WO2016200168A1

WO2016200168A1 - 나노 구조물을 이용한 전자파 차폐 소재

Info

Publication number: WO2016200168A1
Application number: PCT/KR2016/006116
Authority: WO
Inventors: 오현석
Original assignee: 오현석
Priority date: 2015-06-10
Filing date: 2016-06-09
Publication date: 2016-12-15

Abstract

본 발명은 전자파 차폐 소재에 관한 것으로서, 나노 구조물을 이용하여 투명하면서도 효과적으로 전자파를 차폐할 수 있고, 제조 공정이 간단하여 제조 비용의 절감 및 원가 절감이 가능해지는 전자파 차폐 소재를 제공하는데 주된 목적이 있는 것이다. 상기한 목적을 달성하기 위하여, 지지 기판; 및 나노미터(nm) 스케일의 선 폭과 높이를 가지는 나노 금속선이 폐곡선을 형성한 상태로 상기 지지 기판의 표면에 접합 및 고정되어서 구성되고, 상기 나노 금속선에 의해 형성된 폐곡선들이 상기 지지 기판의 표면상에서 반복적으로 배열되어 있는 구조로 되어 있는 나노 쌍격자 구조물을 포함하고, 상기 나노 쌍격자 구조물 전체에서 폐곡선 하나를 둘러싸는 원들 중 최소 면적을 가지는 원의 지름에 해당하는 나노 쌍격자 특성 상수가 차폐하고자 하는 전자파의 파장 길이와 같거나 그보다 작도록 되어 있으며, 상기 폐곡선들의 배열에 있어서 폐곡선 간의 피치가 차폐하고자 하는 전자파의 파장 길이와 같거나 그보다 작고, 상기 나노 쌍격자 구조물의 나노 금속선의 선 폭이 상기 피치의 1/2과 같거나 그보다 작은 것을 특징으로 하는 나노 구조물을 이용한 전자파 차폐 소재가 개시된다.

Description

나노 구조물을 이용한 전자파 차폐 소재

본 발명은 전자파 차폐 소재에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 나노 구조물을 이용하여 투명하면서도 효과적으로 전자파를 차폐할 수 있는 전자파 차폐 소재에 관한 것이다.

최근 들어 휴대폰을 포함하여 일반 전기전자제품 등에서 발생하는 전자기파가 인체에 유해하다는 연구결과가 급증하고 있으며, 유럽환경청에서는 2011년 WHO IARC에 의해 인체 유해 전자기파를 발암 가능 물질로 분류하였다.

특히, 휴대전화에서 발생하는 전자기파(이하 '전자파'라 칭함)의 경우 뇌에 직접 노출된다는 문제를 가지고 있으며, 이러한 전자파가 신체에 지속적으로 노출될 경우 기억력 감퇴, 체력 저하, 집중력 저하, 두통, 현기증을 비롯하여 혈액순환계 이상, 유전자 단백질 손상, 백혈병, 뇌종양, 유방암 등을 일으킬 수 있다는 연구결과가 나오기도 하였다.

따라서, 이미 일상 생활과 밀접한 관계가 있는 휴대폰, 전기전자제품 등의 사용을 당장 중지할 수는 없는 실정이므로, 인체에 유해한 전자파를 인체에 무해한 최저 수준으로 차폐하는 기술의 개발이 시급한 형편이다.

전 세계적으로 휴대용 통신기기의 전자파 유해성을 인정하고 이의 규제를 강화하려는 움직임에 발맞추어 전자파로 인한 피해를 줄이려는 다각적인 노력이 진행 중이나, 효과적인 전자파 차폐 기술에 대한 대안은 아직까지 미미한 실정이다.

국내에서 전자파의 폐해에 대한 우려와 관심이 점점 높아지고 있고, 전자파가 인체에 부정적인 영향을 미치는 연구결과가 속속 발표되면서, 관련 업계에서도 국민의 건강 보호를 위하여 전자파 차폐 기술의 개발에 많은 노력을 기울이고 있다.

전자파 차폐 기술은 크게 두 가지 방법으로 나눌 수 있는데, 전자파 발생원의 주변을 차폐하여 외부 장비를 보호하는 방법과, 차폐 물질의 내부에 장비를 보관하여 외부의 전자파 발생원으로부터 보호하는 방법이 있다.

이러한 목적으로 지금까지 가장 각광을 받는 방법이 전자파 차폐 소재에 관한 것이다.

더욱이, 기존의 전자파 차폐 기술은 장치 또는 기기 간의 간섭을 최소화하기 위한 기준을 정하고 규제를 하였으나, 겨우 최근에 이르러서야 인체에 대한 전자파의 유해성 논란이 일면서 인체를 유해 전자파로부터 보호하기 위한 기술에 관심을 가지게 되었다.

국내의 관련 선행기술문헌을 살펴보면, 한국 공개특허공보 제10-2001-0046524호, 한국 등록특허공보 제10-1469960호, 한국 등록실용신안공보 제20-0467426호 등에는 전자파 차폐 기능을 가지는 휴대폰 또는 스마트폰 케이스가 제시되어 있다.

상기한 선행기술문헌에서 전자파 차폐의 핵심인 차폐 소재에 대한 언급은 전도성을 띠는 불투명 또는 반투명의 금속을 이용한다는 것이 대부분이다.

또한, 한국 등록특허공보 제10-0934292호, 한국 등록특허공보 제10-1290500, 한국 등록특허공보 제10-0335346 호 등에서는 PDP용의 차폐 소재를 제시하고 있으나, 광 투과율이 낮아 디스플레이용 소재로는 적절하지 못하다.

이상에서 살펴 본 바와 같이, 종래에 휴대폰, 노트북, 텔레비전 등에서 발생하는 인체에 유해한 전자파를 차폐하기 위하여 여러 가지 시도들이 이루어지고 있다.

대부분의 국, 내외 전자파 차폐 관련 수행 내용들은 주로 재료 자체의 성분 조성을 개선하거나, 휴대폰 내부의 전자부품 간의 통신 간섭을 최소화하기 위한 방향으로 진행되어 왔다.

