KR102011040B1 - Color Coating layer using metal nano structure and the method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 금속표면에 가시광 파장 이하의 돌출형 혹은 함몰형 복수의 금속나노구조체를 형성하여 금속고유의 광택을 유지하면서도 선명한 색상 구현을 가능하게 하는 광학 코팅층 및 그 제조방법을 개시한다. The present invention discloses an optical coating layer and a method for manufacturing the same, forming a plurality of protruding or recessed metal nanostructures having a visible light wavelength or less on a metal surface, and enabling vivid colors while maintaining the gloss of metals.
Description
본 발명은 금속나노구조체를 이용한 컬러 코팅층 및 그 제조방법에 관한 것으로, 구체적으로는, 금속표면에 가시광 파장이하의 돌출형 혹은 함몰형 금속나노구조체 어레이를 형성하여 금속고유의 광택을 유지하면서도 선명한 색상 구현을 가능하게 하는 컬러 코팅층 및 그 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a color coating layer using a metal nanostructure and a method of manufacturing the same, and specifically, to form a protruding or recessed metal nanostructure array having a visible light wavelength or less on the metal surface to maintain a vivid color while maintaining the unique gloss of the metal The present invention relates to a color coating layer and a method of manufacturing the same.
종래에는, 물체의 표면 색상을 구현하는 기술로서, 원하는 색상을 구현할 수 있는 도료를 표면에 코팅하거나 산화물 등과 같은 재료를 여러 층으로 증착하여 빛의 간섭에 의한 효과를 유발시킴으로써 다양한 색상을 구현하는 광학 코팅을 하는 방법, 또는 단순히 일부 전이금속과 전이금속질화물계 물질을 코팅하여 금속광택을 구현하는 방법이 주류를 이루어왔다.Conventionally, as a technology for realizing the surface color of an object, an optical material that realizes a variety of colors by coating a surface material or a material such as an oxide in multiple layers to induce the effect of the interference of light as a technique for implementing the surface color of the object The method of coating, or simply coating some transition metals and transition metal nitride-based materials to achieve a metal gloss has been mainstream.
그러나, 도료의 사용은 도료 특유의 색상을 구현하는 것이 유리하나 금속광택과 같은 고품위의 광택을 구현하기가 어렵고 열 또는 자외선에 취약하며, 전이금속 및 질화물계 코팅기술은 물질 자체의 색상에 의하여 한정된 색상만을 구현할 수 있는 단점이 있다. 또한, 다층막을 이용하여 빛의 간섭 효과에 의한 색상을 구현하는 방법은 다층막의 구조 및 재료의 선택에 의하여 다양한 색상을 구현하는 것이 가능하기는 하지만, 증착되는 다층막의 두께 조절이 잘 되어야 색상의 균질도와 재현성을 보장할 수 있으며, 특히 휴대폰과 같은 3차원 구조에 적용될 시에는 두께의 균일성을 확보하기 어려워 색상의 균질도를 유지하기 어려운 단점이 있었다.However, the use of paints is advantageous to realize paint-specific colors, but it is difficult to achieve high-quality gloss such as metallic gloss, and is susceptible to heat or ultraviolet rays. Transition metal and nitride coating technology is limited by the color of the material itself. The disadvantage is that only color can be implemented. In addition, the method of realizing the color by the interference effect of light using the multilayer film is possible to implement a variety of colors by the selection of the structure and material of the multilayer film, but the uniformity of the color should be well controlled the thickness of the deposited multilayer film In addition, it is possible to guarantee the reproducibility, and in particular, when applied to a three-dimensional structure such as a mobile phone, it is difficult to secure uniformity of thickness, which makes it difficult to maintain color uniformity.
이러한 문제점을 해결하기 위해서 금속 표면에 나노구조체를 형성하여 색채를 구현하는 연구가 있었다. 미국공개특허공보 제2012/0015118호 발명의 명칭 "METHOD AND DEVICE FOR CONTROLLING THE COLOR OF METALS"이 게시된 바 있다. 이 기술은 금속 표면에 나노구조체를 형성시키고, 표면 플라즈몬 여기에 따른 특성 광흡수현상을 이용하여 색채가 나타나도록 하는 방식이다.In order to solve this problem, there has been a study to realize the color by forming a nanostructure on the metal surface. United States Patent Application Publication No. 2012/0015118 entitled "METHOD AND DEVICE FOR CONTROLLING THE COLOR OF METALS" has been published. This technique forms a nanostructure on the surface of the metal and displays the color by using characteristic light absorption phenomena due to surface plasmon excitation.
그러나, 이 기술에 의하더라도 다양한 명도, 채도, 색체의 범위가 확보되지 않으며 소재의 한계로 인해 구조가 복잡하고 공정비용이 높아지는 단점이 있어, 단순한 구조와 저가의 공정으로 색재현 범위를 확대할 수 있는 금속 컬러 코팅층에 대한 요구가 절실한 실정이다. However, even with this technology, a range of brightness, saturation and color ranges are not secured, and there are disadvantages in that the structure is complicated and process costs are increased due to the limitation of the material. Therefore, the range of color reproduction can be expanded by simple structure and low cost process. There is an urgent need for a metallic color coating layer.
본 발명은 상기와 같은 종래 컬러코팅 기술이 갖는 문제점을 극복하기 위하여 제안된 것으로, 금속 고유의 심미적 광택효과를 유지하면서 다양한 고선명 색상구현이 가능한 금속표면 나노구조화 컬러링 기술과 그 제조공정을 제공하고자 한다. The present invention has been proposed to overcome the problems of the conventional color coating technology as described above, and to provide a metal surface nanostructured coloring technology and a manufacturing process that can implement a variety of high-definition color while maintaining the aesthetic gloss inherent in the metal. .
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 비 귀금속 흡수형 금속물질을 선택하고 그 표면에 가시광 파장 이하 크기의 돌출형 또는 함몰형 나노구조체 패턴을 형성함으로써 색상 선명도와 색 구현범위를 크게 향상시킨 금속표면 컬러링 기술 및 이의 제조방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention selects a non-noble metal absorbing metal material and forms a protruding or recessed nanostructure pattern having a visible light wavelength or less on the surface of the metal surface to greatly improve the color clarity and color implementation range It provides a coloring technique and a method of manufacturing the same.
본 발명의 일측면은 금속층과, 상기 금속층의 표면에 배열된 복수의 금속나노구조체들을 구비하되, 상기 금속층의 금속은 300nm 내지 800nm 파장 대역에서 반사율이 30% 내지 80% 인 컬러코팅층을 제공한다.One side of the present invention comprises a metal layer and a plurality of metal nanostructures arranged on the surface of the metal layer, the metal of the metal layer provides a color coating layer having a reflectance of 30% to 80% in the 300nm to 800nm wavelength band.
바람직하게는, 금속층의 금속은 Pd, Ni, Co, Fe, Mn, Cr, Mo, W, V, Ta, Nb, Hf, Zr, Ti, In, Sn, Pb, Sb, Bi 및 이들의 합금 중에서 선택될 수 있다.Preferably, the metal of the metal layer is selected from among Pd, Ni, Co, Fe, Mn, Cr, Mo, W, V, Ta, Nb, Hf, Zr, Ti, In, Sn, Pb, Sb, Bi and their alloys. Can be selected.
