KR101499487B1

KR101499487B1 - 플라즈모닉 나노 칼라 코팅층 및 이의 형성 방법

Info

Publication number: KR101499487B1
Application number: KR20130130712A
Authority: KR
Inventors: 이경석; 김원목; 이택성; 이욱성; 정두석; 김인호
Original assignee: 한국과학기술연구원
Priority date: 2013-10-31
Filing date: 2013-10-31
Publication date: 2015-03-18
Also published as: US20150116856A1; US9482798B2

Abstract

플라즈모닉 나노 칼라 코팅층은 복수 개의 금속 입자층 및 복수 개의 기지상층을 포함하며, 상기 금속 입자층 및 상기 기지상층이 교대로 배열된 주기적 다층구조를 갖는 복합체층; 상기 복합체층 아래에 위치하는 유전체 버퍼층; 및 상기 유전체 버퍼층 아래에 위치하는 거울층을 포함하되, 상기 플라즈모닉 나노 칼라 코팅층의 색상은 상기 금속 입자층의 두께 및 상기 금속 입자층들 간의 간격에 기초하여 결정된다.

Description

플라즈모닉 나노 칼라 코팅층 및 이의 형성 방법{Plasmonic nano-color coating layer and method for fabricating the same}

실시예들은 금속 나노 입자에서 발생하는 국소 표면 플라즈몬 공진 광흡수 현상을 착색기구로 이용하는 나노 칼라 코팅 기술에 관한 것으로, 구체적으로는 금속 나노 입자층과 기지상층이 교대로 배열된 복합체층과 하부 거울층으로 이루어진 공진구조를 통해 국소 표면 플라즈몬 공진에 따른 광 흡수도를 크게 증진시킴은 물론, 금속 나노 입자층의 공칭두께, 입자층간의 간격 제어만으로도 흡수단 변화를 크게 증대시키는 나노 칼라 코팅 기술 및 이의 형성 방법에 관한 것이다.

모재에 색상을 부여하는 칼라 코팅 기술은 고유의 장식효과 뿐만 아니라, 디스플레이용 칼라 필터, 보안 레이블, 선택적 광 흡수층, 광 가변 필터, 비색 센서(colorimetric sensor)등 매우 다양한 응용분야에 적용되고 있다. 이들 응용분야에 적용되기 위해서는 기본적으로 코팅층의 두께가 작으면서도 비교적 단순한 공정과 재료 배합에 의해서 색상 가변능이 우수하고 고 채도를 구현할 수 있는 환경 친화적인 칼라 코팅기술이 요구된다.

기존 도료를 사용하는 습식 코팅 공정은 유기염료의 특성상 선명한 색상을 구현하기 위해 요구되는 코팅층의 두께가 최소 수십-수백 마이크론 이상으로 두꺼워야 하며 열 또는 자외선 등에 취약하다는 단점이 있다. 또한 공정 특성상 인체에 유해한 물질을 완전히 배제하기 어려워 환경 친화적이지 않다는 문제점이 있다.

반면에, 건식 증착 공정을 이용한 칼라 코팅 기술은 환경 친화적일뿐 아니라 다양한 광-전자 소재/소자 제조공정에 일괄공정으로 적용될 수 있다는 장점이 있다. 굴절률이 상이한 유전체 층을 주기적인 다층막 구조로 적층하여 빛의 간섭현상을 이용하거나, 금속막 사이에 유전체층을 삽입하여 파브리-페롯(Fabry-perot) 공진에 의해 색상을 구현하는 방식 등이 대표적이다. 빛의 간섭효과를 이용하는 이러한 코팅기술은 기본적으로 빛의 파장에 상응하는 수준의 최소두께가 요구되며, 각도에 따라 색상이 다르게 나타난다는 문제점을 갖고 있다.

이외에도 Zr, Ti, Cr, Nb 등의 금속과 Ti-N 계열의 질화물계 박막을 코팅시 금색을 포함한 청색, 와인색 등의 일부 금속성 색채 구현이 가능하여 컨슈머 일렉트로닉스의 외관 코팅 소재와 장식 코팅 분야에 폭넓게 사용되고 있다. 그러나, 다양한 색상구현이 어렵고, 구현된 금속광택의 경우에도 고품위의 금속질감이 느껴지지 않아 IT 제품 디자인의 고급화 추세에 적합하지 않다는 단점이 있다.

최근에는 물리효과 안료를 사용하는 신개념의 칼라 코팅 기술이 대안으로 주목받고 있다. 특히, 광학적으로 투명한 유전체 혹은 고분자 기지상내에 분산된 나노크기의 금속입자에서 발생하는 국소 표면 플라즈몬 공진현상은 특정 가시광 파장대역에서 매우 강한 광흡수 스펙트럼을 나타내기 때문에 유망한 착색제(colorant)로 인식되어 왔다. 플라즈모닉 나노 입자는 일반적인 유기염료에 비해 10⁵ 배 정도의 높은 몰흡수계수를 나타내며 금속의 종류, 입자의 형상, 크기 및 기지상과의 조합에 의해 표면 플라즈몬 공진파장을 넓은 범위에서 변화시키는 것이 가능하다는 장점이 있다.

하지만 증착공정으로 제작된 플라즈모닉 나노 칼라 코팅층은 일반적으로 충분한 채도를 갖는 선명한 색상을 보이지 못한다. 채도를 높이기 위한 종래의 방식은 충분한 광흡수가 발생하도록 금속 나노 입자의 부피 분율을 높이거나 전체 시편의 두께를 증가시키는 것이다. 이러한 방식은 표면 플라즈몬 여기에 적합한 귀금속 물질의 소모량을 증가시키거나 칼라링층 전체 두께가 증가함으로써 원하지 않는 간섭색이 나타날 수 있다는 문제점이 있다. 또한, 증착공정으로 입자의 형상과 크기를 제어하는 것이 제한적이므로 다채로운 색상을 구현하기 위해서는 금속과 기지상 재료의 조합을 수시로 변경해야 하는 불편함이 따른다. 따라서, 물질계 구성이나 전체 두께는 일정한도 이하로 유지시키면서 색상의 채도 및 휴(hue) 각도 제어범위를 크게 향상시키는 방안이 요구된다.

금속 거울층과 공진층을 사이에 둔 나노 입자층으로 구성된 기존의 플라즈모닉 나노 칼라 코팅층 기술은 비대칭적 파브리-페롯 공진구조를 이용함으로써 상대적으로 선명한 색상이 구현되었으나, 기본적으로 간섭형 공진기구를 이용하기 때문에 색상의 변화가 유전체 공진층의 두께에 의해 지배되어 간섭색 속성을 나타낸다.

G. Bauer 외 공저, "Resonant nanocluster technology?rom optical coding and high quality security features to biochips", Nanotechnology 14, 1289(2003).

