KR20140033566A - 열차단 및 열확산 기능 일체형 방열필름 - Google Patents

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KR20140033566A
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thermal
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성명석
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웅진케미칼 주식회사
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Abstract

본 발명은 방열필름에 관한 것으로서, 구체적으로 설명하면 본 발명의 방열필름은 수평방향으로의 열확산(열방출)이 우수하면서도, 수직방향으로의 열차단 기능이 우수할 뿐만 아니라, 기계적 물성이 우수한 바, 박형화 및 부품의 고집적화로 인한 방열이 문제시 되고 있는 소형 전자제품 및 박형화 디스플레이 제품 등의 방열문제 해결이 가능한 발명에 관한 것이다.

Description

열차단 및 열확산 기능 일체형 방열필름{A heat film with function of heat-shield and heat-diffusion}
본 발명은 방열필름에 관한 것으로서, 구체적으로는 열차단과 열확산 기능을 동시에 구현할 수 있는 방열필름에 관한 것이다
최근 디스플레이 전자제품은 고성능화와 소형화가 현저한 속도로 진행되고 있고, 전자제품의 내부에 내장된 전자부품의 대용량화ㆍ고집적화가 진행되고 있으며, 내부의 전자부품에서 많은 열이 발생하고 있다. 그리고, 발생한 열은 제품의 수명을 단축하거나 고장, 오동작을 유발하며, 심한 경우에는 폭발이나 화재의 원인이 되기도 한다.　 특히, 플라즈마 디스플레이 패널(PDP), LCD 모니터 등에서는 선명도, 색상도 등을 떨어뜨려 제품에 대한 신뢰성과 안정성을 저하시킨다.　
따라서, 전자부품에서 발생하는 열을 전자제품 외부로 배출 또는 냉각시키는 것이 방법으로 히트 싱크(heat sink)나 방열 팬(fan)을 설치하는 방법이 사용되었는데,　히트 싱크의 경우 전자제품에서 발생하는 열량보다 히트 싱크가 방출할 수 있는 열량이 작아 방열 효율이 매우 낮으며, 또한, 방열 팬의 경우에는 소음과 진동을 발생하며, 무엇보다 PDP, 노트북 컴퓨터, 휴대용 개인단말기 등과 같이 경량화와 슬림(slim)화가 요구되고 있는 제품에는 적용할 수 없는 문제점이 있다.　따라서, 경량화와 슬림화가 요구되는 전자제품 등에는 시트 또는 필름 상의 방열필름을 사용하는 것이 보편적이다.　
특히 방열성을 위한 베이스 기재로서 그라파이트 시트 또는 필름을 주로 사용하고 있는데, 그라파이트 시트는 고분자 필름을 열분해하여 제조된 것으로서, 이는 단결정에 가까워 파열 강도 및 인장 강도 등이 낮기 때문에 취급상의 문제점이 있다.　 또한, 점(접)착제를 이용하여 발열 부품에 부착하는 경우, 접착 계면에서 탄소 결정의 이탈로 쉽게 벗겨지는 문제점이 있다.　
이러한, 문제점을 개선하고자 그라파이트를 이용하여 금속성분의 방열 기재층을 코팅하는 기술이 나왔으나, 이 기술은 수직방향으로의 열방출을 차단하는 효과가 미흡하여, 최근 도입되고 있는 OLED 디스플레이 제품에 도입하기 어려운 문제가 있다.
특히 초소형 전자제품 및 OLED 디스플레이 제품은 열원과 발광원의 거리가 가까워 열로 인한 제품의 수명단축 및 색 변이가 문제시 되고 있는 바, OLED 등의 박형화된 디스플레이 및/또는 초소형 전자제품에 적용 가능한 새로운 방열수단이 필요한 실정이다.
