KR101559785B1 - 미세패턴을 갖는 가전제품 및 가전제품용 미세패턴을 구비하는 구조물의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 소정의 글자나 문양을 표시하기 위한 미세패턴을 구비하는 가전제품 및 그러한 미세패턴을 포함하는 구조물의 제조방법에 관한 것으로서, 상세하게는 소정의 문양이나 글자를 보다 효과적으로 표시할 수 있는 방법에 관한 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 본체와; 상기 본체의 내부 또는 외부에 설치되는 소정의 구조물과; 상기 구조물에 소정의 글자를 표현하거나 소정의 문양을 표시하기 위하여 외부에서 입사되는 빛을 소정의 색상을 갖는 빛으로 변환시키는 미세패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 가전제품을 제공하고 있다.

스탬퍼, 미세패턴, 구조물

Description

미세패턴을 갖는 가전제품 및 가전제품용 미세패턴을 구비하는 구조물의 제조방법{An appliance comprising a micro pattern and a production method for a structure comprising a micro pattern for the appliance}

본 발명은 미세패턴을 갖는 가전제품 및 가전제품용 미세패턴을 구비하는 구조물의 제조방법에 관한 것으로서, 상세하게는 가전제품 방향으로 입사되는 빛을 이용하여 소정의 문양이나 글자를 표시할 수 있게 함으로써 가전제품의 장식효과를 제고하며, 그러한 문양이나 글자를 보다 용이하고 경제적으로 표시할 수 있는 발명에 관한 것이다.

냉장고나 공기조화기 또는 조리기기와 같은 가전제품의 경우, 종래에는 기능성만을 강조하여 그 외관에 별도의 무늬나 글자와 같은 장식부재를 표시하는 것이 드물었다.

그러나, 소비자의 구매수준이나 미적감각이 높아짐에 따라서 가전제품도 생활의 편리성을 제공하는 하나의 기능적 제품이라는 이미지를 넘어서서 실내를 장식하는 인테리어의 연장선상에서 바라보는 경향이 대두되었다.

이에 따라 최근에는 가전제품의 외관에 아름다운 문양이나 글자를 형성함으 로써 이와 같은 추세를 반영하게 되었다.

일반적으로 플라스틱 수지가 재료가 되는 가전제품의 외관에 문양이나 글자를 형성하기 위한 방법으로서는 실크스크린이 사용되었다. 실크스크린을 사용하여 문양이나 글자를 형성하는 방법은 아래와 같다.

즉, 소정의 문양이나 글자 형태의 홈을 포함하고 있는 스크린 위에 잉크가 묻어 있는 메쉬를 얹어 놓고, 마스크 하면에는 가전제품의 외면을 구성하는 소정의 수지재료를 놓는다.

그 상태에서 메쉬를 소정의 누름부재로 누르면서 전후좌우방향으로 진행시키면 메쉬에 있던 잉크가 스크린에 형성된 문양이나 글자형태의 홈을 통과하여 수지재료 위에 부착된다.

그리고, 이와 같은 과정을 수회 내지 수십회 반복함으로써 원하는 문양이나 글자가 수지물에 전사될 수 있도록 하는데, 이처럼 수회 내지 수십회의 반복이 필요하다는 문제점 및 실크스크린에 의하여 구현할 수 있는 글자나 문양의 모양이 제한된다는 문제점이 있었다.

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 가전제품의 외관 또는 내부에 형성시키는 글자나 문양을 보다 신속하고 경제적인 방법으로 만들 수 있는 발명을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 가전제품에 입사되는 빛에 의하여 가전제품에 형성된 글자 또는 문양 의 표면에서 복수개의 색상을 띠는 빛이 나타나게 함으로써 제품의 심미감을 제고할 수 있는 발명을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 본체와;

상기 본체의 내부 또는 외부에 설치되는 소정의 구조물과;

상기 구조물에 소정의 글자를 표현하거나 소정의 문양을 표시하기 위하여 외부에서 입사되는 빛을 소정의 색상을 갖는 빛으로 변환시키는 미세패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 가전제품을 제공한다.

상기 미세패턴은 외부에서 입사되는 빛을 굴절시켜 총천연색의 빛으로 변환시킬 수 있도록 상기 구조물의 표면에 복수개가 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 입사되는 빛 중 가시광선을 굴절시킬 수 있도록 상기 미세패턴간의 간격은 20nm~2μm로 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 미세패턴의 외면에 증착되어 소정의 문양이나 글자가 외부에서 인식될 수 있도록 하는 금속층을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 금속층의 외면에 증착되어 상기 미세패턴을 보호하는 보호코팅층을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 보호코팅층은 투명재질로 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 구조물의 표면은 곡면을 포함하며, 상기 미세패턴은 상기 곡면에 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 본체는 냉장고 본체로 구성되되, 상기 본체에 설치되는 수납저장함을 더 포함하고,

상기 구조물은 상기 수납저장함의 전면에 설치되는 표시부재 또는 장식부재를 구성하는 것을 특징으로 한다.

