KR102320587B1 - 색채화된 표면을 가지는 비금속 부재 및 비금속 표면의 색채화 방법 - Google Patents

색채화된 표면을 가지는 비금속 부재 및 비금속 표면의 색채화 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 관점에 따르면, 색채화된 표면을 가지는 비금속 부재를 제공한다. 상기 색채화된 표면을 가지는 비금속 부재는 비금속 기판; 상기 비금속 기판 상에 형성된 금속 코팅층; 상기 금속 코팅층 상에 형성된 광투과성 유전체층; 및 상기 광투과성 유전체층 상에 형성된 색채 패턴 구조체;를 포함한다.

Description

색채화된 표면을 가지는 비금속 부재 및 비금속 표면의 색채화 방법{Non metal member with colored surface and manufacturing method of the same}
본 발명은 색채화된 표면을 가지는 비금속 부재 및 비금속 표면의 색채화 방법에 대한 것으로서, 더욱 상세하게는 비금속 부재의 표면 상에 색채 패턴 구조체가 적용되어 다양한 금속광택 색상이 발현되는 비금속 부재 및 이러한 금속광택 색상을 발현하기 위한 비금속 표면의 색채화 방법에 대한 것이다.
최근 소비자들의 소비 패턴이 기존의 기능 위주에서 디자인과 기능을 동시에 만족하는 방향으로 변화하고 있다. 이러한 흐름에 발맞춰 소재 분야에서도 소비자의 구매 감성을 자극할 수 있는 소재 개발을 위한 연구가 진행되고 있다. 감성이란, 자극이나 자극의 변화를 느끼는 성질을 의미하는데, 인간의 오감 감지 반응력을 살펴보면, 시각은 87%, 청각은 7%, 촉각은 3%, 후각 2%, 미각 1%로 시각의 감지력이 월등하게 뛰어나다고 한다. 그래서 오감 마케팅 중 특히, 시각과 관련된 마케팅이 많이 발달하고 있다. 색상은 소비자들의 심리에 영향을 미치고 구매의사결정에 결정적 단서로 작용하며, 브랜드 이미지를 구축하는 요인으로도 작용한다.
그러나 소재의 종류에 따라 원하는 색상을 제어하는 것은 매우 어려운 일이며, 유리, 플라스틱, 목재 등 비금속 소재는 빛의 흡수, 반사, 투과 등에 따라 색상이 각각 다르게 제어된다.
최근에, 비금속 소재의 표면에 우수한 부착성과 다양한 색상을 부여할 수 있도록 비금속 소재의 표면에 코팅 조성물을 도포하여 색상을 구현하는 방법이 제안되었다. 종래의 코팅 조성물에는 유기 관능성 실란 화합물, 실란 커플링제, 콜로이달 실리카, 유기용제 및 경화제를 이용한 것이 알려져 있으나, 이는 별도의 숙성과정으로 인한 작업성에 문제가 있으며, 강한 도막을 형성하여 플라스틱 등의 비금속 소재에 코팅할 경우 열 수축, 팽창 차이로 인해 도막 박리 현상을 초래한다.
또한, 이소시아네이트와 다가 알콜 간의 경화를 이용한 유리 코팅 조성물이 개시되어 있으나, 이는 유리 표면을 전처리해야 하는 문제점이 있다. 유리 코팅 방법으로는 유리 프릿트(저융점 유리분말)를 이용하여 고온에서 용융, 융착하는 방법이 널리 사용되고 있으나, 이는 인체에 유해한 납과 같은 독성화합물로 인해 그 사용에 한계가 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 간단한 제조공정으로 비금속 부재의 표면 상에 색채 패턴 구조체를 적용하여 다양한 금속광택 색상이 발현되는 비금속 부재 및 비금속 표면의 색채화 방법의 제공을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 관점에 따르면, 색채화된 표면을 가지는 비금속 부재를 제공한다.
상기 색채화된 표면을 가지는 비금속 부재는 비금속 기판; 상기 비금속 기판 상에 형성된 금속 코팅층; 상기 금속 코팅층 상에 형성된 광투과성 유전체층; 및 상기 광투과성 유전체층 상에 형성된 색채 패턴 구조체;를 포함할 수 있다.
상기 색채화된 표면을 가지는 비금속 부재에 있어서, 상기 색채 패턴 구조체는 서로 이격된 복수의 금속나노입자, 복합물질층 또는 금속 패턴을 포함할 수 있다.