본 발명의 일 측면에 의하면, 환경 친화적인 증착공정에 기반하여 단순한 공정과 물질계 구성만으로 고채도의 다양한 색상구현이 가능할 뿐만 아니라 시야각에 따른 색상변화가 미미하고, 하지층의 질감이 그대로 반영되는 칼라 코팅층과 그 형성 방법을 제공할 수 있다.

일 실시예에 따른 플라즈모닉 나노 칼라 코팅층은, 복수 개의 금속 입자층 및 복수 개의 기지상층을 포함하며, 상기 금속 입자층 및 상기 기지상층이 교대로 배열된 주기적 다층구조를 갖는 복합체층; 상기 복합체층 아래에 위치하는 유전체 버퍼층; 및 상기 유전체 버퍼층 아래에 위치하는 거울층을 포함할 수 있다. 상기 플라즈모닉 나노 칼라 코팅층의 색상은 상기 금속 입자층의 두께 및 상기 금속 입자층들 간의 간격에 기초하여 결정된다.

일 실시예에 따른 플라즈모닉 나노 칼라 코팅층 형성 방법은, 색상을 구현하고자 하는 모재 위에 거울층을 형성하는 단계; 상기 거울층 위에 유전체 버퍼층을 형성하는 단계; 및 상기 유전체 버퍼층 위에, 복수 개의 금속 입자층과 복수 개의 기지상층을 포함하며, 상기 금속 입자층과 상기 기지상층이 교대로 배열된 주기적 다층구조를 갖고, 상기 금속 입자층의 두께 및 상기 금속 입자층들 간의 간격은 구현하고자 하는 색상에 기초하여 결정되는 복합체층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈모닉 나노 칼라 코팅층은, 금속 나노 입자층과 광학적으로 투명한 기지상층이 교대로 배열된 복합체층과 하부 거울층으로 이루어진 공진구조를 통해 선택적 광 흡수도를 크게 증진시킴은 물론, 나노 입자층의 공칭두께, 입자층간의 간격 제어만으로도 광대역 파장범위에서 흡수단 변화를 크게 증대시킬 수 있다.

상기 플라즈모닉 나노 칼라 코팅층은 기상 증착공정을 이용한 친환경 칼라 코팅층으로 구성 재료계의 변화 없이도 단순한 공정변수 제어만으로도 넓은 범위에서의 다양한 색상 구현을 가능하게 한다. 특히, 컨슈머 일렉트로닉스의 장식코팅으로 사용시, 색상이 가미된 고품위의 금속광택 내지 금속질감 구현이 가능하다.

또한, 두께 100 nm 이하의 매우 얇은 나노복합체 칼라 코팅층을 사용함에도 불구하고 고 채도의 선명한 색상을 구현할 수 있다는 장점이 있다.

이에 따라, 시야각에 따른 색차가 기존 간섭색에 비해 미미한 수준으로 낮아질 뿐만 아니라 하지층의 질감이 그대로 반영된 색상구현이 가능하다.

도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈모닉 나노 칼라 코팅층의 구조를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 나노 입자층과 기지상층의 교번 증착공정에 이용되는 셔터 시스템을 나타낸다.
도 3 은 거울층을 포함하지 않는 플라즈모닉 나노 칼라 코팅층의 광흡수도 스펙트럼을 나타낸다.
도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈모닉 나노 칼라 코팅층의 금속 나노 입자층의 공칭두께의 제어에 따른 광흡수도 스펙트럼을 나타낸다.
도 5 는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈모닉 나노 칼라 코팅층의 유전체 버퍼층의 두께가 30 nm 인 경우 금속 나노 입자층의 공칭두께의 제어에 따른 광흡수도 스펙트럼을 나타낸다.
도 6 은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈모닉 나노 칼라 코팅층의 기지상층의 두께가 20 nm 인 경우 금속 나노 입자층의 공칭두께의 제어에 따른 광흡수도 스펙트럼을 나타낸다.
도 7 은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈모닉 나노 칼라 코팅층의 기지상층의 두께가 20 nm 이고 거울층이 존재하지 않는 경우의 금속 나노 입자층의 공칭두께의 제어에 따른 광흡수도 스펙트럼을 나타낸다.
도 8 은 본 발명의 일 실시예에 따라 기지상층의 두께가 5 nm 또는 20 nm 인 플라즈모닉 나노 칼라 코팅층이 나타내는 색상의 CIE L^*a^*b^* 좌표계상의 평면 a^*b^* 좌표상의 위치를 나타낸 그래프이다.
도 9 는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈모닉 나노 칼라 코팅층의 기지상층의 재료로 Al₂O₃을 사용한 경우의 광흡수도 스펙트럼을 나타낸다.
도 10 은 본 발명의 실시예에 따른 예시적 플라즈모닉 나노 칼라 코팅층들의 색상을 색좌표상에 표시한 그래프이다.
도 11 은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈모닉 나노 칼라 코팅층의 금속 나노 입자층의 개수에 따른 색좌표의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 12 는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈모닉 나노 칼라 코팅층의 입사각에 따른 광반사도 스펙트럼을 나타낸다.
도 13 은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈모닉 나노 칼라 코팅층과 파브리-페롯 칼라 코팅층의 입사각에 따른 색상을 색좌표상에 표시한 그래프이다.
도 14 는 본 발명의 일 실시예에 따른 헤어라인 처리된 금속 기판상에 증착된 플라즈모닉 나노 칼라 코팅층의 광흡수도 스펙트럼을 나타낸다.

이하, 본 발명의 구성 및 특성을 실시예를 이용하여 설명하나, 이들 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 한정하는 것은 아니다.

도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈모닉 나노 칼라 코팅층의 개략적인 단면도로서, 플라즈모닉 나노 칼라 코팅층은 복수 개의 금속 나노 입자층(15)과 복수 개의 기지상층(17)을 포함하는 복합체층(16), 상기 복합체층(16) 아래에 위치하는 유전체 버퍼층(14) 및 상기 유전체 버퍼층(14) 아래에 위치하는 거울층(12)을 포함할 수 있다. 복합체층(16)은 금속 나노 입자층(15)과 기지상층(17)이 교대로 배열된 주기적 다층구조를 가질 수 있다. 플라즈모닉 나노 칼라 코팅층은 색상을 구현하고자 하는 모재(10) 위에 형성될 수 있다.