상기 구조물은 상기 가전제품의 외면을 구성하는 전면패널을 구성하며,

상기 미세패턴은 상기 전면패널에 형성되되 복수의 색상을 띠는 빛을 포함하는 소정의 문양 또는 그림을 구성하도록 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 가전제품은 냉장고 또는 공기조화기의 실내기 또는 조리기기 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

본 발명은 가전제품의 본체외부 또는 본체 내부에 마련되는 구조물에 형성되어 소정의 문양 또는 글자를 표시하기 위하여 외부에서 입사되는 빛을 변환시키는 가전제품용미세패턴 구비하는 구조물을 제조하는 방법에 있어서,

(a) 제1금형부와 제2금형부 사이에 배치되어 소정의 미세패턴이 형성되는 스탬퍼를 고정시키는 스탬퍼 고정단계와;

(b) 상기 스탬퍼를 가열하는 스탬퍼 가열단계와;

(c) 상기 제1금형부와 상기 제2금형부 사이에 밀폐된 캐비티가 형성되도록 상기 제1,2금형부를 밀착시키는 금형부 이동단계와;

(d) 상기 제1,2금형부 사이의 캐비티로 용융수지를 유입시키는 수지유입단계와;

(e) 상기 수지 유입단계 종료 후 제1,2금형부 및 상기 스탬퍼를 냉각시키는 냉각단계와;

(f) 상기 스탬퍼의 미세패턴이 모사된 구조물을 이형시킬 수 있도록 상기 제1,2금형부를 이격시키는 금형부 이격단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 가전제품용 미세패턴을 구비하는 구조물의 제조방법을 제공한다.

상기 스탬퍼 고정단계는 상기 진공 흡착방법에 의하여 상기 스탬퍼를 상기 제1금형부 또는 제2금형부 중 어느 하나에 고정시키는 것을 특징으로 한다.

상기 스탬퍼 고정단계는 상기 제1금형부 또는 제2금형부중 어느 하나에 마련되는 소정의 고정클램프에 의하여 수행되는 것을 특징으로 한다.

상기 스탬퍼 가열단계는 상기 수지유입단계 이전에 상기 스탬퍼의 표면온도를 상기 수지의 유리전이 온도 이상으로 상승시키는 것을 특징으로 한다.

상기 스탬퍼의 가열단계는 상기 스탬퍼가 부착된 제1금형부 또는 제2금형부중 어느 하나에 내장된 히터를 동작시켜 수행하는 것을 특징으로 한다.

상기 스탬퍼의 냉각단계는 상기 스탬퍼가 부착된 상기 제1금형부 또는 제2금형부 중 어느 하나와 연결되어 배치되는 냉각금형을 그 연결된 금형부와 접촉시켜서 수행하는 것을 특징으로 한다.

상기 미세패턴에 의한 문양 또는 글자가 인식될 수 있도록 금속물질을 증착하는 단계와;

상기 금속증착층 상면에 보호코팅을 입히는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명에 의하여 가전제품의 외관 또는 내부에 형성시키는 글자 나 문양을 보다 신속하고 경제적인 방법으로 만들 수 있게 된다.

또한, 가전제품에 입사되는 빛에 의하여 가전제품에 형성된 글자 또는 문양의 표면에서 복수개의 색상을 띠는 빛이 나타나게 함으로써 제품의 심미감을 제고하는 효과도 있다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 알아보기로 하겠다.

도1에서는, 본 발명에 의한 미세패턴을 포함하는 구조물을 제작하는 공정에 대하여 알아보기로 하겠다.

도1(a)에서 개시된 바와 같이, 우선 원하는 미세패턴을 전사시키기 위한 스탬프를 제작하는 공정이 선행되어야 하는데, 이를 위하여 소정의 평면기판(120)위에 감광액(130)을 도포한다. 그리고, 도1(b)에서 개시된 바와 같이, 소정의 패턴이 그려진 마스크(140)를 상기 평면기판(120)위에 배치하고, 상기 마스크(140)의 상면 부분에서 노광을 시킨다.

그렇게 되면, 도1(c)에서 도시한 것처럼, 상기 평면기판(120)의 상면에는 상기 마스크(140)에 프린트된 패턴에 대응되는 패턴(160)이 형성된다.

여기서 패턴(160)은 나노크기 또는 마이크로 크기의 미세패턴으로 구성되는 것이 바람직하다.

그리고, 도2(a)에서 개시된 바와 같이, 스탬퍼 제작을 위해 필요한 도금을 위하여 기판(120)과 패턴(160) 위에 일정 두께의 금속 씨앗층(Seed layer)(170)를 도포하고, 도2(b)에서 개시된 바와 같이, 금속씨앗층(170)이 도포된 미세 패턴 위에 이들을 덮는 니켈(Ni)이나 구리(Cu)와 같은 구조물을 도금(electroforming)공정을 통하여 형성하고, 이후 도2(c)와 같이 그 도금구조물을 상기 기판으로부터 떼어내면 소정의 패턴을 스탬퍼(190)가 제작되는 것이다.

