KR20230084691A - Method for Alignment of Liquid Crystal on Atmospheric Pressure Plasma Treated Polyimide Layer - Google Patents

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Abstract

대기압 플라즈마와 러빙을 결합한 액정 배향 방법이 제시된다. 본 발명에서 제안하는 대기압 플라즈마와 러빙을 결합한 액정 배향 방법은 액정 (Liquid Crystal; LC)을 배향하기 위해 산소 대기에서 미리 정해진 시간 동안 미리 정해진 조사각으로 플라즈마 빔을 조사하여 대기압 플라즈마 공정을 수행하는 단계 및 상기 대기압 플라즈마 공정 수행 후, 러빙포(rubbing cloth)가 장착된 회전 롤러를 사용하여 필름 코팅 기판을 배향 경로를 따라 러빙하는 단계를 포함한다. A liquid crystal alignment method combining atmospheric pressure plasma and rubbing is presented. The method for aligning liquid crystals by combining atmospheric plasma and rubbing proposed in the present invention performs an atmospheric pressure plasma process by irradiating a plasma beam at a predetermined irradiation angle for a predetermined time in an oxygen atmosphere to align a liquid crystal (LC) and after performing the atmospheric pressure plasma process, rubbing the film-coated substrate along an alignment path using a rotating roller equipped with a rubbing cloth.

Description

대기압 플라즈마와 러빙을 결합한 액정 배향 방법{Method for Alignment of Liquid Crystal on Atmospheric Pressure Plasma Treated Polyimide Layer}Liquid crystal alignment method combining atmospheric pressure plasma and rubbing {Method for Alignment of Liquid Crystal on Atmospheric Pressure Plasma Treated Polyimide Layer}

본 발명은 대기압 플라즈마와 러빙을 결합한 액정 배향 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a liquid crystal alignment method combining atmospheric pressure plasma and rubbing.

액정 (Liquid Crystal; LC) 디스플레이와 유기발광다이오드(Organic Light-Emitting Diode; OLED) 디스플레이에 대한 연구는 계속되고 있지만 액정 디스플레이(Liquid Crystal Displays; LCD)는 많은 장점(예를 들어, 가격 경쟁력, 높은 신뢰성 및 긴 작동 시간) 때문에 시장의 많은 부분을 차지하고 있다. Research on liquid crystal (LC) displays and organic light-emitting diode (OLED) displays continues, but liquid crystal displays (LCDs) have many advantages (eg, price competitiveness, high reliability and long operating time), it has a large share of the market.

또한 미니 LED와 양자 LED(Quantum LED; QLED) 디스플레이와 같은 차세대 디스플레이는 LCD에 대한 수요를 증가시키고 있다[1-4]. LCD 제조 공정에서 LC 배향 공정은 디스플레이의 성능을 결정하는 중요한 역할을 한다. 이는 전기 광학적 특성에 큰 영향을 미치며, 우수한 성능을 얻기 위해서는 LC가 한 방향으로 향해야 한다[5-7]. In addition, next-generation displays such as mini-LED and quantum LED (Quantum LED; QLED) displays are increasing the demand for LCDs [1-4]. In the LCD manufacturing process, the LC alignment process plays an important role in determining the performance of the display. This has a great influence on the electro-optical properties, and the LC must be oriented in one direction to obtain good performance [5-7].

LC의 접촉 배향 방식인 러빙 공정은 러빙포(rubbing cloth)가 장착된 회전 롤러를 사용하여 필름 코팅 기판을 배향 경로를 따라 쓸어낸다. 이 방법은 간단하고 저렴하다는 장점이 있지만, 이 과정에서 먼지 입자와 정전기가 축적되어 배향 필름에 줄무늬와 같은 부정적인 영향을 끼친다. 추가적인 세척 및 베이킹(baking) 공정을 통해 이러한 결함을 제거할 수 있지만, 비용과 생산 시간이 증가하여 러빙 공정의 효율성이 저하된다. 러빙 공정의 부정적인 영향을 보상하기 위해 LC 매체에 나노 물질을 추가할 수 있지만, 나노 물질과 관련된 추가 공정을 도입해야 하기 때문에 비용 부담이 있다[8-11]. The rubbing process, which is a contact orientation method of LC, uses a rotating roller equipped with a rubbing cloth to sweep the film-coated substrate along an orientation path. Although this method has the advantage of being simple and inexpensive, dust particles and static electricity accumulate during this process, which negatively affects the alignment film, such as streaks. Additional cleaning and baking processes can eliminate these defects, but the efficiency of the rubbing process is reduced by increasing cost and production time. Nanomaterials can be added to the LC media to compensate for the negative effects of the rubbing process, but this is costly because additional processes involving nanomaterials must be introduced [8–11].

자외선(Ultraviolet UV) 배향, 이온빔 조사(ion-beam irradiation), 나노임프린트 리소그래피(nanoimprint lithography), 경사 증착(oblique deposition) 등 비접촉 배향법의 부정적인 영향을 보완할 수 있는 기술이 있다. 그러나 이러한 접근법은 표면 처리 비용이 높고 추가적인 고가의 진공 장비가 필요하기 때문에 상용화가 어렵다[12-16]. There are technologies that can compensate for the negative effects of non-contact alignment methods, such as ultraviolet UV alignment, ion-beam irradiation, nanoimprint lithography, and oblique deposition. However, this approach is difficult to commercialize because of the high cost of surface treatment and the need for additional expensive vacuum equipment [12–16].

대조적으로 대기압 플라즈마 공정은 디스플레이를 지속적으로 생산할 수 있으며 상대적으로 낮은 생산 비용과 짧은 공정 시간이 장점이다. 진공 플라즈마 공정의 경우 챔버와 같은 추가 장비가 필요하며 진공이 가능하도록 하기 위해 추가 작업도 필요하기 때문에 장비, 시간, 비용 및 공간 문제를 가지고 있다. 반면에, 대기압 플라즈마 공정은 진공 플라스마 공정과 관련된 문제 없이 LC 셀의 생산을 가능하게 한다[17, 18].In contrast, the atmospheric plasma process can produce displays continuously, and has advantages of relatively low production cost and short process time. In the case of the vacuum plasma process, additional equipment such as a chamber is required, and additional work is also required to enable vacuum, so there are equipment, time, cost, and space problems. On the other hand, atmospheric plasma processes enable the production of LC cells without the problems associated with vacuum plasma processes [17, 18].

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 대기압 플라즈마 공정과 러빙 공정을 결합하여 LC 셀을 제조하는 다양한 방법을 제안하고 LC 배향 특성을 개선하기 위한 방법을 제공하는데 있다. The technical problem to be achieved by the present invention is to propose various methods for manufacturing an LC cell by combining an atmospheric pressure plasma process and a rubbing process and to provide a method for improving LC alignment characteristics.

일 측면에 있어서, 본 발명에서 제안하는 대기압 플라즈마와 러빙을 결합한 액정 배향 방법은 액정 (Liquid Crystal; LC)을 배향하기 위해 산소 대기에서 미리 정해진 시간 동안 미리 정해진 조사각으로 플라즈마 빔을 조사하여 대기압 플라즈마 공정을 수행하는 단계 및 상기 대기압 플라즈마 공정 수행 후, 러빙포(rubbing cloth)가 장착된 회전 롤러를 사용하여 필름 코팅 기판을 배향 경로를 따라 러빙하는 단계를 포함한다. In one aspect, the liquid crystal alignment method combining atmospheric pressure plasma and rubbing proposed in the present invention irradiates a plasma beam at a predetermined irradiation angle for a predetermined time in an oxygen atmosphere in order to align liquid crystal (LC), and atmospheric pressure plasma After performing the process and performing the atmospheric pressure plasma process, a step of rubbing the film-coated substrate along an alignment path using a rotating roller equipped with a rubbing cloth.

또 다른 일 측면에 있어서, 본 발명에서 제안하는 대기압 플라즈마와 러빙을 결합한 액정 배향 방법은 액정을 배향하기 위해 러빙포가 장착된 회전 롤러를 사용하여 필름 코팅 기판을 배향 경로를 따라 러빙하는 단계 및 상기 러빙 공정 수행 후, 산소 대기에서 미리 정해진 시간 동안 미리 정해진 조사각으로 플라즈마 빔을 조사하여 대기압 플라즈마 공정을 수행하는 단계를 포함한다. In another aspect, a liquid crystal alignment method combining atmospheric plasma and rubbing proposed in the present invention includes the steps of rubbing a film-coated substrate along an alignment path using a rotating roller equipped with a rubbing cloth to align liquid crystals, and the rubbing After performing the process, performing an atmospheric pressure plasma process by irradiating a plasma beam at a predetermined irradiation angle for a predetermined time in an oxygen atmosphere.