도 1 에 도시된 바와 같은 플라즈모닉 나노 칼라 코팅층에 빛이 입사되면, 금속 입자 내 자유전자들이 입사광의 전기장에 따라 진동하기 시작하는데 그 진동운동은 기지상에 의해 유전구속된다. 이에 따라 거대 쌍극자 모멘트가 유발되고, 유발된 거대 쌍극자 모멘트는 금속 입자 주변의 국부 전기장의 크기를 증가시킨다. 이 때, 유전 구속 효과에 의한 금속 입자내 자유전자 구름의 집단 진동은 고유진동수를 갖고 양자화되는데 이를 국소 표면 플라즈몬 공진(localized surface plasmon resonance) 현상이라 부른다. 표면 플라즈몬 공진 현상이 발생하면, 공진 파장 대역의 빛에 대한 광 흡수가 크게 증가하여 이에 따른 색상을 띠게 된다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 플라즈모닉 나노 칼라 코팅층은 금속 나노 입자층(15) 및 기지상층(17)에 의해 발생되는 표면 플라즈몬 공진과 상기 복합체층과 상기 거울층간의 상호작용에 의해 결정되는 색상을 나타내며, 그 색상은 금속 나노 입자층(15)의 두께 및 금속 나노 입자층(15)들간의 간격에 기초하여 결정될 수 있다. 본 명세서에서 ‘두께’란 별도로 정의되지 않는 경우 공칭 두께를 의미한다.

금속 나노 입자층(15)과 기지상층(17)의 재료가 정해진 상태에서, 공진 광흡수 파장, 즉, 플라즈모닉 나노 칼라 코팅층의 색상은 금속 나노 입자층(15)의 공칭두께를 변화시킴에 따라 용이하게 변화시킬 수 있다. 금속 나노 입자층(15)의 공칭두께를 변화시키면 금속 나노 입자의 크기와 면밀도를 제어할 수 있고, 금속 나노 입자의 형상에도 영향을 미친다. 이 중, 금속 나노 입자의 형상은 금속 나노 입자층(15)의 공칭두께 뿐만 아니라 금속 입자층(15)을 구성하는 물질과 기지상층(17)을 구성하는 물질의 화학적 결합력에 의해서도 영향을 받는다. 일반적으로 결합력이 작은 경우, 금속입자는 초기에 구(球)의 형상을 띠다가 금속 나노 입자층(15)의 공칭두께가 증가함에 따라 이웃 입자와 합체하면서 늘어나거나 찌그러진 형태를 갖게 된다. 공칭 두께가 더욱 증가하면 독립되어 있던 입자들이 서로 결합하면서 퍼콜레이션(percolation)된 네트워크의 형상을 띠게 된다. 반면, 결합력이 큰 경우에는 금속 입자층(15)의 공칭두께가 작을 때에도 금속입자는 납작하게 찌그러진 형상 또는 퍼콜레이션(percolation)된 네트워크 구조를 갖게 된다. 다시 말해, 금속 나노 입자층(15)의 공칭두께의 변화는 금속 나노 입자의 형상, 크기 및 면밀도를 변화시키고, 이는 국소 표면 플라즈몬 공진현상에 영향을 미친다. 이에 따라 금속 나노 입자층(15)의 유효 유전상수가 변화하여 플라즈모닉 나노칼라 코팅층의 광반사도가 최소가 되는 임피던스 매칭 조건이 변화하고, 구현 색상의 휴(Hue) 값이 달라져 최종적으로 구현되는 색상을 변화시키게 된다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 플라즈모닉 나노 칼라 코팅층은 금속 나노 입자층(15)상에 위치하는 보호층(18)을 더 포함할 수 있다. 보호층(18)은 환경적 영향과 기계적 마찰로부터 플라즈모닉 나노 칼라 코팅층을 보호하여 내구성, 내화학 특성 및 내마모성을 향상시키기 위한 코팅층으로서, 광학적으로 투명한 소재이면 유기 및 무기 재료 모두 사용 가능하다.

금속 나노 입자층(15)을 구성하는 물질은 광학적 거동이 자유 전자 모델로 설명되는 귀금속 물질일 수 있다. 일 실시예에서, 금속 나노 입자층(15)의 구성 물질은, Ag, Au, Cu, Al, Pt, Pd, Ni, Co, Fe, Mn, Cr, Mo, W, V, Ta, Nb, Sn, Pb, Sb, Bi 및 이들의 합금 중에서 선택된다.

기지상층(17)을 구성하는 물질은 광학적으로 투명하거나 광흡수가 적은 물질이면 유기재료, 무기재료, 이들의 혼합물 또는 복합물 등 제한없이 사용될 수 있다. 그 예로는, SiO₂, TiO₂, Al₂O₃, MgO, ZnO, ZrO₂, In₂O₃, SnO₂, CdO, Ga₂O₃, Y₂O₃, WO₃, V₂O₃, BaTiO₃ 및 PbTiO₃ 등의 산화물, Si₃N₄, Al₃N₄ 등의 질화물, InP, GaP 등의 인화물, ZnS, As₂S₃ 등의 황화물, MgF₂, CaF₂, NaF, BaF₂, PbF₂, LiF, LaF 등의 불화물 및 이들의 혼합물 또는 화합물로 구성된 무기재료, 폴리카보네이트(Polycarbonate), 폴리메틸 메타크릴레이트(Polymethyl methacrylate; PMMA), 폴리디메틸 실록산(Poly dimethyl siloxane; PDMS), 환형 폴리올레핀, 스티렌계 중합체 또는 테플론(Teflon) 등의 유기재료 또는 이들의 혼합물 또는 복합물이 가능하다.

유전체 버퍼층(14)은 기지상층(17)과 마찬가지로 광학적으로 투명하거나 광흡수가 적은 물질이면 유기재료, 무기재료 및 이들의 혼합물 또는 복합물 등 제한없이 사용될 수 있다. 기지상층(17)을 구성하는 물질과 동일한 물질로 구성하는 것이 공정의 편이성 측면에서는 바람직하나, 확산 방지등의 기능을 부여하기 위해 기지상층(17)과 다른 물질로 구성하는 것도 가능하다.

거울층(12)은 광학적 반사도가 높은 금속물질로 구성될 수 있다. 거울층(12)의 구성 물질로, Al, Ag, Sn, In, Pt, Pd, Ni, Cr, Pb, Fe, Mo, W, Mn, Nb, Sb와 같은 백색금속은 물론 Au, Cu, Co, Zr 등의 유색금속과 Al-N, Ti-N, Zr-N, Ta-N 계열의 질화물 및 Ti-C, W-C, Zr-C 계열의 탄화물 혹은 이들간의 화합물 및 복합물이 사용될 수 있다.

도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈모닉 나노칼라 코팅층을 형성하는 공정을 설명하기 위한 모식도이다.

