KR100553639B1 - 진공증착법을 이용한 플라스틱 소재의 알루미늄 피막제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 플라스틱 소재의 알루미늄 피막 을 제조함에 있어서 저항가열원을 이용한 증발방식을 채택하되 고속의 순간 증발을 이용하여 소재의 열 변형을 방지하면서 밀착력 및 반사율을 향상시키는 방법에 관한 것으로, 진공실을 대기압 미만으로 진공시키는 단계; 플라스틱 소재의 기판에 이온빔을 조사하여 전처리하는 단계; 알루미늄이 장입된 저항가열 증발원에 1차 전력을 인가하여 알루미늄을 증발시키는 단계; 저항가열 증발원에 2차 전력을 인가하면서 기판에 알루미늄이 증착되도록 셔터를 개방하는 단계; 및 알루미늄의 시간당 증발율이 최고점에 도달한 직후 셔터를 닫는 단계를 포함하여 구성된다.

플라스틱 소재, 알루미늄 피막, 증발율

Description

진공증착법을 이용한 플라스틱 소재의 알루미늄 피막 제조방법{MANUFACTURING METHOD OF ALUMINIUM FILMS WITH HIGH REFLECTANCE ON PLASTIC BY VACUUM PLATING}

도 1은 본 발명에 사용되는 진공증착 장치의 구성도.

도 2는 본 발명의 일시예에 따른 알루미늄의 시간당 증착율을 나타내는 그래프.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

1 : 진공실 2 : 저항가열 증발원

3 : 증발원 홀더 4 : 셔터

5 : 기판 6 : 기판 홀더

7 : 두께 측정기 8 : 전원장치

9 : 이온빔 조사장치

본 발명은 플라스틱 소재상에 알루미늄 피막을 제조하여 반사율을 향상시키는데 사용되는 피막제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 저항가열원을 이용한 증발방식을 채택하되 고속의 순간 증발을 이용하여 밀착력 및 반사율을 향상시키고 소재의 열 변형을 최소화시킨 것을 특징으로 하는 진공증착법을 이용한 플라스틱 소재의 알루미늄 피막 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 플라스틱 소재는 가벼우면서도 대기중에서 부식이 일어나지 않고 다양한 방법으로 가공 및 성형이 용이하여 그 응용이 날로 확대되고 있다. 플라스틱은 특히, 유리처럼 쉽게 깨지지 않아 휴대가 용이하고 견고하다는 장점이 있다.

최근에는 각종 전자부품의 케이스 등에 플라스틱 소재를 사용하는 비율이 증가하면서 이러한 소재의 기능 향상을 위한 코팅 수요도 점증하고 있다. 특히, 플라스틱에 전도성을 부여하는 코팅이나 투명 플라스틱에 반사율 조정 또는 칼라를 내어 장식성을 향상시키고자 하는 코팅 수요는 폭발적으로 증가하는 추세이다.

알루미늄 피막은 색상이 미려하고 대기중에서 부식에 의한 색상 변화가 다른 금속에 비해 작기 때문에, 화장품 케이스나 액세서리 등의 장식용 코팅은 물론 반도체의 도전막, 반사판 그리고 자성재료나 강판의 내식성 보호피막 등에 폭 넓게 이용되고 있다.

이러한 알루미늄은 전기도금으로 코팅할 경우 그 효율이 낮아 생산성이 떨어지기 때문에 대부분 물리증착법이 이용되고 있는데, 물리증착법에는 크게 진공증착, 스퍼터링 및 이온플레이팅이 있으며 그 중 간편하면서도 경제적인 방법이 진공증착이다.

스퍼터링을 이용하여 알루미늄 피막을 제조하면 진공증착 방법에 비해 밀착력이 우수한 피막을 얻을 수는 있으나 소재가 플라즈마에 노출되기 때문에 열에 의 해 쉽게 변형되거나 경화되는 등의 문제가 발생하게 된다. 따라서, 스퍼터링법은 일부의 응용에만 제한적으로 사용되어 오고 있다. 상기의 이유 때문에 플라스틱에 알루미늄 피막을 형상할 경우는 저항가열 또는 전자빔 가열에 의한 진공증착법이 널리 이용되고 있다.

