KR101831811B1 - 차량용 엠블럼을 포함하는 밀리미터파 투과 수신 커버 및 이의 제조방법 - Google Patents

차량용 엠블럼을 포함하는 밀리미터파 투과 수신 커버 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 차량용 밀리미터파 투과 수신 커버 및 이의 제조방법에 관한 것으로 하면 수지층; 하면 수지층의 상면에 구비되며, 증착층의 측면 일부 또는 전체 면을 감싸도록 형성되며 탄소물질이 포함된 흡수층이 형성된 연결층; 및 연결층 상면에 상면 수지층;을 포함하며, 상기 연결층과 상면 수지층, 및 상기 연결층과 하면 수지층은 접착제로 접착됨으로써, 종래 사출성형으로 형성되던 투과 수신 커버의 많은 문제점을 해결할 수 있으며, 밀리미터파의 감쇄 및 전파손실을 줄여 향상된 밀리미터파 전달 특성을 확보할 수 있다.

Description

차량용 엠블럼을 포함하는 밀리미터파 투과 수신 커버 및 이의 제조방법{Millimeter wave transmission／reception cover including emblem for vehicle and the preparation method thereof}
본 발명은 밀리미터파의 전파손실을 줄임으로써 향상된 밀리미터파 전달 특성을 확보할 수 있는 차량용 밀리미터파 투과 수신 커버 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 통신 장비 또는 레이더의 전파를 수신하는 안테나는 안테나 본체 또는 그들의 주변 구조에 대한 설계가 제한되지 않는다. 레이더를 이용하여 앞 차량 및 장애물과의 거리를 모니터링하거나 측정하는 등의 경우에는, 최적의 성능을 위해 차량의 전면 그릴에 보이지 않도록 안테나를 설치하는 것이 바람직하다.
"자동 순항 시스템"이 구비된 차량의 전방에 장착된 센서는 전방의 차량 또는 상대 속도와의 거리를 측정하기 위해 사용되며, 차량의 가속 또는 감속, 차간 거리를 제어하도록 취득한 정보에 기초하여 제동이 제어된다. 상기 자동 순항 시스템은 교통 체증과 사고를 줄이는 것을 목표로 하며, 여기에 사용되는 센서는 일반적으로 밀리미터파 레이더 등의 전파를 송신 및 수신할 수 있는 장치이다. 일반적으로, 상기 밀리미터파는 제어를 위한 센서로 사용되며 30 GHz 내지 300 GHz의 주파수를 가지며, 1 mm에서 객체 10 m의 범위의 파장을 갖는다.
상기 밀리미터파 레이더 등의 전파를 송신 및 수신할 수 있는 장치는 일반적으로 차량의 전방 그릴 뒤에 장착된다. 일반적으로 상기 전면 그릴은 금속성 전도체로 제조되고, 전파 송신의 용이성을 허용하지 않는 금속으로 도금되기도 한다. 또한, 상기 전면 그릴은 두께가 불균일하여 전파의 진행을 방해함으로써 투과손실과 반사손실이 커져서 센싱에 문제가 자주 발생하게 되었다. 이러한 문제는 그릴을 구성하는 금속 또는 플라스틱 표면에 증착된 금속층에서 밀리미터파의 반사 및 공기층에서의 투과손실에 의해 생겨나며, 특히 그릴을 구성하는 부분에서 손실이 많이 발생한다.
이러한 이유 때문에 전파 송신 및 수신 장치의 위치에 대응하는 전면 그릴의 위치에 밀리미터파 투과 수신 커버를 제공하는 것이 일반적이며, 전면 그릴에 투과 수신 커버를 제공함으로써, 전파를 수신할 수 있다.
상기 밀리미터파의 장점으로는 주파수가 높으므로 광대역전송이 가능하고, 안테나 및 송수신장치의 소형화 및 경량화가 가능하며, 지향성이 좋고 기본적으로 저전력(수십 mW)을 사용함에 따라 인체에 미치는 영향이 적다. 반면, 단점으로는 강우, 눈 등 물방울에 의하여 감쇄 손실이 크며 장거리 전송에 불리하다. 또한, 회절, 투과에 의한 전파손실이 크기 때문에 대부분 가시거리 통신에 사용되며 직진성이 강하여 점 대 점 고정 통신방식을 취한다.
이러한 문제를 해결하기 위해 엠블럼이 포함된 전면 그릴이 레이더 장치의 전방에 위치할 때 상기 레이더 장치에서 방출되는 빔의 경로에 투과 손실을 막을 수 있고 엠블럼(로고)을 포함하는 고분자 수지층과 금속산화물 증착층으로 이루어진 밀리미터파 투과수신 커버를 설치하는 기술이 요구되고 있다.