플라즈모닉 나노칼라 코팅층을 형성하는 단계는, 색상을 구현하고자 하는 모재 위에 거울층을 형성하는 단계; 상기 거울층 위에 유전체 버퍼층을 형성하는 단계; 및 상기 유전체 버퍼층 위에, 복수 개의 금속 입자층과 복수 개의 기지상층을 포함하며, 상기 금속 입자층과 상기 기지상층이 교대로 배열된 주기적 다층구조를 갖고, 상기 금속 입자층의 두께 및 상기 금속 입자층들 간의 간격은 구현하고자 하는 색상에 기초하여 결정되는 복합체층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.

플라즈모닉 나노 칼라 코팅층은 금속 나노 입자층과 기지상층을 정해진 두께만큼 교대로 증착하는 공정에 의해 제조되고, 도 2 에 나타난 바와 같이 금속 나노 입자층과 기지상층의 교번 증착은 셔터(22, 23) 시스템을 이용할 수 있다. 금속 나노 입자의 형성은 초기 박막 증착시 보머-웨버(Volmer-Weber) 형식의 3차원 섬성장 기구를 이용할 수 있다. 유전체 버퍼층 또는 기지상층 위에 금속 박막을 증착할 때의 금속의 공칭두께를 박막성장의 초기 핵 생성단계에서 2차원 연속층 구조로 전이하는 두께보다 작게 조절함으로써 개별적으로 서로 분리된 3차원 섬구조의 나노 입자층 구조를 얻게 된다. 정해진 공칭두께의 금속 입자층이 형성되면 셔터(23)를 닫고 기지상층을 모재가 놓여 있는 기판(20)에 증착시킨다. 기지상은 연속층으로 성장하며 정해진 두께의 기지상층이 형성되면 셔터(22)를 닫고 금속 입자층을 다시 증착시킨다. 이 과정을 반복함으로써 복수 개의 금속 입자층과 복수 개의 기지상층이 번갈아 증착된 나노 복합체 코팅층을 완성한다. 이 때, 금속과 기지상 물질의 증착에는 스퍼터링(sputtering), 저항 가열, 전자빔, 이온빔, 레이저 조사 등을 포함하는 거의 모든 물리적 진공 증착법, 화학기상 증착법, 스프레이 코팅법 등이 적용될 수 있다. 교번증착 방식으로는 교대로 열리는 셔터 시스템을 이용하는 방식 외에도 코팅층이 증착되는 기판을 병진 이송 또는 회전바 형식으로 금속과 기지상 증착원에 교대로 노출시키는 방법 등 교번증착이 가능한 모든 방식이 적용될 수 있다.

이하, 도 3 및 도 4 를 참조하여 금속 나노 입자층의 공칭두께의 변화에 따른 플라즈모닉 나노 칼라 코팅층의 색상의 변화를 설명한다.

도 3 은 복합체층의 아래에 거울층을 포함하지 않는 플라즈모닉 나노 칼라 코팅층의 광흡수도 곡선을 나타낸다. 광흡수도(Absorbance)는 입사된 빛 중 각각 투과 또는 반사된 빛의 비율로서 0 이상 1 이하의 값을 갖는 광투과도(T) 또는 광반사도(R)를 이용하여 log(1/T) 또는 log(1/R)로 표현될 수 있다. 유리 기판위에 10 nm 두께의 SiO₂ 유전체 버퍼층을 증착한 뒤, Ag 나노 입자층과 SiO₂ 기지상층을 각각 다섯 층씩 교대로 적층하였다. 이 때, SiO₂ 기지상층의 두께는 5 nm이고, Ag 나노 입자층의 공칭두께를 시편별로 1 nm(30), 2 nm(31), 3 nm(32)로 다르게 적용하였다. 도 3 에 나타난 바와 같이, Ag 나노 입자층의 공칭두께가 증가함에 따라 전체 광흡수도는 이에 비례하여 증가하는 경향이 뚜렷한 반면, 광흡수가 최대로 나타나는 공진파장은 430 nm 근방에서 미세하게 적색편이 할 뿐 크게 변화하지 않고 전체적으로 옅은 노란색을 띠고 있음을 알 수 있다.

도 4 는 도 3 에서 사용된 시편들의 구조에 있어서, 복합체층의 아래에 거울층을 추가로 포함하는 플라즈모닉 나노 칼라 코팅층의 광흡수 곡선을 나타낸다. 거울층은 100 nm 두께의 Al 박막을 사용하였다. 도 3 에 나타난 것과 달리, Ag 나노 입자층의 공칭두께가 1 nm(40), 2 nm(41), 3 nm(42)로 증가함에 따라 광흡수가 최대로 나타나는 공진파장이 434 nm, 504 nm, 595 nm로 현저하게 적색편이함을 알 수 있다. 결과적으로 플라즈모닉 나노 칼라 코팅층은 Ag 나노 입자층의 공칭두께가 증가함에 따라 각각 선명한 금속성 황금색, 빨강색, 파랑색을 나타내며 색상이 뚜렷하게 변화하였다. 또한, 전체 광흡수도도 도 3 과 비교하여 3 배 이상 증가하였다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 비대칭적 파브리페롯 공진현상과의 결합에 따른 선택적 광흡수도 증폭을 감쇠없이 최적화시키기 위해 플라즈모닉 나노 칼라 코팅층에서 유전체 버퍼층 및/또는 기지상층의 두께는 1nm 이상 30 nm 이하일 수 있다.

이하, 도 5 내지 도 8 을 참조하여 유전체 버퍼층 및 기지상층의 두께가 플라즈모닉 나노 칼라 코팅층의 광흡수도에 어떠한 영향을 미치는지 설명한다.

도 5 는 도 4 에서 사용된 시편들의 구조에 있어서, SiO₂ 유전체 버퍼층의 두께를 30 nm로 증가시킨 시편의 광흡수도 곡선을 나타낸다. 이 경우, Ag 나노 입자층의 공칭두께가 1 nm(50), 2 nm(51), 3 nm(52)로 증가함에 따라 연속적인 공진 흡수파장의 적색편이 현상이 관찰되지 않았다. 유전체 버퍼층의 두께가 수 nm 내지 약 20 nm 까지는 거울층과 금속 나노 입자층에 의한 국소 표면 플라즈몬 공진효과의 상호작용으로 임피던스 매칭 파장이 금속 나노 입자층의 공칭두께와 함수적 관계로 일관되게 제어되는 특징이 나타나는 반면, 유전체 버퍼층의 두께가 약 30 nm 이상으로 증가하는 경우, 그러한 상호작용이 소멸되는 것으로 판단되고, 그 이상의 두께에서는 유전체 버퍼층에 의한 간섭효과가 강화되는 경향을 보인다. 거울층과 주기적 다층 구조의 복합체층은 유전체 버퍼층을 매개로 하여 금속 입자내 쌍극자와 거울층에 유도되는 이미지 쌍극자간의 상호작용에 의한 자기공명효과 또는 흡수형 다층 공진 구조내 유도되는 증폭된 위상변화 효과에 기인한 임피던스 매칭 현상을 보여준다. 반면, 유전체 버퍼층이 없거나 두께가 지나치게 작은 경우, 금속 입자와 거울층간에 전도성 커플링이 일어나기 때문에 표면 플라즈몬의 감쇄가 발생하고 임피던스 매칭 조건을 만족하지 않게 된다. 따라서, 일 실시예에서 유전체 버퍼층의 두께는 1 nm 이상 30 nm 이하일 수 있다. 또한, 일 실시예에서 유전체 버퍼층의 두께는 1 nm 이상 20 nm 이하일 수 있다.