플라스틱 상에 알루미늄 피막을 진공증착으로 제조할 경우는 플라스틱 재질의 특성상 밀착력 향상을 위한 전처리가 필요하게 되는데, 전처리 방법으로는 1) 소재 표면을 플라즈마를 이용하여 활성화시키는 방법과 2) 계면층에 다른 물질을 코팅하는 방법 등 크게 두 가지로 나눌 수 있다.

1) 플라즈마를 이용하여 플라스틱 표면을 활성화시키는 방법은 결국 표면의 접촉각을 낮추어 알루미늄의 밀착력을 향상시키는 것으로 이온빔 조사, 플라즈마 처리, 전자빔 조사 등의 방법이 있다.

2) 계면층에 다른 물질을 코팅하는 방법은 플라스틱과 밀착력이 우수한 물질을 얇게 코팅한 후 그 위에 알루미늄을 코팅하여 밀착력을 향상시키고자 하는 것으로 투명 수지를 코팅하는 방법과 크롬이나 니켈 등을 진공에서 코팅하는 방법이 있다.

플라스틱 상에 알루미늄 피막을 제조하여 사용하는 응용분야는 다양하지만 그 중에서도 대표적인 기술들을 소개하면 다음과 같다.

대한민국 특허 공개번호 제2002-0088697호(난반사를 이용한 광고판)에서는 투명한 플라스틱재에 알루미늄을 진공증착 하여 난반사를 이용한 광고판 제조방법을 제공하고 있다.

대한민국 특허 제0360587호(자동차용 플라스틱 미러와 그 제조방법)에서는 고분자 플라스틱 기판에 고경도 및 내마모를 위한 경질코팅을 실시하고 그 위에 진공증착 방법으로 각종 반사층을 형성하여 자동차용 플라스틱 미러를 제조하는 방법을 제공하고 있다.

대한민국 특허 제0324112호(플라스틱 양면 거울 및 그 제조방법)에서는 플라스틱 사출물의 양면에 알루미늄을 진공증착 하여 양면 거울을 제조하는 방법을 제공하고 있다.

상기 특허들은 플라스틱 소재에 알루미늄을 코팅하여 반사율을 높여 응용한다는 점에서 공통점이 있다.

이러한 알루미늄 피막의 특성은 여러 가지 방법으로 구분하여 평가할 수 있는데 그 중에서 광학적 특성은 반사도를 통해 평가하고 있다. 즉, 동일 두께에서 반사율이 얼마인가 하는 것으로 피막의 좋고 나쁨을 평가하는 것이다.

지금까지 알루미늄 피막의 반사율은 피막의 두께로 조절하는 것이 일반적이었다. 그러나 피막의 반사율은 두께뿐만 아니라 피막의 밀도나 평탄도, 피막내에 함유된 불순물 등 다양한 요인에 의해서 결정된다. 즉, 두께를 아무리 증가시켜도 피막내에 불순물이 포함되어 있으면 반사율이 일정 값 이상으로 증가하지 않는다는 문제점이 있었다.

따라서 본 발명이 속하는 기술분야 즉, 플라스틱 소재에 알루미늄 피막을 제조함에 있어서 피막의 반사율을 향상시키되, 우수한 밀착력을 확보하면서도 경제적인 방법으로 피막을 형성하는 방법이 절실히 요구되고 있는 상황이다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여, 기판을 이온빔으로 전처리 한 후 알루미늄의 증발을 위한 가열을 2단계로 나누어 순간적인 고속 증발법을 개발하여 플라스틱 소재의 열 변형을 방지함과 동시에 높은 밀착력 및 반사율을 확보할 수 있는 진공증착법을 이용한 플라스틱 소재의 알루미늄 피막 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 진공증착법을 이용한 플라스틱 소재의 알루미늄 피막 제조방법은, 진공실을 대기압 미만으로 진공시키는 단계; 플라스틱 소재의 기판에 이온빔을 조사하여 전처리하는 단계; 알루미늄이 장입된 저항가열 증발원에 1차 전력을 인가하여 알루미늄을 증발시키는 단계; 저항가열 증발원에 2차 전력을 인가하면서 기판에 알루미늄이 증착되도록 셔터를 개방하는 단계; 및 알루미늄의 시간당 증발율이 최고점에 도달한 직후 셔터를 닫는 단계를 포함하여 구성된다.