상기 색채화된 표면을 가지는 비금속 부재에 있어서, 상기 복합물질층은 금속 및 상기 금속에 대해서 열역학적으로 고용도가 없는 제 1 물질을 포함하고, 상기 복합물질층내 상기 금속은 상기 광투과성 유전체층의 상부면의 일부 영역에만 도포된 패턴 형태를 가지며, 상기 제 1 물질은 상기 금속이 도포되지 못한 나머지 영역을 도포하는 구조를 가질 수 있다.
상기 색채화된 표면을 가지는 비금속 부재에 있어서, 상기 금속은 Ag, Al, Au, Co, Cu, Ni, Pd, Pt 및 Re 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 색채화된 표면을 가지는 비금속 부재에 있어서, 상기 제 1 물질은 탄소 혹은 Si, Ge 및 Si-Ge 합금 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 색채화된 표면을 가지는 비금속 부재에 있어서, 상기 금속 코팅층은 Fe, Al, Cu, Ni, Mg, Zn, Ti, Cr, Ag, Au, Pt, Pd 순금속 및 그 합금 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 색채화된 표면을 가지는 비금속 부재에 있어서, 상기 광투과성 유전체는 TiO2, Al2O3, MgO, SiO2 , Si3N4 및 ITO(Indium Tin Oxide) 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 색채화된 표면을 가지는 비금속 부재에 있어서, 상기 광투과성 유전체는 두께가 5㎚ 내지 200㎚ 범위일 수 있다.
상기 색채화된 표면을 가지는 비금속 부재에 있어서, 상기 금속 코팅층은 두께가 50㎚ 이상일 수 있다.
상기 색채화된 표면을 가지는 비금속 부재에 있어서, 상기 금속나노입자는 평균 입자 크기가 2㎚ 내지 50㎚ 범위일 수 있다.
상기 색채화된 표면을 가지는 비금속 부재에 있어서, 상기 비금속 기판 및 상기 금속 코팅층 사이에 형성되어 접합력을 향상시키는 접합층을 더 포함할 수 있다.
상기 색채화된 표면을 가지는 비금속 부재에 있어서, 상기 접합층은 두께가 100㎚ 이하(0 초과)일 수 있다.
상기 색채화된 표면을 가지는 비금속 부재에 있어서, 상기 접합층은 Ti, Mo, W, Al, Cr 및 Ni-Cr 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 관점에 따르면, 비금속 표면의 색채화 방법을 제공한다.
상기 비금속 표면의 색채화 방법은 비금속 기판의 적어도 어느 일면 상에 금속 코팅층을 형성하는 단계; 상기 금속 코팅층 상에 광투과성 유전체층을 형성하는 단계; 및 상기 광투과성 유전체층 상에 색채 패턴 구조체를 형성하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 비금속 표면의 색채화 방법에 있어서, 상기 색채 패턴 구조체를 형성하는 단계는, PVD(Physical Vapor Deposition), CVD(Chemical Vapor Deposition) 및 ALD(Atomic Layer Depostion) 중에서 선택되는 어느 하나를 이용함으로써, 서로 이격되어 배치된 복수의 금속나노입자에 의한 금속 패턴을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 비금속 표면의 색채화 방법에 있어서, 상기 색채 패턴 구조체를 형성하는 단계는, 상기 광투과성 유전체층 상에 금속 및 상기 금속에 대해서 열역학적으로 고용도가 없는 제 1 물질로 이루어진 복합물질층을 형성하는 단계를 포함하되, 상기 복합물질층내 상기 금속은 상기 광투과성 유전체층의 상부면의 일부 영역에만 도포된 패턴 형태를 가지며, 상기 제 1 물질은 상기 금속이 도포되지 못한 나머지 영역을 도포하는 구조를 가질 수 있다.
상기 비금속 표면의 색채화 방법에 있어서, 상기 복합물질층에서 상기 제 1 물질을 선택적으로 제거하여 상기 금속을 잔류시켜 금속 패턴을 형성할 수 있다.
상기 비금속 표면의 색채화 방법에 있어서, 상기 복합물질층을 형성하는 단계는, 상기 금속 및 제 1 물질을 상기 광투과성 유전체층의 일면 상에 동시 증착시켜 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 비금속 표면의 색채화 방법에 있어서, 상기 동시 증착시켜 형성하는 단계는, 상기 금속 및 제 1 물질의 증착원을 각각 별도로 준비한 후 각각의 증착원으로부터 상기 금속 및 제 1 물질을 상기 광투과성 유전체층의 상부면에 증착하여 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 비금속 표면의 색채화 방법에 있어서, 상기 동시 증착시켜 형성하는 단계는, 상기 금속 및 제 1 물질이 혼합된 혼합물 또는 합금화된 것을 단일 증착원으로 사용할 수 있다.
