KR101870871B1 - 발색 필름 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 발색 필름에 관한 것으로서, 상기 발색 필름은 기재 필름, 상기 기재 필름 위에 위치하고 적어도 하나의 발색층을 구비한 발색층부, 그리고 상기 발색층부 위에 위치한 산화 방지층을 포함하고, 상기 기재 필름은 25㎛ 내지 190㎛의 두께를 갖고 있고, 상기 산화 방지층은 100Å 내지 300Å의 두께를 갖고 있고 투명한 도전 물질로 이루어져 있다.

Description

발색 필름 및 그 제조 방법{COLOR FILM AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 발색 필름 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
현재, 냉장고나 세탁기 등과 가전 제품 등의 기기에 사용되는 외부 케이스, 패널 또는 장식품과 같은 다양한 제품의 표면에는 다양한 무늬가 그려져 있거나 도색되어 해당 제품의 심미성을 높이고 있다.
이를 위해 해당 제품의 외부 표면 위에 원하는 디자인이나 색상을 갖는 필름이나 천을 합지하거나 철판이나 알루미늄 판과 같은 장식품을 원하는 부분에 덧붙인다.
이때, 필름이나 천 등에는 열증착 방법, 전기 도금 방법 또는 도료 분무 도장 방법 등을 이용하여 원하는 장식층(decoration layer)을 형성하고, 형성된 장식층 위에 컬러층을 형성하거나 무광 처리하여 원하는 필름이나 천을 제조하였다.
이러한 필름이나 천을 제조하기 위해 사용되는 도료 분무 도장 방법이나 전기 도금 방법은 제조 공정 상 벤졸류, 알코올류 등과 같은 유독 성분이 함유된 화학 약품을 이용하게 되므로, 이들 화학 약품이 공기 중에 침투하여 대기를 오염시키는 오염원으로 작용한다.
더욱이, 공정 완료 후 남은 화학 약품은 많은 중금속을 포함하고 있으므로, 이를 포함한 오수가 하천 등으로 배출될 경우 환경 오염을 야기시키는 문제가 있다.
열 증착 방법은 도료 분무 도장 방법이나 전기 도금 방법에 비해 환경 오염에 안전하지만, 진공 상태에서 증착될 시료에 열을 가해 기화시켜 증착시키는 방법인 열 증착 방법은 증착 후 형성되는 막의 두께가 다른 공정에 비해 두껍기 때문에 사용되는 기재 필름(base film)의 종류가 한정되어 있고, 발현되는 색상도 금속 순수 금속색만으로 한정된다.
따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 발색 필름의 생산성을 향상시키기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 금속 재질감을 가지는 칼라 발색층을 형성하기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 발색 필름에 적층된 발색층의 안전성을 향상시키기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는 발색 필름의 발색 효율을 향상시켜 심미성을 향상시키기 위한 것이다.
본 발명의 한 특징에 따른 발색 필름은 기재 필름, 상기 기재 필름 위에 위치하고 적어도 하나의 발색층을 구비한 발색층부, 그리고 상기 발색층부 위에 위치한 산화 방지층을 포함하고, 상기 기재 필름은 25㎛ 내지 190㎛의 두께를 갖고 있으며, 산화 방지층은 100Å 내지 300Å의 두께를 갖고 있고 투명한 도전 물질로 이루어져 있다.
상기 기재 필름은 강한 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)로 이루어져 있는 것이 좋다.
상기 발색층은 금속 물질 또는 비금속 물질로 이루어져 있고, 200Å 내지 1000Å의 두께를 가질 수 있다.
상기 발색층이 금속으로 이루어진 경우, 상기 발색층은 알루미늄(Al), 은(Ag), 주석(Sn), 티타늄(Ti), 구리(Cu), 스테인레스 강(sus), 황동 또는 인청동으로 이루어져 있는 것이 좋고, 상기 발색층이 비금속으로 이루어진 경우, 상기 발색층은 탄소로 이루어져 있는 것이 좋다.
상기 특징에 따른 발색 필름은 상기 기재 필름과 가장 인접하게 위치한 발색층이 비금속으로 이루어진 경우, 상기 기재 필름과 상기 발색층 사이에 위치한 시드층을 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 시드층은 전이 금속으로 이루어져 있는 것이 좋고, 이때, 상기 전이 금속은 니켈(Ni), 코발트(Co), 철(Fe), 구리(Cu), 몰리브덴(molybdenum)(Mo) 또는 티타늄(titanium)(Ti)일 수 있다.
상기 시드층은 100Å 내지 300Å의 두께를 가질 수 있다.
상기 특징에 따른 발색 필름은 상기 기재 필름과 상기 발색층부 사이에 산화 방지층을 더 포함할 수 있다.
상기 기재 필름과 상기 발색층부 사이에 위치한 산화 방지층은 100Å 내지 300Å의 두께를 갖고 있고 투명한 도전 물질로 이루어져 있는 것이 좋다.