그러나, 이러한 기술들은 차폐 성능을 보유한 수십 마이크로미터(㎛) 이상의 두께를 가진 불투명 내지 반투명 차폐 소재(주로 금속재질)를 이용하기 때문에 투명해야 하는 디스플레이 특성상 적용하기에 한계가 있으며, 대부분 다층 구조로 되어 있어서 두께가 두껍거나 제조 공정도 복잡하고, 그로 인해 투명하면서도 차폐 성능이 우수한 특성의 소재를 얻을 수 없다는 단점이 있다.

(선행기술문헌)

(특허문헌)

(특허문헌 0001) 한국 등록실용신안공보 제20-0469384호

(특허문헌 0002) 한국 등록특허공보 제10-1462302호

(특허문헌 0003) 한국 등록특허공보 제10-1389918호

(특허문헌 0004) 일본 공개특허공보 제2005-213157호

(특허문헌 0005) 일본 공개특허공보 제2014-170830호

(비특허문헌)

(비특허문헌 0001) http://en.wikipedia.org/wiki/File:Wiregridpolarizer. svg

(비특허문헌 0002) APPLICATION NOTE: WIRE GRID POLARIZERS, NIL Technology, June 22, 2009

(비특허문헌 0003) Hecht, Eugene. Optics, 2nd ed., Addison Wesley

(1990) ISBN 0-201-11609-X. Chapter 8.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출한 것으로서, 투명하면서도 효과적으로 전자파를 차폐할 수 있는 전자파 차폐 소재를 제공하는데 그 목적이 있는 것이다.

또한, 본 발명은 제조 공정이 간단하고 제조 비용의 절감 및 원가 절감이 가능한 전자파 차폐 소재를 제공하는데 또 다른 목적이 있는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따르면,지지 기판; 및 나노미터(nm) 스케일의 선 폭과 높이를 가지는 나노 금속선이 폐곡선을 형성한 상태로 상기 지지 기판의 표면에 접합 및 고정되어서 구성되고, 상기 나노 금속선에 의해 형성된 폐곡선들이 상기 지지 기판의 표면상에서 반복적으로 배열되어 있는 구조로 되어 있는 나노 쌍격자 구조물을 포함하고, 상기 나노 쌍격자 구조물 전체에서 폐곡선 하나를 둘러싸는 원들 중 최소 면적을 가지는 원의 지름에 해당하는 나노 쌍격자 특성 상수가 차폐하고자 하는 전자파의 파장 길이와 같거나 그보다 작도록 되어 있으며, 상기 폐곡선들의 배열에 있어서 폐곡선 간의 피치가 차폐하고자 하는 전자파의 파장 길이와 같거나 그보다 작고, 상기 나노 쌍격자 구조물의 나노 금속선의 선 폭이 상기 피치의 1/2과 같거나 그보다 작은 것을 특징으로 하는 나노 구조물을 이용한 전자파 차폐 소재를 제공한다.

이에 따라 본 발명의 전자파 차폐 소재에 의하면, 투명한 지지 기판과 미세한 선 폭 및 높이를 가지는 나노 금속선으로 구성된 나노 쌍격자 구조물을 포함함으로써 투명하면서도 효과적으로 전자파를 차폐할 수 있는 효과를 제공하게 된다.

또한, 본 발명은 지지 기판에 나노 쌍격자 구조물을 형성 및 고정하는 간단한 공정을 통하여 전자파 차폐 소재를 제조할 수 있으므로 제조 공정이 종래의 차폐 소재에 비해 전반적으로 간단하고, 제조 비용의 절감 및 원가 절감이 가능해지는 효과가 있게 된다.

도 1은 나노 금속선으로 이루어진 단방향 격자 구조물에 전자파를 통과시킬 때의 전자파 차단 효과를 설명하기 위한 도면이다.

도 2는 나노 금속선이 서로 교차된 구조를 가지는 쌍방향 격자 구조물에 전자파를 통과시킬 때의 전자파 차단 효과를 설명하기 위한 도면이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전자파 차폐 소재에서 나노 쌍격자 구조물의 예를 나타내는 사시도이다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전자파 차폐 소재를 도시한 사시도이다.

도 5 및 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 전자파 차폐 소재로서 도 4에 비해 나노 쌍격자 구조물의 선 폭과 높이를 축소시킨 소재의 사시도 및 단면도이다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 전자파 차폐 소재로서 지지 기판의 양면에 나노 쌍격자 구조물을 구성한 전자파 차폐 소재의 단면도이다.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 전자파 차폐 소재로서 지지 기판의 홈 내부에 나노 금속선이 배치된 예를 나타내는 사시도이다.

도 9은 본 발명의 실시예에 따른 전자파 차폐 소재로서 고정 필름이 합지되는 예를 나타내는 사시도이다.

도 10 내지 도 15는 본 발명의 실시예에 따른 전자파 차폐 소재에 적용 가능한 다양한 형상의 나노 쌍격자 구조물을 예시한 도면이다.

도 16은 본 발명의 실시예에 따른 전자파 차폐 소재를 제조하는 과정에서 전자빔 장치를 이용하여 감광제를 노광시키는 공정을 간략 도시한 도면이다.

도 17은 본 발명의 실시예에 따른 전자파 차폐 소재에서 지지 기판의 홈에 나노 금속 입자가 충전된 상태를 나타내는 개략도이다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

종래 기술에서 극복해야 할 과제는 높은 광 투과율을 가진 투명성의 확보와 전자파 차폐 성능 향상 등을 해결하는 것이며, 종래 기술에 따른 전자파 차폐 소재의 경우 대부분 두께가 두껍거나 금속성을 띠고 있고 고유 색깔을 가지므로 특정 분야에서는 적용이 어렵다.

특히, 수십 마이크로미터(㎛) 대의 선 폭이나 금속 두께로 인해 광 투과율이 낮아 화면이 흐려 보이는 등의 문제를 나타내고 있으므로 디스플레이용 차폐 소재로는 부적합하다.

