KR20200095035A

KR20200095035A - 그라데이션 필름 및 이의 제조방법

Info

Publication number: KR20200095035A
Application number: KR1020190012620A
Authority: KR
Inventors: 이용욱; 이강규; 옥병주; 빙광은; 이경민
Original assignee: 에스케이씨하이테크앤마케팅(주)
Priority date: 2019-01-31
Filing date: 2019-01-31
Publication date: 2020-08-10
Also published as: KR102183063B1

Abstract

본 발명은 그라데이션 필름 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 상기 그라데이션 필름의 제조방법은 롤투롤 스퍼터링 공정에 의해 기재 필름 일면에 단층 또는 다층의 무기물 증착층 형성이 가능하다. 또한, 상기 무기물 증착층 형성시 산소 가스가 분사되는 주입구의 개폐 면적을 적정하게 조절함으로써 무기물이 산화되는 정도가 달라지므로 서로 다른 조성(성분 비율)을 갖는 무기물 증착층을 형성할 수 있고, 이렇게 형성된 무기물 증착층은 서로 다른 색상을 가지되 색상 편차가 적어 그라데이션 색상 구현이 가능하다. 따라서, 상기 그라데이션 필름은 디스플레이, 자동차, 가전 제품 등의 여러 분야에 적용하여 외관의 심미감을 향상시킬 수 있다.

Description

그라데이션 필름 및 이의 제조방법{GRADATION FILM AND PREPARATION METHOD THEREOF}

본 발명은 그라데이션 필름 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

전기 전자 통신분야의 기술이 하루가 다르게 바뀌고 있고 이에 따른 다양한 디자인의 전자제품이 출시되고 있다. 이러한 전자제품에서 외관을 구성하는 케이스 및/또는 데코레이션 필름(이하, 데코 필름)은 본연의 보호 기능 뿐만 아니라, 사용자의 심미성을 고려하여 색상, 패턴, 광택 등의 디자인을 충족시킬 필요가 있다.

종래에는 한 가지 색상만을 구현하는 데코 필름이 대부분이었으나, 최근 다양한 색상 구현에 대한 요구가 늘면서, 데코 필름에 그라데이션(gradation) 공법을 적용한 예가 소개되기도 하였다(한국 공개특허 제2018-0109360호). 그러나, 상기 특허에 개시된 데코 필름은 서로 다른 그라데이션 효과를 나타내는 복수개의 그라데이션층을 포함하는 다층의 그라데이션층을 포함하고, 상기 각각의 그라데이션층마다 컬러층을 형성하여야 하며, 나아가 상기 컬러층 상에 금속을 포함하는 빛 반사층을 별도로 형성하여 제조되는 것으로, 복잡한 구조를 가질 뿐만 아니라 공정도 간편하지 않다는 단점이 있다.

한국 공개특허 제2018-0109360호

따라서, 본 발명은 다양한 색상을 구현할 수 있는 그라데이션 필름, 및 롤투롤 연속 공정을 이용하여 보다 간편하게 상기 그라데이션 필름을 제조하는 방법을 제공하고자 한다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 기재 필름에 대해 원료 타겟을 롤루롤 스퍼터링하여 기재 필름의 일면 위에 무기물 증착층을 연속적으로 형성함에 있어서,

상기 무기물 증착층의 조성을 기재 필름의 폭 방향으로 다르게 하는, 그라데이션 필름의 제조방법을 제공한다.

상기 다른 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 상기 제조방법으로 제조되고, (a) 기재 필름 및 (b) 상기 기재 필름의 일면에 형성되어 기재 필름의 폭 방향으로 다른 조성을 갖는 무기물 증착층을 적층된 형태로 포함하는, 그라데이션 필름을 제공한다.

