Loving 조건이  Condition 조절가능한Adjustable 고분자 기반의 마이크로 채널 시스템 제작 Polymer based micro channel system

유리 기판을 아세톤(acetone, SAMCHUN chemical), 에탄올(ethyl alcohol, SAMCHUN chemical), 삼차증류수(18.3 MΩ/cm, Human Corp.)을 차례로 이용하여 세척하였다. 액정분자의 배향유도를 위해 이미드 계열 고분자인 친수성 폴리이미드(polyimide) 용액을 기판 위에 스핀코팅하고 90℃와 200℃에서 각각 소프트 베이킹(soft baking)과 하드 베이킹(hard baking)을 통해 경화시켰다. 만들고자 하는 결함 구조에 따라 러빙의 유무를 결정한다. 러빙 공정을 할 경우, 러빙 머신(RMS-50-M, 남일)을 이용하여 유리기판을 한 쪽 방향으로 러빙하여 홈을 생기게 하였다. 이전 단계에서 제조된 PDMS 몰드를 유리 기판 위에 닫힌 채널이 생기도록 엎어놓았다. 이때 세가지 조건의 액정 배향 시스템이 만들 수 있는데, 하나는 러빙이 되지 않은 기판에 PDMS 몰드를 올려놓은 것, 다른 하나는 러빙을 해준 방향과 채널 방향을 같게 하여 몰드를 올려놓은 것, 그리고 마지막은 러빙을 해준 방향과 채널 방향이 수직이 되게 진행한 경우이다. 유리기판과 몰드가 합쳐져 생긴 채널 입구에 소수성 폴리이미드 용액을 떨어뜨려 모세관 효과를 통해 고분자 물질을 주입시켰다. 이 후, 이를 90℃에서 15분 동안 용매를 제거한 후 기판에서 PDMS 몰드를 제거해 주었다. 소분자성 고분자로 이루어진 격벽의 경화를 위해 200℃에서 2시간 가열하면 하단기판과 측벽의 경계조건이 다르면서 하부 기판에는 한 방향으로 배향력을 가지는 마이크로 채널이 완성된다.The glass substrate was washed with acetone (acetone, SAMCHUN chemical), ethanol (ethyl alcohol, SAMCHUN chemical), and tertiary distilled water (18.3 MΩ / cm, Human Corp.) in that order. In order to induce the orientation of the liquid crystal molecules, a hydrophilic polyimide solution, an imide-based polymer, was spin-coated on a substrate and cured by soft baking and hard baking at 90 ° C. and 200 ° C., respectively. The presence of rubbing depends on the defect structure to be made. In the rubbing process, a rubbing machine (RMS-50-M, Namil) was used to rub the glass substrate in one direction to form a groove. The PDMS mold prepared in the previous step was placed so that a closed channel was formed on the glass substrate. At this time, the liquid crystal alignment system of three conditions can be made, one of which puts the PDMS mold on the non-rubbing substrate, the other of which puts the mold in the same direction as the rubbing direction and the channel direction, and finally the rubbing. This is the case where the channel direction is perpendicular to the direction in which the direction is given. A hydrophobic polyimide solution was dropped at the channel inlet formed by the glass substrate and the mold to inject the polymer material through the capillary effect. Thereafter, the solvent was removed at 90 ° C. for 15 minutes, and then the PDMS mold was removed from the substrate. When heated at 200 ° C. for 2 hours to cure the partition wall formed of the small molecule polymer, the microchannel having the orientation force in one direction is completed on the lower substrate while the boundary conditions between the lower substrate and the sidewall are different.

측벽의 표면 경계조건과 하부 기판의 경계조건을 같게 할 경우, 유리기판과 몰드가 합쳐 생긴 채널에 친수성 폴리이미드 용액을 주입하고 이하 과정을 동일하게 시행하였다.When the surface boundary condition of the side wall and the boundary condition of the lower substrate were the same, a hydrophilic polyimide solution was injected into the channel formed by combining the glass substrate and the mold, and the following procedure was performed in the same manner.