또한, 복수의 금속나노구조체들의 금속은 300nm 내지 800nm 파장 대역에서 반사율이 30% 내지 80% 인 것이 바람직할 수 있다. In addition, it may be desirable that the metal of the plurality of metal nanostructures has a reflectance of 30% to 80% in the wavelength range of 300 nm to 800 nm.
한편, 복수의 금속나노구조체들을 상기 금속층의 금속과 동일한 금속이거나 다른 금속일 수 있다. 복수의 금속나노구조체들은 돌출형 또는 함몰형이다. Meanwhile, the plurality of metal nanostructures may be the same metal as the metal of the metal layer or a different metal. The plurality of metal nanostructures are protruding or recessed.
또한, 상기 금속층은 모재에 코팅되거나, 상기 금속층과 상기 복수의 금속나노구조체들 사이에는 버퍼층이 더 추가되는 것도 가능하다. In addition, the metal layer may be coated on a base material, or a buffer layer may be further added between the metal layer and the plurality of metal nanostructures.
본 발명의 다른 측면은 금속성 세라믹층; 및 상기 금속성 세라믹층의 표면에 배열된 복수의 나노구조체들을 구비하되, 상기 금속성 세라믹은 300nm 내지 800nm 파장 대역에서 반사율이 30% 내지 80% 인 컬러코팅층을 제공하는 것이다.Another aspect of the invention is a metallic ceramic layer; And a plurality of nanostructures arranged on the surface of the metallic ceramic layer, wherein the metallic ceramic provides a color coating layer having a reflectance of 30% to 80% in a wavelength band of 300 nm to 800 nm.
본 발명의 또 다른 일측면은 금속층을 준비하는 단계와 상기 금속층의 표면에 배열된 복수의 금속나노구조체들을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 금속층의 금속은 300nm 내지 800nm 파장 대역에서 반사율이 30% 내지 80% 인 컬러코팅층의 제조방법을 제공한다.Another aspect of the invention includes preparing a metal layer and forming a plurality of metal nanostructures arranged on the surface of the metal layer, the metal of the metal layer has a reflectance of 30% to 300nm to 800nm wavelength band It provides a method for producing a color coating layer of 80%.
바람직하게는, 상기 복수의 금속나노구조체들을 형성하는 단계는 전기도금법을 이용하고, 다른 방법으로는 임프린트방법을 이용하는 것도 가능하다. 전기도금법을 이용하는 경우는 보다 단순하고 저렴한 공정확보가 가능한 장점이 있다. Preferably, the forming of the plurality of metal nanostructures may be performed using an electroplating method, or another method may be an imprint method. In the case of using the electroplating method, there is an advantage that a simpler and cheaper process can be obtained.
본 발명에 따른 금속 표면 나노컬러링 기술은 금속 고유의 광택은 유지하면서, 별도의 착색층 없이 금속소재의 선택과 기하학적 구조제어만으로 고선명의 다양한 색상 구현이 가능할 뿐만 아니라 손쉽고 값싸게 대량복제 생산이 가능한 제조공정을 제공한다. Metal surface nano-coloring technology according to the present invention is not only possible to implement a variety of high-definition color of the high-definition, but also easy and inexpensive mass production by simply selecting the metal material and control the geometric structure without a separate coloring layer while maintaining the inherent gloss of the metal Provide a process.
또한 본 발명에 따른 금속 컬러코팅 기술은 금속광택 장식효과 기능은 물론 반사형 디스플레이 응용을 위한 칼라필터, 비색센서 등으로 응용가능하다. In addition, the metal color coating technology according to the present invention can be applied as a color filter, colorimetric sensor, etc. for a reflective display application as well as a metallic gloss decoration effect.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 실시예에 따른 컬러 코팅층의 단면 모식도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 컬러 코팅층의 평면 모식도들이다.
도 3a와 도 3b는 Al 금속표면을 육방정 격자구조의 원형 나노디스크 배열을 돌출형(도 3a)과 함몰형(도 3b) 구조로 만들었을 때의 광반사도 스펙트럼 계산결과를 나타낸 것이다.
도 4는 빨강, 파랑, 녹색의 주 3원색과 시안, 마젠타의 2차색 표준시편에 대해 측정된 반사도 스펙트럼을 나타낸 것이다.
도 5a는 파장에 따른 금속의 반사율을 나타내는 그래프이고, 도 5b는 파장에 따른 금속의 광학상수, n(굴절률)과 k(소멸계수)값을 가로축을 n으로 할 때 대응되는 k값을 세로축으로 나타낸 그래프이다.
도 6a는 본 발명의 실시예에 따라서 니켈(Ni) 기판 상에 육방정 격자구조를 이루도록 원형 나노구조체 어레이를 함몰형 구조로 형성한 컬러코팅층에 대한 광반사도 스펙트럼 시뮬레이션 결과 그래프이고, 도 6b는 도 6a의 구조에서 Ni 금속나노구조홀의 깊이를 200nm로 증가시켰을 때의 반사도 곡선을 보여주는 그래프이다
도 7은 도 6a와 동일한 구조에 대해 Ni 대신 Cr 금속을 사용하였을 때의 반사도 곡선 변화를 보여주는 그래프이다.
도 8은 Ni 기판표면에 100 nm 두께로 돌출형 나노디스크 배열을 육방정 격자구조로 형성하였을 때의 반사도 곡선을 시뮬레이션한 결과 도면이다.
도 9는 Ni 기판위에 형성된 50 nm 두께의 Ni 나노디스크 배열에 대해 반사도 곡선에 미치는 듀티사이클의 효과를 나타내는 그래프이다.
도 10a 내지 도 10c는 본 발명의 돌출형 컬러 코팅층을 제조하는 일예에 따른 방법을 도시하는 순서도들이다.
도 11a 내지 도 11c는 본 발명의 함몰형 컬러 코팅층을 제조하는 일예에 따른 방법을 도시하는 순서도들이다.
도 12는 본 발명에 따른 구현가능한 명도, 채도, 색상의 L*C*h 색공간을 도시한 도면이다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 관한 것으로, 별도의 기판위에 금속층을 형성하고 그 위에 나노구조체 패턴을 형성하는 구조 예시를 보여주는 그래프이다.
도 14은 본 발명에 따른 나노구조체 패턴을 2차원적으로 비등방적 형상으로 제작한 일예를 도시한 도면이다. 1A and 1B are cross-sectional schematic diagrams of a color coating layer according to an embodiment of the present invention.
2 is a schematic plan views of a color coating layer according to an embodiment of the present invention.
3A and 3B show light reflectance spectrum calculation results when an Al metal surface is formed into a hexagonal lattice-shaped circular nanodisk array into a protrusion (FIG. 3A) and a depression (FIG. 3B) structure.
FIG. 4 shows the reflectance spectra measured for the primary primary colors of red, blue and green and the secondary color standard specimens of cyan and magenta.
FIG. 5A is a graph showing the reflectance of a metal according to a wavelength, and FIG. 5B is a vertical axis of a corresponding k value when a horizontal axis is n as an optical constant, n (refractive index) and k (dissipation coefficient) of a metal according to a wavelength. The graph shown.
FIG. 6A is a graph showing light reflection spectrum simulation results of a color coating layer in which a circular nanostructure array is formed in a recessed structure to form a hexagonal lattice structure on a nickel (Ni) substrate according to an embodiment of the present invention, and FIG. 6B is a diagram of FIG. This graph shows the reflectance curve when the depth of Ni metal nano structure hole is increased to 200 nm in the structure of 6a.