본 발명의 그라데이션 필름의 제조방법에 따르면, 롤투롤 스퍼터링 공정에 의해 기재 필름 일면에 단층 또는 다층의 무기물 증착층 형성이 가능하다. 또한, 상기 무기물 증착층 형성시 산소 가스가 분사되는 주입구의 개폐 면적을 적정하게 조절함으로써 무기물이 산화되는 정도가 달라지므로 서로 다른 조성(성분 비율)을 갖는 무기물 증착층을 형성할 수 있고, 이렇게 형성된 무기물 증착층은 서로 다른 색상을 가지되 색상 편차가 적어 그라데이션 색상 구현이 가능하다. 따라서, 상기 그라데이션 필름은 디스플레이, 자동차, 가전 제품 등의 여러 분야에 적용하여 외관의 심미감을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 그라데이션 필름의 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 그라데이션 필름 제조를 위한 스퍼터링 공정의 모식도로서 기재 필름(300), 원료 타겟(400) 및 산소 가스 주입구 블록(500)의 위치를 보여준다.
도 3은 스퍼터링 시 산소 가스 주입구(600)의 개폐 정도를 나타낸 모식도로서, 산소 가스 주입구가 전부 열린 상태(610), 반 열린 상태(620) 및 전부 닫힌 상태(630)을 나타낸다.

본 발명은 이하에 개시된 내용에 한정되는 것이 아니라, 발명의 요지가 변경되지 않는 한 다양한 형태로 변형될 수 있다.

본 명세서에서 "포함"한다는 것은 특별한 기재가 없는 한 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다. 또한, 본 명세서에 기재된 구성성분의 양, 반응 조건 등을 나타내는 모든 숫자 및 표현은 특별한 기재가 없는 한 모든 경우에 "약"이라는 용어로써 수식되는 것으로 이해하여야 한다.

제조방법

본 발명은 기재 필름에 대해 원료 타겟을 롤루롤 스퍼터링하여 기재 필름의 일면 위에 무기물 증착층을 연속적으로 형성함에 있어서, 상기 무기물 증착층의 조성을 기재 필름의 폭 방향으로 다르게 하는, 그라데이션 필름의 제조방법을 제공한다.

이하, 도면을 참고하여 본 발명을 자세히 설명한다.

상기 제조방법에 따르면, 상기 스퍼터링시 상기 원료 타겟(400)에 산소 가스를 주입하되, 산소 가스의 양을　기재 필름(300)의 폭 방향으로 다양하게 변화시킴으로써,　상기 무기물 증착층의 조성을 기재 필름의 폭 방향으로 다르게 할 수 있다.

구체적으로, 상기 기재 필름(300)의 폭 방향으로　상기 산소 가스의 양을 점진적으로 증가시키거나 감소시켜, 무기물 증착층 중 산소의 중량비를 점진적으로 증가시키거나 감소시킬 수 있다.

보다 구체적으로, 도 2 및 3을 보면 상기 원료 타겟(400)의 근처에 기재 필름(300)의 폭 방향으로　산소 가스 주입구를　복수 개 위치시키되, 산소 가스 주입구의 개폐 면적을 다르게 할 수 있다. 예를 들어, 복수 개의 산소 가스 주입구 중 일부는 전체 열림, 일부는 반 열림, 일부는 전체 닫힘 등으로 조절할 수 있다(도 3 참조).

상기 원료 타겟(400)에는 산소 가스를 5 내지 20 sccm, 또는 10 내지 15 sccm의 양으로 주입할 수 있다. 이때, 상기 산소 가스의 양은 주입구의 개폐 면적, 주입 시간, 주입구에서 산소 가스가 분사되는 속도 등에 따라 달라질 수 있다.

상기 원료 타겟(400)에 산소 가스가 함께 주입됨으로써 상기 무기물은 스퍼터링 시 산화되어 산화물 상태, 예를 들면, NbO, NbO₂, SiO, SiO₂, InO 등으로 기재 필름(300)에 증착될 수 있다.

상기 기재 필름(300)은 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 폴리스티렌(PS), 아크릴로나이트릴-부타디엔-스티렌 공중합체(ABS), 폴리카보네이트(PC), 폴리옥시메틸렌(POM), 폴리아마이드(PA), 폴리프로필렌옥사이드(PPO), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리비닐클로라이드(PVC), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리페닐렌설파이드(PPS), 폴리이미드(PI), 폴리아마이드-이미드(PAI) 및 폴리에틸렌이민(PEI)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있고, 구체적으로는, PET 재질일 수 있다.