액정 재료 준비 및 주입Liquid Crystal Material Preparation and Injection

본 발명에서 사용되는 액정은 8CB(4'-n-octyl-4-cyano-biphenyl, Synthon Chemicals)로 냉각하는 과정에서 차례로 등방상, 네마틱상, 스멕틱상을 가진다.The liquid crystal used in the present invention has an isotropic phase, a nematic phase, and a smectic phase in the course of cooling with 8CB (4′-n-octyl-4-cyano-biphenyl, Synthon Chemicals).

형광현미경으로 관찰하기 위해 형광 염료인 N,N'-bis(2,5-di-tert-butylphenyl)-3,4,9,10-perylenedicarboximide(BTBP)을 0.01wt% 비율로 8CB와 혼합하고 60℃로 가열하여 용매를 제거하였다. 이 염료는 488nm 영역대에서 빛을 흡수하여 510-550nm 영역대에서 빛을 낸다.To observe by fluorescence microscope, the fluorescent dye N, N'-bis (2,5-di- tert- butylphenyl) -3,4,9,10-perylenedicarboximide (BTBP) was mixed with 8CB at 0.01wt% and 60 The solvent was removed by heating to 캜. The dye absorbs light in the 488nm region and emits light in the 510-550nm region.

상기 과정에서 제작된 액정 배향 플랫폼을 등방상 온도(42℃) 이상으로 가열된 가열단(Linkam LTS420) 위에 위치 시키고 액정을 모세관 효과를 통해 주입하였다.The liquid crystal alignment platform fabricated in the above process was placed on a heating end (Linkam LTS420) heated above isotropic temperature (42 ° C.) and the liquid crystal was injected through the capillary effect.

다양한 variety 광학텍스처Optical texture 관찰 observe

온도조절장치(hot stage)를 이용하여 1℃/min으로 등방상 온도에서부터 냉각시키며 각 액정상에서 나타나는 광학텍스처를 편광 현미경(LV 100-POL, Nikon)을 통해 관찰하였다.The optical texture appearing on each liquid crystal phase was observed through a polarization microscope (LV 100-POL, Nikon) while cooling from an isotropic temperature at 1 ° C./min using a hot stage.

분자배향에 관한 상세한 정보를 얻기 위해 형광현미경(LSFCM, Nikon)을 이용하며 스멕틱 온도에서 관찰하였다. 이때, 염료와 레이저의 방향이 일치할 때 최대 밝기를 내고 수직일 때 최소 밝기를 내므로 이를 통해 분자 배향을 확인하였다.Observation was made at smectic temperature using a fluorescence microscope (LSFCM, Nikon) to obtain detailed information on molecular orientation. At this time, since the maximum brightness when the direction of the dye and the laser match, and the minimum brightness when the vertical direction, it was confirmed the molecular orientation through this.

도 3은 상충되는 표면경계 조건과 러빙공정 조건을 다르게 하였을 때 나타나는 결함구조체 제어를 촬영한 편광현미경 이미지이다. 도 3(a), 도 3(d) 및 도 3(g)의 경우 하부 기판에 러빙이 가해지지 않은 상태이고, 도 3(b), 도 3(e) 및 도 3(h)의 경우 러빙의 방향과 채널 방향이 일치하는 상태이며, 도 3(c), 도 3(f) 및 도 3(i)의 경우 러빙의 방향과 채널 방향이 수직인 상태에서 얻어진 광학텍스처를 나타낸다.3 is a polarization microscope image of a defect structure control that appears when conflicting surface boundary conditions and rubbing process conditions are different. In FIGS. 3A, 3D, and 3G, rubbing is not applied to the lower substrate, and in FIGS. 3B, 3E, and 3H, the rubbing is performed. 3 (c), 3 (f) and 3 (i) show optical textures obtained when the rubbing direction and the channel direction are perpendicular to each other.