상기 발색층부는 상기 기재 필름과 상기 발색층부 사이에 위치한 산화 방지층 위에 구리로 이루어져 있는 제1 발색층, 그리고 상기 제1 발색층 위에 위치하고 산화 구리로 이루어진 제2 발색층을 포함하고, 상기 제1 발색층의 두께는 100Å 내지 800Å이고, 상기 제2 발색층의 두께는 100Å 내지 500Å인 것이 좋다.
본 발명의 다른 특징에 따른 발색 필름의 제조 방법은 기재 필름 위에 적어도 하나의 발색층을 구비한 발색층부를 형성하는 단계, 그리고 상기 발색층부 위에 스퍼터링 방식으로 산화 방지층을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 기재 필름은 25㎛ 내지 190㎛의 두께를 갖고 있으며, 상기 산화 방지층은 투명한 도전 물질로 이루어져 있다.
상기 적어도 하나의 발색층과 상기 산화 방지층은 각각 롤 투 롤 스퍼터링 장비를 이용하여 적층되는 것이 좋고, 상기 발색층부를 형성하기 위해 공급되는 분위기 가스는 아르곤 가스이며, 상기 산화 방지층을 형성하기 위해 공급되는 분위기 가스는 아르곤 가스와 산소 가스의 혼합 가스인 것이 좋다.
상기 적어도 하나의 발색층은 금속 물질 또는 비금속 물질로 이루어져 있는 것이 좋다.
상기 발색층이 금속으로 이루어지는 경우, 상기 발색층은 알루미늄(Al), 은(Ag), 주석(Sn), 티타늄(Ti), 구리(Cu), 스테인레스 강(sus) 황동 또는 인청동으로 이루어져 있는 것이 좋고, 상기 발색층이 비금속으로 이루어지는 경우, 상기 발색층은 탄소로 이루어져 있는 것이 좋다.
상기 특징에 따른 발색 필름의 제조 방법은 상기 기재 필름과 가장 인접하게 위치한 발색층이 비금속으로 이루어진 경우, 상기 기재 필름과 상기 발색층 사이에 시드층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것이 좋다.
상기 시드층은 전이 금속으로 이루어져 있는 것은 좋고, 상기 전이 금속은 니켈(Ni), 코발트(Co), 철(Fe), 구리(Cu), 몰리브덴(molybdenum)(Mo) 또는 티타늄(titanium)(Ti)일 수 있다.
본 발명의 다른 특징에 따른 발색 필름의 제조 방법은 상기 시드층 위에 상기 비금속으로 이루어진 발색층이 형성된 후, 질소 분위기에서 80℃~150℃의 온도로 열처리하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 특징에 따른 발색 필름의 제조 방법은 상기 기재 필름과 상기 발색층부 사이에 산화 방지층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 기재 필름과 상기 발색층부 사이에 산화 방지층을 형성하는 단계는 투명한 도전 물질을 이용하여 상기 산화 방지층을 형성하는 것이 좋다.
상기 발색층부를 형성하는 단계는 상기 기재 필름과 상기 발색층부 사이에 위치한 산화 방지층 위에 구리를 이용한 스퍼터링 방식으로 구리층인 제1 발색층을 형성하는 단계, 그리고 상기 제1 발색층 위에 산화 구리를 이용한 스퍼터링 방식으로 산화 구리층인 제2 발색층을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 제1 발색층의 두께는 100Å 내지 800Å이고, 상기 제2 발색층의 두께는 100Å 내지 500Å일 수 있다.
이러한 특징에 따르면, 산화 방지층은 투명한 도전 물질로 이루어져 있으므로, 산화 방지층의 적층 효율이 증가하여 발색 필름의 제조 시간이 향상되어 제품의 생산성이 증가한다.
또한, 비금속으로 이루어진 기재 필름 위에 비금속으로 이루어진 발색층을 형성할 때 시드층을 형성하고, 기재 필름과 발색층 간의 결합력을 증가시켜 안정적으로 기재 필름 위에 발색층이 적층되도록 한다.
더욱이, 시드층 위에 비금속으로 이루어진 발색층을 형성한 후, 열처리 공정을 실시하므로, 비금속층인 발색층의 견고성을 향상시킨다.
발색층을 이루는 금속이나 비금속의 굴절률 차이로 인해 외부로부터 입사된 빛의 경로가 변함에 따라 빛의 반사 현상으로 발현되는 색인 반사색이 변하여 발색 필름의 다양한 색상의 구현이 가능해져 발색 필름의 심미성이 향상된다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 발색 필름의 예에 대한 단면도이다.
도 3a 및 도 3b는 도 2에 도시한 발색 필름의 제조하기 위한 제조 공정은 순차적으로 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 발색 필름의 단면도이다.
