KR101619127B1 - 플라스틱재 표면의 경면보호층 형성방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 플라스틱 기재 표면을 보호하기 위한 금속 박막층에 있어서, 상기 플라스틱 기재 표면에 증착되는 적어두 복수개의 금속층 및 상기 복수개의 금속층 중 상호 인접하는 양 금속층 사이에 증착되는 상기 금속층과 격자상수가 다른 금속 산화물층을 포함하여 경면이 형성되는 것을 특징으로 한다. 이에 의해, 미관을 유지할 수 있으면서 생활 스크래치(scartch)의 발생을 방지할 수 있고, 증착되는 금속 박막층과 플라스틱 기재 표면의 밀착력이 향상되는 효과를 가짐에 따라 플라스틱 보호용 금속 박막층에 적용 가능하다.

Description

플라스틱재 표면의 경면보호층 형성방법{METHOD FOR MANUFACTURING MIRROR FACE PROTECTIVR LAYER FOR PROTECTING PLASTIC FRAME}
본 발명은 플라스틱재 표면의 경면보호층 형성방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 금속층과 금속산화물층을 교호적으로 증착하여 생활 스크래치(scartch)를 방지할 수 있는 경면보호층이 형성되는 것을 특징으로 하는 플라스틱재 표면의 경면보호층 형성방법에 관한 것이다.
최근 TV, 냉장고, 세탁기 등으로 대표되는 가전 제품과 노트북, 컴퓨터 및 모니터 등의 외관 프레임을 플라스틱 재질을 이용하고 있는 추세이며, 사출 성형법을 이용하여 외부 프레임이 제작되고 있다.
가전 제품의 교체 시기는 최소 몇 달에서 몇 년이며, 장시간 사용시 생활 스크래치(scratch)에 의한 마모 현상이 발생됨에 따라, 미관상 좋지 않은 문제가 발생되고 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 가전제품의 플라스틱 외관에 생활 스크래치(scratch)로부터 보호할 수 있는 보호층 증착의 필요성이 증대되고 있는 실정이다.
보호층 증착 기술은 플라스틱 기재 표면에 생활 스크래치(scartch)가 발생되지 않도록 금속을 이용한 보호층을 형성하여 플라스틱 외관의 손상을 방지하는 기술로써, 선행문헌 10-1313151호에 제시된 바와 같이, 도금 기술을 이용하여 금속 보호층을 형성하고 있다.
도금 기술을 적용하여 금속 보호층을 형성할 경우, 보호층 형성방법이 용이하다는 장점을 가진다.
또한, 플라스틱 기재 표면 위에 두꺼운 금속 보호층을 형성함에 따라, 생활 스크래치(cartch)를 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라, 높은 밀착력 특징을 가지게 된다.
그러나, 도금 기술은 상기와 같은 장점이 있으나, 도금시 시안화화물, 황산등의 유독물질의 사용으로 인한 환경부하 등의 문제점이 심각한 문제로 대두되고 있다. 최근 이러한 문제점들로 인하여 미국에서는 도금 기술이 적용된 제품의 수입을 금지하려는 움직임이 있으며, 최근 EU에서는 수입 금지 조치를 내리고 있는 실정이다.
또한, 종래의 도금 기술은 밀착력을 갖기 위한 두꺼운 금속 보호층을 형성하기 위하여 도금 공정을 반복적으로 수번 수행해야 된다는 점에서, 공정 시간 및 비용 측면에서 비 효율적이라는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서,
환경오염을 야기하는 유독성 물질을 사용하지 않으면서도 생활 스크래치(scartch)의 발생을 방지할 수 있는 플라스틱재 표면의 경면보호층 형성방법 제공을 일 목적으로 한다.
또한, 밀착력 향상을 위한 공정을 반복적으로 여러번 수행하지 않음으로써, 시간 및 비용을 절감할 수 있는 플라스틱재 표면의 경면보호층 형성방법 제공을 다른 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 플라스틱재 표면의 경면보호층 형성방법은 상기 목적을 달성하기 위하여 플라스틱 기재 표면에 금속 물질을 증착하는 제 1 금속층 형성단계; 상기 형성된 금속층 위에 상기 금속층과 격자상수가 다른 금속산화물을 증착하는 금속산화물층 형성단계; 상기 금속산화물층 위에 금속 물질을 증착하는 제 2 금속층 형성단계; 및 열처리 하는 열처리 단계;를 포함한다.
바람직하게는 상기 제 1 금속층 및 제 2 금속층은 동일 금속이다.
