WO2023048451A1 - 투명필름 구조체의 설계방법 및 투명필름 구조체의 제조장치, 이를 이용하여 제조되는 투명필름 구조체 및 전자기파 흡수 구조체 - Google Patents

투명필름 구조체의 설계방법 및 투명필름 구조체의 제조장치, 이를 이용하여 제조되는 투명필름 구조체 및 전자기파 흡수 구조체 Download PDF

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conductive pattern
transparent film
dielectric substrate
film structure
area ratio
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PCT/KR2022/014024
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English (en)
French (fr)
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정민석
정현준
김재현
이학주
최태인
김용준
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재단법인 파동에너지 극한제어연구단
한국기계연구원
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    • H01B5/00—Non-insulated conductors or conductive bodies characterised by their form
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
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    • H01B1/22—Conductive material dispersed in non-conductive organic material the conductive material comprising metals or alloys
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    • H01Q17/001—Devices for absorbing waves radiated from an antenna; Combinations of such devices with active antenna elements or systems for modifying the directional characteristic of an aerial

Definitions

  • the present invention relates to a design method of a transparent film structure, an apparatus for manufacturing a transparent film structure, a transparent film structure manufactured using the same, and an electromagnetic wave absorbing structure, and more particularly, the process is simplified, the production cost is low, and the production cost is low, and the production is implemented in a large area.
  • Transparent electrodes are widely used for various purposes, such as flat panel displays such as LCDs, PDPs, and OLEDs, or transparent electrodes for amorphous silicon thin-film solar cells and dye-sensitized solar cells.
  • the most widely used transparent electrode film to date is an indium tin oxide (ITO) film.
  • ITO transparent electrodes which are currently used the most, are deposited on substrates such as glass and polymer films.
  • substrates such as glass and polymer films.
  • plastic which is lighter than glass, as a substrate material, and the development of a transparent electrode capable of exhibiting optimal physical properties on a plastic substrate is required.
  • the application area of the transparent electrode can be expanded not only to functional glass such as IR shielding and EMI shielding, but also to structures such as a stealth film for realizing a stealth function by losing incident electromagnetic waves.
  • Stealth technology refers to a technology that absorbs optical signals, electromagnetic signals, infrared signals, vibration signals, etc. that may occur during the operation of a weapon system so that it is not captured or exposed to enemy detection signals. Since the stealth structure is used not only for opaque parts such as the ship's hull, but also for transparent parts such as the canopy of the cockpit of an aircraft and the porthole of a ship, not only high stealth performance but also sufficient permeability are secured, and there is no glare. visibility is required. In addition, in the process of realizing this, a method for realizing low price and large area should be considered.
  • Korean Patent Registration No. 2127363 which is a prior document, discloses a transparent stealth structure.
  • the transparent stealth structure disclosed in the prior art document forms a first full surface transparent conductive pattern on the entire surface of a transparent substrate, and has a sheet resistance greater than that of the first full surface transparent conductive pattern in a region where the first full surface transparent conductive pattern is not formed.
  • the shimmering of the first front transparent conductive pattern is prevented from being visually distinguished by filling the second front transparent conductive pattern.
  • the technical problem to be achieved by the present invention is a method for designing a transparent film structure that can be implemented in a large area and a manufacturing device for a transparent film structure that has a low production cost due to a simplified process, and manufacturing using the same It is to provide a transparent film structure and an electromagnetic wave absorbing structure.
  • one embodiment of the present invention is a substrate material selection step of selecting a material for a dielectric substrate; a pattern material selection step of selecting a material for a final conductive pattern provided on the front surface of the dielectric substrate; a target transmittance difference determining step of determining a target transmittance difference between the dielectric substrate and the final conductive pattern so that a shimmer caused by a transmittance difference between the dielectric substrate and the final conductive pattern is not distinguished with the naked eye; and an area ratio setting step of setting an area ratio of the final conductive pattern to that of the dielectric substrate so that a difference between transmittance of the dielectric substrate and transmittance of the final conductive pattern is less than the target transmittance difference.
  • the area ratio in the area ratio setting step, may be set through Equation (1).
  • Equation (1) IL full - (IL full ⁇ AR TEM ) ⁇ T.
  • IL full is visible light insertion loss when a conductive material is provided on the entire surface of the dielectric substrate
  • AR TEM is an area ratio
  • T is a target transmittance difference.
  • the target transmittance difference may be 1% or less.
  • the area ratio may be greater than 0.8 and less than 1.0.
  • the area ratio setting step may include a unit grid arranging step of arranging a virtual unit grid on the entire surface of the dielectric substrate, and a basic conductive pattern coating each of the unit grids with a basic conductive pattern having the area ratio.
  • the final conductive pattern in the final conductive pattern forming step, may be formed such that the reflectivity of the incident electromagnetic wave is -10 dB or less.
  • the basic conductive pattern in the step of preparing the basic conductive pattern, may correspond to the shape of the unit grid, but be spaced apart from the edge of the unit grid by the same distance and formed in an island shape.
  • the interval between the unit grids may be set through Equation (2) below. Equation (2) --- D ⁇ ( ⁇ ⁇ L) / (60 ⁇ 180), where D is the interval between the unit grids, and L is between the unit grids and the human eye. is the distance of
  • one embodiment of the present invention is a substrate material selection unit for selecting the material of the dielectric substrate; a pattern material selector selecting a material for a final conductive pattern provided on the front surface of the dielectric substrate; a target transmittance difference determiner configured to determine a target transmittance difference between the dielectric substrate and the final conductive pattern so that a shimmer caused by a transmittance difference between the dielectric substrate and the final conductive pattern is not distinguished with the naked eye; and an area ratio setting unit configured to set an area ratio of the final conductive pattern to the dielectric substrate such that a difference between transmittance of the dielectric substrate and transmittance of the final conductive pattern is less than the target transmittance difference.
  • the area ratio setting unit provides a unit grid arranging unit for arranging a virtual unit grid on the entire surface of the dielectric substrate, and a basic conductive pattern for coating each of the unit grids with a basic conductive pattern of the area ratio. and a final conductive pattern forming unit for forming the final conductive pattern by adding a conductive material so that at least some of the basic conductive patterns are connected.
  • one embodiment of the present invention provides a transparent film structure manufactured using a design method of the transparent film structure.
  • one embodiment of the present invention is a transparent film structure manufactured using a design method of the transparent film structure; And it provides an electromagnetic wave absorbing structure including a reflective layer provided on the rear surface of the dielectric substrate.
  • a material for a dielectric substrate and a final conductive pattern is selected, a target transmittance difference is determined according to the selected material, and a difference between transmittance of the dielectric substrate and transmittance of the final conductive pattern is less than the target transmittance difference. Since the area ratio of the final conductive pattern with respect to the dielectric substrate is set so as to be the same, the basic conductive pattern is prepared with the set area ratio, and the final conductive pattern is formed using a genetic algorithm, so the design method of the transparent film structure can be implemented simply. .
