KR0153571B1 - 광고분자를 이용한 액정분자 배향막용 박막 제조 장치 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

광고분자(Photopolymer) 물질의 분극특성과 광이성화 특성 및 온도변화에 의하여 기화되는 성질을 이용하여 광고분자의 분자를 샘플에 균일하게 증착시키기 위한 광고분자를 이용한 액정분자 배향막용 박막 제조장치 및 그 방법에 개시된다. 상기 박막 제조장치 및 그 방법은, 메인챔버를 상부챔버와 하부챔버로 나누고 상기 상부챔버와 하부챔버의 내부 진공도를 달리한다. 그리고 상기 상부챔버에는 전기장이 형성되게 함과 동시에 샘플 표면 바로 밑을 편광된 자외선 또는 가시광선이 통과하도록 한다. 그러면 압력차에 의하여 확산되는 광고분자가 전기장 및 편광계를 통과하게 되므로 광고분자 물질의 분극특성과 광이성화 특성에 의하여 광고분자 물질이 샘플 상에 일정한 방향으로 균일하게 증착되어 박막이 형성된다.

Description

광고분자를 이용한 액정분자 배향막용 박막 제조장치 및 그 방법

본 발명은 광고분자(Phtopolymer) 물질의 분극특성과 광이성화 특성 및 온도변화에 의하여 기화되는 성질을 이용하여 광고분자의 분자를 샘플에 균일하게 증착시키기 위한 광고분자를 이용한 액정분자 배향막용 박막 제조장치 및 그 방법에 관한 것이다.

종래의 박막 제조장치를 제3도를 참조하여 설명한다. 제3도는 종래의 박막 제조장치의 내부구성을 보인 개략도이다.

이에 도시하듯이, 메인챔버(14)의 내부를 진공상태로 한 다음 샘플(3)을 홀더(2)에 지지시킨다. 그리고 몰리브덴-보트(10)에 전류를 인가하여 몰리브덴-보트(10) 위에 놓인 광고분자인 아조벤젠(15)을 기화시킨다. 그러면 기화된 아조벤젠(15)의 분자가 샘플(3)에 증착되고, 이로 인해 샘플(3)에는 박막이 형성되는 것이다.

샘플(3)에 증착되는 박막의 두께를 조절하기 위한 변수로는, 첫째 몰리브덴-보트(10) 위에 놓여지는 광고분자의 양, 둘째, 개폐되면서 상기 샘플측으로 전달되는 기화된 광고분자의 분자의 양을 조절하는 셔터(8)의 개방시간, 셋째, 상기 몰리브덴-보트(10)의 온도 제어에 의한 광고분자의 기화시간 등이다. 그러나 상기와 같이 구성된 종래의 박막 제조장치는, 그 구조상 상기의 변수들을 전체적으로 정밀하게 조절하기가 어려워 샘플(3)에 증착되는 박막의 두께를 원하는 두께로 균일하게 증착하기가 어려운 단점이 있었다. 미설명부호 6은 광고분자를 샘플에 선택적으로 증착시키기 위한 마스크이고, 11는 모니터이다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 편광계를 통과한 자외선 또는 적외선이 조사되면 광이성화 특성을 가지고, 전기장을 통과하면 분극특성을 가지며, 온도의 변화에 의해서는 기화되는 광고분자 물질의 특성을 이용하여, 일정한 방향 및 일정한 두께로 기화된 광고분자의 증기를 샘플에 증착할 수 있는 광고부자를 이용한 액정분자 배향막용 박막 제조 장치 및 그 방법을 제공함에 있다.

제1도는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 제조장치의 내부 구성을 보인 개략도.

제2도는 본 발명의 일 실시예에 따른 광고분자로 사용되는 아조벤젠(Azobenzene)의 두 모드(mode)를 분자식으로 나타낸 화학 구조식.