러빙공정을 통한 홈이 하부 기판에 채널과 같은 방향으로 존재하는 경우, 액정 물질은 격벽과 중심하단부에서 상충되는 배향력의 영향을 받게 된다. 격벽에서는 표면 경계조건에 따라 채널방향에 수직하게 배향되는 힘을 받게 되고 홈의 일축 배향력이 더 강한 중심 하단부에서는 채널방향과 평행하게 배향되는 힘을 받게 되는데, 이는 네마틱상에서 관찰되는 확연히 구분되는 도메인을 통해 확인할 수 있다(도 3(b)). 앞서 언급하였듯이 스멕틱상으로 전이 될 경우에는 네마틱상에서 가졌던 배열이 유지되는데, 도 3(e)와 같이 벽에서는 브러쉬 같은 텍스쳐가 관찰되고 중심부에서는 채널방향으로 정렬된 FCD 정렬이 생성된다. 마지막으로 홈의 방향과 채널방향이 수직한 경우에는 격벽에서 주는 표면 경계조건과 하부 기판의 배향 방향이 일치하게 되고 이는 네마틱상에서 보여지는 단일 도메인을 통해 확인할 수 있다(도 3(c)). 스멕틱상으로 전이가 되면서 FCD의 호는 홈의 방향을 따라 형성되었고 더 낮은 온도에서는 FCD 결함이 번갈아 이어지며 만드는 지그재그 패턴(zigzag pattern)이 주기적으로 나타나는 것을 관찰하였다.When the groove through the rubbing process is present in the same direction as the channel in the lower substrate, the liquid crystal material is affected by the conflicting alignment force at the partition wall and the lower center portion. The bulkhead receives a force oriented perpendicular to the channel direction depending on the surface boundary conditions, and a force oriented parallel to the channel direction at the lower center of the center where the uniaxial alignment force of the groove is stronger, which is clearly distinguished from the nematic view. This can be verified through the domain (Figure 3 (b)). As mentioned above, when the transition to the smectic phase, the arrangement that was held on the nematic phase is maintained. As shown in FIG. 3 (e), the brush-like texture is observed on the wall and the FCD alignment is aligned in the channel direction at the center. Finally, when the groove direction and the channel direction are perpendicular to each other, the boundary condition of the barrier and the orientation direction of the lower substrate coincide with each other, which can be confirmed through the single domain shown in the nematic image (FIG. 3 (c)). As the transition to the smectic phase, the arcs of the FCD formed along the direction of the grooves, and at lower temperatures, the zigzag pattern, which alternates with the FCD defects, was observed periodically.

도 4는 도 3에서 관찰된 결함구조체에 해당하는 액정배향 모식도이다. 상단의 이미지들은 하향식으로 본(Top-down view) 모식도이며 하단의 이미지들은 단면(Cross-section view) 모식도에 해당한다. 도 4(a)의 경우 측벽에서는 브러쉬 텍스처가, 채널중앙에는 TFCD 결함(녹색 표시) 어레이가 각각 발현된다. 도 4(b)의 경우 채널방향과 나란한 러빙 효과로 인해 측벽에는 브러쉬 텍스처가, 채널중앙에는 FCD 결함 어레이가 나타난다. 하단 이미지의 빨간색 영역은 화면의 앞에서 뒤 방향으로 분자들의 Polar angle이 점진적 변화하는 것을 의미한다. 도 4(c)의 경우 채널방향과 수직인 러빙 효과로 인해 FCD 결함이 번갈아 가며 있는 지그재그 패턴이 나타난다. 못 모양("T")은 끝부분이 화면 안쪽으로 향하는 디렉터(director)들의 변화를 나타내며 빨간색 점과 선은 FCD 결함의 쌍곡선을 의미한다.4 is a schematic view of a liquid crystal alignment corresponding to the defect structure observed in FIG. 3. The upper images are the top-down view, and the lower images correspond to the cross-section view. In the case of FIG. 4A, the brush textures are formed on the sidewalls, and the TFCD defects (green marking) arrays are formed in the center of the channel. In the case of FIG. 4 (b), the brush texture appears on the sidewall and the FCD defect array appears in the center of the channel due to the rubbing effect parallel to the channel direction. The red area of the bottom image means that the polar angle of the molecules gradually changes from the front to the back of the screen. In the case of Figure 4 (c) due to the rubbing effect perpendicular to the channel direction, the zigzag pattern alternates FCD defects appear. The nail ("T") represents the change in the directors whose ends are towards the inside of the screen, and the red dots and lines represent the hyperbolic curve of the FCD defect.