여기서 상기 스탬퍼(190)는 그 몸체를 구성하는 스탬퍼몸체부(190a)와, 그 스탬퍼 몸체부(190a)의 표면에 마련되어 상기 기판(120)의 패턴(160)이 모사되는 형태의 미세패턴(190b)과, 상기 미세패턴들 사이에 형성되는 소정의 공간부(190c)를 포함하고 있다.

이와 같은 스탬퍼의 제작공정을 LIGA(Lithographie, Galvanoformug, Abformung in German) 공정이라고 한다.

한편, 이하에서는 위 LIGA공정과 다른 방법으로 스탬퍼를 제작하는 AAOAnodized Aluminum Oxide) 공정에 대하여 알아보기로 하겠다.

우선 금속재질의 스탬퍼를 마련하기 위한 스탬퍼의 제작과정을 보면, 도3a에서 개시된 바와 같이, 소정의 기판(300)위에 알루미늄(Al)과 같은 금속(400)을 5~10μm 증착시킨 후에, 도3b에서 개시된 바와 같이, 전해연마(Electropolishing) 공정을 통하여 표면조도(roughness)를 바람직하게는 3~5nm이하로 조절한다.

다음으로 도3c에서 도시된 바와 같이 제1차 양극산화단계와 도3d에서 도시한 바와 같은 식각단계 및 도3e에서 도시한 바와 같은 2차 양극산화단계를 실행하여 일정한 크기의 피치 또는 반지름을 갖는 나노크기 또는 마이크로 크기의 패턴(410) 또는 홀이 규칙적으로 분포하는 금속산화물로 이루어지는 스탬퍼가 마련되는 것이 다.

각 단계를 구체적으로 알아보면, 도3c에서 도시된 바와 같은 1차 양극산화를 진행하면 알루미늄층(400)의 일부가 전해제와 접촉하여 알루미나(Al₂O₃)(400')로 변화하고, 소정 깊이를 갖는 미세패턴(410)이 형성된다.

다음으로 도3d에서 도시된 바와 같은 식각공정을 수행하여 제1차 양극산화공정에 의하여 생성된 알루미나를 제거하면 도시된 바와 같이 기판(300)의 상면에는 알루미늄(400)만이 잔류한다.

다음으로, 도3e에서 도시된 바와 같이, 2차 양극산화단계를 실행하면 알루미늄이 알루미나(440)로 변화한다. 이 과정에서 미세패턴(420)을 기판(300)의 표면에 근접하는 깊이를 가지도록 하고, 그 폭을 넓힌다.

이 과정에서 상기 미세패턴(420)과 기판(300) 사이에는 양극산화 과정에서 형성되는 부산물로 이루어진 장벽층(430)이 형성된다.

이러한 장벽층(430)을 산용액을 이용하여 제거하면 미세패턴(420)을 갖는 스탬퍼가 제작되는 것이다.

그리고, 도3g와 같이 상기 미세패턴 위에 이들을 덮는 니켈(Ni)이나 구리(Cu)와 같은 구조물(500)을 도금(electroforming)공정을 통하여 형성하고, 이후 7h와 같이 그 도금구조물(500)을 상기 기판으로부터 떼어내면 소정의 미세패턴(500b)을 가지고 내구성을 가진 스탬퍼(500)가 제작되는 것이다.

이와 같이, AAO방법은 정확하고 재현가능한 제어가 가능하며, 단순하면서도 저렴하게 원하는 패턴을 갖는 스탬퍼를 제작할 수 있게 된다.

한편, 상술한 상기 LIGA공정이나 AAO공정에 의하여 스탬퍼를 제작하는 경우, 패턴의 피치를 조절함으로써 그러한 패턴에 전사되는 소정의 구조물에서 일종의 홀로그램 현상이 나타나도록 할 수 있다.

즉, 상기 미세패턴(500b)이 모사된 구조물이 가전기기에 설치되어 사용자가 외부에서 그 부분을 바라볼때, 바라보는 방향에 따라 그 표면의 색상이 변하게 됨으로써 홀로그램 효과를 구현할 수 있는 것이다.

이와 같은 현상이 나타날 수 있는 이유는 후술하기로 하겠다.

이하에서는 이와같은 공정에 의하여 만들어진 스탬퍼를 이용하여 홀로그램 효과가 있는 미세 패턴을 가진 구조물을 제작하는 과정에 대하여 알아보기로 하겠다.

이러한 방법들에는 핫스탬핑 또는 사출성형 등이 있지만, 이하에서는 신속한 제품의 제작이 가능한 사출성형에 대하여 알아보기로 하겠다.

