KR20190084240A - Color Coating layer using metal nano structure and the method for manufacturing the same - Google Patents

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KR20190084240A
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이경석
김원목
김인호
황규원
이욱성
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한국과학기술연구원
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Abstract

The present invention discloses an optical coating layer and a method for manufacturing the same, forming a plurality of metal nanostructures protruding or recessed below a visible light wavelength on a metal surface to realize vivid colors while maintaining unique metallic luster. The color coating layer comprises: a metal layer; and a plurality of metal nanostructures arranged on a surface of the metal layer.

Description

금속나노구조체를 이용한 컬러 코팅층, 및 그 제조방법 {Color Coating layer using metal nano structure and the method for manufacturing the same}[0001] The present invention relates to a color coating layer using a metal nanostructure and a method for manufacturing the same,

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 more particularly, to a method of manufacturing a color coating layer using a metal nanostructure by forming a protruding or depressed metal nanostructure array having a visible light wavelength or less on a metal surface, To a color coating layer and a manufacturing method thereof.

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 technique for realizing the surface color of an object, a coating material capable of realizing a desired color is coated on the surface, or a material such as an oxide is deposited in several layers to induce an effect by interference of light, Coating method, or simply coating a transition metal and a transition metal nitride-based material to achieve metal luster has been the 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 the specific color of paints, but it is difficult to realize high-quality luster such as metallic luster and is vulnerable to heat or ultraviolet ray. Transition metal and nitride coating techniques are limited by the color of the material itself There is a disadvantage that only color can be realized. In addition, although it is possible to realize various colors by selecting the structure and material of the multilayered film, it is necessary to control the thickness of the deposited multilayered film so that the color uniformity And reproducibility can be ensured. In particular, when it is applied to a three-dimensional structure such as a cellular phone, it is difficult to maintain uniformity of thickness, and it is difficult to maintain uniformity of color.

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 these problems, researches have been carried out to form a nano structure on a metal surface to realize color. &Quot; METHOD AND DEVICE FOR CONTROLLING THE COLOR OF METALS "was published in U.S. Patent Application Publication No. 2012/0015118. This technique forms a nanostructure on a metal surface, and colors are displayed by using a characteristic light absorption phenomenon along a 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, various ranges of brightness, saturation and chromaticity can not be secured. Due to the limitations of materials, the structure is complicated and the process cost is increased. Thus, the color reproduction range can be expanded by simple structure and low cost process There is an urgent need for a metal 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 in order to overcome the problems of the conventional color coating technique as described above, and it is intended to provide a metal surface nano structured coloring technology capable of realizing various high-definition colors while maintaining an aesthetic luster effect inherent in metal, and a manufacturing process thereof .

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 accomplish the above object, the present invention provides a metal nano-nano-metal absorbing metal material, which has a nano-metal absorption metal material and has a protruding or depressed nanostructure pattern of a size smaller than the wavelength of visible light on its surface, A coloring technique and a manufacturing method thereof.

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 aspect of the present invention provides a color coating layer having a metal layer and a plurality of metal nanostructures arranged on a surface of the metal layer, wherein the metal of the metal layer has a reflectance of 30% to 80% in a wavelength band of 300 nm to 800 nm.

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 the group consisting of Pd, Ni, Co, Fe, Mn, Cr, Mo, W, V, Ta, Nb, Hf, Zr, Ti, In, Sn, Pb, Sb, Bi, Can be selected.

또한, 복수의 금속나노구조체들의 금속은 300nm 내지 800nm 파장 대역에서 반사율이 30% 내지 80% 인 것이 바람직할 수 있다. The metal of the plurality of metal nanostructures may preferably have a reflectance of 30% to 80% in a wavelength band of 300 nm to 800 nm.

한편, 복수의 금속나노구조체들을 상기 금속층의 금속과 동일한 금속이거나 다른 금속일 수 있다. 복수의 금속나노구조체들은 돌출형 또는 함몰형이다. On the other hand, the plurality of metal nanostructures may be the same metal as the metal of the metal layer or another metal. The plurality of metal nanostructures are protruding or depressed.

