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KR-20260062021-A - A multilayer film structure exhibiting superior moisture resistance and electromagnetic interference shielding properties

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Abstract

본 발명은 전자파 차폐 필름 구조체에 관한 것으로, 보다 상세하게는 절연체 기판상의 전도성 층을 복층으로 형성하여 내습성이 향상된 전자파 차폐 필름 구조체에 관한 것이다. 본 발명에 따른 전자파 차폐 필름 구조체는 고온고습의 환경에서도 안정적으로 차폐 성능을 유지할 수 있으므로 최근 기후 변화로 인한 고온고습한 날씨가 장기간 지속되는 환경에서도 성능 저하를 효과적으로 방지할 수 있다.

Inventors

  • 정현준
  • 박아현

Assignees

  • 주식회사 플라이어

Dates

Publication Date
20260506
Application Date
20250730
Priority Date
20241028

Claims (6)

  1. 기판상에 제1 전도성 층과 제2 전도성 층이 순서대로 적층되고, 상기 제1 전도성 층은 탄소소재와 나노소재의 질량비가 1~10:100으로 이루어진 탄소나노복합소재를 포함하는 층이며, 상기 제2 전도성 층은 나노소재 또는 탄소나노복합소재를 포함하는 층인 것을 특징으로 하는 내습성 및 전자파 차폐 성능이 우수한 복층 필름 구조체.
  2. 제1항에 있어서, 상기 기판은 투명 또는 불투명한 절연성 필름인 것을 특징으로 하는 내습성 및 전자파 차폐 성능이 우수한 복층 필름 구조체.
  3. 제1항에 있어서, 상기 탄소소재는 그래핀 또는 카본나노튜브(CNT)이고, 상기 나노소재는 금속 나노와이어인 것을 특징으로 하는 내습성 및 전자파 차폐 성능이 우수한 복층 필름 구조체.
  4. 제3항에 있어서, 상기 탄소소재는 rGO(환원 그래핀 옥사이드)이고, 상기 금속 나노와이어는 실버 나노와이어(silver nanowire)인 것을 특징으로 하는 내습성 및 전자파 차폐 성능이 우수한 복층 필름 구조체.
  5. 제1항에 있어서, 상기 필름 구조체는 고온고습(60℃, 90% R.H.) 상태에서 15일 동안 방치된 후에도 상온 및 일반적인 습도(65% R.H.)환경에 방치된 샘플과 비교하여 투과도 감소율이 2~3% 이내인 것을 특징으로 하는 내습성 및 전자파 차폐 성능이 우수한 복층 필름 구조체.
  6. 제1항에 있어서, 상기 필름 구조체는 고온고습(60℃, 90% R.H.) 상태에서 12일 동안 방치된 후에도 상온 및 일반적인 습도(65% R.H.)환경에 방치된 샘플과 비교하여 면 저항값이 동등 이상인 것을 특징으로 하는 내습성 및 전자파 차폐 성능이 우수한 복층 필름 구조체.