도 6 은 금속 나노 입자층간의 간격, 즉, 기지상층의 두께가 코팅층의 광흡수도에 어떤 영향을 미치는지 파악하기 위해 도 4 에서 사용된 시편들의 구조에 있어서 SiO₂ 기지상층의 두께를 20 nm로 증가시킨 시편의 광흡수도 곡선을 나타낸다. 이 경우, Ag 나노 입자층의 공칭두께가 1 nm(60), 2 nm(61), 3 nm(62)로 증가하더라도 공진 광흡수 파장의 위치가 크게 변화하지 않은 것, 즉, 플라즈모닉 나노 칼라 코팅층의 색상이 크게 변화하지 않은 것을 알 수 있다. 또한, 광흡수도 증진 효과도 약화되었음을 알 수 있고, 기지상층의 두께를 더욱 증가시키면 광흡수도 증진 효과가 거의 소멸됨을 확인하였다. 반면, 유전체 버퍼층과 마찬가지로, 기지상층의 두께가 지나치게 작은 경우에도 금속 입자층간의 전도성 커플링이 발생한다. 따라서, 기지상층의 최소 두께도 금속 입자층간의 전도성 커플링이 발생되지 않도록 조절될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 기지상층의 두께는 1 nm 이상 20 nm 이하일 수 있다. 즉, 금속 나노 입자층의 공칭두께뿐만 아니라 기지상층의 두께, 즉 금속 나노 입자층간의 간격 또한 플라즈모닉 나노 칼라 코팅층의 색상을 결정하고, 고채도 색상 구현과 색상 가변능 제어에 영향을 미침을 알 수 있다.

도 7 은 비교를 위해 도 6 에서 사용된 시편의 구조에 있어서, 거울층이 없는 시편의 광흡수도 곡선을 나타낸다. 기지상층의 두께가 5 nm 인 도 3 과 비교해 보면, 복합체층 아래에 거울층이 없는 경우에는, 기지상층의 두께와 관계없이 전체 광흡수도 곡선의 형태가 유사하게 나타남을 알 수 있다.

본 발명의 다양한 실시예에 따른 플라즈모닉 나노 칼라 코팅층의 색구현능을 정량적으로 평가하기 위해 도 8 등에서는 국제 조명위원회(Commission Internationale d' Eclairage, CIE)에서 1976년도에 표준화한 CIE L^*a^*b^* 색공간을 적용하여 시편들의 색좌표를 구하였다. CIE L^*a^*b^* 색공간은 RGB나 CMYK에 비해서 색재현 영역이 넓기 때문에 시각 디자이너나 디스플레이, 색깔에 관한 연구를 하는 사람들에게 국제적으로 가장 많이 사용되고 있다. L^*a^*b^* 색공간에서, L^*는 명도(Lightness)를 나타내는 값으로 0에서 100까지 변화하는 수를 가지며, 0 은 검정을 100 은 완전반사 산광체를 나타낸다. a^*와 b^*는 수치에 특정 한계가 존재하지 않는다. a^*은 녹색과 적색의 관계를 의미하며 그 값이 양이면 적색을, 음의 값이면 녹색계열을 나타낸다. b*는 청색과 황색의 관계를 의미하며 그 값이 양이면 황색을, 음이면 청색계열을 나타낸다. 색의 선명도를 나타내는 채도(Chroma)는

로 표시되는데, 평면 a^*b^* 좌표상 원점으로부터의 거리에 해당한다. 측정된 광 반사도 스펙트럼을 2도 관찰자 색대응 함수를 이용하여 일광에 해당하는 광원 D65 에 대한 색좌표 값으로 계산하였다.

도 8 은 기지상층의 두께가 5 nm 인 도 4 의 시편들과 기지상층의 두께가 20 nm 인 도 6 의 시편들의 CIE L^*a^*b^* 좌표계상의 평면 a^*b^* 좌표에 대한 위치를 도식적으로 나타낸다. 기지상층의 두께가 20 nm 인 도 6 의 시편들은 Ag 나노 입자층의 공칭두께와 관계없이 색좌표상으로 채도가 낮은 옅은 노란색 계열 좌표(80)에 몰려있는 반면, 기지상층의 두께가 5 nm 인 도 4 의 시편들은 Ag 나노 입자층간의 상호작용에 의해 Ag 나노 입자층의 공칭두께 변화에 따른 색좌표 값의 변화가 현저함은 물론, 채도 값 또한 도 6 의 시편들의 채도에 비해 매우 크게 향상되었음을 알 수 있다. Ag 나노 입자층의 공칭두께가 1 nm인 경우 금색 좌표값(81)을, 2 nm인 경우 빨강색 좌표값(82)을, 3 nm인 경우 파랑색 좌표값(83)을 보여준다. 또한 이 경우, 색상(Hue)값은 a^*b^* 색좌표의 원주상 각도(0^o~360^o)로 표시되는데, Ag 나노 입자층의 공칭두께가 1 nm(81)에서 3 nm(83)로 증가함에 따라 원주의 절반인 180^o에 달하는 매우 큰 범위의 색상값 변화가 달성되었음을 보여준다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따르는 플라즈모닉 나노 칼라 코팅층은 물질계 구성은 단순하지만 금속 나노 입자층과 기지상층이 교대로 배열된 주기적 적층구조의 광학적 임피던스 매칭제어를 통해 그 색구현능이 종래의 일반적인 금속입자 분산형 나노복합체 코팅기술에 비해 현저히 뛰어난 특성을 발현함을 확인할 수 있다.

이하, 도 9 및 도 10 을 참조하여 기지상층과 유전체 버퍼층의 재료의 변화가 코팅층의 색상에 어떠한 변화를 주는지에 대하여 설명한다. 도 9 는 도 4 에서 사용된 시편들의 구조에 있어서, 기지상층과 유전체 버퍼층을 구성하는 물질만 SiO₂ 대신 Al₂O₃로 대체된 시편의 광흡수도를 나타낸다. SiO₂ 기지상을 사용한 도 4 의 광흡수도와 비교하여 전체적인 형태는 유사하나, 최대 광흡수도 공진 파장이 장파장으로 이동하였으며, Ag 나노 입자층의 공칭두께가 1 nm(90), 2 nm(91), 3 nm(92)로 증가함에 따른 적색편이 정도도 더욱 증대되었다. 이는 기지상 물질의 굴절률 증가에서 기인한 것으로서, 금속 나노 입자층의 공칭두께는 물론, 기지상 물질의 굴절률의 변화에 의해서도 공진 광흡수 파장이 제어될 수 있음을 보여준다.