도 5a 내지 도 5c는 도 4에 도시한 발색 필름의 제조하기 위한 제조 공정은 순차적으로 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 한 예에 따른 발색 필름이 대상물의 표면에 부착된 예에 도시한 단면도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 또한 어떤 부분이 다른 부분 위에 "전체적"으로 형성되어 있다고 할 때에는 다른 부분의 전체 면(또는 전면)에 형성되어 있는 것뿐만 아니라 가장 자리 일부에는 형성되지 않은 것을 뜻한다.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 한 실시예에 따른 발색 필름 및 그 제조 방법에 대하여 설명한다.
먼저, 도 1을 참고로 하여 본 발명의 한 실시예에 따른 발색 필름의 한 예에 대해서여 상세하게 설명한다.
도 1에 도시한 본 발명의 한 실시예에 따른 발색 필름(100)은 기재 필름(110), 기재 필름(110) 위에 위치한 프라이머층(120), 프라이머층(120) 위에 위치한 적어도 하나의 발색층(131, 132)를 구비한 발색층부(130), 적어도 하나의 발색층(131, 132) 위에 위치한 산화 방지층(140)을 구비한다.
본 예에서, 기재 필름(110)은 열안정성이 높고 기계적 강도가 강한 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET, polyethyleneterephthalate) 필름과 같은 플라스틱 필름이고, 25㎛ 내지 190㎛의 두께를 갖고 있다.
기재 필름(110)의 두께가 25㎛ 이상이면, 기재 필름(110) 위에 적층되는 층들의 적층 동작이 용이하여 작업 효율이 향상되고 기재 필름(110)의 두께가 190㎛ 이하이면, 형성되는 발색 필름(100)의 두께가 감소하여 발색 필름(100)을 원하는 표면 위에 부착할 때의 부착 작업이 용이하게 이루어진다.
하지만, 기재 필름(110)은 이에 한정되지 않고 유리나 금속과 같은 다른 재료로 이루어질 수 있다.
프라이머층(120)은 1㎛ 내지 2㎛이 두께로 도포되는 층으로서, PET로 이루어진 기재 필름(110)의 낮은 표면 장력을 향상시켜 기재 필름(110) 위에 형성되는 발색층(131) 간의 부착력을 향상시켜 안정적이고 견고하게 발색층(131)이 형성될 수 있도록 하는 것으로서, 우레탄(urethane), 아크릴(acrylic) 또는 실리콘(silicon) 등으로 이루질 수 있다.
프라이머층(120)의 두께가 1㎛ 이상인 경우, 안전적으로 프라이머층의 기능이 수행되고, 프라이머층(120)의 두께가 2㎛ 이하인 경우, 프라이머층의 기능을 수행하면서 발색 필름(100)의 두께 증가를 방지하게 된다.
대안적인 예에서, 프라이머층(120)은 생략될 수 있다.
도 1에서, 발색층(131, 132)은 두 개의 층으로 이루어져 있지만 이에 한정되지 않고 하나의 층 또는 세 개 층 이상으로 이루어질 수 있다.
발색층부(130)는 발색을 위해 금속 또는 비금속으로 이루어진 적어도 하나의 발색층(131, 132)이 위치하는 부분으로서, 각 발색층(131, 132)을 이루는 금속의 종류와 두께에 따라 발색 필름(100)에서 발색되는 색상이 달라진다.
본 예에서, 각 발색층(131, 132)의 두께는 200Å 내지 1000Å 일 수 있고, 서로 인접한 층을 이루는 금속의 종류를 서로 상이하지만, 동일할 수 있다. 또한, 각 발색층(131, 132)의 두께는 서로 동일하거나, 서로 다른 두께는 갖는 층이 적어도 2개 존재할 수 있다.
발색층(131, 132)을 이루는 물질은 알루미늄(Al), 은(Ag), 주석(Sn), 티타늄(Ti), 구리(Cu), 스테인레스 강(sus), 황동, 또는 인청동 등의 금속이거나 탄소(C)와 같은 비금속일 수 있다.
본 예에서, 각 발색층(131, 132)은 스퍼터링 방식(sputtering)을 이용하여 형성된다.
각 발색층(131, 132)의 두께가 200Å 이상인 경우 원하는 색상을 안정적으로 발현되도록 하고, 두께가 1000Å 이하인 경우 박리 현상 없이 안정적으로 해당 측 위에 적층 상태가 유지된다.
이와 같이, 발색층의 층수를 원하는 색상에 따라 변경하여 해당 금속 고유의 색상인 순수 색상이 아니라 와인색(wine), 청색(blue), 녹색(green) 등과 같은 다양한 색상을 발현할 수 있다.
또한, 각 발색층을 이루는 금속이나 비금속의 굴절률 차이로 인해 외부로부터 입사된 빛의 경로(즉, 광 경로)가 변함에 따라 빛의 반사 현상으로 발현되는 색인 반사색이 변하게 된다. 이로 인해, 다양한 색상의 구현이 가능해진다.
발색층(132) 위에 위치한 산화 방지층(140)은 하부에 위치한 발색층(132)의 산화를 방지하기 위한 층으로서, SnO2, ZnO, ZTO, ITO, ATO 또는 TNO 등과 같은 투명한 도전 물질로 이루어진 투명 도전막이다.