제3도는 종래의 박막 제조장치의 내부 구성을 보인 개략도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 상부챔버 2 : 홀더

3 : 샘플 4 : 편광자

5 : 광원 6 : 마스크

7 : 음극전극 8 : 셔터

9 : 하부챔버 10 : 몰리브덴-보트

11 : 모니터 14 : 메인챔버

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 진공상태의 메인챔버, 상기 메인챔버의 내부를 광고분자 물질을 기화시키기 위한 몰리브덴-보트가 설치되는 하부챔버와 전기장이 형성됨과 동시에 편광이 조사되는 상부챔버로 구획하는 오리피스, 상기 상부챔버에 설치되어 샘플을 지지하며, 양극의 전극 기능도 하는 홀더, 상기 홀더와 일정 간격을 가지고 대향되도록 상기 오리피스의 상측에 설치되고, 전류가 인가되면 상기 홀더와의 간격 사이에 전기장이 형성되게 하여 상기 광고분자 물질이 분극 특성을 띄게 하며, 이로 인해 상기 광고분자 물질이 일정방향으로 균일하게 상기 샘플에 증착되게 하는 음극전극, 상기 상부챔버의 일측에 설치되어 자외선 및 가시광선을 발생시키는 광원, 상기 광원에서 발생된 광이 평면 광의 상태로 상기 샘플 바로 밑을 통과하도록 하여 상기 샘플에 증착되는 광고분자 물질이 트랜스형 또는 시스형의 상태로 변화되게 하는 편광자, 그리고 상기 오리피스의 하측에 설치되어 상기 오리시프의 개구도를 조절하며, 상호 다른 압력 상태를 유지하는 상기 상부챔버와 하부챔버 사이에 확산현상이 발생하도록 함과 동시에, 상기 하부챔버에서 상부챔버로 확산되는 광고분자 물질의 증기의 양을 조절하는 셔터를 구비하는 구성이다.

본 발명은, 상부챔버에 마련된 샘플에 하부챔버에 수용된 광고분자를 증착하여 액정분자 배향막용 박막을 형성하기 위한 방법에 있어서, 상기 상부챔버와 하부챔버가 상호 연통되지 않도록 하여 각각 진공으로 감압하되, 상기 상부챔버와 하부챔버가 연통되었을 때 압력차에 의하여 상기 광고분자가 상부챔버로 확산될 수 있도록 상기 하부챔버를 상부챔버보다 고압이 되게 감압하는 단계, 상기 광고분자가 온도에 의하여 기화되게 하는 단계, 상기 상부챔버로 확산되는 광고분자가 분극특성을 띄어서 일정하게 상기 샘플에 증착되도록 상기 상부챔버의 내부에 전기장이 형성되게 하는 단계, 상기 전기장을 통과한 광고분자 물질이 상기 샘플 표면에 대해 일정한 방향으로 증착될 대, 상기 샘플의 표면에 편광된 자외선 및 가시광선을 조사하여 상기 샘플에 증착된 광고분자 물질이 편광된 자외선 및 가시광선의 방향과 일치하는 트랜스형 및 시스형으로 전환시켜 샘플에 균일하게 배열되도록 하는 단계, 그리고 상기 상부챔버와 하부챔버의 연통부위를 조절하여 상기 상부챔버로 확산되는 광고분자의 증기의 양을 조절하는 단계를 수행한다.

본 발명에 따른 광고분자를 이용한 액정분자 배향막용 박막 제조장치 및 그 방법은, 메인챔버를 상부챔버와 하부챔버로 나누고 상기 상부챔버와 하부챔버의 내부 진공도를 달리한다. 그리고 상기 상부챔버에는 전기장이 형성되게 함과 동시에 샘플 표면 바로 밑을 편광된 자외선 또는 가시광선이 통과하도록 한다. 그러면 압력차에 의하여 확산되는 광고분자가 전기장 및 편광계를 통과하게 되므로 광고분자 물질의 분극특성이 광이성화 현상에 의하여 광고분자 물질이 샘플 상에 일정한 방향으로 균일하게 증착되어 박막이 형성된다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 광고분자를 이용한 액정분자 배향막용 박막 제조장치 및 그 방법을 상세히 설명한다.

제1도는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 제조장치의 내부구성을 보인 개략도이고, 제2도는 본 발명의 일 실시예에 따른 광고분자로 사용되는 아조벤젠(Azobenzene)의 두 모드(mode)를 분자식으로 나타낸 화학 구조식이다.

