KR100975658B1 - 광중합 가능한 콜로이드 분산매를 이용한 광결정의 반구 패턴화 및 다양한 모양의 광결정 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광중합 가능한 콜로이드 분산매를 이용한 광결정의 반구 패턴화 및 다양한 모양의 광결정 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 내부에 고농도의 콜로이드 입자를 함유하는 광중합 가능한 단량체 용액을 높은 접촉각을 이루는 친유성 표면에 규칙적으로 패턴화하여 경화시킴으로써 반구 형태의 광결정 패턴을 제조하거나, 콜로이드 용액을 미세관을 포함하는 다양한 형틀에 도입시킴으로써 다양한 모양의 광결정을 제조하는 방법에 관한 것이다.

본 발명의 분산매를 이용한 광결정은 반사형 화면표시장치의 화소를 비롯한 다양한 응용성을 갖는다.

콜로이드 광결정, 광결정 패턴, 반구, 디스펜서, 액적, 형틀

Description

광중합 가능한 콜로이드 분산매를 이용한 광결정의 반구 패턴화 및 다양한 모양의 광결정 제조방법{Method for patterning of hemispherical photonic crystallines and fabrication of photonic crystals with various shapes using photocurable colloidal suspensions}

본 발명은 광중합 가능한 콜로이드 분산액을 이용한 반구형 광결정패턴의 제조방법 및 다양한 모양의 광결정 구조 제조방법, 이에 의해 형성된 콜로이드 광결정 및 이를 이용한 다공성 고분자 구조체에 관한 것으로, 좀더 상세하게는 광중합 가능한 콜로이드 분산액을 다양한 모양의 형틀에 도입함으로써 규칙적인 콜로이드 입자의 배열을 갖는 구조체를 제조하는 것이다.

빛의 파장 절반 수준에서 콜로이드 입자의 규칙적인 배열은 광결정으로서의 광 밴드갭 특성을 보인다. 광결정이란 유전상수의 주기적 변화를 갖는 물질로, 반도체에서 나타나는 밴드갭과 유사하게 특정 에너지의 빛이 존재할 수 없는 광 밴드갭을 갖는 물질을 말한다. 따라서 콜로이드 입자가 규칙적으로 배열하는 경우 특정 파장의 빛을 선택적으로 반사하는 구조체를 만들 수 있는 것이다. 이때 반사 파장 은 물질의 굴절률, 결정구조, 입자의 크기, 입자간의 간격 등에 의해 결정되게 되므로, 이를 제어하는 경우 원하는 반사파장을 갖는 콜로이드 광결정을 만들 수 있게 된다. 본 발명에서는 반구, 필름, 선, 피라미드, 원기둥 모양의 구조를 갖는 콜로이드 광결정을 제조함으로써 그 결정방향과 광특성을 조절하는 방법을 제안한다.

반구 형태의 콜로이드 광결정 제조는 이미 많은 연구가 이루어져 왔다. 재료분야의 유명 저널인 Chemistry of Materials에 발표된 논문(Hwa-Young Ko, Jungho Park, Hyunjung Shin, Jooho Moon, "Rapid Self-Assembly of Monodisperse Colloidal Spheres in an Ink-Jet Printed Droplet " Chemistry of Materials, 16, 4212-4215 (2004))에 따르면, 잉크젯 프린팅을 통해 형성된 콜로이드 분산매 액적이 증발을 통해 반구 형태의 광결정을 이룬다고 보고하였다. 그러나 이 방법은 증발을 기반에 두기 때문에 시간이 오래 걸리며 노즐이 막히는 문제가 종종 발생할 수 있다. 또한 높은 밀도의 반구 형성이 근본적으로 불가능하다는 한계가 있다.

원기둥 모양의 광결정의 경우에는 콜로이드 분야의 유명저널인 Langmuir (Jun Hyuk Moon, Sarah Kim, Gi-Ra Yi, Yong-Hee Lee, and Seung-Man Yang, "Fabrication of Ordered Macroporous Cylinders by Colloidal Templating in Microcapillaries" Langmuir, 20, 2033-2035 (2004))에 보고 된 바가 있으나 이 역시 증발 공정에 기반을 두어 공정시간이 오래 걸리는 단점이 있다.