이와 같이 투명한 도전 물질로 이루어진 투명 도전막에는 산소가 도핑되어 있는 접해있는 다른 층으로의 산소 이동을 방지하여 산화 방지 기능을 수행하게 된다.
따라서, 산화 방지층(140)으로 인해 금속 물질 또는 비금속 물질로 이루어진 하부의 발색층(130)의 산화 현상이 산화 현상이 방지되거나 감소된다.
또한, 투명한 도전 물질로 이루어져 있으므로, 본 예의 산화 방지층(140)은 직류(DC) 전원 발생기(DC power generator) 또는 직류 펄스 전원 발생기((DC pulse)power generator)를 이용한 스퍼터링 방식을 이용하여 형성된다.
본 예에 따라 투명한 도전 물질을 이용하여 산화 방지층(140)을 형성하는 경우, SiO2, Al2O3 또는 TiO2 등 같은 투명 절연막을 사용하여 MF(Medium Frequency) 전원 발생기를 이용한 스퍼터링 방식을 이용하여 산화 방지층을 형성하는 경우에 비해, 증착률이 높이 생산성이 증가한다.
이러한 산화 방지층(140)은 100Å 내지 300Å의 두께로 이루어진다.
산화 방지층(140)의 두께가 100Å 이상인 경우, 안정적으로 하부층에 대한 산화 방지 효과가 발휘되고, 300Å 이하인 경우, 불필요한 발색 필름(100)의 두께 증가를 방지하며 하부층에 위한 발색층(131, 132)의 발색 효율을 향상시킨다.
이러한 산화 방지층(1401)은, 도 2에 도시한 다른 예의 발색 필름(100a)에서처럼, 최상부에 위치한 발색층(132) 위뿐만 아니라 프라이머층(120)과 기재 필름(110)에 인접한 최하부에 위치한 발색층(131) 사이에도 추가로 위치한다.
추가로 형성된 산화 방지층(1401)의 재료와 적층 방식은 이미 설명한 산화 방지층(140)과 동일하여 투명한 도전 물질로 이루어져 있고, 증착률이 좋은 직류 전원 발생기나 직류 펄스 전원 발생기를 이용한 스퍼터링 방식으로 형성된다.
이와 같이, 복수의 발색층 중에서 가장 하부에 위치한 발색층(131)과 접하게 산화 방지층(1401) 형성될 경우, 적어도 하나의 발색층으로 이루어진 발색층부(130)의 상부와 하부에 각각 접하게 산화 방지층(140, 1401)이 형성되므로 발색층부(130)로의 산소 침투를 방해하여 발색층부(130)의 산화 현상이 크게 줄어들거나 방지된다. 이로 인해, 발색층부(130)에 의해 발현되는 초기 색상의 유지 시간이 증가하게 된다.
본 예에서, 금속층을 적층하여 청색(blue), 녹색(green) 또는 와인색(wine)과 같은 메탈색을 구현하기 위해, 프라이머층(120) 위에 위치한 산화 방지층(1401) 위에 구리(Cu)로 이루어진 구리층인 제1 발색층과 산화 구리[CuO, 또는 CuxO(예, Cu2O)]로 이루어진 제2 발색층을 구비할 수 있다.
이때, 제2 발색층의 재료로 Cu2O를 사용할 경우, 해다 제2 발색층은 붉은색을 나타내고, CuO를 사용할 경우 제2 발색층은 검은색을 띤다. 그러므로, 산화 구리(CuO, 또는 CuxO)를 적층 시 Cu에 산소를 반응시켜 스퍼터링을 하기 때문에 산소 분위기에 따라 산화 구리의 상태가 변화하면서 색상이 변화한다.
이때, 청색 또는 와인색과 같은 구현하기 위해, 구리(Cu)로 이루어진 제1 발색층의 두께는 100Å 내지 800Å일 수 있고, 산화 구리(CuO 또는 CuxO)로 이루어진 제2 발색층의 두께는 100Å 내지 500Å일 수 있다.
이러한 구조를 갖는 발색 필름(100, 100a)의 제조하는 방법에 대하여 설명한다.
본 예의 경우, 하나의 발색 필름(100, 100a)을 제조하기 위해 적층되는 층 수만큼 격벽 등으로 구획된 격실이 형성된 하나의 챔버를 이용하지만, 이와는 달리, 별개의 챔버에서 해당 층이 형성될 수 있다.
먼저, 도 3a 및 도 3b를 참고로 하여, 도 2에 도시한 발색 필름(100a)을 제조하는 방법에 대하여 설명한다.
먼저, 도 3a에 도시한 것처럼, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)로 이루어져 있는 기재 필름(110) 위에 프라이머 용액을 도포한 후 건조시켜 기재 필름(110) 위에 프라이머층(120)을 구비한 기재 필름(110)은 원하는 각 층을 적층하기 위한 해당 챔버로 이동하게 되다.