먼저 제2도를 설명하면, 샘플에 증착되어 박막을 형성하는 아조벤젠 등과 같은 광고분자 물질은 분극 특성을 가지며, 제2도와 같이 트랜스형 모드(trans-mode)와 시스형 모드(cis-mode)를 공유하는데, 비교적 안정된 상태인 트랜스형이 많이 분포한다. 또한, 광고분자 물질은 광이성화(Photoisomerization) 특성을 가지고 있는데, 광이성화 특성이란 자외선을 쪼이면 트랜스형이 모두 시스형으로 변환되고, 청색영역의 가시광선을 쪼이면 시스형이 트랜스형으로 변환된다. 그러므로 액정을 기판에 수평 및 수직방향으로 배향시킬 수 있는 것이다. 상기와 같이 수평 방향으로 배향시키는 방법을 호모지니어스(Homogeneous) 방식이라 하고, 수직 방향으로 배향시키는 방법을 호모트로픽(Homeotropic) 방식이라 한다.

제1도를 설명한다. 이에 도시하듯이, 오리피스(16)에 의하여 상부챔버(1)와 하부챔버(9)로 구획되는 메인챔버(Main Chamber)(14)가 마련되고, 상기 오리피스(16)는 셔터(8)의 개폐에 의해서 그 개구도가 조절된다. 상기 셔터(8)는 하부챔버(9)에 수용된 아조벤젠 등과 같은 광고분자 물질(후술한다)의 증기의 양을 조절한다.

상기 상부챔버(1)의 내부 상측에는 유리재(Indium Tin Oxide)의 샘플(3)을 고정하기 위한 홀더(2)가 상하로 이동가능하게 설치한다. 상기 홀더(2)는 양극(+)의 전압을 인가하기 위한 전극으로도 사용된다. 상기 오리피스(16)의 바로 상측에는 음극(-)의 전압을 인가하기 위한 음극전극(7)이 설치되는데, 상기 홀더(2)와 음극전극(7)은 일정간격을 가지면서 대향되게 설치된다. 상기 홀더(2)에 인가되는 전압은 음극전극(7)에 인가되는 전압에 비해 절대치가 상대적으로 더 높은 전압이 인가된다. 그리하여 상기 홀더(2)와 음극전극(7)에 전류가 흐르면 상기 홀더(2)와 음극전극(7)사이의 공간에 전기장이 형성되는 것이다. 상기 홀더(2)의 바로 하측에는 마스크(6)가 회전가능하게 설치되어, 광고분자 물질이 상기 샘플(3)에 선택적으로 증착되게 한다. 상기 홀더(2)에는 샘플(3)의 온도를 조절하기 위한 열선(미도시)이 내장될 수 있고, 샘플(3)의 온도를 측정하기 위한 온도센서(미도시)가 부착될 수도 있다.

상기 하부챔버(9)에는 미리 세척된 몰리브덴-보트(Molybdenum-boat)(10)가 마련되고, 상기 몰리브덴-보트(10)에는 아조벤젠 등과 같은 광고분자 물질(15)이 놓인다. 상기 몰리브덴-보트(10)에 전류가 흐르면 그 열에 의하여 상기 광고분자 물질은 기화되는 것이다. 상기 샘플(3)에 다중막을 형성하고자 할 경우에는 다수의 몰리브덴-보트(10)를 상기 하부챔버(9)에 설치하고, 다른 종류의 광고분자 물질을 몰리브덴-보트(10) 위에 각각 놓으면 된다. 본 실시예에 있어서 바람직한 몰리브덴-보트(10)의 수는 최대 3개이다.

상기 하부챔버(9)에서 기화된 광고분자 물질의 증기가 오리피스(16)를 통하여 샘플(3)로 이동되는 것을 막지 않도록, 상기 음극전극(7)은 메쉬(Mesh) 형태로 마련된다. 바람직하게는 텅스텐으로 마련되며 약 72%의 투과도를 가지는 것이다.

상기 홀더(2)의 일측에는 광고분자 물질의 증기의 증착에 의하여 샘플(3)에 형성되는 박막의 정확한 두께를 측정하기 위한 모니터(11)가 마련된다.

상기 상부챔버(1)와 하부챔버(9)에는 펌프(미도시)와 연통되는 연결관(17)이 다수개 마련되고, 펌프에 의하여 상기 챔버의 내부는 진공상태로 된다. 상기 상부챔버(1)와 하부챔버(9)는 그 압력 10^-2torr에 이를때까지는 상호 연통되며, 그후에는 셔터(8)에 의하여 차단된다. 그리고 별도의 다른 펌프에 의하여 상기 상부챔버(1)는 약 10^-7torr, 하부챔버(9)는 10^-5torr의 진공도가 될 때까지 차별 펌핑된다.