  • the designed transparent film structure can be manufactured through a photoresist and plasma etching process, the production process can be simplified, the production cost can be lowered, and large-area implementation can be facilitated.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a transparent film structure according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a flowchart illustrating a method of designing a transparent film structure according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a flowchart showing an area ratio setting step in a method for designing a transparent film structure according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is an exemplary process view of an area ratio setting step in a method for designing a transparent film structure according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a transparent film structure designed by the method of designing a transparent film structure according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a graph showing reflectivity of the transparent film structure of FIG. 5 .
  • FIG. 7 is a photograph for explaining a difference in transmittance of a transparent film structure designed and manufactured by a method of designing a transparent film structure according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a graph for explaining a difference in transmittance between the transparent film structure of FIG. 7 and a comparative example.
  • FIG. 9 is a block diagram showing a manufacturing apparatus for a transparent film structure according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view showing an electromagnetic wave absorbing structure according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a graph showing reflectivity of an electromagnetic wave absorbing structure according to an embodiment of the present invention.
  • unit grid 120a basic conductive pattern
  • substrate material selection unit 320 pattern material selection unit
  • unit grid arrangement unit 342 basic conductive pattern preparation unit
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a transparent film structure according to an embodiment of the present invention.
  • the transparent film structure 100 may include a dielectric substrate 110 and a final conductive pattern 120 .
  • the dielectric substrate 110 may be formed of at least one of a polymer material and a glass material.
  • a polymer material for example, at least one of polyethylene terephthalate (PET) and acrylic may be included.
  • the glass material may include tempered glass.
  • acrylic has a dielectric constant of 3, and tempered glass has a dielectric constant of 4.1, but a polymer material having a dielectric constant between 3 and 4.1 may be appropriately selected.
  • the dielectric substrate 110 may be formed in the form of a film.
  • the dielectric substrate 110 may be formed to a thickness of 1 to 10 mm depending on required performance.
  • the final conductive pattern 120 may be provided on the front surface of the dielectric substrate 110 .
  • the final conductive pattern 120 may be made of graphene, but is not necessarily limited thereto.
  • the final conductive pattern 120 may have an empty space 121 and may implement electrical performance.
  • Figure 2 is a flow chart showing a method for designing a transparent film structure according to an embodiment of the present invention
  • Figure 3 is a flow chart showing an area ratio setting step in the design method for a transparent film structure according to an embodiment of the present invention
  • Figure 4 is an exemplary process diagram of the area ratio setting step in the method of designing a transparent film structure according to an embodiment of the present invention.
  • the design method of the transparent film structure includes a substrate material selection step (S210), a pattern material selection step (S220), a target transmittance difference determination step (S230), and an area ratio setting step (S240). can do.
  • the substrate material selection step (S210) may be a step of selecting a material for the dielectric substrate 110.
  • the dielectric substrate 110 may be at least one of polymer and glass materials, and may be appropriately selected depending on the environment in which the transparent film structure is used.
  • the pattern material selection step (S220) may be a step of selecting a material for the final conductive pattern 120 provided on the front surface of the dielectric substrate 110.
  • the final conductive pattern 120 may be formed of graphene.
  • the final conductive pattern 120 is provided directly on the front surface of the dielectric substrate 110, or an acrylic substrate is used as the dielectric substrate 110, and a PET layer is further provided on the front surface of the acrylic substrate, and the final conductive pattern 120 is PET. It may be provided on the floor.
  • the step of determining the target transmittance difference is to determine the difference between the dielectric substrate 110 and the final conductive pattern 120 so that the shimmer caused by the difference in transmittance between the dielectric substrate 110 and the final conductive pattern 120 is not visually distinguished.
  • a step of determining a target transmittance difference may be performed.
  • the target transmittance difference may be determined according to the material of the dielectric substrate 110 and the material of the final conductive pattern 120, but may be preferably 1% or less. That is, when the difference between the transmittance of the dielectric substrate 110 and the transmittance of the final conductive pattern 120 is 1% or less, the shape of the final conductive pattern 120 cannot be visually identified, and thus the final conductive pattern 120 The shimmering caused by this may also be indistinguishable to the naked eye.
  • the area ratio setting step (S240) the area ratio of the final conductive pattern 120 to the dielectric substrate 110 is set so that the difference between the transmittance of the dielectric substrate 110 and the transmittance of the final conductive pattern 120 is less than the target transmittance difference. It may be a setting step.
  • the area ratio may be set through Equation (1).
  • IL full is visible light insertion loss when a conductive material is provided on the entire surface of the dielectric substrate 110
  • AR TEM is an area ratio
  • T is a target transmittance difference.
  • the IL full may be determined according to the material of the dielectric substrate 110 and the type of conductive material. For example, when graphene is provided as a conductive material on the entire surface of the dielectric substrate 110 made of PET, the IL full is 5%. , and when the target transmittance difference is 1%, the area ratio (AR TEM ) may be greater than 0.8. And, since the final conductive pattern 120 provided on the entire surface of the dielectric substrate 110 has an empty space 121, the area ratio may be less than 1.0, and thus the area ratio may be greater than 0.8 or less than 1.0.
  • the area ratio setting step (S240) may include a unit grid arrangement step (S241), a basic conductive pattern preparation step (S242), and a final conductive pattern forming step (S243).
  • the unit grid arrangement step ( S241 ) may be a step of arranging the virtual unit grid 111 on the entire surface of the dielectric substrate 110 .
  • Each unit grid 111 may have the same size and may be arranged in a longitudinal direction and a transverse direction. In the drawing, the unit grid 111 is shown as being arranged in an 8 ⁇ 8, but this is exemplary and may be arranged in a 12 ⁇ 12, etc. (see (a) and (b) of FIG. 4 ).
  • the basic conductive pattern preparing step ( S242 ) may be a step of coating each unit grid 111 with the basic conductive pattern 120a in an area ratio.
  • the basic conductive pattern 120a may be formed to correspond to the shape of the unit grid 111 . That is, when the unit grid 111 has a rectangular shape, the basic conductive pattern 120a may also be formed in a rectangular shape. In addition, the basic conductive pattern 120a may be spaced apart from the edge of the unit grid 111 by the same distance and formed in an island shape. That is, an empty space 121 may be formed in an outer region of the basic conductive pattern 120a.
  • the basic conductive pattern 120a may be formed to have an area of 81% of the area of the unit grid 111 .
  • the empty space 121 may correspond to 19% of the area of the unit grid 111 (see (c) of FIG. 4).
  • the interval D between the unit grids 111 may be a function of the distance L between the conductive pattern and an observer's eye looking at the conductive pattern.
  • the interval D between each unit grid 111 may be expressed as Equation (2) below.
  • the interval between each unit grid 111 may be 100 ⁇ m or less. That is, it is preferable that the distance D between each unit grid in the transparent film structure located at a distance L from the human eye is smaller than ( ⁇ L)/(60 ⁇ 180).
  • the distance between the unit grids 111 is preferably set to 100 ⁇ m or less.
  • the above equation can be applied when the visual acuity is 1.0 as a standard, and since the angle that the human eye can distinguish may vary depending on the visual acuity, the distance D between each unit grid may be differently applied according to the visual acuity.