상기 비금속 표면의 색채화 방법에 있어서, 상기 제 1 물질이 탄소를 포함할 경우, 상기 금속은 Ag, Al, Au, Co, Cu, Ni, Pd, Pt, Re 및 Zn 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 비금속 표면의 색채화 방법에 있어서, 상기 제 1 물질이 Si, Ge 및 Si-Ge 합금 중 어느 하나를 포함할 경우, 상기 금속은 Ag, Au, Al 및 Zn 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 비금속 표면의 색채화 방법에 있어서, 상기 금속이 도포된 패턴은 서로 이격된 복수의 금속나노입자가 분산된 형태를 가질 수 있다.
상기 비금속 표면의 색채화 방법에 있어서, 상기 금속이 도포된 패턴은 복수의 폭 길이를 가지고 연결되어 연장되는 채널 형태를 가질 수 있다.
상기 비금속 표면의 색채화 방법에 있어서, 상기 제 1 물질을 선택적으로 제거하는 단계는, 화학적 식각을 이용하여 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 비금속 표면의 색채화 방법에 있어서, 상기 제 1 물질을 선택적으로 제거하는 단계는, 연소공정을 이용하여 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 비금속 표면의 색채화 방법에 있어서, 상기 광투과성 유전체층을 형성하는 단계 이전에, 상기 비금속 기판 상에 접합층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 비금속 표면의 색채화 방법에 있어서, 상기 접합층을 형성하는 단계는, PVD(Physical Vapor Deposition), CVD(Chemical Vapor Deposition) 및 ALD(Atomic Layer Depostion) 중에서 선택되는 어느 하나를 이용함으로써, 상기 비금속 기판 상에 상기 접합층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 제조방법에 의하면, 비금속 부재의 표면의 색상을 다양하게 제어할 수 있으며, 이를 통해 다양한 금속광택 색상이 발현되는 비금속 부재를 제공할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 색채화된 표면을 가지는 비금속 부재의 구조를 개략적으로 도해한 도면이다.
도 2는 금속나노입자를 형성하는 과정을 개략적으로 도해한 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 색채화된 표면을 가지는 비금속 부재의 구조를 개략적으로 도해한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실험예에 따른 색채 패턴 구조체의 표면 미세구조를 주사전자현미경(SEM)으로 분석한 이미지이다.
도 5는 Au-Si 2원계 상태도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 여러 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려 이들 실시예들은 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 색채 패턴 구조체(금속나노입자, 복합물질층 또는 금속 패턴)를 적용한 색채화된 표면을 가지는 비금속 부재를 제공한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 색채화된 표면을 가지는 비금속 부재(100)의 단면 구조를 개략적으로 도해한 도면이다.
도 1을 참조하면, 비금속 부재(100)는 비금속 기판(10), 비금속 기판(10) 상에 형성된 금속 코팅층(20), 금속 코팅층(20) 상에 형성된 광투과성 유전체층(30) 및 광투과성 유전체층(30) 상에 형성된 색채 패턴 구조체로서 서로 이격된 복수의 금속나노입자(40)를 포함한다.
비금속 기판(10)은 금속 소재가 아닌 것으로서 예를 들어, 고분자, 세라믹 또는 목재 등을 포함할 수 있다.
금속 코팅층(20)은 금속 기판(10) 일면에 소정의 두께를 가지는 금속 소재로 이루어진 코팅층으로서, 상기 금속은 예를 들어, Fe, Al, Cu, Ni, Mg, Zn, Ti, Cr, Ag, Au, Pt, Pd 순금속 및 그 합금 (예로써 스테인레스 강, 황동, 청동, 백동, 두랄루민 등) 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
비금속 기판(10)과 금속 코팅층(20)은 서로 이종 소재이며 따라서, 경우에 따라 낮은 접착력을 나타낼 수 있다. 이에 비금속 기판(10) 및 금속 코팅층(20)의 접합력을 향상시키기 위해서, 비금속 기판(10)과 금속 코팅층(20) 사이에 접합층(15)을 개재할 수 있다.
접합층(15)은 100㎚ 이하(0 초과)의 두께 범위를 가지며, 예를 들어, Ti, Mo, W, Al, Cr 및 Ni-Cr 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 접합층(15)은 PVD(Physical Vapor Deposition), CVD(Chemical Vapor Deposition) 및 ALD(Atomic Layer Depostion) 중에서 선택되는 어느 하나를 이용하여 형성할 수 있다.