상기 상부챔버(1)와 하부챔버(9)의 진공도를 원하는 상태로 유지한 후, 몰리브덴-보트(10)에 전류를 인가하여 몰리브덴-보트의 온도를 상승시킨다. 몰리브덴-보트(10)의 온도가 상승함에 따라 그 위에 놓여진 광고분자 물질이 기화되고, 이로 인해 하부챔버(9)의 진공도가 상승된다. 즉, 하부챔버(9)의 진공도가 약 10^-2torr정도로 상승될 때까지 몰리브덴-보트(10)에 전류를 인가한다. 이 상태에서 셔터(8)를 열면 하부챔버(9) 내에서 기화된 광고분자 물질의 증기(vapor)들은 상부챔버(1)로 확산된다. 상부챔버(1) 내로 확산된 광고분자 물질의 증기(vapor)들은 음극전극(9)과 홀더(2)에 의하여 이루어지는 전기장을 통과한다. 그러면 상기 광고분자는 분극특성을 띄게 되므로 상기 샘플(3)의 표면에 일정 방향으로 정렬된 채로 박막을 형성한다. 형성된 박막의 두께는 셔터(8) 개방시간 및 개방회수에 의하여 조절된다. 상기 셔터(8)의 개방시간은 미리 설정된 값을 제어부에 입력한 후, 조절하면 된다. 이때, 상기 샘플(3)의 하측에 설치된 마스크(6)를 조절하면 샘플 상의 원하는 부분에만 선택적으로 광고분자의 증기를 증착할 수 있다.

그리고 상기 상부챔버(1) 일측에는 자외선 및 청색 영역의 가시광선을 발생하는 광원(5)과 광원에서 발생된 광이 평면 광으로 조사되도록 하는 편광자(4)가 설치된다. 상기 광원(5)에서 발생되는 자외선의 파장은 약 365nm, 가시광선의 파장은 약 440nm인 것이 바람직하다. 상기 편광자(4)를 통과하여 편광된 자외선이 샘플(3)의 표면 바로 밑을 지나가도록 상기 편광자(4)와 광원(5)은 설치된다. 편광된 자외선에 의해 샘플(3) 표면에 형성된 박막을 이루는 아조벤젠 등과 같은 광고분자 물질은 모두 시스형으로 전환되면서 자외선의 편광 방향과 일치되게 정렬된다. 그리고 상기 자외선 대신 청색 영역의 가시광선을 사용하는 경우에는, 샘플(3) 표면에 형성된 박막을 이루는 아조벤젠 등과 같은 광고분자 물질은 모두 트랜스형으로 전환되면서 가시광선의 편광 방향과 일치되게 정렬된다.

상기 샘플(3)에 형성되는 박막의 두께 및 균일도는 모니터(11)에 의하여 측정되므로, 박막의 두께 및 균일도는 정밀하게 제어된다. 상기 모니터(11)에는 크리스탈 셀(미도시)이 마련되며, 상기 크리스탈의 진동모드를 감지하여 상기 샘플(3)에 증착된 박막의 두께가 얼마만큼 코팅(Coating)되었는지를 측정한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 광고분자를 이용한 액정분자 배향막용 박막 제조장치 및 그 방법은, 메인챔버를 상부챔버와 하부챔버로 나누고 상기 상부챔버와 하부챔버의 내부 진공도를 달리한다. 그리고 상기 상부챔버에는 전기장이 형성되게 함과 동시에 샘플 표면 바로 밑을 편광된 자외선 또는 가시광선이 통과하도록 한다. 그러면 압력차에 의하여 확산되는 광고분자가 전기장 및 편광계를 통과하게 되므로 광고분자 물질의 분극특성과 광이성화 특성에 의하여 광고분자 물질이 샘플 상에 일정한 방향으로 균일하게 증착되어 박막이 형성된다.

이상에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니며 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당업자에 의해 개량이나 변형이 가능하다.