이때, 상기 1차 전력은 2차 전력의 30 ~ 50%로 하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 최고점에서의 시간당 증발율이 100 ~ 500Å/s로 하는 것이 바람직하다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

도 1은 일반적인 진공증착 장치의 개략 구성도로서, 본 발명의 제조방법에 대하여 도 1을 참조하여 설명하기로 한다.

먼저, 진공실(1) 내에 저항가열 증발원(2)을 수냉이 되는 증발원 홀더(3)에 장착하고 적당양의 알루미늄(미도시됨)을 장입한다.

상기 저항가열 증발원(2)은 텅스텐 필라멘트나 BN 보트 또는 텅스텐 보트 등이 사용 가능하나, 본 발명에서는 증발율이 높고 여러 번 증발이 가능한 BN 보트를 이용하였다.

다음에 플라스틱 기판(5)을 기판홀더(6)에 장착하고 진공펌프(미도시됨)를 이용하여 진공도가 10~5 토르 이하가 되도록 배기한다.

배기가 완료되면 다음, 기판(5)의 전처리 단계로서 진공실(1) 내에 장착된 이온빔 조사장치(9)를 이용하여 수행한다. 아르곤 가스를 이온빔 조사장치(9) 내부에 주입한 후 이온을 발생시켜 정해진 에너지로 기판(5)에 조사하면 기판(5)의 청정 및 활성화가 이루어진다.

이렇게 기판(5) 청정이 완료되면 다음, 알루미늄 증발 단계로서 알루미늄의 증발은 전원장치(8)에 전력을 인가하여 증발원 홀더(3)를 통해 저항가열 증발원(2)을 가열하여 이루어진다.

본 발명에서 전력의 인가는 예비적 가열과 본 가열의 2 단계로 나누어 실행한다. 이때 저항가열 증발원(2)의 예비적 가열을 위한 1차 전력은 본 가열을 위한 2차 전력의 30 ~ 50% 범위 내에서 인가하는 것이 바람직하다. 이는 1차전력이 2차전력의 30% 미만이거나 50% 초과인 경우 본 가열에 대한 예비적 가열의 비중이 상대적으로 작아 본 가열만을 수행한 경우의 문제점이 그대로 발생되기 때문이다.

다음에 본 가열에 필요한 전력량이 되도록 전원을 설정하고 셔터(4)를 개방하여 기판(5)에 알루미늄 피막을 형성시킨다. 피막의 두께는 두께측정기(7)를 이용 하여 확인하였으며 이로서 모든 공정이 완료된다.

이하에서는 본 발명에 따른 실시예로서 폴리우레탄 소재의 반사율 향상을 위하여 알루미늄 피막을 제조하는 방법을 도 1을 참조하여 상세히 설명한다.

상기 실시예는 폴리우레탄 소재의 반사율 향상을 위하여 알루미늄 피막을 제조한 경우로서, 가로, 세로 각각 15cm이고 두께가 0.8mmT인 폴리우레탄 기판(5)을 기판홀더(6)에 설치하고 알루미늄 와이어 200mg을 BN 저항가열 증발원(2)에 장입한 다음 진공 배기를 실시하였다.

진공이 1 x 10^-5 토르가 되면 이온빔 조사장치(9)를 이용하여 300V, 30 mA의 전력으로 기판(5)에 이온빔을 조사하여 3분간 기판(5)의 청정 및 표면 활성화를 실시하였다.

기판(5)의 청정이 완료된 다음, 전원장치(8)에 전력을 인가하여 알루미늄 피막을 제조하였다. 이때 전력의 인가는 1차적으로 4.5V의 전압에서 30초간 저항가열 증발원(2)을 예열한 다음, 2차적으로 셔터(4)를 연 상태에서 6.5V로 전압을 올려 알루미늄 피막을 형성하되 증발율이 최고가 되었다가 떨어지는 시점에서 셔터(4)를 닫아 증발을 완료하였다. 최고점에 도달했을 때의 증발율은 초당 200Å 이었으며 이렇게 하여 형성된 알루미늄 피막의 총 두께는 800Å이었다.

