KR101628212B1 - 투명 전자파 차폐필름과 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 투명 디스플레이 패널에서 발생하는 전자파 노이즈 문제를 해결하기 위한 투명 전자파 차폐필름 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 은(Ag)을 포함하는 실버페이스트(silver paste)를 투명폴리머 필름의 패턴부에 충전하여 도전층을 형성하는 제조방법에 따라 투명 전자파 차폐필름을 제작하면, 제조 비용이 경감되어 가격경쟁력이 있으며, 제조공정이 비교적 간단하여 생산성을 높이는 것이 가능하고, 면 저항이 개선되어 이로 인한 전자파 차폐능이 향상되는 효과가 있다.

Description

투명 전자파 차폐필름과 그 제조방법 {Transparent Electromagnetic Wave Shield Film and Manufacturing Method Thereof}

본 발명은 투명 디스플레이 패널에서 발생하는 전자파 노이즈 문제를 해결하기 위한 투명 전자파 차폐필름 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 은(Ag)을 포함하는 실버페이스트(silver paste)를 투명폴리머 필름의 패턴부에 충전하여 도전층을 형성하는 투명 전자파 차폐필름 및 그 제조방법에 관한 것이다.

반도체 기술의 발달에 따라 첨단 전자 및 컴퓨터 산업의 눈부신 발전을 가져오고 또한 전자파의 이용도 급격히 증가하게 되었다. 이에 따라 수많은 전자기기들이 만들어져 우리의 생활을 편리하게 하고 있고, 많은 기기들이 우리 생활의 필수적인 요소가 되어 이제는 이들 없는 사회는 상상조차 할 수 없게 되었다.

최근에는 비대칭 디지털 가입자선(ADSL)이 폭발적으로 보급되고 있고, 차세대 휴대폰이나 도로 교통 시스템(ITS)이 개시되는 등 전자파 장해(Electromagnetic Interference, EMI) 대책을 필요로 하는 분야는 더욱 다양해지고 있다. 또한 소형화, 경량화 등의 추세를 보이고 있는 PC나 휴대폰, 디지털 기기의 급속한 보급은 직장이나 가정까지도 전자파의 홍수를 초래하고 있어, 일렉트로닉스 산업의 발전과 함께 전자파 장해의 위협이 더욱 높아지고 있다.

이러한 전자파 장해는 컴퓨터의 오작동에서부터 공장의 전소사고에 이르기까지 다양하게 나타나고 있으며, 나아가 전자파가 인체에 부정적인 영향을 미치는 연구결과가 속속 발표되면서 건강에 대한 우려와 관심도가 높아지고 있는 가운데, 선진국을 중심으로 전자파 장해에 대한 규제의 강화와 대책마련에 부심하고 있는 실정이다.

따라서 다양한 전자/전기 제품에 대한 전자파 차폐기술은 일렉트로닉스 산업의 핵심기술 분야로 떠오르고 있다. 만약 케이스의 무게를 줄이거나, 가공상의 편의를 위해서나, 비용절감을 위해 금속대신에 플라스틱과 같은 비전도성 재질로 케이스를 만들 경우 방사성 전자파에 대한 차폐효과가 거의 없다. 전자파 차폐기술은 크게 두가지 방법으로 대별되는데, 전자파 발생원의 주변을 차폐하여 외부장비를 보호하는 방법과 차폐물질 내부에 장비를 보관하여 외부의 전자파 발생원으로부터 보호하는 방법이 있다.

이러한 목적으로 가장 각광을 받고 있는 방법이 전자파 차폐재료에 의한 것이다. 전자파 차폐는 플라스틱 표면에 니켈과 같은 금속의 미세한 조직들을 접착제와 혼합한 페인트를 칠하거나, 아연 등을 녹여 특수분무기로 분사하거나, 알루미늄 등을 표면에 진공 증착시켜 케이스 표면 만이라도 도전성을 갖도록하는 방법이 적용되고 있다. 특히 컴퓨터 CRT나 전자레인지의 유리창과 같은 내부 투시가 필요한 경우에는 유리 또는 투명 플라스틱 표면에 박막으로 얇게 금과 같은 도전성이 좋은 금속을 코팅하거나, 금속 그물을 표면에 부착시켜 광학적으로는 약간의 투시율만 감소하지만, EMI 문제가 되는 주파수대의 전자파는 거의 완전한 차폐가 이루어지도록 하고 있다.