비금속 부재(100)의 표면에 금속광택 색상을 발현하기 위해서는 금속 코팅층(20)의 두께가 중요한 요소이다. 금속 코팅층(20)의 두께는 동일 금속이 벌크(bulk) 상태일 때의 광학적 특성과 동일하게 되는 최소한의 두께 이상이면 된다. 이러한 두께는 금속마다 조금씩 다를 수 있으나 통상 50㎚ 이상이면 된다.
광투과성 유전체층(30)은 금속 코팅층(20)의 적어도 일면 상에 형성된다. 광투과성 유전체층(30)은 TiO2, Al2O3, MgO, SiO2, ITO(Indium Tin Oxide) 및 Si3N4 중 어느 하나를 포함할 수 있으며, 두께가 5㎚ 내지 200㎚ 범위일 수 있다. 광투과성 유전체층(30)은 박막제조 공정, 예를 들어, 반응성 스퍼터링(reactive sputtering), 화학기상증착법(chemical vapor deposition), 졸-겔법 등을 이용하여 형성할 수 있다.
광투과성 유전체층(30)의 일면에 서로 이격된 복수의 금속나노입자(40)가 형성될 경우, 금속나노입자(40)의 종류, 두께 혹은 크기 등을 조절함으로써 금속 코팅층(20)에 입사되는 광 파장 중 흡수되는 파장 대역을 제어할 수 있으며, 이러한 흡수되는 파장 대역의 적절한 제어를 통해 다양한 색상을 구현하는 것이 가능하다.
금속나노입자(40)는 Au, Ag, Al, Pt, Cu, Pd, Zn, Ti, Cr, Ni, Ru 순금속 및 이들 합금 중 어느 하나를 포함할 수 있으며, 평균 입자 크기가 2㎚ 내지 50㎚ 범위일 수 있다. 금속나노입자(40)는 광투과성 유전체층(30)과의 커플링에 의해 특정 파장에서 높은 효율의 광 흡수 특성을 보인다.
금속나노입자(40)는 박막제조 공정을 이용하여 형성할 수 있다. 예를 들어, 상기 박막제조 공정은 PVD(Physical Vapor Deposition) 방법을 포함한다. 상기 PVD 방법은 예를 들어, 증발법(evaporation), 스퍼터링 및 아크 플라즈마 증착법 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 다른 예로서 가스의 반응을 이용하여 박막을 형성하는 CVD(Chemical Vapor Deposition) 혹은 ALD(Atomic Layer Deposition) 등의 방법도 사용될 수 있다.
광투과성 유전체층(30)의 일면 상에 형성되는 금속나노입자(40)는 박막 형성 과정 중의 초기 단계에 형성되는 것일 수 있으며, 금속나노입자(40)의 크기 및 두께는 이를 형성하기 위해 소요되는 시간을 제어함으로써 제어될 수 있다.
도 2에는 광투광성 유전체층(30)의 일면에서 금속박막의 형성 과정을 개념적으로 도해한 도면이 나타나 있다.
도 2의 (a)를 참조하면, 금속박막 형성의 초기 단계에서는, 기판(S)의 일면에서 금속원자의 응집에 의해 금속 클러스터(N)가 형성되고, 상기 금속 클러스터(N)가 핵의 역할을 수행한다. 이 경우 금속 클러스터(N)의 크기가 매우 작으므로 기판(S)의 일부만이 도포되며, 금속 클러스터(N)간의 이격거리가 충분히 확보된다.
박막 형성에 소요되는 시간이 증가됨에 따라, 도 2의 (b)와 같이 금속 클러스터의 크기 및 두께가 증가하고, 금속 클러스터간의 병합에 의해 금속입자(P)가 형성된다. 박막 형성이 계속 진행되면, 도 2의 (c)에서와 같이, 금속입자의 크기 증가 및 입자간 병합에 의해 기판(S)의 일면의 일부 채널 형태의 공간(C)을 제외하고 거의 대부분 도포되어 연속적으로 연결된 금속박막이 형성된다. 도 2의 (c) 단계 및 그 이후 기판의 일면에 형성된 금속은 입자 형태가 아닌 막 형태이므로 본 발명에서와 같은 금속나노입자(40)에 의한 색채 발현 효과는 발생되지 않는다. 따라서 본 발명에서의 금속나노입자(40)는 박막의 초기 단계인 도 2의 (a) 혹은 (b)에 형성되는 것으로 이해될 수 있다.
