KR20220127557A - 투명하고 유연한 전자파 차폐 필름 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 3차원 ITO 나노 브랜치를 포함하는 투명하고 유연한 전자파 차폐 필름 제조방법에 관한 것으로, 상기 3차원 ITO 나노 브랜치를 이용한 전자파 차폐 필름은 EM의 단순한 흡수 및 반사 뿐만 아니라 재료 내부의 나노 브랜치 간의 상호 반사 상호 작용이 발생하여 차폐 효과를 증가시킬 수 있고, 고온 증착 공정을 수행하여 열적, 기계적 유연안정성도 확보할 수 있을 뿐 아니라, 간단한 공정이기 때문에 대 면적 양산에 매우 유리할 것으로 기대된다.
또한, 상기 3D ITO 나노 브랜치를 증착시킨 투명유연 전자파 차폐(TF-EMIS) 필름은 일상생활에서 사용되는 전자파 신호인 Wi-Fi 및 LTE 신호에 대한 차폐 필름으로 유용하게 활용될 수 있다.
또한, 상기 3D ITO 나노 브랜치를 증착시킨 투명유연 전자파 차폐(TF-EMIS) 필름은 일상생활에서 사용되는 전자파 신호인 Wi-Fi 및 LTE 신호에 대한 차폐 필름으로 유용하게 활용될 수 있다.
Description
본 발명은 인체에 유해하거나 다른 기기에 악영향을 미치는 전자파를 차폐할 수 있고, 투명하면서 유연한 필름 형태로 제조될 수 있는 전자파 차폐 필름 제조방법에 관한 것이다.
오늘날 다양한 전자장치 혹은 자연에서 의도치 않게 방출되는 전자파는 다른 전자장치와 인체에 악영향을 미칠 수 있고, 일반적으로 이 현상을 전자파 간섭 (EMI)이라고 한다.
EMI 차폐 (shielding)의 경우, 전자기가 물질의 전도성 전자와 상호 작용하여 흡수 또는 반사되는 성질을 활용하기 때문에, EMI 차폐용 물질의 전기 전도도가 가장 큰 변수이다.
최근 다양한 무선 전자기기의 보급으로 EMI의 영향을 받을 수 있는 상황이 증가하고 있으며, EMI로부터 보호해야 할 인체에 거의 밀착되는 옷 등과 같은 인체와, 접이식 전자 장치 등과 같은 전자기기도 유연성을 고려해야 할 단계에 이르게 되었다.
또한 스마트 윈도우, 유기 재료를 사용한 디스플레이 등 광전자 공학은 EMI에 의해 손상되거나 열화 될 수 있으므로 EMI 차폐가 중요해지고 있으며, 이러한 장치에 EMI 차폐를 적용하려면 투명한 소재가 필요하다.
한편, 현재 EMI 차폐 소재로는 전도성 고분자, 탄소 재료, 금속, 세라믹 및 복합 재료와 같은 다양한 전기 전도성 재료가 사용될 수 있고, 탄소나노튜브 (CNT), 환원 그래핀 옥사이드와 같은 탄소 재료는 높은 차폐 효과를 기대하기 어렸고, 단층 그래핀의 차폐 효과 (SE)는 2.27dB (2.2-7GHz)로 알려져 있다.
투명 전도성 세라믹의 경우 투과율이 높고 다양한 주파수 대역 (Al doped ZnO : 6 ~ 8dB for 0.1 ~ 1.5GHz, La0.7Sr0.3MnO : 17 ~ 19dB for 8 ~ 12.5GHz)에 차폐효과가 있으나, 세라믹 자체가 유연하지 않아 부서지기 쉽기 때문에 유연한 장치에는 적합하지 않은 한계가 있다.
또한 전도성 고분자 또는 유기물은 안정성이 낮아 다른 복합체와 혼합하여 사용해야 하는 단점이 있다 (복합 부직포 (CEF-NF) : 0.1 ~ 1.5GHz에서 30.29dB).
금속재료는 투명 유연 EMI 차폐에 대한 가장 유망한 후보로 알려져 있지만, 높은 흡광 계수 (k)에 의한 불투명성 때문에 나노크기 혹은 그리드 형성을 통해 투과도를 확보해야 하는 문제가 있고 (SE : 0.5 ~ 3GHz에 대해 24.1dB, 투과율 : 90.3 %, SE : 8 ~ 12.5GHz의 경우 20.7dB, 투과율 : 90 %), 또한 금속 나노재료는 열적으로 매우 불안정하기 때문에 부식 및 응집이 발생하기 쉬운 문제가 있다.