필름모양의 광결정은 수직 코팅법과 스핀 코팅법을 통해 주로 형성되는데, 수직코팅법(P. Jiang, J. F. Bertone, K. S. Hwang, and V. L. Colvin, “Single-Crystal Colloidal Multilayers of Controlled Thickness” Chemistry of Materials, 11, 2132-2140 (1999) )은 높은 반사율을 갖는 두꺼운 필름을 만들어 낼 수 있으나 증발에 기반을 두기 때문에 오랜 시간이 필요하고 만들어진 필름에 크랙이 많아 실질적인 응용이 어렵다는 단점이 있다. 한편 스핀 코팅법 (Journal of American Chemical Society, 126, 13778-13786 (2004); 미국공개특허 제2005/0095471호)은 빠른 속도로 결정을 형성할 수 있으나 높은 반사율을 갖는 두꺼운 결정형성이 어렵다는 단점이 있다.

그 밖에도 다양한 모양의 콜로이드 결정 패턴이나 구조체를 만드는 방법이 보고 되었으나 대부분 증발공정에 기반을 두어 대량생산이나 구조체의 기계적 강도에 문제가 있어 산업적으로 활용되기 매우 어려운 단점이 있었다.

종래의 잉크젯 프린팅을 통해 형성된 콜로이드 분산매 액적이 증발을 통해 반구 형태의 광결정에 성공한 사례는 시간이 오래 걸리며 노즐이 막히는 문제가 종종 발생하며, 높은 밀도의 반구 형성이 근본적으로 불가능하다는 한계가 있다. 스핀 코팅법은 빠른 속도로 결정을 형성할 수 있으나 높은 반사율을 갖는 두꺼운 결정형성이 어렵다는 단점이 있다. 그 밖에도 다양한 모양의 콜로이드 결정 패턴이나 구조체를 만드는 방법은 대량생산이나 구조체의 기계적 강도에 문제점이 있어 산업적으로 활용되기 어려운 단점이 있다.

본 발명은 (a) 콜로이드 입자를 광중합 가능한 단량체 용액에 분산시켜 원하는 모양의 형틀에 도입하는 단계; (b) 도입된 콜로이드 분산액에 자외선을 조사하여 결정화하는 단계 및 (c) 필요한 경우 형틀로부터 광결정을 분리하여 콜로이드 입자를 선택적으로 제거하는 단계를 포함하는 다양한 모양의 콜로이드 및 다공성 광결정의 제조방법에 관한 것이다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 내부에 고농도의 콜로이드 입자를 함유하는 광중합 가능한 단량체 용액을 높은 접촉각을 이루는 친유성 표면에 규칙적으로 패턴화하여 경화시킴으로써 반구 형태의 광결정 패턴과 콜로이드 용액을 미세관을 포함하는 다양한 형틀에 도입시켜 다양한 모양의 광결정을 제조한다.

광중합 가능한 콜로이드 분산액을 이용하여 반구 형태의 콜로이드 광결정을 패턴화함으로써 반사형 화면표시장치의 넓은 광시야각을 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 광중합 가능한 콜로이드 분산액을 이용하여 필름, 원기둥, 선 패턴, 피라미드 패턴의 모양을 갖는 콜로이드 광결정 혹은 다공성 광결정을 제조함으로써 다양한 응용분야에서 손쉽게 광결정을 대량 생산할 수 있는 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명은 반구 광결정의 제조방법을 나타낸다.

본 발명은 콜로이드 입자를 자외선 경화 고분자 용액에 분산시켜 기판 위에 반구 형태의 액적을 형성하는 단계와, 상기 액적에 자외선을 조사하여 고형화를 포함하는 반구 광결정시키는 단계를 포함하는 반구 광결정의 제조방법을 나타낸다.