본 예에서, 각 층(1401, 131, 132, 140)은 롤 투 롤 스퍼터링 (roll-to-roll sputtering) 장비를 사용하는 스퍼터링 방식으로 형성된다.
해당 챔버는 1 내지 9×10-6 torr의 초기 진공도를 갖는다. 이러한 챔버의 초기 진공도는 PET로 이루어진 기재 필름(110)의 수분을 제거하기 위한 것으로서 원하는 진공도에 도달하기 위해 고진공 펌프인 터보 펌프(turbo pump), DP 펌프(dispenser pump) 또는 클라이오 펌프(cryo pump) 등을 이용할 수 있다.
이러한 초기 진공도를 갖는 챔버의 해당 격실에서 제1 산화 방지층(1401)을 형성하기 위한 공정이 루어진다.
즉, 제1 산화 방지층(1401)을 형성하기 위해 프라이머층(120)을 구비한 기재 필름(110)이 챔버(chamber)의 해당 격실로 이동하게 되면 스퍼터링 공정을 위한 플라즈마 형성을 위하여 주입량 제어기(MFC, mass flow controller)를 이용해 분위기 가스인 아르곤(Ar)과 산소(O2) 가스를 챔버 내의 해당 격실로 유입시켜 해당 격실의 진공도를 1 내지 9×10-3 torr, 바람직하게 1 내지 5×10-3 torr로 조정한다.
이때, 아르곤(Ar) 가스의 투입량은 100 내지 500sccm 이고, 산소(O2) 가스의 투입량은 10~100sccm 일 수 있다.
이때, 아르곤 가스와 산소 가스의 투입량이 각 하한값(100sccm, 10sccm) 이상인 경우, 안정적으로 스퍼터링 공정이 행해져 원하는 발색층의 적층이 이루어지고, 아르곤 가스와 산소 가스의 투입량이 각 상한값(500sccm, 100sccm) 이하인 경우, 발생된 이온 수의 증가로 인한 플라즈마 형성 시 이온들과의 충돌로 인한 적층 효율이 감소가 방지된다.
이미 설명한 것처럼, 제1 산화 방지층(1401)의 재료는 SnO2, ZnO, ZTO 또는 ITO 등의 투명한 도전 물질이므로, 이들 투명한 도전 물질을 타겟 물질로 이용한 스퍼터링 방식으로 기재 필름(110) 위에 제1 산화 방지층(1401)을 형성한다.
본 예의 경우 기재 필름(110)의 주행 속도는 1~10m/min일 수 있다.
이와 같이, 제1 산화 방지층(1401)이 형성된 후, 도 3b에 도시한 것처럼, 원하는 층 수 대로 발색층(131, 132)을 순차적으로 적층하여 발색층부(130)를 형성한다.
각 발색층(131, 132) 역시 롤 투 롤 스프터링 방식에 의해 형성되므로, 제1 산화 방지층(1401)이 형성된 기재 필름(110)은 해당 격실로 이동하게 된다.
다음, 해당 격실로 분위기 가스인 아르곤(Ar) 가스를 해당 챔버 내로 주입하여 해당 격실의 진공도를 5 내지 10×10-3 torr로 낮춘 후, 알루미늄(Al), 은(Ag), 주석(Sn), 티타늄(Ti), 구리(Cu), 탄소(C), 스테인레스 강(sus), 황동, 또는 인청동 등과 같이 원하는 물질을 타겟 물질로 이용하여 원하는 두께의 발색층(131, 132)을 형성한다.
이때, 타겟 물질은 발색의 종류에 따라 정해진다.
한 예로, 발색층부의 발색 색상이 청색이나 와인색을 구현하기 위해, 구리를 이용한 롤 투 롤 스퍼터링 방식을 이용하여 제1 산화 방지층(1401) 위에 구리층을 형성한다. 이때, 분위기 가스는 아르곤 가스이다.
다음, 산화 구리를 이용하여 구리층 위에 산화 구리층을 형성하기 위해, 분위기 가스로서 아르곤 가스와 산소 가스를 투입하여 해당 격실의 진동도를 5 내지 10×10-3 torr로 맞춘 후, 산화 구리를 타겟 물질로 하여 롤 투 롤 스퍼터링 방식으로 산화 구리층을 형성한다. 이때, 아르곤 가스의 투입량은 100~500sccm이고, 산소 가스의 투입량은 40~80sccm이며, 산소 투입량에 따라 색상 변화가 발생하므로, 원하는 색상에 따라 주입되는 산소량을 조정하여 청색, 녹색 또는 와인색이 발현될 수 있도록 한다.
그런 다음, 해당 격실로 이동한 후, 제1 산화 방지층(1401)의 제조 방법과 동일하게, 해당 격실에 아르곤 가스와 산소 가스를 주입하여 해당 격실의 진동도를 작업 진공도(1 내지 5×10-3 torr)로 로 감소시킨 후, 발색층부(130) 위에 제2 산화 방지층(140)을 형성하여 발색 필름(100a)을 완성한다(도 2).