이에, 인체에 유해하거나 다른 기기에 악영향을 미치는 전자파를 차폐할 수 있고, 투명하면서 유연한 필름 형태로 제조될 수 있는 전자파 차폐 필름에 대한 개발이 필요한 실정이다.
본 발명의 목적은 인체에 유해하거나 다른 기기에 악영향을 미치는 전자파를 효과적으로 차폐할 수 있고, 투명하면서 유연한 필름 형태로 제조될 수 있는 전자파 차폐 필름에 적용할 수 있는 3차원 ITO 나노 브랜치 및 이를 이용한 투명유연 전자파 차폐 (TF-EMIS) 필름의 제조방법을 제공하는 데에 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 기판을 세척하는 단계; 및 인듐주석산화물(ITO) 펠릿을 상기 기판 상에 증착시켜 ITO 나노 브랜치를 성장시키는 단계를 포함하는, 3차원 ITO 나노 브랜치의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 폴리이미드 필름을 세척하는 단계; 및 상기 제조방법으로 제조된 3차원 ITO 나노 브랜치를 상기 폴리이미드 필름 상에 증착시키는 단계를 포함하는, 투명유연 전자파 차폐(TF-EMIS) 필름의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 제조방법에 따라 제조된 투명유연 전자파 차폐(TF-EMIS) 필름을 제공한다.
본 발명에 따라 제조된 3D ITO 나노 브랜치는 EM의 단순한 흡수 및 반사 뿐만 아니라 재료 내부의 나노 브랜치 간의 상호 반사 상호 작용이 발생하여 차폐 효과를 증가시킬 수 있고, 고온 증착 공정을 수행하여 열적, 기계적 유연안정성도 확보할 수 있을 뿐 아니라, 간단한 공정이기 때문에 대 면적 양산에 매우 유리할 것으로 기대된다.
또한, 상기 3D ITO 나노 브랜치를 증착시킨 투명유연 전자파 차폐(TF-EMIS) 필름은 일상생활에서 사용되는 전자파 신호인 Wi-Fi 및 LTE 신호에 대한 차폐 필름으로 유용하게 활용될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 ITO 나노 브랜치 제조공정을 나타낸 것이다.
도 2는 증착 온도에 따른 ITO 나노 브랜치의 이미지로서, (a) 증착 온도에 따른 ITO 나노 브랜치의 Top-view SEM 이미지, (b) 단일 ITO 나노 브랜치의 저배율 TEM 이미지, (c) 고해상도 TEM 이미지 및 (d) 단일 ITO 나노 로드의 푸리에 필터링 된 이미지를 나타낸 것이고, 삽입도는 해당 푸리에 변환된 회절 패턴을 나타낸 것이다.
도 3은 증착 온도에 따라 유리에 증착된 ITO 나노 브랜치의 특성 분석 결과로서, (a) 디지털 카메라 이미지, (b) 광학 투과율, (c) X 선 회절 패턴, (d) 차폐 응답 결과를 나타낸 것이다.
도 4는 ITO 나노 브랜드가 증착된 TF-EMIS 필름의 특성 분석 결과로서, (a) ITO 나노 브랜드가 증착된 PI 필름의 디지털 카메라 이미지 및 평면도 SEM 이미지와, 본 발명에 따른 PI 필름 및 상용 ITO 제품 (ITO 코팅 된 PET 필름)에서 ITO 나노 브랜치의 (b) X 밴드 및 (c) Ku 밴드에 대한 투과, 반사 및 흡수의 차폐 응답 결과를 나타낸 것이다.
도 5는 ITO 나노 브랜드가 증착된 TF-EMIS 필름의 특성 분석 결과로서, (a) SE 변화율 (삽입도: 굽힘 머신의 디지털 카메라 이미지), (b) 굽힘 사이클 수에 따른 X 밴드의 차폐 효과 (삽입도: 굽힘 사이클 수를 100에서 10000으로 확대), (c) 10000 굽힘 전후의 단면 SEM 이미지 및 (d) 일반적으로 사용되는 Wi-Fi 및 TLE 신호에 대한 TF-EMIS 필름 차폐 응답 결과를 나타낸 것이다.