또한, 대부분 다층의 복합한 구조를 가지고 있으므로 복잡한 생산 공정을 거쳐서 제조할 수밖에 없고, 따라서 제조 비용 및 원가가 높다는 문제점을 가지고 있다.

먼저, 참고 도면으로, 도 1은 나노 금속선(nanoscale metal line)으로 이루어진 단방향 격자(단방향 나노 금속 격자) 구조물(A)에 전자파를 통과시킬 때의 전자파 차단 효과를 설명하기 위한 도면으로, 도시된 바와 같이 전자파를 단방향 나노 금속 격자 구조물(A)에 통과시킬 경우 그 격자에 수직한 방향으로의 전자파가 통과하여 남게 된다.

반면, 도 2는 나노 금속선이 서로 교차된 구조를 가지는 쌍방향 격자(쌍방향 나노 금속 격자) 구조물(B)에 전자파를 통과시킬 때의 전자파 차단 효과를 설명하기 위한 도면으로, 도시된 바와 같이 전자파를 쌍방향 나노 금속 격자 구조물(B)에 통과시킬 경우 전 방향의 전자파가 차폐될 수 있게 된다.

도 2에 나타낸 바와 같이 쌍방향 나노 금속 격자를 차폐하고자 하는 전자파의 진행 방향에 직교하는 단면의 수평(X), 수직(Y) 방향으로 전 면적에 배열한 뒤, 쌍방향 나노 금속 격자 후방에서 전자파를 측정해본 결과, 모든 방향에서 오는 특정 파장의 전자파를 제어 또는 차단하는 것이 가능하였다.

이와 같이 통상 수 마이크로미터(㎛)보다 작고 눈으로 식별할 수 없는 나노 스케일(nanoscale)의 크기를 가지는 금속선으로 이루어진 격자를 특정 방향으로 배열하면 특정 파장의 전자파를 그 특정 방향으로 차단 또는 여과하는 것이 가능하다.

이에 따라 나노 금속선으로 이루어진 쌍방향 격자 구조물을 가지는 전자파 차폐 소재 및 그 제조 방법이 개시된다.

이하, 본 발명에서 나노 금속선으로 이루어진 쌍방향 격자 구조물을 나노 쌍격자(nano double wire-grid) 구조물이라 칭하기로 한다.

도 3은 나노미터(nm) 스케일의 선 폭(b)과 높이(h)를 가지는 금속선, 즉 나노 금속선으로 구성된 나노 쌍격자 구조물(4)을 예시한 도면으로서, X축 방향과 Y축 방향으로 길게 연장되는 나노 금속선이 격자(grid) 형상이 되도록 교차 배치되어 이루어진 나노 쌍격자 구조물(4)을 예시하고 있다.

도 3을 참조하면, 나노 쌍격자 구조물(4)에서는 다각형, 그 예로서 사각형이 X축 방향과 Y 축 방향으로 반복해서 배열된 구조로 되어 있으며, 소정의 선 폭(b)과 선 높이(h), 사각형 배열의 X축 방향 피치(Px)과 Y축 방향 피치(Py)가 지시되어 있다.

동일한 형상의 다각형이 배열된 구조물에서 정해진 방향의 피치, 예컨대 도 3에서와 같이 이웃한 다각형의 X축 방향 피치(Px)와 Y축 방향 피치(Py)는, 다각형이 정사각형 또는 직사각형인 경우, 즉 나노 금속선이 직각으로 교차되어 형성되는 사각형의 변의 길이(직사각형의 경우 장변과 단변의 길이임)와 같다.

물론, 상기 피치는, 사각형이 아닌 원인 경우 지름이 될 수 있고, 타원인 경우 장축의 길이와 단축의 길이가 될 수 있으며, 삼각형, 오각형, 육각형 등 다각형의 경우 이웃한 두 다각형의 중심(여기서 중심은 무게중심이 될 수 있음) 간의 거리로 정의될 수 있다.

또한, 본 발명의 전자파 차폐 소재의 나노 쌍격자 구조물(4)은 X축 방향과 Y축 방향, 그리고 기타 정해진 방향의 직선 축을 기준으로 하여 폐곡선이 반복적으로 배열된 구조로 되어 있는바, 본 발명에서는 나노 쌍격자 구조물(4)의 최소 기본 단위인 폐곡선들의 배열에 있어서 이 폐곡선을 둘러싸는 원 중에 최소 면적을 가지는 원의 지름을 나노 쌍격자의 특성 상수라 정의하기로 한다.

여기서, 상기 폐곡선의 의미는 삼각형이나 사각형, 오각형, 육각형 등의 다각형을 포함하는 것임을 밝혀 두며, 폐곡선에 다각형이 포함됨은 폐곡선 정의에 있어서 알려져 있는 사항이다.

한편, 상기와 같이 나노 금속선으로 이루어진 나노 쌍격자 구조물의 경우 그 형상을 유지시켜 줄 수 있는 별도 구조물과의 접합을 필요로 하며, 이러한 구조물은 소정 두께의 필름(film) 형상의 구조물이 될 수 있다.

이하, 본 발명에서 나노 쌍격자 구조물에 접합되는 필름 형상의 구조물을 지지 기판이라 칭하기로 한다.

결국, 본 발명에 따른 전자파 차폐 소재는 나노 금속선으로 이루어진 나노 쌍격자 구조물과, 이에 접합된 지지 기판을 포함하여 구성된다.

도 4와 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 전자파 차폐 소재를 도시한 사시도로서, 나노 금속선(1,3)으로 이루어진 나노 쌍격자 구조물(4)과, 이에 접합된 지지 기판(2)을 포함하여 구성되는 전자파 차폐 소재(10)를 예시하고 있다.