도4에서 개시된 바와 같이, 본 발명에 의한 미세패턴을 구비하는 스탬퍼를 사용하는 사출장치(1)의 구성은 다음과 같다.

우선 상기 사출장치에는 제1금형부(10)와, 제2금형부(20)를 포함하며, 상기 제1금형부(10) 내부에는 용융수지가 유입되는 공간을 형성하는 캐비티(11)가 형성된다.

여기서 상기 제1금형부(10)의 내부에는 사출성형시 수지가 응고되지 않도록 제 1 히터(13)와 같은 가열장치 및 냉각수가 유동하는 냉각수 유로(12)가 내장되는 것이 바람직하다.

상기 제2금형부(20)는 그 내부에 상기 제2금형부(20)의 온도를 가열시킬 수 있는 제2히터(22)가 마련되어 있으며, 상기 제2히터(22)의 후방에는 상기 제2금형부(20)을 냉각시킬 수 있는 냉각금형(30)이 마련된다.

상기 냉각금형(30)은 상기 제2금형부(20) 내부에 마련되는 별도의 수용부(25)에 이동가능하게 배치되며, 상기 수용부(25) 내부에는 상기 냉각금형(30)의 이동을 안내하는 가이드부재(40)가 마련된다.

상기 냉각금형(30)과 상기 제2금형부(20)에는 각각 전자석(35)과 영구자석(59)이 배치되는데, 이와 같이 전자석(35)과 영구자석(59)을 배치하고, 전자석(35)에 일정한 전류를 걸어주게 되면, 전자석(35)과 영구자석(59) 사이에 인력 또는 척력이 발생하게 되며, 인력이 발생하게 되면, 냉각금형(30)과 제2금형부(20)가 접하게 되며, 상기 제2금형부(20)가 냉각된다.

상기 냉각금형(30) 내부에는 냉각수가 흐를 수 있는 냉각수 유로(33)가 마련되어, 제2금형부(20)의 냉각이 필요한 경우 상기 냉각수 유로(33)로 냉각수를 유입시키면 상기 제2금형부(20) 및 후술할 스탬퍼(190,500)의 온도가 급속도로 냉각되고, 이로 인하여 상기 제1,2금형부(10,20) 내부에 충진되는 수지가 응고되어 성형물이 형성되는 것이다.

상기 제1금형부(10)의 일측에는 상기 제1금형부(10)를 지지하는 제1금형지지블록(58)이 마련되고, 상기 제1금형지지블록(58)과 일정간격 이격된 부분에는 상기 제2금형부(20)를 지지하는 제2금형지지블록(60)이 마련된다.

상기 제2금형부(30)의 후방에는 상기 제2금형지지블록(60)에서 돌출되어 상 기 제2금형부(20)를 상기 제1금형부(10)로 이동시키거나 제1금형부(10)로부터 이격시키는 금형이동부(38)가 마련된다.

상기 제1금형지지블록(58)의 일측에는 용용수지를 상기 제1금형부(10)방향으로 이동시키는 수지공급장치(80)가 마련되고, 상기 수지공급장치의 상부에는 용융수지가 수용되는 호퍼(70)가 마련된다.

이때, 상기 호퍼(70)의 출구 부분에서 상기 제1금형부(10)까지 용융수지를 안내하도록 상기 수지공급장치(80)와 상기 제1금형지지블록(60) 및 상기 제1금형부(10)를 관통하는 수지유로(82)가 마련되며 수지유로(82)에는 용융수지를 제1금형부(10)로 급속하게 이동시키는 스크류(83)가 배치되는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 제1,2금형지지블록(58,60) 및 상기 수지공급장치(80)의 하부에는 이들을 지지하는 베이스블록(84)이 마련된다.

한편, 상기 제2금형부(20)의 일측에는 상기 스탬퍼(190,500)가 장착될 수 있는 스탬퍼장착부(23)가 마련되며, 상기 스탬퍼장착부(23)의 후방에는 스탬퍼(190,500)를 진공흡착방법으로 흡착할 수 있도록 흡착공간(24)이 마련된다.

그리고, 상기 흡착공간(24)의 일측에는 상기 진공이 형성되도록 소정의 컴프레셔(미도시)와 연결되는 진공유로(24a)가 마련된다.

한편, 상기 스탬퍼 부착부(23)의 근처에는 상기 스탬퍼(190, 500)를 고정시킬 수 있는 고정클램프(26)가 마련되어 있다.

본 도면에서 스탬퍼의 미세패턴(190b,500b)은 이를 명확하게 나타내기 위하여 크게 그렸으나, 실제적으로는 육안으로는 식별되지 않는다.

상기 스탬퍼(190,500)는 일반적으로 니켈 등과 같은 금속재료로 구성되기 때문에 사출성형시 사용되는 용융수지보다 그 표면온도가 현저하게 낮은 것이 일반적이다.