도 6은 증착 온도에 따른 ITO 나노 브랜치의 전기 전도도를 나타낸 것이다.
도 7은 두께에 따른 ITO 나노 브랜치의 X 밴드 응답 결과를 나타낸 것이다.
도 8은 ITO 나노 브랜드가 증착된 TF-EMIS 필름의 10000 굽힘 전후의 표면 SEM 이미지를 나타낸 것이다.
도 2는 증착 온도에 따른 ITO 나노 브랜치의 이미지로서, (a) 증착 온도에 따른 ITO 나노 브랜치의 Top-view SEM 이미지, (b) 단일 ITO 나노 브랜치의 저배율 TEM 이미지, (c) 고해상도 TEM 이미지 및 (d) 단일 ITO 나노 로드의 푸리에 필터링 된 이미지를 나타낸 것이고, 삽입도는 해당 푸리에 변환된 회절 패턴을 나타낸 것이다.
도 3은 증착 온도에 따라 유리에 증착된 ITO 나노 브랜치의 특성 분석 결과로서, (a) 디지털 카메라 이미지, (b) 광학 투과율, (c) X 선 회절 패턴, (d) 차폐 응답 결과를 나타낸 것이다.
도 4는 ITO 나노 브랜드가 증착된 TF-EMIS 필름의 특성 분석 결과로서, (a) ITO 나노 브랜드가 증착된 PI 필름의 디지털 카메라 이미지 및 평면도 SEM 이미지와, 본 발명에 따른 PI 필름 및 상용 ITO 제품 (ITO 코팅 된 PET 필름)에서 ITO 나노 브랜치의 (b) X 밴드 및 (c) Ku 밴드에 대한 투과, 반사 및 흡수의 차폐 응답 결과를 나타낸 것이다.
도 5는 ITO 나노 브랜드가 증착된 TF-EMIS 필름의 특성 분석 결과로서, (a) SE 변화율 (삽입도: 굽힘 머신의 디지털 카메라 이미지), (b) 굽힘 사이클 수에 따른 X 밴드의 차폐 효과 (삽입도: 굽힘 사이클 수를 100에서 10000으로 확대), (c) 10000 굽힘 전후의 단면 SEM 이미지 및 (d) 일반적으로 사용되는 Wi-Fi 및 TLE 신호에 대한 TF-EMIS 필름 차폐 응답 결과를 나타낸 것이다.
도 6은 증착 온도에 따른 ITO 나노 브랜치의 전기 전도도를 나타낸 것이다.
도 7은 두께에 따른 ITO 나노 브랜치의 X 밴드 응답 결과를 나타낸 것이다.
도 8은 ITO 나노 브랜드가 증착된 TF-EMIS 필름의 10000 굽힘 전후의 표면 SEM 이미지를 나타낸 것이다.
본 발명에서는 금속 재료가 아닌 TCO (Transparent Conductive Oxides)를 사용하는 대면적 투명유연 전자파 차폐 (TF-EMIS) 필름을 개발하고자 예의 노력한 결과, 간단한 공정을 통해 유연한 기판 상 인듐 주석 산화물(Indium Tin Oxide; ITO)로 TF-EMIS 필름을 시도하였고, 나노 구조 효과로 로드 사이의 상호 반사를 증가시켜 Wi-Fi 및 LTE 신호의 차폐 효과를 향상시킬 수 있음을 확인하여 본 발명을 완성하였다.
본 발명의 TF-EMIS 필름에 이용된 ITO (Indium Tin Oxide)는 전도성 산화물일 뿐만 아니라 나노 스케일에서 투과율이 95% 이상인 물질이며, 산화물의 경우 취성이 높은 물질이 알려져 있지만 나노 스케일에서 충분한 연성을 가질 수 있다. 또한 일반적으로 금속보다 열역학적 및 화학적으로 더 안정적이다. 실제로 ITO의 EMI SE는 14dB (0.3 ~ 3GHz)로 알려져 있다.
