KR20090099504A - 안테나 기판 및 이의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 패턴의 선폭이 100 마이크로미터 이하이고 선간 간격이 30 mm 이하인 안테나 패턴의 형태를 결정하는 단계; 투명기판의 적어도 일면에 전도성 재료를 포함하는 페이스트를 상기 결정된 패턴에 따라 인쇄하는 단계, 및 상기 인쇄된 전도성 재료를 포함하는 페이스트를 소성하여 전도성 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 안테나 기판의 제조방법 및 이 방법에 의하여 제조된 안테나 기판을 제공한다.

안테나

Description

안테나 기판 및 이의 제조방법{ANTENNA SUBSTRATE AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 안테나 기판 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 눈에 잘 띄지 않고 안테나 역할을 할 수 있는 전도성 패턴을 포함하는 안테나 기판 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

최근 자동차나 건축물에서 라디오나 위성방송 수신 등을 위한 안테나를 별도로 설치하지 않고, 유리에 안테나를 설치하는 경우가 많다. 이와 같은 안테나를 포함하는 유리(이하, 안테나 유리)는 특정 주파수의 송수신을 하는 것도 중요하지만 사람 눈에 거슬리지 않아야 한다. 이 때문에 기존의 안테나 유리는 ITO (Indium Tin Oxide) 스퍼터링(Sputtering)을 통해 제조하였다. 또 다른 방법으로는 사람이 인식하지 못할 정도의 미세 패턴을 Photo Lithography 방식으로 제조할 수 있다. 그러나 상기의 방법은 제조 공정이 복잡하고 재료의 낭비가 심하기 때문에 저렴하게 제조할 수 없어서 안테나 유리의 보편화에 걸림돌이 되어 왔다.

전술한 종래기술의 문제를 해결하기 위하여, 본 발명은 눈에 잘 띄지 않고 특정 주파수의 송수신이 가능한 안테나가 구비된 기판(이하, 안테나 기판이라 함)을 저비용으로 용이하게 제조하는 방법 및 이 방법에 의하여 제조된 안테나 기판을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 패턴의 선폭이 100 마이크로미터 이하이고 선간 간격이 30mm 이하인 안테나 패턴의 형태를 결정하는 단계; 투명기판의 적어도 일면에 전도성 재료를 포함하는 페이스트를 상기 결정된 패턴에 따라 인쇄하는 단계, 및 상기 인쇄된 전도성 재료를 포함하는 페이스트를 소성하여 전도성 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 안테나 기판의 제조방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 a) 투명기판, 및 b) 상기 투명기판의 적어도 일면에 배치되고 패턴의 선폭이 100 마이크로미터 이하이고 선간 간격이 30mm 이하인 전도성 패턴을 포함하는 안테나 기판을 제공한다. 상기 전도성 패턴은 오프셋 인쇄법, 그라비아 인쇄법, 플락소 인쇄법 또는 잉크젯 인쇄법이나, 상기 인쇄법들 중 1종 이상의 복합방법에 의하여 형성되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 안테나 기판의 제조방법은 선폭이 얇아 눈에 잘 띄지 않고 저항도 낮은 전도성 패턴을 갖는 안테나 기판을 제공할 수 있을 뿐만 아니라, 공정이 용이하고 비용도 저렴하다.

이하 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 안테나 기판의 제조방법은 패턴의 선폭이 100 마이크로미터 이하이고 선간 간격이 30mm 이하인 안테나 패턴의 형태를 결정하는 단계; 투명기판의 적어도 일면에 전도성 재료를 포함하는 페이스트를 상기 결정된 패턴에 따라 인쇄하는 단계, 및 상기 인쇄된 전도성 재료를 포함하는 페이스트를 소성하여 전도성 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

종래에는 포토리소그래피 방식으로 안테나 유리의 전도성 패턴을 형성하는 방법이 알려져 있었으나, 이와 같은 방식은 제조 공정이 복잡하고 고가의 비용이 소요되었다. 그러나, 본 발명에서는 전술한 선폭 및 선간격으로 안테나 패턴을 형성함으로써 눈에 띄지 않으면서도 안테나 역할을 할 수 있고, 비용이 비교적 적게 소요될 뿐만 아니라 제조 공정도 간단한 안테나를 구비한 기판을 제공할 수 있다. 이와 같은 안테나는 자동차 앞유리, 뒷유리, 옆유리와 같이 시야 확보가 중요한 위치에도 적용할 수 있다.