상기에서 기판은 테플론과 같은 친유성 물질이 코팅된 기판 혹은 친유성 물질로 만들어진 기판을 사용할 수 있다.

상기에서 기판은 유연한 특성을 갖는 연성 고분자 필름 기판을 이용할 수 있다.

상기에서 콜로이드 분산 액적들의 합일(coalescence) 과정 없이 콜로이드 혹 은 다공성 단색 반구 광결정을 여러 색으로 패턴화 할 수 있다.

상기에서 콜로이드 분산 액적들의 합일(coalescence) 과정을 이용하여 다색의 반구 광결정 패턴을 제조할 수 있다.

상기에서 콜로이드 분산 액적의 패턴을 위해 디스펜서를 이용한 기계적인 분출법이나 잉크젯 프린팅을 이용할 수 있다.

상기에서 콜로이드 반구 광결정으로부터 콜로이드를 선택적으로 제거하여 다공성 반구 광결정을 얻을 수 있다.

상기에서 콜로이드 반구 광결정의 크기는 수 마이크로미터 내지 수 밀리미터이고, 접촉각의 크기는 20˚∼160˚범위의 반구 광결정이다.

상기에서 콜로이드는 광중합 가능한 단량체 용액에 5∼50％(v/v)의 콜로이드 입자가 함유될 수 있다.

본 발명은 콜로이드 입자를 자외선 경화 고분자 용액에 분산시켜 형틀에 도입하는 단계와, 상기의 형틀에 도입된 분산매를 자외선 조사하여 고형화하는 단계를 포함하는 광결정의 제조방법을 나타낸다.

상기에서 형틀은 두 평판 사이의 공간을 형틀로 사용하여 필름형태의 콜로이드를 얻을 수 있다.

상기에서 형틀은 미세관을 형틀로 사용하여 미세관 형태의 콜로이드를 얻을 수 있다.

상기에서 형틀은 원기둥 형태의 미세관을 형틀로 사용하여 원기둥 형태의 콜 로이드를 얻을 수 있다.

상기에서 고분자 선패턴을 형틀로 사용할 수 있다.

상기에서 피라미드 모양의 형틀을 사용할 수 있다.

상기에서 형성된 콜로이드 광결정으로부터 콜로이드를 선택적으로 제거할 수 있다.

상기에서 콜로이드는 광중합 가능한 단량체 용액에 5∼50％(v/v)의 콜로이드 입자가 함유될 수 있다. 이때 상기 콜로이드 입자의 크기가 150∼100,000nm인 사용할 수 있다.

이하 본 발명을 보다 상세히 설명하고자 한다.

본 발명은 (a) 콜로이드 입자를 광중합 가능한 단량체 용액에 분산시켜 원하는 모양의 형틀에 도입하는 단계; (b) 도입된 콜로이드 분산액에 자외선을 조사하여 결정화하는 단계 및 (c) 필요한 경우 형틀로부터 광결정을 분리하여 콜로이드 입자를 선택적으로 제거하는 단계를 포함하는 다양한 모양의 콜로이드 및 다공성 광결정의 제조방법에 관한 것이다.

상기 (a)단계의 단량체 분산매에는 5∼40％(v/v), 바람직하게는 10∼ 30％(v/v)의 콜로이드 입자가 함유된다. 또한 상기 콜로이드 입자의 크기는 100∼100,000nm, 바람직하게는 150∼3,000nm인 것을 사용할 수 있다. 자외선 경화 고분자는 아크릴레이트 기를 포함하는 광중합 고분자 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상인 것이 바람직하나, 자외선에 의해 경화가 가능한 고분자라면 제한 없이 사용할 수 있다.

상기 (a)단계의 형틀로써는 특성크기가 수 마이크로미터에서 수 밀리미터에 해당하는 모든 표면이 가능하며, 전형적으로는 높은 접촉각을 이루는 액적, 두 평판 사이의 공간, 미세관, 피라미드 모양의 홈을 갖는 필름, 선 모양의 채널을 갖는 구조체 등이 사용된다.