이에, 본 발명에서는 ITO를 이용한 EMI 차폐, 투과율 및 유연성을 갖춘 안정적인 필름 구현이 가능하다고 판단하여 TF-EMIS 필름을 전자빔 (e-beam) 증착 중 인시츄 기체-액체-고체 (in-situ vapor liquid solid; VLS) 공정을 통한 3차원 (3D) ITO 나노-브랜치를 제조하였고, 3D ITO 나노 브랜치는 전자파 (EM)의 단순한 흡수 및 반사 뿐만 아니라 재료 내부의 나노 브랜치 간의 상호 반사 상호 작용도 차폐를 증가시킬 수 있고, 고온 증착 공정을 수행하여 열적, 기계적 안정성도 확보하였을 뿐 아니라, 간단한 공정이기 때문에 대 면적 양산에 매우 유리할 것으로 기대된다.
본 발명은 기판을 세척하는 단계; 및 인듐주석산화물(ITO) 펠릿을 상기 기판 상에 증착시켜 ITO 나노 브랜치를 성장시키는 단계를 포함하는, 3차원 ITO 나노 브랜치의 제조방법을 제공한다.
상기 기판은 유리, 반도체 기판 (Si, GaAs 등), 플라스틱 기판, 금속 포일 및 세라믹 기판 (사파이어, SrTiO3, YSZ 등)으로 이루어진 군에서 선택될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 증착온도를 버티는 모든 기판이 사용 가능하다.
상기 증착은 전자빔 증착 중 인시츄 (in-situ) 기체액체고체 (vapor liquid solid; VLS) 공정을 통해 수행할 수 있고, 200-500℃의 온도에서 증착시킬 수 있고, 바람직하게는 400-500℃의 온도에서, 가장 바람직하게는 400℃의 온도에서 증착시키는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 3차원 ITO 나노 브랜치는 평균직경 10 nm-200 nm 및 평균길이 100 nm-100 μm의 나노로드 둘 이상을 포함하며, 상기 나노로드 간 60-90°의 각도로 정렬될 수 있다.
상기 3차원 ITO 나노 브랜치는 평균 광학 투과율이 80-99%일 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 3차원 ITO 나노 브랜치는 전자파 차폐 효과가 98-99.99%일 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명은 폴리이미드 필름을 세척하는 단계; 및 제1항에 따른 제조방법으로 제조된 3차원 ITO 나노 브랜치를 상기 폴리이미드 필름 상에 증착시키는 단계를 포함하는, 투명유연 전자파 차폐(TF-EMIS) 필름의 제조방법을 제공한다.
상기 TF-EMIS 필름은 일상생활의 전자파 신호에 대한 차폐 효과를 가지며, 특히 휴대폰의 Wi-Fi 및 TLE 신호에 대한 차폐 효과를 갖는다.
또한, 본 발명은 상기 제조방법에 따라 제조된 투명유연 전자파 차폐(TF-EMIS) 필름을 제공한다.
이하에서는 도면 및 실시예를 통해 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 도면과 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 요지에 따라 본 발명의 범위가 이들 도면 및 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명할 것이다.
본 발명에서는 먼저 TF-EMIS 필름에 적용할 수 있는, 3차원 (3D) ITO 나노-브랜치 제조방법을 제공한다. 보다 상세하게는, 본 발명은 전자빔 (e-beam) 증착 중 인시츄 기체-액체-고체 (in-situ vapor liquid solid; VLS) 공정을 통한 3D ITO 나노-브랜치 제조방법을 제공한다. 상기 제조된 3D ITO 나노 브랜치는 전자파 (EM)의 단순한 흡수 및 반사 뿐만 아니라 재료 내부의 나노 브랜치 간의 상호 반사 상호 작용도 차폐를 증가시킬 수 있다.
구체적인 3D-ITO 나노 브랜치의 제조방법을 살펴보면, 기판 [Si 웨이퍼 (Waper biz, LOT # 12/0908 12, (100) Orientation), 유리]을 아세톤, 이소프로필 알코올 및 탈 이온수를 사용하여 순차적으로 세척한 후, ITO 펠릿(ITASO, L150-805, In2O3 : SnO2 = 9 : 1, 99.99 % 순도)을 사용하여 전자빔 증발기를 통해 기판에 증착하여 ITO 나노 브랜치를 제조하였다 (기본 압력은 ~ 10-6 Torr).