바람직하게는 상기 증착되는 금속층은 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 타이타늄(Ti), 알루미늄(Al) 중 어느 하나로 증착된다.
바람직하게는 상기 제 1 금속층 형성단계를 수행하기 전에 플라스틱 기재 표면의 계면활성제 제거 및 평탄화 처리하는 전처리 단계;를 더 포함한다.
바람직하게는 상기 전처리 단계는 산소를 이용한 플라즈마 처리이다.
바람직하게는 상기 제 1 금속층은 DC 500 ~ 800W의 전력을 인가하여 20 ~ 70nm의 두께로, 제 2 금속층은 DC 1000 ~ 2000W의 전력을 인가하여 100 ~ 300nm의 두께로 증착된다.
바람직하게는 상기 금속산화물층은 상기 금속층으로 증착되는 동일 금속의 산화물층이다.
바람직하게는 상기 금속산화물층은 DC 1000 ~ 2000W의 전압을 인가하여 20 ~ 70nm의 두께로 증착된다.
바람직하게는 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 형성된 제 2 금속층 위에 제 3 금속층을 증착하는 제 3 금속층 형성단계;를 더 포함한다.
바람직하게는 상기 제 3 금속층 형성단계 수행 시, 제 1 금속층은 DC 500 ~ 800W의 전력을 인가하고 두께는 20 ~ 70nm으로, 금속산화물층은 DC 1000 ~ 2000W의 전력으로 20 ~ 70nm의 두께로 증착하고, 제 2 금속층은 DC 200 ~ 400W의 전력으로 5 ~ 30nm의 두께로 증착하고, 제 3 금속층은 DC 1000 ~ 2000W의 전력으로 200 ~ 400nm의 두께로 증착된다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 플라스틱재 표면의 경면보호층 형성방법은 상기 목적을 달성하기 위하여 상기 플라스틱 기재 표면에 증착되는 적어도 복수개의 금속층; 및 상기 복수개의 금속층 중 상호 인접하는 양 금속층 사이에 증착되는 상기 금속층과 격자상수가 다른 금속산화물층;을 포함한다.
바람직하게는 상기 금속층 및 상기 금속산화물층은 교호적으로 증착되어 경면이 형성된다.
바람직하게는 상기 적어도 복수개의 각 금속층은 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 타이타늄(Ti), 알루미늄(Al) 중 어느 하나로 증착된다.
바람직하게는 상기 금속산화물층은 상기 금속층으로 증착되는 동일 금속의 산화물층이다.
본 발명의 플라스틱재 표면의 경면보호층 형성방법은 환경오염을 야기하는 유독성 물질을 사용하지 않으면서도, 생활 스크래치(scartch)의 발생을 방지할 수 있다.
또한, 밀착력 향상을 위한 공정을 반복적으로 여러번 수행하지 않아, 시간 및 비용을 절감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라스틱재 표면의 경면보호층(1)의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라스틱재 표면의 경면보호층 형성방법을 나타낸 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제 3 금속층이 형성된 플라스틱재 표면의 경면보호층의 단면도이다.
도 4(a), 도 4(b)는 실시예 1 과 비교예를 통해 제조된 플라스틱재 표면의 경면보호층 시편의 외관 이미지이다.
도 5는 본 발명의 실시예 2를 통해 제조된 실시예 2 플라스틱재 표면의 경면보호층의 밀착력 평가 테스트 이미지이다.
이하, 첨부한 도면 및 바람직한 실시예들을 참조하여 본 발명의 기술적 구성을 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라스틱재 표면의 경면보호층(1)의 단면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 플라스틱재 표면의 경면보호층(1)은 적어도 복수개의 금속층(20)과 상기 금속층(20)과 격자상수가 다른 금속산화물층(30)을 포함하여 구성된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 플라스틱재 표면의 경면보호층(1)은 상기 플라스틱 기재 표면(10)에 증착되는 적어도 복수개의 금속층(20) 및 상기 복수개의 금속층(20) 중 상호 인접하는 양 금속층(20) 사이에 증착되는 상기 금속층(20)과 격자상수가 다른 금속산화물층(30)을 포함함으로써, 경면이 형성되는 특징을 가진다.
플라스틱재 표면(10)은 실생활에서 사용되는 가전제품, 실내 내/외장재, 기타 실생활에서 사용되는 플라스틱 제품 등의 외관(frame)을 일컫는 것이며, 본 발명의 일 실시예에 따른 플라스틱재 표면(10)은 어느 하나로 제한되지 않는다.