투명 전자파 차폐재로서 주석 도핑된 산화 인듐(ITO), 안티몬 도핑된 산화주석(ATO) 혹은 알루미늄 도핑된 산화아연(AZO)과 같은 N형 반도체 물질이 대표적이며 이들의 코팅방법은 대개 고비용의 물리증착(Physical Vapor Deposition) 혹은 화학증착(Chemical Vapor deposition)기술이 적용되고 있다. 그러나 투명전자파 차폐재로 사용되고 있는 전기전도성 물질은 인듐틴옥사이드(ITO)가 코팅된 유리나 고분자 필름은 인듐이 희금속이어서 가격이 고가이고 진공증착 방법으로 코팅하기 때문에 제조공정이 복잡하다는 단점을 가지고 있다. 특히, 진공증착에 의한 고분자 필름의 인듐틴옥사이드 코팅은 외부 충격에 쉽게 크랙발생으로 내구성이 떨어져 외장재로 적용을 제약이 되고 있다.

따라서 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 내구성이 우수하고 보다 제조공정이 간단한 투명 전자파 차폐재 개발이 필수적으로 필요하다. 또한, 투명전자파 차폐재를 위한 전도성 물질은 인듐틴옥사이드(ITO)와 비교하여 안정성 및 전기전도도가 근접할 필요가 있다. 전기전도성 고분자는 일반고분자의 특성인 가공성과 유연성을 유지하며 금속과 같은 광학 및 전기전도성 갖는 유기 물질로서 많은 개발이 이루어지고 있다.

투명 전기 전도성 코팅제 제조에 있어서 전기전도성 고분자의 응용은 1998년 J. Joo 등이 폴리아닐린과 은을 사용하여 전자파 차폐성능을 연구하였다. (J. Joo, C. Y. Lee, H. G. Song, J.-W. Kim, K. S. Jang, E. J. Oh, and A. J. Epstein, Mol. Cryst. Liq. Cryst. 316, 367(1998)) 이들 연구는 보다 유연하고 가공성이 있는 전기전도성 고분자를 사용한다는 점에서 기술적 진보는 이루었지만 여전히 금속인 은 입자를 사용하고 있기 때문에 투명도 및 기계적 물성이 열악한 단점을 가지고 있다.

대한민국 등록특허 공보 제 0551097호

향후 LCD, OLCD 패널 및 스마트폰, 태블릿 PC 등 다양한 디스플레이에 채택된 것으로 예상되는 투명 디스플레이 패널에서 발생하는 전자파 노이즈 문제를 해결하기 위해서는 전자파 차폐 및 관련 소재들도 투명소재로 구현되어야 한다. 이에 현재까지는 투명 전자파 차폐소재를 구현하기 위해서 금속 박막을 일정한 형태로 습식 또는 건식 에칭하여 메쉬(mesh) 형태로 제작하는 방법, 또는 ITO(Indium Tin Oxide)와 같은 투명 전도성 세라믹 소재를 적용하여 전자파 차폐필름을 제조하였으나, 가격이 고가이고 진공증착 방법으로 코팅하기 때문에 제조공정이 복잡하다는 단점때문에, 보다 가격경쟁력이 있고 성능이 향상된 투명 차폐필름을 구현하기 위한 제조 기술이 필요한 실정이다.

본 발명은 상기의 과제를 해결하기 위해서 안출된 것으로 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 또는 폴리카보네이트(PC)와 같이 투명도가 높은 폴리머 필름에 음각의 그루브(groove) 패턴을 임프린팅(imprinting), 스크래칭(scratching) 또는 에칭(etching)의 방법으로 형성하여, 실버나노와이어(silver nano-wire), 실버플레이크(silver flake) 또는 실버나노와이어(silver nano-wire)와 실버플레이크(silver flake)를 포함하는 실버페이스트(silver paste)를 투명폴리머의 음각 그루브(groove) 패턴부에 코팅법, 인쇄법 및 디스펜싱에 의해 충전하여 제 1 도전층을 형성한다. 또한 투명도를 저하시키지 않는 조성 범위내에서 제 2 도전층을 추가적으로 형성하거나, 필요에 따라서는 반대면에 차광막층을 형성하는 것도 가능하다.

본 발명의 투명 전자파 차폐필름의 제조방법에 따르면, 첫 번째는 고가의 투명 전도성 세라믹 소재의 사용을 배제하고, 은(Ag)을 고분자 바인더에 부분적으로 혼합 및 페이스트화하여 투명폴리머의 음각 그루브(groove) 패턴부에 충전함으로써, 제조 비용이 경감되어 가격경쟁력이 있으며, 진공증착이 아닌 습식공정으로 제조방법이 비교적 간단하여 생산성을 높이는 것이 가능하다.