실시예에서 상기 예열 단계가 필요한 이유는, 예열 단계를 거치지 않을 경우 저항가열 증발원(2)이 가열되면서 발생되는 각종 가스가 피막에 혼입되어 피막의 특성을 저하시키기 때문이다. 따라서 셔터(4)가 닫힌 상태에서 예열을 통해 불순물 가스를 제거하는 것이 바람직하다.

상기 최고 증발율은 100Å/s 내지 500Å/s로 하는 것이 바람직하다. 이는 증발율이 100Å/s 미만인 경우 진공실(1) 내에 남아 있는 잔류가스의 영향으로 피막내에 불순물이 혼입되어 피막의 반사율 저하 현상이 나타나며, 증발율이 500Å/s 초과인 경우 플라스틱과 같이 열에 민감한 기판(5)은 증착시 발생되는 응축열에 의하여 손상이 초래될 수 있기 때문이다.

도 2는 시간에 따른 증발율 변화를 나타내는 그래프로서, 실시예의 경우처럼 예비가열과 본 가열로 나누어 순간 증발을 하게 되면, 그래프와 같이 알루미늄의 증발율이 변화하게 된다. 이때 증발율이 최고점에 도달한 직후 셔터(4)를 닫아 피막 형성을 멈추게 되면, 피막 내의 잔류가스로 인한 불순물 혼입을 방지하여 반사율이 높은 피막을 얻을 수 있다.

본 발명의 방법으로 얻어진 알루미늄의 반사율을 기존의 방법과 비교하기 위하여 분광광도계(Spectrophotometer)를 이용하여 반사도를 측정한 결과 기존 방법 대비 반사율이 약 20% 정도 향상됨을 확인하였다. 여기서 기존의 방법이란 증발율을 30Å/s로 일정하게 하여 800Å의 두께로 실시예와 동일한 기판에 알루미늄 피막을 제조한 경우이다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 형태에 관해 설명하였으나, 이는 단지 예시적인 것이며 본 발명의 기술적 사상의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이며, 본 발명에 개시된 내용과 동일한 기능을 하는 한 균등 수단으로 볼 수 있음이 자명하므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시 형태에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구범위 뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명의 진공증착법을 이용한 플라스틱 소재의 알루미늄 피막 제조방법을 사용하면, 알루미늄의 증발이 순간적으로 이루어지게 되어 플라스틱 소재에 변형을 주지 않으면서 코팅이 가능하므로 실수율이 현저히 상승되어 경제성이 현저히 높으며, 얇은 피막 두께에서도 고반사율의 피막 제조가 가능하게 되는 효과가 있게 된다.

Claims (3)

1. 진공증착법을 이용하여 플라스틱 소재에 알루미늄 피막을 제조하는 방법에 있어서,

   진공실을 대기압 미만으로 진공시키는 단계; 플라스틱 소재의 기판에 이온빔을 조사하여 전처리하는 단계; 알루미늄이 장입된 저항가열 증발원에 1차 전력을 인가하여 알루미늄을 증발시키는 단계; 저항가열 증발원에 2차 전력을 인가하면서 기판에 알루미늄이 증착되도록 셔터를 개방하는 단계; 및 알루미늄의 시간당 증발율이 최고점에 도달한 직후 셔터를 닫는 단계를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 진공증착법을 이용한 플라스틱 소재의 알루미늄 피막 제조방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 1차 전력은 2차 전력의 30 ~ 50%인 것을 특징으로 하는 진공증착법을 이용한 플라스틱 소재의 알루미늄 피막 제조방법.
3. 제1항에 있어서,

   상기 최고점에서의 시간당 증발율이 100 ~ 500Å/s인 것을 특징으로 하는 진공증착법을 이용한 플라스틱 소재의 알루미늄 피막 제조방법.

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