상기 (b)단계의 자외선 조사는 40mW/cm²의 광도에서 1∼10초간 수행하는데, 이는 단량체가 완전히 광경화 될 때 필요한 광도와 시간의 조합이면 어떤 범위에서든 이용될 수 있다.

상기 (c)단계의 콜로이드 입자 제거는 주로는 습식식각법을 이용하여 이루어지는데 본 발명에서 사용된 실리카 입자의 경우는 불산이 이용되었다. 그러나 콜로이드 입자를 선택적으로 제거할 수 있는 방법은 어떤 것이나 사용할 수 있다.

본 발명에 의해 제조되는 광결정은 형틀의 표면을 따라 육방배열면을 형성하기 때문에 형틀이 갖는 면에 수식 입사하는 빛에 대해서는 항상 같은 같은 파장의 반사광을 보이게 되는 특징이 있다. 한편 반사파장은 사용되는 콜로이드 입자의 크기와 부피 분율의 조절을 통해 원하는 위치로 조정이 가능하다.

한편 콜로이드 광결정으로부터 입자를 제거하여 다공성 광결정을 제조하는 경우 반사파장의 위치가 짧은 파장 쪽으로 이동하게 되는 동시에 더욱 높은 반사파를 보이게 된다. 이는 광결정의 유효 굴절률 감소와 굴절률 대비의 증가로부터 기인하는 것으로, 높은 반사파를 요구하는 많은 응용에 있어 매우 유용하다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

본 발명은 기존의 공정과는 달리 증발공정을 거치지 않고 다양한 모양의 콜로이드 및 다공성 광결정을 제조하는 방법을 제시한다.

종래의 방법에서는 대부분 건조된 형태의 콜로이드 결정을 얻기 위해 매우 느린 속도로 용매를 제거하였다. 그러나 이러한 경우 공정시간이 매우 길어질 뿐만 아니라 제조 공정이 복잡해져서 산업적으로 대량생산을 하기에는 매우 어려운 단점을 가지고 있을 뿐만 아니라, 건조된 콜로이드 결정은 매우 약한 구조적 특징 때문에 실질적인 응용이 거의 불가능하였다.

그러나 본 발명에 의한 광결정의 제조방법은 근본적으로 증발공정을 이용하지 않고, 광중합 가능한 단량체 용액 속에서 고농도의 입자가 스스로 배향하게 되고, 이를 수 초 내외의 자외선 조사를 통해 경화시키기 때문에, 제조시간의 단축과 함께 공정 자체의 단순성을 가져다 주며, 생성된 광결정의 기계적 강도를 크게 높일 수 있다.

형성되는 콜로이드 광결정의 반사파장의 위치는 하기 수식 1을 통해 예측할 수 있다.

(수식 1)

상기 수식에서 n은 물질의 반사율이고, v는 콜로이드 입자의 부피 분율이며, D는 콜로이드 입자의 지름의 크기이다.

본 발명에 의한 반구 형태의 광결정 제조방법에서는 기계적으로 구동하는 디 스펜서 장비를 이용하였다. 주사기에 콜로이드 분산매를 주입하고 이를 디스펜서 장비에 장착하는 경우, 디스펜서는 정교한 양의 분산매를 기판 위에 액적으로 찍어 낼 수 있다. 이때 기판의 표면을 친유성으로 만드는 경우 액적은 높은 접촉각을 갖게 되어 반구 형태를 이루게 된다. 콜로이드 입자의 배열은 액적의 표면을 따라서 일어나기 때문에 이를 광경화 시킴으로써 표면의 위치에 상관없이 같은 반사파를 보이는 반구 형태의 콜로이드 결정을 얻을 수 있게 된다. 한편 다른 색깔의 반사광을 보이는 콜로이드 분산매를 이웃하는 위치에 합일과정 없이 패턴화하는 경우 단색의 반구 광결정을 여러 색깔을 갖는 패턴으로 만들어 낼 수 있다. 한편 합일과정이 일어나는 경우에는 여러 색이 하나의 반구에 나타나는 다색 반구 광결정을 패턴화 할 수 있게 된다.