여기서, 나노 쌍격자 구조물(4)은 도 3에 예시된 형태가 사용되고 있으며, 다만 본 발명에서 나노 쌍격자 구조물(4)이 도 3에 예시된 사각형의 배열로 이루어진 것으로 한정되는 것은 아니며, 다양한 형태로 변경 가능하다.

상기 지지 기판(2)은 투명한 재질로 제조될 수 있고, 이와 같이 투명 재질의 지지 기판(2)을 포함하는 전자파 차폐 소재(10)는 휴대폰이나 스마트폰 등과 같은 전기전자제품의 디스플레이에 적용될 수 있다.

즉, 투명한 지지 기판(2)을 가지는 전자파 차폐 소재(10)를 디스플레이의 표면에 접합하여 사용할 수 있는 것이며, 디스플레이의 표면에 접합된 전자파 차폐 소재(10)가 디스플레이를 통해 방사되는 전자파를 차폐해줄 수 있게 된다.

이때, 지지 기판(2)은 얇고 투명한 합성수지 필름(예, PET 필름)이나 유리 기판이 될 수 있고, 이러한 투명 지지 기판(2)에 나노 쌍격자 구조물(4)을 형성하여 투명하면서도 전자파 차폐 성능이 우수한 전자파 차폐 소재(10)를 제조하고, 이 전자파 차폐 소재(10)를 휴대폰이나 노트북, 텔레비전 등 각종 전기전자제품의 디스플레이 창에 부착하여 사용한다.

이와 같은 투명한 전자파 차폐 소재(10)에서 나노 금속선(1,3)의 선 폭(도 3에서 b임)과 높이(h)를 축소시킬 경우, 즉 도 5 및 도 6에 나타낸 바와 같이 나노 쌍격자 구조물(4)의 선 폭과 높이가 미세해질수록 단위면적당 비금속 부분의 면적 비율인 개구율이 높아져서 광 투과율이 향상될 수 있게 된다.

이에 따라 투명하면서도 전자파 차폐 성능을 충분히 만족시킬 수 있는 전자파 차폐 소재(10)를 제공할 수 있게 되고, 광 투과율이 우수할수록 디스플레이의 표면에 부착하여 사용하는 전자파 차폐 소재로 더욱 유용해질 수 있다.

또한, 도 4 내지 도 6의 실시예는 지지 기판(2)의 한쪽 면에 나노 쌍격자 구조물(4)이 고정된 구성을 나타내고 있으나, 도 7에 나타낸 바와 같이 나노 쌍격자 구조물을 구성하는 나노 금속선 중 적어도 일부의 나노 금속선(1)이 지지 기판(2)의 한쪽 면에, 그리고 나머지의 나노 금속선(3)이 지지 기판(2)의 반대쪽 면에 고정될 수도 있다.

이 경우, 지지 기판(2)의 한쪽 면에 접합된 나노 금속선(1)과, 지지 기판의 반대쪽 면에 접합된 나노 금속선(3)은 지지 기판(2)을 사이에 두고 서로 교차되도록 배치되며, 결국 지지 기판(2)의 양쪽 면에 배치된 양측의 나노 금속선(1,3)이 서로 교차되는 형태를 나타내는 나노 쌍격자 구조물을 구성하게 된다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예로서, 도 8에 나타낸 바와 같이 상기 나노 금속선(1,3)으로 이루어진 폐곡선의 내측 공간(개구된 공간)에 충전부가 채워질 수 있다.

즉, 이를 다시 설명하면, 도 8에 나타낸 바와 같이 지지 기판(2)에 나노 금속선(1,3)이 내부에 위치될 수 있는 나노 쌍격자 패턴 형태의 홈(2b)을 형성하고, 이러한 나노 쌍격자 패턴 형태의 홈(2b) 내부에 상기 나노 금속선(1,3)이 위치된 형태로 나노 쌍격자 구조물(4)이 구성될 수 있는 것이다.

또는 도 9에 나타낸 바와 같이 지지 기판(2)에 나노 금속선(1,3)이 넣어질 수 있는 홈(2b)을 가진 별도의 홈 구조물(2a)이 적층될 수 있다.

즉, 지지 기판(2) 위에 나노 금속선(1,3)이 내부에 위치될 수 있는 나노 쌍격자 패턴 형태의 홈(2b)이 형성된 별도의 홈 구조물(2a)이 적층되고, 이러한 나노 쌍격자 패턴 형태의 홈(2b) 내부에 상기 나노 금속선(1,3)이 위치된 형태로 나노 쌍격자 구조물(4)이 구성될 수 있는 것이다.

이와 같이 상기 홈(2b)은 지지 기판(2)에 직접 형성될 수 있으나, 후술하는 바와 같이 지지 기판(2)에 도포된 후 경화된 UV 경화제 부분에 형성될 수도 있으며(후술하는 제조 공정 참조), 여기서 홈(2b)이 형성된 UV 경화제 부분이 홈 구조물(2a)이 된다.

이러한 실시예에서, 더욱 바람직하게는, 전자파 차폐 소재(10)는 상기 홈(2b) 내부에 배치된 나노 금속선(1,3)을 사이에 두고 상기 지지 기판(2) 또는 홈 구조물(2a)에 접합 및 합지되어 나노 금속선(1,3)을 지지 기판(2)에 완전히 고정 및 유지시키는 필름 형상의 구조물(5)을 더 포함할 수 있다.

이하, 본 발명에서 지지 기판(2)에 접합되어 나노 금속선(1,3), 즉 나노 금속선(1,3)으로 이루어진 나노 쌍격자 구조물(4)을 상기 지지 기판(2)에 고정하는 필름 형상의 구조물(5)을 고정 필름이라 칭하기로 한다.

또한, 이때 지지 기판(2), 홈 구조물(2a), 나노 쌍격자 구조물(4), 및 고정 필름(5)을 포함하여 구성되는 전자파 차폐 소재(10)가 디스플레이용으로 제작될 경우, 상기 고정 필름(5)은 나노 쌍격자 구조물(4)을 사이에 두고 지지 기판(2) 또는 홈 구조물(2a)의 한쪽 면에 접합 및 합지되는 투명한 필름이 될 수 있다.

