KR100887725B1 - 컬러층의 제조방법, 상기 제조방법으로 제조된 자동차 내외장재, 휴대폰 외장재, 전자제품 외장재 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기재층을 제공하는 단계; 상기 기재층 상에 금속층 또는 준금속층을 형성하는 단계; 및 상기 금속층 또는 준금속층에 플라즈마를 확산시켜 컬러층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 컬러층의 제조방법, 상기 방법으로 제조된 휴대폰 외장재, 자동차 내외장재 및 전자제품 외장재에 관한 것이다.
플라즈마, 컬러층, 휴대폰 외장 케이스, 자동차 내외장재, 전자제품

Description

컬러층의 제조방법, 상기 제조방법으로 제조된 자동차 내외장재, 휴대폰 외장재, 전자제품 외장재{A FABRICATION METHOD OF A COLOR LAYER, INTERIOR AND EXTERIOR FURNISHINGS OF VEHICLE FABRICATEDBY, EXTERIOR FURNISHINGS OF MOBILE PHONE FABRICATEDBY AND INTERIOR AND EXTERIOR FURNISHINGS OF ELECTRONIC PRODUCTS FABRICATEDBY}
본 발명은 컬러층의 제조방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 금속층 및 준금속층에 플라즈마를 확산시켜 형성하는 컬러층의 제조방법에 관한 것이다.
표면처리기술은 소재와 부품의 내구성을 개선시키기 위하여 재료의 표면을 물리적, 화학적 또는 전기 화학적으로 처리하는 기술을 총칭하는 것이다. 구체적으로는, 표면처리기술은 일반 장식용 액세서리에서부터, 자동차, 반도체, 전자산업분야는 물론 향후 미래 주도산업으로 주목되는 항공 우주산업에 이르기까지 주요 핵심부품에 광범위하게 응용되고 있다. 따라서 표면처리기술은 꾸준한 기술 혁신이 요구되는 분야이기도 하다.
이러한 표면처리기술과 관련된 표면처리산업은 관련 산업과의 연계성이 매우 큰 핵심기반기술 산업으로 특히 소재의 기능적 특성, 품질, 가격을 최종 결정하는 기초산업으로 국가적인 집중 육성이 매우 시급한 분야이다. 하지만 최근의 추세는 신기술의 개발보다는 가격 경쟁에 치중함으로써 기술 발전이 정체되고 있다. 또한, 표면처리산업은 여타 산업에 비하여 설비 투자비가 작고 소규모로도 공장이 운영될 수 있기 때문에 많은 업체가 난립하고 있다. 이로 말미암은 업체 간의 과다경 쟁으로 인하여 습식표면처리 공정에 필수적으로 발생하는 환경 오염문제가 자칫 외면될 수도 있는 문제점을 내포하고 있다.
하지만, 21세기에 접어들면서부터 선진국의 생산 및 신제품 연구개발에 있어, 환경보존이 최우선적인 고려사항으로 대두되고 있다. 이에 따라, 국제적 기준도 점차 강화되고 있다. 특히, 환경문제 해결을 위한 다자간 환경협정(MEA), 지구온난화 가스 방지 교토의정서가 발효되었고 국제 환경규격인 ISO 14001도 최근 엄격하게 개정되는 등 산업 전반에 친환경성이 매우 중요하게 부각되고 있다. 이러한 문제를 적극적으로 해결하기 위한 대체생산기술로 환경 친화적인 진공증착 기술과 플라즈마 및 이온빔(Ion beam) 기술이 복합된 진공박막코팅(Thin Film Coating)기술 개발이 절실히 요구된다.
한편, 자동차 헤드램프용 베젤의 제조공정 중 플라즈마 표면개질, 알루미늄층, 컬러층 및 보호층은 표면처리기술을 이용하여 형성할 수 있다. 종래에는 이러한 보호층과 컬러층을 표면처리기술로 형성할 때, 대기 중에서 유기도료를 스프레이하여 UV 경화 코팅하였다. 이러한 경우 안료의 조합으로 다양한 색을 낼 수 있으나, 도료공정 중 주변의 먼지로 인해 기포가 발생하고 기타 오염 등으로 표면불량이 생기기 쉽다. 또한, 작업 환경이 유해한 조건이며 또한 제품의 광택에는 한계가 있었다.