플라스틱재 표면(10)은 실생활에서 외부 자극으로부터 생활 스크래치(scartch)가 발생됨에 따라, 이를 방지할 수 있는 보호층의 형성이 필요하다.
금속층(20)은 상기 플라스틱재 표면(10) 위에 증착되어 형성되는 금속 보호층으로써, 복수개의 층으로 구성된다. 이러한 복수개의 층으로 구성된 금속층(20) 중 상호 인접한 양 금속층(20) 사이에 금속 산화물층(30)이 증착되어, 상기 금속층(20)과 금속산화물층(30)은 교호적으로 증착된 구조를 가지게 된다.
상기 금속층(20)은 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 타이타늄(Ti), 알루미늄(Al) 중 어느 하나로 증착되며, 본 발명의 일 실시예에 따른 금속층(20)은 크롬(Cr)을 이용하는 것이 바람직하다.
이는 크롬(Cr)은 본 발명의 일 실시예에 따른 사용 가능한 금속층(20) 중에서 비용이 다른 금속들에 비해 저렴하면서도, 플라스틱재 표면의 보호층으로써 요구되는 성능을 만족시키는 효과를 가지기 때문이다.
금속산화물층(30)은 상기 플라스틱재 표면(10) 위에 증착되는 복수개의 금속층(20) 중 상호 인접한 양 금속층(20) 사이에 증착되는 구성요소이다.
이러한 양 금속층(20)과 금속산화물층(30)은 교호적으로 증착된 구조를 가짐으로써, 경면(거울면, mirror face)의 형성이 이루어지는데, 이는 양 금속층(20)과 금속산화물층(30)이 서로 격자상수가 다름에 따라 격자 불일치가 발생되기 때문에, 이로써 경면의 형성이 이루어진다.
격자상수는 본 발명의 일 실시예에서 사용되는 금속층(20)과 금속산화물층(30)의 배열된 원자들 간의 거리를 말한다.
서로 다른 격자상수를 가지는 상기 금속층(20)과 상기 금속산화물층(30)이 차례로 형성되는 구조로 증착 될 경우, 경계면에서 격자 상수를 맞추려는 움직임이 발생된다. 이는 자유 에너지를 낮추려는 현상이 발생되는 것으로 볼 수 있다.
이때, 격자상수가 다른 금속층(20)과 금속산화물층(30)의 표면에서 반사도가 높아지는 경향이 발생되며, 특히 두 층간의 경계면에서 입사한 빛을 바로 반사하거나 또는 산란현상 발생 후 표면으로 다시 반사하는 난반사가 발생된다. 여기서 총 반사되는 빛의 양은 입사한 빛의 양과 거의 비슷한 전반사 현상이 발생됨에 따라, 경면(mirror face)의 형성이 이루어진다.
일반적으로 금속층(20)만을 증착하는 경우에는, 상기 금속층(20)이 플라스틱 기재 표면의 요철 현상을 타고 성장하게 되며, 이때 성장 구조는 기둥구조(column)의 형태로 갖게 된다. 이러한 기둥구조(column)가 형성되면 경면(mirror face)의 반사도가 현격히 저하되어 Haze가 높은 상태인 뿌옇게 보이는 현상이 발생된다.
따라서, 이러한 문제점을 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 플라스틱재 표면의 경면 보호층은 적어도 복수개의 금속층(20) 중 상호 인접하는 양 금속층(20) 사이에 상기 금속층(20)과 격자상수가 다른 금속산화물층(30)을 증착함으로써, 상기 금속층의 기둥구조(column) 발생을 제어함에 따라 반사도를 높이는 효과를 가지게 된다.
금속산화물층(30)은 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 타이타늄(Ti), 알루미늄(Al) 중 어느 하나의 금속산화물인 것이 바람직하며, 또한, 상기 금속산화물층(30)은 상기 금속층(20)으로 증착되는 동일 금속의 산화물층인 것이 바람직하다.
이는 상기 금속층(20)을 형성하는 금속과 상기 금속산화물층(30)을 형성하는 금속이 다를 경우, 격자 상수의 불일치의 차가 커짐에 따라 밀착력이 떨어지게 되는 형상이 발생되기 때문이다. 이러한 밀착력 저하로 인하여 플라스틱 기재 표면 위에 증착된 경면 보호층이 벗겨지는 스트레스성 Peel Off 현상이 발생된다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 금속산화물층(30)은 상기 금속층(20)으로 증착되는 동일 금속의 금속산화물을 이용하는 것이 바람직하다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 금속산화물층은 상기 금속층 적층 물질로 가장 바람직한 크롬(Cr)의 산화물인 CrOx를 사용하는 것이 바람직하다.