  • the final conductive pattern forming step ( S243 ) may be a step of forming the final conductive pattern 120 by adding a conductive material so that at least some of the basic conductive patterns 120a are connected.
  • the final conductive pattern 120 may be formed such that the reflectivity of the incident electromagnetic wave is -10 dB or less in the 8 to 12 GHz region (see FIGS. 4(d) and 6 ).
  • the area ratio setting step (S240) may be implemented in a program, and the final conductive pattern forming step (S243) may be implemented through a genetic algorithm by setting the connection between each basic conductive pattern 120a as an optimal parameter.
  • FIG. 5 is a transparent film structure designed by the method of designing a transparent film structure according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 6 is a graph showing reflectivity of the transparent film structure of FIG. 5 .
  • the designed final conductive pattern 120 is a 16 ⁇ 16 pattern in which 16 unit grids 111 are arranged in the horizontal and vertical directions, each unit grid 111 The distance between them was 100 ⁇ m, and the area ratio occupied by the final conductive pattern 120 exceeded 81%.
  • the designed final conductive pattern 120 may be repeatedly arranged in the horizontal and vertical directions to be implemented in a large area (see (b) of FIG. 5 ).
  • FIG. 7 is a photograph for explaining a difference in transmittance of a transparent film structure designed and manufactured by a method of designing a transparent film structure according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 7 (a) is a transparent film structure 100 according to the present invention
  • Figure 7 (b) uses a dielectric substrate and conductive material of the same material as in Figure 7 (a), but the conductive material is a dielectric It is a transparent film structure (100a) as a comparative example provided on the entire surface of the substrate.
  • a 75 ⁇ m thick PET film was used to support the final conductive pattern, and a single layer of graphene was used as the final conductive pattern.
  • Figure 8 is a graph for explaining the difference in transmittance between the transparent film structure of Figure 7 and the comparative example.
  • the transparent film structure 100 according to the present invention exhibited transmittance of 95.4% at a wavelength of 550 nm
  • the transparent film structure 100a as a comparative example exhibited transmittance of 94.9% at a wavelength of 550 nm. showed That is, the transmittance difference between the transparent film structures 100 and 100a was 0.5%, which was 1% or less.
  • the transparent film structure 100 designed and manufactured by the method of designing the transparent film structure according to the present invention and the transparent film structure 100a as a comparative example are all almost at a wavelength of 400 to 1100 nm. Similar transmittance was shown, and as shown in FIG. 7 , flickering may not be visually recognized in the transparent film structure 100 according to the present invention.
  • the final conductive pattern 120 is prepared on the actual dielectric substrate 110 .
  • a conductive material layer may be prepared by applying a conductive material to the entire surface of the dielectric substrate 110, and a photoresist may be provided on the upper side of the conductive material layer. Photoresist may be prepared to correspond to the final conductive pattern. Thereafter, a portion of the conductive material layer where the photoresist is not provided may be plasma etched to form a final conductive pattern having a shape corresponding to the photoresist.
  • the production process can be simplified, the production cost can be lowered, and the large-area implementation of the transparent film structure can be facilitated.
  • FIG. 9 is a block diagram showing a manufacturing apparatus for a transparent film structure according to an embodiment of the present invention.
  • the apparatus for manufacturing a transparent film structure includes a substrate material selection unit 310, a pattern material selection unit 320, a target transmittance difference determination unit 330, and an area ratio setting unit 340. ) may be included.
  • the substrate material selector 310 may select a material for the dielectric substrate.
  • the substrate material selection unit 310 may perform the above-described substrate material selection step (S210).
  • the pattern material selection unit 320 may select a material for a final conductive pattern provided on the front surface of the dielectric substrate.
  • the pattern material selection unit 320 may perform the above-described pattern material selection step (S220).
  • the target transmittance difference determiner 330 may determine a target transmittance difference between the dielectric substrate and the final conductive pattern so that the shimmer caused by the transmittance difference between the dielectric substrate and the final conductive pattern is not visually distinguished.
  • the target transmittance difference determining unit 330 may perform the above-described target transmittance difference determining step (S230).
  • the area ratio setting unit 340 may set the area ratio of the final conductive pattern to the dielectric substrate so that the difference between the transmittance of the dielectric substrate and the transmittance of the final conductive pattern is less than the target transmittance difference.
  • the area ratio setting unit 340 may perform the above-described area ratio setting step (S240). To this end, the area ratio setting unit 340 may include a unit grid arrangement unit 341 , a basic conductive pattern preparation unit 342 and a final conductive pattern forming unit 343 .
  • the unit grid arrangement unit 341 may arrange a virtual unit grid on the entire surface of the dielectric substrate.
  • the unit grid arranging unit 341 may perform the aforementioned unit grid arranging step (S241).
  • the basic conductive pattern preparation unit 342 may coat each unit grid with a basic conductive pattern in an area ratio.
  • the basic conductive pattern preparing unit 342 may perform the above-described basic conductive pattern preparing step (S242).
  • the final conductive pattern formation unit 343 may form a final conductive pattern by adding a conductive material so that at least some of the basic conductive patterns are connected.
  • the final conductive pattern forming unit 343 may perform the aforementioned final conductive pattern forming step (S243).
  • the electromagnetic wave absorbing structure including the transparent film structure 100 designed and manufactured by the design method of the transparent film structure will be described.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view showing an electromagnetic wave absorbing structure according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 11 is a graph showing reflectivity of the electromagnetic wave absorbing structure according to an embodiment of the present invention.
  • the electromagnetic wave absorbing structure 400 may include a transparent film structure 100 and a reflective layer 410 . Since the transparent film structure 100 has been described above, repeated descriptions will be omitted as much as possible.
  • the reflective layer 410 may be provided on the rear surface of the dielectric substrate 110 .
  • the reflective layer 410 may be formed of at least one of silver nanowires, graphene, carbon nanotubes (CNTs), and oxide conductors.
  • the reflective layer 410 may be provided on the entire rear surface of the dielectric substrate 110 or partially.
  • the reflective layer 410 may be formed in a graphene pattern on the entire rear surface of the dielectric substrate 110 .
  • the reflective layer 410 may be directly provided on the rear surface of the dielectric substrate 110 or may be provided on a PET layer further provided on the rear surface of the acrylic substrate using an acrylic substrate as the dielectric substrate 110 .
  • the final conductive pattern 120 may change the phase of the transmitted electromagnetic wave 12 moving toward the dielectric substrate 110 while losing the electromagnetic wave 10 incident from the outside as the first loss energy 13 .
  • the final conductive pattern 120 When the electromagnetic wave 10 is incident on the final conductive pattern 120, some of it may be reflected as the reflected wave 11. By minimizing the impedance difference with air through the optimal pattern design of the final conductive pattern 120, the final conductive pattern ( 120) can minimize the reflected signal.
  • the reflective layer 410 may reflect (14) the transmitted electromagnetic wave 12 passing through the dielectric substrate 110 .
  • the electromagnetic wave absorbing structure 400 can implement reflectivity of -10 dB or less in the range of 8 to 12 GHz, and through this, it can have high electromagnetic wave absorption performance.