또한 종래의 금속 박막을 일정한 형태로 습식 또는 건식 에칭하여 메쉬(mesh) 형태로 제작하던 방법과 비교해서, 본 발명의 투명 전자파 차폐필름의 제조방법으로 제조된 투명 전자파 차폐필름은 면 저항이 개선되어 이로 인한 전자파 차폐능이 향상되는 효과가 있다.

도 1은 종래의 메쉬(mesh) 형태 금속 박막을 가지는 투명 전자파 차폐필름의 단면도 및 확대사시도이다.
도 2는 본 발명인 그루브(groove) 패턴부에 도전층을 가지는 투명 전자파 차폐필름 제조공정의 순서도이다.
도 3은 본 발명인 그루브(groove) 패턴부에 도전층을 가지는 투명 전자파 차폐필름 제조공정의 개략도이다.

명세서 전체에서 어떤 구성을 '포함'한다고 할 때 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 본 명세서 및 청구범위에서 '~을 포함한다.', '~로 구성된다.', '~로 이루어진다.', '~를 갖는다.', '~를 구비한다.'의 의미는 열거한 요소 외에도 다양한 요소가 더 존재할 수 있음을 배제하지 않는다. 아래에서는 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 따른 투명 전자파 차폐필름의 제조공정에 대해 자세히 설명한다.

도 1은 메쉬(mesh) 형태 금속 박막을 가지는 투명 전자파 차폐필름의 단면도 및 확대사시도로서, 투명기재에 도전층인 금속 박막을 에칭(etching) 공정 및 라미네이트(laminate) 공정을 통해 메쉬 형태로 가공한 종래의 투명 전자파 차폐필름이다.

도 2와 도 3은 투명 전자파 차폐필름의 제조공정을 시계열적으로 나열한 것이다. 먼저 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리카보네이트(PC), 폴리에스터(PE), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT) 또는 투명성 폴리이미드(PI) 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나와 같이 투명도가 높은 폴리머 기재인 투명폴리머 필름(10)을 준비한 후, 상기 투명폴리머 필름(10)에 그루브(groove) 패턴을 형성한다. 이때 투명폴리머 필름(10) 면의 수직 절단면의 모양이 삼각형, 사각형, 반원형 등이 가능하며 음각패턴으로서 소정의 실버페이스트가 충전 가능한 형상이라면 제한하지 아니한다. 또한 패턴형성 공정으로는 임프린팅(imprinting), 스크래칭(scratching) 또는 에칭(etching)의 방법이 적용 가능하다.

또한 은(Ag)을 포함하는 제 1 실버페이스트(siler paste)(25)를 제조한다. 상기 제 1 실버페이스트(25)는 실버나노와이어(silver nano-wire), 편상 형상의 실버플레이크(silver flake) 또는 실버나노와이어와 실버플레이크의 혼합물(silver nano-wire and silver flake) 중에서 선택된 어느 하나에 고분자 바인더에 교반하여 제조하며, 이때 고분자 바인더는 상기 고분자바인더는 실리콘 수지, 에폭시 수지, 아크릴 수지, 페놀 수지, 유리아 수지, 멜라민 수지, 나일론 수지, 아미드 수지, 폴리염화비닐 수지, 폴리에스테르 수지, 폴리에틸렌 수지, 폴리프로필렌 수지, 폴리스티렌 수지, 폴리부틸렌 수지, 폴리비닐부티랄 수지, 폴리우레탄 수지, 폴리올레핀 수지, 테프론, 폴리페닐린설파이드, 에틸렌프로필렌디메틸, 에틸렌-프로필렌 고무, 니트릴-부타디엔 고무로 이루어지는 군으로부터 선택된 하나 또는 둘 이상의 고분자 수지에 용매를 희석하여 제조할 수 있다.

상기 제 1 실버페이스트(25)에서 실버나노와이어(silver nano-wire), 편상 형상의 실버플레이크(silver flake) 또는 실버나노와이어와 실버플레이크의 혼합물(silver nano-wire and silver flake) 중에서 선택된 어느 하나와 고분자바인더의 중량비는 3 : 7 ~ 5 : 5 범위 내에서 조정이 가능하며, 추가적으로 증점제, 계면활성제, 가교제 및 소포제를 소정의 양 첨가하는 것 또한 가능하다. 이때 상기 증점제로는 예컨데 폴리비닐, 폴리아크릴산, 무수말레인산 공중합체를 사용할 수 있으며, 상기 계면활성제로는 예컨데 에탄올, 에틸렌 글리콜, 아세톤, 메틸에틸케톤, 이소부탄올 등을 사용할 수 있다. 또한 상기 가교제로는 예컨데 4,4-디페닐메탄, 디소시네이트, 에폭시 실란 등을 사용할 수 있고, 상기 소포제로는 예컨데 미네랄 오일 소포제 또는 실리콘 소포제를 사용할 수 있다.