FIG. 7 is a graph showing a change in reflectivity curve when Cr metal is used instead of Ni for the same structure as that of FIG. 6A.
FIG. 8 is a result of simulating a reflectance curve when a protruding nanodisk array is formed in a hexagonal lattice structure at a thickness of 100 nm on a Ni substrate surface.
9 is a graph showing the effect of duty cycle on the reflectivity curve for a 50 nm thick Ni nanodisk array formed on a Ni substrate.
10A to 10C are flowcharts illustrating a method according to an example of manufacturing the protruding color coating layer of the present invention.
11A to 11C are flowcharts illustrating a method according to an example of manufacturing the recessed color coating layer of the present invention.
12 is a view showing the L * C * h color space of the brightness, saturation, color that can be implemented according to the present invention.
FIG. 13 is a graph illustrating another example of a structure in which a metal layer is formed on a separate substrate and a nanostructure pattern is formed thereon. FIG.
14 is a view showing an example of manufacturing the nanostructure pattern according to the present invention in an two-dimensional anisotropic shape.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 동일하거나 유사한 구성요소에는 동일 유사한 도면 부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments disclosed herein will be described in detail with reference to the accompanying drawings, and like reference numerals designate like elements, and redundant description thereof will be omitted. The suffix "part" for components used in the following description is given or mixed in consideration of ease of specification, and does not have meanings or roles that are distinguished from each other. In addition, in describing the embodiments disclosed herein, when it is determined that the detailed description of the related known technology may obscure the gist of the embodiments disclosed herein, the detailed description thereof will be omitted. In addition, the accompanying drawings are intended to facilitate understanding of the embodiments disclosed herein, but are not limited to the technical spirit disclosed herein by the accompanying drawings, all changes included in the spirit and scope of the present invention. It should be understood to include equivalents and substitutes.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 실시예에 따른 컬러 코팅층(1)의 단면 모식도이다.1A and 1B are schematic cross-sectional views of the
본 발명에 따른 컬러코팅층(1)은 도 1a와 같이 금속층(110)과 그위에 돌출형 방식으로 일정한 주기로 배열된 복수의 금속나노구조체들(120)을 포함하여 구성되거나, 혹은 도 1b와 같이 금속층 표면이 함몰된 복수의 금속나노구조체들(130)을 갖도록 구성될 수 있다. 복수의 금속나노구조체들은 주기(P)를 가지고 크기(d)로 형성된다. 그리고 돌출형의 두께와 함몰형의 깊이는 t로 나타내었다. The
금속나노구조체들(120,130)의 패턴 크기(d)는 20nm 이상 750nm 미만으로 제조하는 것이 가능하고 주기(P)는 200nm 내지 800nm 로 제작하는 것이 바람직하다. 돌출형의 돌출 높이(t)는 10 내지 300nm 로 제작할 수 있고, 함몰형의 함몰 깊이(t)는 10 내지 300nm 로 제작할 수 있다.The pattern size (d) of the
한편, 돌출형의 형상은 원, 육각형, 사각형, 삼각형 등 특별히 한정되지 않은 다양한 종류의 형상으로 제조할 수 있고, 함몰형의 형상도 원, 육각형, 사각형, 삼각형 등 특별히 한정되지 않은 다양한 종류의 형상으로 제조할 수 있다.On the other hand, the shape of the protruding shape can be manufactured in various kinds of shapes that are not particularly limited, such as circles, hexagons, squares, triangles, etc., and the shape of the recessed shape is also various shapes that are not particularly limited, such as circles, hexagons, squares, triangles, etc. It can be prepared by.
도 2는 본 발명에 따른 컬러코팅층의 표면나노구조 패턴으로 적용 가능한 나노구조체 형상과 기하학적 배치를 보여준다. 선형 나노와이어 배열과 같은 1차원 격자구조와 사각 혹은 육방정(hexagonal) 격자와 같은 2차원 격자구조의 기하학적 배치를 가질 수 있다. 격자구조를 이루는 나노구조체 형상은 예시한 사각형과 원형 구조를 포함한 다양한 모양들이 적용 가능하다. Figure 2 shows the nanostructure shape and geometrical arrangement applicable to the surface nanostructure pattern of the color coating layer according to the present invention. It may have a geometric arrangement of one-dimensional lattice structure such as linear nanowire array and two-dimensional lattice structure such as square or hexagonal lattice. The nanostructure shape of the lattice structure is applicable to various shapes including the illustrated square and circular structures.
본 발명에 의하면 금속모재 표면에 형성된 나노구조패턴들에 의해 표면 플라즈몬 여기(surface plasmon excitation) 현상이 발생하고 격자모드와의 커플링에 의해 특정 파장대역에서 선택적 광흡수가 강하게 일어나게 된다. 이로 인해 컬러코팅층(1)이 미려한 색채를 나타낼 수 있게 된다. 좀 더 상세히 설명하면, 빛이 입사될 경우, 금속표면에 형성된 나노구조패턴들에 의해 표면 플라즈몬 파(surface plasmon wave)가 여기된다. 이때, 금속나노구조체 패턴들이 주기적 격자구조를 이루고 있기 때문에 격자모드와 표면플라즈몬 모드간의 커플링이 발생하는 특정 파장대역에서 특이적 광흡수(extraordinary optical absorption, EOA) 현상을 나타낸다. 특이적 광흡수가 발생하는 스펙트럼은 금속과 주변물질의 종류, 나노구조체의 형상, 크기, 주기와 같은 격자구조의 기하학적 인자에 의존하여 변화하는데, 특히 그 중심파장은 격자의 주기에 지배적으로 의존하여 결정되는 특징을 갖는다. According to the present invention, surface plasmon excitation occurs due to the nanostructure patterns formed on the surface of the metal base material, and selective light absorption occurs strongly in a specific wavelength band by coupling with the lattice mode. As a result, the
본 발명에서는 금속표면에 형성된 주기적 격자구조의 나노구조 패턴에서 발생하는 특이적 광흡수 거동을 소재 및 광학적 측면에서 효과적으로 제어함으로써 금속표면으로부터의 반사스펙트럼을 변화시키고 심미적 금속광택과 고선명 색상구현이 가능한 금속표면 나노구조화 컬러링 기술을 제공한다.In the present invention, by effectively controlling the specific light absorption behavior generated in the nanostructure pattern of the periodic lattice structure formed on the metal surface in the material and optical aspects, it is possible to change the reflection spectrum from the metal surface and to realize aesthetic metallic gloss and high-definition color Provides surface nanostructured coloring techniques.
먼저, 금속나노구조체를 이용한 색채 구현을 위해 표면플라즈몬 공진현상이 손실없이 나타날 수 있도록 금속자체의 광흡수손실이 작은 귀금속 물질등의 제한된 소재를 사용하였다. 예를 들어, Au, Ag, Cu, Al 및 이들의 합금 중에서 선택된 금속이 지배적으로 사용되었다. 이러한 금속의 물질군은 비교적 반사율이 높고, 표면플라즈몬을 잘 여기시키는 금속에 해당하는 것으로 일반적으로 알려져 있다. 그러나, 본 발명에서는 표면플라즈몬을 잘 여기시키기 위한 금속 보다는 표면플라즈몬의 감쇄를 일으키는 금속군을 이용하는 것이 더욱 효과적일 수 있다는 점을 확인하였다. 이러한 금속들은 대체로 반사율이 30% 내지 80% 정도로 비교적 반사율이 낮다.First, in order to realize color using the metal nanostructure, limited materials such as precious metal materials having low light absorption loss of the metal itself are used so that the surface plasmon resonance phenomenon can appear without loss. For example, metals selected from Au, Ag, Cu, Al and their alloys have been predominantly used. Such a group of metals is generally known to correspond to a metal having a relatively high reflectance and well exciting surface plasmons. However, in the present invention, it was confirmed that it may be more effective to use a group of metals that cause attenuation of the surface plasmon than the metal for exciting the surface plasmon well. Such metals generally have relatively low reflectances, such as 30% to 80%.