이에 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 목적은 환경유해물질이 다량으로 사용되거나 배출되는 습식화학 공정을 대체하기 위하여, 환경친화적인 공정이고 양산에 적용할 수 있는 컬러층의 제조방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 진공박막코팅 기술을 이용하여 다양한 색상을 갖는 단층 또는 다층 박막의 컬러층을 형성할 수 있는 제조방법을 제공하는 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 기재층을 제공하는 단계; 상기 기재층 상에 금속층 또는 준금속층을 형성하는 단계; 및 상기 금속층 또는 준금속층에 플라즈마를 확산시켜 컬러층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 컬러층의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 방법으로 제조된 휴대폰 외장재를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 방법으로 제조된 자동차 내외장재를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 방법으로 제조된 전자제품의 외장재를 제공한다.
본 발명의 컬러층의 제조방법으로 제조된 컬러층은 내열성 및 내마모성이 우수하다. 본 발명의 컬러층의 제조방법은 청정 생산 공정을 기술 개발하여 클린공정으로 유해물질의 사용을 최소화하였다. 본 발명의 컬러층의 제조방법은 습식표면 화학처리인 기존 유기도료 경화 코팅 분야를 대체할 수 있는 청정 신기술로 도료공정에 비해 표면상태가 양호하고 광특성이 우수하며, 제품의 불량율이 낮고 공정을 단순화시킬 수 있다. 본 발명의 컬러층의 제조방법은 제품의 품질을 향상시켜 제품의 고부가가치화 및 경쟁력 확보가 가능하다. 이에 따라, 본 발명의 컬러층의 제조방법은 친환경 생산, 시장 선점 및 수입 대체 효과와 더불어 환경유해물질에 대한 국제적인 규제를 극복함으로써 장비의 국산화 및 수출확대를 통한 국제시장을 공략 가능하다.
또한, 본 발명의 컬러층의 제조방법은 휴대폰 외장재, 자동차 내외장재, 전자제품의 외장재 분야에 널리 응용가능하다.
이하에서 본 발명에 대해 상세히 설명한다.
본 발명의 일실시예를 따른 컬러층의 제조방법은 우선 기재층을 제공하는 단계를 포함한다. 기재층은 컬러층을 지지할 수 있는 물질이라면 특별히 한정하지 않으며, ABS(acrylonitrile-butadiene-styrene), PC(polycarbonate), BMC(bulk moulding compound), PBT(polybutylene terephthalate), PPC(chlorinated polypropylene), 마그네슘, 알루미늄, 스테인레스 스틸 및 이들의 합금으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 포함하는 것도 바람직하다. 여기서, 기재층은 제품의 용도에 따라 사출성형하여 제조할 수 있고, 표면을 광택 하드코팅하여 평탄화할 수 있다.
이어서, 본 발명의 컬러층의 제조방법은 기재층 상에 금속층 또는 준금속층을 형성하는 단계를 포함한다. 금속층은 Al, Ti, Cr, Cu, Mn, Ni, Sn, Zn, In, Ag, Zr, Mg, SUS 및 이들의 합금으로 이루어진 군에서 선택되는 1종을 포함하는 단층 또는 다층박막인 것이 바람직하다. 준금속층은 금속과 비금속의 중간적 성질에 속하는 금속을 포함하는 층을 의미하며, B, Si, Ge, As, Sb, Te, Po 및 이들의 합금으로 이루어진 군에서 선택되는 1종을 포함하는 단층 또는 다층박막인 것이 바람직하고, Si을 포함하는 단층 또는 다층박막인 것이 더 바람직하다. 금속층 또는 준금속층은 스퍼터링법, 화학기상증착법 및 물리기상증착법으로 이루어진 군에서 선택되는 1종으로 형성하는 것이 바람직하다.
본 발명의 컬러층의 제조방법은 기재층 상에 금속층 또는 준금속층을 형성하는 단계 전에, 기재층을 진공전처리하는 단계; 및 진공전처리한 기재층 상에 스퍼터링법으로 알루미늄층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.