본 발명의 실시예에 따르면, 폴리이미드(Polyimide; PI) 배향 층의 광학 특성을 평가하기 위한 AP(Antiparallel) 액정 셀 및 전기 광학적 특성을 평가하기 위한 TN(Twisted Nematic) 액정 셀을 생성하는 단계를 더 포함한다. According to an embodiment of the present invention, the step of generating an antiparallel (AP) liquid crystal cell for evaluating the optical properties of a polyimide (PI) alignment layer and a twisted nematic (TN) liquid crystal cell for evaluating the electro-optical properties contains more

상기 대기압 플라즈마 공정 및 러빙 공정을 결합한 액정 배향 방법을 통해 액정 셀은 대기압 플라즈마 공정만을 수행한 경우 또는 러빙 공정만을 수행한 경우 보다 균일한 배향 층을 갖고, 광 투과율 및 색 표현 측면에서의 이미지 품질이 향상될 수 있다. Through the liquid crystal alignment method combining the atmospheric pressure plasma process and the rubbing process, the liquid crystal cell has a more uniform alignment layer when performing only the atmospheric pressure plasma process or only the rubbing process, and the image quality in terms of light transmittance and color expression is improved. can be improved

상기 대기압 플라즈마 공정 및 러빙 공정을 결합한 액정 배향 방법을 통해 결정 회전 방법에 의해 측정되는 액정 셀의 선경사각 분석 결과는 대기압 플라즈마 공정만을 수행한 경우 또는 러빙 공정만을 수행한 경우 보다 액정 셀의 배향에 관한 균일성을 결정하는 오류율을 감소시킬 수 있다. The result of analyzing the pretilt angle of the liquid crystal cell measured by the crystal rotation method through the liquid crystal alignment method combining the atmospheric pressure plasma process and the rubbing process is more related to the alignment of the liquid crystal cell than when only the atmospheric pressure plasma process or the rubbing process is performed. The error rate that determines uniformity can be reduced.

상기 대기압 플라즈마 공정 및 러빙 공정을 결합한 액정 배향 방법을 통해 전기 광학적 특성 중 전압-투과율을 측정 결과는 대기압 플라즈마 공정만을 수행한 경우 또는 러빙 공정만을 수행한 경우 보다 투과율이 90%가 된 지점에서 임계 전압 및 포화 전압의 차인 유효 스위칭 전압을 감소시킬 수 있다. The result of measuring the voltage-transmittance among the electro-optical properties through the liquid crystal alignment method combining the atmospheric pressure plasma process and the rubbing process is the critical voltage at the point where the transmittance is 90% compared to the case of performing only the atmospheric pressure plasma process or the case of performing only the rubbing process. and an effective switching voltage that is a difference between the saturation voltage and the saturation voltage.

상기 대기압 플라즈마 공정 및 러빙 공정을 결합한 액정 배향 방법을 통해 대기압 플라즈마 공정만을 수행한 경우 또는 러빙 공정만을 수행한 경우 보다 상승 시간 및 하강 시간의 합인 총 응답 시간을 감소시킬 수 있다. Through the liquid crystal alignment method combining the atmospheric pressure plasma process and the rubbing process, the total response time, which is the sum of the rise time and the fall time, can be reduced compared to the case of performing only the atmospheric pressure plasma process or the case of performing only the rubbing process.

상기 대기압 플라즈마 공정 및 러빙 공정을 결합한 액정 배향 방법을 통해 대기압 플라즈마 공정만을 수행한 경우 또는 러빙 공정만을 수행한 경우 보다 ON/OFF 상태 사이의 전압 변화에 따른 밝기 변화를 나타내는 RDC(Residual Direct Current)를 감소시킬 수 있다. Residual Direct Current (RDC), which represents a brightness change according to a voltage change between ON/OFF states, compared to the case of performing only the atmospheric pressure plasma process or the case of performing only the rubbing process through the liquid crystal alignment method combining the atmospheric pressure plasma process and the rubbing process. can reduce

상기 대기압 플라즈마 공정 및 러빙 공정을 결합한 액정 배향 방법을 통해 대기압 플라즈마 공정만을 수행한 경우 또는 러빙 공정만을 수행한 경우 보다 액정 셀의 열 안정성 향상시킬 수 있다. Through the liquid crystal alignment method combining the atmospheric pressure plasma process and the rubbing process, thermal stability of the liquid crystal cell can be improved compared to the case of performing only the atmospheric pressure plasma process or the case of performing only the rubbing process.

본 발명의 실시예들에 따르면 대기압 플라즈마 공정과 러빙 공정을 결합하여 LC 셀을 제조하는 다양한 방법을 제안하여, LC 배향 특성을 개선할 수 있다. 러빙 공정의 단점인 러빙 과정에서 먼지 입자와 정전기가 축적되어 배향 필름에 줄무늬와 같은 부정적인 영향을 끼치는 문제점을 개선하고, 낮은 생산 비용과 짧은 공정 시간의 장점을 갖는 대기압 플라즈마 공정을 결합하여 LC 배향 특성을 개선할 수 있다.According to embodiments of the present invention, various methods of manufacturing an LC cell by combining an atmospheric pressure plasma process and a rubbing process may be proposed to improve LC alignment characteristics. Improvement of the disadvantages of the rubbing process, in which dust particles and static electricity accumulate during the rubbing process and have negative effects such as streaks on the alignment film, and combine the atmospheric pressure plasma process with the advantages of low production cost and short process time to improve LC alignment characteristics can improve

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 대기압 플라즈마와 러빙을 결합한 액정 배향 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 대기압 플라즈마와 러빙을 결합한 액정 배향 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다양한 LC 배향 기법의 TN LC 셀의 표면 개질된 PI 층의 현미경 사진이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 다양한 LC 배향 기법의 투과율을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 표면 개질된 PI 층을 포함하는 TN LC 셀의 투과율에 따른 전압을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 표면 개질된 PI 층을 포함하는 TN LC 셀의 응답 시간을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 표면 개질된 PI 층을 포함하는 TN LC 셀의 잔류 DC 특성을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 표면 개질된 PI 층의 열적 안정성을 관찰하기 위해 90°C ~ 210°C 범위의 온도에서 열처리된 LC 셀의 현미경 사진이다.
1 is a flowchart for explaining a liquid crystal alignment method combining atmospheric pressure plasma and rubbing according to a first embodiment of the present invention.
Figure 2 is a flow chart for explaining a liquid crystal alignment method combining atmospheric pressure plasma and rubbing according to a second embodiment of the present invention.
3 is a photomicrograph of a surface-modified PI layer of a TN LC cell of various LC alignment techniques according to an embodiment of the present invention.
4 is a diagram showing transmittance of various LC alignment techniques according to an embodiment of the present invention.
5 is a diagram showing voltage according to transmittance of a TN LC cell including a surface-modified PI layer according to an embodiment of the present invention.
6 is a diagram showing the response time of a TN LC cell including a surface-modified PI layer according to an embodiment of the present invention.
7 is a diagram showing residual DC characteristics of a TN LC cell including a surface-modified PI layer according to an embodiment of the present invention.
8 is a photomicrograph of an LC cell heat-treated at a temperature in the range of 90 ° C to 210 ° C to observe the thermal stability of the surface-modified PI layer according to an embodiment of the present invention.

본 발명에서는 폴리이미드 층의 액정 배향에 대한 러빙 공정과 대기압 플라즈마 공정을 결합하는 방법을 제안한다. 두 공정을 함께 사용했을 때 러빙 공정만을 수행했을 때보다 2.150°와 2.601°의 선경사각(pretilt angles)이 우수했다. 전자 광학적(electro-optical) 특성과 관련하여, 저전력 구동 전압은 2.5V 미만이었고 유효 스위칭 전압은 기존 러빙 공정만을 수행했을 때 보다 20% 이상 낮았다. 또한 150℃에서 처리 후 열 안정성 및 배향 특성은 대기압 플라즈마 공정만을 사용할 때 얻은 특성보다 우수했다. 본 발명은 현재의 LC 배향 방법으로 달성할 수 있는 것보다 더 나은 성능과 효율성을 가진 LC 디스플레이 제조 경로를 제안한다. 이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.In the present invention, a method of combining a rubbing process and an atmospheric pressure plasma process for liquid crystal alignment of a polyimide layer is proposed. When the two processes were used together, the pretilt angles of 2.150° and 2.601° were superior to those of the rubbing process alone. Regarding the electro-optical characteristics, the low-power driving voltage was less than 2.5V and the effective switching voltage was more than 20% lower than when only the conventional rubbing process was performed. In addition, the thermal stability and orientation characteristics after treatment at 150 °C were superior to those obtained using only the atmospheric pressure plasma process. The present invention proposes an LC display manufacturing route with better performance and efficiency than is achievable with current LC orientation methods. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 대기압 플라즈마와 러빙을 결합한 액정 배향 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 1 is a flowchart for explaining a liquid crystal alignment method combining atmospheric pressure plasma and rubbing according to a first embodiment of the present invention.