상기 고정 필름(5)은 기 제작된 투명한 필름을 지지 기판(2) 또는 홈 구조물(2a)의 한쪽 면에 열 융착 또는 접착 등을 통해 합지시키는 방법으로 설치할 수 있으며, 또는 나노 쌍격자 구조물(4) 위에 수지를 도포하여 경화시킨 필름 형태의 수지층으로 구현될 수 있다.

도 10 내지 도 15는 다양한 형상의 나노 쌍격자 구조물(4)을 예시한 도면으로, 도 10의 경우 나노 금속선이 다각형 중의 하나인 삼각형을 이루고 있으면서 이 삼각형의 나노 금속선을 최소 기본 단위 도형(폐곡선)으로 하여 삼각형의 나노 금속선이 반복 배열된 구성의 나노 쌍격자 구조물(4)을 나타내고 있다.

또한, 도 11의 경우 나노 금속선이 종방향(X축 방향)과 횡방향(Y축 방향)으로 교차된 구조를 가지는 나노 쌍격자 구조물(4)을 나타내고 있는 것으로, 사각형의 나노 금속선이 배열된 구성의 나노 쌍격자 구조물(4)을 나타내고 있다.

이와 유사하게, 도 12의 경우 오각형의 나노 금속선이 배열된 구성의 나노 쌍격자 구조물(4)을, 도 13의 경우 육각형의 나노 금속선이 배열된 구성의 나노 쌍격자 구조물(4)을 각각 예시하고 있다.

또한, 도 14의 경우 팔각형의 나노 금속선이 배열된 구성의 나노 쌍격자 구조물(4)을, 도 15의 경우 12각형의 나노 금속선이 배열된 구성의 나노 쌍격자 구조물(4)을 각각 예시하고 있다.

이와 같이 나노 쌍격자 구조물(4)을 이루고 있는 나노 금속선의 폐곡선의 형상은 다양한 형상이 될 수 있고, 본 발명에서 삼각형, 사각형, 육각형 등의 특정한 형상으로 한정하지 않는다.

또한, 나노 금속선의 형상은 상기와 같은 다각형이 아닌 폐곡선 중 원의 형상이 될 수도 있다.

한편, 본 발명에서 상기 나노 쌍격자 구조물이 전자파를 차폐할 수 있는 성능을 발휘하기 위해서는, 나노 쌍격자 구조물의 최소 기본 단위인 폐곡선에 있어서, 나노 쌍격자의 특성 상수가 차폐하고자 하는 전자파의 파장 길이와 같거나 그보다 작은 형상을 갖는 폐곡선이어야 한다.

또한, 나노 쌍격자 구조물에서 폐곡선의 피치(도 3의 예에서 Px,Py)가 차폐하고자 하는 전자파의 파장 길이와 같거나 그보다 작도록 해야 하며, 이때 나노 쌍격자 구조물(4)을 구성하고 있는 나노 금속선(1,3)의 선 폭(b)이 상기 피치의 1/2과 같거나 그보다 작아야 한다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 전자파 차폐 소재에서, 폐곡선을 이루고 있는 나노 금속선의 선 폭(b)은 10㎛ 이하로 하는 것이 바람직하며, 보다 상세하게는 5nm ~ 10㎛ 범위의 선 폭을 가지도록 하는 것이 가능하다.

5nm보다 작은 선 폭을 가지도록 하는 것이 가능하지만, 이러한 미세한 선 폭의 나노 금속선의 경우, 공정상 제조가 어려운 문제가 있고, 손상 없이 그 형상을 유지하는 것이 용이하지 않다.

또한, 선 폭(b)을 10㎛ 보다 크게 할 경우, 단위면적당 비금속 부분의 면적 비율인 개구율이 지나치게 낮아져 원하는 광 투과율에 도달하기 어렵고, 디스플레이용으로 적용하기에는 부적합한 문제를 나타낸다.

또한, 특성 상수는 차폐하고자 하는 전자파의 파장에 따라 결정되며, 지지 기판(2)에 접합되어 있는 상태에서 지지 기판(2)의 접합면을 기준으로 하는 나노 금속선(1,3)의 높이(h)는 10㎛ 이하로 하는 것이 바람직하며, 보다 상세하게는 5nm ~ 10㎛ 범위의 선 높이를 가지도록 하는 것이 가능하다.

더욱 바람직하게는 나노 금속선(1,3)의 높이(h)를 250nm ~ 300nm로 하는 것이 좋다.

또한, 나노 쌍격자 구조물(4)을 구성하고 있는 나노 금속선(1,3)은 나노미터(nm) 스케일의 크기(직경이 될 수 있음)를 가지는 나노 금속 입자로 형성될 수 있고, 도 8 및 도 9에 나타낸 바와 같이 지지 기판(2) 또는 홈 구조물(2a)의 홈(2b)에 삽입된 나노 금속선(1,3)의 경우 홈(2b)을 따라 금속 나노 입자를 충전하여 구성하는 것이 가능하다.

나노 쌍격자 구조물(4)을 구성하는 나노 금속 입자는 적어도 80nm 이하의 직경을 가지는 나노 입자가 될 수 있으며, 은, 구리, 금, 알루미늄, 니켈, 크롬, 백금, 팔라듐 등과 같은 도전체 금속 중에 선택된 금속 입자가 될 수 있다.

이와 같이 하여, 본 발명의 실시예에 따른 전자파 차폐 소재의 구성에 대해 상세히 설명하였는바, 이러한 전자파 차폐 소재의 제조 과정에 대해 설명하기로 한다.

기본적으로, 나노 금속선(1,3)으로 이루어진 폐곡선을 최소 기본 단위로 하여 상기 최소 기본 단위의 폐곡선이 반복적으로 배열된 나노 쌍격자 구조물(4)을 지지 기판(2)의 표면에 형성함으로써 전자파 차폐 소재(10)를 제조할 수 있다(도 4 및 도 5, 도 8 참조)

이에 더하여 나노 쌍격자 구조물(4)을 덮을 수 있도록 고정 필름(5)을 지지 기판(2)에 합지한 구성의 전자파 차폐 소재(10)를 제조할 수도 있다.