일본 공개특허 제2000-159039호 일본 공개특허 제2000-344032호
본 발명의 목적은 밀리미터파의 투과 감쇄, 즉 전파손실을 줄임으로써 향상된 밀리미터파 전달 특성을 확보할 수 있는 차량용 밀리미터파 투과 수신 커버를 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 차량용 밀리미터파 투과 수신 커버를 제조하는 방법을 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 상기 차량용 밀리미터파 투과 수신 커버가 구비된 차량을 제공하는데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 차량용 밀리미터파 투과 수신 커버는 하면 수지층;
상기 하면 수지층의 상면에 구비되며, 증착층의 일부 또는 전체 면을 감싸도록 형성되고 탄소물질이 포함된 흡수층이 형성된 연결층; 및
상기 연결층 상면에 구비되는 상면 수지층;을 포함하며,
상기 연결층과 상면 수지층, 및 상기 연결층과 하면 수지층은 각각 폴리메틸메타크레이트(PMMA)계 접착제, 변성 PMMA계 접착제 및 에폭시계 접착제로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 접착제로 접착될 수 있다.
상기 흡수층의 탄소물질은 열분해 그라파이트, 천연 그라파이트, 그래핀 및 카본블랙으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다.
상기 흡수층은 탄소물질과, 폴리메틸메타크레이트(PMMA)계 수지, 변성 PMMA계 수지 및 에폭시계 수지로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 수지를 포함할 수 있다.
상기 흡수층은 탄소물질과 수지가 1 : 1 내지 10의 중량비로 혼합된 것일 수 있다.
상기 흡수층의 두께는 밀리미터파 파장 값의 0.25 이하로 구해지는 값이며, 단위는 mm일 수 있다.
상기 증착층은 규소산화물, 마그네슘산화물 및 알루미늄산화물, 주석 산화물, 아연산화물, 몰리브덴산화물 및 니켈산화물로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 금속산화물이 증착된 것일 수 있다.
상기 폴리메틸메타크레이트(PMMA)계 접착제는 폴리메틸메타크레이트(PMMA) 100 중량부에 대하여 단량체 30 내지 70 중량부 및 경화제 0.5 내지 2 중량부로 이루어진 것일 수 있다.
상기 변성 PMMA계 접착제는 변성 폴리메틸메타크레이트(PMMA) 100 중량부에 대하여 단량체 30 내지 70 중량부 및 경화제 0.5 내지 2 중량부로 이루어진 것일 수 있다.
상기 에폭시계 접착제는 에폭시 100 중량부에 대하여 단량체 30 내지 70 중량부 및 경화제 0.5 내지 2 중량부로 이루어진 것일 수 있다.
상기 단량체는 메틸메타크레이트(MMA) 또는 에틸메타크레이트(EMA)이며; 상기 경화제는 벤조일퍼옥사이드, 디이소부틸퍼옥사이드, 디(3-메톡시부틸)퍼옥시다이카보네이트, 1,1,3,3-테트라메틸부틸퍼옥시네오데칸산, 쿠메닐퍼옥시네오햅탄산, 테트라-아밀퍼옥시네오데칸산, 디이소프로필퍼옥시다이카보네이트, 테트라-부틸퍼옥시네오햅탄산, 테트라-부틸퍼옥시이소부틸레이트, 2,2`-아조비스-이소부티로니트릴, 2,2`-아조비스-메틸부티로니트릴, 2,2`-아조비스-2,4-디메틸발레로니트릴 및 4,4`-아조비스-4-시아노발레린산으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다. 상기 경화제로 바람직하게는 아조화합물을 사용하며, 상기 아조화합물을 사용하는 경우에는 증착층에 손실이 발생하지 않고 접착제 내에 기포가 발생하지 않는다.
상기 차량용 밀리미터파 투과 수신 커버의 복소 유전율은 상대밀도 0.3 dr을 기준으로 5.0 내지 8.0 εr 〃일 수 있다.
또한, 상기한 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 차량용 밀리미터파 투과 수신 커버를 제조하는 방법은 (A) 증착층 및 상기 증착층의 일부 또는 전체 면을 감싸도록 형성된 흡수층을 포함하여 연결층을 형성하는 단계; (B) 상기 연결층 상면의 가장자리 일부 또는 가장자리 전체에 접착제를 도포한 후 상면 수지층을 접착하는 단계; 및 (C) 상기 연결층 하면의 가장자리 일부 또는 가장자리 전체에 접착제를 도포한 후 하면 수지층을 접착하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 연결층, 상면 수지층 및 하면 수지층은 볼록 형상으로 형성될 수 있다.
또한, 상기한 또 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 차량은 상기 차량용 밀리미터파 투과 수신 커버를 포함할 수 있다.
본 발명의 차량용 밀리미터파 투과 수신 커버는 종래 사출성형으로 제조된 커버와 달리 우수한 디자인(엠블럼 등)을 제공할 수 있으며, 밀리미터파의 전송을 방해하지 않고 수신 감쇄율을 최소로 줄일 수 있을 뿐만 아니라 전파손실을 줄여 향상된 밀리미터파 전달 특성을 확보할 수 있다. 구체적으로 흡수층에 의해 투과손실을 줄일 수 있으며, 접착제에 의해 전파손실을 줄일 수 있다.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 차량용 밀리미터파 투과 수신 커버의 단면도이다.