본 발명의 제1 실시예에 따른 대기압 플라즈마와 러빙을 결합한 액정 배향 방법은 액정(Liquid Crystal; LC)을 배향하기 위해 산소 대기에서 미리 정해진 시간 동안 미리 정해진 조사각으로 플라즈마 빔을 조사하여 대기압 플라즈마 공정을 수행하는 단계(110) 및 상기 대기압 플라즈마 공정 수행 후, 러빙포(rubbing cloth)가 장착된 회전 롤러를 사용하여 필름 코팅 기판을 배향 경로를 따라 러빙하는 단계(120)를 포함할 수 있다. A liquid crystal alignment method combining atmospheric plasma and rubbing according to a first embodiment of the present invention is an atmospheric pressure plasma process by irradiating a plasma beam at a predetermined irradiation angle for a predetermined time in an oxygen atmosphere to align liquid crystals (LC) After performing the atmospheric pressure plasma process (110) and performing the atmospheric pressure plasma process, it may include a step (120) of rubbing the film-coated substrate along an alignment path using a rotating roller equipped with a rubbing cloth.

본 발명의 실시예에서는 균질 폴리이미드(PI; SE-7492; Nissan Chemical Engineering)가 LC 배향 층으로 사용되었다. 인듐-틴 산화물(Indium-Tin Oxide; ITO)은 코팅된 코닝 1737 유리 기판에 10

Figure pat00001
의 시트 저항의 33 × 22 × 1.1 mm3 전극으로서, 아세톤, 이소프로필 알코올 및 탈이온수로 초음파 세척한 후 건조 캐비닛에서 6시간 동안 건조시켰다. 그런 다음 실온에서 700rpm에서 5초 동안, 3,000rpm에서 30초 동안 스핀 코팅을 하여 충분한 PI를 ITO 코팅 유리 기판에 코팅했다. 코팅 직후 80℃의 뜨거운 판에서 10분 동안 가열하여 소프트 베이킹(soft baking) 공정을 수행했다. 이후, PI 배향 층은 230℃에서 1시간 동안 오븐에서 하드 베이킹(hard baking) 공정을 통해 형성되었다.In an embodiment of the present invention, homogeneous polyimide (PI; SE-7492; Nissan Chemical Engineering) was used as the LC orientation layer. Indium-Tin Oxide (ITO) coated Corning 1737 glass substrate with 10
Figure pat00001
As a 33 × 22 × 1.1 mm 3 electrode with a sheet resistance of , it was ultrasonically cleaned with acetone, isopropyl alcohol and deionized water and then dried in a drying cabinet for 6 hours. Then, enough PI was coated on the ITO-coated glass substrate by spin coating at 700 rpm for 5 seconds and 3,000 rpm for 30 seconds at room temperature. Immediately after coating, a soft baking process was performed by heating on a hot plate at 80° C. for 10 minutes. Thereafter, the PI alignment layer was formed through a hard baking process in an oven at 230° C. for 1 hour.

본 발명의 제1 실시예에 따른 대기압 플라즈마와 러빙을 결합한 액정 배향 방법에서는 먼저, 단계(110)에서 액정을 배향하기 위해 산소 대기에서 미리 정해진 시간 동안 미리 정해진 조사각으로 플라즈마 빔을 조사하여 대기압 플라즈마 공정을 수행한다. 대기압 플라즈마 공정은 산소 대기에서 30초 동안 플라즈마 빔 조사 각 45°에서 셀을 조사했다.In the liquid crystal alignment method combining atmospheric pressure plasma and rubbing according to the first embodiment of the present invention, first, in order to align the liquid crystal in step 110, a plasma beam is irradiated at a predetermined irradiation angle for a predetermined time in an oxygen atmosphere to atmospheric pressure plasma. do the process In the atmospheric plasma process, the cell was irradiated at a plasma beam irradiation angle of 45° for 30 seconds in an oxygen atmosphere.

대기압 플라즈마 공정 수행 후, 단계(120)에서 상기 러빙포가 장착된 회전 롤러를 사용하여 필름 코팅 기판을 배향 경로를 따라 러빙한다. 러빙 공정에서는 러빙포로 나일론 천을 러빙 머신(SRMS-50-M; Sciencetown)에 적용했다.After performing the atmospheric pressure plasma process, in step 120, the film-coated substrate is rubbed along an alignment path using a rotating roller equipped with the rubbing cloth. In the rubbing process, nylon cloth was applied to a rubbing machine (SRMS-50-M; Sciencetown) as a rubbing cloth.

본 발명의 제1 실시예들에 따르면 대기압 플라즈마 공정 수행 후 러빙 공정을 수행하여 LC 배향 특성을 개선할 수 있다. 더욱 상세하게는 러빙 공정의 단점인 러빙 과정에서 먼지 입자와 정전기가 축적되어 배향 필름에 줄무늬와 같은 부정적인 영향을 끼치는 문제점을 개선하고, 낮은 생산 비용과 짧은 공정 시간의 장점을 갖는 대기압 플라즈마 공정을 결합하여 LC 배향 특성을 개선할 수 있다. According to the first embodiments of the present invention, the LC alignment characteristics may be improved by performing a rubbing process after performing the atmospheric pressure plasma process. More specifically, it improves the problem of negative effects such as stripes on the alignment film due to accumulation of dust particles and static electricity during the rubbing process, which is a disadvantage of the rubbing process, and combines the atmospheric pressure plasma process with the advantages of low production cost and short process time. Thus, the LC orientation characteristics can be improved.

도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 대기압 플라즈마와 러빙을 결합한 액정 배향 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.Figure 2 is a flow chart for explaining a liquid crystal alignment method combining atmospheric pressure plasma and rubbing according to a second embodiment of the present invention.

본 발명의 제2 실시예에 따른 대기압 플라즈마와 러빙을 결합한 액정 배향 방법은 액정(Liquid Crystal; LC)을 배향하기 위해 러빙포(rubbing cloth)가 장착된 회전 롤러를 사용하여 필름 코팅 기판을 배향 경로를 따라 러빙하는 단계(210) 및 상기 러빙 공정 수행 후, 산소 대기에서 미리 정해진 시간 동안 미리 정해진 조사각으로 플라즈마 빔을 조사하여 대기압 플라즈마 공정을 수행하는 단계(220)를 포함할 수 있다. A liquid crystal alignment method combining atmospheric plasma and rubbing according to a second embodiment of the present invention uses a rotating roller equipped with a rubbing cloth to align a liquid crystal (LC), and a film-coated substrate is aligned along an alignment path. It may include a step 210 of rubbing along and, after performing the rubbing process, a step 220 of performing an atmospheric pressure plasma process by irradiating a plasma beam at a predetermined irradiation angle for a predetermined time in an oxygen atmosphere.

본 발명의 실시예에서는 균질 폴리이미드(PI; SE-7492; Nissan Chemical Engineering)가 LC 배향 층으로 사용되었다. 인듐-틴 산화물(Indium-Tin Oxide; ITO)은 코팅된 코닝 1737 유리 기판에 10

Figure pat00002
의 시트 저항의 33 × 22 × 1.1 mm3 전극으로서, 아세톤, 이소프로필 알코올 및 탈이온수로 초음파 세척한 후 건조 캐비닛에서 6시간 동안 건조시켰다. 그런 다음 실온에서 700rpm에서 5초 동안, 3,000rpm에서 30초 동안 스핀 코팅을 하여 충분한 PI를 ITO 코팅 유리 기판에 코팅했다. 코팅 직후 80℃의 뜨거운 판에서 10분 동안 가열하여 소프트 베이킹(soft baking) 공정을 수행했다. 이후, PI 배향 층은 230℃에서 1시간 동안 오븐에서 하드 베이킹(hard baking) 공정을 통해 형성되었다. In an embodiment of the present invention, homogeneous polyimide (PI; SE-7492; Nissan Chemical Engineering) was used as the LC orientation layer. Indium-Tin Oxide (ITO) coated Corning 1737 glass substrate with 10
Figure pat00002
As a 33 × 22 × 1.1 mm 3 electrode with a sheet resistance of , it was ultrasonically cleaned with acetone, isopropyl alcohol and deionized water and then dried in a drying cabinet for 6 hours. Then, enough PI was coated on the ITO-coated glass substrate by spin coating at 700 rpm for 5 seconds and 3,000 rpm for 30 seconds at room temperature. Immediately after coating, a soft baking process was performed by heating on a hot plate at 80° C. for 10 minutes. Thereafter, the PI alignment layer was formed through a hard baking process in an oven at 230° C. for 1 hour.