또한, 상기 금속층은 모재에 코팅되거나, 상기 금속층과 상기 복수의 금속나노구조체들 사이에는 버퍼층이 더 추가되는 것도 가능하다. It is also possible that the metal layer is coated on the base material or a buffer layer is 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 present invention provides a method of manufacturing a semiconductor device comprising: a metallic ceramic layer; And a plurality of nanostructures arranged on a surface of the metallic ceramic layer, wherein the metallic ceramic has 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.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of fabricating a semiconductor device, comprising the steps of preparing a metal layer and forming a plurality of metal nanostructures arranged on the surface of the metal layer, wherein the metal has a reflectance of 30% To 80% by weight of the colored coating layer.

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 by using an electroplating method, or alternatively, an imprint method may be used. When the electroplating method is used, there is an advantage that a simpler and less expensive process can be secured.

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. The metal surface nano coloring technique according to the present invention can realize various colors of high definition only by selecting the metal material and controlling the geometrical structure without a separate coloring layer while maintaining the luster of the metal, Process.

또한 본 발명에 따른 금속 컬러코팅 기술은 금속광택 장식효과 기능은 물론 반사형 디스플레이 응용을 위한 칼라필터, 비색센서 등으로 응용가능하다. Further, the metal color coating technique according to the present invention can be applied not only to a metallic luster effect, but also to a color filter and a colorimetric sensor for a reflective display application.

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 views of a color coating layer according to an embodiment of the present invention.
2 is a schematic plan view of a color coating layer according to an embodiment of the present invention.
FIGS. 3A and 3B show results of light reflectance spectrum calculations when the Al metal surface is made into a protruding type (FIG. 3A) and a recessed (FIG. 3B) structure of a hexagonal lattice structure circular nano disk array.
Fig. 4 shows the reflectance spectra measured for the three primary colors of red, blue and green primary colors and the secondary color samples of cyan and magenta.
FIG. 5B is a graph showing the reflectance of a metal according to a wavelength. FIG. 5B is a graph showing the optical constants of a metal according to wavelengths, n (refractive index) and k (extinction coefficient) Fig.
6A is a graph of a light reflectance spectrum simulation result of a color coating layer in which a circular nano structure array is formed in a recessed structure so as to have a hexagonal lattice structure on a nickel (Ni) substrate according to an embodiment of the present invention. 6a is a graph showing the reflectivity curve when the depth of the Ni metal nanostructure hole is increased to 200 nm
FIG. 7 is a graph showing a change in reflectivity curve when Cr metal is used instead of Ni for the same structure as FIG. 6A. FIG.
8 is a simulation result of a reflectivity curve when a protruding nano disk array with a thickness of 100 nm is formed in hexagonal crystal lattice structure on the surface of a Ni substrate.
9 is a graph showing the effect of the duty cycle on the reflectance curve for a 50 nm thick Ni nanodisk array formed on a Ni substrate.
10A to 10C are flow charts illustrating a method according to an example of manufacturing a protruding color coating layer of the present invention.
11A to 11C are flow charts showing a method according to an example of manufacturing the depression type color coating layer of the present invention.
FIG. 12 is a diagram showing an L * C * h color space of brightness, chroma, and hue that can be implemented according to the present invention.
13 is a graph illustrating an example of a structure in which a metal layer is formed on a separate substrate and a nanostructure pattern is formed thereon, according to another embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a view showing an example of fabricating the nanostructure pattern according to the present invention in an anisotropic shape in two dimensions.

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 OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, wherein like or similar elements are denoted by like reference numerals and duplicate descriptions thereof will be omitted. The suffix "part" for the constituent elements used in the following description is to be given or mixed with consideration only for ease of specification, and does not have a meaning or role that distinguishes itself. In the following description of the embodiments of the present invention, a detailed description of related arts will be omitted when it is determined that the gist of the embodiments disclosed herein may be blurred. It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory and are intended to provide further explanation of the invention as claimed. , ≪ / RTI > equivalents, and alternatives.