도 5는 격벽에서 관찰된 브러쉬 텍스쳐를 편광현미경과 형광현미경으로 관찰한 이미지이다. 도 5(a), 도 5(b) 및 도 5(c)의 경우 편광현미경으로 관찰되었으며 도 5(a)의 오른쪽 이미지와 도 5(c)의 이미지는 위상지연판(retardation plate,

Figure 112018025149712-pat00002
=530nm)를 삽입한 후 관찰된 이미지에 해당한다. 도 5(d) 및 도 5(e)는 형광현미경으로 관찰되었으며 분자의 배향과 일치하는 형광염료의 배향이 레이저와 같은 방향일 때 밝기가 최대가 되며 수직일 때 최소가 된다. 표시된 화살표는 레이저의 방향을 의미한다.FIG. 5 is an image of a brush texture observed in a partition wall using a polarization microscope and a fluorescence microscope. FIG. 5 (a), 5 (b) and 5 (c) were observed with a polarizing microscope, and the right image of FIG. 5 (a) and the image of FIG. 5 (c) are retardation plates (retardation plate,
Figure 112018025149712-pat00002
= 530 nm) corresponds to the observed image. 5 (d) and 5 (e) are observed under a fluorescence microscope, and the brightness is maximized when the orientation of the fluorescent dye coinciding with the orientation of the molecule is the maximum and the minimum when the orientation is vertical. The arrows indicated indicate the direction of the laser.

본 발명의 융통성을 입증하기 위해 격벽의 표면조건을 친분자성 고분자 막으로 바꾸어 실험을 진행하여 도 6에 나타내었다.In order to demonstrate the flexibility of the present invention, the experiment was carried out by changing the surface condition of the barrier rib to a polymer molecule, and is shown in FIG. 6.

도 6는 격벽과 하부 기판의 표면 경계조건을 동일하게 하였을 때 러빙 조건에 따른 결함구조체 제어를 촬영한 편광현미경 이미지이다. 도 6(a), 도 6(d) 및 도 6(g)의 경우 하부 기판에 러빙이 가해지지 않은 상태이고, 도 6(b), 도 6(e), 도 6(h)의 경우 러빙의 방향과 채널 방향이 일치하는 상태이며, 도 6(c), 도 6(f) 및 도 6(i)의 경우 러빙의 방향과 채널 방향이 수직인 상태에서 얻어진 광학텍스처를 나타낸다.6 is a polarization microscope image of the defect structure control according to the rubbing conditions when the surface boundary conditions of the barrier rib and the lower substrate are the same. 6 (a), 6 (d) and 6 (g), no rubbing is applied to the lower substrate, and rubbing in FIGS. 6 (b), 6 (e) and 6 (h). 6 (c), 6 (f), and 6 (i) show optical textures obtained when the direction of rubbing and the channel direction are perpendicular to each other.

이를 통해, 러빙공정 조건을 달리하여도 스멕틱상에서 같은 광학구조체가 구현되는 것을 확인하였다. 세가지 다른 조건에서 실험을 진행 하였을 때, 격벽에서 오는 친분자성 경계조건은 벽에서부터 탄젠트의 배향을 하기 때문에 격벽 부분에서는 반원형의 TFCD 결함구조가 나타나게 되고 채널 중심부에서는 홈의 방향을 따라가는 4개의 로브로 이루어진 TFCD 구조체들이 정렬되는 것을 관찰하였다.Through this, it was confirmed that the same optical structure is implemented on Smectic even under different rubbing process conditions. When the experiment was conducted under three different conditions, the semi-molecular TFCD defect structure appeared in the partition and the four lobes along the direction of the groove appeared at the center of the channel because the hydrophilic boundary condition from the partition oriented the tangent from the wall. The TFCD structures were observed to align.