도 10 은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 플라즈모닉 나노칼라 코팅층으로 구현 가능한 색상의 예시를 L^*a^*b^* 색공간의 평면 a^*b^* 좌표상에 나타낸다. 도 10 은 금속 나노 입자층 재료로 Au와 Ag를, 기지상층과 유전체 버퍼층 물질로 SiO₂와 Al₂O₃를 이용하여 제작된 시편들의 색좌표도내 분포를 보여준다. 단순한 재료계만을 가지고도 다양한 색상과 채도의 매우 광범위한 색상 구현이 가능함을 알 수 있다. 금속 나노 입자층과 기지상층의 재료와 공칭두께를 다르게 하여 다양한 조합이 가능하기 때문에 색상 구현의 폭도 증가할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 코팅층의 색상의 채도가 상기 금속 입자층의 개수에 비례할 수 있다. 이하, 도 11 을 참조하여 금속 나노 입자층의 개수에 따른 코팅층의 채도 및 명도 변화에 대하여 설명한다.

도 11 은 금속 나노 입자층의 개수에 따른 색상의 색좌표내 분포의 변화를 보여준다. 금색(110), 빨강(111), 청색(112)에 해당하는 Ag 나노 입자층과 SiO₂ 기지상층을 포함하는 복합체 구조에서 재료계와 각 층의 두께는 같고 Ag 나노 입자층의 개수만 1개(△), 2개(○), 3개(□)로 다른 시편들의 색좌표 분포이다. 색좌표상의 휴(hue) 값, 즉 구현 색상에서는 큰 변화를 초래하지 않으면서 원점으로부터의 거리로 표현되는 채도값은 금속 나노 입자층의 개수에 비례하여 뚜렷하게 증가함을 알 수 있다. 반면, 명도의 경우에는 금속 나노 입자층의 개수가 작을수록 큰 값을 보인다. 그 예로, 빨강색(111) 계열에 해당하는 플라즈모닉 나노 칼라 코팅층의 명도, L^*은 Ag 나노 입자층의 개수가 1개일 때 88.74, 2개일 때 76.15, 3개일 때, 59.84의 값을 갖는다. hue값은 유사하더라도 Ag 나노 입자층의 개수가 작을수록 채도가 낮고 명도가 높기 때문에 선명한 색보다는 파스텔톤의 다소 흐릿한 색상으로 나타나게 된다. 따라서, 특정 색상의 톤 만을 부여하기 위해 금속층을 적게 형성함으로써 옅은 톤(shallow tone)을 얻는 것이 가능하다.

본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈모닉 나노 칼라 코팅층은 거울층을 제외하면 전체 코팅층의 두께를 수십 nm 정도로 매우 얇게 형성할 수 있을 뿐만 아니라 공진형 광흡수 현상에 기반을 두고 있기 때문에 시야각에 따른 색상의 변화가 매우 제한적이다. 이하, 도 12 및 도 13을 참조하여 입사각에 따른 코팅층의 색상 변화에 대하여 설명한다.

도 12 는 1 nm 공칭두께의 Ag 나노 입자층과 5 nm 두께의 SiO₂ 기지상층을 각각 5층씩 교대로 적층시킨 복합체층을 10 nm 두께의 SiO₂ 유전체 버퍼층이 코팅된 Al 거울층 위에 형성한 시편의 입사각에 따른 광반사도 스펙트럼을 나타낸다. 시편은 금색 계열의 색상을 나타낸다. 도 12 에 나타난 바와 같이 입사각이 0도(120), 30도(121), 45도(122)로 증가함에도 불구하고 전체적인 반사도 스펙트럼의 형태는 크게 변화하지 않음을 알 수 있다.

도 13 은 입사각에 따른 반사광의 변화를 CIE L^*a^*b^* 좌표계를 통해 정량적으로 수치화하여 보여준다. 도 12 에 광반사도 스펙트럼이 도시된 금색 시편의 좌표(130) 외에도 빨강(131)과 파랑 계열(132) 색상을 갖는 플라즈모닉 나노 칼라 코팅층 시편에 대한 색좌표내 분포도 함께 표시하였다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈모닉 나노 칼라 코팅층과 종래의 간섭색 기반 코팅층의 비교를 위해 파브리-페롯 칼라 코팅층 시편(133, 134)에 대한 색좌표내 분포도를 함께 표시하였다.

파브리-페롯 구조는 상하부 거울층 및 그 사이에

의 두께로 형성된 유전체 층으로 구성된다. 여기서, λ는 파장, n은 유전체 층의 굴절률을 의미한다. 상부 거울층은 빛이 입사되어 하부 거울층에서 반사될 수 있도록 반투명한 특성의 얇은 금속층으로 제작된다. 두 거울층 사이에서 반사된 빛은 공진형 간섭현상을 일으키며 보강간섭이 발생하는 특정 대역의 빛만 반사시키고 나머지 빛은 상쇄간섭을 통해 소멸하게 됨으로써 특정 색상을 나타내게 된다. 도 13 에 사용된 파브리-페롯 칼라 코팅층의 하부 거울층은 유리 기판상에 100 nm 두께의 Al 박막을 증착하여 형성하였다. 유전체 층으로는 Al₂O₃를 사용하였고, 상부 반투명 거울층으로는 Au 박막을 10 nm 두께로 얇게 증착하였다. 도 13 에는 Al₂O₃ 유전체층의 두께를 100 nm(134)와 150 nm(133)로 제작한 시편들의 분석결과가 포함되어 있다. Al₂O₃ 유전체층의 두께가 100 nm(134)인 경우에는 파란색 계열인 cyan 색상을, 150 nm(133)인 경우에는 노란색 계열 색상을 나타내었다.