이에 본 발명자들은 수평방향으로의 열확산(열방출)을 효과적으로 시키면서도 수직방향으로의 열차단이 동시에 가능한 새로운 방열필름을 제공하고자 한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명은 열차단 및 열확산 기능 일체형 방열필름에 관한 것으로서, 기재층 일측면에 단열층이 적층되고, 상기 기재층의 타측면에 열확산층이 적층된 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 본 발명의 방열필름은 열확산층 일측면에 단열층이 적층된 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 다른 바람직한 일실시예에 따르면, 본 발명의 방열필름은 기재층 일측면에 열확산층이 적층되고, 상기 열확산층의 타측면에 단열층이 적층된 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 또 다른 바람직한 일실시예에 따르면, 본 발명의 방열필름은 앞서 설명한 방열필름의 단열층 상단면에 이형필름층이 적층된 것을 특징으로 할 수 있으며, 나아가, 상기 단열층과 이형필름층 사이에 점착제층 또는 접착제층을 포함하고 있는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 본 발명의 방열필름을 구성하는 단열층은 분말 타입, 과립 타입 및 모노리스 타입 중에서 선택된 1종 이상 타입의 갖는 에어로겔을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있으며, 상기 분말 타입의 에어로겔을 사용하는 경우, 평균직경 0.1 ~ 20 ㎛ 인 것을 사용할 수 있다.
본 발명의 다른 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 에어로겔 분말은 소수화 표면처리된 실리카를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 또 다른 바람직한 일실시예에 따르면, 본 발명의 방열필름을 구성하는 열확산층은 은나노입자 및 은나노와이어 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있으며, 상기 은나노와이어는 평균길이 0.5 ~ 50 ㎛ 인 것을 사용할 수 있다.
또한, 열확산층은 폴리아닐린 수지 및 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜) 수지 중에서 선택된 1종 이상의 고분자 수지를 더 포함할 수 있으며, 나아가 상기 열확산층은 단일벽 탄소나노튜브 및 다중벽 탄소나노튜브 중에서 선택된 1종 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 본 발명의 방열필름을 구성하는 기재층은 금속 박막 또는 금속 메시로 구성되며, 상기 금속 박막 또는 금속 메시는 알루미늄(Al), 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu), 니켈(Ni), 주석(Sn), 아연(Zn), 텡스텐(W) 및 철(Fe) 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 합금을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 바람직한 일실시예로서, 본 발명의 방열필름은 총 두께가 25 ~ 300 ㎛인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에서 사용하는 용어인 “방열필름”은 시트(sheet) 및/또는 필름(film) 형태를 모두 포함하는 용어로서, 발명의 이해를 위해 방열필름으로 통일하여 표현한 것이다. 그리고, 본 발명에서 사용하는 용어인 “일측면”, “타측면”은 층간의 적층되는 방향 또는 위치를 의미하며, 또한 “일측면 또는 타측면에 적층”된다는 의미는 특정 층에 다른 층을 코팅시켜 직접 접합면을 형성시키거나 또는 접착제(또는 점착제) 등의 수단을 이용하여 층들을 접합시키는 것을 포함하는 의미한다.
본 발명의 방열필름은 수평방향으로의 열확산(열방출)이 우수하면서도, 수직방향으로의 열차단 기능이 우수할 뿐만 아니라, 열내구성 등의 기계적 물성이 우수한 바, 박형화 및 부품의 고집적화로 인한 방열이 문제시 되고 있는 태블릿 pc, 핸드폰 등의 소형 전자제품 등의 방열문제 해결이 가능하며, 특히, LCD 및 OLED 디스플레이 제품에 적용함으로써, LCD 및 OLED 디스플레이의 수명연장 및 색 변이 문제 해결이 가능하다.
도 1 ~ 4는 본 발명의 방열필름의 일실시예를 나타낸 개략도이다.
이하에서는 본 발명에 대하여 더욱 상세하게 설명을 한다.
본 발명은 열차단 및 열확산 기능 일체형 방열필름에 관한 것으로서, 본 발명의 방열필름은 도 1에 나타낸 바와 같이 열확산층(104) -> 기재층(103) -> 단열층(102) 순으로 적층된 구조를 포함할 수 있다. 그리고, 도 2에 나타낸 바와 같이 상기 단열층(102)의 상단에 이형필름층(100)을 더 포함할 수 있으며, 또한, 상기 단열층과 이형필름층 사이에 점착층 또는 접착체층(101)을 형성시킬 수 있으며, 나아가 열확산층, 기재층 및 단열층 각각의 층 사이에도 점착층 또는 접착체층을 추가적으로 포함할 수 있다.