따라서, 간단한 소프트리소그래피 기법을 이용하여 상충된 표면 경계조건을 가지는 마이크로 채널을 제작하고 하부 기판에 러빙 조건을 조절할 수 있는 공정기술을 개발함으로써 같은 액정 물질을 사용함에도 제시된 변수를 조절하면서 다양한 광학구조체를 발현시킬 수 있을 것으로 판단된다.Therefore, by using a simple soft lithography technique, a microchannel with conflicting surface boundary conditions can be fabricated and a process technology for controlling rubbing conditions on the underlying substrate can be used to control various optical structures while controlling the presented parameters even with the same liquid crystal materials. It is thought to be able to express.

본 발명에서는 스멕틱상과 네마틱상을 가지는 액정 분자로 실험을 진행하였지만 이외에도 보다 복잡한 액정 재료들이 상기 액정배향 플랫폼을 기반으로 제어될 것이다. 이 기술은 나노스케일의 채널 몰드를 사용하면 나노 수준으로 격벽을 만드는 것으로 확장이 가능한데, 이는 액정 분자를 손쉽게 마이크로 또는 나노미터 수준에서 배향제어를 할 수 있다는 것을 의미한다. 또한, 격벽을 만드는 주재료가 액상 상태의 고분자 물질이기 때문에, 이에 검은색을 가지는 염료를 적절히 섞어 주면 격벽의 색을 검게 할 수 있다. 이 기술을 LCD(Liquid Crystal Display)에 적용한다면, 격벽을 세워줌으로써 픽셀 사이의 광학적 크로스토크를 방지하여 각 픽셀의 독립적인 데이터 생성을 가능케 하며, 검은 격벽을 이용할 시 플라스마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel, PDP)에 비해 떨어졌던 블랙레벨 구현의 향상을 통해 명암비를 높일 수 있기 때문에, LCD의 단점인 광학적 크로스토크와 블랙레벨 구현의 한계를 보완할 수 있는 기술 개발로 이어질 것으로 전망된다.In the present invention, although the experiment was conducted with liquid crystal molecules having a smectic phase and a nematic phase, more complicated liquid crystal materials will be controlled based on the liquid crystal alignment platform. The technique can be extended to create barriers at the nanoscale using nanoscale channel molds, which means that liquid crystal molecules can be easily oriented at the micro or nanometer level. In addition, since the main material for making the partition wall is a polymer material in a liquid state, the color of the partition wall can be made black by properly mixing the dye having black color. If this technology is applied to an LCD (Liquid Crystal Display), the bulkhead is erected to prevent optical crosstalk between the pixels, allowing independent data generation of each pixel, and when using black bulkheads, the Plasma Display Panel Since the contrast ratio can be increased by improving the black level, which is lower than that of the PDP, it is expected to lead to the development of a technology that can compensate for the limitations of the optical crosstalk and the black level, which are disadvantages of the LCD.

이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시 양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.As described above in detail specific parts of the present invention, it will be apparent to those skilled in the art that these specific descriptions are merely preferred embodiments, and thus the scope of the present invention is not limited thereto. will be. Thus, the substantial scope of the present invention will be defined by the claims and their equivalents.