  • the present invention is industrially used in the technical field of a transparent film structure manufacturing method and a transparent film structure manufacturing apparatus, a transparent film structure manufactured using the same, and an electromagnetic wave absorbing structure technology field that can be implemented in a large area with a low production cost due to a simplified process. possible.

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Abstract

본 발명의 일실시예는 공정이 간소화되어 생산 가격이 낮고, 대면적으로 구현이 가능한 투명필름 구조체의 설계방법 및 투명필름 구조체의 제조장치, 이를 이용하여 제조되는 투명필름 구조체 및 전자기파 흡수 구조체를 제공한다. 여기서, 투명필름 구조체의 설계방법은 유전체 기판의 소재를 선정하는 단계와, 유전체 기판의 전면에 마련되는 최종 전도성 패턴의 소재를 선정하는 단계와, 유전체 기판 및 최종 전도성 패턴의 투과도 차이에 기인한 아른거림이 육안으로 구별되지 않도록, 유전체 기판 및 최종 전도성 패턴 사이의 목표 투과도 차이를 결정하는 단계와, 유전체 기판의 투과도 및 최종 전도성 패턴의 투과도 사이의 차이가 목표 투과도 차이 미만이 되도록, 유전체 기판에 대한 최종 전도성 패턴의 면적비를 설정하는 단계를 포함한다.

Description

투명필름 구조체의 설계방법 및 투명필름 구조체의 제조장치, 이를 이용하여 제조되는 투명필름 구조체 및 전자기파 흡수 구조체
본 발명은 투명필름 구조체의 설계방법 및 투명필름 구조체의 제조장치, 이를 이용하여 제조되는 투명필름 구조체 및 전자기파 흡수 구조체에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 공정이 간소화되어 생산 가격이 낮고, 대면적으로 구현이 가능한 투명필름 구조체의 설계방법 및 투명필름 구조체의 제조장치, 이를 이용하여 제조되는 투명필름 구조체 및 전자기파 흡수 구조체에 관한 것이다.
투명 전극은 LCD, PDP, OLED와 같은 평판디스플레이 또는 비정형 실리콘 박막 태양전지, 염료 감응형 태양전지의 투명전극 등의 다양한 용도로 광범위하게 사용되고 있다.
이러한 투명전극 필름으로 현재까지 가장 널리 사용되는 것은 인듐 주석 산화물(Indium Tin Oxide: ITO) 필름이다.
현재 가장 많이 사용되는 이러한 ITO 투명전극은 유리(glass) 및 폴리머 필름(polymer film) 등의 기판 위에 증착되어 사용되고 있으나, 차세대 디스플레이의 개발이 저가격화, 대면적화, 경량화를 추구하고 있는 상황에서, 이를 실현하기 위해서는 유리보다 가벼운 플라스틱을 기판 재료로 사용하는 것이 요구되고 있으며, 플라스틱 기판 상에서 최적의 물성을 나타낼 수 있는 투명전극의 개발이 요구되고 있다.
한편, 투명 전극은 IR 차폐, EMI 차폐와 같은 기능성 유리뿐만 아니라, 입사되는 전자파를 손실시켜 스텔스 기능을 구현하기 위한 스텔스 필름 등의 구조물로도 그 적용영역이 확대될 수 있다.
스텔스 기술은 무기체계의 운용 시 발생할 수 있는 광학 신호, 전자기 신호, 적외선 신호, 진동 신호 등을 흡수시켜, 적의 탐지신호에 포착 또는 노출되지 않도록 하는 기술을 의미한다. 스텔스 구조물은 함정의 선체 등과 같은 불투명한 부분뿐만 아니라, 항공기의 조종석의 캐노피나, 함정의 현창과 같이 투명한 부분에도 사용되기 때문에, 높은 스텔스 성능뿐만 아니라 충분한 투과도가 확보되고, 아른거림 등이 없는 개선된 시인성이 필요하다. 또한 이를 실현하는 과정에서 저가격화 및 대면적화를 구현하기 위한 방법도 고려되어야 한다.
선행문헌인 대한민국 등록특허공보 제2127363호에는 투명 스텔스 구조체가 개시된다. 상기 선행문헌에 개시되는 투명 스텔스 구조체는 투명기재의 전면에 제1전면 투명전도성패턴을 형성하고, 제1전면 투명전도성패턴이 형성되지 않은 영역에 제1전면 투명전도성패턴의 면저항보다 큰 면저항을 갖는 제2전면 투명전도성패턴을 채워 제1전면 투명전도성 패턴의 아른거림이 육안으로 구별되지 않도록 하고 있다.
그러나, 이러한 방법은 서로 다른 면저항을 갖는 패턴을 두 번 제작해야 하기 때문에 공정이 늘어나게 되고, 생산 가격이 상승하게 되며, 특히, 대면적의 전자기파 흡수 구조체를 구현하기 힘든 문제가 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 공정이 간소화되어 생산 가격이 낮고, 대면적으로 구현이 가능한 투명필름 구조체의 설계방법 및 투명필름 구조체의 제조장치, 이를 이용하여 제조되는 투명필름 구조체 및 전자기파 흡수 구조체를 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예는 유전체 기판의 소재를 선정하는 기판 소재 선정단계; 상기 유전체 기판의 전면에 마련되는 최종 전도성 패턴의 소재를 선정하는 패턴 소재 선정단계; 상기 유전체 기판 및 상기 최종 전도성 패턴의 투과도 차이에 기인한 아른거림이 육안으로 구별되지 않도록, 상기 유전체 기판 및 상기 최종 전도성 패턴 사이의 목표 투과도 차이를 결정하는 목표 투과도 차이 결정단계; 및 상기 유전체 기판의 투과도 및 상기 최종 전도성 패턴의 투과도 사이의 차이가 상기 목표 투과도 차이 미만이 되도록, 상기 유전체 기판에 대한 상기 최종 전도성 패턴의 면적비를 설정하는 면적비 설정단계를 포함하는 투명필름 구조체의 설계방법을 제공한다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 면적비 설정단계에서, 상기 면적비는 식(1)을 통해 설정될 수 있다. 식(1) --- ILfull - (ILfull × ARTEM ) < T. 상기 식(1)에서, 상기 ILfull 은 상기 유전체 기판의 전면 전체에 전도성 물질이 마련되었을 때 가시광 삽입 손실이고, 상기 ARTEM 은 면적비이고, 상기 T는 목표 투과도 차이이다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 목표 투과도 차이는 1 % 이하일 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 면적비는 0.8 초과, 1.0 미만일 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 면적비 설정단계는, 상기 유전체 기판의 전면에 가상의 단위 그리드를 배열하는 단위 그리드 배열단계와, 상기 단위 그리드 각각에 상기 면적비의 기본 전도성 패턴을 코팅하는 기본 전도성 패턴 마련단계와, 상기 기본 전도성 패턴들 중의 적어도 일부가 연결되도록 전도성 물질을 추가하여 상기 최종 전도성 패턴을 형성하는 최종 전도성 패턴 형성단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 최종 전도성 패턴 형성단계에서, 상기 최종 전도성 패턴은 입사되는 전자파의 반사도가 -10 dB 이하가 되도록 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 기본 전도성 패턴 마련단계에서, 상기 기본 전도성 패턴은 상기 단위 그리드의 형상에 대응되되, 상기 단위 그리드의 테두리로부터 동일한 거리만큼 이격되게 마련되어 아일랜드 형태로 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 단위 그리드 사이의 간격은 아래 식(2)를 통해 설정될 수 있다. 식(2) --- D ≤ (π×L) / (60×180), 상기 식(2)에서, 상기 D는 상기 단위 그리드 사이의 간격이고, 상기 L은 상기 단위 그리드 및 사람의 눈 사이의 거리이다.