이렇게 제조된 ITO 나노 브랜치 분석은 다음과 같이 수행하였다. ITO 나노 브랜치의 형태는 FE-SEM (JEOL, JSM-7900F, accelerating voltage= 5kV, Japan) 및 HR-TEM (JEOL, JEM-2100F, 고해상도 투과= 200kV, Japan)로 분석하였다. 또, 결정 구조를 확인하기 위해 X- 선 회절 (XRD; HD30772, Rigaku, 단색 Cu Kα1방사선; 스캔 속도= 2°/min, 일본)를 수행하였다. 단면의 SEM 이미지를 위해 Focused Ion Beam (FIB; FEI, Quanta 3D FEG, 가속 전압= 30kV, American) 식각을 수행하였다. 전기 전도도는 Keithley 4200을 사용하여 4-probe 방법으로 측정하였다. ITO 나노 브랜치의 전자기 간섭 차폐 측정은 2-포트 네트워크 분석기 (87200C, Agilent)를 사용하여 WR-90 및 WR-62 직사각형 도파관에서 수행하였다. 각각 8.2-12.4 및 12.4-18 GHz의 X 및 Ku 대역 주파수 범위에서. 장비의 교정 절차는 두 포트에서 샷, 개방 및 부하 오프셋을 사용하여 수행하였다.
물리적 에너지 (ion bombardment, irradiation, joule heating)는 물질의 분해로 이어질 수 있다. 산화물의 경우 산소 원자와 금속 원자가 분해되어 기화된다. 마찬가지로 전자빔이 인듐주석산화물 (ITO)에 조사되면 산소와 금속(인듐과 주석) 원소가 분해되어 기화된다. 따라서, 핵 형성 및 성장의 성장 모드에 의해 주석이 도핑된 인듐[In(Sn)]이 기판 상에 도트 (dot) 형태로 증착된다. 금속 입자는 VLS 공정의 촉매 역할을 할 수 있다. 산소 증기는 dot 모양의 금속 입자에 즉시 용해된다. In(Sn)의 산소 용해도는 매우 낮기 때문에 증착이 진행됨에 따라 쉽게 포화된다. 금속 입자와 기판의 표면 에너지가 그 계면보다 상대적으로 낮으면 금속과 기판 사이의 계면에서 한 방향으로 ITO의 침전이 발생할 수 있다. 이것은 로드 모양의 구조를 만들 수 있다. 침전된 ITO의 표면이 금속 원자로 마감되기 때문에 또 다른 VLS 공정의 촉매 역할을 할 수 있기 때문에 브랜치 모양이 나타날 수 있다. 이때 bixbyite 구조의 In2O3 나노 로드는 가장 안정된 (100)면을 가지는 것으로 알려져 있으므로 각 로드 사이에 90°각도로 브랜치를 형성할 수 있다. 도 1a에서 이러한 프로세스를 나타내었다.
ITO는 전도성 전자에 의한 EM 반사율이 높은 물질이며, EM이 ITO 나노 브랜치에 조사되면 로드는 개별적으로 EM을 다른 로드로 반사할 뿐만 아니라 자체적으로 흡수하며, 로드 사이의 반사를 상호 반사라고 하는데, 상호 반사의 양은 흡수보다 크고, 상호 반사는 임의의 방향으로 이루어질 수 있다. EM은 또한 재료의 표면에 직접 반사되거나 상호 반사 동안 초기 조사 방향의 반대 방향으로 방출될 수 있다. 도 1b와 같이 상호 반사 중 EM은 ITO 나노 구조에 갇혀 있으며 흡수에 의해 감쇠될 수 있다. 결과적으로, 투과 및 반사 EM의 강도는 흡수가 증가함에 따라 감소될 수 있다.
본 발명에 따른 ITO 나노 브랜치 공정의 주요 매개 변수는 첫째로 도트 (dot) 입자의 크기이고 둘째로 In(Sn)의 산소 용해도이다. 첫 번째 매개 변수는 금속 입자와 기판 사이의 계면 에너지와 관련이 있기 때문에 기판의 재질에 따라 결정된다. 또한 응집의 구동력이 금속 도트의 크기를 결정한다. 즉, 기판 위의 금속 입자의 접촉각과 온도에 따른 표면 확산율에 의해 결정된다. 두 번째 매개 변수는 증착 온도와 압력에 따라 제어할 수 있다.