도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따라 볼록 형상으로 형성된 차량용 밀리미터파 투과 수신 커버의 단면도이다.
도 2는 밀리미터파 레이더 장치에서 방출되는 밀리미터파 신호가 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 차량용 밀리미터파 투과 수신 커버를 투과하는 과정을 나타낸 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 차량용 밀리미터파 투과 수신 커버가 구비된 차량을 나타낸 개략도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 차량용 밀리미터파 투과 수신 커버로 제조된 차량의 그릴 및 엠블럼을 확대한 도면이다.
본 발명은 밀리미터파의 감쇄 및 전파손실을 줄임으로써 향상된 밀리미터파 전달 특성을 확보할 수 있는 차량용 밀리미터파 투과 수신 커버 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
차량에 응용되는 밀리미터파 레이더는 밀리미터파 레이더가 장착된 차량과 선행차량 사이의 거리 및 상대 속도 측정, 브레이크 제어, 차량과 차량 사이의 거리를 제어하기 위하여 사용되는 것으로서, 본 발명의 투과 수신 커버가 상기 밀리미터파 레이더 장치의 빔 경로에 배치된다. 구체적으로, 상기 밀리미터파 레이더는 투과 수신 커버의 흡수층, 수지층 및 증착층을 투과한다.
이하, 본 발명을 도 1a를 참조하여 상세하게 설명한다.
본 발명의 차량용 밀리미터파 투과 수신 커버(100)는 하면 수지층(150); 상기 하면 수지층의 상면에 구비되며, 증착층(120)의 측면 일부 또는 측면 전체에 탄소물질이 포함된 흡수층(130)이 형성된 연결층(140); 및 상기 연결층 상면에 구비되는 상면 수지층(110);을 포함하며,
상기 연결층(140)과 상면 수지층(110), 및 상기 연결층(140)과 하면 수지층(150)은 각각 폴리메틸메타크레이트(PMMA)계 접착제, 변성 PMMA계 접착제 및 에폭시계 접착제로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 접착제로 접착된다.
상면 수지층(110)
상기 상면 수지층(110)은 투과 수신 커버를 자동차에 설치 시 외부로 노출되는 수지층이다.
상면 수지층(110)의 종류로는 투명하고 강도가 우수하면서 밀리미터파가 투과시 감쇄 및 전파 손실이 적은 수지라면 특별히 한정되지 않지만, 바람직하게는 폴리카보네이트 수지, 아크릴로니트릴-에틸렌프로필렌고무-스티렌 공중합체 수지, 사이클로올레핀 수지 및 아크릴 수지로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 들 수 있다.
또한, 상면 수지층(110)의 표면에 상기 상면 수지층과 유전율이 유사한 실란계 코팅물질을 도포함으로써, 전파손실이 발생하지 않을 뿐만 아니라 상면 수지층의 내후성 및 내오염성을 향상시킬 수 있다.
연결층 (140); 증착층 (120)+흡수층(130)
상기 연결층(140)은 증착층(120)의 일부 또는 전체 면을 감싸도록 탄소물질이 포함된 흡수층(130)이 형성된 층으로서, 바람직하게 상기 흡수층(130)은 증착층(120)의 측면 및 하면에 형성된다. 상기 흡수층(130)이 증착층(120)의 상면까지 형성되는 경우에는 투과 수신 커버의 복소유전율이 오히려 낮아질 수 있다.
본 발명의 투과 수신 커버(100)는 종래와 같이 사출성형으로 제조되는 것이 아니라 접착제를 이용하여 연결층(140)과 상면 수지층(110), 연결층(140)과 하면 수지층(150)을 접착하여 제조된 것이다. 이렇게 접착제를 이용하는 경우에는 상기 두 개의 수지층(110, 150)과 접착제가 동일한 비유전율 및 선팽창 계수를 가져야 밀리미터파의 감쇄 및 전파손실을 줄일 수 있다.
그러나, 상기 접착제의 비유전율 및 선팽창 계수는 상기 두 개의 수지층(110, 150)의 일반적인 비유전율(2 내지 4 εr) 및 선팽창 계수와 일치하지 않고, 비유전율 및 선팽창 계수가 일치되도록 접착제를 제조하기 어려우므로 상기 접착제와 수지층의 비유전율 및 선팽창 계수의 차이를 극복하기 위하여 증착층(120)의 일부면(측면 및 하면)에 탄소물질이 포함된 흡수층(130)을 구비하여 두 개의 수지층(110, 150)과 연결층(140)의 비유전율과 선팽창계수의 차이를 최소한으로 줄인다. 이에 따라, 밀리미터파의 감쇄를 줄이고, 회절 및 투과에 의한 전파손실을 줄인다. 또한, 흡수층(130)에서 밀리미터파의 대부분을 흡수하여 반사되는 밀리미터파를 최대한 줄일 수 있다.