도 3a와 도 3b는 상술한 경우에 대한 기술의 예시로서, Al 금속표면을 육방정 격자구조의 원형 나노디스크 배열을 돌출형(도 3a)과 함몰형(도 3b) 구조로 만들었을 때의 광반사도 스펙트럼계산결과를 나타낸 것이다. 3A and 3B are examples of the technique for the above-described case, and the light when the Al metal surface is formed into a hexagonal lattice structure of a circular nanodisk array into a protrusion (FIG. 3A) and a depression (FIG. 3B) structure. The reflectance spectrum results are shown.
돌출부와 함몰부의 두께는 50 nm로 동일하며, 주기는 400 nm 부터 700 nm 까지 100 nm 간격으로 변화시켰다. 나노구조체의 직경이 주기에서 차지하는 비율인 듀티사이클은 50 %로 고정하였다. 두 경우 모두 가시광 파장범위에서 90% 정도의 높은 반사도를 보이는 가운데 특이적 광흡수 현상에 의한 날카롭고 깊은 반사도 ?(dip)이 형성되었음을 알 수 있다. 반사도 ?, 즉 광흡수 중심파장은 격자주기에 비례해서 적색편이(red-shift) 하며, 이를 통해 subtractive 색상을 조절하게 된다. 구현된 색상을 국제조명위원회에서 규정한 CIE L*C*h 좌표계로 나타내면, 돌출형 구조에 대해 주기 400 nm, 500 nm, 600 nm, 700 nm 각각에 대해 (94.4, 6.8, 110.1), (92.6, 23.4, 101.0), (92.0, 25.9, 323.2), (91.77, 12.1, 194.3)의 좌표값을, 함몰형 구조에 대해서는 각기 (95.9, 1.4, 118.9), (93.8, 20.1, 110.8), (94.3, 17.8, 327.4), (93.0, 9.2, 163.4)의 좌표값을 갖는다. The thickness of the protrusions and depressions was the same at 50 nm, and the period was varied from 400 nm to 700 nm in 100 nm intervals. The duty cycle, which is the ratio of the diameter of the nanostructure to the cycle, was fixed at 50%. In both cases, the visible light showed a high reflectance of about 90% in the wavelength range, and the sharp and deep reflectance? (Dip) was formed by the specific light absorption phenomenon. The reflectivity – the central wavelength of light absorption – is red-shifted in proportion to the lattice period, thereby adjusting the subtractive color. The implemented colors are represented by the CIE L * C * h coordinate system specified by the International Commission on Illumination, for the
CIE L*C*h 색좌표는 CIE L*a*b*좌표계를 극좌표계로 표현한 것으로 L*는 명도(Lightness), C*는 채도(Chroma), 그리고 h는 색상(hue)를 나타낸다. L*값은 0에서 100까지 변화하는 수를 가지며 0은 검정을 100은 완전반사 산광체를 나타낸다. 따라서, Al 나노구조체 칼라코팅층의 경우 명도값은 90 이상으로 매우 높은 반면, 채도 값은 상대적으로 낮은 수준임을 알 수 있다. 이럴 경우, 발현되는 색상은 명도가 높아 선명하지 못하고 파스텔 톤의 옅은 색감을 갖게 된다. CIE L * C * h color coordinates represent the CIE L * a * b * coordinate system in polar coordinates, where L * is lightness, C * is chroma, and h is hue. The L * values have numbers that vary from 0 to 100, where 0 represents the test and 100 represents the fully reflective diffuser. Therefore, in the case of Al nanostructure color coating layer, the brightness value is very high as 90 or more, while the saturation value is relatively low. In this case, the color to be expressed is not bright and has a light pastel color.
선명한 색상의 기준을 참조하기 위해 Macbeth ColorChecker 표준색상시편의 반사도 스펙트럼을 적분구가 장착된 분광광도계를 이용하여 측정하였다. 도 4는 빨강, 파랑, 녹색의 주 3원색과 시안, 마젠타의 2차색 표준시편에 대해 측정된 반사도 스펙트럼을 나타낸 것이다. 도 3a와 도 3b의 반사도 곡선과 비교할 때, 현저한 차이는 전체적인 반사도가 매우 낮게 형성되어 있다는 점이다. 중심 색상피크의 반사도 조차도 30% 내지 40% 정도에 지나지 않음을 알 수 있다. In order to refer to the vivid color reference, the reflectance spectra of Macbeth ColorChecker standard color specimens were measured using a spectrophotometer equipped with an integrating sphere. FIG. 4 shows the reflectance spectra measured for the primary primary colors of red, blue and green and the secondary color standard specimens of cyan and magenta. Compared to the reflectivity curves of FIGS. 3A and 3B, the remarkable difference is that the overall reflectivity is formed very low. It can be seen that even the reflection of the central color peak is only about 30% to 40%.
표 1Table 1
표 1은 도 4의 색상을 포함한 몇몇 표준색상시편에 대해 제공된 CIE L*a*b*색좌표계를 D65 광원(주광)조건에서 CIE L*C*h 색좌표계로 변환하여 정리한 것이다. 전체적으로 명도값이 낮게 형성되어 있고, 채도 값은 비교적 높은 값을 갖고 있음을 알 수 있다. CIE L*C*h 색공간은 L*을 중심축으로 한 구 형태를 갖게 되는데, L*가 높은 값으로 한정될 경우, 색상의 선명도가 낮을 수 밖에 없으며 구현 가능한 색범위 역시 색공간 구의 상단부로 극히 제한되게 된다. 결론적으로 선명한 색상 구현과 색범위 확대를 위해서는 금속 나노구조체 칼라코팅층의 명도값을 낮추는 것이 필수적임을 알 수 있다.Table 1 summarizes the CIE L * a * b * color coordinate system provided for some standard color specimens including the color of FIG. 4 into CIE L * C * h color coordinate system under D 65 light source (daylight) conditions. It can be seen that the overall brightness value is formed low, and the saturation value has a relatively high value. CIE L * C * h color space has a spherical shape with L * as the central axis. When L * is limited to a high value, the color clarity is low and the color range that can be implemented is also the upper end of the color space sphere. It will be extremely limited. In conclusion, it is necessary to lower the brightness value of the metal nanostructured color coating layer in order to realize vivid colors and expand the color range.