본 발명의 제2 실시예에 따른 대기압 플라즈마와 러빙을 결합한 액정 배향 방법에서는 먼저, 단계(210)에서 액정을 배향하기 위해 러빙포(rubbing cloth)가 장착된 회전 롤러를 사용하여 필름 코팅 기판을 배향 경로를 따라 러빙한다. 러빙 공정에서는 러빙포로 나일론 천을 러빙 머신(SRMS-50-M; Sciencetown)에 적용했다.In the liquid crystal alignment method combining atmospheric plasma and rubbing according to the second embodiment of the present invention, first, in step 210, a film-coated substrate is aligned using a rotating roller equipped with a rubbing cloth to align the liquid crystal. Rub along the path. In the rubbing process, nylon cloth was applied to a rubbing machine (SRMS-50-M; Sciencetown) as a rubbing cloth.

러빙 공정 수행 후, 단계(120)에서 산소 대기에서 미리 정해진 시간 동안 미리 정해진 조사각으로 플라즈마 빔을 조사하여 대기압 플라즈마 공정을 수행한다. 대기압 플라즈마 공정은 산소 대기에서 30초 동안 플라즈마 빔 조사 각 45°에서 셀을 조사했다.After performing the rubbing process, in step 120, an atmospheric pressure plasma process is performed by irradiating a plasma beam at a predetermined irradiation angle for a predetermined time in an oxygen atmosphere. In the atmospheric plasma process, the cell was irradiated at a plasma beam irradiation angle of 45° for 30 seconds in an oxygen atmosphere.

본 발명의 제2 실시예들에 따르면 러빙 공정 수행 후, 대기압 플라즈마 공정을 수행하여 LC 배향 특성을 개선할 수 있다. 더욱 상세하게는 러빙 공정의 단점인 러빙 과정에서 먼지 입자와 정전기가 축적되어 배향 필름에 줄무늬와 같은 부정적인 영향을 끼치는 문제점을 개선하고, 낮은 생산 비용과 짧은 공정 시간의 장점을 갖는 대기압 플라즈마 공정을 결합하여 LC 배향 특성을 개선할 수 있다. According to the second embodiments of the present invention, after performing the rubbing process, an atmospheric pressure plasma process may be performed to improve LC alignment characteristics. More specifically, it improves the problem of negative effects such as stripes on the alignment film due to accumulation of dust particles and static electricity during the rubbing process, which is a disadvantage of the rubbing process, and combines the atmospheric pressure plasma process with the advantages of low production cost and short process time. Thus, the LC orientation characteristics can be improved.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다양한 LC 배향 기법의 TN LC 셀의 표면 개질된 PI 층의 현미경 사진이다.3 is a photomicrograph of a surface-modified PI layer of a TN LC cell of various LC alignment techniques according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 실시예에 따라 제조된 셀에 대해 네 가지 개별 배향 조건을 적용하여 LC 배향 특성을 측정하였다. 본 발명의 실시예들에 따른 러빙 공정에서는 러빙포로 나일론 천을 러빙 머신(SRMS-50-M; Sciencetown)에 적용했다. 대기압 플라즈마 공정은 산소 대기에서 30초 동안 플라즈마 빔 조사 각 45°에서 셀을 조사했다. The LC alignment characteristics were measured by applying four individual alignment conditions to the cells manufactured according to the examples of the present invention. In the rubbing process according to embodiments of the present invention, nylon cloth was applied to a rubbing machine (SRMS-50-M; Sciencetown) as a rubbing cloth. In the atmospheric plasma process, the cell was irradiated at a plasma beam irradiation angle of 45° for 30 seconds in an oxygen atmosphere.

첫 번째 배향 조건의 셀은 러빙 공정만을 수행하였다. The cell in the first alignment condition performed only the rubbing process.

두 번째 배향 조건(다시 말해, 본 발명의 제1 실시예)의 셀은 러빙 공정 수행 후 대기압 플라즈마 공정을 수행하였다. In the cell under the second alignment condition (ie, the first embodiment of the present invention), an atmospheric pressure plasma process was performed after performing the rubbing process.

세 번째 배향 조건(다시 말해, 본 발명의 제2 실시예)의 셀은 대기압 플라즈마 공정 수행 후 러빙 공정을 수행하였다. The cell under the third alignment condition (that is, the second embodiment of the present invention) was subjected to the atmospheric pressure plasma process and then to the rubbing process.

네 번째 셀은 대기압 플라즈마 공정만을 수행하였다. The fourth cell performed only the atmospheric pressure plasma process.

각 조건에서 만들어진 셀은 PI 배향 층의 광학 특성을 평가하기 위해 60 μm 셀 간극을 가진 AP(Antiparallel) LC 셀과 전기 광학적 특성을 평가하기 위해 5 μm 셀 간극을 가진 TN(Twisted Nematic) LC 셀로 제작되었다. Cells made under each condition were AP (Antiparallel) LC cells with a 60 μm cell gap to evaluate the optical properties of the PI alignment layer and TN (Twisted Nematic) LC cells with a 5 μm cell gap to evaluate the electro-optical properties. It became.

본 발명의 실시예에 따른 제조 공정에서 사용된 LC는 균질형(ZSM-50087XX; JNC;

Figure pat00003
= 4.1,
Figure pat00004
= 0.110)이었다. 편광 광학 현미경(BX53M; 올림푸스)이 다양한 배향 방법을 사용하여 제조된 LC 셀에 대한 PI 배향 층의 LC 배향을 관찰하기 위해 사용되었다. 각 LC 셀의 배향 상태는 결정 회전 방법에 의해 LC의 선경사각(TBA 107; Autronic)을 분석하여 결정되었다. 표면 접촉각(UNI-CAM/A; GITSoftTech)은 각 LC 셀에 사용되는 PI 방향 공정에 따라 표면 특성을 특성화하기 위해 측정되었다. TN LC 셀의 전자 광학적 특성을 평가하기 위해 LCD 평가 시스템(LCMS-200; 세심 광학 기술)을 사용하여 전압-투과율, 응답 시간 및 잔류 직류(Residual Direct Current; RDC) 전압 측정을 수행했다. 마지막으로, LC 셀의 열 안정성은 90℃에서 210℃까지 30℃간격으로 오븐에서 가열하여 평가되었다. 그리고 LC 셀의 내부는 편광 현미경을 사용하여 관찰하였다. The LC used in the manufacturing process according to the embodiment of the present invention is homogeneous (ZSM-50087XX; JNC;
Figure pat00003
= 4.1;
Figure pat00004
= 0.110). A polarized optical microscope (BX53M; Olympus) was used to observe the LC orientation of the PI orientation layer for LC cells fabricated using various orientation methods. The orientation state of each LC cell was determined by analyzing the pretilt angle of the LC (TBA 107; Autronic) by the crystal rotation method. The surface contact angle (UNI-CAM/A; GITSoftTech) was measured to characterize the surface properties according to the PI orientation process used for each LC cell. To evaluate the electro-optical characteristics of the TN LC cell, voltage-transmittance, response time, and residual direct current (RDC) voltage measurements were performed using an LCD evaluation system (LCMS-200; Sesim Optical Technology). Finally, the thermal stability of the LC cell was evaluated by heating in an oven from 90 °C to 210 °C at 30 °C intervals. And the inside of the LC cell was observed using a polarizing microscope.

LCD에서 LC의 배향 상태는 영상 화질을 나타내는 유용한 지표이다. 종래기술에서는 고품질 영상의 경우 균일한 LC 배향, 규칙적인 선형사각 및 특정 전자 광학 특성이 필요한 것으로 나타났다[19].The alignment state of LCs in LCDs is a useful indicator of image quality. In the prior art, it has been shown that uniform LC alignment, regular linear angles, and specific electro-optical properties are required for high-quality images [19].

도 3은 편광의 방향이 네 가지 배향 조건에서 생성된 LC 셀과 교차할 때 획득한 포토 마이크로 그래프를 보여준다. 도 3(a)는 러빙 공정만을 수행한 경우, 도 3(b)는 러빙 공정 수행 후 대기압 플라즈마 공정을 수행한 경우, 도 3(c)는 대기압 플라즈마 공정 수행 후 러빙 공정을 수행한 경우, 도 3(d)는 대기압 플라즈마 공정만을 수행한 경우의 TN LC 셀의 표면 개질된 PI 층의 현미경 사진이다. 여기서 "A"는 "분석기"를 나타내고 "P"는 "편광기"를 나타낸다. Figure 3 shows photomicrographs obtained when the direction of polarization crosses the LC cells produced under the four orientation conditions. FIG. 3(a) is a case where only the rubbing process is performed, FIG. 3(b) is a case where the atmospheric pressure plasma process is performed after the rubbing process is performed, and FIG. 3(c) is a case where the rubbing process is performed after the atmospheric pressure plasma process is performed. 3(d) is a photomicrograph of the surface-modified PI layer of the TN LC cell when only the atmospheric plasma process was performed. Here "A" stands for "analyzer" and "P" stands for "polarizer".