여기서 상기 CrOx는 상기 크롬(Cr)과 산소를 결합함으로써, 상기 크롬(Cr)보다 큰 격자상수를 나타내며, CrO, CrO2, CrO3 등의 물질은 서로 다른 격자상수를 갖음에 따라 사용하고자 하는 분야에 맞게 적절히 선택하여 사용하는 것이 바람직하다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 플라스틱재 표면의 경면 보호층은 증착시키는 상기 금속층(20)과 금속산화물층(30)의 격자불일치 현상으로 경면이 발생됨에 따라, 생활 스크래치(scartch)의 발생을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 경면의 형성으로 인하여 미관을 좋게 하는 효과를 가지게 된다.
또한, 적층되는 금속과 금속산화물층을 동일한 금속으로 형성시켜 밀착력이 저하되는 문제점을 해결함으로써, 반복적인 공정을 통하여 밀착력을 향상시키는 기존 기술의 비효율성을 개선하며, 유독성 물질을 사용하지 않아 환경 오염을 야기하지 않는다는 효과를 가진다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라스틱재 표면의 경면보호층 형성방법을 나타낸 블록도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 플라스틱재 표면의 경면보호층 형성방법은 플라스틱 기재 표면에 금속 물질을 증착하는 제 1 금속층 형성단계; 상기 형성된 금속층 위에 상기 금속층과 격자상수가 다른 금속산화물을 증착하는 금속산화물층 형성단계; 및 상기 금속산화물층 위에 금속 물질을 증착하는 제 2 금속층 형성단계; 및 열처리하는 열처리 단계;를 포함하여 경면을 형성시키는 특징을 가진다.
제 1 금속층 형성단계는 상기 플라스틱 기재 표면(10) 위에 금속 물질을 증착하는 단계이다. 상기 제 1 금속층을 형성하기 위해 사용되는 금속 물질은 상기에 서술한 바와 같이 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 타이타늄(Ti), 알루미늄(Al) 중 어느 하나인 것이 바람직하며, 그 중 크롬(Cr)을 이용하여 제 1 금속층을 형성하는 것이 더욱 바람직하다.
또한, 상기 제 1 금속층 형성방법은 원자층 증착법, 스퍼터링 증착법, 화학증착법등을 이용하여 증착할 수 있으며, 벗겨지는 문제점이 발생도지 않으면서 잘 증착되기만 하면 어느 하나로 제한되지 않는다.
이러한 공정으로 제 1 금속층을 증착할 경우, 전압 인가는 DC 500 ~ 800W의 전력을 인가하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 DC 700W이며, 20 ~ 70nm의 두께로 증착되는 것이 바람직하다.
다음으로, 상기 형성된 제 1 금속층 위에 상기 제 1 금속층과 격자상수가 다른 금속산화물을 증착하는 금속산화물층 형성단계;를 수행한다.
금속산화물층 형성단계는 격자불일치를 통한 경면(mirroe face)을 형성시키기 위해, 제 1 금속층과 제 2 금속층 사이에 격자상수가 다른 금속산화물층(30)을 증착하는 단계이다.
금속산화물층 형성단계 공정 수행 시 고전력을 인가하여 금속산화물층을 형성하는 것이 바람직하다. 이때, 전압인가 값은 1000 ~ 2000W의 전력을 인가하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 1500W의 전력으로 증착하는 것이 바람직하다.
또한, 금속산화물층의 증착방법은 어느 하나로 제한되지 않으나, 본 발명의 일 실시예에 따른 금속산화물층은 반응성 스퍼터링 공정을 이용하여 20 ~ 70nm의 두께로 증착되는 것이 바람직하다. 금속산화물층 증착 시, 금속 물질과 산소가스를 동시에 주입함에 따라 증착 챔버 내부에서 금속 물질과 산소가스가 반응하여 금속산화물이 형성되고, 상기 제 1 금속층 위에 적층된다.
다음으로, 상기 금속산화물층 위에 금속을 증착하는 제 2 금속층 형성단계를 수행한다.
제 2 금속층 형성단계는 상기 금속산화물층과 다른 격자상수를 갖는 금속층으로써, 격자 불일치로 인하여 경면이 형성되는 금속층이다.
제 2 금속층 형성단계는 상기 제 1 금속층 형성단계와 마찬가지로, 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 타이타늄(Ti), 알루미늄(Al) 중 어느 하나로 사용가능하며, 더욱 바람직하게는 크롬(Cr)을 이용하여 제 2 금속층을 형성하는 것이 더욱 바람직하다.