그 밖에 필름, 원기둥, 선패턴, 피라미드 패턴과 같은 모양의 광결정은 콜로이드 분산매를 모세관 인력으로 각각의 형틀에 도입하고 광중합시킴으로써 제조할 수 있다. 필름의 경우에는 유리판 2장 사이에 스페이서를 놓음으로써 형틀을 만들 수 있다. 원통의 경우는 유리관이나 플라스틱 관등이 이용될 수 있다. 한편 선패턴 형틀은 소프트 리소그래피법(soft lithography; 광식각법을 통해 얻어지는 감광성 고분자 선패턴에 PDMS와 같은 고분자물질을 도입한 뒤 탈착함으로써 패턴을 만드는 방법)을 이용하여 만들 수 있다. 피라미드 패턴 형틀의 경우에는 실리콘 웨이퍼의 비등방 식각을 통해 제조할 수 있다.

본 발명에서는 자외선 조사에 의해 경화가 가능한 Ethoxylated trimethylolpropane triacrylate monomer(ETPTA, MW 428, viscosity 60 cps, SR 454)를 단량체용액으로 사용하였으나, 자외선에 노출되었을 때 경화가 되는 것 중 콜로이드 입자가 분산되었을 때 자발적으로 결정을 형성하는 것이라면 제한 없이 사용될 수 있다.

콜로이드 입자는 예컨대, 실리카(silica)를 사용할 수 있는데, 실리카 입자는 스토버-핑크-본 방법(Stober-Fink-Bohn method)을 이용하여 제조할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명에서는 다양한 모양의 콜로이드 광결정만이 아니라, 다공성 광결정 구조체를 제조하는 방법 역시 같은 시스템을 활용할 수 있는데, 상기한 바와 같이, 얻어진 콜로이드 광결정은 입자와 경화된 ETPTA로 구성되어 있는데, 여기서 입자만을 선택적으로 제거함으로써 다공성 구조체를 얻을 수 있다.

이때, 실리카 입자는 수산화나트륨 용액이나 불산 등과 같은 화합물에 의해 제거되고, 경화된 ETPTA만이 구조를 유지할 수 있게 된다.

이하 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 하지만, 다음의 실시예는 발명의 이해를 돕기 위한 것으로 본 발명이 이들 실시예에 제한되는 것은 아니다.

<실시예 1> : 단색 반구 광결정의 다색 패턴 제조

스토버-핑크-본 방법으로 제조한 195나노미터(nm), 150나노미터(nm), 145나노미터(nm)의 균일한 크기를 갖는 실리카 입자를 ETPTA에 부피비 1:2, 1:3, 1:2로 각각 분산시키고, 이를 도 1의 경로 1에 보인 방법을 이용하여 빨간색, 녹색, 파란색의 단색 반구 액적를 패턴화하였다. 액적의 패턴화에 있어서는 기계적으로 구동하는 디스펜서 장비를 이용하였고, 액적은 테플론(Teflon)으로 코팅된 유리판에 80도의 접촉각을 보이며 패턴되었다. 기판은 테플론과 같은 친유성 물질이 코팅된 기판 혹은 그 물질로 만들어진 기판을 사용하는 것이 패턴화하는 데 좋다. 이는 테플론에 국한 되는 것은 아니고 접촉각이 40도 이상을 보이는 모든 기판이 사용가능하다. 예를 들어 유리판이나 웨이퍼 위에 친유성의 자기집합화 단분자막(self-assembled monolayer, SAM)을 코팅하는 경우도 높은 접촉각을 유도할 수 있으며, 본 패턴에 사용 가능하다.

이때 같은 색을 띄는 반구 사이의 거리는 1 mm를 유지하였으며, 반구의 지름은 293 마이크로미터였다. 이는 각 반구당 5 나노리터의 부피에 해당한다. 제조된 액적에 수은아크등(mercury arc lamp)에서 발생하는 자외선을 40mW/cm²의 광도에서 10초간 조사하여 반구 액적을 고형화 시켰다.