도 2a는 증착 온도에 따른 ITO 나노 브랜치의 SEM 이미지이며, 상온 (RT)에 증착하면 표면에서만 응집이 발생함을 알 수 있다. 이때, 증착된 물질은 비 화학 양론적 상태이거나 금속의 농도가 매우 높은 상태일 수 있는데, 이는 상온 증착 과정에서 금속과 산소의 반응이 완전히 다시 일어난다고 보기 어렵기 때문이다. 300 ℃의 증착 온도에서 브랜치 모양이 발생하지만 상대적으로 정렬이 좋지 않았다. 확산이 불충분하기 때문에 구조는 가지 모양의 성장 단계에서 무작위 방향으로 성장하였다. 400 ℃의 증착 온도에서 로드의 밀도와 길이는 300 ℃보다 증가하였고, 각 로드는 90°각도로 잘 정렬됩니다. 그 후 400 ℃와 500 ℃에서 비교했을 때 형태에 큰 차이는 없는 것으로 나타났다. 그러나 로드 사이의 정렬이 약간 더 명확해 보였다. 마지막으로 550 ℃에서 브랜치 구조의 붕괴가 발생하였다. In(Sn)의 융점이 매우 낮기 때문에 로드가 형성되기 전에 금속 도트 (dot)가 불안정해진 것으로 판단되었다.
도 6은 증착 온도에 따른 ITO 나노 브랜치의 전기 전도도를 나타낸 것으로, 전기 전도도는 증착 온도에 따라 증가하였고, 400 ℃와 500 ℃에서도 차이가 났으며 형태에 큰 차이가 없었다. 이는 온도가 상승함에 따라 로드에 결함이 발생하여 전기 전도성이 증가할 수 있음을 의미한다.
도 2b는 단일 ITO 나노 브랜치의 저배율 TEM 이미지로서, 로드 사이에 90°의 각도가 형성되어 있음을 확인할 수 있었다. 도 2c는 단일 ITO 나노 브랜치의 고해상도(HR) TEM 이미지로서, 회절 패턴을 통해 그중 하나는 (100)과 (010)면의 상호 점이 원점으로부터 90°각도를 가지고 있음을 확인할 수 있었다. 또한 도 2d는 단일 ITO 나노로드의 푸리에 필터링 된 이미지로서, 원자 단위의 결정도가 높음을 확인할 수 있었다.
도 3a는 각 온도에서 유리 기판에 증착된 ITO 나노 브랜치의 디지털 카메라 이미지로서, RT에서 증착했을 경우 거의 검은색이 되었고, 이는 In(Sn)과 산소가 분해되어 증착되기 때문에 상온에서 증착 시 용해가 거의 없기 때문에 산소 농도가 매우 낮고 비 화학양론적 상태이다. 또한 비정질 증착으로 인해 검은 색으로 보이는 것이다. ITO 나노 브랜치가 나타날 때 300 ℃부터 투과율은 공정 온도에 따라 증가하였고, 그중 400 ℃에서 증착했을 때 투과율이 가장 높은 것으로 나타났다.
도 3b는 각 온도에서 유리 기판에 증착된 ITO 나노 브랜치의 광학적 투과율 측정 결과로서, 육안으로 판단한 것과 유사한 경향을 나타내었다. RT에서 투과율이 가장 낮고 400 ℃에서 투과율이 가장 높은 반면, 550 ℃에서 증착되면 투과율은 약 500 ~ 700nm의 파장 범위에서 다시 감소하였다. 이는 구조물의 붕괴로 인한 것으로 예상된다.
도 3c는 각 온도에서 유리 기판에 증착된 ITO 나노 브랜치의 XRD (X-ray diffraction) 패턴 결과로서, 패턴 데이터에서 intensity는 공정 온도가 증가함에 따라 증가하였다. 즉, 로드의 밀도가 크게 다르지 않았기 때문에 가지를 구성하는 로드의 결정성이 증가한 것이며, 강도는 550 ℃에서 감소하며 이는 구조적 붕괴로 인한 것으로 예상된다. 구조적 붕괴는 초기 성장부터 매우 불안정한 상태에 있기 때문에 성장 후에도 결정성이 상대적으로 낮은 것으로 예상된다. 투과, 반사 및 흡수에 의한 SE는 다음 방정식과 같이 decibel로 결정할 수 있다. 효율은 조사된 EM과 차폐된 각 EM의 강도 비율로 계산될 수 있다.
SET=10log10(1/T) (T: transmitted EM intensity)
SER=10log10(1/1-R) (R: reflected EM intensity)
SEA=10log10(1-R/A) (A: absorbed EM intensity)
EMI 차폐의 가장 중요한 매개 변수는 전기 전도도이며, SET는 도 6의 전기 전도도와 유사한 경향을 나타내었다.