또한, 상기와 같이 패턴의 형태를 미리 결정하고, 인쇄방법에 의하여 상기 패턴의 형태 그대로 투명기판에 전도성 패턴을 형성함으로써, 최종 형성되는 전도성 패턴의 형태를 예측할 수 있다. 이에 따라 양산되는 안테나 패턴의 형태 및 성능을 예측할 수 있고 이들을 관리할 수 있다. 따라서, 무작위적으로 형성되는 패턴에 비하여 안테나의 상태 및 성능을 관리하는데 훨씬 유리하다.

또한, 전술한 패턴의 형태를 인쇄법에 의하여 형성함으로써 비용이 비교적 적게 소요될 뿐만 아니라 제조 공정도 간단하고, 선폭이 얇으며 정밀한 전도성 패 턴을 형성할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 인쇄법으로는 특별히 한정되지 않으며, 오프셋 인쇄법, 그라비아 인쇄법, 플락소 인쇄법 또는 잉크젯 인쇄법이나, 상기 인쇄법들 중 1종 이상의 복합방법이 사용될 수 있다. 상기 인쇄법은 롤 대 롤(roll to roll) 방법, 롤 대 평판(roll to plate), 평판 대 롤(plate to roll) 또는 평판 대 평판(plate to plate) 방법을 사용할 수 있다.

구체적으로, 오프셋 인쇄는 패턴이 새겨진 요판에 페이스트를 채운 후 블랑킷(blanket)이라고 부르는 실리콘 고무로 1차 전사를 시킨 후, 블랑킷과 투명기판을 밀착시켜 2차 전사를 시키는 방식으로 수행될 수 있다. 그라비아 인쇄는 롤 위에 패턴이 새겨진 블랑킷을 감고 페이스트를 패턴 안에 채운 후, 투명기판에 전사시키는 방식으로 수행될 수 있다. 본 발명에서는 상기의 방식 뿐만 아니라 상기 방식들이 복합적으로 사용될 수도 있다. 또한 그외의 당업자들에게 알려진 프린팅 방식을 사용할 수도 있다.

오프셋 프린팅의 경우, 블랑킷이 갖는 이형 특성으로 인하여 페이스트가 투명기판에 거의 대부분 전사되기 때문에 별도의 블랑킷 세정공정이 필요하지 않다. 상기 요판은 목적하는 전도성 패턴이 새겨진 유리를 정밀 에칭하여 제조할 수 있으며, 내구성을 위하여 유리 표면에 금속 또는 DLC(Diamond-like Carbon) 코팅을 할 수도 있다. 상기 요판은 금속판을 에칭하여 제조할 수도 있다.

본 발명에서는 보다 정밀한 전도성 패턴을 구현하기 위하여 오프셋 인쇄법이 가장 바람직하다. 도 1은 오프셋 인쇄방법을 예시한 것이다. 도 1에 따르면, 제1 단계로서 닥터 블레이드(Doctor Blade)를 이용하여 요판의 패턴에 페이스트를 채운 후, 블랑킷을 회전시켜 1차 전사하고, 제2 단계로서 블랑킷을 회전시켜 투명기판 표면에 2차 전사한다.