이를 위해, 본 발명에서는 비교적 반사율이 낮은 손실형 금속(lossy metal)을 채용하는 것을 주된 특징적 구성의 하나로 삼는다. 본 발명에서는 380nm 내지 780nm 파장 대역의 가시광 영역에서 반사율이 30% 내지 80% 정도로 비교적 반사율이 낮은 금속을 이용한다. 따라서, 바람직하게는, Pd, Ni, Co, Fe, Mn, Cr, Mo, W, V, Ta, Nb, Hf, Zr, Ti, In, Sn, Pb, Sb, Bi 및 이들의 합금 중에서 선택된 금속이 가능하다. To this end, in the present invention, the use of a lossy metal having a relatively low reflectance is one of the main characteristic configurations. In the present invention, a metal having a relatively low reflectance of about 30% to 80% in the visible light region of the wavelength range of 380nm to 780nm is used. Thus, preferably, metals selected from Pd, Ni, Co, Fe, Mn, Cr, Mo, W, V, Ta, Nb, Hf, Zr, Ti, In, Sn, Pb, Sb, Bi and alloys thereof This is possible.
반사율이 높은 금속이 포함되는 합금이라도 380nm 내지 780nm 파장 대역에서 반사율이 30% 내지 80% 정도로 비교적 반사율이 낮은 합금 내지 금속성 세라믹을 제조하면, 본 발명에 채용가능하다. 바람직하게는, Ti-N, Al-N, Cr-N, Zr-N, Ti-C, Cr-C, Fe-C, Co-C, Ni-C, Zr-C와 같은 금속성 질화물, 탄화물 및 이의 혼합 또는 화합물의 채용이 효과적일 수 있다. 이들 금속성 질화물과 탄화물은 전체 가시광 영역에서 일정한 반사도 스펙트럼을 나타내는 백색금속들과 달리 조성에 따라 특성 스펙트럼을 나타내기 때문에, 고유한 색상을 갖고 금속광택을 띄는 특징이 있다. 아울러, 조성에 따라 반사도 범위를 30% 수준까지 낮출 수 있어 이들 소재를 모재로 사용하고 그 표면을 나노구조화 하게 되면 소재자체의 스펙트럼에 나노구조화에 의한 스펙트럼 변형이 부가되어 색상 가변능과 색구현범위를 보다 확장시키는 효과를 얻게 된다. Even an alloy containing a metal having high reflectance can be employed in the present invention if an alloy to a metallic ceramic having a relatively low reflectance is produced at a wavelength range of 380 nm to 780 nm at a reflectance of about 30% to 80%. Preferably, metal nitrides, carbides such as Ti-N, Al-N, Cr-N, Zr-N, Ti-C, Cr-C, Fe-C, Co-C, Ni-C, Zr-C, and Mixtures thereof or the adoption of compounds may be effective. Since these metallic nitrides and carbides exhibit characteristic spectra depending on their composition, unlike white metals having a constant reflectance spectrum in the entire visible light region, the metallic nitrides and carbides have a characteristic color and metallic gloss. In addition, depending on the composition, the reflectance range can be reduced to a level of 30%. If these materials are used as the base material and the surface is nanostructured, the spectral deformation due to the nanostructured structure is added to the spectrum of the material itself, and thus the color variability and the color range are realized. You get the effect of expanding more.
한편, 금속물질은 반사도가 50% 이하로 내려가도록 하는 물질이 많지 않은데 비해, 금속성 질화물, 탄화물 및 이의 혼합 또는 화합물의 채용은 반사도가 50% 이하로 내려가도록 하는 것이 조성에 따라 비교적 용이할 수 있는 장점이 있다. 즉, 금속물질이 반사도 하한값이 한계가 있기 때문에 이를 보상하는 방법으로 금속 질화물이나 탄화물 같은 합금형 소재를 적용하는 것이 효과적일 수 있다. 따라서, 더욱 바람직하게는, 상술한 금속성 질화물, 탄화물 및 이의 혼합 또는 화합물의 반사도는 30% 내지 50% 일 수 있다. On the other hand, metal materials do not have many materials to lower the reflectivity to 50% or less, whereas metallic nitride, carbides, and mixtures or compounds may be relatively easy to reduce the reflectivity to 50% or less depending on the composition. There is an advantage. That is, since the lower limit of the reflectivity of the metal material is limited, it may be effective to apply an alloying material such as metal nitride or carbide as a method of compensating for this. Thus, more preferably, the reflectivity of the aforementioned metallic nitrides, carbides and mixtures thereof or compounds may be 30% to 50%.
도 5a는 파장에 따른 금속의 반사율을 나타내는 그래프이다. 도 5a를 참조하면, 플라즈모닉 소재(plasmonic matter)로 유용하게 이용되고 있는 Au, Ag, Al과 같은 금속들의 반사도는 300nm 내지 800nm 파장 대역에서 80%이상을 넘는다. 상술한 바와 같이 본 발명자들은 이와 같이 반사도가 높고 플라즈모닉 공진특성이 우수한 금속을 이용하는 경우는 선명한 색상구현이 어렵고 채도면에서도 높은 값을 갖도록 제조하는 것이 어렵다는 것을 발견하였다. 5A is a graph showing reflectance of metals with respect to wavelengths. Referring to FIG. 5A, reflectivity of metals such as Au, Ag, and Al, which are usefully used as plasmonic matters, is greater than 80% in the wavelength range of 300 nm to 800 nm. As described above, the present inventors have found that when a metal having high reflectivity and excellent plasmonic resonance characteristics is used, it is difficult to realize vivid color and to have a high value even in chromaticity.
한편, 도 5b는 파장에 따른 금속의 광학상수, n(굴절률)과 k(소멸계수)값을 가로축을 n으로 할 때 대응되는 k값을 세로축으로 나타낸 그래프이다. 광학상수값은 파장범위 300 nm에서 800 nm까지의 값을 취하여 도시한 것이다. 도 3b를 참조하면, 금속물질의 n, k 값 분산거동이 크게 두 영역으로 구분됨을 알 수 있다. Al, Ag, Au와 같이 세로축에 인접한 물질군은 대표적인 플라즈모닉 소재로 n값이 매우 작고 k값은 파장에 비례해서 증가하는 분산거동을 갖기 때문에, 물질 자체의 흡수손실이 낮아 높은 반사도를 나타낸다. 반면, 가로축 n과 세로축 k 의 그래프에 있어서 중간영역에 존재하는 금속들은 2nk로 정의되는 유전률의 허수항이 커지기 때문에 물질자체의 흡수손실이 크고, 상대적으로 낮은 반사도를 나타내게 된다. 이들 물질군은 도 5a를 참조하면, 300nm 내지 800nm 파장 대역에서 30% 내지 80% 정도의 비교적 낮은 반사율을 보여주는 금속에 해당함을 확인할 수 있다. FIG. 5B is a graph showing the vertical axis of the corresponding k value when the optical axis, n (refractive index) and k (dissipation coefficient) of the metal according to the wavelength are n. The optical constant values are shown by taking values in the wavelength range from 300 nm to 800 nm. Referring to Figure 3b, it can be seen that the n, k value dispersion behavior of the metal material is largely divided into two regions. A material group adjacent to the vertical axis such as Al, Ag, Au is a representative plasmonic material, because the n value is very small and the k value has a dispersion behavior that increases in proportion to the wavelength, and thus the absorption loss of the material itself is high, indicating high reflectivity. On the other hand, in the graphs of the horizontal axis n and the vertical axis k, the metals in the intermediate region have a large absorption loss of the material itself and show relatively low reflectivity because the imaginary imaginary term defined as 2nk increases. Referring to FIG. 5A, it can be seen that these material groups correspond to metals having a relatively low reflectance of about 30% to 80% in the 300 nm to 800 nm wavelength band.