대기압 플라즈마 공정만을 수행한 경우의 LC 셀은 한 방향으로 배향된 LC 분자를 가지는 경향이 있었지만, 전체적인 LC 셀이 균일하지 않았다. 반면에, LC 배열은 러빙 공정을 수행함에 따라 LC 셀에서 잘 배향되었고 균일하게 방향이 잡혔다(도 3의 완전히 검은 표면에 의해 입증). 방향이 균일하면 광 투과율 및 색 표현 측면에서 이미지 품질이 향상된다. The LC cell in the case of performing only the atmospheric plasma process tended to have LC molecules oriented in one direction, but the LC cell as a whole was not uniform. On the other hand, the LC array was well oriented and uniformly oriented in the LC cell as it was subjected to the rubbing process (as evidenced by the completely black surface in Fig. 3). Uniform orientation improves image quality in terms of light transmittance and color expression.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 다양한 LC 배향 기법의 투과율을 나타내는 도면이다. 4 is a diagram showing transmittance of various LC alignment techniques according to an embodiment of the present invention.

도 4는 다른 LC 배향 조건에서 제조된 AP LC 셀의 LC 배향을 평가하기 위해 크리스탈 회전 방법을 사용하여 측정한 선형사각을 나타낸다. Figure 4 shows the linear squares measured using the crystal rotation method to evaluate the LC orientation of AP LC cells fabricated under different LC orientation conditions.

도 4(a)는 러빙 공정만을 수행한 경우, 도 4(b)는 러빙 공정 수행 후 대기압 플라즈마 공정을 수행한 경우, 도 4(c)는 대기압 플라즈마 공정 수행 후 러빙 공정을 수행한 경우, 도 4(d)는 대기압 플라즈마 공정만을 수행한 경우의 PI 층에 대한 LC 분자의 입사각 함수로서의 투과율을 나타낸다. FIG. 4(a) shows a case in which only a rubbing process is performed, FIG. 4(b) shows a case in which an atmospheric pressure plasma process is performed after performing a rubbing process, and FIG. 4(c) shows a case in which a rubbing process is performed after performing an atmospheric pressure plasma process. 4(d) shows the transmittance as a function of the incident angle of LC molecules to the PI layer when only the atmospheric pressure plasma process is performed.

LC 분자의 기울기 각도를 나타내는 선형사각은 역경사와 같은 결함을 방지할 수 있다. 도 4의 파란색 선은 이상적인 이론적 값을 나타내고 빨간색 선은 측정된 값에 해당한다. 두 선의 일치는 균일한 LC 배향을 나타낸다. 결정 회전 기법을 사용하여 높은 신뢰도로 선형사각을 추정할 수 있다. 반대로, 두 선 사이의 차이는 배향 계층이 완전히 배향된 LC 분자로 구성되지 않음을 나타내며, 이는 불안정하다는 것을 의미한다. 균일성을 결정하는 기준은 오류율이며, 0.01[20]보다 작아야 한다. 도 4(d)는 대기압 플라즈마 공정만을 수행했을 때, 즉 LC 분자가 대기압 플라즈마 처리 PI 표면에 무작위로 배향되었을 때 오류율이 0.023임을 나타낸다. 반면, 러빙 공정만 수행했을 때 오류율은 0.006을 얻었다(도 4(a)). 러빙 공정 수행 후 대기압 플라즈마 공정을 수행한 경우는 0.003의 오류율을 보인 반면(도 4(b)) 대기압 플라즈마 공정 수행 후 러빙 공정을 수행한 경우는 0.004의 오류율을 나타냈다(도 4(c)). 이론 및 측정 곡선은 거의 동일하며, 이는 균일한 LC 방향과 높은 신뢰성을 나타낸다. 표 1은 3개 위치의 측정에 의해 결정된 평균 선형사각과 표준 편차를 요약한 것이다. A linear quadrangle representing the tilt angle of the LC molecule can prevent defects such as reverse tilt. The blue line in FIG. 4 represents the ideal theoretical value and the red line corresponds to the measured value. Coincidence of the two lines indicates a uniform LC orientation. The linear square can be estimated with high reliability using the crystal rotation technique. Conversely, a difference between the two lines indicates that the oriented layer is not composed of fully oriented LC molecules, meaning that it is unstable. The criterion for determining uniformity is the error rate, which must be less than 0.01 [20]. Fig. 4(d) shows that the error rate is 0.023 when only the atmospheric plasma process is performed, that is, when the LC molecules are randomly oriented on the atmospheric plasma treated PI surface. On the other hand, when only the rubbing process was performed, the error rate was 0.006 (Fig. 4(a)). The case of performing the atmospheric pressure plasma process after performing the rubbing process showed an error rate of 0.003 (FIG. 4(b)), whereas the case of performing the rubbing process after performing the atmospheric pressure plasma process showed an error rate of 0.004 (FIG. 4(c)). The theoretical and measured curves are almost identical, indicating a uniform LC direction and high reliability. Table 1 summarizes the average linear square and standard deviation determined by measurements at three locations.

<표 1><Table 1>

Figure pat00005
Figure pat00005

데이터는 도 4(e)에 그래프로 나타내었다. 러빙 공정만 사용했을 때 평균 각도는 5.125°이고 표준 편차는 0.251°였다. 러빙 및 대기압 플라즈마 공정을 함께 수행했을 때 평균 각도는 2.150°(러빙-플라스마)와 2.601°(플라스마-러빙)이고, 표준 편차는 각각 0.158°와 0.060°였다. 대기압 플라즈마 공정만을 사용할 때 평균 각도는 0.109°이고 표준 편차는 0.130°였다. 대기압 플라즈마 조사로 인해 기질의 이방성 변형이 [21] 발생하므로 공정 중에 선형사각이 감소하였다. 표준 편차가 작은 것은 방향이 균일하다는 것을 나타낸다. The data is graphically represented in Figure 4(e). Using only the rubbing process, the average angle was 5.125° and the standard deviation was 0.251°. When the rubbing and atmospheric plasma processes were performed together, the average angles were 2.150° (rubbing-plasma) and 2.601° (plasma-rubbing), and the standard deviations were 0.158° and 0.060°, respectively. Using only the atmospheric plasma process, the average angle was 0.109° and the standard deviation was 0.130°. Due to atmospheric pressure plasma irradiation, anisotropic deformation of the substrate occurred [21], so the linear dead angle was reduced during the process. A small standard deviation indicates that the direction is uniform.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 표면 개질된 PI 층을 포함하는 TN LC 셀의 투과율에 따른 전압을 나타내는 도면이다. 5 is a diagram showing voltage according to transmittance of a TN LC cell including a surface-modified PI layer according to an embodiment of the present invention.

전기 광학적 특성 중, 각 LC 배향 조건에서 TN LC 셀에 대해 전압-투과율을 측정하였다. 편광판이 LC 셀의 두 기질에 번갈아 부착되었고, NW(Normally White) 상태에서 측정되었다. TN LC 셀에 인가된 전압 상승(0~7V, 0.2V씩 증가)에 따른 투과율 변화를 나타내었다. Among electro-optical properties, voltage-transmittance was measured for a TN LC cell under each LC orientation condition. Polarizers were alternately attached to the two substrates of the LC cell, and measurements were made in the normally white (NW) state. The transmittance change according to the increase in the voltage applied to the TN LC cell (0 to 7V, increment by 0.2V) is shown.

도 5(a)는 TN LC 셀에 인가된 0~7V전압 상승에 따른 러빙 공정만을 수행한 경우(511), 러빙 공정 수행 후 대기압 플라즈마 공정을 수행한 경우(512), 대기압 플라즈마 공정 수행 후 러빙 공정을 수행한 경우(513), 대기압 플라즈마 공정만을 수행한 경우(514)의 투과율 변화이고, 도 5(b)는 TN LC 셀에 인가된 0.2V 전압 상승에 따른 러빙 공정만을 수행한 경우(521), 러빙 공정 수행 후 대기압 플라즈마 공정을 수행한 경우(522), 대기압 플라즈마 공정 수행 후 러빙 공정을 수행한 경우(523), 대기압 플라즈마 공정만을 수행한 경우(524)의 투과율 변화이다. 5(a) shows the case in which only the rubbing process according to the increase in the 0 to 7V voltage applied to the TN LC cell is performed (511), the case in which the atmospheric pressure plasma process is performed after the rubbing process (512), and the atmospheric pressure plasma process followed by rubbing Transmittance change in the case of performing the process (513) and the case of performing only the atmospheric pressure plasma process (514), and FIG. ), when the atmospheric pressure plasma process is performed after performing the rubbing process (522), when the rubbing process is performed after performing the atmospheric pressure plasma process (523), and when only the atmospheric pressure plasma process is performed (524).