상기 원료 타겟(400)은 다양한 무기물을 포함할 수 있고, 구체적으로, 니오븀(Nb), 규소(Si) 및 인듐(In)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다.

상기 스퍼터링은, 5 x 10 ^- ¹⁰torr 내지 5 x 10 ^-1torr의 진공 하에서 상기 원료 타겟(400)에 아르곤(Ar), 헬륨(He) 등의 불활성 기체를 주입한 후, 5 내지 50 KW, 또는 5 내지 30 KW의 전압을 인가하여 수행될 수 있다. 상기 조건 하에서 각각의 원료 물질들은 스퍼터에 의해 원료 타겟(400)으로부터 기재 필름(300)의 일면으로 연속적으로 스퍼터링되어 증착될 수 있다.

상기 무기물 증착층은 기재 필름(300)의 일면에 단층으로 형성될 수 있고, 또는 원료 타겟(400)을 순차적으로 배열하여 스퍼터링을 반복 수행함으로써 다층으로 형성될 수 있다. 또는 원료 타겟(400)에 마스크를 적용하지 않은 상태에서 스퍼터링하여 성분이 동일한 무기물층 또는 무기물 산화물층을 형성한 후, 무기물 증착층을 형성할 수도 있다.

상기 무기물 증착층은 이러한 롤투롤 연속 공정에 의해 기재 필름(300)의 일면 위에 보다 간편하고 빠르게 형성될 수 있다. 또한, 원료 타겟(400) 및 산소 가스 주입구(600)의 개폐 면적을 변경하는 간편한 조작만으로 구현하고자 하는 색상을 갖는 다양한 무기물 증착층을 형성할 수 있다.

필요에 따라, 무기물 증착층의 형성에 앞서, 롤투롤 스퍼터링 공정을 통해 성분 구배가 없는 금속층, 또는 금속산화물층을 1층 이상 기재 필름(300)의 일면에 형성할 수 있고, 무기물 증착층 형성 이후에 무기물 증착층의 타면 위에도 형성할 수 있다.

상기 그라데이션 필름의 제조 방법은 차폐층(100)을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있는데, 차폐층(100)도 롤투롤 공정에 의해 연속적으로 수행될 수 있으므로, 공정 시간 및 작업도를 저하시키지 않는다. 상기 차폐층(100)은 차폐 용도로 통상적으로 사용되는 재질을 포함할 수 있고, 통상적인 범위의 두께를 가질 수 있다.

그라데이션 필름

본 발명은 상술한 바와 같은 방법으로 제조되고, (a) 기재 필름 및 (b) 상기 기재 필름의 일면에 형성되어 기재 필름의 폭 방향으로 다른 조성을 갖는 무기물 증착층을 적층된 형태로 포함하는, 그라데이션 필름을 제공한다.

상기 기재 필름(a)은 상기 그라데이션 필름에서 지지체 역할을 하며, 구체적인 종류는 앞서 나열한 바와 같다. 상기 기재 필름(a)은 롤투롤 공정에서 사용할 수 있는 것이면 제한하지 않으며, 구체적으로 롤 형태로 권취된 필름일 수 있다. 상기 기재 필름(a)은 20 내지 100 ㎛, 또는 30 내지 80 ㎛의 두께를 가질 수 있다.

상기 그라데이션 필름은 상기 기재 필름(a)의 일면에 단층 또는 다층의 무기물 증착층(b)을 포함할 수 있다. 이때, 상기 무기물 증착층(b)은 앞서 설명한 바와 같이 롤투롤 스퍼터링 공정에 의해 기재 필름(a)의 폭 방향으로 다른 조성을 가질 수 있다.

상기 무기물 증착층(b)은 50 내지 400 nm, 50 내지 300 nm, 100 내지 300 nm, 또는 150 내지 300 nm의 두께를 가질 수 있다.

상기 무기물 증착층(b)은 앞서 설명한 바와 같이 무기물, 무기물의 산화물, 또는 이들 둘 다를 포함할 수 있다.