또한, 공정 수행 시 1000 ~ 2000W의 고전력을 인가하여 공정을 수행하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 1500W의 전력으로 100 ~ 300nm의 두께로 증착시키는 것이 더욱 바람직하다.
따라서, 이러한 공정을 수행하여 제 2 금속층을 형성함으로써, 양 금속층 사이에 상기 금속층과 격자상수가 다른 금속산화물층이 증착된 구조를 가져, 생활 스크래치(scartch)의 발생을 방지할 수 있는 경면의 형성이 이루어진다.
다음으로, 열처리하는 열처리 단계;를 수행한다.
열처리 단계는 80 ~ 110℃의 온도에서 1 ~ 3분 내외로 열처리하는 것이 바람직하다. 이는 상기 본 발명의 일 실시예에 따른 경면 보호층은 플라스틱 기재 표면에 형성되는 것으로써, 플라스틱 기재 표면이 열에 견딜 수 있는 온도 범위 내에서 열처리 공정을 수행하는 것이 바람직하다.
이러한 열처리를 수행함으로써, 증착되는 플라스틱재 표면의 경면 보호층과 플라스틱 기재 표면과의 계면에서 발생되는 스트레스가 해소되어 밀착성이 향상됨에 따라, 금속 박막층이 벗겨지는 현상을 방지할 수 있는 효과를 가지게 된다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 플라스틱재 표면의 경면보호층 형성방법은 상호 인접하는 양 금속층 사이에 상기 금속층과 격자상수가 다른 금속산화물층을 증착법을 통하여 증착시킴으로써, 경면이 형성되어 생활 스크래치(scartch)의 발생을 방지할 수 있게 된다.
또한, 증착법을 수행하여 본 발명의 플라스틱재 표면의 경면보호층을 형성함으로써, 유독성 물질을 사용하지 않아 환경오염을 야기하지 않으며, 형성되는 금속층과 금속산화물층을 동일 금속으로 사용하고, 열처리 단계를 통하여 밀착력을 향상시킴으로써, 반복적인 공정을 수행함으로써 밀착력을 향상시킨 기존 기술의 비 효율성을 개선하는 효과를 가지게 된다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제 3 금속층이 형성된 플라스틱재 표면의 경면보호층의 단면도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 일 실시예에 따른 플라스틱재 표면의 경면 보호층 형성방법은 경우에 따라, 상기 제 2 금속층 위에 제 3 금속층을 증착하는 제 3 금속층 형성 단계;를 더 수행할 수 있다.
제 3 금속층 형성단계는 상기 제 1 금속층과 상기 제 2 금속층과 마찬가지로 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 타이타늄(Ti), 알루미늄(Al) 중 어느 하나를 사용하는 것이 바람직하며, 더욱 크롬(Cr)을 사용하는 것이 바람직하다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 플라스틱재 표면의 경면보호층의 제 1 금속층, 제 2 금속층 및 제 3 금속층은 동일 금속으로 형성된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 플라스틱재 표면의 경면보호층은 제 3 금속층을 적층함으로써, 상기 서술한 제 2 금속층까지 적층하여 열처리한 플라스틱재 표면의 경면보호층에 비해, 금속층의 금속 밀도가 증가되어, 상기 플라스틱 기재 표면과의 밀착력이 더욱 향상되는 효과를 가지게 된다.
따라서, 본 발명에 따른 제 3 금속층 형성단계를 더 수행함에 따라, 종래의 밀착력 향상을 위해 보호층 형성 공정을 반복적으로 여러번 수행해야 했던 문제점을 개선할 수 있는 효과를 가진다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 플라스틱재 표면의 경면 보호층 형성방법은 제 3 금속층 형성단계를 더 수행할 경우, 제 1 금속층은 DC 500 ~ 800W의 전력을 인가하고 두께는 20 ~ 70nm으로, 금속산화물층은 DC 1000 ~ 2000W의 전력으로 20 ~ 70nm의 두께로 증착하고, 제 2 금속층은 DC 200 ~ 400W의 전력으로 5 ~ 30nm의 두께로 증착하고, 제 3 금속층은 DC 1000 ~ 2000W의 전력으로 200 ~ 400nm의 두께로 증착되는 것을 특징으로 한다.
제 3 금속층 형성단계는 증착법을 이용하여 증착되며, 원자층 증착법, 화학기상 증착법등 어느 하나로 제한되지 않으나, 본 발명의 일 실시예에서는 스퍼터링 공정을 이용하여 형성하는 것이 바람직하다.