도 2는 형성된 빨간색, 녹색, 파란색의 단색 반구 광결정 패턴의 사진을 보여준다. 여기서 도 2a는 저배율, 도 2b는 고배율에서 찍은 사진이다.

도 3은 빨간색, 녹색, 파란색의 단색 반구 광결정을 보이는 광학 현미경 사진과 각각의 반사파 그래프이다.

한편, 단색 반구 광결정이 표면을 따라 반사파의 변화가 없는 광학적 등방성을 보임을 보이기 위해서 각도에 빛의 입사각도에 따른 광학현미경 사진을 찍고, 반사파를 측정하였다.

도 4는 각도에 따라 같은 색깔을 보이는 단색 광결정의 광학현미경 사진과 각각에 해당하는 반사파 그래프를 나타내었다.

더욱 높은 밀집도를 보이는 패턴을 제조하기 위해서 반구 사이의 거리를 1 mm로 유지하면서 액적 지름의 크기를 375 마이크로미터로 증가시켰다. 이는 10 나노리터의 부피에 해당하며 그 결과 밀집도가 20％에서 33％로 증가하였다.

도 5에는 증가된 밀집도를 보이는 단색 반구 광결정의 3색 패턴 사진을 나타내었다.

<실시예 2> : 연성 고분자 필름 위에 단색 반구 광결정의 다색 패턴 제조

상기 실시예 1에서와 같은 방법으로 제조된 액적을 패턴화하되 이번에는 기판을 유연한 특성이 있는 3mm 두께의 PDMS 고분자 필름을 이용하였다. 이때 접촉각은 50도를 이루었고, 실시예 1과 동일한 방법으로 액적을 고형화하였다. 이때 형성된 패턴을 5wt％의 불산 용액에 5분간 침지시켜 실리카 입자만을 선택적으로 제거하였더니 다공성 반구 광결정이 제조되었다. 제조된 반구 광결정은 유효굴절률의 감소로 인해 입자 제거전보다 반사파장이 짧아졌고, 굴절률 대비의 증가로 인해 더욱 밝은 색깔을 보였다.

도 6a에는 유연한 고분자 필름 위에 만든 단색 반구3색 패턴 사진을 나타내었고, 6b에는 단색 반구의 다공성 내부를 보여주는 주사전자현미경 사진을, 6c, 6d, 6e에는 빨간색, 파란색, 녹색, 빨간색 반구 콜로이드 광결정으로부터 입자를 제거하여 얻어진 다공성 반구 광결정의 광학현미경 사진을 각각 나타내었다.

<실시예 3> : 다색 반구 광결정의 패턴 제조

상기 실시예 1과 같은 방법으로 구형 광결정을 제조하되, 이번에는 액적의 2차 혹은 3차 패턴시 기존의 액적과 합일이 되도록 적하 위치를 변경하였다. 이는 도1의 경로 2에 해당하는 것으로, 그 결과 하나의 반구에서 여러 반사색을 보이는 다색 반구 광결정을 얻을 수 있었다.

도 7a에는 빨간색과 파란색을 동시에 보이는 반구 광결정의 패턴 사진을, 도 7b에는 하나의 반구 광결정을 보여주는 광학현미경 사진을 나타내었다. 이때 반구의 지름은 375 마이크로미터 (10 나노리터)로 5 나노리터의 빨간색 콜로이드 분산매와 파란색 콜로이드 분산매의 합으로 만들어 진 것이다.

도 7c에는 빨간색, 녹색, 파란색을 동시에 보이는 반구 광결정 패턴사진을, 도 7d에는 이의 광학현미경 사진을 나타내었다. 이때 반구의 지름은 510 마이크로미터 (25 나노리터)로 10 나노리터의 빨간색 콜로이드 분산매, 10 나노리터의 녹색 콜로이드 분산매, 5 나노리터의 콜로이드 분산매의 합으로 만들어 진 것이다.