상기 무기물 증착층(b)은 명도 및/또는 채도를 다양하게 조절하여 다양한 색상 구현 뿐만 아니라, 색상 편차가 적은 그라데이션 효과를 제공할 수 있다(평가예 참조).

상기 그라데이션 필름은 상기 기재 필름(a)과 상기 무기물 증착층(b) 사이에 금속층, 금속산화물층, 또는 둘 다를 1층 이상 포함할 수 있다. 또는 무기물 증착층(b)을 다층으로 포함하는 경우, 상기 금속층, 금속산화물층, 또는 둘 다를 복수 개의 무기물 증착층들 사이에 포함할 수도 있다.

상기 그라데이션 필름은 상기 무기물 증착층의 타면에 차폐층을 추가로 포함할 수 있다. 상기 차폐층은 차단하고자 하는 색상 또는 파장에서의 차폐 효과가 있는 유색 안료, 염료라면 제한없이 포함할 수 있다.

예컨대, 도 1에 따르면 상기 그라데이션 필름은 기재 필름(300)의 일면에 금속층 또는 금속산화물층(220, 230, 240), 및 무기물 증착층(210)이 차례로 적층된 다음, 최외곽에 차폐층(100)이 추가로 적층될 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 그라데이션 필름의 제조방법에 따르면 롤투롤 스퍼터링 공정에 의해 기재 필름 일면에 단층 또는 다층의 무기물 증착층 형성이 가능하다. 또한, 상기 무기물 증착층 형성시 산소 가스가 분사되는 주입구의 개폐 면적을 적정하게 조절함으로써 무기물이 산화되는 정도가 달라지므로 서로 다른 성분 비율을 갖는 무기물 증착층을 형성할 수 있고, 이렇게 형성된 무기물 증착층은 서로 다른 색상을 가지되 색상 편차가 적어 그라데이션 색상 구현이 가능하다. 따라서, 상기 그라데이션 필름은 디스플레이, 자동차, 가전 제품 등의 여러 분야에 적용하여 외관의 심미감을 향상시킬 수 있다.

상기 내용을 하기 실시예에 의하여 더욱 상세하게 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 실시예의 범위가 이들만으로 한정되는 것은 아니다.

실시예 : 그라데이션 필름의 제조

기재 필름으로 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 필름(50 ㎛, U483, Toray)를 준비하였다.

원료 타겟으로는 니오븀(Niobium) 타겟(5), 인듐(Indium) 타겟(4), 니오븀 타겟(3), 실리콘(Silicon) 타겟(2), 및 니오븀 타겟(1)을 준비하여 순차적으로 배열하고 마지막 니오븀 타겟(1)으로부터 스퍼터링 시, 산소 가스 주입구의 개폐 정도를 전체 열림, 반 열림 및 전체 닫힘으로 조절하였다(도 3 참조).

상기 기재 필름을 롤투롤 기기에 투입한 후 3시간 펌핑하여, 진공도가 5 x 10 ^-6torr에 도달하면 상기 각각의 원료 타겟에 아르곤(Ar) 600 sccm씩 총 3,000 sccm을 투입하였다. 그 다음, 필름 주행을 시작하고, 하기 표 1에 기재된 바와 같이 산소를 투입하면서 전압을 인가하여 각각의 두께를 맞추어 증착층을 형성하여 그라데이션 필름을 제조하였다.

원료 타겟		전압(KW)	산소량(sccm)	두께(nm)	중착층
1	니오븀	26	14	61	NbO_x (0≤x≤1)
2	실리콘	8	10	9	SiO
3	니오븀	16	14	39	NbO
4	인듐	5	0	30	In
5	니오븀	15	13	30	NbO

평가예 : 색좌표 평가

상기 실시예에서 제조된 그라데이션 필름에 대하여 코니카미놀타의 CM3600D 모델을 사용하여 무기물 증착층의 반사광을 측정하여, 그 결과를 색 좌표로 나타내었다.