본 예에서, 롤 투 롤 스퍼터링 장비를 이용한 스퍼터링 방식을 이용하여 각 원하는 층(14010, 131, 132, 140)을 적층할 때, 각 층의 적층 두께는 인가되는 DC 전원 생성기나 DC 펄스 전원 생성기의 파워 세기와 기재 필름(110)의 주행 속도에 따라 정해진다.
본 예에서, 기재 필름(110)의 주행 속도는 1~10m/min일 수 있다.
도 1에 도시한 발색 필름(100)은 도 3a 및 도 3b의 제조 공정 중에서, 제1 산화 방지층(1401)의 형성 단계를 생략하여 제조한다.
다음, 도 4를 참고로 하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 발색 필름(100b)에 대하여 설명한다.
도 1 및 도 2에 도시한 발색 필름(100, 100a)과 비교할 때, 본 발명의 다른 예는 발색 필름(100b)은 프라이머층(120)과 발색층(133) 사이에 시드층(seed layer)(150)을 추가로 더 구비하고 있고, 시드층(150)과 접하는 발색층(133)은 비금속 물질[예, 탄소(C)]로 이루어져 있다는 것을 제외하면 도 1의 발색 필름(100)과 실질적으로 동일한 구조를 갖고 있다.
시드층(150)은 탄소로 이루어진 발색층(133)의 원활한 층 형성 동작을 위해, 탄소(C)과 같은 비금속과의 결합이 가능한 착이온을 구비한 전이 금속으로 이루어져 있다.
예를 들어, 전이 금속은 니켈(Ni), 코발트(Co), 철(Fe), 구리(Cu), 몰리브덴(molybdenum)(Mo) 또는 티타늄(titanium)(Ti)일 수 있다.
이로 인해, 시드층(150) 위에 비금속층인 탄소가 적층되어 발색층(133)이 형성될 수 발색층(133)의 탄소가 시드층(150) 속으로 침투되어 결합되므로, 시드층(150)과 탄소층(133) 간의 결합력이 증대되어 안정적으로 발색층(133)의 형성이 이루어진다.
이러한 시드층(150)은 있고 100Å 내지 300Å의 두께를 갖고 있다.
시드층(150)의 두께가 100Å 이상인 경우, 시드층(150) 위에 형성되는 비금속층인 발색층(133)의 결합력이 증가하여 시드층(150) 위에 안정적으로 발색층(133)이 형성되고, 시드층(150)의 두께가 300Å 이하인 경우, 발색층(133)과의 결합력을 안정적으로 유지하므로 불필요한 발색 필름(100b)의 두께 증가와 적층 시간의 증가를 방지한다.
따라서 시드층(150)으로 인한 탄소와의 부착력 향상으로 인해, 탄소로 이루어진 발색층(133)이 안정적으로 시드층(150) 위에 위치하여 발색층(133)이 박리되는 현상을 감소시켜 안정적으로 발색층(133)이 존재하도록 한다.
이때, 탄소로 이루어진 발색층(133)의 두께는 300Å 내지 500Å 일 수 있다.
다음, 도 5a 내지 도 5c 를 참고로 하여 도 4에 도시한 발색 필름(100b)를 제조하는 방법을 설명한다.
발색 필름(100b)의 제조 공정 롤 투 롤 스퍼터링 장비를 이용하여 행해지며, 복수의 격실을 구비한 하나의 챔버에서 이루어지거나 복수의 챔버에서 행해질 수 있다.
도 5a에 도시한 것처럼, 프라이머층(120)을 구비한 기재 필름(110) 위에 시드층(150)을 형성한다(도 5a).
이때, 시드층(150)은 롤 투 롤 스프터링 장비를 이용하여 형성된다.
이미 설명한 것처럼, 프라이머층(120)을 구비한 기재 필름(110)은 초기 진공도가 1 내지 9×10-6 torr로 조정된 챔버(chamber)의 해당 격실로 이동하고, 시드층(150)을 형성하기 위한 스퍼터링 공정을 위해 해당 격실 내로 아르곤 가스를 주입하여 해당 격실의 진공도를 5 내지 10×10-3 torr로 낮춰진다. 이때, 주입되는 아르곤 가스의 투입량은 100~500sccm이다.
이러한 공정 진공도(5 내지 10×10-3 torr) 상태에서, 비금속과의 결합이 가능한 착이온을 구비한 전이 금속을 타겟 물질로 하여 시드층(150)을 위한 스퍼터링 공정을 실시한다.
이때, 사용되는 전이 금속은 니켈(Ni), 코발트(Co), 철(Fe), 구리(Cu), 몰리브덴(molybdenum)(Mo), 티타늄(titanium)(Ti)일 수 있고, 바람직하게는, 탄소와의 고용해도(solid solubility)가 높은 니켈과 코발트 일 수 있다.