기재층을 진공전처리하는 단계에서는 플라즈마 진공전처리를 수행하는 것이 바람직하다. 플라즈마 진공전처리는 기재층의 표면 에너지를 향상시켜 후공정에서 형성되는 막과 모재의 밀착성을 증대시키게 한다. 보다 상세하게 설명하면, 높은 에너지 상태를 가진 아르곤 이온과 전자의 충격으로 인해 표면의 약한 경계층은 제거되고 표면이 활성화되므로, 후공정에서 형성되는 막과 모재의 밀착성을 증대시키게 되는 것이다
플라즈마 진공전처리는 Ar, N2O, O2 및 HMDSO(Hexamethyldisiloxane)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 50 내지 700SCCM의 유량으로 주입하여 챔버 내 진공도를 1×10-3 내지 5×10-2 Torr로 유지하고, 플라즈마 전극 사이에 파워를 1 내지 20㎾로 인가하고 캐소드 전압을 2,000 내지 5,000V로 인가하고 30 내지 300초 동안 수행하는 단계인 것이 바람직하다. 이때, Ar, N2O, O2 및 HMDSO로 이루어진 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 플라즈마 전극 사이의 배관을 통해 골고루 주입되도록 위치시키고, 플라즈마 파워는 AC 파워, RF 플라즈마 파워, DC 파워 및 펄스 DC 파워로 이루어진 군에서 선택되는 1종인 것이 바람직하다. 플라즈마 진공전처리는 상기에 기술한 방법 외에 이온빔 소스를 이용하여 진공전처리하는 방법도 이용할 수 있다.
진공전처리한 기재층 상에 스퍼터링법으로 알루미늄층을 형성하는 단계는, 직류 글로우방전을 이용하고, 음극에 타겟, 양극에 플라즈마 전처리된 모재를 회전하는 지그에 위치시킨 상태에서 수행하는 것이 바람직하다. 챔버 내 Ar을 주입하여 진공도를 1×10-3 내지 1×10-2Torr로 유지하고, 알루미늄 타겟이 장착된 캐소드에 300 내지 800V의 직류전압을 인가하여 수행하는 것이 바람직하다.
이어서, 본 발명의 컬러층의 제조방법은 금속층 또는 준금속층 상에 플라즈마를 확산시켜 컬러층을 형성하는 방법을 포함한다. 플라즈마는 Ar 플라즈마, N2 플라즈마, C2H2 플라즈마, CH4 플라즈마 및 O2 플라즈마로 이루어진 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상인 것이 바람직하다. 플라즈마 확산이 균일하게 이루어지도록 제품 치구는 공자전하는 구조가 바람직하며, 진공도와 플라즈마 가스 주입량과 제품지그 구동범위, 플라즈마 파워와 확산시간 등을 제어하는 것이 바람직하다. 필요시 제품을 가열하거나 바이어스 파워를 연결하여 플라즈마 확산공정을 가속화할 수 있다.
플라즈마의 확산을 이용한 컬러층의 제조방법은, 3차원적인 곡면 형상에 대해서 기존 반응성 스퍼터링 공정 혹은 증발법으로는 균일한 박막을 얻을 수 없는 문제를 극복하여, 금속 표면층으로 골고루 확산시켜 균일한 칼라 코팅층을 얻을 수 있다.
컬러층의 구현 색상 별로 금속층, 플라즈마를 하기 표 1에 나타낸다.
금속층 플라즈마 가스 컬러 박막 색상
Ti N2 TiN 옐로우(Yellow)
CH4 TiC 그레이(Gray)
N2+CH4 TiCN 브론즈(Bronze)
TiCxNy 골든 레드(Golden Red)
O2 TiO 옐로우
TiO2 와이트(white)
Ti2O3 바이올렌(Violet)
Ni CH4 Ni3C 다크 그레이(Dark Gray)
O2 NiO 그레이-블랙(Gray-black)
Cr CH4 Cr3C2 그레이
O2 CrO 블랙(black)
CrO2 브론즈 블랙(Brown Black)
Cr2O3 그린(Green)
Si CH4 SiC 블랙(Black)
Zr CH4 ZrC 그레이(Gray)
N2 ZrN 옐로우 브론즈(Yellow Brown)
TiAl N2 TiAlN 다크 블루(Dark blue)
TiZr N2 TiZrN 골든(Golden
여기서, 컬러층 상에 상기 컬러층과 서로 다른 색을 갖는 컬러층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 컬러층의 제조방법은 상술한 컬러층 형성방법 외에 이온빔소스(Ion Beam Source)을 설치하여 상기 반응성 가스 이온빔 에너지를 통해서 금속 표면 확산 공정으로도 컬러층을 형성시키는 공정을 포함할 수 있다.