금속나노입자(40)의 두께 또는 크기를 제어하기 위해서는 상술한 바와 같이, 박막 형성 초기에 박막 형성 조건, 예를 들어 증착시간, 증착속도 등을 제어할 수 있다.
예를 들어, 스퍼터링법에 의해 형성할 경우, 금속 타겟으로 이루어진 증착원으로부터 스퍼터링되는 시간을 제어함으로써 금속나노입자(40)의 크기 및 두께를 제어할 수 있다. 다른 예로서, 아크 플라즈마 증착법에 의할 경우에는 금속 타겟에서의 아크 발생 수인 샷(shot) 수를 제어함으로써 금속나노입자(40)의 크기 및 두께를 제어할 수 있다. 또 다른 예로서,전구체 가스를 이용하는 CVD 방법 혹은 ALD 방법에 의할 경우에는, 증착시간 혹은 가스유량, 기판온도 등을 제어할 수 있다. 특히 복수의 전구체 가스가 교호적으로 기판에 투입되는 ALD 방법의 경우에는 교호적으로 투입되는 주기를 제어함으로써 금속나노입자(40)의 크기 및 형상을 제어할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면, 금속 코팅층(20)의 일면에 형성된 광투과성 유전체층(30)의 두께와, 그 상부에 형성된 금속나노입자(40)의 종류, 두께 혹은 크기, 기판의 종류를 조합하여 변경시킴으로써 금속 코팅층(20)에 입사되는 광 파장 중 흡수되는 파장 대역을 제어할 수 있으며, 이를 통해 비금속 부재에 다양한 색상이 구현되도록 할 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 색채화된 표면을 가지는 비금속 부재의 구조를 개략적으로 도해한 도면이다.
도 3의 (a)에 개시된 비금속 부재(110)는 비금속 기판(10), 비금속 기판(10) 상에 형성된 금속 코팅층(20)을 포함하며, 비금속 기판(10) 및 금속 코팅층(20) 사이에는 접착력 향상을 위해서 접합층(15)이 개재된다. 또, 금속 코팅층(20) 상에 형성된 광투과성 유전체층(30) 및 광투과성 유전체층(30) 상에 형성된 복합물질층(42)을 더 포함한다. 이하에서, 도 1을 참조하여 상술한 바와 동일한 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 도 3의 (b)에는 복합물질층(42)의 평면도가 예시되어 있다.
본 실시예에서의 복합물질층(42)은 금속(44) 및 금속(44)에 대해서 열역학적으로 고용도가 없는 제 1 물질(46)을 포함한다. 복합물질층(42)내 금속(44)은 광투과성 유전체층(30)의 상부면의 일부 영역에만 도포된 패턴 형태를 가지며, 제 1 물질(46)은 금속(44)이 도포되지 못한 나머지 영역을 도포하는 구조를 갖는다.
복합물질층(42)은 금속(44) 및 제 1 물질(46)을 광투과성 유전체층(30)의 일면 상에 동시 증착법(Co-deposition)을 이용하여 형성할 수 있다. 상기 동시 증착법은 복수의 물질이 동시에 기판 상에 증착되도록 하는 방법을 의미한다.
상기 동시 증착법은, 예를 들어, 금속(44) 및 제 1 물질(46)의 증착원을 각각 별도로 준비한 후 각각의 증착원으로부터 금속(44) 및 제 1 물질(46)을 광투과성 유전체층(30) 상에 증착하여 형성하는 방법일 수 있다. 이러한 동시 증착법으로는 분리된 별개의 증발원을 사용하는 동시 증발증착법(Co-evaporation) 또는 분리된 별개의 증착용 타겟을 이용하는 동시 스퍼터링법(Co-sputtering), 동시 플라즈마 아크 증착법 등을 포함할 수 있다. 이러한 별개의 증착원을 사용하는 동시 증착법에 의할 경우, 각각의 증착원으로부터 기화되는 금속(44) 및 제 1 물질(46)의 양을 제어함으로서 복합물질층(42) 내 금속(44) 및 제 1 물질(46)의 조성이나 면적비율을 제어할 수 있다.
동시 증착법의 다른 예로서, 금속(44) 및 제 1 물질(46)이 혼합된 혼합물 또는 합금화된 것을 단일 증착원으로 사용하고, 상기 단일 증착원으로부터 금속(44) 및 제 1 물질(46)을 동시에 기화시켜 광투과성 유전체층(30) 상에 복합물질층(42)을 형성하는 방법이 포함될 수 있다. 이 경우는 단일 증착원을 사용하기 때문에 상기 증착원 내 금속(44) 및 제 1 물질(46)의 조성을 제어함으로써 복합물질층(42) 내 조성이나 면적비율을 제어할 수 있다.