[단열층]
본 발명의 방열필름을 구성하는 상기 단열층은 수직방향으로의 열을 차단하는 역할을 하며, 상기 단열층은 분말 타입, 과립 타입 및 모노리스 타입 중에서 선택된 1종 이상 타입의 갖는 에어로겔을 포함하며, 바람직하게는 분말 타입 또는 과립 타입의 에어로겔을 사용하는 것이 단열 성능면에서 좋다.이때, 상기 에어로겔 분말은 소수화 표면처리된 실리카를 사용하는 것이 좋으며, pH 3 ~ 5 분위기 하에서, 염산(HCl)과 물유리(35% SiO2)를 반응시켜 실리카 습윤겔을 제조한 후, 메탄올, 트리메틸클로로실란 및 n-헥산의 혼합용액에 상기 실리카 습윤겔을 넣어서, 120~150℃ 로 가열하고 4 ~ 6시간 동안 환류(reflux)하여 실리카 습윤겔의 표면을 소수화 표면처리를 수행한 다음 140 ~ 160℃에서 건조시킴으로써 제조할 수 있다. 그리고, 상기 에어로겔 분말은 평균입경 0.1 ~ 20㎛인 것을, 바람직하게는 0.3 ~ 10 ㎛인 것을 사용하는 것이 좋으며, 평균입경이 20 ㎛를 초과하면 단열층 내부에 에어로겔 분말의 분산도가 떨어져서 열차단 효과가 감소하는 문제가 있으며, 평균입경이 0.1 ㎛ 미만이면 취급이 용이하지 않고, 제조가 쉽지 않아서 비경제적인 바, 상기 범위 내의 평균입경을 갖는 에어로겔 분말을 사용하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 단열층은 에어로겔의 바인더 역할을 하는 바인더 수지를 더 포함할 수 있으며, 통상적으로 접착성을 갖는 바인더 수지를 사용할 수 있는데, 본 발명에서 특별히 한정하지는 않으나, 아크릴계 수지, 에폭시계 수지, 우레탄계 수지 및 우레아계 수지 중에서 선택된 1종 이상의 바인더 수지를, 바람직하게는 아크릴계 수지 또는 우레탄계 수지를 사용하는 것이 에어로겔과의 상용성 면에서 바람직하다.
상기 단열층은 평균두께가 10 ~ 100 ㎛인 것이, 바람직하게는 두께가 20 ~ 80 ㎛인 것이 좋으며, 100 ㎛를 초과하면 단열효과가 증대하나 전체적인 방열필름 두께가 증대하게 되는 문제가 있을 수 있고, 10 ㎛ 미만이면 단열효과가 떨어질 수 있으므로 상기 범위 내의 평균두께를 갖는 것이 좋다.
[열확산층]
본 발명의 방열필름을 구성하는 상기 열확산층은 은나노입자(silver nanoparticle) 및 은나노와이어 중에서 선택된 1종 이상을, 바람직하게는 은나노와이어(silver nanowire) 포함할 수 있으며, 상기 은나노와이어는 평균길이 10 ~ 100㎛인 것을, 바람직하게는 20 ~ 80㎛인 사용하는 것이 좋다. 이때, 상기 은나노와이어의 평균길이가 100㎛를 초과하면 열확산층 제조시, 은나노와이어간에 뭉치는 현상이 발생할 수 있으며, 10㎛ 미만이면 가격이 너무 비싸고 취급이 용이하지 않으므로 상기 범위 내의 평균길이를 갖는 은나노와이어를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 열확산층은 바인더 역할을 하는 고분자 수지를 더 포함할 수 있는데, 상기 고분자 수지로는 특별히 한정하지는 않으나, 열전도율이 우수한 폴리아닐린(polyaniline) 수지 및 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)(poly(3,4-ethylenedioxythiophene), 이하, PEDOT로 칭한다.) 수지 중에서 선택된 1종 이상의 고분자 수지를 더 포함할 수 있으며, 바람직하게는 PEDOT를 포함할 수 있다.
그리고, 열확산층은 상기 은나노와이어 및 상기 PEDOT를 1 : 0.5 ~ 2 중량비로, 바람직하게는 1 : 0.8 ~ 1.5 중량비로 포함할 수 있으며, 은나노와이어와 PEDOT 수지가 1 : 0.5 중량비 미만이면 값비싼 은나노와이어의 사용량 증대로 경제성이 매우 떨어질 뿐만 아니라 기계적 물성이 감소하는 문제가 발생할 수 있으며, 은나노와이어와 PEDOT 수지가 1 : 1.5 중량비를 초과하면 열확산층에 존재하는 은나노와이어 사용량이 적어서 열확산층의 수평방향으로의 열방출 효과가 크게 감소할 수 있으므로 상기 범위 내에서 사용하는 것이 좋다.