이어서, 본 발명의 컬러층의 제조방법은 컬러층 상에 플라즈마 보강 화학기상증착(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition: 이하 PECVD라 한다)법 또는 플라즈마 확산법으로 보호층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 보호층은 컬러층과 함께 반사율과 휘도가 뛰어나며 공기 속에 존재하는 수분이나 염분에 약한 알루미늄층을 보호하기 위하여 형성된다. 보호층으로 인해 알루미늄층의 반사율과 휘도와 수명이 저하되는 것을 방지한다.
보호층은 PECVD법 중에서 저온 PECVD으로 형성되는 것이 바람직하다. 저온 PECVD은 플라즈마 영역 내에 Si-O-C-H 성분의 가스를 주입하여 플라즈마의 높은 에너지 내에서 보호층을 코팅하는 공정이다. 저온 PECVD법을 수행할 때, Ar, N2O, O2 및 Si-O-C-H 성분의 HMDSO로 이루어진 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 50 내지 700SCCM의 유량으로 주입하여 1×10-3 내지 5×10-2 Torr의 진공을 유지시키고, 플라즈마 전극 사이에 AC 파워를 1 내지 10㎾로 인가하여 30 내지 300초 동안 공정을 수행하여 SiOx을 형성하는 것이 바람직하다.
여기서, 보호층이 플라즈마 확산법으로 형성할 경우, 실리콘층 상에 O2 플라즈마를 이용하여 Si 표면으로 산소를 침투시켜 보호막을 코팅할 수 있다.
본 발명의 컬러층의 제조방법으로 제조된 컬러층은 내열성 및 내마모성이 우수하다. 본 발명의 컬러층의 제조방법은 청정 생산 공정을 기술 개발하여 클린공정으로 유해물질의 사용을 최소화하였다. 본 발명의 컬러층의 제조방법은 습식표면화학처리인 기존 유기도료 경화 코팅 분야를 대체할 수 있는 청정 신기술로 도료공정에 비해 표면상태가 양호하고 광특성이 우수하며, 제품의 불량율이 낮고 공정을 단순화시킬 수 있다. 본 발명의 컬러층의 제조방법은 제품의 품질을 향상시켜 제품의 고부가가치화 및 경쟁력 확보가 가능하다. 이에 따라, 본 발명의 컬러층의 제조방법은 친환경 생산, 시장 선점 및 수입 대체 효과와 더불어 환경유해물질에 대한 국제적인 규제를 극복함으로써 장비의 국산화 및 수출확대를 통한 국제시장을 공략 가능하다. 또한, 본 발명의 컬러층의 제조방법이 휴대폰 외장재, 자동차 내외장재, 전자제품의 외장재 분야에 널리 응용가능하다.

Claims (19)

  1. 기재층을 제공하는 단계;
    상기 기재층 상에 금속층 또는 준금속층을 형성하는 단계; 및
    상기 금속층 또는 준금속층에 플라즈마를 확산시켜 컬러층을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 기재층 상에 금속층 또는 준금속층을 형성하는 단계 전에,
    상기 기재층을 진공전처리하는 단계; 및 상기 진공전처리한 기재층 상에 스퍼터링법으로 알루미늄층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 컬러층의 제조방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 기재층은 ABS(acrylonitrile-butadiene-styrene), PC(polycarbonate), BMC(bulk moulding compound), PBT(polybutylene terephthalate), PPC(chlorinated polypropylene), 마그네슘, 알루미늄, 스테인레스 스틸 및 이들의 합금으로 이루어진 군에서 선택되는 1종을 포함하는 것을 특징으로 하는 컬러층의 제조방법.