경우에 따라 본 발명의 일 실시예에 따른 플라스틱재 표면의 경면보호층 형성방법 수행 시 상기 플라스틱 기재 표면의 조건에 따라, 제 1 금속층을 증착하는 단계를 수행하기 전에 전처리 단계를 더 수행한다.
여기서 상기 전처리 단계는 플라스틱 기재 표면에 형성되어 있는 계면활성제를 제거하고, 플라스틱 기재 표면의 평탄화 처리를 말한다.
일반적으로 실생활에서 사용되는 가전제품, 실내 내/외장재 및 실생활에서 사용되는 플라스틱 제품등의 외관은 사출 성형법을 통하여 제조되고 있다. 이에 따라, 사출 성형기의 금형과 제조되는 플라스틱 기재를 원활히 분리하기 위해 윤활유인 계면 활성제를 이용함으로써, 금형과 플라스틱 기재 표면의 마찰을 감소시키고 있다.
그러나 사출 성형법을 통하여 제조되는 플라스틱 기재 표면은 거칠기가 좋지 못하다는 문제점이 있어, 플라스틱재 표면의 경면보호층의 증착에 어려움이 발생된다.
이러한 거칠기가 좋지 못한 플라스틱 기재 표면에 플라스틱재 표면의 경면보호층을 증착할 경우, Haze가 높은 상태가 되어 난반사가 발생됨에 따라, 생활 스크래치(scartch)를 방지할 수 있는 경면을 가지는 플라스틱재 표면의 경면보호층을 가질 수 없게 된다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에서는 플라스틱 기재 표면에 형성되어 있는 계면활성제 제거 및 거칠기를 개선하는 평탄화 처리를 하는 전처리 단계를 더 포함하여 수행함으로써, 상기와 같은 문제점을 개선할 수 있게 된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전처리 단계는 산소를 이용한 플라즈마 처리를 말한다. 산소 플라즈마 처리를 통하여 플라스틱 기재 표면에 형성되어 있는 계면활성제의 제거 및 플라스틱 기재 표면의 좋지 못한 거칠기를 향상시키는 특징을 가짐에 따라, 본 발명에 따른 플라스틱재 표면의 경면 보호층을 용이하게 증착할 수 있을 뿐만 아니라 생활 스크래치(scartch) 발생을 방지할 수 있는 경면이 형성되는 효과를 가지게 된다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 플라스틱재 표면의 경면 보호층은 플라스틱 기재 표면에 금속 물질을 증착하는 제 1 금속층 형성단계; 상기 형성된 금속층 위에 상기 금속층과 격자상수가 다른 금속산화물을 증착하는 금속산화물층 형성단계; 및 상기 금속산화물층 위에 금속 물질을 증착하는 제 2 금속층 형성단계; 및 열처리하는 열처리 단계;를 포함하여 경면을 형성시키는 특징을 가진다.
이에 의해, 경면의 형성으로 인하여 생활 스크래치(scartcg)의 발생을 방지할 수 있으며, 증착 공정을 통하여 형성시킴에 따라 유독성 물질을 사용하지 않음으로써 환경오염을 야기하지 않는다는 장점을 가진다. 또한, 제 3 금속층을 증착하는 공정을 더 수행함으로써, 금속의 밀도가 증가되어 밀착력이 더욱 증가되는 효과를 가짐에 따라, 기존 반복적인 공정을 통해 밀착력을 향상시킨 종래 기술의 시간 및 비용의 비효율성을 개선한다는 점에서 플라스틱재 표면의 경면 보호층으로 적용 가능하다.
실시예 1
아래 표 1에 도시된 공정 단계 및 공정 조건에 따라 다음과 같은 실시예 1 플라스틱재 표면의 경면 보호층을 제조하였다.
표 1은 본 발명의 제조 방법에 따른 공정 단계 및 공정 조건을 제시한 것이다. 전처리인 플라즈마 처리는 RF 300W의 전압을 인가하여 수행하였으며, 제 2 금속층 형성단계를 수행한 후 열처리하여 본 발명에 따른 실시예 1 플라스틱재 표면의 경면 보호층을 제조하였다.
