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학위논문 상세정보

전반사 방법을 이용한 배향 표면 근처 액정의 동적 특성에 관한 연구 원문보기
(A) study for dynamic properties of liquid crystal near the alignment surface using the total reflection method

  • 저자

    백도현

  • 학위수여기관

    高麗大學校 大學院

  • 학위구분

    국내박사

  • 학과

    물리학과 전자광학전공

  • 지도교수

  • 발행년도

    2004

  • 총페이지

    117p.

  • 키워드

    전반사 배향 표면 액정;

  • 언어

    kor

  • 원문 URL

    http://www.riss.kr/link?id=T10072123&outLink=K  

  • 초록

    액정과 같은 이방성 분자의 표면 근처에서의 동적 특성을 연구하기 위하여 광학적 전반사 장치를 구성하였다. 빛이 전반사될 때 evanescent 되는 파가 약 λ/4 정도의 액정 층에 대한 정보를 갖고 전반사되는 현상을 이용한 것이다. 실험 결과를 해석하기 위하여 torque balance 방정식을 이용하여 액정 방향자의 분포와 그것의 시간 변화 및 전반사되는 신호를 계산하는 컴퓨터 프로그램을 개발하고 시뮬레이션하여 실험 결과와 비교하였다. 실험결과 표면 근처 액정은 bulk 영역보다 훨씬 빠른 이완 특성을 가지고 있음을 확인하였고 시뮬레이션에서도 같은 결과를 얻었다. 컴퓨터 모델링을 통한 분석결과 표면 근처에서 액정의 dynamics가 빨라지는 주된 원인은 표면 근처 액정 방향자가 갖는 큰 기울기(gradient)에 의한 강한 탄성력이 액정에 큰 회전력으로 작용하기 때문이다. ^[26] bulk 영역은 이런 기울기 값이 없고 표면에서의 기울기의 확산으로 인해 움직이며 느리다. 전반사 입사각을 변화시켜 evanescent 파의 침투 깊이를 변화시키면 전반사 Off time이 빨라지거나 느려지는데 이것은 전압 세기와 기울기의 분포 및 표면 anchoring 세기 및 선경사각에 의존하는 것임을 시뮬레이션을 통하여 이해할 수 있었다. 시뮬레이션과 실험 간에 전반사 신호의 이완시간의 차이를 보정하기 위해 배향 표면 근처에서 나타나는 질서도 변화나 표면 anchoring extension 모델, 전하 효과 등을 도입하여 보았다. 각 요소는 동적 특성을 설명하는데 장단점이 있고 실제적으로는 이들이 복합적으로 작용할 것이다. 표면 anchoring 에너지는 실험 결과를 해석하는 가장 중요한 요소로 작용한다. 실험값과 시뮬레이션 값을 비교하여 러빙 세기 RS와 표면 anchoring 세기 A 간의 대응 값을 찾아보고 이 둘이 A∝ln(RS)의 관계가 있음을 밝혔다. 전기장이 가해지는 전반사 신호의 과도현상(transient)을 보면 약간의 시간지연(time lag)이 존재함을 볼 수 있었고 시뮬레이션 결과 액정의 선경사각에 크게 의존함 알 수 있었다. 실험과 시뮬레이션에 얻은 두 전반사 신호를 비교하여 대략적인 표면 anchoring 세기를 예측 할 수 있음을 확인하였다.


    The dynamic properties of nematic liquid crystal (NLC) near the alignments surface is studied using the optical total reflection method. The evanescent wave gives one the information near the surface about of the order of λ/4 depth. For the analysis of the experimental result, a computer simulation program is developed in which NLC's director distribution and total reflected signal are calculated with torque balance equation. We confirmed the fact what a NLC near the surface have much faster relaxation behavior than that in the bulk by both experiments and simulations. This is mainly caused by a sharp gradient of a director distribution near the surface, which does not exist in the bulk. The penetration depth of the incident light was changed by increasing the incident angle. The relaxation time of the reflected light changed as the incident angle increase. It was found that the relaxation time depends on the applied voltage, the gradient distribution, surface anchoring strength, as well as pretilt angle from simulation result. Some additional factors is considered for correcting the difference between experimental result and simulation result, such as the surface anchoring extension model, charge effects, variation of surface order parameter and so on. Each factor have contributes somewhat in explaining the dynamic behavior of NLC near the surface. However, the correction of surface anchoring strength is most dominant factor in interpreting the data. We found that the relation between surface anchoring A and rubbing strength RS which is A∝ln(RS). The transient signal of total reflected light while the electric field was applied has time lag, depending on the pretilt angle. We could estimate the pretilt angle and the surface anchoring strength by analyzing the transient behavior.


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