상기 증착층(120)은 규소산화물, 마그네슘산화물 및 알루미늄산화물, 주석 산화물, 아연산화물, 몰리브덴산화물 및 니켈산화물로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 금속산화물이 ALD, CVD, 진공증착, 스퍼터링, 랭뮤어-블로젯, 무전해 증착법, 졸-겔법 등의 방법을 통해 증착된 것으로서, 자동차 엠블럼 등의 디자인이 형성될 수 있으며 밀리미터파 레이더가 투과되는 빔 경로이다.
또한, 상기 증착층(120)은 흡수층(130)의 구비로 인해 두 개의 수지층(110, 150)과 비유전율과 선팽창계수의 차이를 최소한으로 줄이기 위하여 두께가 30 ㎛ 내지 4 mm인 것이 바람직하다.
또한, 상기 흡수층(130)은 종래 사출성형으로 제조되는 수신커버에 비하여 수신 감쇄율을 감소시킨다. 구체적으로 수지층인 폴리카보네이트 수지, 싸이클로 올레핀 수지의 수신 감쇄는 0.4 내지 10.0 dB, 바람직하게는 0.7 dB 내지 5 dB이다. 특히, 2.9 GHz 주파수를 사용시 감쇄율이 5 dB이하, 바람직하게는 1 내지 5 dB이므로 밀리미터파가 투과에 의해 발생되는 전파손실을 막을 수 있다.
상기 흡수층(130)은 열분해 그라파이트, 천연 그라파이트, 그래핀 및 카본블랙으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 탄소물질과 수지가 1 : 1 내지 10의 중량비, 바람직하게는 1 : 1 내지 5의 중량비로 혼합된 것이다. 탄소물질을 기준으로 수지의 함량이 상기 하한치 미만인 경우에는 내구성이 저하될 수 있으며, 상기 상한치 초과인 경우에는 원하는 효과를 얻을 수 없다.
상기 흡수층(130)에 이용되는 수지로는 폴리메틸메타크레이트(PMMA)계 수지, 변성 PMMA계 수지 및 에폭시계 수지로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 수지를 들 수 있으며, 흡수층(130)과 접착제층(160)의 유전율이 유사한 수준이 되도록 접착제와 동일한 물질을 사용하는 것이 바람직하다. 즉, 흡수층(130)에 폴리메틸메타크레이트(PMMA)계 수지를 사용하면 접착제로 동일한 폴리메틸메타크레이트(PMMA)계 수지를 사용한다.
또한, 흡수층(130)의 두께는 밀리미터파 파장 값의 0.25 이하로 구해지는 값으로서 식으로 표현하면 하기 [수학식 1]과 같다.
[수학식 1]
흡수층 두께(mm)= 밀리미터파 파장 X 0.25 이하
구체적으로, 상기 흡수층(130)의 두께는 10 ㎛ 내지 4 mm로서, 증착층(120)의 두께보다 더 두꺼우면 안된다. 흡수층의 두께가 상기 하한치 미만인 경우에는 두 수지층(110, 150)이 서로 접촉할 수 있고 증착층(120)이 손상될 수 있다. 또한, 상기 상한치 초과인 경우, 즉 증착층(120)보다 두께가 두꺼운 경우에는 증착층(120)과 두 수지층(110, 150) 사이에 공기층이 형성되어 밀리미터파의 감쇄 및 전파손실이 증가될 수 있다.
또한, 흡수층(130)의 유전율은 2 내지 3 ε이며, 투과율은 복소 유전율에 의해 좌우되는데, 상기 복소 유전율은 탄소물질의 상대밀도 및 입자크기에 의해 정해진다.
상기 흡수층(130)의 탄소물질로 사용되는 물질 중에서 바람직한 것은 열분해 그라파이트로서, 상기 열분해 그라파이트는 대한민국 등록특허 제1534530호에 따라 제조되거나 약 4000 ℃에서 탄화수소 가스를 통과시켜 제조된다. 이러한 열분해 그라파이트는 여러층의 탄소층으로 이루어져 먼 거리 밀리미터파를 송신 및 수신하는데 적합하다. 뿐만 아니라, 상기 열분해 그라파이트는 밀리미터파가 먼 거리까지 전달되도록 한다.
상기 흡수층(130)은 투과손실을 더욱 줄이며 접착제층(160), 두 개의 수지층(110, 150)과의 유전율을 고려하여 PMMA계 수지로 코팅될 수 있다.
접착제
본 발명에 사용되는 접착제는 연결층(140)의 가장자리, 즉 빔의 경로인 증착층(120)을 피하여 구비되며, 연결층(140)과 두 수지층(110, 150) 사이에 공간이 발생되지 않도록 밀착되게 접착시키며, 전파의 손실을 줄인다.