표 2는 투과율이 90%가 된 지점에서 측정된 임계 전압(Vth) 및 포화 전압(Vsat)을 나타낸다. Table 2 shows the threshold voltage (Vth) and saturation voltage (Vsat) measured at the point where the transmittance became 90%.

<표 2><Table 2>

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유효 스위칭 전압은 Vth와 Vsat 사이의 차이이다. 러빙 및 대기압 플라즈마 공정을 함께 사용했을 때, TN LC 셀의 Vth는 기존의 러빙 공정만을 수행한 경우에 비해 저전력에서도 더 부드럽게 변화했으며, 유효 스위칭 전압은 20% 이상 낮았다. 반면 대기압 플라즈마 공정에만 노출된 셀의 Vsat는 비정상적으로 높았으며(7.53V) 유효 스위칭 전압은 4.912V에 달했다. 이러한 고전압은 대기압 플라즈마 처리 셀이 산업용으로 적합하지 않음을 나타낸다. The effective switching voltage is the difference between Vth and Vsat. When the rubbing and atmospheric plasma processes were used together, the Vth of the TN LC cell changed more smoothly at low power and the effective switching voltage was more than 20% lower than that of the conventional rubbing process alone. On the other hand, the Vsat of the cell exposed only to the atmospheric plasma process was abnormally high (7.53V) and the effective switching voltage reached 4.912V. These high voltages make atmospheric plasma treatment cells unsuitable for industrial use.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 표면 개질된 PI 층을 포함하는 TN LC 셀의 응답 시간을 나타내는 도면이다.6 is a diagram showing the response time of a TN LC cell including a surface-modified PI layer according to an embodiment of the present invention.

도 6은 러빙 공정만을 수행한 경우(611), 러빙 공정 수행 후 대기압 플라즈마 공정을 수행한 경우(612), 대기압 플라즈마 공정 수행 후 러빙 공정을 수행한 경우(613), 대기압 플라즈마 공정만을 수행한 경우(614)의 표면 개질된 PI 층을 포함하는 TN LC 셀의 응답 시간을 나타낸다. 6 shows a case in which only a rubbing process is performed (611), a case in which an atmospheric pressure plasma process is performed after performing a rubbing process (612), a case in which a rubbing process is performed after performing an atmospheric pressure plasma process (613), and a case in which only an atmospheric pressure plasma process is performed Response time of a TN LC cell comprising a surface-modified PI layer of (614).

상승 시간은 전압이 0V에서 5V로 순간적으로 변화하는 데 걸리는 시간이다. TN LC 셀의 LC가 NW 상태이고 빛이 편광판을 통과하지 않을 때 투과율이 감소했다. 반대로, 하강 시간은 전압이 5V에서 0V로 즉, 초기 NW 상태로 되돌아가는 순간적인 감소에 반응하는 데 걸리는 시간이다. 이 과정에서 투과율은 점차 증가한다. 상승 및 하강 시간의 합은 총 응답 시간으로 정의된다. 총 측정 시간은 200ms였다. 응답 시간은 방향 설정 방법(표 2)에 따라 크게 달라졌다. 대기압 플라즈마 공정만을 사용했을 때 상승 시간은 47.748ms, 하강 시간은 76.208ms였으며 따라서 총 응답 시간은 123.956ms였다. 이러한 특징들은 셀을 산업적으로 사용하기 어렵게 만들 것이다. TN LC 셀의 경우 러빙 공정만을 수행한 경우, 러빙-대기압 플라즈마 공정을 수행한 경우, 대기압 플라즈마-러빙 공정을 수행한 경우는 각각 4.926, 5.460, 8.966ms의 상승 시간과 16.493, 9.488, 10.082ms의 해당 하강 시간을 나타냈다. 따라서 총 응답 시간은 각각 21.419, 14.948, 19.048ms이다. 대기압 플라즈마 공정만을 수행한 경우를 제외하고 총 응답 시간은 30ms 미만이므로 산업 환경에서 LCD로 사용할 수 있다. Rise time is the time it takes for the voltage to change instantaneously from 0V to 5V. The transmittance decreased when the LC of the TN LC cell was in the NW state and the light did not pass through the polarizer. Conversely, fall time is the time it takes to respond to a momentary drop in voltage from 5V to 0V, i.e. back to the initial NW state. In this process, the transmittance gradually increases. The sum of the rise and fall times is defined as the total response time. The total measurement time was 200 ms. The response time varied greatly depending on the orientation method (Table 2). Using only the atmospheric plasma process, the rise time was 47.748 ms and the fall time was 76.208 ms, resulting in a total response time of 123.956 ms. These features will make the cell difficult to use industrially. In the case of the TN LC cell, the rise times of 4.926, 5.460, and 8.966 ms and 16.493, 9.488, and 10.082 ms respectively in the case of performing the rubbing process, the case of performing the rubbing-atmospheric pressure plasma process, and the case of performing the atmospheric pressure plasma-rubbing process, respectively. Indicates the corresponding fall time. Therefore, the total response times are 21.419, 14.948, and 19.048 ms, respectively. The total response time is less than 30 ms, except when only the atmospheric plasma process is performed, so it can be used as an LCD in an industrial environment.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 표면 개질된 PI 층을 포함하는 TN LC 셀의 잔류 DC 특성을 나타내는 도면이다. 7 is a diagram showing residual DC characteristics of a TN LC cell including a surface-modified PI layer according to an embodiment of the present invention.

RDC(Residual Direct Current)는 ON/OFF 상태 사이의 전압 변화에 따른 밝기 변화를 나타낸다. 도 7은 러빙 공정만을 수행한 경우(711), 러빙 공정 수행 후 대기압 플라즈마 공정을 수행한 경우(712), 대기압 플라즈마 공정 수행 후 러빙 공정을 수행한 경우(713), 대기압 플라즈마 공정만을 수행한 경우(714)의 TN LC 셀에 대한 RDC가 측정 결과이다. Residual Direct Current (RDC) represents a brightness change according to a voltage change between ON/OFF states. 7 shows a case in which only a rubbing process is performed (711), a case in which an atmospheric pressure plasma process is performed after performing a rubbing process (712), a case in which a rubbing process is performed after performing an atmospheric pressure plasma process (713), and a case in which only an atmospheric pressure plasma process is performed The RDC for the TN LC cell of (714) is the measurement result.

LC 셀을 구동할 때 내부 PI 표면에 불순물 이온이 흡착된 경우 잔상이 남게 된다. 따라서 RDC 측정은 결점의 존재를 나타낼 수 있다. 초기 투과율과 최종 투과율의 차이가 작을수록 주어진 전압에서 더 많은 일정한 광도를 얻을 수 있다. (+) 및 (-) 전압에서 투과율이 50%가 되는 지점의 전압은 각각 (+) RDC와 (-) RDC로 정의된다. (+) RDC 전압과 (-) RDC 전압 간의 차이가 작을수록 잔류 잔상이 줄어든다. 측정을 위해 전압은 0V에서 5V로, 전압은 5V에서 -5V로, 그리고 0.2V씩 -5V에서 0V로 증가하였고, 시퀀스는 두 번 수행되었다. 측정은 러빙 공정만을 수행한 경우(711), 러빙 공정 수행 후 대기압 플라즈마 공정을 수행한 경우(712), 대기압 플라즈마 공정 수행 후 러빙 공정을 수행한 경우(713), 대기압 플라즈마 공정만을 수행한 경우(714)의 (+) RDC 값은 각각 0.069, 0.014, 0.021, 0.477V였으며, 해당 (-) RDC 값은 0.071, 0.032, 0.015, 0.538V였다. 대기압 플라즈마 공정만을 수행한 경우의 LC 셀만 DC 스위프 동안 상당히 다른 RDC 곡선을 표시했다. 즉, 다른 방향의 방법은 우수한 RDC 성능을 나타냈다. When an LC cell is driven, an afterimage remains when impurity ions are adsorbed on the internal PI surface. RDC measurements can thus indicate the presence of defects. The smaller the difference between the initial transmittance and the final transmittance, the more constant luminous intensity can be obtained at a given voltage. The voltage at the point where transmittance becomes 50% at (+) and (-) voltages is defined as (+) RDC and (-) RDC, respectively. The smaller the difference between the (+) RDC voltage and the (-) RDC voltage, the smaller the residual afterimage. For the measurement, the voltage was increased from 0V to 5V, from 5V to -5V, and from -5V to 0V by 0.2V, and the sequence was performed twice. The measurement is performed when only the rubbing process is performed (711), when the atmospheric pressure plasma process is performed after the rubbing process (712), when the rubbing process is performed after the atmospheric pressure plasma process is performed (713), when only the atmospheric pressure plasma process is performed ( 714) were 0.069, 0.014, 0.021, and 0.477V, respectively, and the corresponding (-) RDC values were 0.071, 0.032, 0.015, and 0.538V, respectively. Only the LC cell with the atmospheric plasma process displayed significantly different RDC curves during the DC sweep. That is, the method in the other direction showed excellent RDC performance.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 표면 개질된 PI 층의 열적 안정성을 관찰하기 위해 90°C ~ 210°C 범위의 온도에서 열처리된 LC 셀의 현미경 사진이다.8 is a photomicrograph of an LC cell heat-treated at a temperature in the range of 90 ° C to 210 ° C to observe the thermal stability of the surface-modified PI layer according to an embodiment of the present invention.