본 발명에 있어서, 상기 전도성 재료로는 열전도도가 우수한 금속을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 전도성 재료의 비저항 값은 1 microOhm cm 이상 200 microOhm cm 이하의 값을 가지는 것이 좋다. 전도성 재료의 구체적인 예로서, 구리, 은(silver), 탄소나노튜브(CNT) 등이 사용될 수 있고, 은이 가장 바람직하다. 본 발명에 있어서, 상기 전도성 재료는 입자 형태로 사용할 수 있다. 본 발명에 있어서, 전도성 재료로서 은으로 코팅된 구리 입자도 사용될 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 페이스트는 전술한 전도성 재료 이외에 인쇄 공정이 용이하도록 유기 바인더를 더 포함할 수도 있다. 상기 유기 바인더는 소성 공정에서 휘발되는 성질을 갖는 것이 바람직하다. 상기 유기 바인더로는 폴리아크릴계 수지, 폴리우레탄계 수지, 폴리에스테르계 수지, 폴리올레핀계 수지, 폴리카보네이트계 수지, 셀룰로오즈 수지, 폴리이미드계 수지, 폴리에틸렌 나프탈레이트계 수지 및 변성 에폭시 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.

페이스트와 유리와의 부착력을 향상시키기 위하여, 상기 페이스트는 글래스 프릿(Glass Frit)을 더 포함할 수 있다. 상기 글래스 프릿은 시판품으로부터 선택할 수 있으나, 친환경적인 납성분이 없는 글래스 프릿을 사용하는 것이 좋다. 이때 사용하는 글래스 프릿의 크기는 평균 구경이 2 마이크로미터 이하이고 최대 구경이 50 마이크로미터 이하의 것이 좋다.

필요에 따라, 상기 페이스트에는 용매가 더 추가될 수 있다. 상기 용매로는 부틸 카르비톨 아세테이트 (Butyl Carbitol Acetate), 카르비톨 아세테이트 (Carbitol acetate), 시클로 헥사논(Cyclohexanon), 셀로솔브 아세테이트 (Cellosolve Acetate) 및 테르피놀(Terpineol) 등이 있으나, 이들 예에 의하여 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.

본 발명에 있어서, 전도성 재료, 유기 바인더, 글래스 프릿 및 용매를 포함하는 페이스트를 사용하는 경우, 각 성분의 중량비는 전도성 재료 50-90%, 유기 바인더 1-20%, 글래스 프릿 0.1-10% 및 용매 1-20%로 하는 것이 좋다.

전술한 페이스트는 인쇄법에 의하여 전도성 패턴을 이루는 선의 선폭이 100 마이크로미터 이하, 바람직하게는 70 마이크로미터 이하, 더욱 바람직하게는 50 마이크로미터 이하, 더더욱 바람직하게는 30 마이크로미터 이하가 되도록 인쇄될 수 있다. 특히, 상기 선폭을 30 마이크로미터 이하로 하는 경우에는 전도성 패턴이 시각적으로 거의 눈에 띄지 않아 시야를 확보하는데 유리하다. 예컨대, 인쇄법에 의하여 상기 전도성 패턴의 선폭을 5 마이크로미터 이상 30 마이크로미터 이하로 할 수 있다.

본 발명에 있어서, 전술한 안테나 패턴은 전술한 방법에 의하여 선폭 및 선고가 균일하게 형성될 수도 있으며, 인위적으로 서로 다른 선폭 또는 선고를 포함하도록 조절될 수 있다. 즉, 상기 페이스트를 이용하여 인쇄법을 이용하는 경우 전도성 패턴의 선간 간격의 조절이 가능하다. 상기 전도성 패턴의 선간 간격이 30 mm이하인 것이 바람직하다. 상기 전도성 패턴이 서로 교차하지 않는 경우, 전도성 패 턴의 선간 간격은 200 마이크로미터 이상 30 mm이하로 인쇄되는 것이 바람직하다. 투명기판 표면으로부터의 선의 높이는 1 내지 100 마이크로미터, 바람직하게는 약 3 마이크로미터로 인쇄될 수 있다.