도 1a 및 도 1b는 본 발명의 실시예에 따른 컬러 코팅층(1)의 단면 모식도이다.1A and 1B are cross-sectional schematic views of a color coating layer 1 according to an embodiment of the present invention.

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 color coating layer 1 according to the present invention may include a metal layer 110 and a plurality of metal nanostructures 120 arranged at regular intervals in a protruding manner on the metal layer 110 as shown in FIG. And a plurality of metal nanostructures 130 whose surfaces are recessed. The plurality of metal nanostructures are formed with a period (P) and a size (d). The thickness of the protrusion and the depth of the recess are expressed as t.

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 metal nanostructures 120 and 130 may be 20 nm or more and less than 750 nm, and the period P may be 200 nm to 800 nm. The protruding height t may be 10 to 300 nm, and the recessed depth t may be 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 있다.On the other hand, the shape of the protruding shape can be formed into various kinds of shapes such as a circle, a hexagon, a square, and a triangle without limitation, and the shape of the depressed shape can be various shapes such as circle, hexagon, .

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 geometry and geometry applicable to the surface nanostructure pattern of the color coating layer according to the present invention. Dimensional geometry such as a linear nanowire array and a two-dimensional lattice structure such as a square or hexagonal lattice. The shape of the nanostructure forming the lattice structure is applicable to various shapes including the quadrilateral and the circular structure.

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 nanostructure patterns formed on the surface of a metal base material, and selective light absorption occurs strongly in a specific wavelength band by coupling with a lattice mode. This enables the color coating layer 1 to exhibit a beautiful color. More specifically, when light is incident, a surface plasmon wave is excited by nanostructure patterns formed on a metal surface. At this time, since the metal nanostructure patterns have a periodic lattice structure, they exhibit extraordinary optical absorption (EOA) in a specific wavelength band where coupling between lattice mode and surface plasmon mode occurs. The spectrum of specific light absorption varies depending on the geometrical factors of the lattice structure such as the kind of the metal and the surrounding material, the shape, size and period of the nanostructure, and the central wavelength is dominantly dependent on the period of the lattice .

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, the specific light absorption behavior that occurs in the periodic lattice-patterned nanostructured pattern formed on the metal surface is controlled effectively in terms of material and optical aspect, thereby changing the reflection spectrum from the metal surface, Surface nanostructured coloring technology.

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, a limited material such as a noble metal material with a small light absorption loss of the metal itself is used so that the surface plasmon resonance phenomenon may appear without loss in order to realize the color using the metal nanostructure. For example, metals selected from among Au, Ag, Cu, Al, and their alloys are predominantly used. Such a group of metals is generally known to be a metal having a relatively high reflectance and well excited by surface plasmons. However, in the present invention, it has been confirmed that it may be more effective to use a metal group that causes attenuation of surface plasmons, rather than metals to excite surface plasmons well. These metals generally have a relatively low reflectance of about 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 illustrate examples of the above-described case. In the case where the Al metal surface is made into a protruding type (FIG. 3A) and a recessed (FIG. 3B) structure of a circular nano disk array having a hexagonal lattice structure, The reflectivity spectrum calculation result is 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 protrusions and depressions was the same at 50 nm, and the period was varied from 400 nm to 700 nm at intervals of 100 nm. The duty cycle, which is the ratio of the diameter of the nanostructure to the period, is fixed at 50%. In both cases, the reflectivity is as high as 90% in the visible light wavelength range, and a sharp and deep reflection due to the specific light absorption phenomenon is formed. The reflectivity, or light absorption center wavelength, is red-shifted in proportion to the lattice period, thereby controlling the subtractive color. When the implemented color is expressed by the CIE L * C * h coordinate system defined by the International Lighting Commission, the projected structure is (94.4, 6.8, 110.1), (92.6 (95.9, 1.4, 118.9), (93.8, 20.1, 110.8), and (94.3) for the recessed structure, , 17.8, 327.4), (93.0, 9.2, 163.4).