이미 설명한 것처럼, 롤 투 롤 스퍼터링 장비를 이용한 스퍼터링 방법에서 적층되는 층, 즉 시드층(150)의 적층 두께는 기재 필름(110)의 주행 속도와 파워 세기이며, 주행 속도는 1~10m/min이다.
다음, 도 5b에 도시한 것처럼, 시드층(150) 위에 탄소(C)로 이루어진 발색층(133)을 형성하기 위해, 해당 격실로 100~500sccm 양의 아르곤 가스를 주입하여 챔버의 진공도를 1 내지 5×10-3 torr로 조정한 후 탄소를 타겟 물질로 하여 스퍼터링을 실시한다.
이와 같이, 시드층(150) 위에 탄소로 이루어진 발색층(133)이 형성되면, 시드층(150)과 발색층(133) 간의 부착력을 증가시키기 위해 질소 분위기에서 80~150℃의 온도로 열처리를 실시한다.
이러한 열처리 동작에 의해 시드층(150)과 탄소층인 발색층(133) 간의 부착력이 더욱 증가하고 탄소 결정성이 증가하여 해당 발색층(133)의 견고성이 증가하게 된다.
일반적으로, 비금속층인 탄소과 비금속인 PET로 이루어진 기재 필름(110)과의 이온 결합이 어려워 기재 필름(110)위의 프라이머 층(120)의 표면 위에 바로 탄소층(133)이 적층되면 기재 필름(110)과 탄소층(133) 간의 부착력이 약하여 발색층인 탄소층(133)의 박리 현상이 쉽게 발생한다.
하지만, 본 예의 시드층(150)의 기능으로 인해, 탄소가 적층될 때 탄소는 탄소와의 고용해도를 갖는 시드층(150) 속으로 침투되므로, 시드층(150)과의 결합력이 증가되므로, 시드층(150) 위에 형성된 발색층(133)은 비금속층인 기재 필름(110) 위에 안전하게 적층된다.
또한, 열처리 동작에 의해 시드층(150)과 발색층(133) 간의 부착력과 발색층(133)의 견고성은 더욱 증가하게 된다.
이와 같이, 탄소층(133)이 형성된 후, 해당 격실 내에 아르곤(Ar)과 산소(O2) 가스를 챔버 내로 유입시켜 분위기 가스로서 아르곤 가스와 산소 가스의 혼합 가스를 이용하여 챔버 내의 진공도를 1 내지 5×10-3 torr로 조정한 후, 이미 기재할 것과 같은 롤 투 롤 스퍼터링 장비를 이용한 스퍼터링 방식을 통해 산화 방지층(140)을 형성하여 발색 필름(100b)을 완성한다(도 4).
산화 방지층(140)을 위한 재료는 SnO2, ZnO, ZTO 또는 ITO 등의 투명한 도전 물질이다.
이때, 아르곤 가스의 투입량은 100 내지 500sccm 이고, 산소 가스의 투입량은 10~100sccm 일 수 있으며, 산화 방지층(140) 형성 시 기재 필름(11)의 주행 속도는 1~10m/min일 수 있다.
이미 설명한 것처럼, 본 예의 경우도 각 층(150, 133, 140) 의 적층 두께는 DC 전원 생성기나 DC 펄스 전원 생성기의 파워 세기와 기재 필름(110)의 주행 속도에 따라 정해진다.
또한, 이미 설명한 것처럼, 아르곤 가스와 산소 가스 또는 아르곤 가스인 분위기 가스의 투입량이 하한값 이상인 경우, 안정적으로 스퍼터링 공정이 행해져 원하는 층의 적층 동작이 원활히 이루어지고, 상한값 이하인 경우, 프라즈마와 이온 간의 충돌로 인한 적층 효율의 감소 없이 원활한 적층 동작이 이루어져 해당 제품의 수율이 향상된다.
이러한 예에 따라, 도 1 및 도 2에 도시한 발색 필름(100, 100a)에서도 발색층부(130)의 최하위에 위치한 발색층(131), 즉 발색층부(130)에서 기재 필름(110)에 가장 인접하게 위치한 발색층(131)이 비금속 물질인 탄소로 이루어진 비금속층인 경우, 플라이머층(120)을 구비한 기재 필름(110) 위에 시드층(150)이 추가로 위치하게 된다.
따라서, 플라이머층(120) 위에, 기재한 방식과 동일하게, 스퍼터링 방식을 이용하여 전이 금속으로 이루어진 시드층(150)을 형성한 후 발색층(131)을 형성하거나 산화 방지층(1401)을 형성하게 된다.
이러한 방식으로 형성된 본 예의 발색 필름(100, 100a, 100b)은, 도 5에 도시한 것처럼, OCR(optical clear resin) 합지 방식을 이용하여 접착을 위한 대상물(200)의 표면에 부착된다.