도 3d의 각 온도에서 유리 기판에 증착된 ITO 나노 브랜치의 SET를 나타낸 것으로, SET는 증착 온도에 따라 점진적으로 증가하였지만, 550 ℃에서는 약간의 효율 저하가 발생하였다. XRD의 intensity는 500 ℃에서 가장 높았지만, 광 투과율, 전기 전도도, SET데이터를 비교할 때 메탈 도트의 불안정성에 의한 결함이 발생하였다. 따라서 증착 온도는 TF-EMIS의 경우 400 ℃에서 최적 조건임을 확인할 수 있었다.
또한, 본 발명에서는 폴리이미드(PI) 기판 상에 ITO 나노 브랜치로 증착된 TF-EMIS 필름을 제공한다.
먼저, 고온 공정이 가능한 PI 기판 위에 상기 EMI 차폐 효과를 나타낸 ITO 나노 브랜치를 직접 증착함으로써 EMI 차폐 효과를 보인 ITO 나노 브랜치를 이용한 TF-EMIS 필름을 제작하였다. 보다 상세하게는 상기 TF-EMIS 필름의 제조를 위해, 300~400 ℃의 증착 온도에서 안정적인 형태를 유지하는 플라스틱 기판인 PI (Isoflex, PIF-TP-5-SP)를 활용하여 ITO 나노 브랜치를 증착하였다. 증착 전에 아세톤 같은 용매에 기판이 녹을 수 있으므로, 알콜과 물로만 세척하여 진공 장치에 로딩하였고, 그후 기판 온도에 따라 ITO 나노 브랜치를 전자선 증착법을 통해 증착하였다. 본 발명에 따른 TF-EMIS 필름의 분석은 앞선 ITO 나노 브랜치 분석 시와 동일한 방법으로 수행하였다.
도 4a는 ITO 나노 브랜치가 증착된 PI 필름의 디지털 카메라 및 SEM 이미지로서, 투과율과 브랜치의 밀도는 증착된 유리보다 약간 낮은 것으로 판단되었다. 증착 시 PI 양면 테이프로 가장자리가 고정되어 열에 의해 PI 필름이 변형될 수 있기 때문에 단단한 기판에 비해 표면에 미세한 온도 구배가 발생할 수 있고, 브랜치의 밀도와 균일성이 약간 감소할 수 있지만, 각 로드가 90°의 각도로 형성됨에 따라 ITO 나노 브랜치가 성장 메커니즘에 따라 PI 필름 위에서 성장한 것을 확인할 수 있었다. 그리고 4인치 PI 필름에 ITO 나노 브랜치가 균일하게 증착되었다.
도 4b는 ITO 나노 브랜치가 증착된 PI 필름의 X-밴드 SE를 나타낸 것으로, 유리에 증착된 ITO 나노 브랜치의 차폐 경향과 큰 차이가 없었고, 공정 온도가 증가하면 SET도 증가하였다. RT에서 증착된 ITO는 SEA가 SER보다 높기 때문에 매우 금속적인 특성을 가진 것으로 판단되었다. 상용 제품 (ITO 코팅된 PET 필름)의 SEA는 상온 증착보다 낮고 SER가 상대적으로 높은 것을 확인하였다.
도 7은 두께에 따른 ITO 나노 브랜치의 X 밴드 응답 결과를 나타낸 것으로, ITO 나노 브랜치의 두께에 따라 SET가 증가하였고, 이는 로드 사이의 상호 반사 중에 EM이 감쇠되었음을 의미한다.
도 4c는 ITO 나노 브랜치가 증착된 PI 필름의 Ku-밴드 SE를 나타낸 것으로, ITO 나노 브랜치의 두께에 따라 SET가 증가하였지만, 주파수가 증가함에 따라 SET는 감소하고 SER은 증가하였다. 이는 고주파에서는 유전 상수가 점차 증가하고 초기 표면의 반사율이 증가하는 것으로 판단되며, 따라서 본 발명에서는 ITO 나노 브랜치를 사용하여 TF-EMIS 필름을 잘 구현한 것으로 확인되었다.