그 다음으로 제 1 도전층(20)을 형성한다. 상기 투명폴리머(10)의 음각 그루브(groove) 패턴부에 상기 제조된 제 1 실버페이스트(25)를 충전한다. 실시형태로는 닥터블레이드 코팅(Doctor blade coating), 롤 코팅(Roll coating), 바 코팅(Bar coating)을 포함하는 각종 코팅법이나 스텐실 인쇄, 스크린 인쇄를 포함하는 각종 인쇄법 또는 디스펜싱에 의해 달성될 수 있다.

또한 필요에 따라 전기전도성을 증가시키기 위해 상기 제 1 실버페이스트(25)가 충전된 투명폴리머 필름(10) 면에 제 2 도전층(30)을 코팅하여 형성한다. 이때 제 2 도전층(30)을 구성하는 제 2 실버페이스트(35)는 상기에서 제조한 제 1 실버페이스트(25)이거나 또는 별도의 조성비로 제조한 페이스트로서, 별도로 제조시에는 상기 제 2 실버페이스트(35)에서 실버나노와이어(silver nano-wire), 편상 형상의 실버플레이크(silver flake) 또는 실버나노와이어와 실버플레이크의 혼합물(silver nano-wire and silver flake) 중에서 선택된 어느 하나와 고분자 바인더의 중량비를 1 : 9 ~ 4 : 6 범위 내에서 결정하여 투명도에 영향을 미치지 않는 범위 내에서 제조하는 것이 바람직하다. 또한 투명폴리머 필름(10)의 제 2 도전층(30)이 형성된 면의 반대면에 차광막층(40)을 형성하되, 예컨데 투명 디스플레이 적용시 테두리부에 해당하는 불활성부에 형성하며, 상기 차광막(40)은 차후 인쇄회로기판(PCB)와의 열합지 공정시 소정의 온도조건에서 견디며, 빛을 차단하는 소재를 코팅 또는 인쇄하여 적용 가능하다.

상술한 제조방법에 따라 제조된 투명 전자파 차폐필름은 일면에 형성된 그루브(groove) 패턴이 형성된 투명폴리머 필름층(10)과 상기 투명폴리머 필름 일면에 형성된 그루브(groove) 패턴부에 충전된 제 1 도전층(20)을 포함하며, 추가적으로 제 2 도전층(30) 또는 차광막층(40)을 포함하는 구조를 가지게 된다.

<실시예>

이하 표 1은 본 발명의 실시예와 종래 공지 기술인 금속 메쉬(mesh)형 차폐필름를 비교한 데이터로서, 실시예 1은 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 필름 면의 수직 절단면의 모양이 삼각형이며, 제 1 실버페이스트에서 실버플레이크와 고분자 바인더와의 중량비는 4 : 6이다. 실시예 2는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 필름 면의 수직 절단면의 모양이 사각형이며, 제 1 실버페이스트에서 실버나노와이어와 실버플레이크의 5 : 5 혼합물과 고분자 바인더와의 중량비는 4 : 6이다. 또한 비교예는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 필름 면에 은(Ag) 금속을 메쉬(mesh) 형태로 에칭 공정 및 라미네이트 공정을 통해 형성하였다.

상기 표 1에 나타난 데이터와 같이, 종래 기술인 메쉬(mesh)형 차폐필름에 비해 본 발명의 실시예는 투명도는 유지하면서도 면저항을 개선시켜 전자파 차폐능이 향상되었음을 확인할 수 있다.

본 발명을 첨부된 도면과 함께 설명하였으나, 이는 본 발명의 요지를 포함하는 다양한 실시 형태 중의 하나의 실시예에 불과하며, 당업계에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 하는 데에 그 목적이 있는 것으로, 본 발명은 상기 설명된 실시예에만 국한되는 것이 아님은 명확하다. 따라서, 본 발명의 보호범위는 하기의 청구범위에 의해 해석되어야 하며, 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서의 변경, 치환, 대체 등에 의해 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함될 것이다. 또한, 도면의 일부 구성은 구성을 보다 명확하게 설명하기 위한 것으로 실제보다 과장되거나 축소되어 제공된 것임을 명확히 한다.