Claims (17)

다음 단계를 포함하는 소프트리소그래피(softlithography)를 이용한 액정 배향제어 광학 구조체의 제조방법:
(a) 일정한 간격을 유지하는 상부 기판과 하부 기판 사이에 액정분자의 등방성 온도에서 액정분자를 주입하는 단계;
(b) 상기 상부 기판 위에 소정의 격벽 구조를 가진 고분자 몰드를 올려 놓은 다음, 열을 가하여 하부 기판에 격벽 구조를 전사시키는 단계; 및
(c) 액정분자를 냉각시켜 상전이를 발생시켜 원뿔구조(focal conic domain, FCD)의 결함구조 어레이가 대면적으로 나타나는 것을 특징으로 하는 액정 배향제어 광학 구조체를 제조하는 단계.
Method for manufacturing a liquid crystal alignment control optical structure using softlithography comprising the following steps:
(a) injecting liquid crystal molecules at an isotropic temperature of the liquid crystal molecules between the upper substrate and the lower substrate maintaining a constant interval;
(b) placing a polymer mold having a predetermined barrier structure on the upper substrate, and then applying heat to transfer the barrier structure to the lower substrate; And
(c) manufacturing a liquid crystal alignment control optical structure, characterized in that the liquid crystal molecules are cooled to generate phase transitions so that a defect structure array of a conical structure (FCD) appears in a large area.
제1항에 있어서, 상기 하부 기판이 홈이 형성되어 있지 않은 것을 특징으로 하는 액정 배향제어 광학 구조체의 제조방법.
The method for manufacturing a liquid crystal alignment control optical structure according to claim 1, wherein the lower substrate is not provided with a groove.
제1항에 있어서, 상기 상부 기판 및 고분자 몰드와 같은 방향의 홈이 상기 하부 기판에 형성된 것을 특징으로 하는 액정 배향제어 광학 구조체의 제조방법.
The method of claim 1, wherein grooves in the same direction as the upper substrate and the polymer mold are formed in the lower substrate.
제1항에 있어서, 상기 상부 기판 및 고분자 몰드와 수직인 방향의 홈이 상기 하부 기판에 형성된 것을 특징으로 하는 액정 배향제어 광학 구조체의 제조방법.
The method of claim 1, wherein a groove in a direction perpendicular to the upper substrate and the polymer mold is formed in the lower substrate.
제1항에 있어서, 상기 고분자 몰드는 실리콘으로 제작된 마이크로 채널을 주형으로 사용하여 제조된 다공성 고분자 물질인 것을 특징으로 하는 액정 배향제어 광학 구조체의 제조방법.
The method of claim 1, wherein the polymer mold is a porous polymer material manufactured by using a microchannel made of silicon as a mold.
제5항에 있어서, 상기 고분자 몰드는 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane, PDMS)인 것을 특징으로 하는 액정 배향제어 광학 구조체의 제조방법.
The method of claim 5, wherein the polymer mold is polydimethylsiloxane (PDMS).
제1항에 있어서, 상기 (a) 단계 이전에 하부 기판을 친분자성 고분자막으로 코팅하는 단계를 추가로 포함하는 액정 배향제어 광학 구조체의 제조방법.
The method of claim 1, further comprising: coating the lower substrate with a molecular polymer film before step (a).
제7항에 있어서, 상기 코팅 단계 이후에 러빙하는 공정을 추가로 포함하는 액정 배향제어 광학 구조체의 제조방법.
The method of claim 7, further comprising a step of rubbing after the coating step.
제1항에 있어서, 상기 (b) 단계의 상부 기판 위에 소정의 격벽 구조를 가진 고분자 몰드를 올려 놓은 다음, 상기 상부 기판을 소분자성 고분자막으로 코팅하는 단계를 추가로 포함하는 액정 배향제어 광학 구조체의 제조방법.
The liquid crystal alignment control optical structure of claim 1, further comprising: placing a polymer mold having a predetermined barrier structure on the upper substrate of step (b), and then coating the upper substrate with a small molecular polymer film. Manufacturing method.
제1항에 있어서, 상기 액정분자는 화학식 1로 표현되는 4'-n-옥틸-4-시아노-바이페닐(4'-n-octyl-4-cyano-biphenyl)인 것을 특징으로 하는 액정 배향제어 광학 구조체의 제조방법.
[화학식 1]
Figure 112018025149712-pat00003