종래 사출성형을 통해 제조된 투과 수신 커버는 사출성형 시 발생하는 분사 압력에 의해 디자인이 변형되며, 상면 수지층(110)과 하면 수지층(150) 사이에 공간이 형성되어 밀리미터파의 감쇄 및 전파손실이 향상된다. 반면, 접착제를 이용하여 제조된 본 발명의 투과 수신 커버(100)는 디자인 변형이 발생되지 않아 원하는 디자인(증착층)을 확보할 수 있으며 부재들이 이격되는 것을 방지할 뿐만 아니라 상면 수지층(110), 하면 수지층(150) 및 연결층(140) 사이에 공간이 형성되지 않는다.
상기 접착제는 용매 프리, 상온경화타입의 접착제로서, 폴리메틸메타크레이트(PMMA)계 접착제, 변성 PMMA계 접착제 및 에폭시계 접착제로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상으로 이루어지며, 바람직하게는 PMMA계 접착제를 이용하고, 더욱 바람직하게는 상기 흡수층(130)에 사용된 수지와 동일한 물질의 접착제(수지)를 이용한다.
상기 폴리메틸메타크레이트(PMMA)계 접착제는 폴리메틸메타크레이트(PMMA) 100 중량부에 대하여 단량체 30 내지 70 중량부 및 경화제 0.5 내지 2 중량부로 이루어지며; 상기 변성 PMMA계 접착제는 변성 폴리메틸메타크레이트(PMMA) 100 중량부에 대하여 단량체 30 내지 70 중량부 및 경화제 0.5 내지 2 중량부로 이루어지고; 상기 에폭시계 접착제는 에폭시 100 중량부에 대하여 단량체 30 내지 70 중량부 및 경화제 0.5 내지 2 중량부로 이루어진다.
상기 단량체의 함량이 상기 범위를 벗어나는 경우에는 흡수층(130)이 구비되더라도 수지층과 유사한 비유전율 및 선팽창계수를 가질 수 없다. 또한, 상기 경화제의 함량이 상기 범위를 벗어나는 경우에는 상온에서 경화되지 못하여 제조에 어려움이 발생할 수 있다.
본 발명에 이용되는 상기 접착제의 유전율은 0.8 내지 1.5 εr로서, 상기 두 수지층(110, 150)의 유전율과 일치하지 않으므로 흡수층(130)과 함께 사용되어야 한다.
상기 변성 PMMA계 접착제는 폴리카보네이트 수지(상면 수지층)와 동일한 굴절율인 1.495 내지 1.590이다.
상기 접착제로 이루어진 접착제층의 두께는 각 구성들이 떨어지지 않고 접착되는 정도이면 특별히 한정되지 않지만, 바람직하게는 50 내지 100 ㎛이다.
하면 수지층(150)
상기 하면 수지층(150)은 투과 수신 커버를 자동차에 설치 시 외부로 노출되지 않고 후면에 구비되는 수지층이다.
하면 수지층(110)의 종류로는 투명하고 강도가 우수하면서 밀리미터파가 투과시 감쇄 및 전파 손실이 적은 수지라면 특별히 한정되지 않지만, 바람직하게는 아크릴-EPDM(ethylene propylene diene M-class) 수지이다.
이와 같이 제조된 차량용 밀리미터파 투과 수신 커버(100)의 복소 유전율은 상대밀도 0.3 dr을 기준으로 5.0 내지 8.0 εr 〃, 바람직하게는 5.5 내지 7.5 εr 〃이므로 투과율이 우수하다.
상기 상면 수지층(110), 연결층(140) 및 하면 수지층(150)의 두께는 1 : 1-0.6 : 1의 두께비(높이비)로 형성된다. 각 층의 두께비율이 상기 범위를 벗어나는 경우에는 밀리미터파의 감쇄 및 전파손실이 줄지 않을 수 있다.
또한, 본 발명은 차량용 밀리미터파 투과 수신 커버를 제조하는 방법을 제공한다.
본 발명의 차량용 밀리미터파 투과 수신 커버의 제조방법은 (A) 증착층의 측면 일부 또는 측면 전체에 탄소 물질이 포함된 흡수층을 구비하여 연결층을 형성하는 단계; (B) 상기 연결층 상면의 가장자리 일부 또는 가장자리 전체에 접착제를 도포한 후 상면 수지층을 접착하는 단계; 및 (C) 상기 연결층 하면의 가장자리 일부 또는 가장자리 전체에 접착제를 도포한 후 하면 수지층을 접착하는 단계;를 포함한다.
이와 같이 형성된 연결층, 상면 수지층 및 하면 수지층은 볼록 형상으로 형성되어 볼록한 형상의 투과 수신 커버가 제조된다(도 1b).
밀리미터파의 잘못된 수신을 방지하기 위하여, 금속광택을 갖는 레이더 장치는 가능한 적은 전파 강도를 감쇄할 필요가 있으므로 외부 컴포넌트 자체에 의한 전파의 감쇄를 방지하기 위해 흡수층(130), 접착제층(160) 및 수지층(110, 150)의 유전율 및 두께를 조절하여 증착층(120)에 의한 전파의 반사를 최소화시킨다.