따라서, 상대적으로 낮은 온도의 스탬퍼(190)와 높은 온도의 용융수지가 접촉하게 되는 경우에, 미세패턴(190b,500b)이 성형물에 완전하게 패터닝 되기 전에 굳어버리는 문제점이 있기 때문에 상기 스탬퍼(190,500)를 수지를 구성하는 중합체의 유리전이온도이상으로 유지해야할 필요성이 생긴다.

여기서 유리전이온도란 고분자 물질이 온도에 의하여 활성을 가지며 움직이기 시작하는 시점을 의미하며, 유리전이 온도 이하가 되면 고분자의 수지가 고체상태가 되고 유리전이 온도 이상이 되면 고무와 같이 유동성이 있는 물질로 변하다가 궁극적으로 액상상태가 된다.

따라서, 액상상태의 수지가 스탬퍼(190,500)와 접촉함으로서 그 수지에 의하여 형성되는 사출물에 스탬퍼에 형성된 미세패턴과 동일한 패턴이 정확하게 형성되기 위해서는 수지의 액상상태가 소정시간동안 유지되어야 한다. 따라서, 그 시간동안에는 상기 스탬퍼의 표면온도가 유리전이온도 상태가 되어야 하는 것이다.

한편, 상기 사출장치의 베이스블록(84) 부분에는 온도제어장치(85)가 마련된다.

특히, 상기 제2금형부(20)에 마련되는 냉각금형(30) 및 제2히터(22)는 상기 스탬퍼(9)의 급속가열 및 급속냉각을 수행하는 것이 주목적이므로, 상기 온도제어장치(85)는 상기 스탬퍼(190) 표면의 급속온도 조절을 위주로 그 역할을 수행하게 되는 것이다.

본 발명의 제1실시예에 의하여 상기 미세패턴(190b)이 형성된 스탬퍼(190,500)를 이용하여 그러한 미세패턴이 전사되어야 하는 구조물을 사출성형하는 경우에 대하여 알아보기로 하겠다.

도5에서 개시된 바와 같이, 우선 상기 미세패턴(190b,500b)이 형성되는 스탬퍼(190,500)를 상기 제2금형부(20)의 스탬퍼 부착부(23)에 장착한다.

그리고, 상기 컴프레셔(미도시)를 구동시키면, 상기 진공공간(24)에 진공상태가 형성되어 상기 스탬퍼(190,500)가 상기 제2금형부(20)에 고정된다.

그리고 상기 고정클램프(26)을 움직여 상기 스탬퍼(190,500)의 단부를 고정시켜 상기 스탬퍼(190,500)의 위치가 변경되지 않도록 방지한다.

그 후, 별도의 조작버튼을 입력하여 상기 스탬퍼(190,500)의 표면온도와 상기 제1,2금형부(10,20)가 일정온도 이상이 되도록 명령하면, 상기 제1,2 히터부(13,22)에 전류가 흘러 열저항에 의하여 상기 제1,2금형부(10,20)가 가열되고, 아울러 상기 스탬퍼(190,500) 또한 가열되어 일정온도 이상이 된다.

상기 스탬퍼(190,500)가 일정한 온도, 예를 들면 유리전이온도까지 도달하는 시간은 히터가 작동된 직후부터 1분 정도 소요되는 것이 보통이다.

이때, 상기 전자석(35)에는 일정한 전류가 흘러서 상기 영구자석(28)과 전자석 사이에 척력이 발생하기 때문에 상기 제2금형부(20)와 상기 냉각금형(30)이 이격상태를 유지하게 된다.

이와 같이 제2금형부(20)와 상기 냉각금형(30)이 이격상태를 유지하고, 상기 제1,2금형부(10,20)과 상기 스탬퍼(190,500)가 가열된 상태를 유지하면서, 도5에서 개시된 바와 같이, 상기 제2금형부(20)가 상기 제1금형부(10) 방향으로 이동하여 양자가 결착하게 되면, 상기 제1금형부(10)와 상기 스탬퍼(190,500) 사이에 사출물 형태의 밀폐된 캐비티(11)가 형성된다.

도6에서 개시된 바와 같이, 상기 제1,2금형부(10,20)가 밀착되어 밀폐 캐비티(11)를 형성한 상태에서 상기 수지유로(82) 내의 상기 스크류(83)의 작동을 통하여 용융수지(R)가 상기 캐비티(11) 내부로 유입되어 상기 캐비티(11) 내부를 충진시키고, 상기 용융수지(R)는 상기 스탬퍼(190,500)의 미세패턴(190b,500b)의 사이사이에 유입되어 상기 미세패턴(190b,500b)을 그대로 모사하게 된다.

이후, 상기 제1,2 히터(13,22)의 작동을 정지시키고, 상기 전자석(35)과 영구자석(59) 사이에 인력을 발생시키면, 상기 냉각금형(30)이 상기 제2금형부(20)에 접하게 된다.