도 6a는 본 발명의 실시예에 따라서 니켈(Ni) 기판 상에 육방정 격자구조를 이루도록 원형 나노구조체 어레이를 함몰형 구조로 형성한 컬러코팅층에 대한 광반사도 스펙트럼 시뮬레이션 결과 그래프이다. 함몰부의 깊이를 100 nm, 듀티사이클은 50% 로 고정한 상태에서 주기만 400 nm 부터 600 nm 까지 100 nm 간격으로 변화시켜가며 계산한 결과이다. 도 3의 Al 기판 경우와 비교할 때, 격자주기 의존성은 여전히 뚜렷하나 기본 반사도의 현저한 감소와 반사도 ? 곡선의 넓어짐을 확인할 수 있다. 금속모재위에 형성된 주기적 격자구조의 나노구조체 패턴의 경우에는 금속자체의 광학상수 조합에 따른 표면플라즈몬 감쇄현상에도 불구하고 격자모드와의 커플링을 통한 강화된 광흡수 기재가 작동하여 특이적 광흡수 현상이 나타나는 것으로 판단된다. FIG. 6A is a graph showing light reflectance spectrum simulation results for a color coating layer in which a circular nanostructure array is formed in a recessed structure to form a hexagonal lattice structure on a nickel (Ni) substrate according to an exemplary embodiment of the present invention. The result is calculated by changing the cycle only from 400 nm to 600 nm at 100 nm intervals with the depth of the
도 6a의 반사도 곡선으로부터 CIE L*C*h 좌표값을 구하면, 주기 400 nm, 500 nm, 600 nm 각각에 대해 (72.4, 31.9, 89.6), (72.7, 29.2, 6.7), (62.1, 18.8, 269.6)의 값을 나타낸다. Al 기판 경우와 비교해서, 명도값이 크게 낮아지고, 채도 값 역시 31.9 까지 증가한 값을 보임을 알 수 있다. If the CIE L * C * h coordinate values are obtained from the reflectivity curve of Fig. 6a, for (72.4, 31.9, 89.6), (72.7, 29.2, 6.7), (62.1, 18.8, 269.6). Compared to the Al substrate, the brightness value is significantly lowered, and the saturation value is also increased to 31.9.
도 6b는 도 6a의 구조에서 Ni 금속나노구조홀의 깊이를 200nm로 증가시켰을 때의 반사도 곡선을 보여준다. 도 6a와 비교해서, 반사도 ? 곡선의 중심파장이 장파장 영역으로 이동하고, 반가폭도 증가함을 알 수 있다. L*C*h 좌표값은 주기 400 nm, 500 nm, 600 nm 각각에 대해 (68.8, 36.9, 82.9), (61.7, 38.4, 341.0), (55.9, 36.9, 212.9)이다. 함몰형 금속나노구조체 패턴의 높이 증가에 따라, 구현색상의 명도값은 더욱 감소하고, 채도값은 크게 증가함을 알 수 있다.FIG. 6B shows a reflectance curve when the depth of the Ni metal nanostructure hole in the structure of FIG. 6A is increased to 200 nm. In comparison with FIG. 6A, the reflectivity? It can be seen that the center wavelength of the curve moves to the long wavelength region and the half width increases. L * C * h coordinate values are (68.8, 36.9, 82.9), (61.7, 38.4, 341.0), (55.9, 36.9, 212.9) for
도 7은 도 6a와 동일한 구조에 대해 Ni 대신 Cr 금속을 사용하였을 때의 반사도 곡선 변화를 보여준다. 전체적인 경향은 유사하나, 금속 자체의 반사도 스펙트럼 특성을 따라 기본 반사도 곡선이 Ni과 달리 단파장 영역으로 기울지 않고 평평한 곡선분포를 이룸을 알 수 있다. CIE L*C*h 좌표값은 주기 400 nm, 500 nm, 600 nm 각각에 대해 (77.4, 13.6, 110.4), (74.6, 17.9, 67.0), (69.9, 35.3, 299.9)의 값을 갖는다.FIG. 7 shows the change in reflectivity curve when Cr metal is used instead of Ni for the same structure as in FIG. 6A. Although the overall trend is similar, it can be seen that the basic reflectivity curve is flat along the reflectance spectral characteristics of the metal itself rather than inclined to a short wavelength region unlike Ni. The CIE L * C * h coordinate values have values of (77.4, 13.6, 110.4), (74.6, 17.9, 67.0), (69.9, 35.3, 299.9) for
도 8은 Ni 기판표면에 100 nm 두께로 돌출형 나노디스크 배열을 육방정 격자구조로 형성하였을 때의 반사도 곡선을 시뮬레이션한 결과를 보여준다. 도 6a의 함몰형 구조에 비해 전체 반사도가 50% 이하로 크게 낮아지고, 반가폭도 매우 넓어졌음을 알 수 있다. CIE L*C*h 좌표계로 나타내면 주기 400 nm, 500 nm, 600 nm 각각에 대해 (40.2, 41.0, 57.9), (40.4, 65.3, 315.5), (43.3, 48.5, 234.0)의 값을 보인다. 명도가 40 정도로 크게 낮아졌고, 채도 값도 최대 65.3 까지 증대된 값을 나타냄을 알 수 있다.FIG. 8 shows simulation results of reflectivity curves when a protruding nanodisk array is formed in a hexagonal lattice structure at a thickness of 100 nm on a Ni substrate surface. Compared with the recessed structure of FIG. 6A, the total reflectivity is significantly lowered to 50% or less, and the half width is also very wide. The CIE L * C * h coordinate system shows values of (40.2, 41.0, 57.9), (40.4, 65.3, 315.5), and (43.3, 48.5, 234.0) for
도 9는 Ni 기판위에 형성된 50 nm 두께의 Ni 나노디스크 배열에 대해 반사도 곡선에 미치는 듀티사이클의 효과를 나타내는 그래프이다. 육방정 격자 주기 400 nm에 대해, 나노디스크의 직경을 200 nm에서 250 nm로 50 nm 증가시킴에 따라 광흡수 중심파장의 적색편이와 광흡수 곡선의 반가폭 증가를 확인할 수 있다. CIE L*C*h 좌표값은 (70.9, 32.6, 86.2)에서 (65.2, 40.5, 77.42)로 변화하였다. 9 is a graph showing the effect of duty cycle on the reflectivity curve for a 50 nm thick Ni nanodisk array formed on a Ni substrate. For the
도 9의 주기가 200 nm 인 경우를 참조하면, 반사도 곡선의 모양을 파장의 어느 일방향에 대해서만 점진적으로 증가하는 형태를 띄도록 하는 것도 가능함을 알 수 있다. 이 경우에도 나노디스크 직경을 100 nm에서 150 nm로 증가시킴에 따라, 반사도 경계파장이 장파장으로 이동하는 것을 알 수 있다. L*C*h 좌표계는 (70.1, 23.9, 84.1)에서 (57.9, 49.3, 44.2)로 변화하였다. 특히, 단파장영역 전반에 걸쳐 반사도가 낮게 유지됨을 알 수 있는데, 이는 구조 및 물질계 설계에 따라 빨강이나 노랑색의 표준시편 반사도 곡선과 유사한 스펙트럼의 구현도 가능함을 보여준다. Referring to the case where the period of FIG. 9 is 200 nm, it can be seen that the shape of the reflectivity curve can be gradually increased only in one direction of the wavelength. Also in this case, as the diameter of the nanodisk is increased from 100 nm to 150 nm, it can be seen that the reflectivity boundary wavelength is shifted to the long wavelength. The L * C * h coordinate system changed from (70.1, 23.9, 84.1) to (57.9, 49.3, 44.2). In particular, it can be seen that the reflectivity is kept low throughout the short wavelength region, which shows that a spectrum similar to the red and yellow standard specimen reflectivity curve can be realized depending on the structure and material design.