또한, 상기 열확산층은 단일벽 탄소나노튜브 및 다중벽 탄소나노튜브 중에서 선택된 1종 이상을 더 포함으로써, 은나노와이어와 함께 열확산층의 수평방향으로의 열방출 효과를 증대시킬 수 있다.
상기 열확산층은 평균두께가 10 ~ 100 ㎛인 것이, 바람직하게는 두께가 20 ~ 80 ㎛인 것이 좋으며, 100 ㎛를 초과하면 은나노와이어 사용증대에 따른 경제성이 저하되고, 10 ㎛ 미만이면 충분한 열확산 효과를 볼 수 없을 수 있으므로 상기 범위 내의 평균두께를 갖는 것이 좋다.
[기재층]
본 발명의 방열필름을 구성하는 기재층은 금속 박막 또는 금속 메시 형태일 수 있으며, 상기 금속 박막 또는 금속 메시는 알루미늄(Al), 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu), 니켈(Ni), 주석(Sn), 아연(Zn), 텡스텐(W) 및 철(Fe) 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 합금을 포함할 수 있고, 바람직하게는 알루미늄 또는 구리 중에서 선택된 금속; 또는 알루미늄과 니켈의 합금 또는 구리와 니켈의 합금을 포함할 수 있다. 그리고, 상기 기재층은 평균두께가 5 ~ 50 ㎛인 것을, 바람직하게는 10 ~ 30 ㎛인 것을 사용하는 것이 좋다.
[이형필름층 및 접착제층]
본 발명의 방열필름에 사용되는 이형필름층은 단열층을 보호하는 역할을 하며, 당업계에서 사용하는 일반적인 이형필름을 사용할 수 있으며, 본 발명에서 특별히 한정하지는 않으나, 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지, 폴리에틸렌 수지 또는 폴리프로필렌 수지 중에서 선택된 1종 이상의 수지를 함유한 필름을 사용하는 것이 바람직하다.
그리고, 이형필름층과 단열층 사이에 접착제층(또는 점착제층)을 형성시킬 수 있으며, 사용할 수 있는 점착제 또는 접착제는 당업계에서 일반적으로 사용할 수 있는 것을 사용할 수 있고, 특별히 한정하지는 않는다. 그리고, 상기 접착제층(또는 점착제층)의 평균두께는 특별히 한정하지는 않으나, 방열필름의 박형화 측면에서 이형필름층과 단열층과의 접착(또는 점착)이 유지될 수 있는 범위로 최소한 얇게 형성시키는 것이 바람직하며, 또한, 전체 접합이 아닌 부분 접합 형태로 접착층(또는 점착층)을 형성시킬 수도 있다.
본 발명의 다른 태양의 방열필름은 도 3에 나타낸 바와 같이 기재층(103) 없이 열확산층(104) -> 단열층(102) 순으로 적층된 구조를 포함할 수 있으며, 나아가 도 4에 나타낸 바와 같이 기재층(103) -> 열확산층(104) -> 단열층(102) 순으로 적층된 구조를 포함할 수 있다.
그리고, 열확산층과 단열층의 접합을 증대시키기 위해서 열확산층과 접합되는 단열층 표면을 플라즈마 처리, 방사선 처리 등을 통한 표면개질 후, 열확산층을 코팅시킬 수 있으며, 또한, 열확산층과 단열층 사이에 점착제층 또는 접착제층을 형성시킬 수 도 있다.
또한, 열확산층과 단열층, 기재층과 열확산층의 층 사이에도 점착층 또는 접착체층을 추가적으로 포함할 수 있다.
또한, 상기 단열층 상단에 도 2와 같이 이형필름층 및/또는 접착제층(또는 점착제층)을 형성시킬 수도 있다.
그리고, 기재층, 열확산층, 단열층, 이형필름층 및 점착제(또는 접착제층)의 특징은 앞서 설명한 바와 동일하다.