동시에 상기 냉각금형(30)의 냉각수 유로부(33)와 상기 제1금형부(10)의 냉각수유로부(12)에 냉각수가 유입되면 상기 제1,2금형부(10,20) 및 상기 스탬퍼(190)가 냉각되고, 이에 따라서 상기 캐비티(11)에 충진된 수지가 고화된다.

이후, 도7에서 개시된 바와 같이, 상기 제2금형부(20)를 상기 제1금형부(10)와 이격시키면 상기 개방된 캐비티(11) 에는 상기 스탬퍼(190,500)의 미세패턴부(190b,500b)가 패터닝된 고정의 구조물(700)이 얻어지게 되는 것이다.

여기서, 상기 구조물(700)은 몸체부(700a)와, 상기 몸체부(700a)로부터 돌출되어 상호 이격되어 형성되는 미세패턴(700b)을 구비한다.

이와 같이 상기 구조물(700)에 상기 미세패턴(700b)을 형성하는 이유는 상기 구조물(700)의 전방측에서 상기 구조물(700)방향으로 향하는 빛의 굴절 및 간섭현상을 일으킴으로써 상기 구조물(700)의 외면상에서 홀로그램효과를 구현하기 위함이다.

한편, 상기 스탬퍼(190,500)에서 미세패턴(190b,500b)의 간격을 조절하여 상기 구조물(700)에 형성되는 미세패턴(700b)의 간격을 넓히거나 좁히면 빛의 경로가 바뀌게 된다.

이에 따라 상기 구조물(700)의 미세패턴(700b)상에서 굴절 및 간섭되는 빛의 파장도 바뀌어 색상이 변하게 되는 것이다.

상술한 과정에 의한 광원커버부재의 제작방법을 간략하게 설명하면 다음과 같다. 즉, 도8에서 도시한 바와 같이, 우선 사출성형을 위한 명령이 입력되면 제2금형부에 마련된 진공공간에 진공상태가 형성되어 스탬퍼가 진공압착이 되는 동시에 고정클램프의 고정작용에 의하여 스탬퍼가 제2금형부에 고정된다(S100).

상기 제1금형을 제1히터를 이용하여 가열하고(S101), 한편 스탬퍼의 온도가 올라가도록 상기 온도조절장치가 구동되는데(S102) 이때 제2히터도 작동을 하여 상기 제2금형부와 상기 스탬퍼가 가열된다.

이때, 상기 냉각금형은 상기 제2금형이 이격된 상태를 유지하고 있어서, 상기 제2히터의 열이 상기 스탬퍼로 방해받지 않고 전달될 수 있도록 한다.

그 상태에서 상기 제2금형부가 이동하여 상기 제1금형부와 결착되고(S103), 그 상태에서 상기 스탬퍼의 온도가 수지의 유리전이온도(Tg) 미만인지 확인하여 미 만이라고 판단되면, 계속적으로 상기 스탬퍼로 열이 전달되도록 하고, 유리전이온도(Tg) 이상이라고 판단되면(S104), 온도조절장치를 정지시켜 상기 스탬퍼로의 열공급을 중단하고(S105) 수지를 캐비티 내부로 공급한다(S108).

이는 상기 스탬퍼로의 열공급이 중단되어 상기 스탬퍼에 남아있는 잔류열에 의하여 수지의 유동성이 확보되기 때문이고, 일반적으로 사출성형에 의하여 수지가 유입되고 고화되는 시간이 비교적 짧기 때문이다.

이후, 수지공급이 완료되었는지 여부를 판단하고(S109) 이후, 수지가 완전하게 충진되도록 공기를 추가적으로 공급하는 보압과정을 거친후(S110), 제1히터를 정지시키고(S112), 이후 상기 제1금형부와 제2금형부를 냉각한다(S114).

여기서 제1금형부의 냉각은 상기 제1금형부에 마련된 냉각수 유로로 냉각수를 공급하여 이루어지고, 제2금형부 및 스탬퍼의 냉각은 상기 냉각수 유로가 마련되는 상기 냉각금형이 상기 제2금형부와 접촉하여 이루어지게 된다.

이후, 냉각이 일정정도 이루어졌다고 판단되면, 상기 제1금형부와 제2금형부를 분리한 뒤에(S116), 상기 미세패턴이 전사된 구조물을 상기 제1금형부에서 인출하면 사출공정이 완료된다(S118).

이하에서는 이러한 미세패턴(700b)이 형성되는 구조물(700)의 전체적인 구조에 대해서 알아보기로 하겠다.

도9(a) 에서 도시한 바와 같이, 사출공정이 완료되면 상기 구조물(700)의 몸체부(700a)의 외면으로부터 상기 미세패턴(700b)이 돌출되는 형태로 형성되며, 상기 미세패턴(700b)은 복수개로 마련되어 상호 이격되어 있다.

여기서 상기 미세패턴(700b)간의 간격은 가시광선을 굴절시키고 굴절된 가시광선(파장수는 400~750nm)이 보강간섭 또는 소멸간섭될 수 있도록 20nm~2μm정도로 형성되는 것이 바람직하다.