한편, 상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예는 유전체 기판의 소재를 선정하는 기판 소재 선정부; 상기 유전체 기판의 전면에 마련되는 최종 전도성 패턴의 소재를 선정하는 패턴 소재 선정부; 상기 유전체 기판 및 상기 최종 전도성 패턴의 투과도 차이에 기인한 아른거림이 육안으로 구별되지 않도록, 상기 유전체 기판 및 상기 최종 전도성 패턴 사이의 목표 투과도 차이를 결정하는 목표 투과도 차이 결정부; 및 상기 유전체 기판의 투과도 및 상기 최종 전도성 패턴의 투과도 사이의 차이가 상기 목표 투과도 차이 미만이 되도록, 상기 유전체 기판에 대한 상기 최종 전도성 패턴의 면적비를 설정하는 면적비 설정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 투명필름 구조체의 제조장치를 제공한다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 면적비 설정부는, 상기 유전체 기판의 전면에 가상의 단위 그리드를 배열하는 단위 그리드 배열부와, 상기 단위 그리드 각각에 상기 면적비의 기본 전도성 패턴을 코팅하는 기본 전도성 패턴 마련부와, 상기 기본 전도성 패턴들 중의 적어도 일부가 연결되도록 전도성 물질을 추가하여 상기 최종 전도성 패턴을 형성하는 최종 전도성 패턴 형성부를 가질 수 있다.
한편, 상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예는 투명필름 구조체의 설계방법을 이용하여 제조되는 투명필름 구조체를 제공한다.
한편, 상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예는 투명필름 구조체의 설계방법을 이용하여 제조되는 투명필름 구조체; 그리고 상기 유전체 기판의 후면에 마련되는 반사층을 포함하는 전자기파 흡수 구조체를 제공한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 유전체 기판 및 최종 전도성 패턴의 소재를 선정하고, 선정된 소재에 따른 목표 투과도 차이를 결정하며, 유전체 기판의 투과도 및 최종 전도성 패턴의 투과도 사이의 차이가 목표 투과도 차이 미만이 되도록 유전체 기판에 대한 최종 전도성 패턴의 면적비를 설정하고, 설정된 면적비로 기본 전도성 패턴을 마련한 후 유전 알고리즘을 이용하여 최종 전도성 패턴을 형성하기 때문에, 투명필름 구조체의 설계 방법이 간단하게 구현될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 설계된 투명필름 구조체는 포토레지스트 및 플라즈마 에칭 공정을 통해 제조될 수 있기 때문에, 생산공정이 간소화되어 생산 가격도 낮아질 수 있고, 대면적 구현이 용이할 수 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 투명필름 구조체를 나타낸 단면예시도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 투명필름 구조체의 설계방법을 나타낸 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 투명필름 구조체의 설계방법 중 면적비 설정단계를 나타낸 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 투명필름 구조체의 설계방법 중 면적비 설정단계의 공정예시도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 투명필름 구조체의 설계방법으로 설계된 투명필름 구조체이다.
도 6은 도 5의 투명필름 구조체의 반사도를 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 투명필름 구조체의 설계방법으로 설계, 제조된 투명필름 구조체의 투과도 차이를 설명하기 위한 사진이다.
도 8은 도 7의 투명필름 구조체 및 비교예의 투과도 차이를 설명하기 위한 그래프이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 투명필름 구조체의 제조장치를 나타낸 구성도이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 전자기파 흡수 구조체를 나타낸 단면예시도이다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 전자기파 흡수 구조체의 반사도를 나타낸 그래프이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100: 투명필름 구조체 110: 유전체 기판
111: 단위 그리드 120a: 기본 전도성 패턴
120: 최종 전도성 패턴 121: 빈 공간
310: 기판 소재 선정부 320: 패턴 소재 선정부
330: 목표 투과도 차이 결정부 340: 면적비 설정부
341: 단위 그리드 배열부 342: 기본 전도성 패턴 마련부
343: 최종 전도성 패턴 형성부 400: 전자기파 흡수 구조체
410: 반사층
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 투명필름 구조체를 나타낸 단면예시도이다.
도 1에서 보는 바와 같이, 투명필름 구조체(100)는 유전체 기판(110) 및 최종 전도성 패턴(120)을 포함할 수 있다.
유전체 기판(110)은 폴리머 소재 및 유리 소재 중 적어도 어느 하나로 형성될 수 있다. 폴리머 소재로는 예를 들면, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 아크릴 중 적어도 어느 하나가 포함될 수 있다. 그리고, 유리 소재로는 강화유리가 포함될 수 있다. 일반적으로 아크릴의 유전율은 3 이고, 강화유리의 유전율은 4.1 인데, 폴리머 소재는 3 내지 4.1 사이의 유전율을 가지는 소재로 적절하게 선택될 수 있다.
유전체 기판(110)은 필름 형태로 형성될 수 있다. 유전체 기판(110)은 요구 성능에 따라 1 내지 10 mm의 두께로 형성될 수 있다.
최종 전도성 패턴(120)은 유전체 기판(110)의 전(Front)면 상에 마련될 수 있다. 최종 전도성 패턴(120)은 그래핀(Graphene)으로 이루어 질 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 최종 전도성 패턴(120)은 빈 공간(121)을 가질 수 있으며, 전기적 성능을 구현할 수 있다.
이하에서는 투명필름 구조체(100)의 설계방법에 대해서 설명한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 투명필름 구조체의 설계방법을 나타낸 흐름도이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 투명필름 구조체의 설계방법 중 면적비 설정단계를 나타낸 흐름도이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 투명필름 구조체의 설계방법 중 면적비 설정단계의 공정예시도이다.
도 2 내지 도 4에서 보는 바와 같이, 투명필름 구조체의 설계방법은 기판 소재 선정단계(S210), 패턴 소재 선정단계(S220), 목표 투과도 차이 결정단계(S230) 그리고 면적비 설정단계(S240)를 포함할 수 있다.
기판 소재 선정단계(S210)는 유전체 기판(110)의 소재를 선정하는 단계일 수 있다. 유전체 기판(110)은 폴리머 및 유리 소재 중 적어도 어느 하나일 수 있으며, 투명필름 구조체가 사용되는 환경 등에 따라 적절하게 선택될 수 있다.