복합물질층(42)은 열역학적으로 서로 고용도가 없는 금속(44) 및 제 1 물질(46)로 이루어진다. 예를 들어, 복합물질층(42)을 구성하는 제 1 물질(46)이 탄소를 포함할 경우에는 금속(44)은 Ag, Al, Au, Co, Cu, Ni, Pd, Pt, Re 및 Zn 중 어느 하나를 포함할 수 있고, 제 1 물질(46)이 Si, Ge 및 Si-Ge 합금 중 어느 하나를 포함할 경우에는 금속(44)은 Ag, Au, Al 및 Zn 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 예를 들어 금속(44)이 Au이고 제 1 물질(46)이 Si일 경우에는 도 5에 나타낸 Au-Si 2원계 상태도에서와 같이, Au와 Si은 열역학적 평형상태에서는 서로 고용도가 존재하지 않는다.
이렇게 고용도가 서로 존재하지 않는 금속(44) 및 제 1 물질(46)을 광투과성 유전체층(30) 상에 같이 증착할 경우, 도 2의 (c)에 나타낸 것과 같이, 형성된 박막의 미세조직은 기판의 표면에서 서로 다른 영역을 도포하는 금속(44) 및 제 1 물질(46)이 별도로 존재하면서 서로 경계를 이루는 패턴을 나타낸다.
금속(44)과 제 1 물질(46)의 종류에 따라 복합물질층(42)의 형성방법은 상기 방법을 포함하여 선택할 수 있을 뿐만 아니라, 종류에 따라서 복합물질층(42)의 패턴 형태가 결정된다.
예컨대, 복합물질층(42)의 패턴 형태를 살펴보기 위해서, 도 4의 (a)에 금속(44)은 Au이고, 제 1 물질(46)은 탄소인 경우의 복합물질층(42)의 패턴형태가 나타나 있으며, 도 4의 (b)에 금속(44)은 Au이고 제 1 물질(46)은 Si인 경우의 복합물질층(42)의 패턴형태가 나타나 있다.
도 4의 (a)를 참조하면, 복합물질층(42)이 Au-C 이원계인 경우, 패턴의 형태는 광투과성 유전체층(30)의 일부 영역에 도포된 Au는 복수의 폭 길이를 가지고 연결되어 연장되는 채널 형태를 가지고, Au가 도포하지 못한 광투과성 유전체층(30)의 나머지 영역 부분에 DLC(diamond like carbon)가 도포되어 있는 형태를 가진다.
도 4의 (b)를 참조하면, 복합물질층(42)이 Au-Si 이원계인 경우, 패턴의 형태는 서로 이격된 복수의 Au 나노입자가 분산하여 도포되고, 상기 Au 나노입자 사이의 공간을 Si이 도포되어 있는 형태를 가진다.
색채 패턴 구조체의 다른 예가 도 3의 (c)에 도시되어 있다. 도 3의 (c)를 참조하면, 비금속 부재(120)는 비금속 기판(10), 비금속 기판(10) 상에 형성된 금속 코팅층(20)을 포함하며, 비금속 기판(10) 및 금속 코팅층(20) 사이에는 접착력 향상을 위해서 접합층(15)을 개재한다. 또, 금속 코팅층(20) 상에 형성된 광투과성 유전체층(30) 및 광투과성 유전체층(30) 상에 형성된 금속 패턴(48)을 더 포함한다. 이하에서, 이미 상술한 바와 동일한 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
금속 패턴(48)은 광투과성 유전체층(20)의 일부 영역에 금속이 도포된 형태이다. 금속 패턴(48)은 도 3의 (a)에 도시된 비금속 부재(110)의 복합물질층(42)에서 제 1 물질(46)을 선택적으로 제거하여 패턴 형태의 금속(44)을 잔류시켜 형성할 수 있다. 도 3의 (d)에는 금속 패턴(48)의 평면도가 예시되어 있다.
도 3의 (a)를 다시 참조하면, 제 1 물질(46)을 선택적으로 제거하는 방법은 금속(44)과 제 1 물질(46)의 종류에 따라 선택될 수 있다.
예컨대, 본 발명에서 금속(44)으로 Au를 사용하고, 제 1 물질(46)로 탄소를 사용할 경우, 탄소를 연소공정을 이용하여 연소시켜 제거하고, Au를 잔류시킬 수 있다.