본 발명에 따른 TF-EMIS 필름의 기계적 안정성을 확인하기 위해, 굽힘 테스트를 수행하였다. 도 5a의 삽입도에 나타난 바와 같이 굽힘 각도는 180°였고, 도 5a 및 도 5b의 굽힘 횟수에 따른 SET의 감소율에서 약 100 배에서 약간의 감쇠가 있었으나 10,000 배까지 급격한 감쇠가 없었다. 또한 도 5c의 증착 상태와 10000 굽힘 후 단면 SEM 이미지에서 굽힘 후에도 구조물의 붕괴 또는 기판에서 분리가 발생하지 않았다. 도 8은 10000 굽힘 전후의 표면 SEM 이미지로서, 표면 SEM에는 큰 변화가 없었기 때문에 기계적 물성의 안정성도 확인할 수 있었다. 따라서, 한 단계의 공정으로 TF-EMIS 필름을 직접 제작할 수 있었다.
일상생활에서 사용되는 전자파에 대한 반응을 측정하기 위해 TF-EMIS 필름을 일반적으로 사용되는 휴대폰과 결합하였고, 이 실험을 위해 일반적으로 사용되는 휴대폰 케이스에 TF-EMIS 필름을 부착하였다. TF-EMIS 필름은 매우 유연하기 때문에 일반 양면 테이프로 쉽게 부착할 수 있었고, 도 5d와 같이 TF-EMIS 필름이 결합되지 않은 경우 Wi-Fi 및 LTE 신호도 정상이었다(신호 값이 낮을수록 LTE 상태가 악화됨). 그러나 TF-EMIS 필름 케이스를 휴대폰과 결합했을 때 Wi-Fi와 LTE 신호가 모두 낮아진 것으로 확인되었다. 이러한 결과를 통해 본 발명에 따른 TF-EMIS 필름은 일반적으로 사용되는 전자파 신호에 대한 차폐 효과가 있음을 확인하였다.
이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.
Claims (10)
- 기판을 세척하는 단계; 및
인듐주석산화물(ITO) 펠릿을 상기 기판 상에 증착시켜 ITO 나노 브랜치를 성장시키는 단계를 포함하는, 3차원 ITO 나노 브랜치의 제조방법. - 제1항에 있어서, 상기 증착은 전자빔 증착 중 인시츄 (in-situ) 기체액체고체 (vapor liquid solid; VLS) 공정을 수행한 것을 특징으로 하는, 3차원 ITO 나노 브랜치의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 증착은 200-500℃의 온도에서 증착시킨 것을 특징으로 하는, 3차원 ITO 나노 브랜치의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 3차원 ITO 나노 브랜치는 평균직경 10 nm-200 nm 및 평균길이 100 nm-100 μm의 나노로드 둘 이상을 포함하며, 상기 나노로드 간 60-90°의 각도로 정렬되는 것을 특징으로 하는, 3차원 ITO 나노 브랜치의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 3차원 ITO 나노 브랜치는 평균 광학 투과율이 80-99%인 것을 특징으로 하는, 3차원 ITO 나노 브랜치의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 3차원 ITO 나노 브랜치는 전자파 차폐 효과가 98-99.99%인 것을 특징으로 하는, 3차원 ITO 나노 브랜치의 제조방법.
- 폴리이미드 필름을 세척하는 단계; 및
제1항에 따른 제조방법으로 제조된 3차원 ITO 나노 브랜치를 상기 폴리이미드 필름 상에 증착시키는 단계를 포함하는, 투명유연 전자파 차폐(TF-EMIS) 필름의 제조방법. - 제7항에 있어서, 상기 TF-EMIS 필름은 일상생활의 전자파 신호에 대한 차폐 효과를 갖는 것을 특징으로 하는, 투명유연 전자파 차폐(TF-EMIS) 필름의 제조방법.
- 제8항에 있어서, 상기 TF-EMIS 필름은 휴대폰의 Wi-Fi 및 TLE 신호에 대한 차폐 효과를 갖는 것을 특징으로 하는, 투명유연 전자파 차폐(TF-EMIS) 필름의 제조방법.
- 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 제조방법에 따라 제조된 투명유연 전자파 차폐(TF-EMIS) 필름.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| AMND | Amendment | ||
| AMND | Amendment | ||
| E601 | Decision to refuse application | ||
| AMND | Amendment | ||
| X701 | Decision to grant (after re-examination) | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| G170 | Re-publication after modification of scope of protection [patent] |