The liquid crystal alignment of claim 1, wherein the liquid crystal molecule is 4'-n-octyl-4-cyano-biphenyl represented by Chemical Formula 1. Method for producing a control optical structure.
[Formula 1]
Figure 112018025149712-pat00003

제1항에 있어서, 냉각시켜 액정분자의 네마틱상과 스멕틱상으로의 상전이를 발생하는 것을 특징으로 하는 액정 배향제어 광학 구조체의 제조방법.
The method for producing a liquid crystal alignment control optical structure according to claim 1, wherein the liquid crystal molecules are cooled to generate a phase transition between the nematic phase and the smectic phase.
제1항에 있어서, 상기 (b) 단계는 상기 상부 기판 위에 소정의 격벽 구조를 가진 고분자 몰드를 올려놓은 다음, 열을 가하여 용매 및 고분자 몰드를 제거한 후에 150~200℃의 온도에서 1.5~2시간 동안 경화시켜 하부 기판에 격벽 구조를 전사시키는 것을 특징으로 하는 액정 배향제어 광학 구조체의 제조방법.
The method of claim 1, wherein the step (b) comprises placing a polymer mold having a predetermined barrier structure on the upper substrate, and then applying a heat to remove the solvent and the polymer mold, at a temperature of 150 to 200 ° C. for 1.5 to 2 hours. A method of manufacturing a liquid crystal alignment control optical structure, characterized in that to harden during the transfer to transfer the partition structure to the lower substrate.
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항의 방법에 의해 제조되고, 원뿔구조(focal conic domain, FCD)의 결함구조 어레이가 대면적으로 나타나는 것을 특징으로 하는 액정 배향제어 광학 구조체.
The liquid crystal alignment control optical structure manufactured by the method according to any one of claims 1 to 12, wherein a defect structure array of a focal conic domain (FCD) appears in a large area.
제13항에 있어서, 상기 결함구조의 너비는 10~15㎛이고, 깊이는 100~300nm인 함몰된 지형학적 특성을 가진 것을 특징으로 하는 액정 배향제어 광학 구조체.
The liquid crystal alignment control optical structure of claim 13, wherein the defect structure has a recessed topographical characteristic having a width of 10 to 15 μm and a depth of 100 to 300 nm.
제2항의 방법에 의해 제조되고, 측벽에는 브러쉬 텍스처가 하부 기판 중에는 TFCD 어레이가 각각 발현되는 것을 특징으로 하는 액정 배향제어 광학 구조체.
The liquid crystal alignment control optical structure manufactured by the method of claim 2, wherein a brush texture is formed on a side wall of the TFCD array in the lower substrate, respectively.
제3항의 방법에 의해 제조되고, 측벽에는 브러쉬 텍스처가 하부 기판 중에는 FCD 어레이가 각각 발현되는 것을 특징으로 하는 액정 배향제어 광학 구조체.
The liquid crystal alignment control optical structure manufactured by the method of claim 3, wherein the sidewalls each have a brush texture and an FCD array is expressed in the lower substrate.
제4항의 방법에 의해 제조되고, FCD 결함이 번갈아 형성된 지그재그 패턴이 발현되는 것을 특징으로 하는 액정 배향제어 광학 구조체.A liquid crystal alignment control optical structure manufactured by the method of claim 4, wherein a zigzag pattern in which FCD defects are alternately formed is expressed.
KR1020180029223A 2018-03-13 2018-03-13 Method of Preparing Optical Structure Having Controlled Liquid Crystal Alignment Using Softlithography and Optical Structure Prepared Thereby KR102037957B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180029223A KR102037957B1 (en) 2018-03-13 2018-03-13 Method of Preparing Optical Structure Having Controlled Liquid Crystal Alignment Using Softlithography and Optical Structure Prepared Thereby

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180029223A KR102037957B1 (en) 2018-03-13 2018-03-13 Method of Preparing Optical Structure Having Controlled Liquid Crystal Alignment Using Softlithography and Optical Structure Prepared Thereby