러빙 공정만을 수행한 경우(Rubbing), 러빙 공정 수행 후 대기압 플라즈마 공정을 수행한 경우(Rubbing-Plasma), 대기압 플라즈마 공정 수행 후 러빙 공정을 수행한 경우(Plasma-Rubbing), 대기압 플라즈마 공정만을 수행한 경우(Plasma)의 다양한 열 조건 하에서 LC 방향 유지 능력과 안정성 사이의 관계를 보여주는 포토 마이크로 그래프를 보여준다 [22]. When only the rubbing process was performed (Rubbing), when the atmospheric pressure plasma process was performed after the rubbing process (Rubbing-Plasma), when the rubbing process was performed after the atmospheric pressure plasma process (Plasma-Rubbing), when only the atmospheric pressure plasma process was performed Photomicrographs showing the relationship between stability and ability to maintain LC direction under various thermal conditions of plasma [22].

LC 셀의 열 안정성을 측정하기 위해 각 관측 단계에서 온도를 90℃에서 210℃로 30℃씩 증가하였다. 이 분자들은 목표 온도의 오븐에서 10분 동안 어닐링 한 후 실온에서 1시간 동안 안정화시킨 후 관찰되었다. 어닐링 온도가 150℃ 미만일 때 대기압 플라즈마 공정만을 수행한 셀을 제외한 모든 LC 셀은 명확한 LC 배향을 보였다. LC 방향은 러빙 공정만을 수행한 셀의 경우 180℃에서 변하기 시작했지만 러빙 및 대기압 플라즈마 공정이 함께 수행되었을 때 이 온도에서 분명하게 나타났다. 대기압 플라즈마 공정만을 수행한 경우 90℃ 이상에서 불균일한 LC 방향이 관찰되어 열 안정성이 매우 떨어지는 것으로 나타났다. 다른 방향의 방법에서는 최대 150℃의 방향 변화가 나타나지 않아 LCD 용도에 적합한 열 안정성을 확인할 수 있었다. To measure the thermal stability of the LC cell, the temperature was increased by 30 °C from 90 °C to 210 °C at each observation step. These molecules were observed after annealing in an oven at the target temperature for 10 minutes and stabilization at room temperature for 1 hour. When the annealing temperature was less than 150 °C, all LC cells showed a clear LC orientation except for the cell that performed only the atmospheric plasma process. The LC direction started to change at 180 °C for the cells subjected to only the rubbing process, but became evident at this temperature when the rubbing and atmospheric plasma processes were performed together. In the case of performing only the atmospheric pressure plasma process, a non-uniform LC direction was observed at 90 ° C or higher, indicating that the thermal stability was very poor. In the other orientation method, no orientation change of up to 150 ° C was observed, confirming the thermal stability suitable for LCD use.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.  예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.As described above, although the embodiments have been described with limited examples and drawings, those skilled in the art can make various modifications and variations from the above description. For example, the described techniques may be performed in an order different from the method described, and/or components of the described system, structure, device, circuit, etc. may be combined or combined in a different form than the method described, or other components may be used. Or even if it is replaced or substituted by equivalents, appropriate results can be achieved.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents of the claims are within the scope of the following claims.

<참고문헌><References>

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2. H. Jia, Who will win the future of display technologies? Natl. Sci. Rev., 5(3) (2018) 427-4312. H. Jia, Who will win the future of display technologies? Natl. Sci. Rev., 5(3) (2018) 427-431

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20. H.-G. Park, H.-C. Jeong, J. H. Lee, S. B. Jang, B.-Y. Oh, J.-M. Han, D.-S. Seo, Alignment of liquid crystal molecules on solution-derived zinc-tin-oxide films via ion beam irradiation Mater. Chem. Phys., 173 (2016) 186-19120. H. -G. Park, H.-C. Jeong, J. H. Lee, S. B. Jang, B.-Y. Oh, J. -M. Han, D. -S. Seo, Alignment of liquid crystal molecules on solution-derived zinc-tin-oxide films via ion beam irradiation Mater. Chem. Phys., 173 (2016) 186-191

21. O. Yaroshchuk, R. Kravchuk, A. Dobrovolskyy, L. Qiu, O. D. Lavrentovich, Planar and tilted uniform alignment of liquid crystals by plasma-treated substrates, Liq. Cryst., 31(6) (2010) 859-86921. O. Yaroshchuk, R. Kravchuk, A. Dobrovolskyy, L. Qiu, O. D. Lavrentovich, Planar and tilted uniform alignment of liquid crystals by plasma-treated substrates, Liq. Cryst., 31(6) (2010) 859-869

22. A. Baitukha, S. Mori, M. Suzuki, Surface memory effect enhanced by atmospheric pressure plasma jet treatment for liquid crystal alignment, Thin Solid Films, 566 (2014) 78-8222. A. Baitukha, S. Mori, M. Suzuki, Surface memory effect enhanced by atmospheric pressure plasma jet treatment for liquid crystal alignment, Thin Solid Films, 566 (2014) 78-82

Claims (16)