패턴 소재 선정단계(S220)는 유전체 기판(110)의 전면에 마련되는 최종 전도성 패턴(120)의 소재를 선정하는 단계일 수 있다. 예를 들면, 최종 전도성 패턴(120)은 그래핀으로 형성될 수 있다.
최종 전도성 패턴(120)은 유전체 기판(110)의 전면에 바로 마련되거나, 또는, 유전체 기판(110)으로 아크릴 기판이 사용되고, 아크릴 기판의 전면에는 PET 층이 더 마련되어 최종 전도성 패턴(120)은 PET 층에 마련될 수도 있다.
목표 투과도 차이 결정단계(S230)는 유전체 기판(110) 및 최종 전도성 패턴(120)의 투과도 차이에 기인한 아른거림이 육안으로 구별되지 않도록, 유전체 기판(110) 및 최종 전도성 패턴(120) 사이의 목표 투과도 차이를 결정하는 단계일 수 있다.
목표 투과도 차이는 유전체 기판(110)의 소재 및 최종 전도성 패턴(120)의 소재에 따라 결정될 수 있으나, 바람직하게는 1 % 이하일 수 있다. 즉, 유전체 기판(110)의 투과도 및 최종 전도성 패턴(120)의 투과도의 차이가 1 % 이하가 되면, 최종 전도성 패턴(120)의 형상이 육안으로 식별되지 않고, 따라서 최종 전도성 패턴(120)에 의한 아른거림도 육안으로 구별되지 않을 수 있다.
면적비 설정단계(S240)는 유전체 기판(110)의 투과도 및 최종 전도성 패턴(120)의 투과도 사이의 차이가 목표 투과도 차이 미만이 되도록, 유전체 기판(110)에 대한 최종 전도성 패턴(120)의 면적비를 설정하는 단계일 수 있다.
면적비 설정단계(S240)에서, 면적비는 식(1)을 통해 설정될 수 있다.
식(1) --- ILfull - (ILfull × ARTEM ) < T
여기서, ILfull 은 유전체 기판(110)의 전면 전체에 전도성 물질이 마련되었을 때 가시광 삽입 손실이고, ARTEM 은 면적비이고, T는 목표 투과도 차이이다.
ILfull 은 유전체 기판(110)의 소재 및 전도성 물질의 종류에 따라 결정될 수 있는데, 예를 들어, PET 소재의 유전체 기판(110)의 일면 전체에 전도성 물질로 그래핀이 마련된 경우 ILfull 이 5 % 이고, 목표 투과도 차이가 1 % 라고 하면, 면적비(ARTEM)는 0.8 초과 일 수 있다. 그리고, 유전체 기판(110)의 전면에 마련되는 최종 전도성 패턴(120)은 빈 공간(121)을 가지기 때문에, 면적비는 1.0 미만일 수 있으며, 따라서, 면적비는 0.8 초과, 1.0 미만일 수 있다.
그리고, 면적비 설정단계(S240)는 단위 그리드 배열단계(S241), 기본 전도성 패턴 마련단계(S242) 및 최종 전도성 패턴 형성단계(S243)를 포함할 수 있다.
단위 그리드 배열단계(S241)는 유전체 기판(110)의 전면에 가상의 단위 그리드(111)를 배열하는 단계일 수 있다. 각각의 단위 그리드(111)는 동일한 크기일 수 있으며, 종방향 및 횡방향으로 배열될 수 있다. 도면에서는 단위 그리드(111)가 8×8로 배열된 것으로 도시되었으나, 이는 예시적인 것이며, 12×12 등과 같이 배열될 수도 있음은 물론이다(도 4의 (a) 및 (b) 참조).
기본 전도성 패턴 마련단계(S242)는 단위 그리드(111) 각각에 면적비의 기본 전도성 패턴(120a)을 코팅하는 단계일 수 있다.
기본 전도성 패턴(120a)은 단위 그리드(111)의 형상에 대응되도록 형성될 수 있다. 즉, 단위 그리드(111)가 사각형상인 경우, 기본 전도성 패턴(120a)도 사각형상으로 형성될 수 있다. 또한, 기본 전도성 패턴(120a)은 단위 그리드(111)의 테두리로부터 동일한 거리만큼 이격되게 마련되어 아일랜드 형태로 형성될 수 있다. 즉, 기본 전도성 패턴(120a)의 외측 영역에는 빈 공간(121)이 형성될 수 있다.
예를 들어 설정된 면적비가 0.81인 경우, 기본 전도성 패턴(120a)은 단위 그리드(111)의 면적의 81%의 면적을 가지도록 형성될 수 있다. 그리고, 빈 공간(121)은 단위 그리드(111)의 면적의 19 %에 해당될 수 있다(도 4의 (c) 참조).
한편, 각각의 단위 그리드(111) 사이의 간격(D)은 전도성 패턴을 바라보는 관찰자의 눈 및 전도성 패턴 사이의 거리(L)의 함수일 수 있다.
일반적으로 시력 1.0을 기준으로 했을 때, 사람의 눈은 각도로 1/60 도를 구분할 수 있다. 따라서, 사람의 눈으로부터 L 만큼 떨어진 곳에 있는 두 점 사이의 간격이 1/60 도가 되도록 하는 것이 필요하다. 이에 따르면, 각각의 단위 그리드(111) 사이의 간격(D)은 아래 식(2)와 같이 표현될 수 있다.
D ≤ (π×L) / (60×180) --- 식(2)
식(2)에 따르면, L이 0.344 m 인 경우, 각각의 단위 그리드(111) 사이의 간격은 100 ㎛ 이하 일 수 있다. 즉, 사람의 눈으로부터 거리 L에 위치한 투명 필름 구조체에서 각각의 단위 그리드 사이의 간격(D)는 (π×L) / (60×180) 보다 작은 것이 바람직하다. 예를 들어, 전도성 패턴이 0.344 m 떨어진 지점에서 관찰되는 경우, 각각의 단위 그리드(111) 사이의 간격은 100 ㎛ 이하로 설정됨이 바람직하다. 위 식은 시력 1.0을 기준으로 했을 때에 적용될 수 있으며, 시력에 따라 사람의 눈이 구분할 수 있는 각도도 달라질 수 있기 때문에, 시력에 따라 각각의 단위 그리드 사이의 간격(D)은 다르게 적용될 수 있다.
최종 전도성 패턴 형성단계(S243)는 기본 전도성 패턴(120a)들 중의 적어도 일부가 연결되도록 전도성 물질을 추가하여 최종 전도성 패턴(120)을 형성하는 단계일 수 있다.
최종 전도성 패턴 형성단계(S243)에서, 최종 전도성 패턴(120)은 입사되는 전자파의 반사도가 8 내지 12 GHz 영역에서 -10 dB 이하가 되도록 형성될 수 있다(도 4의 (d) 및 도 6 참조). 면적비 설정단계(S240)는 프로그램상에서 구현될 수 있으며, 최종 전도성 패턴 형성단계(S243)는 각 기본 전도성 패턴(120a) 간 연결을 최적 변수로 하여 유전 알고리즘을 통해 구현될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 투명필름 구조체의 설계방법으로 설계된 투명필름 구조체이고 도 6은 도 5의 투명필름 구조체의 반사도를 나타낸 그래프이다.