제조 공정에 대해 더욱 상세히 설명하면, 청정도 2000 클래스(class), 더욱 바람직하게는 청정도 500 클래스 이하의 청정실(clean room)에서 작업 가능한 필름이나 웨이퍼, 유리 기판(예, 가로, 세로 7인치 또는 8인치 크기의 유리 기판), 또는 원통 금속 소재를 세정하여 준비한다.

이하, 상기 필름이나 웨이퍼, 유리 기판, 또는 원통 금속 소재를 기판이라 통칭하기로 하며, 보다 세부적으로는 상기 필름, 웨이퍼, 유리 기판을 평면 기판으로, 그리고 상기 원통 금속 소재의 기판을 원통 금속 기판으로 구분하여 칭하기로 한다.

상기와 같이 적당한 크기의 기판을 준비한 후, 코터(coater)에서 기판의 표면에 일정 두께로 감광제를 코팅하고, 이어 열판에서 건조한다.

여기서, 감광제로는 전자선 감광제(예, ZEP 520A)가 사용될 수 있고, 감광제의 코팅 두께는 나노 쌍극자 구조물의 선 높이(또는 선 폭)를 고려하여 정해질 수 있다.

이후, 도 16에 나타낸 바와 같이 표면에 감광제(12)가 코팅된 기판(11), 즉 평면 기판이나 원통 금속 기판을 대상으로 이빔 라이터 또는 전자빔 장치를 이용하여 전자빔을 정해진 궤적을 따라 조사함으로써 지지 기판(도 8에서 도면부호 2임)에서 홈(도 8에서 도면부호 2a임)을 제외한 나머지 부분(도 8에서 도면부호 2b의 충전부에 해당함)에 대응되는 기판상의 감광제 부분을 소정의 패턴 크기와 깊이로 노광시킨다.

도 16에서 도면부호 20은 전자빔 장치의 전자총에서 방사되는 전자빔을 나타내며, 도면부호 13은 감광제(12)의 노광된 부분을 나타낸다.

이어서 현상액(예, ZED N50)을 이용하여 노광된 부분을 식각하면 소정의 음각 패턴이 만들어진다.

여기서, 감광제(12)의 음각 부분은 지지 기판(2)의 충전부(2b)에 대응되는(또는 동일한) 형상을 가지며, 양각 부분은 나노 쌍격자 구조물(4)의 나노 금속선(1,3) 패턴 형상, 즉 나노 금속선(1,3)이 넣어지는 지지 기판(2) 또는 홈 구조물(2a)의 홈(2b)의 패턴 형상을 가진다.

다음으로, 제1실시예로서, 양각의 나노 쌍격자 패턴이 형성된 평면 기판의 표면에 크롬 등의 금속을 100 ~ 700 옹스트롬(angstrom)의 두께로 증착하여 전도성을 부여한 다음 전주 금형을 제작한다.

이러한 전주 금형을 평판 그대로 사용하거나, 또는 실린더에 감아서 원통형 금형으로 사용할 수 있다.

다른 방법으로서, 제2실시예에서는 원통 금속 기판의 경우에서 감광제가 도포된 뒤 노광 및 현상을 통해 감광제가 식각 제거된 패턴 부분을 희생층으로 하여 플라즈마 식각을 통해 원통형 나노 쌍격자 금형을 제작할 수 있다.

이때, 원통형 나노 쌍격자 금형에는 상기 패턴 부분이 플라즈마 식각되어 음각의 금속 홈이 만들어지게 된다.

여기서, 음각 부분인 상기 금속 홈 부분은 지지 기판(2)의 충전부(2b)에 대응되는 형상을 가지며, 양각 부분은 나노 쌍격자 구조물(4)의 나노 금속선(1,3) 패턴 형상, 즉 나노 금속선(1,3)이 넣어지는 지지 기판(2) 또는 홈 구조물(2a)의 홈(2b)의 패턴 형상을 가진다.

상기 원통형 나노 쌍격자 금형에서 감광제는 제거될 수 있다.

또 다른 방법으로, 제3실시예에서는 감광제가 도포된 후 노광 및 현상 공정을 통해 패턴 부분의 감광제가 식각 제거된 원통 금속 기판을 원통 금형으로 이용하되, 평판의 필름상에 공지의 UV 경화제(또는 공지의 UV 잉크)를 도포한 후, UV 경화제가 도포된 평판의 필름 표면에 상기 원통 금형의 표면을 압착하는 동시에 UV(자외선)를 조사하여 UV를 건조하고, 이를 통해 음각이 형성된 마스터 몰드를 제조한다.

상기 마스터 몰드의 음각 부분은 원통 금형의 양각 부분에 의해 눌림으로써 원통 금형의 양각 부분과 반대되는 홈 형상으로 형성되는 것이다.

이러한 제3실시예의 경우, 원통 금속 기판에서 노광 및 현상을 통해 감광제가 식각 제거된 패턴 부분이 제1실시예 및 제2실시예와는 반대로 나노 쌍격자 구조물의 나노 금속선에 대응되는 부분이 되도록 한다.

이에 따라 제3실시예에서 마스터 몰드의 음각 부분은 제1실시예의 전주 금형 및 제2실시예의 원통형 나노 쌍격자 금형에서와 마찬가지로 나노 쌍격자 구조물의 나노 금속선을 제외한 부분에 대응된다.

즉, 제1실시예의 금형, 제2실시예의 금형, 및 제3실시예의 금형 모두에서 양각 부분이 나노 쌍격자 구조물의 나노 금속선의 패턴(지지 기판 또는 홈 구조물의 홈의 패턴과 같음) 형상에 대응되는 형상을 가지게 되는 것이다.