금속나노구조체들(120)의 패턴 크기는 20nm 이상 750nm 미만으로 제조하는 것이 가능하고 주기는 200nm 내지 800nm 로 제작하는 것이 바람직하다. 패턴의 크기가 200nm 이상으로 제작하는 경우 이빔리소그라피 등의 고가의 공정 대신 포토리소공정을 이용할 수 있다는 장점이 있고, 마스터몰드 복제후 전기도금, 임프린트 공정 등 저렴한 공정으로 금속나노구조체 코팅층을 대면적으로 제작하는 것이 가능하다. The pattern size of the
돌출형의 돌출 높이는 10 내지 300nm 로 제작할 수 있고, 함몰형의 함몰 깊이는 10 내지 300nm 로 제작할 수 있다.The protruding height of the protruding die can be produced in 10 to 300 nm, and the depression depth of the depressed die can be produced in 10 to 300 nm.
한편, 돌출형의 형상은 원, 육각형, 사각형, 삼각형 등 특별히 한정되지 않은 다양한 종류의 형상으로 제조할 수 있고, 함몰형의 형상도 원, 육각형, 사각형, 삼각형 등 특별히 한정되지 않은 다양한 종류의 형상으로 제조할 수 있다On the other hand, the shape of the protruding shape can be manufactured in various kinds of shapes that are not particularly limited, such as circles, hexagons, squares, triangles, etc., and the shape of the recessed shape is also various shapes that are not particularly limited, such as circles, hexagons, squares, triangles, etc. I can manufacture it
도 10a 내지 도 10c는 본 발명의 돌출형 컬러 코팅층을 제조하는 일예에 따른 방법을 도시하는 순서도들이다.10A to 10C are flowcharts illustrating a method according to an example of manufacturing the protruding color coating layer of the present invention.
도 10a를 참조하면, 먼저 금속층(110)이 준비된다. 금속층(110)으로 명명된 것은 어떤 물체의 금속표면인 경우도 가능하고 별도로 금속층을 형성하는 경우도 가능하다. 예를 들어, 휴대폰의 뒷면에 본 발명의 컬러코팅층을 형성하고자 하는 경우 전술한 바와 같이 300nm 내지 800nm 파장 대역에서 반사율이 30% 내지 80% 정도로 비교적 반사율이 낮은 금속 또는 합금층을 형성할 수 있는데 이 경우 이를 금속층(110)으로 볼 수 있다. 또한, 휴대폰의 뒷면이 300nm 내지 800nm 파장 대역에서 반사율이 30% 내지 80% 정도로 비교적 반사율이 낮은 금속 또는 합금층으로 제조된 경우, 그 표면을 금속층(110)으로 명명하는 것도 가능하다.Referring to FIG. 10A, first, a
다음으로, 도 10b를 참조하면, 도금 몰드를 이용하여 돌출형 금속나노구조체(120)를 형성한다. 돌출형 금속나노구조체(120)는 금속층(110)과 동일한 금속일 수도 있고 다른 금속인 경우도 가능하다. 다만, 돌출형 금속나노구조체(120)는 300nm 내지 800nm 파장 대역에서 반사율이 30% 내지 80% 정도로 비교적 반사율이 낮은 금속 또는 합금층으로 제조되는 것이 본 발명의 목적을 실현하는 데 더욱 효과적일 수 있다.Next, referring to FIG. 10B, the protruding
도 10c를 참조하면, 도금 마스크를 제거하여 컬러 코팅층의 제조를 완료한다. Referring to FIG. 10C, the plating mask is removed to complete manufacture of the color coating layer.
도 11a 내지 도 11c는 본 발명의 함몰형 컬러 코팅층을 제조하는 일예에 따른 방법을 도시하는 순서도들이다.11A to 11C are flowcharts illustrating a method according to an example of manufacturing the recessed color coating layer of the present invention.
한편, 도 10a 내지 도 10c, 도 11a 내지 도 11c에서는 전기도금에 의해서 컬러코팅층을 제조하는 방법을 설명하였지만, 컬러코팅층의 제조는 이에 한정되지 않는다. 다른 방식으로는 나노임프린트 방식을 이용할 수 있다. 이 방식에 의하면 금속층 상부에 돌출형 금속나노구조체 또는 함몰형 금속나노구조체의 형상의 임프린트로 찍어서 제조하는 방식이다. Meanwhile, in FIGS. 10A to 10C and 11A to 11C, the method of manufacturing the color coating layer by electroplating has been described, but the manufacturing of the color coating layer is not limited thereto. Alternatively, a nanoimprint method may be used. According to this method, the imprint of the shape of the protruding metal nanostructure or the recessed metal nanostructure on the metal layer is imprinted and manufactured.
도 12는 명도, 채도, 색상의 L*C*h 색공간을 도시한 도면이다. 도 12를 참조하면, 명도가 증가함에 따라서 채도 값은 상대적으로 작은 범위의 값을 갖게 되는 현상을 확인할 수 있다. 본 발명자들은 본 발명의 컬러코팅층을 300nm 내지 800nm 파장 대역에서 반사율이 30% 내지 80% 정도로 비교적 반사율이 낮은 금속 또는 합금층으로 제조하게 되면 적당한 명도가 확보되고 이를 통해서 채도 및 색상구현 범위가 크게 확대된 컬러코팅층을 구현할 수 있다는 점을 발견하였다.12 is a diagram illustrating an L * C * h color space of brightness, saturation, and color. Referring to FIG. 12, as the brightness increases, the saturation value may have a relatively small range of values. The inventors of the present invention, when the color coating layer of the present invention is manufactured from a metal or alloy layer having a relatively low reflectance of about 30% to 80% in the 300nm to 800nm wavelength band, the appropriate brightness is secured, and the saturation and color implementation range are greatly expanded. It has been found that a color coating layer can be realized.
종래의 고반사율 금속사용시 구현되는 색상은 L*값이 80이상인 고명도 영역에 속하게 되어 색의 선명도가 떨어지고 L*C*h 색공간에서 차지하는 부피로부터 알 수 있듯이 색상구현 범위에 분명한 한계가 존재한다. 본 발명에 의하면 저반사율을 가지는 금속과 기하구조의 제어를 통해서 명도 제어범위를 30≤L*≤80로 크게 확장시킴으로써, 색선명도는 물론 색상구현범위를 현저히 확장시킬 수 있는 컬러코팅층을 제조할 수 있다. The color implemented in the case of the conventional high reflectivity metal is in the high brightness region where the L * value is 80 or more, so that the sharpness of the color is lowered and there is a clear limitation in the range of color implementation as can be seen from the volume occupied in the L * C * h color space. . According to the present invention, by greatly expanding the brightness control range to 30≤L * ≤80 through the control of the metal and the geometry having low reflectivity, it is possible to produce a color coating layer that can significantly extend the color range as well as color sharpness. have.