본 발명에서는 전술한 방법들에 의하여 패턴의 선폭 및 선고를 균일하게 할 수 있다. 본 발명에서는 패턴의 균일도는 선폭의 경우 ±3 마이크로미터 범위 이내로 할 수 있고, 선고의 경우 ±1 마이크로미터 범위 이내로 할 수 있다.

인쇄 패턴은 안테나 역할을 할 수만 있으면 되고 특정 형태로 제한되는 것은 아니다. 상기 안테나 패턴을 구성하는 선은 직선일 수도 있으나, 곡선, 물결선, 지그재그선 등 다양한 변형이 가능하다.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 전도성 패턴은 흑화될 수 있다. 고온에서 금속 재료를 포함하는 페이스트를 소성하게 되면 금속 광택이 발현되어 빛의 반사 등에 의하여 시인성이 나빠질 수 있다. 이와 같은 문제는 상기 전도성 패턴을 흑화시킴으로써 방지할 수 있다. 상기 전도성 패턴을 흑화시키기 위하여, 패턴 형성을 위한 페이스트에 흑화물질을 첨가하거나, 상기 페이스트를 인쇄 및 소성 후 흑화처리를 수행함으로써 전도성 패턴을 흑화시킬 수 있다.

상기 페이스트에 첨가될 수 있는 흑화물질로는 금속 산화물, 카본 블랙, 카본나노튜브, 흑색 안료, 착색된 글래스 프릿 등이 있다. 이 때 상기 페이스트의 조성은 전도성 재료는 50-90중량%, 유기 바인더는 1-20중량%, 흑화물질 1-10중량%, 글래스 프릿은 0.1-10중량%, 용매는 1-20중량%로 하는 것이 좋다.

상기 소성 후 흑화처리를 할 때 페이스트의 조성은 전도성 재료는 50-90중 량%, 유기 바인더는 1-20중량%, 글래스 프릿은 0.1-10중량%, 용매는 1-20중량%로 하는 것이 좋다. 소성 후 흑화 처리는 산화용액, 예컨대 Fe 또는 Cu 이온 함유 용액에 침지, 염소 이온 등 할로겐 이온 함유 용액에 침지, 과산화수소, 질산 등에의 침지, 할로겐 가스로의 처리 등이 있다.

본 발명에 있어서, 전술한 페이스트를 이용하는 경우, 페이스트를 목적하는 패턴의 형태로 인쇄한 후 소성 과정을 거치면 안테나 패턴이 형성된다. 이 때 소성온도는 특별히 한정되지 않으나, 500 ~ 800 ℃, 바람직하게는 600 ~ 700 ℃로 할 수 있다. 상기 패턴을 형성하는 투명기재가 유리인 경우, 필요한 경우 상기 소성 단계에서 상기 유리를 건축용 또는 자동차용 등의 목적 용도에 맞도록 성형을 할 수 있다. 예컨대 자동차용 유리를 곡면으로 성형하는 단계에서 상기 페이스트를 소성할 수도 있다. 또한, 상기 패턴을 형성하는 투명기재로서 플라스틱 기판 또는 필름을 사용하는 경우에는 비교적 저온에서 소성을 수행하는 것이 바람직하다. 예컨대 50 내지 350℃에서 수행할 수 있다.

본 발명에 따른 안테나 기판은 상기 투명기재의 전도성 패턴이 구비된 면에 구비된 추가의 투명기재를 포함할 수 있다. 상기 추가의 투명기재의 합착시 전도성 패턴과 추가의 투명기재 사이에 접합 필름을 끼워넣을 수 있다. 접합하는 과정에서 온도 및 압력을 조절할 수 있다.