상기 흡수층(130)에 밀리미터파가 입사되면 일부는 표면에서 반사되고 나머지는 흡수층(130)의 내부로 흡수된다. 내부로 흡수된 밀리미터파는 흡수층(130)의 감쇄정수에 의해 지수함수로 감쇄되는데, 흡수층(130)과 붙어있는 증착층(120)에 도달하면 밀리미터파가 완전히 반사된다. 상기 반사파는 다시 흡수층(130)에서 감쇄되면서 흡수층(130) 표면에 도달하고, 상기 도달한 밀리미터파는 흡수층(130) 표면에서 일부 반사되어 흡수층(130) 내부로 되돌아가고 나머지는 투과되어 흡수층(130) 외부로 빠져나간다, 흡수층(130) 표면에서의 반사파를 모두 합한 반사계수 는 하기 [수학식 2]로 표시할 수 있다.
[수학식 2]
Figure 112016021071507-pat00001
(상기 수학식 2에서, Er은 반사전계이고, En은 반사되어 나오는 수에 해당하는 전계이며, E0는 입사 전계이다.)
전파의 감쇄는 경로에 따라 지수적으로 감쇄함으로 1회의 왕복시에 대부분의 감쇄가 일어난다. 흡수층의 두께가 파장의 1/4의 홀수 정수배가 되었을 때에 이러한 조건이 만족함으로, 이러한 흡수층을 1/4파장 두께 전파 흡수층이라 부르며, 본 발명에서 흡수층(130)의 두께가 밀리미터파의 1/4 파장두께로 하였을 때 공기중에서 밀리미터파 상판이나 후판쪽 매질로 입사하는 밀리미터파를 파동으로 표현하고, 흡수층(130) 재료의 정수(투과율, 유전율)가 다음과 같은 식을 만족하는 경우에, 다음과 같은 [수학식 3]으로 나타낼 수 있다. 경계면에서의 반사 파워(R=ΓΓ*)는 다음과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 3]
Figure 112016021071507-pat00002
(상기 수학식 3에서, R은 반사파워 이고, μ〃은 복소유전율 실수부 실제 유전율이며, t 는 시간이고, λ는 파장이다.)
따라서 R이 최소값이 되기 위해서는 다음의 두 조건을 만족해야 한다.
[수학식 4]
Figure 112016021071507-pat00003
[수학식 5]
Figure 112016021071507-pat00004
(상기 수학식 4에서, μ′은 복소유전율 실수부이다.)
상기 실수부는 통상의 유전율을 의미하며, 허수부는 유전 손실을 의미한다. 외부 시변 전계의 주파수가 증가할 때 쌍극자 모멘트의 진동 제동(Damping)으로 인한 유전체 감쇄 손실 및 저항성 손실 효과 모두를 포함한다.
광대역 흡수층의 경우, [수학식 3]과 [수학식 4]의 조건을 사용하고자 하는 주파수 대역에서 만족시켜야 한다. 따라서 투과율의 허수값 μ〃(복소유전율 허수부)가 주파수 증가에 따라 선형적으로 감소해야 한다.
투과율의 메커니즘인 자기 도메인 벽(domain wall)의 이동이나 자화방향의 회전은 전기 유전율의 메카니즘에 비해서 느리다. 따라서 고주파 대역에서의 투과율은 전자파를 따라갈 수 없으며, 대부분의 물질에서 투과율의 허수값 μ〃는 20 GHz 이상의 주파수에서 거의 제로가 되는데, 본 발명은 탄소물질이 포함된 흡수층(130) 및 접착제층(160)을 사용함으로써 원하는 밀리미터파의 전자파를 흡수하여 수신 감쇄율을 최소화하는데 기여한다. 또한, 흡수층(130)과 하면 수지층(150)의 거리가 파장의 1/4일 경우 첫 번째 면에서 반사되는 빛에 대해 두 번째 반사면에서 반사되는 빛은 1/2파장만큼 지연되는데 1/2파장만큼의 지연은 위상으로 환산했을때 180°이므로 완전히 out of phase가 된다. 180° 위상차가 있는 파가 서로 간섭하면 상쇄간섭이 일어나므로 반사율은 최소가 된다. 즉, 반사율이 최소가 된다는 것은 투과율이 최대가 된다는 것이고 흡수층(120)에서의 투과율이 최대가 되려면 흡수층(120)의 두께는 1/4 파장이하가 되어야 한다([수학식 1]).
도 2는 밀리미터파 레이더 장치에서 방출되는 밀리미터파 신호가 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 차량용 밀리미터파 투과 수신 커버를 투과하는 과정을 나타낸 개략도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 밀리미터파 신호가 이동하는 경로에 투과 수신 커버가 구비되며, 밀리미터파 신호는 투과 수신 커버의 수지층(110, 150), 증착층(120) 및 흡수층(130)을 투과한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 차량용 밀리미터파 투과 수신 커버가 구비된 차량을 나타낸 개략도이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 차량용 밀리미터파 투과 수신 커버로 제조된 차량의 그릴 및 엠블럼을 확대한 도면이다.