도9(b)에서 도시한 바와 같이, 상기 미세패턴(700b)의 외측면과 상기 구조물의 외측면에는 소정의 금속물질(Ex. : Al, Ni, Cu, Cr)(700c)을 증착하는데, 이는 상기 미세패턴(700b)에 의한 글자 또는 문양이 보다 명확하게 외부에서 인식될 수 있도록 하기 위함이다.

도9(c)에서 도시한 바와 같이, 상기 금속물질(700c) 증착이 완료되면, 그 위에 소정의 보호코팅(700d)을 입히게 되는데, 이는 미세패턴(700b)이 외부 물체와 직접적으로 접촉하는 것을 방지하여 미세패턴(700b)이 손상되는 것을 방지하기 위한 것이다.

또한, 상기 보호코팅(700d)이 투명하게 되고, 하나의 굴절을 유발하는 매질로서 기능하기 때문에 상기 구조물(700)외부에서 상기 미세패턴(700b)방향으로 입사된 후 반사 및 굴절되는 빛의 굴절정도를 증대시킬 수 있다. 이로 인하여 빛의 보강간섭 및 소멸간섭이 활발하게 일어나서 보다 많은 색의 빛이 외부에서 인식될 수 있다.

도10은 이러한 구조물(700)이 설치되는 냉장고를 도시한 것으로서, 상기 냉장고 본체(600)의 내부에는 저장실(610)이 마련되고, 상기 저장실(610)의 내부에는 소정의 저장물을 수용할 수 있는 수납저장함(620)이 설치된다.

여기서, 상기 구조물(700)은 상기 수납저장함(620)의 전면(630)에 설치되는 데, 그 부분에는 상기 구조물(700)이 설치될 수 있는 설치홈(640)이 마련된다.

따라서, 상기 구조물(700)은 상기 수납저장함(620) 전면을 장식하는 장식부재로서 역할을 하게 된다.

도11과 도12은 상기 미세패턴(700b)에 의하여 소정의 문양이 형성되어 있는 구조물(700)을 나타낸 것이며, 각각의 문양에는 상술한 빛의 굴절, 반사, 간섭으로 인하여 총천연색의 빛이 표현된다.

한편 도13(a)내지 (c)은 공기조화기 실내기의 전면패널이나, 냉장고 도어의 전면패널 또는 세탁기나 조리기기의 전면 콘트롤 패널 또는 전면패널에 형성되는 각종 문양 또는 글자에 관한 것으로서, 외부에서 이들을 볼 때는 각 문양이나 글자에 소정의 색상을 갖는 빛이 발산되는 것처럼 된다.

도14는 상기 구조물에 빛이 입사된 후 내부에서 반사, 굴절 및 간섭현상이 일어나는 것을 도시한 것이다.

빛은 입자성과 함께 파동의 성질도 갖고 있으며, 파동의 특징인 간섭현상을 보인다. 간섭이란 파동의 위상이 같을 때는 진폭이 더 강화되고(보강간섭) 위상이 반대일 때는 소멸되는(상쇄간섭) 현상이다. 백색광이 어떤 매질을 만나 간섭을 일으키면 특정 파장 영역은 간섭보강이 일어나고 다른 파장은 간섭소멸이 일어나 색이 나타나게 된다.

공기를 통과하던 빛이 다른 매질, 상기 보호코팅(700d)을 통과하면 굴절된 후, 즉 미세패턴(700b) 및 그 금속증착층(700c)에 닿으면 일부는 반사되고 일부는 통과한다. 이때 통과한 빛은 그 다음 미세패턴(700b) 및 그 금속증착층(700c)을 만 나 또 일부는 반사되고 나머지는 지나간다. 이런 과정이 수차례 반복된다.

그리고, 반사되어 외부로 나가는 경우에도 상기 보호코팅(700d)에서 외부 공기층으로 나갈때 재차 굴절이 된다.

이때 각 단계에서 반사 후 굴절되는 빛이 같은 위상이면 보강간섭이 일어나고 어긋나면 상쇄간섭이 발생한다.

한편, 이와 같은 색은 미세패턴(700b)의 구조에 따라 색이 바뀌거나 없어지기도 한다. 만일 스탬퍼의 미세패턴(190b,500b)의 간격을 조절하여 상기 구조물(700)에 형성되는 미세패턴(700b)의 간격을 넓히거나 좁히면 빛의 경로가 바뀌어 간섭보강, 즉 반사되는 빛의 파장도 바뀐다. 또 미세패턴으로 들어오는 빛의 각도에 따라서도 반사되는 색이 바뀐다.

이와 같은 상기 미세패턴(700b)과 이에 입사되는 빛의 특성, 사용자의 시선방향 즉, 빛의 입사방향을 고려하고, 미세패턴(700b)간의 피치 및 미세패턴(700b) 자체의 폭을 조절하여 색이 외부에서 인식될 수 있도록 하는 동시에 시선방향에 따라서 색이 달라질수 있도록 구현할 수 있다.