노즐 개폐 정도		최외곽 무기물 증착층 (NbO_x층) 조성	색좌표
노즐 개폐 정도		최외곽 무기물 증착층 (NbO_x층) 조성	L*	a*	b*
조건 1	닫힘	Nb	63	-1	22
조건 2	반 닫힘	NbO₀ _.5	56	8	10
조건 3	열림	NbO	49	17	-2

표 2의 결과를 살펴보면, L*(명도 관련 상수)는 15 이내의 편차를 보여 일부 명도 차이를 나타내었고, 색상값을 나타내는 a*(+빨강/초록-) 및 b*(+노랑/파랑-)값은 각각 18 및 24의 비교적 큰 편차를 나타내어 빨강 및 초록, 노랑 및 파랑 색상을 모두 나타내고 있으므로, 다양한 색상을 구현하고 있는 것을 알 수 있다.

100 : 차폐층
210 : 무기물 증착층
220, 230, 240 : 금속층 또는 금속산화물층
300 : 기재 필름
400 : 원료 타겟
500 : 산소 가스 주입구 블록
600 : 산소 가스 주입구
610 : 전체 열림, 620 : 반 열림, 630 : 전체 닫힘

Claims

기재 필름에 대해 원료 타겟을 롤루롤 스퍼터링하여 기재 필름의 일면 위에 무기물 증착층을 연속적으로 형성함에 있어서,
상기 무기물 증착층의 조성을 기재 필름의 폭 방향으로 다르게 하는, 그라데이션 필름의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 스퍼터링시 상기 원료 타겟에 산소 가스를 주입하되, 산소 가스의 양을　기재 필름의 폭 방향으로 다양하게 변화시킴으로써,　상기 무기물 증착층의 조성을 기재 필름의 폭 방향으로 다르게 하는, 그라데이션 필름의 제조방법.
제2항에 있어서,
상기 기재 필름의 폭 방향으로　상기 산소 가스의 양을 점진적으로 증가시키거나 감소시켜, 무기물 증착층 중 산소의 중량비를 점진적으로 증가시키거나 감소시키는, 그라데이션 필름의 제조방법.
제2항에 있어서,
상기 산소 가스를 5 내지 20 sccm의 양으로 상기 원료 타겟에 주입하는, 그라데이션 필름의 제조방법.
제2항에 있어서,
상기 원료 타겟의 근처에 기재 필름의 폭 방향으로　산소 가스 주입구를　복수 개 위치시키되, 산소 가스 주입구의 개폐 면적을 다르게 하는, 그라데이션 필름의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 기재 필름이 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 폴리스티렌(PS), 아크릴로나이트릴-부타디엔-스티렌 공중합체(ABS), 폴리카보네이트(PC), 폴리옥시메틸렌(POM), 폴리아마이드(PA), 폴리프로필렌옥사이드(PPO), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리비닐클로라이드(PVC), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리페닐렌설파이드(PPS), 폴리이미드(PI), 폴리아마이드-이미드(PAI) 및 폴리에틸렌이민(PEI)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는, 그라데이션 필름의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 원료 타겟이 니오븀(Nb), 규소(Si) 및 인듐(In)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인, 그라데이션 필름의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 스퍼터링이, 진공 하에서 상기 원료 타겟에 불활성 기체를 주입한 후, 5 내지 30 KW의 전압을 인가하여 수행되는, 그라데이션 필름의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 무기물 증착층을 단층 또는 다층으로 형성하는, 그라데이션 필름의 제조방법.
제1항의 제조방법으로 제조되고, (a) 기재 필름 및 (b) 상기 기재 필름의 일면에 형성되어 기재 필름의 폭 방향으로 다른 조성을 갖는 무기물 증착층을 적층된 형태로 포함하는, 그라데이션 필름.
제10항에 있어서,
상기 그라데이션 필름이 상기 기재 필름과 상기 무기물 증착층 사이에 금속층, 금속산화물층, 또는 둘 다를 1층 이상 포함하는, 그라데이션 필름.
제10항에 있어서,
상기 무기물 증착층이 50 내지 400 nm의 두께를 갖는, 그라데이션 필름.
제10항에 있어서,
상기 그라데이션 필름이 상기 무기물 증착층의 타면에 차폐층을 추가로 포함하는, 그라데이션 필름.