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 The color coordinates represent the CIE L * a * b * coordinate system in polar coordinates. L * represents lightness, C * represents chroma, and h represents hue. The L * value has a number varying from 0 to 100, with 0 representing black and 100 representing full reflector. Therefore, in the case of the color coating layer of Al nanostructure, the brightness value is very high as 90 or more, while the saturation value is relatively low. In this case, the color expressed is not bright because of high brightness, and it has a pastel tone of light 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. The reflectance spectrum of the Macbeth ColorChecker standard color specimen was measured using a spectrophotometer equipped with an integrating sphere to refer to the vivid color reference. Fig. 4 shows the reflectance spectra measured for the three primary colors of red, blue and green primary colors and the secondary color samples of cyan and magenta. Compared with the reflectivity curves of FIGS. 3A and 3B, the significant difference is that the overall reflectivity is very low. It can be seen that the reflectivity of the center color peak is only about 30% to 40%.

표 1Table 1

Figure pat00001
Figure pat00001

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 the CIE L * C * h color coordinate system under the D 65 light source (daylight) condition. It can be seen that the brightness value is formed low as a whole and the saturation value has a comparatively high value. The 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 sharpness of color is inevitably low. It becomes extremely limited. As a result, it is necessary to lower the brightness value of the metal nanostructure color coating layer in order to achieve a clear color and broaden 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. For this purpose, the present invention employs a lossy metal having a relatively low reflectance as one of its characteristic features. In the present invention, a metal having a relatively low reflectance is used in a visible light region of 380 nm to 780 nm wavelength band with a reflectance of 30% to 80%. Therefore, it is preferable to use a metal selected from among Pd, Ni, Co, Fe, Mn, Cr, Mo, W, V, Ta, Nb, Hf, Zr, Ti, In, Sn, Pb, Sb, Bi, 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 if an alloy containing a metal having a high reflectance is used, an alloy or metallic ceramic having a relatively low reflectance with a reflectance of about 30% to 80% in a wavelength band of 380 nm to 780 nm can be used in the present invention. Preferably, the metal nitride, carbide and / or nitride of Ti-N, Al-N, Cr-N, Zr-N, Ti-C, Cr-C, Fe-C, Mixing thereof or employing a compound may be effective. These metallic nitrides and carbides exhibit characteristic spectra according to their composition, unlike white metals exhibiting a constant reflectance spectrum in the entire visible light region, and thus have unique colors and metallic luster. In addition, it is possible to lower the reflectivity range to 30% according to the composition. Using these materials as the base material and nanostructuring the surface thereof, spectral distortion due to nano-structuring is added to the spectrum of the material itself, It is possible to obtain an effect of expanding the size of the display device.

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, in the case of metallic materials, there is not much material for lowering the reflectivity to 50% or less. In contrast, the use of metallic nitride, carbide, or a mixture or compound thereof can relatively easily lower the reflectivity to 50% There are advantages. That is, it is effective to apply an alloy type material such as a metal nitride or a carbide as a method for compensating for the lower limit of the reflectivity of the metal material. Thus, more preferably, the reflectivity of the above-mentioned metallic nitride, carbide and its mixture or compound 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 the reflectance of a metal with respect to a wavelength. Referring to FIG. 5A, the reflectance of metals such as Au, Ag, and Al, which is usefully used as a plasmonic matter, exceeds 80% in a wavelength band of 300 nm to 800 nm. As described above, the inventors of the present invention have found that it is difficult to realize a clear color in the case of using a metal having a high reflectivity and an excellent plasmonic resonance characteristic, and it is difficult to manufacture the metal having a high value in the drawing.