이때, 색이 나타날 수 있도록 하는 미세패턴(700b)간의 피치의 크기는 외부에 입사되는 빛의 파장, 특히 가시광선의 파장을 고려하여 20nm-2μm로 설정되는 것이 바람직하며, 이때, 상기 구조물(700)에서 각각의 미세패턴(700b)의 폭 및 피치의 크기는 부분적으로 달라지게 형성하여, 각 부분에서 발생하는 빛의 색을 달라지게 할 수도 있다.

도1과 도2는 LIGA방식에 의한 스탬퍼 제작공정을 나타낸 도면이다.

도3a 내지 도3h는 AAO방식에 의한 스탬퍼 제작공정을 나타낸 도면이다.

도4 내지 도7은 본 발명에 의한 미세패턴을 구비한 구조물을 사출성형하기 위한 사출장치 및 사출공정을 나타낸 도면이다.

도8은 본 발명에 의한 사출공정의 제어흐름도이다.

도9는 본 발명에 의한 구조물에 금속물질 및 보호코팅이 형성되는 것을 도시한 공정도이다.

도10은 본 발명에 의한 구조물이 설치되는 냉장고의 사시도이다.

도11과 도12는 냉장고에 설치되는 구조물의 사진이다.

도13은 다른 가전장치에 설치되는 구조물의 사진이다.

도14는 본 발명의 구조물에서 빛의 이동 및 변환을 도시한 단면도이다.

< 본 발명의 주요부분에 대한 설명>

190,500: 스탬퍼 700: 구조물

700b: 미세패턴 700c: 금속증착층

700d: 보호코팅층

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11. 가전제품의 본체 외부 또는 본체 내부에 마련되는 구조물에 형성되어 소정의 문양 또는 글자를 표시하기 위하여 외부에서 입사되는 빛을 변환시키는 가전제품용 미세패턴을 구비하는 구조물을 제조하는 방법에 있어서,

    (a) 제1금형부와 제2금형부 사이에 배치되어 소정의 미세패턴이 형성된 스탬퍼를 고정시키는 스탬퍼 고정단계와;

    (b) 상기 스탬퍼를 가열하여 상기 스탬퍼의 표면온도를 수지의 유리전이 온도 이상으로 상승시키는 스탬퍼 가열단계와;

    (c) 상기 제1금형부와 상기 제2금형부 사이에 밀폐된 캐비티가 형성되도록 상기 제1,2금형부를 밀착시키는 금형부 이동단계와;

    (d) 상기 제1,2금형부 사이의 캐비티로 용융 수지를 유입시키는 수지유입단계와;

    (e) 상기 수지 유입단계 종료 후 상기 스탬퍼가 부착된 상기 제2금형부와 이격되되 선택적으로 이동가능하게 배치되는 냉각금형을 상기 제2금형부와 접촉시켜서 상기 제2금형부 및 상기 스탬퍼를 급속 냉각하는 냉각단계와;

    (f) 상기 스탬퍼의 미세패턴이 모사된 구조물을 이형시킬 수 있도록 상기 제1,2금형부를 이격시키는 금형부 이격단계와;

    (g) 상기 미세패턴에 의한 문양 또는 글자가 인식될 수 있도록 금속물질을 증착하여 금속증착층을 형성하는 단계와;

    (h) 상기 금속증착층 상면에 투명한 재질로 이루어진 보호코팅을 입히는 단계를 포함하고,

    상기 미세패턴은 그 피치와 폭을 조절하여 보는 각도에 따라 미세패턴의 색이 달라지도록 형성된 것을 특징으로 하는 가전제품용 미세패턴을 구비하는 구조물의 제조방법.
12. 제11항에 있어서,

    상기 스탬퍼 고정단계는 진공 흡착방법에 의하여 상기 스탬퍼를 상기 제2금형부에 고정시키는 것을 특징으로 하는 가전제품용 미세패턴을 구비하는 구조물의 제조방법.
13. 제11항에 있어서,

    상기 스탬퍼 고정단계는 상기 제2금형부에 마련되는 소정의 고정클램프에 의하여 수행되는 것을 특징으로 하는 가전제품용 미세패턴을 구비하는 구조물의 제조방법.
14. 제11항에 있어서,

    상기 입사되는 빛 중 가시광선을 굴절시킬 수 있도록 상기 미세패턴간의 간격은 20nm~2μm로 형성되는 것을 특징으로 하는 가전제품용 미세패턴을 구비하는 구조물의 제조방법.
15. 제11항에 있어서,

    상기 스탬퍼의 가열단계는 상기 제1금형부와 제2금형부에 내장된 히터를 동작시켜 수행하는 것을 특징으로 하는 가전제품용 미세패턴을 구비하는 구조물의 제조방법.
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