본 발명의 방열필름은 총 두께가 25 ~ 300 ㎛인 것이, 바람직하게는 전체 두께가 50 ~ 200 ㎛인 것이, 더욱 바람직하게는 50 ~ 150 ㎛인 것이 좋으며, 전체 두께가 300 ㎛를 초과하면 방열필름 자체가 너무 두꺼워져서 박형화가 되지 않으며, 25 ㎛ 미만이면 상대적으로 각 층의 두께가 너무 얇아서 충분한 열확산 및 열차단 효과를 볼 수 없을 수 있고, 취급성 및 기계적 물성이 나빠질 수 있으므로 상기 범위 내의 두께를 갖는 것이 좋다.
이하에서는 본 발명을 실시예에 의거하여 더욱 자세하게 설명을 한다. 그러나, 본 발명의 권리범위가 하기 실시예에 의해 한정되는 것을 아니다.
[ 실시예 ]
실시예 1 : 열확산층 - 기재층 -단열층
(1) 기재층 -단열층 형성
pH 4 분위기 하에서, 1N 염산(HCl)과 물유리(35% SiO2)를 반응시켜 실리카 습윤겔을 제조하였다.
다음으로 메탄올(제조사:대정, 순도:≥99%), 트리메틸클로로실란(제조사: Fluka, Pursis Grade) 및 n-헥산(제조사: 대정, 상품명: 4081-4100, 순도:>96%)을 부피비 1:1:1로 혼합한 혼합용액을 제조한 후, 상기 혼합용액에 상기 실리카 습윤겔을 넣고, 130℃에서 5시간 동안 환류(reflux)하여 소수화 표면처리를 수행하였다.
다음으로 소수화 처리된 실리카 겔을 여과하고 150℃에서 2시간 동안 건조시켜 평균직경 0.5 ㎛의 에어로겔 분말을 얻었다.
다음으로, 상기 에어로겔 분말과 PMMA(polymethylmethacrylate) 수지를 0.05:1 중량비로 혼합한 단열 혼합물을 바코팅을 이용하여 평균두께 20 ㎛의 동박(기재층)에 적층하여 평균두께 50 ㎛의 단열층을 형성시켰다.
(2) 열확산층 형성
교반되는 반응 베셀(vessel) 내에서, 160℃로 유지된 100 ㎖의 에틸렌글리콜(EG) 용액에 10 ㎖의 질산은(silver nitrate)함유 에틸렌글리콜 용액(질산은의 농도: 1.5 × 10-4 mol/L)을 일정한 유량으로 10초 동안 투입하였다. 그 후에, 5분 동안 160℃로 유지시키면서 은 이온을 환원시킴으로써 은 나노시드를 제조하였다.
다음으로 상기 은 나노시드에 100 ㎖의 질산은(silver nitrate) 함유 에틸렌글리콜 용액(질산은의 농도: 1.0 × 10-1 mol/L) 및 100 ㎖의 PVP(polyvinyl pyrrolidone) 함유 에틸렌글리콜 용액(PVP의 농도: 5.0 × 10-1mol/L)을 일정한 유량으로 120분 동안 투입하였다. 그 후에, 5 시간 동안 160℃로 유지시키면서 은 이온을 환원시킴으로써 브랜치드(branched) 은나노와이어를 제조하였다. 반응이 완료된 후 온도를 상온으로 낮추고, 아세톤 및 에탄올을 이용하여 상기 브랜치드 은나노와이어를 세척하여, 평균길이 20 ㎛의 은나노와이어를 제조하였다.
다음으로 상기 제조한 은나노와이어 및 바인더 수지를 4:1 중량비로 혼합하여 열확산 혼합물을 제조한 후, 상기 열확산 혼합물을 상기 단열층을 형성시킨 기판의 기재층 상에 코팅함으로써 평균두께 40 ㎛ 코팅막을 형성하였다. 그 후에, 120℃에서 1시간 동안 상기 코팅막을 어닐링(annealing)하여, 도 1에 나타낸 바와 같은 열확산층(평균두께 40 ㎛)-기재층(평균두께 20 ㎛)-단열층(평균두께 50 ㎛)을 포함하는 방열필름을 제조하였다.