도 5의 (a)에서 보는 바와 같이, 설계된 최종 전도성 패턴(120)은 가로 및 세로 방향으로 각각 16개 씩의 단위 그리드(111)가 배열된 16×16 패턴으로, 각각의 단위 그리드(111) 사이의 간격은 100 ㎛ 이고, 최종 전도성 패턴(120)이 차지하는 면적비는 81 %를 초과하였다.
설계된 최종 전도성 패턴(120)은 가로 방향 및 세로방향으로 반복 배치되어 대면적으로 구현될 수 있다(도 5의 (b) 참조).
그리고, 도 6에서 보는 바와 같이, 이렇게 설계된 투명필름 구조체에서는 8 내지 12 GHz 영역에서 -10 dB 이하의 반사도가 구현됨을 알 수 있다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 투명필름 구조체의 설계방법으로 설계, 제조된 투명필름 구조체의 투과도 차이를 설명하기 위한 사진이다.
도 7의 (a)는 본 발명에 따른 투명필름 구조체(100)이고, 도 7의 (b)는 도 7의 (a)에서와 동일한 소재의 유전체 기판 및 전도성 물질을 사용하되, 전도성 물질이 유전체 기판의 일면 전체에 마련된 비교예로서의 투명필름 구조체(100a)이다. 도 7의 (a) 및 (b)에서 모두, 최종 전도성 패턴을 지지하기 위해 75 ㎛ 두께의 PET 필름이 사용되었고, 최종 전도성 패턴으로는 1층의 그래핀이 사용되었다.
그리고, 도 8은 도 7의 투명필름 구조체 및 비교예의 투과도 차이를 설명하기 위한 그래프이다.
도 8에서 보는 바와 같이, 본 발명에 따른 투명필름 구조체(100)는 550 nm 파장(wavelength)에서 95.4 %의 투과도를 나타내었고, 비교예로서의 투명필름 구조체(100a)는 550 nm 파장에서 94.9 %의 투과도를 나타내었다. 즉, 투명필름 구조체(100,100a) 간의 투과도 차이는 0.5 %로서, 1 % 이하였다.
도 7 및 도 8에서 보는 바와 같이, 본 발명에 따른 투명필름 구조체의 설계방법에 의해 설계, 제조된 투명필름 구조체(100) 및 비교예로서의 투명필름 구조체(100a)는 모두 400 내지 1100 nm 파장에서 거의 유사한 투과도를 나타내었으며, 도 7에서 보는 바와 같이 본 발명에 따른 투명필름 구조체(100)에서는 어른거림이 육안으로 식별되지 않을 수 있다.
투명필름 구조체의 설계방법을 통해 최종 전도성 패턴(120)의 설계가 완료되면, 실제 유전체 기판(110)에 최종 전도성 패턴(120)을 마련하게 된다. 최종 전도성 패턴(120)을 형성하는 공정은, 먼저 유전체 기판(110)의 전면에 전도성 물질을 도포하여 전도성 물질층을 마련하고, 전도성 물질층의 상측에 포토레지스트를 마련할 수 있다. 포토레지스트는 최종 전도성 패턴에 대응되도록 마련될 수 있다. 이후, 전도성 물질층에서 포토레지스트가 마련되지 않은 부분을 플라즈마 에칭하여 포토레지스트에 대응되는 형상의 최종 전도성 패턴을 형성할 수 있다. 이러한 방법을 통해, 생산공정이 간소화되어 생산 가격도 낮아질 수 있고, 투명필름 구조체의 대면적 구현이 용이할 수 있다.
이하에서는, 전술한 투명필름 구조체의 설계방법을 구현할 수 있는 투명필름 구조체의 제조장치에 대해서 설명한다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 투명필름 구조체의 제조장치를 나타낸 구성도이다.
도 2, 도 3 및 도 9에서 보는 바와 같이, 투명필름 구조체의 제조장치는 기판 소재 선정부(310), 패턴 소재 선정부(320), 목표 투과도 차이 결정부(330) 및 면적비 설정부(340)를 포함할 수 있다.
기판 소재 선정부(310)는 유전체 기판의 소재를 선정할 수 있다. 기판 소재 선정부(310)는 전술한 기판 소재 선정단계(S210)를 수행할 수 있다.
패턴 소재 선정부(320)는 유전체 기판의 전면에 마련되는 최종 전도성 패턴의 소재를 선정할 수 있다. 패턴 소재 선정부(320)는 전술한 패턴 소재 선정단계(S220)를 수행할 수 있다.
목표 투과도 차이 결정부(330)는 유전체 기판 및 최종 전도성 패턴의 투과도 차이에 기인한 아른거림이 육안으로 구별되지 않도록, 유전체 기판 및 최종 전도성 패턴 사이의 목표 투과도 차이를 결정할 수 있다. 목표 투과도 차이 결정부(330)는 전술한 목표 투과도 차이 결정단계(S230)를 수행할 수 있다.
면적비 설정부(340)는 유전체 기판의 투과도 및 최종 전도성 패턴의 투과도 사이의 차이가 목표 투과도 차이 미만이 되도록, 유전체 기판에 대한 최종 전도성 패턴의 면적비를 설정할 수 있다.
면적비 설정부(340)는 전술한 면적비 설정단계(S240)를 수행할 수 있다. 그리고, 이를 위해, 면적비 설정부(340)는 단위 그리드 배열부(341), 기본 전도성 패턴 마련부(342) 및 최종 전도성 패턴 형성부(343)를 가질 수 있다.
단위 그리드 배열부(341)는 유전체 기판의 전면에 가상의 단위 그리드를 배열할 수 있다. 단위 그리드 배열부(341)는 전술한 단위 그리드 배열단계(S241)를 수행할 수 있다.
기본 전도성 패턴 마련부(342)는 단위 그리드 각각에 면적비의 기본 전도성 패턴을 코팅할 수 있다. 기본 전도성 패턴 마련부(342)는 전술한 기본 전도성 패턴 마련단계(S242)를 수행할 수 있다.
최종 전도성 패턴 형성부(343)는 기본 전도성 패턴들 중의 적어도 일부가 연결되도록 전도성 물질을 추가하여 최종 전도성 패턴을 형성할 수 있다. 최종 전도성 패턴 형성부(343)는 전술한 최종 전도성 패턴 형성단계(S243)를 수행할 수 있다.
이하에서는, 투명필름 구조체의 설계방법으로 설계, 제조되는 투명필름 구조체(100)를 포함하는 전자기파 흡수 구조체에 대해서 설명한다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 전자기파 흡수 구조체를 나타낸 단면예시도이고, 도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 전자기파 흡수 구조체의 반사도를 나타낸 그래프이다.
도 10 및 도 11에서 보는 바와 같이, 전자기파 흡수 구조체(400)는 투명필름 구조체(100) 그리고 반사층(410)을 포함할 수 있다. 투명필름 구조체(100)에 대해서는 전술하였으므로, 반복되는 내용은 가급적 설명을 생략한다.