구분 전처리
단계		 제 1
금속층		 Stop 금속
산화물층		 stop 제 2
금속층 		열처리
Power(W) RF 300 DC 700 - DC 1500 - DC 1500 -
Working
Pressure
(mTorr)		 - 2 2 8 2 2 -
Ar(sccm) 50 100 100 50 100 100 -
O2(sccm) 10 - - 5 - - -
Process
Time(sec)		 200 180 50 150 50 400 100
Target
Thickness
(nm)		 - 50 - 50 - 200 -
Temp.(℃) - 25 25 25 25 25 100
실시예 2
아래 표 2에 도시된 공정 단계 및 공정 조건에 따라 수행하여 본 발명의 이 실시예에 따른 실시예 2 플라스틱재 표면의 경면 보호층을 제조하였다.
표 2는 본 발명의 제조 방법에 따른 공정 단계 및 공정 조건을 제시한 것으로서, 전처리 단계인 산소를 이용한 플라즈마 처리는 RF 300W의 전압을 인가하여 수행하였으며, 제 3 금속층 형성단계를 더 수행한 후 열처리하여 본 발명에 따른 실시예 2 플라스틱재 표면의 경면 보호층을 제조하였다.
구분 전처리
단계		 제 1
금속층		 Stop 금속
산화물층		 stop 제 2
금속층 		stop 제 3
금속층		 열처리
Power(W) RF 300 DC 700 - DC 1500 - DC 300 - DC 1500 -
Working
Pressure
(mTorr)		 - 2 2 8 2 2 2 2 -
Ar(sccm) 50 100 100 50 100 100 100 100 -
O2(sccm) 10 - - 5 - - - - -
Process
Time(sec)		 200 180 50 150 50 100 50 500 100
Target
Thickness
(nm)		 - 50 - 50 - 10 - 250 -
Temp.(℃) - 25 25 25 25 25 25 25 100
비교예
아래 표 3에 도시된 공정 단계 및 공정 조건에 따라 수행하여 본 발명에 따른 비교예 플라스틱재 표면의 경면 보호층을 제조하였다.
표 3은 본 발명의 제조 방법에 따른 공정 단계 및 공정 조건을 제시한 것으로서, 전처리 공정을 수행하지 않았으며, 제 2 금속층 형성단계까지 수행한 후 열처리하여 본 발명에 따른 비교예 플라스틱재 표면의 경면 보호층을 제조하였다.
구분 제 1
금속층		 Stop 금속
산화물층		 stop 제 2
금속층 		열처리
Power(W) DC 700 - DC 1500 - DC 1500 -
Working
Pressure
(mTorr)		 2 2 8 2 2 -
Ar(sccm) 100 100 50 100 100 -
O2(sccm) - - 5 - - -
Process
Time(sec)		 180 50 150 50 400 100
Target
Thickness
(nm)		 50 - 50 - 200 -
Temp.(℃) 25 25 25 25 25 100
실험예 1
실시예 1로부터 얻어진 실시예 1 플라스틱재 표면의 경면 보호층과 비교예로부터 얻어진 비교예 플라스틱재 표면의 경면 보호층의 외관을 비교하여 도 4(a), 도 4(b)에 도시하였다.
도 4(a)에 도시된 바와 같이, 실시예 1로부터 제조된 실시예 1 플라스틱재 표면의 경면 보호층은 산소 플라즈마를 이용하여 플라스틱 기재 표면 위의 계면활성제를 제거하고, 제 1 금속층, 금속산화물층, 제 2 금속층을 차례로 증착하되, 금속산화물층에 격자 불일치 현상을 적용하여 공정을 수행한 시편의 사진으로 경면이 형성된 것을 알 수 있다.
도 4(b)에 도시된 바와 같이, 비교예로부터 제조된 비교예 플라스틱재 표면의 경면 보호층은 실시예 1 플라스틱재 표면의 경면 보호층과 비교시 산소 플라즈마를 이용한 전처리 공정을 수행하지 않았다. 전처리 공정을 수행하지 않고 제조된 비교예 플라스틱재 표면의 경면 보호층 시편의 경우, 뿌옇게 보이는 현상이 발생되는 것을 알 수 있다. 이는 플라스틱 표면 위의 계면활성제 제거 및 평탄화 공정을 수행하지 않은 상태에서 본 발명에 따른 비교예 플라스틱재 표면의 경면 보호층을 증착한 것으로써, 증착된 금속 박막층의 표면이 Haze가 높은 상태가 야기되어 경면이 형성되지 못하고 뿌옇게 보이는 현상이 발생된 것임을 알 수 있었다.