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. Meanwhile, FIG. 5B is a graph showing the optical constants of the metal according to the wavelength, the value of n (refractive index) and k (extinction coefficient) on the ordinate axis corresponding to the k value when the horizontal axis is n. The optical constant value is shown taking a value from 300 nm to 800 nm in the wavelength range. Referring to FIG. 3B, it can be seen that the dispersion behavior of n and k values of the metal material is largely divided into two regions. The material group adjacent to the longitudinal axis, such as Al, Ag, and Au, is a typical plasmonic material. Since the n value is very small and the k value has a dispersion behavior that increases in proportion to the wavelength, the absorption loss of the material itself is low. On the other hand, in the graphs of the horizontal axis n and the vertical axis k, the metals present in the intermediate region have a large absorption loss of the material itself and a relatively low reflectivity because the imaginary term of the dielectric constant defined by 2nk is large. Referring to FIG. 5A, it can be seen that the material group corresponds to a metal exhibiting a relatively low reflectance of about 30% to 80% in a wavelength band of 300 nm to 800 nm.

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 of a light reflectance spectrum simulation result for a color coating layer in which a circular nano structure array is formed in a recessed structure so as to have a hexagonal lattice structure on a nickel (Ni) substrate according to an embodiment of the present invention. The depth of the depression was fixed at 100 nm and the duty cycle was fixed at 50%. The result was calculated by changing the period from 400 nm to 600 nm at intervals of 100 nm. Compared to the Al substrate case of FIG. 3, the lattice period dependence is still evident, but a significant decrease in the basic reflectivity and reflectivity? The widening of the curve can be confirmed. In the case of the periodic lattice structure nanostructure pattern formed on the metal base material, the reinforced light absorbing substrate through the coupling with the lattice mode operates in spite of the surface plasmon attenuation due to the combination of the optical constants of the metal itself, .

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. FIG CIE L * C * h ask a coordinate value, period 400 nm, 500 nm, 600 nm for each (72.4, 31.9, 89.6), (72.7, 29.2, 6.7), (62.1, 18.8 from the reflectivity curves of 6a, 269.6). Compared with 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.6B shows the reflectivity curve when the depth of the Ni metal nano-structure hole is increased to 200 nm in the structure of FIG. 6A. Compared to FIG. 6A, the reflectivity? It can be seen that the center wavelength of the curve moves to the long wavelength region and the half price width increases. The 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 the periods 400 nm, 500 nm and 600 nm, respectively. As the height of the depressed metal nanostructure pattern increases, the brightness value of the implemented color is further reduced, and the saturation value is greatly increased.

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 a change in reflectivity curve when Cr metal is used instead of Ni for the same structure as FIG. 6A. The overall tendency is similar, but it can be seen that the basic reflectivity curve does not lean to the short wavelength region unlike the Ni, but has a flat curve distribution according to the reflectivity spectrum characteristics of the metal itself. 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 the periods of 400 nm, 500 nm and 600 nm, respectively.

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.8 shows a simulation result of a reflectance curve when a protruding nano disk array of 100 nm thickness is formed on a surface of a Ni substrate in a hexagonal lattice structure. 6A, the total reflectance is significantly lowered to 50% or less, and the half-value width is greatly widened. (40.2, 41.0, 57.9), (40.4, 65.3, 315.5), (43.3, 48.5, and 234.0) for the periods of 400 nm, 500 nm and 600 nm in the CIE L * C * h coordinate system. The brightness decreased significantly to about 40, and the saturation value increased to a maximum of 65.3.

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 the duty cycle on the reflectance curve for a 50 nm thick Ni nanodisk array formed on a Ni substrate. For a hexagonal lattice period of 400 nm, increasing the diameter of the nanodisk by 50 nm from 200 nm to 250 nm indicates that the red shift of the center wavelength of light absorption and the half-width increase of the light absorption curve are observed. The CIE L * C * h coordinate values were changed from (70.9, 32.6, 86.2) to (65.2, 40.5, 77.42).