본 발명의 차량용 밀리미터파 투과 수신 커버는 차량의 그릴의 전면 또는 그릴 뒤에 탑재될 수 있는데, 밀리미터파 투과 수신 커버의 증착층에 그릴의 형상 및 엠블럼을 형성할 수 있으므로 바람직하게는 도 3에 도시된 바와 같이 종래 차량의 전면 그릴 및 엠블럼을 밀리미터파 투과 수신 커버로 대체함으로써 그릴 및 엠블럼을 통해 밀리미터파를 송신 및 수신할 수 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.
제조예 1. 접착제(수지) 제조
폴리메틸메타크레이트(PMMA) 100 중량부에 대하여 메틸메타크레이트 40 중량부 및 2,2`-아조비스-이소부티로니트릴 1.5 중량부를 혼합하여 접착제를 제조하였다.
실시예 1. 흡수층에 열분해 그라파이트 사용
아크릴-EPDM 수지 상면에, 인듐합금으로 증착된 증착층의 측면 및 하면(하면 수지층 쪽)에 열분해 그라파이트를 포함하는 흡수층이 형성된 연결층을 형성한 후 상기 연결층 상면에 폴리카보네이트 수지를 형성하여 차량용 밀리미터파 투과 수신 커버를 제조하였다.
상기 아크릴-EPDM 수지와 연결층 및 폴리카보네이트 수지와 연결층은 연결층 가장자리에 제조예 1의 접착제를 도포하여 연결층과 각 수지를 접착시킨다.
이때, 상기 흡수층은 대한민국등록특허 제1534530호에 따라 제조 열분해 그라파이트와 제조예 1에서 제조된 수지를 1 : 7의 중량비로 혼합하여 제조하였다.
실시예 2. 흡수층에 천연 그라파이트 사용
실시예 1과 동일하게 실시하되, 흡수층에 사용되는 탄소물질로 천연 그라파이트를 사용하여 차량용 밀리미터파 투과 수신 커버를 제조하였다.
실시예 3. 흡수층에 그래핀 사용
실시예 1과 동일하게 실시하되, 흡수층에 사용되는 탄소물질로 그래핀을 사용하여 차량용 밀리미터파 투과 수신 커버를 제조하였다.
실시예 4. 흡수층에 카본블랙 사용
실시예 1과 동일하게 실시하되, 흡수층에 사용되는 카본블랙을 사용하여 차량용 밀리미터파 투과 수신 커버를 제조하였다.
비교예 1. 흡수층 생략
실시예 1과 동일하게 실시하되, 흡수층을 사용하지 않고 차량용 밀리미터파 투과 수신 커버를 제조하였다.
<시험예>
시험예 1. 복소 유전율 측정
실시예 및 비교예에 따라 제조된 밀리미터파 투과 수신 커버를 이용하여 자유공간(free space)방법으로 상기 [수학식 5]에 따라 측정함으로써 상대밀도에 따른 복소 유전율을 측정하였다.
구분 상대 밀도(dr) 복소 유전율(εr 〃)
실시예 1 0.10 1.90
0.15 2.14
0.20 4.18
0.25 5.53
0.30 7.02
0.35 7.59
실시예 2 0.10 1.95
0.15 3.16
0.20 5.82
0.25 5.99
0.30 -
0.35 -
실시예 3 0.10 1.75
0.15 2.03
0.20 3.11
0.25 4.38
0.30 5.27
0.35 -
실시예 4 0.10 5.23
0.15 -
0.20 -
0.25 -
0.30 -
0.35 -
비교예 1 0.10 1.64
0.15 -
0.20 -
0.25 -
0.30 -
0.35 -
표 1의 '-'는 측정이 불가한 것을 의미함.
복소 유전율이 높을수록 투과율이 우수하며 밀리미터파의 수신시 손실이 감소되는 것을 의미하는데, 위 표 1에 나타낸 바와 같이 본 발명의 실시예 1 내지 4에 따라 제조된 밀리미터파 투과수신 커버가 비교예 1에 비하여 복소 유전율이 월등히 높은 것을 확인하였다. 특히, 실시예 1은 상대밀도 0.35 dr까지 측정이 가능하였으며 가장 높은 복소 유전율을 보이는 것을 확인하였다.