<실시예 4> : 광결정 필름의 제조

두 유리판 사이에 50마이크로미터 두께의 스페이서를 넣고 두 판 사이의 공간을 195 나노미터 실리카와 ETPTA의 1:2 부피비 분산액으로 모세관 힘을 이용하여 채웠다. 그 뒤에 실시예 1과 동일한 방법으로 분산액을 광경화 시킨 뒤, 두 유리판 으로부터 고형화된 콜로이드 광결정 필름을 떼어 내었다. 그 결과 필름은 약 30％의 반사율을 보였다. 이 필름을 5wt％의 불산 용액에 12시간 동안 담궜다. 그 결과 실리카 입자가 제거되어 다공성 광결정 필름이 얻어졌다. 이는 콜로이드 광결정보다 짧은 파장의 반사파를 보였고, 약 70％의 높은 반사율을 보였으며, 반사파의 그래프의 폭이 크게 증가하였다. 이는 입자 제거로부터 나타나는 유효굴절률 감소와 굴절률 대비의 증가의 결과이다.

도 8a에는 콜로이드 및 다공성 광결정 필름의 광학현미경 사진과 반사파 그래프를 나타내었고, 도 8b에는 콜로이드 광결정 필름의 단면을, 도 8c에는 다공성 광결정 필름의 단면을 보여주는 주자전자현미경 사진을 나타내었다.

<실시예 5> : 광결정 선패턴의 제조

상기 실시예 4에서 사용한 콜로이드 분산매를 소프트 리소그래피를 통해 만들어진 PDMS 고분자의 선 패턴 형틀에 모세관힘을 이용하여 도입하였다. 이때 선 패턴은 25 마이크로미터의 폭과 30 마이크로미터의 깊이를 갖고 있었고, 이를 유리판에 붙여 콜로이드 분산액의 주입을 실시하였다. 실시예 1에서와 같은 방법으로 선 형틀에 채워진 분산액을 경화시키고 형틀을 제거한 결과 빨간색의 반사를 보이는 선 패턴이 제조되었다. 이를 실시예 4에서와 동일한 방법으로 실리카 입자를 제거한 결과 녹색을 보이는 선패턴이 제조되었다.

도 9a와 9b는 각각 콜로이드 및 다공성 광결정 선패턴의 광학현미경사진을, 도 9c와 9d는 콜로이드 및 다공성 광결정 선패턴의 단면을 보여주는 주사전자현미 경 사진을 나타낸다.

<실시예 6> : 피라미드 광결정 패턴의 제조

상기 실시예 4에서 사용한 콜로이드 분산매를 PDMS고분자로 만들어진 피라미드 패턴 형틀에 채워 넣고, 광경화시킴으로써 피리마드 광결정 패턴을 제조하였다. 피라미드 패턴은 실리콘의 비등방 습식식각을 통해 만들어낸 패턴을 두번 떠냄으로써 PDMS 고분자 필름으로 그 모양을 옮길 수 있었다.

도 10a와 10b에는 빨간색 피라미트 패턴의 측면 및 정면 사진을 보여주는 광학현미경 사진을 도시하였고, 도 10c와 10d에는 피라미드 꼭대기 부근의 표면을 나타내는 저배율과 고배율의 주사전자현미경 사진을 나타내었다.

<실시예 7> : 원통모양의 광결정 제조

상기 실시예 1에서 사용한 파란색, 녹색, 빨간색 콜로이드 분산매를 내경이 1.1 mm의 유리관에 차례로 투입시키고, 광경화 시켰다. 그 뒤 유리관으로부터 경화된 원기둥형 광결정을 탈착시켰다. 그 결과 3가지 색깔이 하나의 원기둥에 있는 광결정을 제조할 수 있었다.

도 11a에는 3가지 색을 보이는 원기둥형 광결정 사진을, 11b에는 원기둥 단면의 주사전자현미경사진을, 11c, 11d, 11e에는 각각 빨간색, 녹색, 파란색을 보이는 부분의 광학현미경 사진을 나타내었다.