실시예 2 : 열확산층 -단열층
상기 실시예 1과 동일한 방법으로 소수화 표면처리된 에어로겔 분말을 제조한 후, 에어로겔 분말과 PMMA를 0.05 : 1 중량비로 혼합한 단열 혼합물을 유리기판에 바코팅시켜서 평균두께 50 ㎛의 단열필름(단열층)을 제조하였다.
다음으로 상기 단열필름의 일면에 실시예 1에서 제조한 열확산 혼합물을 바코터를 이용하여 코팅한 후, 어닐링(annealing)을 수행하여 평균두께 40 ㎛의 열확산층을 형성시켜서, 도 3에 나타낸 바와 같은 열확산층(평균두께 40 ㎛)- 단열층(평균두께 50 ㎛)을 포함하는 방열필름을 제조하였다.
실시예 3 : 기재층 - 열확산층 -단열층
동박에 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 제조한 열확산 혼합물을 바코터를 이용하여 코팅한 후, 어닐링(annealing)을 수행하여 기재층(평균두께 20 ㎛)-열확산층(평균두께 40 ㎛)을 제조하였다.
다음으로 실시예 1과 동일한 방법으로 제조한 단열 혼합물을 열확산층의 일면(기재층과 열확산층의 접합면의 반대면) 바코팅시켜서 평균두께 50 ㎛의 단열층을 형성시켜서, 기재층-열확산층-단열층을 포함하는 방열필름을 제조하였다.
실시예 4 : 열확산층 - 기재층 -단열층
상기 실시예 1과 동일한 방법으로 방열필름을 제조하되, 동박 대신 알루미늄 박막(평균두께 20 ㎛)을 기재층으로 사용하였다.
실시예 5 : 열확산층 - 기재층 -단열층
상기 실시예 1과 동일한 방법으로 단열 혼합물을 바코팅을 이용하여 동박에 적층하여 단열층(평균두께 50 ㎛)을 형성시켰다.
다음으로 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 열확산 혼합물을 제조하되, 은나노와이어 대신 은 나노입자(평균입경 70nm)를 사용하여 열확산 혼합물을 제조한 후, 앞서 제조한 단열층과 기재층의 접합면의 타측면에 상기 혼합물을 바코터를 이용하여 코팅한 후, 어닐링(annealing)을 수행하여 열확산층(평균두께 40 ㎛)-기재층(평균두께 20 ㎛)-단열층(평균두께 50 ㎛)을 포함하는 방열필름을 제조하였다.
실시예 6 : 열확산층 - 기재층 -단열층
상기 실시예 1과 동일한 방법으로 방열필름을 제조하되, 열확산층(평균두께 60 ㎛)-기재층(평균두께 20 ㎛)-단열층(평균두께 80 ㎛)을 포함하는 방열필름을 제조하였다.
실시예 7 : 열확산층 - 기재층 -단열층
상기 실시예 1과 동일한 방법으로 방열필름을 제조하되, 평균길이 50 ㎛의 은나노와이어를 사용하여 열확산층(평균두께 40 ㎛)-기재층(평균두께 20 ㎛)-단열층(평균두께 50 ㎛)을 포함하는 방열필름을 제조하였다.
비교예 1 : 열확산층 - 기재층 -단열층
상기 실시예 1과 동일한 방법으로 방열필름을 제조하되, 은나노와이어 대신 그라파이트 분말(평균직경 100 nm)을 사용하여 열확산층(평균두께 40 ㎛)-기재층(평균두께 20 ㎛)-단열층(평균두께 50 ㎛)을 포함하는 방열필름을 제조하였다.
비교예 2 : 열확산층 - 기재층
단열층을 채용하지 않은 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 열확산층(평균두께 40 ㎛)-기재층(평균두께 20 ㎛)을 포함하는 방열필름을 제조하였다.
비교예 3 : 열확산층 - 기재층 -단열층
상기 실시예 1과 동일한 방법으로 방열필름을 제조하되, 평균길이 65 ㎛의 은나노와이어를 사용하여 열확산층(평균두께 40 ㎛) -기재층(평균두께 20 ㎛)-단열층(평균두께 50 ㎛)을 포함하는 방열필름을 제조하였다.