100: 차량용 밀리미터파 투과 수신 커버
110: 상면 수지층 120: 증착층
130: 흡수층 140: 연결층
150: 하면 수지층 160: 접착제층

Claims (15)

  1. 하면 수지층;
    상기 하면 수지층의 상면에 구비되며, 증착층의 일부 또는 전체 면을 감싸도록 형성되고 열분해 그라파이트가 포함된 흡수층이 형성된 연결층; 및
    상기 연결층 상면에 구비되는 상면 수지층;을 포함하되,
    상기 연결층의 흡수층은 열분해 그라파이트와 수지가 1 : 1 내지 10의 중량비로 혼합된 것이고,
    상기 연결층의 증착층 두께는 30 ㎛ 내지 4 mm이며, 흡수층 두께는 10 ㎛ 내지 4 mm로서 증착층의 두께보다 두껍지 않고,
    상기 연결층과 상면 수지층, 및 상기 연결층과 하면 수지층은 각각 접착제로 접착되는 것을 특징으로 하는 차량용 밀리미터파 투과 수신 커버.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 흡수층은 탄소물질과, 폴리메틸메타크레이트(PMMA)계 수지, 변성 PMMA계 수지 및 에폭시계 수지로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 밀리미터파 투과 수신 커버.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 상기 흡수층의 두께는 밀리미터파 파장 값의 0.25 이하로 구해지는 값이며, 단위는 mm인 것을 특징으로 하는 차량용 밀리미터파 투과 수신 커버.
  6. 제1항에 있어서, 상기 증착층은 규소산화물, 마그네슘산화물 및 알루미늄산화물, 주석 산화물, 아연산화물, 몰리브덴산화물 및 니켈산화물로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 금속산화물이 증착된 것을 특징으로 하는 차량용 밀리미터파 투과 수신 커버.
  7. 제1항에 있어서, 상기 접착제는 폴리메틸메타크레이트(PMMA)계 접착제, 변성 PMMA계 접착제 및 에폭시계 접착제로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 접착제로 접착되는 것을 특징으로 하는 차량용 밀리미터파 투과 수신 커버.
  8. 제7항에 있어서, 상기 폴리메틸메타크레이트(PMMA)계 접착제는 폴리메틸메타크레이트(PMMA) 100 중량부에 대하여 단량체 30 내지 70 중량부 및 경화제 0.5 내지 2 중량부로 이루어진 것을 특징으로 하는 차량용 밀리미터파 투과 수신 커버.
  9. 제7항에 있어서, 상기 변성 PMMA계 접착제는 변성 폴리메틸메타크레이트(PMMA) 100 중량부에 대하여 단량체 30 내지 70 중량부 및 경화제 0.5 내지 2 중량부로 이루어진 것을 특징으로 하는 차량용 밀리미터파 투과 수신 커버.
  10. 제7항에 있어서, 상기 에폭시계 접착제는 에폭시 100 중량부에 대하여 단량체 30 내지 70 중량부 및 경화제 0.5 내지 2 중량부로 이루어진 것을 특징으로 하는 차량용 밀리미터파 투과 수신 커버.
  11. 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 단량체는 메틸메타크레이트(MMA) 또는 에틸메타크레이트(EMA)이며; 상기 경화제는 벤조일퍼옥사이드, 디이소부틸퍼옥사이드, 디(3-메톡시부틸)퍼옥시다이카보네이트, 1,1,3,3-테트라메틸부틸퍼옥시네오데칸산, 쿠메닐퍼옥시네오햅탄산, 테트라-아밀퍼옥시네오데칸산, 디이소프로필퍼옥시다이카보네이트, 테트라-부틸퍼옥시네오햅탄산, 테트라-부틸퍼옥시이소부틸레이트, 2,2`-아조비스-이소부티로니트릴, 2,2`-아조비스-메틸부티로니트릴, 2,2`-아조비스-2,4-디메틸발레로니트릴 및 4,4`-아조비스-4-시아노발레린산으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 차량용 밀리미터파 투과 수신 커버.
  12. 제1항에 있어서, 상기 차량용 밀리미터파 투과 수신 커버의 복소 유전율은 상대밀도 0.3 dr을 기준으로 5.0 내지 8.0 εr 〃인 것을 특징으로 하는 차량용 밀리미터파 투과 수신 커버.
  13. (A) 증착층 및 열분해 그라파이트이 포함되며 상기 증착층의 일부 또는 전체 면을 감싸도록 형성된 흡수층을 포함하여 연결층을 형성하는 단계;
    (B) 상기 연결층 상면의 가장자리 일부 또는 가장자리 전체에 접착제를 도포한 후 상면 수지층을 접착하는 단계; 및
    (C) 상기 연결층 하면의 가장자리 일부 또는 가장자리 전체에 접착제를 도포한 후 하면 수지층을 접착하는 단계;를 포함하되,
    상기 연결층의 흡수층은 열분해 그라파이트와 수지가 1 : 1 내지 10의 중량비로 혼합된 것이고,
    상기 연결층의 증착층 두께는 30 ㎛ 내지 4 mm이며, 흡수층 두께는 10 ㎛ 내지 4 mm로서 증착층의 두께보다 두껍지 않은 것을 특징으로 하는 차량용 밀리미터파 투과 수신 커버의 제조방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 연결층, 상면 수지층 및 하면 수지층은 볼록 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 밀리미터파 투과 수신 커버의 제조방법.
  15. 제1항의 차량용 밀리미터파 투과 수신 커버를 포함하는 차량.
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