하나의 구체적인 실시상태에 있어서, 전도성 패턴이 형성되어 있는 투명기재와 추가의 투명기재 사이에 접착필름을 삽입하고, 이를 진공백에 넣어 감압하며 온도를 올리거나, 핫롤을 이용하여 온도를 올려, 공기를 제거함으로써 1차 접합을 하 게 된다. 이 때 압력, 온도 및 시간은 접착필름의 종류에 따라 차이가 있지만 보통 300~700 토르의 압력으로, 상온에서 100 ℃까지 온도를 점진적으로 올릴 수 있다. 이 때 시간은 보통 1 시간 이내로 하는 것이 바람직하다. 1차 접합을 마친 예비 접합된 적층체는 오토클레이브에서 압력을 가하며 온도를 올리는 오토클레이빙 과정에 의하여 2차 접합 과정을 거치게 된다. 2차 접합은 접착필름의 종류에 따라 차이가 있지만, 140 bar 이상의 압력과 130~150 ℃ 정도의 온도에서 1 시간 내지 3 시간, 바람직하게는 약 2시간 수행한 후 서냉하는 것이 바람직하다.

또 하나의 구체적인 실시상태에서는 전술한 2단계의 접합 과정과는 달리 진공라미네이터 장비를 이용하여 1 단계로 접합하는 방법을 이용할 수 있다. 80~150 ℃까지 단계적으로 온도를 올리고 서냉하면서, 100 ℃까지는 감압(~5 mbar)을, 그 이후에는 가압(~1000 mbar)을 하여 접합을 할 수 있다.

상기 접합 필름의 재료로는 접착력이 있고 접합 후 투명하게 되는 어떤 물질이라도 사용할 수 있다. 예컨대 PVB 필름, EVA 필름, PU 필름 등이 사용될 수 있으나, 이들 예로만 한정되는 것은 아니다. 상기 접합 필름은 특별히 한정되지 않으나, 그 두께가 100 내지 800 마이크로미터인 것이 바람직하다.

상기 추가의 투명기재는 유리, 플라스틱 기판 또는 플라스틱 필름일 수 있다.

본 발명은 또한 a) 투명기판, 및 b) 상기 투명기판의 적어도 일면에 배치되고 패턴의 선폭이 100 마이크로미터 이하이고 선간 간격이 30mm 이하인 전도성 패턴을 포함하는 안테나 기판을 제공한다. 상기 전도성 패턴은 인쇄법에 의하여 형성 되는 것이 바람직하다. 상기 안테나 기판은 전도성 패턴이 배치된 면에 구비된 추가의 투명기재를 포함할 수 있다. 상기 추가의 투명기재는 유리, 플라스틱 기판 또는 플라스틱 필름일 수 있다.

인쇄법에 의하여 형성된 전도성 패턴은 페이스트의 종류나 인쇄법에 따라 다소 상이할 수 있으나, 표면장력에 의하여 표면이 라운드지게 형성될 수 있다. 이와 같은 표면 형상은 종래의 포토리소그래피법에 의하여는 형성할 수 없다. 상기 라운드지게 형성된 패턴의 수직 단면은 렌티큘러 렌즈 형상일 수 있다. 상기 패턴과 투명기판 표면과의 접촉점에서의 접선과 상기 투명기판의 표면과의 각은 80도 이하, 바람직하게는 75도 이하, 더욱 바람직하게는 60도 이하인 것이 바람직하다. 상기 패턴의 수직 단면의 라운드진 상부면에서 직선영역은 원주방향으로 50분의 1 이하인 것이 바람직하다.

상기 안테나 기판의 전도성 패턴의 선폭은 100 마이크로미터 이하, 바람직하게는 50 마이크로미터 이하, 더욱 바람직하게는 30 마이크로미터 이하, 더더욱 바람직하게는 25마이크로미터 이하이고, 선간 간격은 30mm이하, 선의 높이는 1 내지 100 마이크로미터, 더욱 바람직하게는 약 3 마이크로미터이다.