실험예 1 : 열전도율 측정
상기 실시예 1 ~ 6 및 비교예 1 ~ 2에서 제조한 방열필름을 30 cm × 30 cm 로 절단하여 시편을 제조한 후, 이의 열전도열을 측정하였으며 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
수평방향으로의 열전도율은 크세논 플래시 애널라이저 「LFA-447형」(네취사제)을 사용하는 펄스가열법에 의해 측정하였으며, 수직방향으로의 열전도율은 HFM(Heat Flow Meter, Netsch, HFM-436/3/1 Lambda)법으로 측정하였는데, 상기 시편 각각의 상하부에 각각 알루미늄 호일을 부착하여 측정샘플을 제작한 후 HFM 플레이트(plate) 사이에 측정샘플을 넣고 열전도율을 측정하였다.
구분 열전도율
(수직) 		열전도율
(수평)
실시예 1 0.012
W/mK		 40
W/mK
실시예 2 0.024
W/mK		 35
W/mK
실시예 3 0.014
W/mK		 39
W/mK
실시예 4 0.011
W/mK		 32
W/mK
실시예 5 0.037
W/mK		 30
W/mK
실시예 6 0.010
W/mK		 41
W/mK
실시예 7 0.014
W/mK		 35
W/mK
비교예 1 0.89
W/mK		 25
W/mK
비교예 2 6.04
W/mK		 34
W/mK
비교예 3 1.84
W/mK		 21
W/mK
본 발명이 제시하는 실시예 1 ~ 6의 방열필름은 전반적으로 수평 방향으로의 열전도율이 좋으나, 수직 방향으로의 열전도율은 크게 떨어지는 것을 확인할 수 있다.
그러나, 열확산층에 은나노와이어 대신 그라파이트 분말을 사용한 비교예 1의 경우, 수평 방향으로의 열 전도율이 본 발명 보다 다소 크게 떨어지는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 단열층을 사용하지 않은 비교예 2의 경우, 수평 방향으로의 열전도율은 매우 우수한, 수직방향으로의 열전도율이 매우 저조한 것을 확인할 수 있었다.
또한, 평균길이 50 ㎛를 사용하여 제조한 방열필름(실시예 7)과 65 ㎛의 은나노와이어를 사용하여 제조한 방열필름(비교예 3)을 비교해보면, 비교예 3의 방열필름의 수평 열전도율이 크게 떨어졌는데, 이는 은나노와이어의 길이가 너무 길어서 은나노와이어들끼리 뭉쳐서 열확산층에 고르게 분산되지 못했기 때문으로 판단된다.
실험예 2 : 열내구성 측정
상기 실시예 1 ~ 7 및 비교예 1 ~ 3에서 제조한 방열필름의 열내구성을 아래와 같이 수행하였으며 그 결과를 표 2에 나타내었다.
열내구성 실험은 실시예 1 ~ 7 및 비교예 1 ~ 3에서 제조한 방열필름 각각을 20 ㎝ × 40 ㎝로 절단하여 시편을 제조한 후, 방열필름을 열확산층이 하부로 가도록 열판에 올려놓은 후, 70℃로 1시간 동안 열을 가하여 방열필름이 변형이 발생하는지 여부를 측정하여 열내구성 측정을 하였다.
구분 변형발생 여부
실시예 1 ○
실시예 2 ○
실시예 3 ○
실시예 4 ○
실시예 5 ○
실시예 6 ○
실시예 7 ○
비교예 1 △
비교예 2 ○
비교예 3 ×
○: 변형 없음 / △: 약간의 구부러짐이 있음
/ × : 심한 구부러짐이 있음.
상기 열내구성 측정을 통하여, 본 발명의 방열필름(실시예 1 ~ 실시예 7)이 수평 방향으로 우수한 열전도율을 갖으면서도, 수직 방향으로의 열차단 효과가 있기 때문에 우수한 열내구성을 갖는 것을 확인할 수 있었다. 그러나, 그라파이트 분말을 열확산층에 도입한 방열필름인 비교예 1의 경우, 필름이 약간 구부러졌었다. 또한, 비교예 3의 경우 수평 방향으로의 열방출이 잘 되지 않아서 방열필름 자체의 내부 온도가 증가하여 필름이 휘는 문제가 발생하였다.
그리고, 단열층을 형성시키지 않은 비교예 2의 경우 단열층이 없는 관계로 오히려 수직 방향으로의 열방출이 수월하여 변형이 발생하지 않았었다.