다음으로, 금형 스탬프를 이용한 자외선 경화 임프린트 공정으로서, 상기 제1실시예의 평판 형태의 전주 금형이나 실린더에 감아서 만든 원통형 금형, 또는 제2실시예의 원통형 나노 쌍격자 금형, 제3실시예의 마스터 몰드를 자외선 경화 임프린트 공정에서의 금형으로 이용한다.

이 공정에서 PET 필름이나 유리 기판 등의 지지 기판 위에 공지의 투명한 UV 경화제를 수 ~ 수십 ㎛의 두께로 도포하고, 이어 제1실시예의 금형, 또는 제2실시예의 금형, 또는 제3실시예의 금형의 표면, 즉 상기 음각과 양각 부분이 형성된 금형 표면을 상기 UV 경화제가 도포된 지지 기판의 표면에 접촉시키는 금형 스탬프 공정을 진행함과 동시에 UV 또는 열을 가하여, 지지 기판 위의 UV 경화제를 경화시키면서 상기 지기 기판 위에 상기 금형 표면과는 음양이 반대되는 패턴을 인쇄한다.

결국, 지지 기판 위에는 UV 경화제가 경화된 상태의 층이면서 나노 쌍격자 구조물의 나노 금속선의 패턴 형상을 나타내는 홈이 형성된 UV 경화제층이 적층 및 고정되고, 이렇게 홈이 형성된 UV 경화제층이 상기한 홈 구조물(도 이 된다.

이러한 자외선 경화 임프린트 공정에서 지지 기판 또는 홈 구조물의 표면에 상기와 같은 홈을 형성하기 위하여 제1실시예, 제2실시예, 및 제3실시예의 금형을 사용하였으나, 이러한 금형 대신, 감광제를 도포한 뒤 노광 및 현상을 통해 감광제가 식각 제거된 패턴 부분을 가지는 평면 기판 또는 원통 금속 기판을 그대로 스탬프 금형으로 이용하여 자외선 경화 임프린트 공정을 진행하는 것 또한 가능하다.

이 경우, 평면 기판 또는 원통 금속 기판은 표면의 양각 부분이 나노 쌍격자 구조물의 나노 금속선의 패턴(지지 기판 또는 홈 구조물의 홈의 패턴) 형상을 가지도록 제작되며, 이 평면 기판 또는 원통 금속 기판을 스탬프 금형으로 이용하되, 앞서 설명한 방법과 마찬가지로 UV 인쇄 방법을 이용하여 지지 기판 표면의 UV 경화제 부분에 나노 금속선 패턴 형상의 홈, 즉 나노 쌍격자 패턴 형상의 홈을 형성한다.

다음으로, 상기 나노 쌍격자 패턴 형상의 홈(2b)이 형성된 지지 기판(2) 및 홈 구조물(2a)에 대하여 스크린 인쇄(screen print) 작업을 진행하여, 상기 홈(2b)의 내부에 직경이 나노미터(nm) 스케일의 크기를 가지는 나노 금속 입자를 충전한다.

도 17은 도 7과 같이 지지 기판(2)의 양면에 나노 금속선(1,3)을 배치한 전자파 차폐 소재를 제조하기 위하여 지지 기판(2)의 양면 또는 그 위의 홈 구조물에 동일한 방법으로 홈을 형성한 뒤, 그 홈 내부에 각각 나노 금속 입자(1a,3a)(예, 은 나노 입자)를 충전한 상태를 나타내는 단면도이다.

상기 지지 기판(2) 또는 홈 구조물(UV 경화제에 의해 형성된 부분)의 홈 내부에 충전된 나노 금속 입자(1a,3a)는 원하는 패턴 형상을 나타내는 나노 금속선을 형성하게 되며, 이러한 나노 금속선이 지지 기판에서 전술한 나노 쌍격자 구조물을 구성하게 된다.

다음으로, 상기 고정 필름(5)으로서 공지의 하드 코팅 필름을 나노 금속 입자(1a,3a)(나노 금속선(1,3)을 형성하는 것임)가 충전된 표면을 덮도록 지지 기판(2) 또는 홈 구조물(2a)과 합지하여 전자파 차폐 소재(10), 예컨대 디스플레이 상면에 부착하여 사용할 수 있는 전자파 차폐 필름을 완성한다(도 9 참조).

물론, 전술한 바와 같이 디스플레이용 전자파 차폐 소재로 제공되는 경우 상기 지지 기판과 고정 필름은 투명한 재질의 것이 사용되어야 한다.

또한, 본 발명의 전자파 차폐 소재를 사용하여 전기전자제품의 케이스를 제조할 수 있으며, 예를 들어 휴대폰 케이스를 제조하기 위하여 나노 금속 입자가 충전된 지지 기판을 IMD(In Mold Decoration), 또는 IML(In Mold Label) 방식을 이용하여 사출기의 금형 안쪽에 배치한 뒤, 용융 수지를 금형 내에 사출하여 케이스를 성형하고, 이후 사출 성형된 제품을 금형에서 취출하면 전자파 차폐용 휴대폰 케이스를 얻을 수 있게 된다.

이와 같이 하여, 본 발명에 따른 나노 쌍격자 구조물을 가지는 전자파 차폐 소재는 휴대폰, 태블릿 PC, 노트북, TV, 웨어러블 디바이스 등에 적용 가능하며, 또한 전자파 차폐용 안경이나 앞치마, 모자, 의류, 자동차 유리, 건축자재용 유리창 등에 적용 가능하다.

또한, 헤어드라이어, 전기밥솥, 전기장판 등의 가전제품에서 전자파 차폐를 위해 사용될 수 있고, 그 밖에 산업용 전자파 차폐 시트, 산업용 전자파 보호 장비, 방산용 의류, 방산용 기기와 장비 등 그 적용 대상에 제한 없이 다양한 분야에 적용 가능하다.

이상으로 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것은 아니며, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당 업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.

