광경화성 고분자 박막 라미네이팅 기법을 이용한 단일 기판 플렉서블 액정 디스플레이에 관한 연구

Abstract

Flexible displays can potentially result many compelling applications not satisfied by a rigid glass such as wearable computers, smart cards, and rollable display systems due to their light weight, thin packing, and excellent flexibility. Among currently available competing technologies, flexible liquid crystal displays will do a primer role of a ubiquitous era, in that they are the well-established techniques guaranteeing superior to visibility with low power consumption as well as satisfaction of special features for flexible displays. In general, flexible LCDs are prepared by sandwiching LC molecules between two flexible substrates. These substrates of flexible LCDs must support the LC molecules orientation under mechanically external force which changes the alignment of LC molecules and diminishes the optical properties. To accomplish the more rollable and more cost-effective flexible LCDs with mechanical stability, many technologies have been developed. One of them is a single substrate flexible LCD. As for example, a variety of approaches to achieve the objects through anisotropic phase separation from LC/polymer mixture and flexible LCD with a multi functional elastomer substrate in the vertically aligned configuration on one flexible substrate have been reported for flexible LCD applications. However, first technologies required cumbersome anisotropic phase separation and was not guaranteed the high image quality induced by nonuniform distribution of residual polymer. Second technology solved those problems of first technologies, but had the defect of low attachment between the plastic substrate and the elastomer substrate. In this work, we report on a rollable liquid crystal displays with a single substrate by laminating photo-curable polymer film. This photo-curable polymer film, fabricated by imprinting the periodical micro groove structure of prepared PDMS (polydimethylsiloxane)( GE silicones) mold, provides stable LC azimuthal anchoring surface and a boundary surface which confines LC molecules in a uniform space with tight adhesion on the polymer wall structure of the bottom plastic substrate. By laminating a multifunctional polymer layer fully cured using a roller, we completed single substrate flexible LCD. Generally speaking, flexible LCDs require to two plastic substrates or two other flexible substrates instead of conventional glass substrates. Typical plastic substrates have limited flexibility, complication and difficulty in fabrication process. Our single substrate flexible LCD, which solves the problems about nonuniform distribution of residual polymer of flexible LCD which used as anisotropic phase separated principle by UV exposure of LC/polymer and about well-established attachment between the multifunctional elastomer substrates and the bottom substrate, may be a better candidate that preserves the good EO characteristics in a drastic bent condition.; 플렉서블 (flexible) 액정 디스플레이는 고품질의 화면 구성, 장시간 구현에 대한 신뢰성 및 안정성, 상용성의 확보와 효율적 생산 능력 측면에서 큰 장점을 가지고 있기 때문에 플렉서블 디스플레이를 실현하기 위한 대표적인 기술로서 주목을 받고 있다. 특히 외부의 잦은 물리적인 변형에 대항하기 위해 기판을 하나만 사용하는 단일 기판 디스플레이가 실용적인 대안으로 제시되고 있다. 단일 기판 액정 디스플레이는 연신율이 우수한 고분자 필름을 상부 기판으로 사용하기 때문에 전체 두께를 두루마리처럼 말수 있을 정도로 얇게 줄일 수 있는 장점을 가진다. 기존에는 액정과 광경화성 고분자가 섞인 혼합물의 비등방 상분리 과정을 통해 형성된 고분자 박막이 형성된 단일 기판 플렉서블 액정 디스플레이를 구현하거나, 열경화성 고분자 cover 박막을 형성한 뒤 이를 하부 기판에 합착 시키는 방법을 사용하였다. 하지만, 이 기술들은 각각 잔존하는 pre-polymer에 의한 액정 impurity문제, 열경화성 고분자 필름의 사용으로 인한 하부 플라스틱 기판과의 접착력의 부재 등의 문제가 발생하여 실제적 소자 제작에는 적합하지 않다. 본 연구에서는 단일 기판 플렉서블 액정 디스플레이의 유연한 특성을 유지 하면서도 외부 충격이나 휨 변형에도 안정적이어서 보다 실용적으로 단일 기판 플렉서블 액정 디스플레이를 구현할 수 있는 새로운 방법을 제안하였다. 제안된 구조에서는 하부 플라스틱 기판 위에 액정 셀 갭을 유지하기 위해 고분자 격벽을 형성하고 UV 조사 공정 조절을 통해 pre-curing된 광경화성 고분자 박막을 laminating 기술을 사용하여 하부 기판에 합착 및 경화시켜 기존에 비해 결합력이 현저히 향상된 구조를 선보였다. 소자의 제작과 측정을 통해 제안된 기술로 제작된 소자가 굉장히 얇은 두께를 가지면서도 우수한 유연성을 가지는 것을 확인하였다. 또한 액정 셀 갭 유지를 위한 고분자 격벽 구조 및 상부 광경화성 고분자 박막의 우수한 접착 특성 때문에 외부 충격이나 휨 변형등과 같은 물리적인 변형에도 소자의 전기 광학적 특성이 안정적으로 유지되는 것을 확인하였다. 또한 pre-curing 상태의 고분자 박막을 laminating 하여 소자를 구현하기 때문에 비등방 상분리 기술을 사용할 때 발생하는 액정 층에 잔존하는 pre-polymer에 의한 impurity 문제를 해결하여 화소의 투과도를 향상시킬 수 있다. 본 논문에서 제안하는 기술을 통해 제작된 단일 기판 플렉서블 액정 디스플레이는 차세대 플렉서블 액정 디스플레이의 상용화를 앞당길 수 있을 것으로 기대된다.