다른 예로서, 금속(44)으로 Au를 사용하고, 제 1 물질(46)로 Si을 사용할 경우, HNA, KOH, TMAH, EDP 같은 식각용액을 이용한 습식 식각 방법을 이용하여 Si을 제거하고, Au를 잔류시킬 수 있다. 혹은 식각 가스를 이용한 건식 식각 방법을 이용하여 Si을 제거하고 Au를 잔류시킬 수 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면, 비금속 기판(10)의 일면 상에 금속 코팅층(20), 광투과성 유전체층(30), 색채 패턴 구조체(금속나노입자(40), 복합물질층(42) 또는 금속 패턴(48))를 순차적으로 형성하고, 광투과성 유전체층(30)의 두께와, 그 상부에 형성된 색채 패턴 구조체의 두께나 크기, 형태를 조합하여 변경시킴으로써 금속 코팅층(20)에 입사되는 광 파장 중 흡수되는 파장 대역을 제어할 수 있으며, 이를 통해 비금속 부재의 표면에 다양한 색상이 구현되도록 할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
10 : 비금속 기판
15 : 접합층
20 : 금속 코팅층
30 : 광투과성 유전체층
40 : 금속나노입자
42 : 복합물질층
44 : 금속
46 : 제 1 물질
48 : 금속 패턴
100, 110, 120 : 비금속 부재

Claims (28)

  1. 비금속 기판;
    상기 비금속 기판 상에 형성된 금속 코팅층;
    상기 금속 코팅층 상에 형성된 광투과성 유전체층; 및
    상기 광투과성 유전체층 상에 형성된 색채 패턴 구조체;를 포함하고,
    상기 색채 패턴 구조체는 복합물질층을 포함하며,
    상기 복합물질층은 금속 및 상기 금속에 대해서 열역학적으로 고용도가 없는 제 1 물질을 포함하고,
    상기 복합물질층내 상기 금속은 상기 광투과성 유전체층의 상부면의 일부 영역에만 도포된 패턴 형태를 가지며, 상기 제 1 물질은 상기 금속이 도포되지 못한 나머지 영역을 도포하는 구조를 가지며,
    상기 광투과성 유전체층 상에 서로 고용되지 않는 상기 금속과 상기 제 1 물질이 각각 맞닿아 있고,
    상기 금속은 Ag, Al, Au, Co, Cu, Ni, Pd, Pt 및 Re 중 어느 하나를 포함하며, 상기 제 1 물질은 탄소 혹은 Si, Ge 및 Si-Ge 합금 중 어느 하나를 포함하는,
    색채화된 표면을 가지는 비금속 부재.
  2. 비금속 기판;
    상기 비금속 기판 상에 형성된 금속 코팅층;
    상기 금속 코팅층 상에 형성된 광투과성 유전체층; 및
    상기 광투과성 유전체층 상에 형성된 색채 패턴 구조체;를 포함하고,
    상기 색채 패턴 구조체는 금속 패턴을 포함하며,
    상기 금속 패턴은 상기 광투과성 유전체층의 일부 영역에 금속이 도포된 형태로서,
    상기 광투과성 유전체층 상에 금속 및 상기 금속에 대해서 열역학적으로 고용도가 없는 제 1 물질로 이루어진 복합물질층이 형성되고, 상기 제 1 물질이 제거됨에 따라 상기 금속만 상기 광투과성 유전체층의 일부 영역에 형성된 것이며,
    상기 금속은 Ag, Al, Au, Co, Cu, Ni, Pd, Pt 및 Re 중 어느 하나를 포함하며, 상기 제 1 물질은 탄소 혹은 Si, Ge 및 Si-Ge 합금 중 어느 하나를 포함하는,
    색채화된 표면을 가지는 비금속 부재.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 금속 코팅층은 Fe, Al, Cu, Ni, Mg, Zn, Ti, Cr, Ag, Au, Pt, Pd 순금속 및 그 합금 중 어느 하나를 포함하는,
    색채화된 표면을 가지는 비금속 부재.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 광투과성 유전체는 TiO2, Al2O3, MgO, SiO2 , Si3N4 및 ITO(Indium Tin Oxide) 중 어느 하나를 포함하는,
    색채화된 표면을 가지는 비금속 부재.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 광투과성 유전체는 두께가 5㎚ 내지 200㎚ 범위인,
    색채화된 표면을 가지는 비금속 부재.
  9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 금속 코팅층은 두께가 50㎚ 이상인,
    색채화된 표면을 가지는 비금속 부재.