(부호의 설명)

1, 3 : 나노 금속선

1a, 3a : 나노 금속 입자

2 : 지지 기판

2a : 홈 구조물

2b : 홈

4 : 나노 쌍격자 구조물

5 : 고정 필름

10 : 전자파 차폐 소재

11 : 기판

12 : 감광제

13 : 감광제의 노광 부분

20 : 전자빔

b: 나노 금속선의 폭

h : 나노 금속선의 높이

Px : X축 방향 피치

Py : Y축 방향 피치

Claims

지지 기판; 및

나노미터(nm) 스케일의 선 폭과 높이를 가지는 나노 금속선이 폐곡선을 형성한 상태로 상기 지지 기판의 표면에 접합 및 고정되어서 구성되고, 상기 나노 금속선에 의해 형성된 폐곡선들이 상기 지지 기판의 표면상에서 반복적으로 배열되어 있는 구조로 되어 있는 나노 쌍격자 구조물을 포함하고,

상기 나노 쌍격자 구조물 전체에서 폐곡선 하나를 둘러싸는 원들 중 최소 면적을 가지는 원의 지름에 해당하는 나노 쌍격자 특성 상수가 차폐하고자 하는 전자파의 파장 길이와 같거나 그보다 작도록 되어 있으며,

상기 폐곡선들의 배열에 있어서 폐곡선 간의 피치가 차폐하고자 하는 전자파의 파장 길이와 같거나 그보다 작고,

상기 나노 쌍격자 구조물의 나노 금속선의 선 폭이 상기 피치의 1/2과 같거나 그보다 작은 것을 특징으로 하는 나노 구조물을 이용한 전자파 차폐 소재.
청구항 1에 있어서,

상기 폐곡선이 다각형이거나 원이거나 타원인 것을 특징으로 하는 나노 구조물을 이용한 전자파 차폐 소재.
청구항 1에 있어서,

상기 나노 쌍격자 구조물에서 동일한 형상의 폐곡선들이 반복적으로 배열되어 있을 때, 상기 폐곡선이 다각형 또는 원인 경우, 상기 피치는 이웃한 폐곡선의 중심 간의 거리인 것을 특징으로 하는 나노 구조물을 이용한 전자파 차폐 소재.
청구항 1에 있어서,

상기 폐곡선이 나노 금속선이 직각으로 교차되어 형성되는 정사각형 또는 직사각형인 경우, 상기 피치는 정사각형의 변의 길이 또는 직사각형의 장변과 단변의 길이인 것을 특징으로 하는 나노 구조물을 이용한 전자파 차폐 소재.
청구항 1에 있어서,

상기 나노 쌍격자 구조물에서 동일한 형상의 폐곡선들이 반복적으로 배열되어 있을 때, 상기 폐곡선이 타원인 경우, 상기 피치는 타원의 단축 길이와 장축 길이인 것을 특징으로 하는 나노 구조물을 이용한 전자파 차폐 소재.
청구항 1에 있어서,

상기 폐곡선을 형성하고 있는 나노 금속선의 선 폭과 높이는 5nm ~ 10㎛로 되어 있는 것을 특징으로 하는 나노 구조물을 이용한 전자파 차폐 소재.
청구항 6에 있어서,

상기 나노 금속선의 높이가 250nm ~ 300nm인 것을 특징으로 하는 나노 구조물을 이용한 전자파 차폐 소재.
청구항 1에 있어서,

상기 나노 금속선은 지지 기판에 형성된 홈의 내측에 삽입되어 위치되거나, 상기 지지 기판에 별도로 적층되고 홈을 가지는 홈 구조물의 상기 홈 내측에 삽입되어 위치되는 것을 특징으로 하는 나노 구조물을 이용한 전자파 차폐 소재.
청구항 8에 있어서,

상기 지지 기판의 홈 또는 상기 홈 구조물의 홈 내측에 삽입된 나노 금속선을 덮을 수 있도록 상기 지지 기판 또는 홈 구조물에 적층된 상태로 나노 금속선을 고정하는 고정 필름을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 나노 구조물을 이용한 전자파 차폐 소재.
청구항 9에 있어서,

상기 고정 필름은 상기 지지 기판 또는 홈 구조물에 열 융착 또는 접착에 의해 합지된 필름이거나, 수지를 도포하여 경화시킨 수지층으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 나노 구조물을 이용한 전자파 차폐 소재.
청구항 9에 있어서,

상기 지지 기판과 고정 필름, 또는 상기 지지 기판과 홈 구조물 및 고정 필름이 투명 재질로 되어 있는 것을 특징으로 하는 나노 구조물을 이용한 전자파 차폐 소재.
청구항 8에 있어서,

상기 나노 금속선은 상기 홈 내측에 나노 금속 입자를 충전하여 형성되는 것을 특징으로 하는 나노 구조물을 이용한 전자파 차폐 소재.
청구항 12에 있어서,

상기 나노 금속 입자는 적어도 80nm 이하의 직경을 가지는 나노 금속 입자인 것을 특징으로 하는 나노 구조물을 이용한 전자파 차폐 소재.
청구항 12에 있어서,

상기 나노 금속 입자는 은, 구리, 금, 알루미늄, 니켈, 크롬, 백금 및 팔라듐 중에 선택된 금속의 나노 입자인 것을 특징으로 하는 나노 구조물을 이용한 전자파 차폐 소재.
청구항 1에 있어서,

상기 지지 기판이 투명 재질로 되어 있는 것을 특징으로 하는 나노 구조물을 이용한 전자파 차폐 소재.
청구항 1에 있어서,

상기 지지 기판의 표면에 접합 및 고정되는 나노 금속선 중 적어도 일부의 나노 금속선이 지지 기판의 한쪽 면에, 그리고 나머지의 나노 금속선이 지지 기판의 반대쪽 면에 접합 및 고정되고,

상기 지지 기판의 한쪽 면에 접합 및 고정된 나노 금속선과, 상기 지지 기판의 반대쪽 면에 접합 및 고정된 나노 금속선은 서로 교차되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 나노 구조물을 이용한 전자파 차폐 소재.