실험예 2
전처리 단계 및 제 3 금속층 형성단계를 더 수행하는 공정을 가지는 실시예 2로부터 얻어진 실시예 2 플라스틱재 표면의 경면 보호층의 밀착력 테스트를 하였다. 밀착력 평가를 위해 일반적으로 수행하는 연필 경도 테스트를 이용하였고, 그 결과는 도 5에 도시하였다.
밀착력 평가를 하기 위하여 연필 경도 실험기를 이용하였으며, 이때 추의 무게는 500g으로 고정시킨 상태에서 측정하였다. 연필 심은 끝 단면이 흠 없이 매끈한 원주 상을 갖도록 제조하며, 연필심을 3 ~ 5 mm 노출하여 테스트를 실시하였다.
연필 경도 실험기를 45도 각도로 위치시키고, 실험기 뒤쪽으로 연필을 고정 시킨 후 진행하였으며, 실시예 2 플라스틱재 표면의 경면 보호층 시편에 1회면씩 면을 달리하고 매 측정시마다 연필을 돌려가며 5회 20mm씩 수행하였다. 테스트를 수행한 후 연필로 그은면을 지우개로 지운 후, 관찰하여 스크래치가 5개 면 중 3개 이상 보이면 fail로 판정하였다. 플라스틱 기재 표면에 스크래치를 방지에 적용하기 위해서는 연필 경도 F 이상을 통과하여야만 플라스틱재 표면의 경면 보호층으로 적합 판정을 받게 된다.
도 5에 도시된 바와 같이, 실시예 2 플라스틱재 표면의 경면 보호층 시편의 경우 연필 경도 테스트를 수행한 결과, 제 3 금속층을 더 증착한 플라스틱재 표면의 경면 보호층의 경우 2F의 경도를 가지는 것으로 나타났다. 따라서, 실시예 2를 통한 실시예 2 플라스틱재 표면의 경면 보호층 시편은 밀착력이 우수하며, 생활 스크래치(scartch)를 방지할 수 있는 플라스틱재 표면의 경면 보호층인 것을 알 수 있다.
플라스틱재 표면의 경면 보호층: 1 플라스틱 기재 표면: 10
금속 박막층: 20 금속산화물층:30

Claims (14)

  1. 산소를 이용한 플라즈마 처리를 수행하여 플라스틱 기재 표면의 계면활성제 제거 및 평탄화 처리를 하는 전처리단계;
    전처리된 상기 플라스틱 기재 표면에 반응성스퍼터링 공정을 이용하여 경면보호층을 형성하는 경면보호층형성단계; 및
    형성된 상기 경면보호층을 80 내지 110℃ 범위의 일정 온도에서 1 내지 3분 범위의 일정 시간 동안 열처리하는 열처리단계;를 포함하는데,
    상기 경면보호층형성단계는
    상기 플라스틱 기재 표면에 크롬(Cr)을 증착하는데, DC 500 ~ 800W의 전력을 인가하여 20 ~ 70nm의 두께로 증착하는 제1크롬층형성단계;
    형성된 상기 제1크롬층 위에 상기 제1크롬층과 격자상수가 다른 크롬산화물(CrOx)을 증착하는데, DC 1000 ~ 2000W의 전압을 인가하고 산소를 주입하여 20 ~ 70nm의 두께로 증착하는 크롬산화물층형성단계; 및
    상기 크롬산화물층 위에 크롬을 증착하는데, DC 1000 ~ 2000W의 전력을 인가하여 100 ~ 300nm의 두께로 증착하는 제2크롬층형성단계;를 포함하며,
    상기 제1크롬층과 상기 크롬산화물층 사이의 면 및 상기 크롬산화물층과 상기 제2크롬층 사이의 면에는 격자불일치로 인하여 경면이 형성되는 것을 특징으로 하는 플라스틱재 표면의 경면보호층 형성방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2크롬층형성단계 후에
    형성된 상기 제2크롬층 위에 제3크롬층을 증착하는 제3크롬층형성단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라스틱재 표면의 경면보호층 형성방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1크롬층은 DC 500 ~ 800W의 전력을 인가하여 20 ~ 70nm의 두께로 증착하고, 상기 크롬산화물층은 DC 1000 ~ 2000W의 전압을 인가하고 산소를 주입하여 20 ~ 70nm의 두께로 증착하고, 상기 제2크롬층은 DC 200 ~ 400W의 전력을 인가하여 5 ~ 30nm의 두께로 증착하며, 상기 제3크롬층은 DC 1000 ~ 2000W의 전력을 인가하여 200 ~ 400nm의 두께로 증착하는 것을 특징으로 하는 플라스틱재 표면의 경면보호층 형성방법.
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