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, the reflectivity boundary wavelength shifts to a 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 remains low throughout the short wavelength range, which suggests that a spectrum similar to red or yellow standard specimen reflectance curves may be implemented, depending on the structural 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 metal nanostructures 120 can be 20 nm or more and less than 750 nm, and the period is preferably 200 nm to 800 nm. In the case of manufacturing a pattern with a size of 200 nm or more, a photolithography process can be used instead of expensive processes such as beam lithography, and a metal nano structure coating layer can be formed in a large area by an inexpensive process such as electroplating and imprinting after master mold replication It is possible to produce.

돌출형의 돌출 높이는 10 내지 300nm 로 제작할 수 있고, 함몰형의 함몰 깊이는 10 내지 300nm 로 제작할 수 있다.The protrusion height of the protrusion can be made 10 to 300 nm, and the depth of recess can be made 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 formed into various kinds of shapes such as a circle, a hexagon, a square, and a triangle without limitation, and the shape of the depressed shape can be various shapes such as circle, hexagon, ≪ / RTI >

도 10a 내지 도 10c는 본 발명의 돌출형 컬러 코팅층을 제조하는 일예에 따른 방법을 도시하는 순서도들이다.10A to 10C are flow charts illustrating a method according to an example of manufacturing a 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, a metal layer 110 is first prepared. The metal layer 110 may be a metal surface of an object or may be formed of a metal layer separately. For example, when a color coating layer of the present invention is to be formed on the back side of a mobile phone, a metal or alloy layer having a relatively low reflectivity can be formed with a reflectance of 30% to 80% in a wavelength band of 300 nm to 800 nm as described above It can be regarded as a metal layer 110. In the case where the back surface of the mobile phone is made of a metal or alloy layer having a relatively low reflectance of about 30% to 80% in a wavelength band of 300 nm to 800 nm, it is also possible to designate the surface thereof as the metal layer 110.

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 metal nanostructure 120 is formed using a plating mold. The protruding metal nanostructure 120 may be the same metal as the metal layer 110 or may be another metal. However, it may be more effective for the purpose of realizing the object of the present invention that the protruding type metal nanostructure 120 is made of a metal or alloy layer having a relatively low reflectance of about 30% to 80% in a wavelength band of 300 nm to 800 nm .

도 10c를 참조하면, 도금 마스크를 제거하여 컬러 코팅층의 제조를 완료한다. Referring to FIG. 10C, the plating mask is removed to complete the 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 flow charts showing a method according to an example of manufacturing the depression type 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. On the other hand, in FIGS. 10A to 10C and 11A to 11C, a method of manufacturing a color coating layer by electroplating has been described, but the production of the color coating layer is not limited thereto. Alternatively, the nanoimprint method can be used. According to this method, a metal nanostructure or a depressed metal nano structure is imprinted on the metal layer.

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 showing L * C * h color space of lightness, saturation, and color. Referring to FIG. 12, it can be seen that as the brightness increases, the saturation value has a relatively small range of values. The present inventors have found that when the color coating layer of the present invention is fabricated of a metal or alloy layer having a relatively low reflectance of 30% to 80% in a wavelength band of 300 nm to 800 nm, a suitable brightness is ensured, 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 realized in the conventional high reflectivity metal is in a high brightness area having an L * value of 80 or more, so that the sharpness of the color is degraded and there is a clear limit to the range of color realization as can be seen from the volume occupied in the L * C * h color space . According to the present invention, it is possible to manufacture a color coating layer capable of remarkably expanding the color realization range as well as the color sharpness by largely expanding the brightness control range to 30 L * 80 by controlling the metal having a low reflectance and the geometry 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 a nanostructure surface at low cost by using electrolytic processes. It is also possible to use an alloy with Cu, Sn, Zn or the like to reduce the allergen inducing 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. 13 is a graph showing an example of a structure in which a metal layer 110 is formed on a base material 100 such as a separate substrate and metal nanostructure patterns 120 and 130 are formed thereon. It is also possible to insert a separate buffer layer (not shown) between the metal layer 110 and the metal nanostructure patterns 120 and 130. The buffer layer is preferably a metal and is preferably a metal selected from the group consisting of Pd, Ni, Co, Fe, Mn, Cr, Mo, W, V, Ta, Nb, Hf, Zr, Ti, In, Sn, Pb, Sb, Bi, It is possible to adopt a selected metal.