일반적으로 도 6과 같이 냉장고 문 등의 대상물(200)의 표면은 패턴이 형성되어 있으므로 요철 형상을 갖게 되고, 롤러(roller) 등의 회전 동작에 따라 접착제(OCR)(160)가 부착된 대상물(200)의 표면 위에 원하는 발색 필름(100, 100a, 100b)이 부착된다.
이때, 대상물(200)의 표면 위에 부착되는 접착제(160)의 접착 두께는 2㎛~10㎛일 수 있다.
본 예에서, 기재 필름(110)의 일면, 즉 발색층부(130)가 적층되는 면의 반대편에 위치하여 외부로 노출되는 면 위에는 하드 코팅층 및 눈부심 방지층(anti-glare layer)(170) 중 적어도 하나가 형성될 수 있다. 하드 코팅층이나 눈부심 방지층의 두께는 3㎛~5㎛일 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
100, 100a, 100b: 발색 필름
110: 기재 필름 120: 프라이머 층
140, 140: 산화 방지층 130: 발색층부
131, 132, 133: 발색층 150: 시드층

Claims (23)

  1. 기재 필름,
    상기 기재 필름 위에 위치하고 적어도 하나의 발색층을 구비한 발색층부,
    상기 기재 필름과 상기 발색층 사이에 위치한 시드층, 그리고
    상기 발색층부 위에 위치한 산화 방지층
    을 포함하고,
    상기 기재 필름은 25㎛ 내지 190㎛의 두께를 갖고 있고,
    상기 발색층은 비금속인 탄소로 이루어져 있으며,
    상기 산화 방지층은 100Å 내지 300Å의 두께를 갖고 있고 투명한 도전 물질로 이루어져 있는
    발색 필름.
  2. 제1항에서,
    상기 기재 필름은 비금속 물질로 이루어져 있는 발색 필름.
  3. 제2항에서,
    상기 기재 필름은 강한 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)로 이루어져 있는 발색 필름.
  4. 제1항에서,
    상기 발색층은 200Å 내지 1000Å의 두께를 갖는 발색 필름.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항에서,
    상기 시드층은 전이 금속으로 이루어져 있는 발색 필름.
  8. 제7항에서,
    상기 전이 금속은 니켈(Ni), 코발트(Co), 철(Fe), 구리(Cu), 몰리브덴(molybdenum)(Mo) 또는 티타늄(titanium)(Ti)인 발색 필름.
  9. 제1항에서,
    상기 시드층은 100Å 내지 300Å의 두께를 갖는 발색 필름.
  10. 제1항에서,
    상기 기재 필름과 상기 발색층부 사이에 산화 방지층을 더 포함하는 발색 필름.
  11. 제10항에서,
    상기 기재 필름과 상기 발색층부 사이에 위치한 산화 방지층은 100Å 내지 300Å의 두께를 갖고 있고 투명한 도전 물질로 이루어져 있는 발색 필름.
  12. 삭제
  13. 기재 필름 위에 시드층을 형성하는 단계,
    상기 시드층 위에 비금속인 탄소로 이루어진 적어도 하나의 발색층을 구비한 발색층부를 형성하는 단계, 그리고
    상기 발색층부 위에 스퍼터링 방식으로 산화 방지층을 형성하는 단계
    를 포함하고,
    상기 기재 필름은 25㎛ 내지 190㎛의 두께를 갖고
    상기 산화 방지층은 투명한 도전 물질로 이루어져 있는
    발색 필름의 제조 방법.
  14. 제13항에서,
    상기 적어도 하나의 발색층과 상기 산화 방지층은 각각 롤 투 롤 스퍼터링 장비를 이용하여 적층되고,
    상기 발색층부를 형성하기 위해 공급되는 분위기 가스는 아르곤 가스이고,
    상기 산화 방지층을 형성하기 위해 공급되는 분위기 가스는 아르곤 가스와 산소 가스의 혼합 가스인
    발색 필름의 제조 방법.
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 제13항에서,
    상기 시드층은 전이 금속으로 이루어져 있는 발색 필름의 제조 방법.
  19. 제18항에서,
    상기 전이 금속은 니켈(Ni), 코발트(Co), 철(Fe), 구리(Cu), 몰리브덴(molybdenum)(Mo) 또는 티타늄(titanium)(Ti)인 발색 필름의 제조 방법.
  20. 제13항에서,
    상기 시드층 위에 상기 발색층이 형성된 후, 질소 분위기에서 80~150℃의 온도로 열처리하는 단계를 더 포함하는 발색 필름의 제조 방법.
  21. 제13항에서,
    상기 기재 필름과 상기 발색층부 사이에 산화 방지층을 형성하는 단계를 더 포함하는 발색 필름의 제조 방법.
  22. 제21항에서,
    상기 기재 필름과 상기 발색층부 사이에 산화 방지층을 형성하는 단계는 투명한 도전 물질을 이용하여 상기 산화 방지층을 형성하는 발색 필름의 제조 방법.
  23. 삭제
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