Claims (7)

1. 진공상태의 메인챔버(14); 상기 메인챔버(14)의 내부를 광고분자 물질을 기화시키기 위한 몰리브덴-보트(10)가 설치되는 하부챔버(9)와 전기장이 형성됨과 동시에 편광이 조사되는 상부챔버(1)로 구획하는 오리피스(16); 상기 상부챔버(1)에 설치되어 샘플(3)을 지지하며, 양극의 전극 기능도 하는 홀더(2); 상기 홀더(2)와 일정간격을 가지고 대향되도록 상기 오리피스(16)의 상측에 설치되고, 전류가 인가되면 상기 홀더(2)와의 간격 사이에 전기장이 형성되게 하여 상기 광고분자 물질이 분극 특성을 띄게 하며, 이로 인해 상기 광고분자 물질이 일정방향으로 균일하게 상기 샘플에 증착되게 하는 음극전극(7); 상기 상부챔버(1)의 일측에 설치되어 자외선 및 가시광선을 발생시키는 광원(5); 상기 광원(5)에서 발생된 광이 평면 광의 상태로 상기 샘플(3) 바로 밑을 통과하도록 하여 상기 샘플(3)에 증착되는 광고분자 물질이 트랜스형 또는 시스형의 상태로 변화되게 하는 편광자(4); 그리고 상기 오리피스(16)의 하측에 설치되어 상기 오리피스(16)의 개구도를 조절하며, 상호 다른 압력상태를 유지하는 상기 상부챔버(1)와 하부챔버(9) 사이에 확산현상이 발생하도록 함과 동시에, 상기 하부챔버(9)에서 상부챔버(1)로 확산되는 광고분자 물질의 증기의 양을 조절하는 셔터(8)를 구비하는 것을 특징으로 하는 광고분자를 이용한 액정분자 배향막용 박막 제조장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 상부챔버(1)의 진공도는 약10^-7torr이고, 하부챔버(9)의 진공도는 약 10^-5torr인 것을 특징으로 하는 광고분자를 이용한 액정분자 배향막용 박막 제조장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 몰리브덴-보트(10)는 2개 이상 마련되고, 상기 샘플(3) 표면에 형성되는 박막은 다중막 및 합금막인 것을 특징으로 하는 광고분자를 이용한 액정분자 배향막용 박막 제조장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 홀더(2)의 일측에는 상기 광고분자의 증기가 상기 샘플(2)의 표면에 선택적으로 증착되게 하기 위한 마스크(6)가 마련되고 상기 음극전극(7)은 광고분자가 투과되도록 메쉬 형태로 마련된 것을 특징으로 하는 광고분자를 이용한 액정분자 배향막용 박막 제조장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 자외선 및 가시광선의 파장은 각각 약 365nm 및 440nm인 것을 특징으로 하는 광고분자를 이용한 액정분자 배향막용 박막 제조장치.
6. 상부챔버(1)에 마련된 샘플(3)에 하부챔버(9)에 수용된 광고분자를 증착하여 액정분자 배향막용 박막을 형성하기 위한 방법에 있어서, 상기 상부챔버(1)와 하부챔버(9)가 상호 연통되지 않도록 하여 각각 진공으로 감압하되, 상기 상부챔버(1)와 하부챔버(7)가 연통되었을 때 압력차에 의하여 상기 광고분자가 상부챔버로 확산될 수 있도록 상기 하부챔버(9)를 상부챔버(1)보다 고압이 되게 감압하는 단계; 상기 광고분자가 온도에 의하여 기화되게 하는 단계; 상기 상부챔버(1)로 확산되는 광고분자가 분극특성을 띄어서 일정하게 상기 샘플에 증착되도록 상기 상부챔버(1)의내부에 전기장이 형성되게 하는 단계; 상기 전기장을 통과한 광고분자 물질이 상기 샘플 표면에 대해 일정한 방향으로 증착될 때, 상기 샘플의 표면에 편광된 자외선 및 가시광선을 조사하여 상기 샘플에 증착된 광고분자 물질이 편광된 자외선 및 가시광선의 방향과 일치하는 트랜스형 및 시스형으로 전환시켜 샘플에 균일하게 배열되도록 하는 단계; 그리고 상기 상부챔버(1)와 하부챔버(7)의 연통부위를 조절하여 상기 상부챔버(1)로 확산되는 광고분자의 증기의 양을 조절하는 단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 광고분자를 이용한 액정분자 배향막용 박막 제조방법.
7. 제6항에 있어서,상기 샘플의 원하는 부위에만 선택적으로 광고분자가 증착되게 하는 단계를 더 수행하는 것을 특징으로 하는 광고분자를 이용한 액정분자 배향막용 박막 제조방법.