본 발명에 의한 광결정의 제조방법은 자외선 경화가 가능한 콜로이드 분산매를 이용하여 증발공정 없이 매우 빠른 속도로 광결정을 형성하기 때문에 어떤 형태의 광결정도 제조할 수 있는 장점이 있다. 특히 광결정의 패턴화에 매우 유리한 특성을 나타내는데, 이는 반사형 화면표시장치의 화소 등에 사용될 수 있을 것이다. 또한 높은 결정 수준과 반사율을 보이는 필름형 광결정의 경우 형광체나 양자점등의 발광 형태를 변화시킬 수 있고, 이를 통해 레이저 발진 등에 활용할 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명에 의한 단색 반구 광결정 다색 패턴 및 다색 반구 광결정 패턴을 방법을 나타내는 개략도,

도 2는 실시예 1에 의해 제조된 빨간색, 녹색, 파란색의 단색 반구 광결정 패턴 사진,

도 3은 실시예 1에 의해 제조된 빨간색, 녹색, 파란색의 단색 반구 광결정의 광학현미경 사진 및 반사파 그래프,

도 4는 실시예 1에 의해 제조된 빨간색 단색 반구 광결정 반사색의 등방성을 보여주는 광학 현미경 및 반사파 그래프,

도 5는 실시예 1에 의해 제조된 높은 밀도의 빨간색, 녹색, 파란색 단색 반구 광결정 패턴의 사진,

도 6은 실시예 2에 의해 제조된 연성 고분자 필름 위에 패턴된 다공성 단색 반구 광결정 사진 및 반구의 내부를 보여주는 전자현미경 사진,

도 7은 실시예 3에 의해 제조된 다색 반구 광결정 패턴의 사진,

도 8은 실시예 4에 의해 제조된 콜로이드 광결정 필름 및 다공성 광결정 필름의 광학 및 주사전자 현미경 사진과 반사프 그래프,

도 9는 실시예 5에 의해 제조된 선패턴 콜로이드 광결정 및 다공성 광결정을 보여주는 광학 및 주사 전자 현미경의 사진,

도 10은 실시예 6에 의해 제조된 피라미드 광결정의 광학 및 주사전자현미경 사진,

도 11은 실시예 7에 의해 제조된 원기둥 광결정의 광학 및 주사전자현미경 사진을 나타낸 것이다.

Claims (10)

1. 광중합 가능한 단량체 용액에 5~33％(v/v)에 함유된 150~100,000nm 크기의 콜로이드 입자를 자외선 경화 고분자 용액에 분산시켜 형틀에 도입하는 단계; 및

   상기의 형틀에 도입된 분산매에 자외선을 조사하여 콜로이드 광결정을 형성하는 단계를 포함하되, 상기 형틀이 미세관, 고분자 선패턴, 또는 피라미드 모양인 것을 특징으로 하는 콜로이드 광결정의 제조방법.
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서, 상기 광결정이 원기둥 형태인 것을 특징으로 하는 콜로이드 광결정의 제조방법.
4. 삭제
5. 삭제
6. 광중합 가능한 단량체 용액에 5~33％(v/v)에 함유된 150~100,000nm 크기의 콜로이드 입자를 자외선 경화 고분자 용액에 분산시켜 형틀에 도입하는 단계;

   상기의 형틀에 도입된 분산매에 자외선을 조사하여 콜로이드 광결정을 형성하는 단계; 및

   상기 콜로이드 광결정으로부터 콜로이드를 선택적으로 제거하는 단계를 포함하되, 상기 형틀이 미세관, 고분자 선패턴, 또는 피라미드 모양인 것을 특징으로 하는 다공성 광결정의 제조방법.
7. 삭제
8. 제 6항에 있어서, 상기 광결정이 원기둥 형태인 것을 특징으로 하는 다공성 광결정의 제조방법.
9. 삭제
10. 삭제

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