반사층(410)은 유전체 기판(110)의 후면에 마련될 수 있다. 반사층(410)은 은나노 와이어, 그래핀, 탄소나노튜브(CNT), 산화물 전도체 중 적어도 어느 하나로 이루어질 수 있다.
반사층(410)은 유전체 기판(110)의 후면 전체에 마련되거나, 또는 부분적으로 마련될 수 있다. 예를 들면, 반사층(410)은 유전체 기판(110)의 후면 전체에 그래핀 패턴으로 형성될 수도 있다.
반사층(410)은 유전체 기판(110)의 후면에 직접 마련되거나, 또는, 유전체 기판(110)으로 아크릴 기판이 사용되고 아크릴 기판의 후면에 더 마련되는 PET 층에 마련될 수도 있다.
최종 전도성 패턴(120)은 외부에서 입사되는 전자파(10)를 제1손실에너지(13)로 손실시키면서 유전체 기판(110)을 향하여 이동되는 투과전자파(12)의 위상을 변화시킬 수 있다.
전자파(10)가 최종 전도성 패턴(120)에 입사되면 일부는 반사파(11)로 반사될 수 있는데, 최종 전도성 패턴(120)의 최적 패턴 설계를 통해 공기와의 임피던스 차이를 최소화시키면 최종 전도성 패턴(120)에서 반사되는 신호를 최소화시킬 수 있다. 그리고, 반사층(410)은 유전체 기판(110)을 투과하는 투과전자파(12)를 반사(14)할 수 있다.
도 11에서 보는 바와 같이, 전자기파 흡수 구조체(400)는 8 내지 12 GHz의 영역 대에서 -10 dB 이하의 반사도를 구현할 수 있고, 이를 통해 높은 전자기파 흡수 성능을 가질 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 청구범위에 의하여 나타내어지며, 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
본 발명은 공정이 간소화되어 생산 가격이 낮고, 대면적으로 구현이 가능한 투명필름 구조체의 설계방법 및 투명필름 구조체의 제조장치, 이를 이용하여 제조되는 투명필름 구조체 및 전자기파 흡수 구조체 기술 분야에 산업상 이용 가능하다.

Claims (12)

  1. 유전체 기판의 소재를 선정하는 기판 소재 선정단계;
    상기 유전체 기판의 전면에 마련되는 최종 전도성 패턴의 소재를 선정하는 패턴 소재 선정단계;
    상기 유전체 기판 및 상기 최종 전도성 패턴의 투과도 차이에 기인한 아른거림이 육안으로 구별되지 않도록, 상기 유전체 기판 및 상기 최종 전도성 패턴 사이의 목표 투과도 차이를 결정하는 목표 투과도 차이 결정단계; 및
    상기 유전체 기판의 투과도 및 상기 최종 전도성 패턴의 투과도 사이의 차이가 상기 목표 투과도 차이 미만이 되도록, 상기 유전체 기판에 대한 상기 최종 전도성 패턴의 면적비를 설정하는 면적비 설정단계를 포함하는 투명필름 구조체의 설계방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 면적비 설정단계에서, 상기 면적비는 식(1)을 통해 설정되는 것을 특징으로 하는 투명필름 구조체의 설계방법.
    식(1) --- ILfull - (ILfull × ARTEM ) < T
    상기 식(1)에서, 상기 ILfull 은 상기 유전체 기판의 전면 전체에 전도성 물질이 마련되었을 때 가시광 삽입 손실이고, 상기 ARTEM 은 면적비이고, 상기 T는 목표 투과도 차이이다.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 목표 투과도 차이는 1% 이하인 것을 특징으로 하는 투명필름 구조체의 설계방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 면적비는 0.8 초과, 1.0 미만인 것을 특징으로 하는 투명필름 구조체의 설계방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 면적비 설정단계는,
    상기 유전체 기판의 전면에 가상의 단위 그리드를 배열하는 단위 그리드 배열단계와,
    상기 단위 그리드 각각에 상기 면적비의 기본 전도성 패턴을 코팅하는 기본 전도성 패턴 마련단계와,
    상기 기본 전도성 패턴들 중의 적어도 일부가 연결되도록 전도성 물질을 추가하여 상기 최종 전도성 패턴을 형성하는 최종 전도성 패턴 형성단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 투명필름 구조체의 설계방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 최종 전도성 패턴 형성단계에서,
    상기 최종 전도성 패턴은 입사되는 전자파의 반사도가 -10 dB 이하가 되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 투명필름 구조체의 설계방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 기본 전도성 패턴 마련단계에서,
    상기 기본 전도성 패턴은 상기 단위 그리드의 형상에 대응되되, 상기 단위 그리드의 테두리로부터 동일한 거리만큼 이격되게 마련되어 아일랜드 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 투명필름 구조체의 설계방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 단위 그리드 사이의 간격은 아래 식(2)를 통해 설정되는 것을 특징으로 하는 투명필름 구조체의 설계방법.
    식(2) --- D ≤ (π×L) / (60×180)
    상기 식(2)에서, 상기 D는 상기 단위 그리드 사이의 간격이고, 상기 L은 상기 단위 그리드 및 사람의 눈 사이의 거리이다.
  9. 유전체 기판의 소재를 선정하는 기판 소재 선정부;
    상기 유전체 기판의 전면에 마련되는 최종 전도성 패턴의 소재를 선정하는 패턴 소재 선정부;
    상기 유전체 기판 및 상기 최종 전도성 패턴의 투과도 차이에 기인한 아른거림이 육안으로 구별되지 않도록, 상기 유전체 기판 및 상기 최종 전도성 패턴 사이의 목표 투과도 차이를 결정하는 목표 투과도 차이 결정부; 및
    상기 유전체 기판의 투과도 및 상기 최종 전도성 패턴의 투과도 사이의 차이가 상기 목표 투과도 차이 미만이 되도록, 상기 유전체 기판에 대한 상기 최종 전도성 패턴의 면적비를 설정하는 면적비 설정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 투명필름 구조체의 제조장치.
  10. 제9항에 있어서
    상기 면적비 설정부는,
    상기 유전체 기판의 전면에 가상의 단위 그리드를 배열하는 단위 그리드 배열부와,
    상기 단위 그리드 각각에 상기 면적비의 기본 전도성 패턴을 코팅하는 기본 전도성 패턴 마련부와,
    상기 기본 전도성 패턴들 중의 적어도 일부가 연결되도록 전도성 물질을 추가하여 상기 최종 전도성 패턴을 형성하는 최종 전도성 패턴 형성부를 가지는 것을 특징으로 하는 투명필름 구조체의 제조장치.
  11. 제1항 내지 제8항 중 어느 하나의 항에 기재된 투명필름 구조체의 설계방법을 이용하여 제조되는 투명필름 구조체.
  12. 제1항 내지 제8항 중 어느 하나의 항에 기재된 투명필름 구조체의 설계방법을 이용하여 제조되는 투명필름 구조체; 그리고
    상기 유전체 기판의 후면에 마련되는 반사층을 포함하는 전자기파 흡수 구조체.
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