  10. 삭제
  11. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 비금속 기판 및 상기 금속 코팅층 사이에 형성되어 접합력을 향상시키는 접합층을 더 포함하는,
    색채화된 표면을 가지는 비금속 부재.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 접합층은 두께가 100㎚ 이하(0 초과)인,
    색채화된 표면을 가지는 비금속 부재.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 접합층은 Ti, Mo, W, Al, Cr 및 Ni-Cr 중 어느 하나를 포함하는,
    색채화된 표면을 가지는 비금속 부재.
  14. 비금속 기판의 적어도 어느 일면 상에 금속 코팅층을 형성하는 단계;
    상기 금속 코팅층 상에 광투과성 유전체층을 형성하는 단계; 및
    상기 광투과성 유전체층 상에 색채 패턴 구조체를 형성하는 단계;를 포함하고,
    상기 색채 패턴 구조체를 형성하는 단계는,
    상기 광투과성 유전체층 상에 금속 및 상기 금속에 대해서 열역학적으로 고용도가 없는 제 1 물질로 이루어진 복합물질층을 형성하는 단계를 포함하되,
    상기 복합물질층내 상기 금속은 상기 광투과성 유전체층의 상부면의 일부 영역에만 도포된 패턴 형태를 가지며, 상기 제 1 물질은 상기 금속이 도포되지 못한 나머지 영역을 도포하는 구조를 가지고,
    상기 제 1 물질이 탄소를 포함할 경우, 상기 금속은 Ag, Al, Au, Co, Cu, Ni, Pd, Pt, Re 및 Zn 중 어느 하나를 포함하거나, 또는, 상기 제 1 물질이 Si, Ge 및 Si-Ge 합금 중 어느 하나를 포함할 경우, 상기 금속은 Ag, Au, Al 및 Zn 중 어느 하나를 포함하는,
    비금속 표면의 색채화 방법.
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 제 14 항에 있어서,
    상기 복합물질층에서 상기 제 1 물질을 선택적으로 제거하여 상기 금속을 잔류시켜 금속 패턴을 형성하는,
    비금속 표면의 색채화 방법.
  18. 제 14 항에 있어서,
    상기 복합물질층을 형성하는 단계는,
    상기 금속 및 제 1 물질을 상기 광투과성 유전체층의 일면 상에 동시 증착시켜 형성하는 단계를 포함하는,
    비금속 표면의 색채화 방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 동시 증착시켜 형성하는 단계는,
    상기 금속 및 제 1 물질의 증착원을 각각 별도로 준비한 후 각각의 증착원으로부터 상기 금속 및 제 1 물질을 상기 광투과성 유전체층의 상부면에 증착하여 형성하는 단계를 포함하는,
    비금속 표면의 색채화 방법.
  20. 제 18 항에 있어서,
    상기 동시 증착시켜 형성하는 단계는,
    상기 금속 및 제 1 물질이 혼합된 혼합물 또는 합금화된 것을 단일 증착원으로 사용하는,
    비금속 표면의 색채화 방법.
  21. 삭제
  22. 삭제
  23. 제 14 항에 있어서,
    상기 금속이 도포된 패턴은 서로 이격된 복수의 금속나노입자가 분산된 형태를 가지는,
    비금속 표면의 색채화 방법.
  24. 제 14 항에 있어서,
    상기 금속이 도포된 패턴은 복수의 폭 길이를 가지고 연결되어 연장되는 채널 형태를 가지는,
    비금속 표면의 색채화 방법.
  25. 제 17 항에 있어서,
    상기 제 1 물질을 선택적으로 제거하는 단계는, 화학적 식각을 이용하여 제거하는 단계를 포함하는,
    비금속 표면의 색채화 방법.
  26. 제 17 항에 있어서,
    상기 제 1 물질을 선택적으로 제거하는 단계는, 연소공정을 이용하여 제거하는 단계를 포함하는,
    비금속 표면의 색채화 방법.
  27. 제 14 항에 있어서,
    상기 광투과성 유전체층을 형성하는 단계 이전에,
    상기 비금속 기판 상에 접합층을 형성하는 단계를 포함하는,
    비금속 표면의 색채화 방법.
  28. 제 27 항에 있어서,
    상기 접합층을 형성하는 단계는,
    PVD(Physical Vapor Deposition), CVD(Chemical Vapor Deposition) 및 ALD(Atomic Layer Depostion) 중에서 선택되는 어느 하나를 이용함으로써, 상기 비금속 기판 상에 상기 접합층을 형성하는 단계를 포함하는,
    비금속 표면의 색채화 방법.
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