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 기재층을 진공전처리하는 단계는,
    Ar, N2O, O2 및 HMDSO로 이루어진 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 50 내지 700SCCM의 유량으로 주입하여 챔버 내 진공도를 1×10-3 내지 5×10-2 Torr로 유지하고,
    플라즈마 전극 사이에 파워를 1 내지 20㎾로 인가하고 캐소드에 전압을 2,000 내지 5,000V로 인가하고 30 내지 300초 동안 수행하는 단계인 것을 특징으로 하는 컬러층의 제조방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 파워는 AC 파워, RF 플라즈마 파워, DC 파워 및 펄스 DC 파워로 이루어진 군에서 선택되는 1종인 것을 특징으로 하는 컬러층의 제조방법.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 Ar, N2O, O2 및 HMDSO로 이루어진 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상은 사각판형 타입의 이온빔 소스로 공급되는 것을 특징으로 하는 컬러층의 제조방법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 진공전처리한 기재층 상에 스퍼터링법으로 알루미늄층을 형성하는 단계는,
    Ar을 주입하여 챔버 내 진공도를 1×10-3 내지 1×10-2Torr로 유지하고,
    알루미늄 타겟이 장착된 캐소드에 300 내지 800V의 직류전압을 인가하여 수행하는 단계인 것을 특징으로 하는 컬러층의 제조방법.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 금속층 또는 준금속층을 형성하는 단계는 스퍼터링법, 화학기상증착법 및 물리기상증착법으로 이루어진 군에서 선택되는 1종으로 형성하는 단계인 것 특징으로 하는 컬러층의 제조방법.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 금속층은 Al, Ti, Cr, Ni, Cu, Mn, Sn, Zn, In, Ag, Zr, Mg, SUS 및 이들의 합금으로 이루어진 군에서 선택되는 1종을 포함하는 단층 또는 다층박막인 것을 특징으로 하는 컬러층의 제조방법.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 준금속층은 Si, Ge, As, Sb, Te, Po 및 이들의 합금으로 이루어진 군 에서 선택되는 1종을 포함하는 단층 또는 다층박막인 것을 특징으로 하는 컬러층의 제조방법.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 플라즈마는 Ar 플라즈마, N2 플라즈마, C2H2 플라즈마, CH4 플라즈마 및 O2 플라즈마로 이루어진 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상인 것을 특징으로 하는 컬러층의 제조방법.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 플라즈마를 확산시켜 컬러층을 형성하는 단계는 공자전 구동부 제품 치구를 이용하는 것을 특징으로 하는 컬러층의 제조방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 플라즈마를 확산시켜 컬러층을 형성하는 단계는 가열장치와 바이어스 파워가 연결된 상태에서 수행되는 것을 특징으로 하는 컬러층의 제조방법.
  14. 청구항 1에 있어서,
    상기 금속층 또는 준금속층에 플라즈마를 확산시켜 컬러층을 형성하는 단계 후에,
    상기 컬러층 상에 상기 컬러층과 서로 다른 색을 갖는 컬러층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 컬러층의 제조방법.
  15. 청구항 1에 있어서,
    상기 금속층 또는 준금속층에 플라즈마를 확산시켜 컬러층을 형성하는 단계 후에,
    상기 컬러층 상에 플라즈마 보강 화학기상증착법(PECVD) 또는 플라즈마 확산법으로 보호층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 컬러층의 제조방법.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 보호층을 PECVD로 형성하는 단계는,
    Ar, N2O, O2 및 HMDSO로 이루어진 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 50 내지 700SCCM의 유량으로 주입하여 챔버 내 진공도를 1×10-3 내지 5×10-2 Torr로 유지하고,
    플라즈마 전극 사이에 AC 파워 혹은 RF 파워를 1 내지 10kW로 인가하여 30 내지 300초 동안 수행하는 것을 특징으로 하는 컬러층의 제조방법.
  17. 청구항 1 기재의 방법으로 제조된 자동차 내외장재.
  18. 청구항 1 기재의 방법으로 제조된 휴대폰 외장재.
  19. 청구항 1 기재의 방법으로 제조된 전자제품 외장재.
KR1020080078963A 2008-08-12 2008-08-12 컬러층의 제조방법, 상기 제조방법으로 제조된 자동차 내외장재, 휴대폰 외장재, 전자제품 외장재 KR100887725B1 (ko)

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