상기 실시예 및 실험예를 통하여 본 발명의 방열필름이 수평 방향으로 열확산 기능이 우수하면서도 수직 방향으로의 열차단 기능이 우수하며 또한 열내구성이 우수함을 확인할 수 있었다.
이와 같은 본 발명의 방열필름은 박형화, 소형화, 기능 집적화로 인한 전자제품의 내부 발생열을 외부로 수월하게 방출시키는 바, 이에 한정되는 것은 아니나, 특히 디스플레이 제품, 소형 전자제품 등에 사용하기에 매우 적합하다고 판단된다.
100 : 이형필름, 101 : 접착층(또는 점착층)
102 : 단열층 103 : 기재층
104 : 열확산층

Claims (15)

  1. 기재층 일측면에 단열층이 적층되고, 상기 기재층의 타측면에 열확산층이 적층된 것을 특징으로 하는 열차단 및 열확산 기능 일체형 방열필름.
  2. 열확산층 일측면에 단열층이 적층된 것을 특징으로 하는 열차단 및 열확산 기능 일체형 방열필름.
  3. 기재층 일측면에 열확산층이 적층되고, 상기 열확산층의 타측면에 단열층이 적층된 것을 특징으로 하는 열차단 및 열확산 기능 일체형 방열필름.
  4. 제1항 내지 제3항 중에서 선택된 어느 한 항에 있어서, 상기 단열층의 상단면에 이형필름층이 적층된 것을 특징으로 하는 열차단 및 열확산 기능 일체형 방열필름.
  5. 제4항에 있어서, 상기 단열층과 이형필름층 사이에 점착제층 또는 접착제층을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 열차단 및 열확산 기능 일체형 방열필름.
  6. 제1항에 있어서, 상기 열확산층과 기재층 사이 또는 상기 기재층과 단열층 사이에 점착제층 또는 접착제층을 더 포함하는 것을 특징으로 열차단 및 열확산 기능 일체형 방열필름.
  7. 제1항 내지 제3항 중에서 선택된 어느 한 항에 있어서, 상기 단열층은
    분말 타입, 과립 타입 및 모노리스 타입 중에서 선택된 1종 이상 타입의 갖는 에어로겔을 포함하는 것을 특징으로 하는 열차단 및 열확산 기능 일체형 방열필름.
  8. 제7항에 있어서, 상기 에어로겔 분말은 소수화 표면처리된 실리카를 포함하는 것을 특징으로 하는 열차단 및 열확산 기능 일체형 방열필름.
  9. 제7항에 있어서, 상기 에어로겔 분말은 평균입경 0.1 ~ 20 ㎛인 것을 특징으로 하는 열차단 및 열확산 기능 일체형 방열필름.
  10. 제1항 내지 제3항 중에서 선택된 어느 한 항에 있어서, 상기 열확산층은
    은나노입자 및 은나노와이어 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 열차단 및 열확산 기능 일체형 방열필름.
  11. 제10항에 있어서, 상기 은나노와이어는
    평균길이 1 ~ 50 ㎛인 것을 특징으로 하는 열차단 및 열확산 기능 일체형 방열필름.
  12. 제10항에 있어서, 상기 열확산층은
    폴리아닐린 수지 및 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜) 수지 중에서 선택된 1종 이상의 고분자 수지;를 더 포함하는 것을 특징을 열차단 및 열확산 기능 일체형 방열필름.
  13. 제12항에 있어서, 상기 열확산층은
    단일벽 탄소나노튜브 및 다중벽 탄소나노튜브 중에서 선택된 1종 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열차단 및 열확산 기능 일체형 방열필름.
  14. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 기재층은 금속 박막 또는 금속 메시로 구성되며, 상기 금속 박막 또는 금속 메시는
    알루미늄(Al), 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu), 니켈(Ni), 주석(Sn), 아연(Zn), 텡스텐(W) 및 철(Fe) 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 합금을 포함하는 것을 특징으로 하는 열차단 및 열확산 기능 일체형 방열필름.
  15. 제1항 내지 제3항에 있어서, 상기 방열필름은
    총 두께가 25 ~ 300 ㎛인 것을 특징으로 하는 열차단 및 열확산 기능 일체형 방열필름.
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