10. 투명폴리머 필름
20. 제 1 도전층
25. 제 1 실버페이스트
30. 제 2 도전층
35. 제 2 실버페이스트
40. 차광막층

Claims (13)

1. 투명 전자파 차폐필름의 제조방법에 있어서,
   ⅰ) 투명폴리머 필름을 준비하는 단계;
   ⅱ) 상기 투명폴리머 필름에 그루브(groove) 패턴을 형성하는 단계;
   ⅲ) 은(Ag)을 포함하는 제 1 실버페이스트(silver paste)를 제조하는 단계;
   ⅳ) 상기 ⅱ)단계에서 형성된 그루브(groove) 패턴부에 상기 ⅲ)단계에서 제조한 제 1 실버페이스트로 충전하여 제 1 도전층을 형성하는 단계;
   ⅴ) 상기 제 1 실버페이스트가 충전된 투명폴리머 필름 면에 제 2 실버페이스트를 인쇄 또는 코팅하여 제 2 도전층을 형성하는 단계; 및
   ⅵ) 상기 투명폴리머 필름의 제 2 도전층이 형성된 면의 반대면 중 투명 디스플레이에 적용시에 테두리부에 해당하는 불활성부에 차광막층을 형성하는 단계;
   를 포함하되,
   ⅱ) 상기 투명폴리머 필름에 그루브(groove) 패턴을 형성하는 단계에서,
   상기 그루브 패턴은 상기 투명폴리머 필름 면의 수직 절단면의 모양이 삼각형이며,
   ⅲ) 은(Ag)을 포함하는 제 1 실버페이스트(silver paste)를 제조하는 단계에서,
   상기 제 1 실버페이스트는 실버플레이크(silver flake)를 고분자 바인더에 교반하여 제조하며,
   상기 제 2 실버페이스트는 실버나노와이어(silver nano-wire)를 고분자 바인더에 교반하여 제조하며,
   상기 제 1 실버페이스트에서 상기 실버플레이크와 상기 고분자바인더의 중량비는 4 : 6 이고,
   상기 제 2 실버페이스트에서 상기 실버나노와이어와 상기 고분자바인더의 중량비는 1 : 9 ~ 4 : 6인 것을 특징으로 하는 투명 전자파 차폐필름의 제조방법.
   
2. 제 1항에 있어서,
   ⅰ) 투명폴리머 필름을 준비하는 단계에서,
   상기 투명폴리머 필름은 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리카보네이트(PC), 폴리에스터(PE), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT) 또는 투명성 폴리이미드(PI) 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 투명 전자파 차폐필름의 제조방법.
   
3. 삭제
4. 제 1항에 있어서,
   ⅱ) 상기 투명폴리머 필름에 그루브(groove) 패턴을 형성하는 단계에서,
   상기 그루브 패턴을 형성하는 방법은 임프린팅(imprinting), 스크래칭(scratching) 또는 에칭(etching) 중에서 선택된 어느 하나의 방법으로 음각의 패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 투명 전자파 차폐필름의 제조방법.
   
5. 삭제
6. 삭제
7. 제 1항에 있어서,
   ⅲ) 은(Ag)을 포함하는 제 1 실버페이스트를 제조하는 단계에서,
   상기 제 1 실버페이스트는 증점제, 계면활성제, 가교제 및 소포제 중에서 적어도 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 투명 전자파 차폐필름의 제조방법.
   
8. 제 1항에 있어서,
   ⅳ) 상기 ⅱ)단계에서 형성된 그루브(groove) 패턴부에 상기 ⅲ)단계에서 제조한 제 1 실버페이스트로 충전하여 제 1 도전층을 형성하는 단계에서,
   상기 제 1 실버페이스트로 충전하는 방법은 인쇄, 코팅 또는 디스펜싱 중에서 선택된 어느 하나의 방법을 적용하는 것을 특징으로 하는 투명 전자파 차폐필름의 제조방법.
   
9. 삭제
10. 삭제
11. 삭제
12. 삭제
13. 일면에 형성된 그루브 패턴이 형성된 투명폴리머 필름층; 및
    상기 투명폴리머 필름 일면에 형성된 그루브 패턴부에 충전된 제 1 도전층;
    을 포함하며,
    제 1항의 방법으로 제조되는 것을 특징으로 하는 투명 전자파 차폐필름.

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