본 발명에 따른 안테나 기판은 저전압, 예컨대 30V 이하, 바람직하게는 20 V 이하에서도 성능이 우수하므로, 자동차 등에서도 유용하게 사용될 수 있다. 상기 안테나 기판의 저항은 5 오옴/스퀘어 이하, 바람직하게는 1 오옴/스퀘어 이하, 더욱 바람직하게는 0.5 오옴/스퀘어 이하이다.

본 발명에 따른 안테나 기판은 곡면을 이루는 형태일 수 있다.

본 발명에 따른 안테나 기판은 자동차, 선박, 철도, 고속철, 비행기 등 각종 운송 수단 또는 집이나 기타 건축물에 사용되는 유리에 적용될 수 있다. 특히, 본 발명에 따른 안테나 기판은 특히 일몰 후에 단일광원의 회절과 간섭에 의한 부작용을 최소화할 수 있고, 전술한 바와 같은 선폭으로 눈에 띄지 않게 형성할 수 있으므로, 종래기술과 달리 자동차와 같은 운송수단의 앞유리에 적용할 수도 있다.

도 1은 오프셋 인쇄 공정을 나타낸 모식도이다.

Claims (13)

1. 패턴의 선폭이 100 마이크로미터 이하이고 선간 간격이 30 mm 이하인 안테나 패턴의 형태를 결정하는 단계; 투명기판의 적어도 일면에 전도성 재료를 포함하는 페이스트를 상기 결정된 패턴에 따라 인쇄하는 단계, 및 상기 인쇄된 전도성 재료를 포함하는 페이스트를 소성하여 전도성 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 안테나 기판의 제조방법.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 인쇄는 오프셋 인쇄법, 그라비아 인쇄법, 플락소 인쇄법 또는 잉크젯 인쇄법이나, 상기 인쇄법들 중 1종 이상의 복합방법을 이용하는 것인 안테나 기판의 제조방법.
3. 청구항 1에 있어서, 상기 전도성 재료는 구리, 은 또는 탄소나노튜브(CNT)를 포함하는 것인 안테나 기판의 제조방법.
4. 청구항 1에 있어서, 상기 페이스트는 유기 바인더 및 글래스 프릿을 추가로 포함하는 것인 안테나 기판의 제조방법.
5. 청구항 1에 있어서, 상기 인쇄는 소성 후 인쇄 패턴의 선의 높이가 1 내지 100 마이크로미터가 되도록 수행하는 것인 안테나 기판의 제조방법.
6. 청구항 1에 있어서, 상기 투명기판의 전도성 패턴이 형성된 면에 추가의 투명기재를 적층하여 합착하는 단계를 더 포함하는 것인 안테나 기판의 제조방법.
7. 청구항 1에 있어서, 상기 투명기판은 유리 또는 플라스틱 기판인 것인 안테나 기판의 제조방법.
8. a) 투명기판, 및 b) 상기 투명기판의 적어도 일면에 배치되고 패턴의 선폭이 100 마이크로미터 이하이고 선간 간격이 30 mm 이하인 전도성 패턴을 포함하는 안테나 기판.
9. 청구항 8에 있어서, 상기 전도성 패턴은 오프셋 인쇄법, 그라비아 인쇄법, 플락소 인쇄법 또는 잉크젯 인쇄법이나, 상기 인쇄법들 중 1종 이상의 복합방법에 의하여 형성된 것인 안테나 기판.
10. 청구항 8에 있어서, 상기 전도성 패턴의 선의 높이가 1 내지 100 마이크로미터인 것인 안테나 기판.
11. 청구항 8에 있어서, 상기 전도성 패턴 상에 구비된 추가의 투명기재를 포함하는 것인 안테나 기판.
12. 청구항 8에 있어서, 상기 투명기판은 유리 또는 플라스틱 기판인 것인 안테나 기판.
13. 청구항 8에 있어서, 상기 안테나 기판은 자동차 앞유리 용인 것인 안테나 기판.

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