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. Also, as illustrated in FIG. 14, the nanostructure pattern according to the present invention can be formed in an anisotropic shape in a two-dimensional manner. In this case, different colors may be implemented depending on 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 a mixed color effect. By doing so, it is possible to realize a green-based color and an orange-based color having reflectance peaks in the middle region in the visible light region.

한편, 본 발명에 따른 금속 나노구조체 칼라코팅층 기술은 금속 flake형태로 제작되어 메탈효과 안료로 페인트등의 기술에 적용가능하다.Meanwhile, the metal nanostructure color coating layer technique according to the present invention can be applied to a technique of a paint such as a metal effect pigment by being manufactured in a metal flake form.

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 the method of the embodiments described above, but the embodiments may be configured by selectively combining all or a part of each embodiment so that various modifications can be made. It will be apparent to those skilled in the art that the present invention may be embodied in other specific forms without departing from the spirit or essential characteristics thereof. Accordingly, the above description should not be construed in a limiting sense in all respects and should be considered illustrative. The scope of the present invention should be determined by rational interpretation of the appended claims, and all changes within the scope of equivalents of the present invention are included in the scope of the present invention.

Claims (18)

금속층; 및
상기 금속층의 표면에 배열된 복수의 금속나노구조체들을 구비하되,
상기 금속층의 금속은 300nm 내지 800nm 파장 대역에서 반사율이 30% 내지 80% 인 것을 특징으로 하는 컬러코팅층.
A metal layer; And
A plurality of metal nanostructures arranged on a surface of the metal layer,
Wherein the metal of the metal layer has a reflectance of 30% to 80% in a wavelength band of 300 nm to 800 nm.
제1항에 있어서,
상기 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 적어도 하나 선택된 것을 특징으로 하는 컬러코팅층.
The method according to claim 1,
The metal of the metal layer is at least one selected from Pd, Ni, Co, Fe, Mn, Cr, Mo, W, V, Ta, Nb, Hf, Zr, Ti, In, Sn, Pb, Sb, Bi, Lt; / RTI >
제1 항에 있어서,
상기 복수의 금속나노구조체들의 금속은 300nm 내지 800nm 파장 대역에서 반사율이 30% 내지 80% 인 것을 특징으로 하는 컬러코팅층.
The method according to claim 1,
Wherein the metal of the plurality of metal nanostructures has a reflectance of 30% to 80% in a wavelength band of 300 nm to 800 nm.
제1 항에 있어서,
상기 복수의 금속나노구조체들을 상기 금속층의 금속과 동일한 금속이거나 다른 금속인 것을 특징으로 하는 컬러코팅층.
The method according to claim 1,
Wherein the plurality of metal nanostructures are the same metal as or different from the metal of the metal layer.
제1항에 있어서,
상기 복수의 금속나노구조체들은 돌출형 또는 함몰형인 것을 특징으로 하는 컬러코팅층.
The method according to claim 1,
Wherein the plurality of metal nanostructures are protruding or depressed.
제1항에 있어서,
상기 금속층은 모재에 코팅된 것을 특징으로 하는 컬러코팅층.
The method according to claim 1,
Wherein the metal layer is coated on the base material.