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20190107910A KR20190107910A (en) 2019-09-23
KR102037957B1 true KR102037957B1 (en) 2019-10-30

Family

ID=68069163

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180029223A KR102037957B1 (en) 2018-03-13 2018-03-13 Method of Preparing Optical Structure Having Controlled Liquid Crystal Alignment Using Softlithography and Optical Structure Prepared Thereby

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102037957B1 (en)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2022550652A (en) * 2020-09-01 2022-12-05 コリア アドバンスト インスティチュート オブ サイエンス アンド テクノロジー Manufacturing method of shape-variable micro-patterned polymer tactile material using electric field method
CN114077103A (en) * 2021-11-01 2022-02-22 南京南辉智能光学感控研究院有限公司 Liquid crystal micro lens and control method and preparation method thereof
CN115220267B (en) * 2022-08-01 2023-07-25 南京大学 Construction method of liquid crystal injection porous smooth surface and microfluidic application thereof

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3298607B2 (en) * 1995-09-29 2002-07-02 ソニー株式会社 Liquid crystal element and manufacturing method thereof
KR101572109B1 (en) * 2008-12-30 2015-11-27 삼성디스플레이 주식회사 Method of manufacturing nano structure and method of manufacturing a pattern using the method
KR101188434B1 (en) * 2010-10-07 2012-10-08 한국과학기술원 Method for Fabricating Micro- or Nano-Sized Patterns Using Liquid Crystal Phase and Defect Structure Thereof
KR101231898B1 (en) * 2011-06-20 2013-02-08 한국과학기술원 Transparent Electrode Formed Nanostructure Pattern and Method for Preparing the Same

Also Published As

Publication number Publication date
KR20190107910A (en) 2019-09-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102037957B1 (en) Method of Preparing Optical Structure Having Controlled Liquid Crystal Alignment Using Softlithography and Optical Structure Prepared Thereby
KR101426357B1 (en) Liquid crystal retard panel and horizontal electric-field type liquid crystal display device having the nano-sized lc layer
KR100743320B1 (en) Liquid crystal display device and method for producing the same
CN105556380A (en) Liquid crystal display element and manufacturing method thereof
Yoon et al. Giant surfactants for the construction of automatic liquid crystal alignment layers
Xia et al. Tailoring surface patterns to direct the assembly of liquid crystalline materials
TW201821881A (en) Transmittance-variable film
JP2004163866A (en) Liquid crystal device
Kim et al. No bias pi cell using a dual alignment layer with an intermediate pretilt angle
KR101066821B1 (en) High Performance Thin Film Polarizer
Wu et al. Electrically Tunable Microlens Array Enabled by Polymer‐Stabilized Smectic Hierarchical Architectures
US7486371B2 (en) Optical device and method for making the same
KR920010053B1 (en) Liquid crystal display device
JP4275097B2 (en) Liquid crystal display device and manufacturing method thereof
CN101581854A (en) Method to obtain a controlled pretilt and azimuthal angles in liquid crystal cell
Lohr et al. Elasticity-dependent self-assembly of micro-templated chromonic liquid crystal films
JP2019505848A (en) Transmissivity variable film, manufacturing method and use thereof
Shin et al. Directed self-assembly of topological defects of liquid crystals
US10459297B2 (en) Liquid crystal display device including liquid crystal capsule and method of fabricating the same
EP0732610A2 (en) Liquid crystal alignment layer and liquid crystal display device
US8542333B2 (en) Liquid crystal cell alignment surface programming method and liquid cell light modulator devices made thereof
US11921393B2 (en) Blue phases on patterned surfaces
Han et al. Controlled Mesoscopic Growth of Polymeric Fibers Using Liquid Crystal Template
Donato et al. Liquid Crystalline Network Microstructures for Stimuli Responsive Labels with Multi‐Level Encryption
Zheng et al. Microchannel-flowed-plasma modification of octadecyltrichlorosilane self-assembled-monolayers for liquid crystal alignment

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant