KR102240121B1

KR102240121B1 - 경사 건식박막증착공정에 의한 금속 표면 색상 구현 방법 및 표면 색상이 구현된 금속 판재

Info

Publication number: KR102240121B1
Application number: KR1020190078497A
Authority: KR
Inventors: 신형원; 이효수; 강정진; 김재하; 황택용
Original assignee: 한국생산기술연구원
Priority date: 2019-07-01
Filing date: 2019-07-01
Publication date: 2021-04-15
Also published as: KR20210003322A

Abstract

본 발명은 박막을 증착시키는 건식공정 시간을 조절하는 것에 의해 금속 표면에 다양한 색상을 구현할 수 있도록, 레이저를 이용하여 금속 부재의 표면에 레이저 유도 주기적 표면 구조(LIPSS)를 형성하는 단계; 원하는 색상 그룹의 구현을 위한 건식박막층착 경사를 설정하는 단계; 및 경사 건식박막증착공정을 수행하여 상기 금속 부재의 상기 레이저 유도 주기적 표면 구조의 상부면에 원하는 색상 그룹 구현 금속 층을 형성하여 원하는 색상 그룹의 색상을 구현하는 단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 경사 건식박막증착공정에 의한 금속 표면 색상 구현 방법을 제공한다.

Description

경사 건식박막증착공정에 의한 금속 표면 색상 구현 방법 및 표면 색상이 구현된 금속 판재{Color implementing method of metal surface and surface color implemented metal panel by tilted dry thin film deposition process}

본 발명은 금속에 표면 색상을 구현하는 것에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, LIPSS 표면에 건식박막증착공정을 수행함에 있어서, 박막을 증착시키는 건식공정 시간을 조절하는 것에 의해 금속 표면에 다양한 색상을 구현할 수 있도록 하는 경사 건식박막증착공정에 의한 금속 표면 색상 구현 방법 및 표면 색상이 구현된 금속 판재에 관한 것이다.

최근 소비자들의 건축 내외장재, 가전 외장재, 자동차 내외장재 등으로 사용되는 강판의 표면에 대한 심미성의 충족에 대한 요구가 매우 높아졌다. 이에 따라, 소비자들의 기호를 충족하기 위하여 다양한 색상이 구현된 금속 판재들이 공급되고 있다.

종래기술에서의 상술한 금속 표면 색상 구현 방법으로는 대한민국 등록특허 제10-0171679호에 개시된 도장기술 또는 코팅기술 등이 널리 사용되어 왔다.

그러나 상술한 종래기술의 금속 표면 색상 구현 방법인 도장기술 또는 코팅 기술은 휘발성 유기화합물이나 도금을 위한 전해용액을 사용하기 때문에, 휘발성 물질, 도금용 금속 또는 화학약품 등의 환경유해 물질이 대량 발생하는 문제점이 있었다.

또한, 금속의 색상 구현 시 마다. 도장 또는 코팅 물질을 조합하여 사용하게 되므로, 색상 구현의 재현성이 떨어지게 되어, 일정 기간 동안 동일한 도장 또는 코팅 물질을 이용하여 색상이 구현된 금속 판재를 제작한 후에는, 다시 금속 판재의 표면에 동일한 색상을 구현하는 것이 불가능한 문제점을 가진다.

그리고 상술한 종래기술들에서와 같이 도장 또는 코팅에 의해 금속 표면에 색상을 구현하는 경우에는 재현성이 낮아지게 되므로, 대량생산이 용이하지 않은 문제점 또한 발생한다.

대한민국 등록특허 제10-0171679호

따라서 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예는, 상대적으로 공정시간이 짧고 공정제어가 쉬운 펨토초 레이저를 이용하여 금속에 LIPSS(Laser Induced Periodic Surface Structure)를 형성하고, 경사 건식박막증착 시간을 가변하여 경사 건식박막증착공정을 수행하여 LIPSS 표면에 금속을 증착하는 것에 의해 환경 오염의 발생 없이 금속 표면에 다양한 색상을 구현할 수 있도록 하는 경사 건식박막증착공정에 의한 금속 표면 색상 구현 방법 및 표면 색상이 구현된 금속 판재를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 금속 표면의 색상 구현 재현성을 높일 수 있으며, 대량 생산을 가능하게 하는 경사 건식박막증착공정에 의한 금속 표면 색상 구현 방법 및 표면 색상이 구현된 금속 판재를 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 스퍼링 각도 증착 시간 등의 공정조건을 제어하는 것에 의해 사용자 기호 또는 요구에 맞추어 자연적인 색상과 질감을 구현할 수 있도록 하는 경사 건식박막증착공정에 의한 금속 표면 색상 구현 방법 및 표면 색상이 구현된 금속 판재를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 본 발명의 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예는, 레이저를 이용하여 금속 부재의 표면에 레이저 유도 주기적 표면 구조(LIPSS)를 형성하는 단계; 원하는 색상 그룹의 구현을 위한 건식박막층착 경사를 설정하는 단계; 및 경사 건식박막증착공정을 수행하여 상기 금속 부재의 상기 레이저 유도 주기적 표면 구조의 상부면에 원하는 색상 그룹 구현 금속 층을 형성하는 것에 의해 원하는 색상 그룹의 색상을 구현하는 단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 경사 건식박막증착공정에 의한 금속 표면 색상 구현 방법을 제공한다.

상기 경사 건식박막증착공정에 의한 금속 표면 색상 구현 방법은, 상기 레이저 유도 주기적 표면 구조(LIPSS)를 형성하는 단계 이후에, 상기 원하는 색상 그룹의 구현을 위한 금속 건식박막증착 시간을 설정하는 단계;를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 레이저는, 펨토초 레이저인 것을 특징으로 한다.

상기 레이저 유도 주기적 표면 구조를 형성하는 단계는, 기 설정된 색상을 표출하는 패턴을 가지도록 상기 레이저 유도 주기적 표면 구조를 형성하는 것을 특징으로 한다.

상기 금속부재를 구성하는 금속은 비철계 금속 또는 철계 금속 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

상기 비철계 금속은, Cu, Zn, Au, Ag, Al, Ti, W, Ni, Mo, Co, Mg 또는 이들의 합금을 포함하는 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있다.

상기 철계 금속은, Fe 또는 Fe 합금을 포함하는 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있다.

상기 경사 건식박막증착공정에 의해 증착되는 색상 그룹 구현 금속은 융점이 1500℃ 이상인 금속 또는 금속의 합금을 포함하는 군에서 선택된 하나 이상일 수 있다.

상기 경사 건식박막증착공정에 의해 증착되는 색상 그룹 구현 금속은 Ni, Ti, Zr 또는 이들의 합금을 포함하는 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있다.

상술한 본 발명의 일 실시에의 경사 건식박막증착공정에 의한 금속 표면 색상 구현 방법은, 상기 원하는 색상 그룹의 색상을 구현하는 단계 이후에, 시야각에 따라 표출되는 상기 원하는 색상 그룹에 포함되는 색 중 특정 색의 표출을 위해 특정 시야각에 대응하는 굴절률을 가지는 투명 폴리머 층을 상기 색상 그룹 구현 금속 층의 상부에 형성하는 표면 굴절률 부여 단계;를 더 포함할 수 있다.

상술한 본 발명의 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예는, 레이저를 이용하여 금속 부재의 표면에 레이저 유도 주기적 표면 구조(LIPSS)를 형성하는 단계; 원하는 색상 그룹의 구현을 위한 건식박막층착 경사를 설정하는 단계; 및 표면 영역에 따라 색상 그룹 구현 금속량이 조절된 경사 건식박막증착공정을 수행하여, 상기 금속 부재의 상기 레이저 유도 주기적 표면 구조의 상부면에 영역별로 서로 다른 두께의 색상 그룹 구현 금속 층을 증착시켜 복수의 원하는 색상 그룹의 색상을 구현하는 단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 경사 건식박막증착공정에 의한 금속 표면 색상 구현 방법을 제공한다.

상술한 본 발명의 다른 실시에의 경사 건식박막 증착에 의한 경사 건식박막증착공정에 의한 금속 표면 색상 구현 방법은, 상기 원하는 색상 그룹의 색상을 구현하는 단계 이후에, 시야각에 따라 표출되는 상기 원하는 색상 그룹에 포함되는 색 중 특정 색의 표출을 위해 특정 시야각에 대응하는 굴절률을 가지는 투명 폴리머 층을 상기 색상 그룹 구현 금속 층의 상부에 형성하는 표면 굴절률 부여 단계;를 더 포함할 수 있다.

상술한 본 발명의 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예는, 금속부재; 상기 금속부재의 상부에 형성되는 레이저 유도 주기적 표면 구조(LIPSS: Laser induced periodic surface structure); 및 원하는 색상 그룹의 구현에 대응하는 경사 건식박막증착공정에 의해, 레이저 유도 주기적 표면 구조의 요부와 철부 중 상기 철부의 상부면과 상기 철부의 경사 건삭막증착 방향의 측면에 상기 색상 그룹 구현 금속 층이 증착되어 형성된 색상 그룹 구현 금속 층;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 경사 건식박막증착공정에 의한 표면 색상이 구현된 금속판재를 제공한다.

상기 요부에 형성되는 색상 그룹 구현 금속 층은, 상기 철부의 증착금속이 증착된 상기 측면 측이 두껍고, 증착금속이 증착되지 않은 상기 철부의 측면 측으로 갈수록 상기 금속의 증착 두께가 얇아지는 것을 특징으로 한다.

상기 색상 그룹 구현 금속 층은, 상기 레이저 유도 주기적 표면 구조의 상부면에 영역별로 서로 다른 색상 그룹 구현을 위해 표면 영역에 따라 서로 다른 두께를 가지는 것을 특징으로 한다.

상기 색상 그룹 구현 금속 층은, 원하는 색상 그룹의 구현에 대응하는 건식 경사 건식박막증착 시간 동안 증착되어 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 레이저는, 펨토초 레이저인 것을 특징으로 한다.

상기 레이저 유도 주기적 표면 구조는, 기 설정된 색상을 표출하는 패턴을 구조를 가지는 것을 특징으로 한다.

상기 경사 건식박막증착공정에 의해 증착되는 색상 그룹 구현 금속은 융점이 1,500℃ 이상인 금속 또는 금속의 합금을 포함하는 군에서 선택된 하나 이상일 수 있다.

상기 금속판재는, 상기 색상 그룹 구현 금속 층의 상부에 시야각에 따라 표출되는 상기 원하는 색상 그룹에 포함되는 색 중 특정 색의 표출을 위해 굴절률이 조절된 투명 폴리머층;을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예들에 따르면, 경사를 부여한 건식으로 공정이 진행되기 때문에, 공정조건 제어에 따라 사용자 기호에 맞추어 금속표면에 자연적인 색상과 질감을 구현할 수 있도록 하는 효과를 제공한다.

또한, 본 발명의 실시예들에 따르면, 상대적으로 공정시간이 짧고 공정제어가 쉬운 펨토초 레이저 가공에 의한 LIPSS의 형성과 경사 건식박막증착을 사용하여 금속 표면에 색상을 구현함으로써, 금속 표면에 동일한 색상을 구현하는 재현성이 현저히 향상되며, 대량 생산에 용이한 경사 건식박막증착공정을 적용하였기 때문에 색상 구현 금속 층의 두께를 다양하게 가변시킬 수 있어, 다양한 색상을 금속표면 색상 구현을 위한 공정효율이 현저히 향상되어, 색상 구현의 재현성인 높은 색상이 표면에 구현된 금속 판재의 대량생산을 가능하게 한다.

또한, 본 발명의 실시예들은, 상대적으로 공정시간이 짧고 공정제어가 쉬운 펨토초 레이저를 이용하여 금속에 LIPSS(Laser Induced Periodic Surface Structure)를 형성하고, 건식박막증착 시간을 가변하여 경사 건식박막증착공정을 수행하는 것에 의해 환경 오염의 발생 없이 금속 표면에 다양한 색상을 구현할 수 있도록 하는 효과를 제공한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예의 경사 건식박막증착공정에 의한 금속 표면 색상 구현 방법의 처리과정을 나타내는 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예의 경사 건식박막증착공정에 의한 금속 표면 색상 구현 공정을 나타내는 도면.
도 3은 본 발명의 다른 실시예의 표면 색상이 구현된 금속판재의 구성도.
도 4는 실험예에 따르는 펨토초 레이저로 가공된 레이저 유도 주기적 표면 구조(LIPSS)를 가지는 금속표면과 건식박막증착공정에 의해 서로 다른 두께의 Ti 색상 그룹 구현 금속 층이 증착된 금속판재의 표면을 시야각 0°에서 촬영한 사진.
도 5는 실험예의 금속 판재의 표면 가공 방법별 밝기 변화를 나타내는 그래프.
도 6은 실험예의 금속 판재의 표면 가공 방법별 색상 구현 성능을 나타내는 그래프.
도 7은 레이저 유도 주기적 표면 구조(LIPSS)를 가지는 금속표면과, 레이저 유도 주기적 표면 구조(LIPSS)의 상부면에 건식박막증착 시간에 따라 서로 다른 두께를 가지는 색상 그룹 구현 금속 층(Ti 층)의 증착된 경우의 금속 표면의 시야각별 색상을 가지는 색상 그룹을 나타내는 도면.
도 8은 본 발명의 다른 실시예의 경사 건식박막증착공정에 의한 금속 표면 색상 구현 방법의 순서도.
도 9는 본 발명의 다른 실시예의 경사 건식박막증착공정에 의한 금속 표면 색상 구현 공정을 나타내는 도면.

이하에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

상술한 본 발명의 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예는, 레이저를 이용하여 금속 부재의 표면에 레이저 유도 주기적 표면 구조(LIPSS)를 형성하는 단계; 및 경사 건식박막증착공정을 수행하여 상기 금속 부재의 상기 레이저 유도 주기적 표면 구조의 상부면에 원하는 색상 그룹 구현 금속 층을 형성하여 원하는 색상 그룹의 색상을 구현하는 단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 경사 건식박막증착공정에 의한 금속 표면 색상 구현 방법을 제공한다.

본 발명의 다른 실시예는, 레이저를 이용하여 금속 부재의 표면에 레이저 유도 주기적 표면 구조(LIPSS)를 형성하는 단계; 및 표면 영역에 따라 색상 그룹 구현 금속량이 조절된 경사 건식박막증착공정을 수행하여, 상기 금속 부재의 상기 레이저 유도 주기적 표면 구조의 상부면에 영역별로 서로 다른 두께의 색상 그룹 구현 금속 층을 증착시켜 복수의 원하는 색상 그룹의 색상을 구현하는 단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 경사 건식박막증착공정에 의한 금속 표면 색상 구현 방법을 제공한다.

상기 레이저는, 펨토초 레이저인 것을 특징으로 한다.

상술한 본 발명의 일 실시예의 금속판재는, 상기 색상 그룹 구현 금속 층의 상부에 시야각에 따라 표출되는 상기 원하는 색상 그룹에 포함되는 색 중 특정 색의 표출을 위해 굴절률이 조절된 투명 폴리머층;을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예의 경사 건식박막증착공정에 의한 금속 표면 색상 구현 방법의 처리과정을 나타내는 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예의 경사 건식박막증착공정에 의한 금속 표면 색상 구현 공정을 나타내는 도면이고, 도 3은 본 발명의 다른 실시예의 표면 색상이 구현된 금속판재의 구성도이다.

도 1 및 도 2와 같이, 상술한 본 발명의 일 실시예의 경사 건식박막증착금속 공정에 의한 금속 표면 색상 구현 방법은, LIPSS 형성단계(S10), 경사 설정 단계(S20), 경사 건식박막증착 시간 설정 단계(S30), 원하는 색상 그룹의 색상을 구현하는 단계(S40) 및 표면 굴절률 부여단계(S50)를 포함하여 구성될 수 있다.

그리고 도 1 및 도 2의 순서 및 공정에 의해 제작된 본 발명의 일 실시예의 경사 건식박막증착공정에 의해 표면 색상이 구현된 금속 판재(1)는, 도 3과 같이, 금속부재(10), 상기 금속부재(10)의 상부에 형성되는 레이저 유도 주기적 표면 구조(LIPSS: Laser induced periodic surface structure)(LIPSS(11)), 원하는 색상 그룹의 구현에 대응하는 경사 건식박막증착공정에 의해, 레이저 유도 주기적 표면 구조의 요부와 철부 중 상기 철부의 상부면과 상기 철부의 경사 건삭막증착 방향의 측면에 상기 색상 그룹 구현 금속 층이 증착되어 형성된 색상 그룹 구현 금속 층(20) 및 투명 폴리머층(30)을 포함하여 구성된다.

구체적으로, 상기 LIPSS 형성단계(S10)에서 1kW 내지 3kW 파워를 가지는 펨토초 레이저를 이용하여 도 2의 (a)와 같이 구현될 색상 그룹에 대응하는 패턴을 가지는 LIPSS(11)를 금속 부재(10)의 표면에 형성한다. 이때, 금속 부재(10)는 비철계 금속 또는 철계 금속 중 어느 하나의 금속으로 형성된다. 상기 비철계 금속은, Cu, Zn, Au, Ag, Al, Ti, W, Ni, Mo, Co, Mg 또는 이들의 합금을 포함하는 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있다. 그리고 상기 철계 금속은, Fe 또는 Fe 합금을 포함하는 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있다.

상기 경사 건식박막증착 경사 설정 단계(S20)에서 구현될 색상 그룹에 대응하는 색상 그룹 구현 금속 층(20)의 형성을 위한 경사 건식박막증착공정의 경사 각을 설정한다. 즉, 상기 경사 건식박막증착 경사 설정 단계(S20)는 증착될 금속의 스퍼터링 비행 궤도와 레이저 유도 주기적 표면 구조의 표면과의 각도를 설정하게 되며, 이때, 설정되는 각도는 구현하고자 하는 금속의 표면 색상에 따라 가변된다.

상기 경사 건식박막증착 시간 설정 단계(S30)에서 구현될 색상 그룹에 대응하는 색상 그룹 구현 금속 층(20)의 형성을 위한 경사 건식박막증착 시간을 설정한다. 이때, 설정되는 건식박막층착 시간은 구현하고자 하는 금속의 표면 색상에 따라 가변된다.

상술한 LIPSS 형성을 위한 펨토초 레이저의 파워와 스캔조사 속도, 경사 건식박막증착 경사각 또는 경사 건식박막증착 시간은 색상 그룹에 포함되는 색상별로 데이터베이스로 구축된 후, 원하는 색상의 표출을 위한 공정처리 과정에서 선택되어 설정될 수 있다.

이후, 색상 구현 단계(S40)에서는 도 2의 (b)와 같이, 상기 설정된 경사 건식박막증착 경사 또는 경사 건식박막증착 시간 중 하나 이상을 포함하는 경사 건식박막증착 공정 조건에 따라 색상 그룹 구현 금속(21)을 증착시키는 것에 의해 도 2의 (c)와 같이, 상기 LIPSS(11)의 표면에 색상 그룹 구현 금속 층(20)을 형성하여 원하는 색상 그룹을 구현한다. 상술한 색상 그룹 구현 금속(21)은 융점이 1500℃ 이상인 금속 또는 금속의 합금을 포함하는 군에서 선택된 하나 이상일 수 있다. 예를 들면, 상기 색상 그룹 구현 금속(21)은 Ni, Ti, Zr 또는 이들의 합금을 포함하는 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있다.

상술한 바와 같이 LIPSS(10)와 색상 그룹 구현 금속 층(20)이 형성된 금속부재의 표면은 시야각에 따라 상기 색상 그룹에 포함되는 서로 다른 색을 발현하게 된다.

이에 따라, 상기 표면 굴절률 부여 단계(S50)에서는 시야각에 따라 서로 다르게 발현되는 색들을 가지는 색상 그룹 중 특정 색을 시야각에 무관하게 표출하도록 하기 위하여, 도 2의 (d)와 같이, 특정 시야각에 대응하는 굴절률을 가지는 투명 폴리머 층(30)을 색상 그룹 구현 금속 층(20)의 상부에 형성한다. 이에 의해, 상기 투명 폴리머 층(30)의 굴절률에 대응하는 시야각 방향의 색상이 시야각에 무관하게 금속 부재(10)의 표면 전체에서 표출된다.

상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 도 1 내지 도 3의 경사 건식박막증착공정에 의한 금속 표면 색상 구현 방법은, LIPSS 형성단계(S10), 경사 설정 단계(S20) 및 원하는 색상 그룹의 색상을 구현하는 단계(S40)를 포함하여 구성되거나, LIPSS 형성단계(S10), 경사 설정 단계(S20), 경사 건식박막증착 시간 설정 단계(S30) 및 원하는 색상 그룹의 색상을 구현하는 단계(S40)를 포함하여 구성되거나, LIPSS 형성단계(S10), 경사 설정 단계(S20) 경사 건식박막증착 시간 설정 단계(S30), 원하는 색상 그룹의 색상을 구현하는 단계(S40) 및 표면 굴절률 부여단계(S50)를 포함하도록 구성될 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 금속 부재(10)의 표면에 구현될 색상 그룹에 대응하는 패턴을 가지는 LIPSS(11)를 형성하고, 경사 건식박막증착 경사각 또는 경사 건식박막증착 시간을 설정하는 것에, 설정된 경사각 또는 경사 건식박막증착 공정 시간 중 하나 이상을 포함하는 제어가 용이한 경사 건식박막증착공정을 수행하여 색상 재현성이 높고, 색상 구현 공정의 연속적 구현이 가능한 다양한 색상 그룹 구현 금속 층(20)을 가지는 금속 판재(1)를 대량 생산할 수 있도록 한다.

<실험예>

- 표면 색상 그룹 구현 금속 판재의 제작

순수 Ni 금속부재(Pure Ni), 표면에 1kW 파워의 펨토초 레이저로 가공된 LIPSS가 형성된 Ni 금속부재(LIPSS-Ni), 색상 그룹 구현 금속으로서 Ti층이 증착 형성된 순수 Ni 금속부재(SP-Ni), 표면에 1kW 파워의 펨토초 레이저로 가공된 LIPSS가 형성된 표면상에 Ti층이 증착 형성된 Ni 금속부재(LIPSS-SP-Ni)를 제작하였다.

LIPSS가 형성된 표면상에 Ti층이 증착 형성된 Ni 금속부재(LIPSS-SP-Ni)의 경우에는 Ti 층이 15nm 이하로 형성된 것과, 15nm로 형성된 것을 제작하였다.

- 분석

도 4는 실험예에 따르는 펨토초 레이저로 가공된 레이저 유도 주기적 표면 구조(LIPSS)를 가지는 금속표면과 경사 건식박막증착공정에 의해 서로 다른 두께의 Ti 색상 그룹 구현 금속 층이 증착된 금속판재의 표면을 시야각 0°에서 촬영한 사진이고, 도 5는 실험예의 금속 판재의 표면 가공 방법별 밝기 변화를 나타내는 그래프이다.

도 4에서 (a)는 순수 Ni 금속 부재(Pure Ni), (b)는 Ti 층이 15nm 이하로 형성된 LIPSS와 Ti층이 증착 형성된 Ni 금속부재(LIPSS-SP-Ni) 및 (c)는 Ti 층이 15nm로 형성된 LIPSS와 Ti층이 증착 형성된 Ni 금속부재(LIPSS-SP-Ni)의 시야각 0°에서 촬영한 표면 사진이다.

도 4 및 도 5와 같이, Ti 층이 형성되지 않은 순수 Ni 금속 부재(Pure Ni)의 표면 밝기가 가장 밝게 나타났으며, Ti 층이 15nm로 형성된 LIPSS와 Ti 층이 증착 형성된 Ni 금속부재(LIPSS-SP-Ni)로 갈수록 밝기가 감소하여 어두워지나, LIPSS(11)의 단위 패턴들의 대비는 선명하게 나타난 것을 알 수 있었다.

또한, 도 4의 사진들에서 Ti의 경사 건식박막증착 시에 전체적인 LIPSS(11)를 형성하는 패턴들이 파괴되지 않고, Ti 층의 코팅이 진행되며, 일부 불균일한 구조가 건전하게 복구됨을 알 수 있었다. 이를 통해 구조를 유지하면서 색상 그룹 구현 금속 층의 두께를 가변시키는 것에 의해 다양한 색상을 구현할 수 있음을 확인하였다.

도 6은 실험예의 금속 판재의 표면 가공 방법별 색상 구현 성능을 나타내는 그래프이다.

도 6의 색상 구현 성능은 CIE 색좌표계에서 L*, a*, b*를 이용하여 측정하였다. 참고로, CIE 색좌표계에서 L*은 명도의 변화를 나타내며, a*는 (+) 측은 붉은 색(R)이 점점 강해지며 (-) 측은 녹색(G)이 점점 강해지고, b*는 (+) 측은 노란색(Y)이 점점 강해지며 (-) 측은 파란색(B)이 점점 강해진다.

도 6에서 알 수 있는 바와 같이, 순수 Ni 금속부재(Pure Ni), 표면에 LIPSS가 형성된 Ni 금속부재(LIPSS-Ni), Ti층이 경사 증착 형성된 순수 Ni 금속부재(SP-Ni), LIPSS 표면상에 Ti층이 경사 증착 형성된 Ni 금속부재(LIPSS-SP-Ni)에 따라 서로 다른 색상이 구현되는 것을 알 수 있었다.

구체적으로, 순수 Ni 금속부재(Pure Ni)는 (a*, b*)가 약(1.8, 10이었다.

표면에 LIPSS가 형성된 Ni 금속부재(LIPSS-Ni)는 (a*, b*)가 약(8.7, 16) 이었다.

Ti층이 증착 형성된 순수 Ni 금속부재(SP-Ni), 표면에 LIPSS가 형성된 표면상에 Ti층이 증착 형성된 Ni 금속부재(LIPSS-SP-Ni)는 (a*, b*)가 약(8.7, 16)이었다.

Ti층이 증착 형성된 순수 Ni 금속부재(SP-Ni)는 (a*, b*)가 약(-1.8, -3)이었다.

표면에 LIPSS가 형성된 표면상에 Ti층이 증착 형성된 Ni 금속부재(LIPSS-SP-Ni)는 (a*, b*)가 약(11, 20) 이었다.

즉, LIPSS가 형성되지 않은 경우에는 순수 금속 부재(Pure Ni) 또는 색상 그룹 구현 금속 층이 형성된 경우(SP-Ni) 모두에서 색상 구현 성능이 낮았다. 반면에, LIPSS가 형성된 금속 부재의 경우에는 색상 그룹 구현 금속 층이 형성되지 않은 경우(LIPSS-Ni)와 색상 그룹 구현 금속 층이 형성된 경우(LIPSS-SP-Ni) 모두에서 색상 구현 성능이 현저히 향상된 것을 알 수 있었다. 특히, LIPSS의 표면에 색상 그룹 구현 금속 층이 형성된 금속 부재(LIPSS-SP-Ni)의 경우에서 색상 구현 성능이 현저히 향상된 것을 알 수 있었다.

도 7은 레이저 유도 주기적 표면 구조(LIPSS)를 가지는 금속표면과, 레이저 유도 주기적 표면 구조(LIPSS)의 상부면에 경사 건식박막증착 시간에 따라 서로 다른 두께를 가지는 색상 그룹 구현 금속 층(Ti 층)이 증착된 경우의 금속 표면의 시야각별 색상을 가지는 색상 그룹을 나타내는 도면이다.

도 7에서 (a)는 LIPSS만 형성된 Ni 금속 부재(LIPSS), (b)는 LIPSS 표면에 15nm 이하의 두께의 Ti 층이 형성된 Ni 금속 부재(LIPSS with Sputter(< 15nm)0, (c)는 LIPSS 표면에 15nm 두께의 Ti 층이 형성된 Ni 금속 부재(LIPSS with Sputter(15nm))들의 시야각별 색상을 나타낸다.

도 7과 같이, 표면에 LIPSS가 형성된 금속 부재의 경우, 바라보는 시야각에 따라 서로 다른 색상을 구현함을 알 수 있었다. 이에 따라, 색상 그룹에 포함된 색상 중 각각의 시야각에 대응하는 굴절률을 가지는 투명 폴리머층을 표면에 형성하는 경우, 금속 부재의 표면 전체에서 해당 시야각에 대응하는 특정 색상을 구현할 수 있음을 확인하였다.

도 8은 본 발명의 다른 실시예의 경사 건식박막증착공정에 의한 금속 표면 색상 구현 방법의 순서도이고, 도 9는 본 발명의 다른 실시예의 경사 건식박막증착공정에 의한 금속 표면 색상 구현 공정을 나타내는 도면이다.

도 8과 같이, 본 발명의 다른 실시예의 경사 건식박막증착공정에 의한 색상 금속 표면 색상 구현 방법은, LIPSS 형성단계(S110), 경사 설정 단계(S120), 경사 건식박막증착 시간 설정 단계(S130), 표면 영역별 서로 다른 원하는 색상 그룹울 구현 단계(S140) 및 표면 굴절률 부여단계(S150)를 포함하여 구성될 수 있다.

상술한 구성 중 상기 LIPSS 형성단계(S110), 경사 설정 단계(S120), 경사 건식박막증착 시간 설정 단계(S130), 및 표면 굴절률 부여단계(S150)는 도 1의 LIPSS 형성단계(S10), 경사 설정 단계(S20), 경사 건식박막증착 시간 설정 단계(S30), 및 표면 굴절률 부여단계(S50)와 각각 동일한 것으로서 그 상세한 설명을 생략한다.

본 발명의 다른 실시예의 경사 건식박막증착공정에 의한 색상 금속 표면 색상 구현 방법 중 상기 표면 영역별 서로 다른 원하는 색상 그룹을 구현하는 단계(S140)는 표면 영역에 따라 색상 그룹 구현 금속량이 조절된 경사 건식박막증착공정을 수행하여, 상기 금속 부재의 상기 레이저 유도 주기적 표면 구조의 상부면에 영역별로 서로 다른 두께의 색상 그룹 구현 금속 층을 증착시켜 복수의 원하는 색상 그룹의 색상을 구현하도록 구성된다. 일 예로, 표면 영역별 서로 다른 원하는 색상 그룹을 구현하는 단계(S140)는 도 9의 (b)와 같이, 색상 그룹 구현 금속의 스퍼터링에 의한 경사 건식박막증착의 수행 중 레이저 유도 주기적 표면 구조의 영역별로 서로 다른 량의 플라즈마 금속이 도달하도록 영역별로 차폐 마스크부(17a), 중간격 마스크부(17b) 및 대간격 마스크부(17c) 등의 서로 다른 간격의 격자상 투과홀을 가지는 마스크(17)를 적용하여 수행될 수 있다. 상술한 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예의 경사 건식박막증착공정에 의한 색상 금속 표면 구현 방법은 한번의 공정으로 표면 영역별로 서로 다른 두께의 색상 그룹 구현 금속 층을 증착시키는 것에 의해 표면 상에 복수의 원하는 색상 그룹의 색상을 구현할 수 있도록 한다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 범위는 후술하는 청구범위에 의하여 나타내어지며, 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

1: 금속 판재
10: 금속부재
11: LIPSS
13: 요부
15: 철부
17: 마스크
17a: 차폐 마스크부
17b: 중간격 마스크부
17c: 대간격 마스크부
20: 색상 그룹 구현 금속 층
21: 색상 그룹 구현 금속
30: 투명 폴리머 층

Claims

레이저를 이용하여 금속 부재의 표면에 레이저 유도 주기적 표면 구조(LIPSS)를 형성하는 단계;
원하는 색상 그룹의 구현을 위한 건식박막증착 경사 및 건식박막증착 시간을 설정하는 단계; 및
상기 설정된 건식박막증착 경사 및 건식박막증착 시간 조건으로 경사 건식박막증착공정을 수행하여 상기 금속 부재의 상기 레이저 유도 주기적 표면 구조의 상부면에 원하는 색상 그룹 구현 금속 층을 형성하여 색상 그룹 구현 금속 층을 형성하는 것에 의해 원하는 색상 그룹의 색상을 구현하는 단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하고,
상기 레이저 유도 주기적 표면 구조를 형성하는 단계는, 상기 설정된 색상을 표출하는 패턴을 가지도록 상기 레이저 유도 주기적 표면 구조를 형성하는 것을 특징으로 하고,
상기 원하는 색상 그룹의 색상을 구현하는 단계 이후에, 시야각에 따라 표출되는 상기 원하는 색상 그룹에 포함되는 색 중 특정 색의 표출을 위해 특정 시야각에 대응하는 굴절률을 가지는 투명 폴리머 층을 상기 색상 그룹 구현 금속 층의 상부에 형성하는 표면 굴절률 부여 단계;를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 경사 건식박막증착공정에 의한 금속 표면 색상 구현 방법.
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제1항에 있어서,
상기 레이저는 펨토초 레이저인 것을 특징으로 하는 경사 건식박막증착공정에 의한 금속 표면 색상 구현 방법.
삭제
제1항에 있어서,
상기 금속 부재를 구성하는 금속은 비철계 금속 또는 철계 금속 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 경사 건식박막증착공정에 의한 금속 표면 색상 구현 방법.
제5항에 있어서,
상기 비철계 금속은, Cu, Zn, Au, Ag, Al, Ti, W, Ni, Mo, Co, Mg 또는 이들의 합금을 포함하는 군에서 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 경사 건식박막증착공정에 의한 금속 표면 색상 구현 방법.
제5항에 있어서,
상기 철계 금속은, Fe 또는 Fe 합금을 포함하는 군에서 선택되는 하나 이상인 것을 것을 특징으로 하는 경사 건식박막증착공정에 의한 금속 표면 색상 구현 방법.
제1항에 있어서,
상기 경사 건식박막증착공정에 의해 증착되는 색상 그룹 구현 금속은 융점이 1500℃ 이상인 금속 또는 금속의 합금을 포함하는 군에서 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 경사 건식박막증착공정에 의한 금속 표면 색상 구현 방법.
제1항에 있어서,
상기 경사 건식박막증착공정에 의해 증착되는 색상 그룹 구현 금속은 Ni, Ti, Zr 또는 이들의 합금을 포함하는 군에서 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 경사 건식박막증착공정에 의한 금속 표면 색상 구현 방법.
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레이저를 이용하여 금속 부재의 표면에 레이저 유도 주기적 표면 구조(LIPSS)를 형성하는 단계;
원하는 색상 그룹의 구현을 위한 건식박막증착 경사 및 건식박막증착 시간을 설정하는 단계; 및
상기 설정된 건식박막증착 경사 및 건식박막증착 시간 조건으로 표면 영역에 따라 색상 그룹 구현 금속량이 조절된 경사 건식박막증착공정을 수행하여, 상기 금속 부재의 상기 레이저 유도 주기적 표면 구조의 상부면에 영역별로 서로 다른 두께의 색상 그룹 구현 금속 층을 증착시켜 복수의 원하는 색상 그룹의 색상을 구현하는 단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하고,
상기 레이저 유도 주기적 표면 구조를 형성하는 단계는, 상기 설정된 색상을 표출하는 패턴을 가지도록 상기 레이저 유도 주기적 표면 구조를 형성하는 것을 특징으로 하고,
상기 원하는 색상 그룹의 색상을 구현하는 단계 이후에, 시야각에 따라 표출되는 상기 원하는 색상 그룹에 포함되는 색 중 특정 색의 표출을 위해 특정 시야각에 대응하는 굴절률을 가지는 투명 폴리머 층을 상기 색상 그룹 구현 금속 층의 상부에 형성하는 표면 굴절률 부여 단계;를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 경사 건식박막증착공정에 의한 금속 표면 색상 구현 방법.
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금속부재;
상기 금속부재의 상부에 레이저를 이용하여 형성되는 레이저 유도 주기적 표면 구조(LIPSS: Laser induced periodic surface structure); 및
원하는 색상 그룹의 구현에 대응하는 경사 건식박막증착공정에 의해, 레이저 유도 주기적 표면 구조의 요부와 철부 중 상기 철부의 상부면과 상기 철부의 경사 건삭막증착 방향의 측면에 상기 색상 그룹 구현 금속 층이 증착되어 형성된 색상 그룹 구현 금속 층;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하고,
상기 레이저 유도 주기적 표면 구조는, 기 설정된 색상을 표출하는 패턴 구조를 가지는 것을 특징으로 하고,
상기 색상 그룹 구현 금속 층은, 상기 레이저 유도 주기적 표면 구조의 상부면에 영역별로 서로 다른 색상 그룹 구현을 위해 표면 영역에 따라 서로 다른 두께를 가지는 것을 것을 특징으로 하고,
색상 그룹 구현 금속 층은, 원하는 색상 그룹의 구현에 대응하는 건식 경사 건식박막증착 시간 동안 증착되어 형성되는 것을 것을 특징으로 하고,
상기 색상 그룹 구현 금속 층의 상부에 시야각에 따라 표출되는 상기 원하는 색상 그룹에 포함되는 색 중 특정 색의 표출을 위해 굴절률이 조절된 투명 폴리머층;을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 경사 건식박막증착공정에 의한 표면 색상이 구현된 금속판재.
제14항에 있어서, 상기 요부에 형성되는 색상 그룹 구현 금속 층은,
상기 철부의 증착금속이 증착된 상기 측면 측이 두껍고, 증착금속이 증착되지 않은 상기 철부의 측면 측으로 갈수록 상기 금속의 증착 두께가 얇아지는 것을 특징으로 하는 경사 건식박막증착공정에 의한 표면 색상이 구현된 금속판재.
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제14항에 있어서,
상기 레이저는, 펨토초 레이저인 것을 것을 특징으로 하는 경사 건식박막증착공정에 의한 표면 색상이 구현된 금속판재.
삭제
제14항에 있어서,
상기 금속부재를 구성하는 금속은 비철계 금속 또는 철계 금속 중 어느 하나인 것을 것을 특징으로 하는 경사 건식박막증착공정에 의한 표면 색상이 구현된 금속판재.
제20항에 있어서,
상기 비철계 금속은, Cu, Zn, Au, Ag, Al, Ti, W, Ni, Mo, Co, Mg 또는 이들의 합금을 포함하는 군에서 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 경사 건식박막증착공정에 의한 표면 색상이 구현된 금속판재.
제20항에 있어서,
상기 철계 금속은, Fe 또는 Fe 합금을 포함하는 군에서 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 경사 건식박막증착공정에 의한 표면 색상이 구현된 금속판재.
제14항에 있어서,
상기 경사 건식박막증착공정에 의해 증착되는 색상 그룹 구현 금속은 융점이 1,500℃ 이상인 금속 또는 금속의 합금을 포함하는 군에서 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 경사 건식박막증착공정에 의한 표면 색상이 구현된 금속판재.
제14항에 있어서,
상기 경사 건식박막증착공정에 의해 증착되는 색상 그룹 구현 금속은 Ni, Ti, Zr 또는 이들의 합금을 포함하는 군에서 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 경사 건식박막증착공정에 의한 표면 색상이 구현된 금속판재.
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