제1항에 있어서,
상기 금속층과 상기 복수의 금속나노구조체들 사이에는 버퍼층이 더 추가된 것을 특징으로 하는 컬러코팅층.
The method according to claim 1,
Wherein a buffer layer is further added between the metal layer and the plurality of metal nanostructures.
금속성 세라믹층; 및
상기 금속성 세라믹층의 표면에 배열된 복수의 나노구조체들을 구비하되,
상기 금속성 세라믹은 300nm 내지 800nm 파장 대역에서 반사율이 30% 내지 80% 인 것을 특징으로 하는 컬러코팅층.
A metallic ceramic layer; And
And a plurality of nanostructures arranged on a surface of the metallic ceramic layer,
Wherein the metallic ceramic has a reflectance of 30% to 80% in a wavelength band of 300 nm to 800 nm.
제 8항에 있어서,
상기 금속성 세라믹은 금속성 질화물, 탄화물 및 이의 혼합 또는 화합물인 것을 특징으로 하는 컬러코팅층.
9. The method of claim 8,
Wherein the metallic ceramic is a metallic nitride, a carbide, and a mixture or compound thereof.
제 9항에 있어서,
상기 금속성 세라믹은 Ti-N, Al-N, Cr-N, Zr-N, Ti-C, Cr-C, Fe-C, Co-C, Ni-C, Zr-C 및 이의 혼합 중에서 적어도 하나 선택된 것을 특징으로 하는 컬러코팅층.
10. The method of claim 9,
Wherein the metallic ceramic is at least one selected from Ti-N, Al-N, Cr-N, Zr-N, Ti-C, Cr-C, Fe-C, Co-C, Ni-C, Zr- Lt; / RTI >
금속층을 준비하는 단계; 및
상기 금속층의 표면에 배열된 복수의 금속나노구조체들을 형성하는 단계를 포함하고,
상기 금속층의 금속은 300nm 내지 800nm 파장 대역에서 반사율이 30% 내지 80% 인 것을 특징으로 하는 컬러코팅층의 제조방법.
Preparing a metal layer; And
And forming a plurality of metal nanostructures arranged on a surface of the metal layer,
Wherein the metal of the metal layer has a reflectance of 30% to 80% in a wavelength band of 300 nm to 800 nm.
제11 항에 있어서,
상기 복수의 금속나노구조체들을 형성하는 단계는 전기도금법을 이용하는 컬러코팅층의 제조방법.
12. The method of claim 11,
Wherein the forming of the plurality of metal nanostructures is performed by an electroplating method.
제11 항에 있어서,
상기 복수의 금속나노구조체들을 형성하는 단계는 임프린트방법을 이용하는 컬러코팅층의 제조방법.
12. The method of claim 11,
Wherein the forming of the plurality of metal nanostructures is performed by using an imprint method.
제11 항에 있어서,
상기 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 적어도 하나 선택된 것을 특징으로 하는 컬러코팅층의 제조방법.
12. The method of claim 11,
The metal of the metal layer is at least one selected from Pd, Ni, Co, Fe, Mn, Cr, Mo, W, V, Ta, Nb, Hf, Zr, Ti, In, Sn, Pb, Sb, Bi, ≪ / RTI >
제11 항에 있어서,
상기 복수의 금속나노구조체들의 금속은 300nm 내지 800nm 파장 대역에서 반사율이 30% 내지 80% 인 것을 특징으로 하는 컬러코팅층의 제조방법.
12. The method of claim 11,
Wherein the metal of the plurality of metal nanostructures has a reflectance of 30% to 80% in a wavelength band of 300 nm to 800 nm.
제11 항에 있어서,
상기 복수의 금속나노구조체들을 상기 금속층의 금속과 동일한 금속이거나 다른 금속인 것을 특징으로 하는 컬러코팅층의 제조방법.
12. The method of claim 11,
Wherein the plurality of metal nanostructures are the same metal as or different from the metal of the metal layer.
제11 항에 있어서,
상기 복수의 금속나노구조체들은 돌출형 또는 함몰형인 것을 특징으로 하는 컬러코팅층의 제조방법.
12. The method of claim 11,
Wherein the plurality of metal nanostructures are protruding or depressed.
제11 항에 있어서,
상기 금속층은 모재에 코팅하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 컬러코팅층의 제조방법.
12. The method of claim 11,
Wherein the metal layer is coated on the base material.
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