도 13 에 나타난 바와 같이 간섭색 기반의 파브리-페롯 칼라 코팅층(133, 134)은 플라즈모닉 나노 칼라 코팅층과 비교하여 시야각에 따른 색차가 매우 크게 발생함을 알 수 있다. 실제로 CIE L^*a^*b^* 좌표계상의 위치 변화로 표현되는 시야각에 따른 색차는 간섭색이 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈모닉 색상에 비해 3 배 이상 크게 나타났다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈모닉 나노 칼라 코팅층은 시야각에 따라 크게 변하지 않는 색상을 구현할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈모닉 나노 칼라 코팅층은 전체 코팅층의 두께가 100 nm 이하일 수 있고, 또는 수십 nm 이하일 수 있기 때문에 일반적으로 모재인 하지층의 고유질감과 표면 산란도를 그대로 반영할 수 있다. 즉, 하지층의 고유 질감 특성은 그대로 보여주면서 다양한 금속성 색상의 미려한 장식효과를 구현하고자 할 때 매우 유용하다. 이하, 도 14 를 참조하여 평편하지 않은 모재 위의 플라즈모닉 나노 칼라 코팅층에서 금속 나노 입자층의 공칭두께에 따른 최대 광흡수도 파장의 변화를 설명한다.

도 14 는 모재인 하지층의 질감에 따른 효과를 보여주기 위해 헤어라인 처리된 마그네슘 기판위에 증착된 플라즈모닉 나노칼라 코팅층에 대해 적분구를 사용하여 측정된 총 광흡수도 곡선을 보여준다. 헤어라인 처리된 금속 판재는 금속 표면에 인위적인 미세 스크래치를 내어 빛이 난반사(diffuse reflection) 되도록 처리한 것으로 고급스런 느낌의 금속 질감을 보여주기 때문에 최근 컨슈머 일렉트로닉스 제품의 외장재로 선호되고 있다. 헤어라인 처리로 하지층의 광 산란도가 높아져 정반사(specular reflection) 성분이 작기 때문에 정확한 색좌표의 정량화를 위해 적분구를 사용하여 난반사와 정반사 성분을 모두 포함한 총 반사도를 측정하여 광흡수도를 구하였다. Ag 나노 입자층의 공칭두께가 2 nm(140), 2.5 nm(141), 3 nm(142)로 증가함에 따라 평편한 하지층에 증착한 경우와 마찬가지로 최대 광흡수도 파장이 연속적으로 큰 폭으로 적색편이함을 알 수 있다. 정반사 성분이 지배적인 시편에 비해 시야각에 따른 광택도 편차가 미미하고 무광효과가 뛰어난 보다 감성적인 파스텔톤의 금속성 광택이 특징적이다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 플라즈모닉 나노 칼라 코팅층은 거울층 아래에 모재를 더 포함하되, 상기 모재는 빛이 난반사되도록 표면처리될 수 있다. 이와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈모닉 나노칼라 코팅층은 하지층의 금속광택과 표면질감을 그대로 살리면서도 고채도의 다양한 색상구현이 가능하다는 장점이 있다. 모재를 구성하는 물질은 광학유리, 플라스틱, 금속 등 매우 다양한 유기재료 및 무기재료가 사용될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서는 서로 다른 종류의 금속 입자를 섞어서 사용하거나, 금속 나노 입자층의 공칭두께를 서로 다르게 조절함으로써 다층구조내 유효 광학상수의 변화를 꾀하고 임피던스 매칭 조건을 다양하게 제어하는 것도 가능하다. 또한, 기지상 재료와 금속 나노 입자 물질간의 결합 특성을 제어함으로써 금속 나노 입자의 형상 변화에 따른 색상 조절 효과도 기대할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈모닉 나노 칼라 코팅층은 페인트의 금속 효과 안료로 사용되는 수백 마이크론 이하의 크기를 갖는 알루미늄 박편(flake)상에 코팅되어 금속성 색조를 부여하는 페인트 소재로 자동차용 도료등에 분산시켜 사용하는 것도 가능하다.

또한, 일 실시예에 따르면, 플라즈모닉 나노 칼라 코팅층은 상기 거울층 아래에 위치하는 모재; 상기 복합체층상에 위치하는 보호층; 및 상기 모재와 상기 거울층의 계면, 상기 거울층과 상기 유전체 버퍼층의 계면, 또는 상기 복합체층과 상기 보호층의 계면 중 하나 이상에 접착층을 더 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 접착층은 전이금속종, 질화물 또는 산화물로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 이종 계면간 접합력 향상을 위한 접착층으로는 Ti, W, Cr 등의 전이금속종, TiAlN, TiN, AlN, Si₃N₄와 같은 질화물, ITO, SnO, ZnO 등의 산화물등에서 선택가능하다.

또한, 금속 나노 입자층간의 간격과 금속 나노 복합체와 하부 거울층간의 거리가 본 발명의 일 실시예에 따른 공진형 고채도 색상구현에 절대적인 영향을 미치기 때문에, 외부 자극(전기장, 광, 온도 등)이나 환경변화(특정 가스성분, 금속 이온, 바이오물질, pH, 온도, 습도 등)에 반응하는 능동형 물질을 기지상층과 유전체 버퍼층을 구성하는 물질로 사용시, 나노비색 생화학 센서(nanocolorimetric biochemical sensor)나 가변 칼라필터(tunable color filter)등으로의 응용이 가능하며, 미세한 외부 환경의 변화에도 신호비와 감도를 높여 색상변화가 증폭되는 효과가 있으므로 고감도 소자에 이용될 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 기지상층 및 상기 유전체 버퍼층을 구성하는 물질은 외부 자극이나 환경 변화에 따라 성질이 변화는 능동형 물질일 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 플라즈모닉 나노 칼라 코팅층은 거울층의 두께를 일정 양의 빛이 투과될 수 있도록 얇게 조절함으로써 반사형 색상은 물론 이와 차별화되는 투과색도 동시에 구현할 수 있다. 이러한 구조는 현재 정보기기의 표시창에 많이 사용되는 반거울(half-mirror)과 같은 기능을 하면서 반거울의 색상을 다양하게 설정할 수 있다는 장점이 있다.

본 발명은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 변경 및 변형이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것은 아니다.