아울러, Ni과 Cr등의 금속은 전주 공정을 이용하여 저비용으로 나노구조체 표면을 갖는 금속제품을 생산하는 데에 매우 유리하다. 알러지 유발효과의 저감을 위해 Cu와 Sn, Zn등과의 합금을 이용하는 것도 가능하다. In addition, metals such as Ni and Cr are very advantageous for producing metal products having nanostructured surfaces at low cost by using the electroforming process. It is also possible to use an alloy of Cu, Sn, Zn and the like to reduce the allergen effect.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 관한 것으로, 별도의 기판 등의 모재(100)위에 금속층(110)을 형성하고 그 위에 금속 나노구조체 패턴(120,130)을 형성하는 구조 예시를 보여주는 그래프이다. 또한, 금속층(110)과 금속 나노구조체 패턴(120,130) 사이에 별도의 버퍼층(미도시)을 삽입하는 것도 가능하다. 버퍼층은 금속인 것이 바람직하고, Pd, Ni, Co, Fe, Mn, Cr, Mo, W, V, Ta, Nb, Hf, Zr, Ti, In, Sn, Pb, Sb, Bi 및 이들의 합금 중에서 선택된 금속을 채용하는 것이 가능하다. FIG. 13 is a graph illustrating an example of a structure in which the
또한, 도 14에 예시한 바와 같이 본 발명에 따른 나노구조체 패턴은 2차원적으로 비등방적 형상으로 제작되는 것도 가능하다. 이 경우, 보는 방향에 따라 서로 다른 색상이 구현될 수 있다. In addition, as illustrated in FIG. 14, the nanostructure pattern according to the present invention may be manufactured in an anisotropic two-dimensional shape. In this case, different colors may be implemented according to the viewing direction.
또한, 혼합색상 효과를 위해 서로 다른 주기를 갖는 2개 이상의 패턴을 교대로 배치하는 것도 가능하다. 이렇게 하면, 가시광 영역에서 중간영역에 반사도 피크를 갖는 초록색 계열과 오렌지 색 계열 색상을 구현할 수 있다는 장점이 있다. It is also possible to alternately arrange two or more patterns having different periods for the mixed color effect. In this way, green and orange colors having reflectance peaks in the intermediate region in the visible region can be realized.
한편, 본 발명에 따른 금속 나노구조체 칼라코팅층 기술은 금속 flake형태로 제작되어 메탈효과 안료로 페인트등의 기술에 적용가능하다.On the other hand, the metal nanostructure color coating layer technology according to the present invention is produced in the form of a metal flake can be applied to the technology, such as paint as a metal effect pigment.
이상에서 설명한 컬러코팅층은 위에서 설명된 실시예들의 구성과 방법에 한정되는 것이 아니라, 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다. 본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.The color coating layer described above is not limited to the configuration and method of the above-described embodiments, but the embodiments may be configured by selectively combining all or some of the embodiments so that various modifications can be made. It is apparent to those skilled in the art that the present invention can be embodied in other specific forms without departing from the spirit and essential features of the present invention. Accordingly, the above detailed description should not be construed as limiting in all aspects and should be considered as illustrative. The scope of the invention should be determined by reasonable interpretation of the appended claims, and all changes within the equivalent scope of the invention are included in the scope of the invention.
Claims (18)
상기 금속기판의 표면에 주기적으로 배열된 복수의 금속나노구조체들을 구비하되,
상기 복수의 금속나노구조체들은 300nm 내지 800nm 파장대역에서 반사율은 30% 내지 80% 이고,
금속기판을 통한 투과는 없으며,
상기 복수의 금속나노구조체들은 돌출형 또는 함몰형인 것을 특징으로 하는 금속기판 위에 형성되는 컬러코팅층.
Metal substrate; And
A plurality of metal nanostructures are periodically arranged on the surface of the metal substrate,
The plurality of metal nanostructures have a reflectance of 30% to 80% in the wavelength range of 300 nm to 800 nm.
No permeation through the metal substrate,
The color coating layer formed on the metal substrate, characterized in that the plurality of metal nanostructures are protruding or recessed.
상기 금속기판의 금속은 Pd, Ni, Co, Fe, Mn, Cr, Mo, W, V, Ta, Nb, Hf, Zr, Ti, In, Sn, Pb, Sb, Bi 및 이들의 합금 중에서 적어도 하나 선택된 것을 특징으로 하는 금속기판 위에 형성되는 컬러코팅층.
The method of claim 1,
The metal of the metal substrate is at least one of Pd, Ni, Co, Fe, Mn, Cr, Mo, W, V, Ta, Nb, Hf, Zr, Ti, In, Sn, Pb, Sb, Bi, and alloys thereof Color coating layer formed on the metal substrate, characterized in that selected.
상기 복수의 금속나노구조체들을 상기 금속기판의 금속과 동일한 금속이거나 다른 금속인 것을 특징으로 하는 금속기판 위에 형성되는 컬러코팅층.
According to claim 1,
The color coating layer is formed on the metal substrate, characterized in that the plurality of metal nanostructures are the same metal or different metal than the metal of the metal substrate.
상기 금속기판의 표면에 주기적으로 배열된 복수의 금속나노구조체들을 형성하는 단계를 포함하고,
상기 복수의 금속나노구조체들은 300nm 내지 800nm 파장대역에서 반사율은 30% 내지 80% 이고, 상기 금속기판을 통한 투과는 없으며,
상기 복수의 금속나노구조체들은 돌출형 또는 함몰형인 것을 특징으로 하는 금속기판 위에 형성되는 컬러코팅층의 제조방법.
Preparing a metal substrate; And
Forming a plurality of metal nanostructures periodically arranged on a surface of the metal substrate;
The plurality of metal nanostructures have a reflectance of 30% to 80% in the wavelength range of 300 nm to 800 nm, and no transmission through the metal substrate.
The method of manufacturing a color coating layer formed on a metal substrate, characterized in that the plurality of metal nanostructures are protruding or recessed.
상기 복수의 금속나노구조체들을 형성하는 단계는 전기도금법을 이용하는 금속기판 위에 형성되는 컬러코팅층의 제조방법.
The method of claim 11, wherein
Forming the plurality of metal nanostructures is a method of manufacturing a color coating layer formed on a metal substrate using an electroplating method.
상기 복수의 금속나노구조체들을 형성하는 단계는 임프린트방법을 이용하는 금속기판 위에 형성되는 컬러코팅층의 제조방법.
The method of claim 11, wherein
The forming of the plurality of metal nanostructures is a method of manufacturing a color coating layer formed on a metal substrate using an imprint method.
상기 금속기판의 금속은 Pd, Ni, Co, Fe, Mn, Cr, Mo, W, V, Ta, Nb, Hf, Zr, Ti, In, Sn, Pb, Sb, Bi 및 이들의 합금 중에서 적어도 하나 선택된 것을 특징으로 하는 금속기판 위에 형성되는 컬러코팅층의 제조방법.
The method of claim 11, wherein
The metal of the metal substrate is at least one of Pd, Ni, Co, Fe, Mn, Cr, Mo, W, V, Ta, Nb, Hf, Zr, Ti, In, Sn, Pb, Sb, Bi, and alloys thereof A method of manufacturing a color coating layer formed on a metal substrate, characterized in that selected.
상기 복수의 금속나노구조체들을 상기 금속기판의 금속과 동일한 금속이거나 다른 금속인 것을 특징으로 하는 금속기판 위에 형성되는 컬러코팅층의 제조방법.
The method of claim 11, wherein
And forming the plurality of metal nanostructures on the metal substrate, wherein the plurality of metal nanostructures are the same metal or different metal from the metal of the metal substrate.
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