액정 (Liquid Crystal; LC)을 배향하기 위해 산소 대기에서 미리 정해진 시간 동안 미리 정해진 조사각으로 플라즈마 빔을 조사하여 대기압 플라즈마 공정을 수행하는 단계; 및
상기 대기압 플라즈마 공정 수행 후, 러빙포(rubbing cloth)가 장착된 회전 롤러를 사용하여 필름 코팅 기판을 배향 경로를 따라 러빙하는 단계
를 포함하는 액정 배향 방법.
Performing an atmospheric pressure plasma process by irradiating a plasma beam at a predetermined irradiation angle for a predetermined time in an oxygen atmosphere to align liquid crystal (LC); and
After performing the atmospheric pressure plasma process, rubbing the film-coated substrate along an orientation path using a rotating roller equipped with a rubbing cloth.
A liquid crystal alignment method comprising a.
제1항에 있어서,
폴리이미드(Polyimide; PI) 배향 층의 광학 특성을 평가하기 위한 AP(Antiparallel) 액정 셀 및 전기 광학적 특성을 평가하기 위한 TN(Twisted Nematic) 액정 셀을 생성하는 단계
를 더 포함하는 액정 배향 방법.
According to claim 1,
Generating an antiparallel (AP) liquid crystal cell for evaluating the optical properties of a polyimide (PI) alignment layer and a twisted nematic (TN) liquid crystal cell for evaluating the electro-optical properties
A liquid crystal alignment method further comprising a.
제2항에 있어서,
상기 대기압 플라즈마 공정을 수행한 후 러빙 공정을 수행함으로써,
액정 셀은 대기압 플라즈마 공정만을 수행한 경우 또는 러빙 공정만을 수행한 경우 보다 균일한 배향 층을 갖고, 광 투과율 및 색 표현 측면에서의 이미지 품질이 향상되는
액정 배향 방법.
According to claim 2,
By performing the rubbing process after performing the atmospheric pressure plasma process,
The liquid crystal cell has a more uniform alignment layer when only the atmospheric pressure plasma process or the rubbing process is performed, and the image quality in terms of light transmittance and color expression is improved.
Liquid crystal alignment method.
제2항에 있어서,
상기 대기압 플라즈마 공정을 수행한 후 러빙 공정을 수행함으로써,
결정 회전 방법에 의해 측정되는 액정 셀의 선경사각 분석 결과는 대기압 플라즈마 공정만을 수행한 경우 또는 러빙 공정만을 수행한 경우 보다 액정 셀의 배향에 관한 균일성을 결정하는 오류율을 감소시키는
액정 배향 방법.
According to claim 2,
By performing the rubbing process after performing the atmospheric pressure plasma process,
The pretilt angle analysis result of the liquid crystal cell measured by the crystal rotation method reduces the error rate for determining the uniformity of the alignment of the liquid crystal cell compared to the case of performing only the atmospheric pressure plasma process or the case of performing only the rubbing process.
Liquid crystal alignment method.
제2항에 있어서,
상기 대기압 플라즈마 공정을 수행한 후 러빙 공정을 수행함으로써,
전기 광학적 특성 중 전압-투과율을 측정 결과는 대기압 플라즈마 공정만을 수행한 경우 또는 러빙 공정만을 수행한 경우 보다 투과율이 90%가 된 지점에서 임계 전압 및 포화 전압의 차인 유효 스위칭 전압을 감소시키는
액정 배향 방법.
According to claim 2,
By performing the rubbing process after performing the atmospheric pressure plasma process,
Among the electro-optical characteristics, the result of measuring the voltage-transmittance is that the effective switching voltage, which is the difference between the threshold voltage and the saturation voltage, is reduced at the point where the transmittance becomes 90% compared to the case of performing only the atmospheric pressure plasma process or the case of performing only the rubbing process.
Liquid crystal alignment method.
제2항에 있어서,
상기 대기압 플라즈마 공정을 수행한 후 러빙 공정을 수행함으로써,
대기압 플라즈마 공정만을 수행한 경우 또는 러빙 공정만을 수행한 경우 보다 상승 시간 및 하강 시간의 합인 총 응답 시간을 감소시키는
액정 배향 방법.
According to claim 2,
By performing the rubbing process after performing the atmospheric pressure plasma process,
The total response time, which is the sum of the rise time and fall time, is reduced compared to the case of performing only the atmospheric pressure plasma process or the case of performing only the rubbing process.
Liquid crystal alignment method.
제2항에 있어서,
상기 대기압 플라즈마 공정을 수행한 후 러빙 공정을 수행함으로써,
대기압 플라즈마 공정만을 수행한 경우 또는 러빙 공정만을 수행한 경우 보다 ON/OFF 상태 사이의 전압 변화에 따른 밝기 변화를 나타내는 RDC(Residual Direct Current)를 감소시키는
액정 배향 방법.
According to claim 2,
By performing the rubbing process after performing the atmospheric pressure plasma process,
Residual Direct Current (RDC), which represents a change in brightness due to a voltage change between ON/OFF states, is reduced compared to the case of performing only the atmospheric pressure plasma process or the case of performing only the rubbing process.
Liquid crystal alignment method.
제2항에 있어서,
상기 대기압 플라즈마 공정을 수행한 후 러빙 공정을 수행함으로써,
대기압 플라즈마 공정만을 수행한 경우 또는 러빙 공정만을 수행한 경우 보다 액정 셀의 열 안정성 향상시키는
액정 배향 방법.
According to claim 2,
By performing the rubbing process after performing the atmospheric pressure plasma process,
Improving the thermal stability of the liquid crystal cell compared to the case of performing only the atmospheric pressure plasma process or the case of performing only the rubbing process
Liquid crystal alignment method.
액정(Liquid Crystal; LC)을 배향하기 위해 러빙포(rubbing cloth)가 장착된 회전 롤러를 사용하여 필름 코팅 기판을 배향 경로를 따라 러빙하는 단계; 및
상기 러빙 공정 수행 후, 산소 대기에서 미리 정해진 시간 동안 미리 정해진 조사각으로 플라즈마 빔을 조사하여 대기압 플라즈마 공정을 수행하는 단계
를 포함하는 액정 배향 방법.
rubbing the film-coated substrate along an orientation path using a rotating roller equipped with a rubbing cloth to align liquid crystal (LC); and
After performing the rubbing process, performing an atmospheric pressure plasma process by irradiating a plasma beam at a predetermined irradiation angle for a predetermined time in an oxygen atmosphere.
A liquid crystal alignment method comprising a.
제9항에 있어서,
폴리이미드(Polyimide; PI) 배향 층의 광학 특성을 평가하기 위한 AP(Antiparallel) 액정 셀 및 전기 광학적 특성을 평가하기 위한 TN(Twisted Nematic) 액정 셀을 생성하는 단계
를 더 포함하는 액정 배향 방법.
According to claim 9,
Generating an antiparallel (AP) liquid crystal cell for evaluating the optical properties of a polyimide (PI) alignment layer and a twisted nematic (TN) liquid crystal cell for evaluating the electro-optical properties
A liquid crystal alignment method further comprising a.
제9항에 있어서,
상기 러빙 공정을 수행한 후 대기압 플라즈마 공정을 수행함으로써,
액정 셀은 대기압 플라즈마 공정만을 수행한 경우 또는 러빙 공정만을 수행한 경우 보다 균일한 배향 층을 갖고, 광 투과율 및 색 표현 측면에서의 이미지 품질이 향상되는
액정 배향 방법.
According to claim 9,
By performing the atmospheric pressure plasma process after performing the rubbing process,
The liquid crystal cell has a more uniform alignment layer when only the atmospheric pressure plasma process or the rubbing process is performed, and the image quality in terms of light transmittance and color expression is improved.
Liquid crystal alignment method.
제10항에 있어서,
상기 러빙 공정을 수행한 후 대기압 플라즈마 공정을 수행함으로써,
결정 회전 방법에 의해 측정되는 액정 셀의 선경사각 분석 결과는 대기압 플라즈마 공정만을 수행한 경우 또는 러빙 공정만을 수행한 경우 보다 액정 셀의 배향에 관한 균일성을 결정하는 오류율을 감소시키는
액정 배향 방법.
According to claim 10,
By performing the atmospheric pressure plasma process after performing the rubbing process,
The pretilt angle analysis result of the liquid crystal cell measured by the crystal rotation method reduces the error rate for determining the uniformity of the alignment of the liquid crystal cell compared to the case of performing only the atmospheric pressure plasma process or the case of performing only the rubbing process.
Liquid crystal alignment method.
제10항에 있어서,
상기 러빙 공정을 수행한 후 대기압 플라즈마 공정을 수행함으로써,
전기 광학적 특성 중 전압-투과율을 측정 결과는 대기압 플라즈마 공정만을 수행한 경우 또는 러빙 공정만을 수행한 경우 보다 투과율이 90%가 된 지점에서 임계 전압 및 포화 전압의 차인 유효 스위칭 전압을 감소시키는
액정 배향 방법.
According to claim 10,
By performing the atmospheric pressure plasma process after performing the rubbing process,
Among the electro-optical characteristics, the result of measuring the voltage-transmittance is that the effective switching voltage, which is the difference between the threshold voltage and the saturation voltage, is reduced at the point where the transmittance becomes 90% compared to the case of performing only the atmospheric pressure plasma process or the case of performing only the rubbing process.
Liquid crystal alignment method.
제10항에 있어서,
상기 러빙 공정을 수행한 후 대기압 플라즈마 공정을 수행함으로써,
대기압 플라즈마 공정만을 수행한 경우 또는 러빙 공정만을 수행한 경우 보다 상승 시간 및 하강 시간의 합인 총 응답 시간을 감소시키는
액정 배향 방법.
According to claim 10,
By performing the atmospheric pressure plasma process after performing the rubbing process,
The total response time, which is the sum of the rise time and fall time, is reduced compared to the case of performing only the atmospheric pressure plasma process or the case of performing only the rubbing process.
Liquid crystal alignment method.
제10항에 있어서,
상기 러빙 공정을 수행한 후 대기압 플라즈마 공정을 수행함으로써,
대기압 플라즈마 공정만을 수행한 경우 또는 러빙 공정만을 수행한 경우 보다 ON/OFF 상태 사이의 전압 변화에 따른 밝기 변화를 나타내는 RDC(Residual Direct Current)를 감소시키는
액정 배향 방법.
According to claim 10,
By performing the atmospheric pressure plasma process after performing the rubbing process,
Residual Direct Current (RDC), which represents a change in brightness due to a voltage change between ON/OFF states, is reduced compared to the case of performing only the atmospheric pressure plasma process or the case of performing only the rubbing process.
Liquid crystal alignment method.
제10항에 있어서,
상기 러빙 공정을 수행한 후 대기압 플라즈마 공정을 수행함으로써,
대기압 플라즈마 공정만을 수행한 경우 또는 러빙 공정만을 수행한 경우 보다 액정 셀의 열 안정성 향상시키는
액정 배향 방법.
According to claim 10,
By performing the atmospheric pressure plasma process after performing the rubbing process,
Improving the thermal stability of the liquid crystal cell compared to the case of performing only the atmospheric pressure plasma process or the case of performing only the rubbing process
Liquid crystal alignment method.
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