10 : 모재 12 : 거울층
14 : 유전체 버퍼층 15 : 금속 입자층
16 : 복합체층 17 : 기지상층
18 : 보호층

Claims

플라즈모닉 나노 칼라 코팅층으로서,
복수 개의 금속 입자층 및 복수 개의 기지상층을 포함하며, 상기 금속 입자층 및 상기 기지상층이 교대로 배열된 주기적 다층구조를 갖는 복합체층;
상기 복합체층 아래에 위치하는 유전체 버퍼층; 및
상기 유전체 버퍼층 아래에 위치하는 거울층을 포함하되,
상기 금속 입자층은 금속 나노 입자를 포함하고,
상기 플라즈모닉 나노 칼라 코팅층의 색상은 상기 금속 입자층의 두께 및 상기 금속 입자층들 간의 간격에 기초하여 결정되며,
상기 유전체 버퍼층의 두께가 1 nm 이상 30 nm 미만인 것을 특징으로 하는 플라즈모닉 나노 칼라 코팅층.
제 1 항에 있어서,
상기 코팅층의 색상의 채도가 상기 금속 입자층의 개수에 비례하는 것을 특징으로 하는 플라즈모닉 나노 칼라 코팅층.
제 1 항에 있어서,
상기 기지상층의 두께가 1 nm 이상 30 nm 이하인 것을 특징으로 하는 플라즈모닉 나노 칼라 코팅층.
제 3 항에 있어서,
상기 기지상층의 두께가 1 nm 이상 20 nm 미만인 것을 특징으로 하는 플라즈모닉 나노 칼라 코팅층.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 유전체 버퍼층의 두께가 1 nm 이상 20 nm 이하인 것을 특징으로 하는 플라즈모닉 나노 칼라 코팅층.
제 1 항에 있어서,
상기 거울층 아래에 하지층 또는 기판을 더 포함하되, 상기 하지층 또는 기판은 빛이 난반사되도록 표면처리된 것을 특징으로 하는 플라즈모닉 나노 칼라 코팅층.
제 1 항에 있어서,
상기 기지상층 및 상기 유전체 버퍼층을 구성하는 물질은 외부 자극이나 환경 변화에 따라 성질이 변하는 능동형 물질인 것을 특징으로 하는 플라즈모닉 나노 칼라 코팅층.
제 1 항에 있어서,
상기 거울층을 구성하는 물질은 백색금속, 유색금속, Al-N, Ti-N, Zr-N, Ta-N 계열의 질화물, Ti-C, W-C, Zr-C 계열의 탄화물, 이들의 화합물 또는 이들의 복합물인 것을 특징으로 하는 플라즈모닉 나노 칼라 코팅층.
제 1 항에 있어서,
상기 유전체 버퍼층을 구성하는 물질은 광학적으로 투명한 것을 특징으로 하는 플라즈모닉 나노 칼라 코팅층.
제 1 항에 있어서,
상기 복합체층상에 위치하는 보호층을 더 포함하되, 상기 보호층을 구성하는 물질은 광학적으로 투명한 것을 특징으로 하는 플라즈모닉 나노 칼라 코팅층.
제 1 항에 있어서,
상기 거울층 아래에 위치하는 하지층 또는 기판; 상기 복합체층상에 위치하는 보호층; 및 상기 하지층 또는 기판과 상기 거울층의 계면, 상기 거울층과 상기 유전체 버퍼층의 계면, 또는 상기 복합체층과 상기 보호층의 계면 중 하나 이상에 접착층을 더 포함하되, 상기 접착층은 전이금속종, 질화물 또는 산화물로 이루어진 것을 특징으로 하는 플라즈모닉 나노 칼라 코팅층.
제 1 항에 있어서,
상기 거울층 아래에 하지층 또는 기판을 더 포함하되, 상기 하지층 또는 기판은 페인트의 금속효과 안료로 사용되는 알루미늄 박편인 것을 특징으로 하는 플라즈모닉 나노 칼라 코팅층.
색상을 구현하고자 하는 하지층 또는 기판 위에 거울층을 형성하는 단계;
상기 거울층 위에 유전체 버퍼층을 형성하는 단계; 및
상기 유전체 버퍼층 위에, 복수 개의 금속 입자층과 복수 개의 기지상층을 포함하며, 상기 금속 입자층과 상기 기지상층이 교대로 배열된 주기적 다층구조를 갖고, 상기 금속 입자층의 두께 및 상기 금속 입자층들 간의 간격은 구현하고자 하는 색상에 기초하여 결정되는 복합체층을 형성하는 단계;
를 포함하되,
상기 금속 입자층은 금속 나노 입자를 포함하고,
상기 유전체 버퍼층의 두께가 1 nm 이상 30 nm 미만인 것을 특징으로 하는 플라즈모닉 나노 칼라 코팅층 형성 방법.
제 14 항에 있어서,
상기 코팅층의 색상의 채도가 상기 금속 입자층의 개수에 비례하는 것을 특징으로 하는 플라즈모닉 나노 칼라 코팅층 형성 방법.
제 14 항에 있어서,
상기 기지상층의 두께가 1 nm 이상 30 nm 이하인 것을 특징으로 하는 플라즈모닉 나노 칼라 코팅층 형성 방법.
제 16 항에 있어서,
상기 기지상층의 두께가 1 nm 이상 20 nm 미만인 것을 특징으로 하는 플라즈모닉 나노 칼라 코팅층 형성 방법.
삭제
제 14 항에 있어서,
상기 유전체 버퍼층의 두께가 1 nm 이상 20 nm 이하인 것을 특징으로 하는 플라즈모닉 나노 칼라 코팅층 형성 방법.
제 14 항에 있어서,
상기 거울층을 형성하는 단계 전에, 상기 하지층 또는 기판을 빛이 난반사 되도록 표면 처리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈모닉 나노 칼라 코팅층 형성 방법.
제 14 항에 있어서,
상기 기지상층 및 상기 유전체 버퍼층을 구성하는 물질은 외부 자극이나 환경 변화에 따라 성질이 변하는 능동형 물질인 것을 특징으로 하는 플라즈모닉 나노 칼라 코팅층 형성 방법.
제 14 항에 있어서,
상기 거울층을 구성하는 물질은 백색금속, 유색금속, Al-N, Ti-N, Zr-N, Ta-N 계열의 질화물, Ti-C, W-C, Zr-C 계열의 탄화물, 이들의 화합물 또는 이들의 복합물인 것을 특징으로 하는 플라즈모닉 나노 칼라 코팅층 형성 방법.
제 14 항에 있어서,
상기 유전체 버퍼층을 구성하는 물질은 광학적으로 투명한 것을 특징으로 하는 플라즈모닉 나노 칼라 코팅층 형성 방법.
제 14 항에 있어서,
상기 복합체층 위에 보호층을 형성하는 단계를 더 포함하되, 상기 보호층을 구성하는 물질은 광학적으로 투명한 것을 특징으로 하는 플라즈모닉 나노 칼라 코팅층 형성 방법.
제 14 항에 있어서,
상기 복합체층 위에 보호층을 형성하는 단계 및 상기 하지층 또는 기판과 상기 거울층의 계면, 상기 거울층과 상기 유전체 버퍼층의 계면, 또는 상기 복합체층과 상기 보호층의 계면 중 하나 이상에 접착층을 형성하는 단계를 더 포함하되, 상기 접착층은 전이금속종, 질화물 또는 산화물로 이루어진 것을 특징으로 하는 플라즈모닉 나노 칼라 코팅층 형성 방법.
제 14 항에 있어서,
상기 하지층 또는 기판은 페인트의 금속효과 안료로 사용되는 알루미늄 박편인 것을 특징으로 하는 플라즈모닉 나노 칼라 코팅층 형성 방법.