Description

내습성 및 전자파 차폐 성능이 우수한 복층 필름 구조체{A multilayer film structure exhibiting superior moisture resistance and electromagnetic interference shielding properties} 본 발명은 전자파 차폐 필름 구조체에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전도성 층을 복층으로 형성하여 내습성이 향상된 전자파 차폐 필름 구조체에 관한 것이다. 전자통신 산업에 사용되고 있는 각종 전기전자 기기 및 구성 부품들의 사용 주파수 대역은 광대역화와 동시에 높은 주파수 영역까지 확장되고 있으며, 많은 부품이 좁은 공간에 밀집되는 추세이다. 이에따라 기기들 사이에 유발되는 전자파 간섭으로 기기의 오작동 및 성능 저하와 같은 기능 이상이 발생하는 경우가 종종 생기고 있다. 이처럼 외부로부터 유래하는 전자파를 차폐하기 위해 전자파 차폐 필름 구조체가 각종 기기 등에 적용되고 있다. 전자파 차폐 필름 구조체는 일반적으로 전자파를 차폐하는 차폐층과 해당 차폐층을 외부로부터의 충격이나, 수분과 같은 불순물 등으로부터 보호하기 위한 보호층으로 이루어진다. 이에 관한 선행기술로 다양한 전자파 차폐 필름이 개시되고 있으며, 예를 들면 공개특허공보 제10-1024-0087431호가 있으나, 고온고습 상황에서 내습성에 강한 제품은 개시되고 있지 않다. 국내특허공보 제10-2558231호에는 내습성 및 내굴곡성이 우수한 전자파 차폐 필름을 개시하고 있으나, 내습성을 향상시키기 위하여 실리카와 같은 비도전성 필러를 포함시켜 보호층을 형성하고 있지만, 고온고습 상황에서의 내습성에 대한 성능은 개시한 바가 없다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자파 차폐 필름 구조체의 단면 예시도이다. 도 2의 (a)는 기판 상에 제1 전도성 층(AgNWs+rGO)만 형성되어 있는 샘플의 표면분석 SEM 사진이고, (b)는 제1 전도성 층(AgNWs+rGO)과 제2 전도성 층(AgNWs)이 형성되어 있는 샘플의 표면 분석 SEM 사진이다. 도 3은 일 실시예에 의해 제조된 전자파 차폐 필름 구조체에 대한 전도성 테스트 결과 그래프이다. 도 4는 일 실시예에 의해 제조된 전자파 차폐 필름 구조체에 대한 전자파 차폐 성능 결과를 나타내는 그래프이다. 도 5는 일 실시예 제품을 15일 동안 상온 및 일반적인 습도 환경에서 방치한 샘플과 고온고습 상태에 둔 샘플의 면 저항값 비교 결과 그래프이다. 도 6은 일 실시예 제품을 15일 동안 상온에서 방치한 샘플과 고온고습 상태에 둔 샘플의 550nm 파장에서 투과도 값의 비교 결과 그래프이다. 본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있으나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 본 출원에서 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 출원에서, "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. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 이하, 본 발명에 따른 실시예를 중심으로 본 발명을 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어 도면 부호에 상관없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자파 차폐 필름 구조체의 단면 예시도이다. 도 1에서 보는 바와 같이, 본 발명의 전자파 차폐 필름 구조체(100)는 절연체 기판(110)과 제1 전도성 층(120) 및 제2 전도성 층(130)을 포함할 수 있다. 상기 절연체 기판(110)은 절연성 폴리머 소재로 형성될 수 있다. 예를 들면, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리프로필렌(PP), 폴리이미드(PI) 등이 될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 절연체 기판(110)은 투명한 필름 또는 불투명한 필름 형태로 형성될 수 있으며, 절연체 기판(110)은 요구 성능에 따라 일정 범위의 두께로 형성될 수 있다. 제1 전도성 층(120)은 절연체 기판(110) 상에 500nm 내지 1㎛ 두께 범위에서 적층될 수 있으며, 상기 제1 전도성 층(120)은 탄소나노복합소재를 포함할 수 있다. 상기 탄소나노복합소재의 예로는 나노소재 중 하나인 실버 나노와이어(silver nanowire, AgNWs)와 탄소소재(예를 들면, graphene(그래핀), CNT(탄소나노튜브), carbon fiber(탄소섬유) 등)의 복합체가 될 수 있으며, 바람직하게는 실버 나노와이어와 그래핀(graphene)을 혼합하여 사용하는 것이 좋다. 상기 실버 나노와이어는 전기 전도도가 뛰어나지만 네트워크 구조의 빈틈이나 접촉 저항때문에 전자파 차단이 불완전할 수 있으나, 소량 첨가하는 탄소소재가 실버 나노와이어의 네트워크 사이사이를 채우면 전자파의 누설을 줄이고 전체 차폐 효과를 크게 향상시킬 수 있어 탄소나노복합소재를 채택하는 것이 바람직하다. 본 발명에서 사용되는 상기 실버 나노와이어의 평균 직경은 18~22nm, 평균 길이는 15~25㎛이다. 한편, 실버 나노와이어 대신 금속 소재 기반 나노와이어라면 어떤 종류든 사용될 수 있으나, 실버 나노와이어를 사용하는 것이 우수한 전자파 차폐 성능 확보에 있어서 보다 바람직하다. 탄소소재로는 single layer로 두께:길이 비(aspect ratio)가 1:2000~4000인 그래핀이 사용될 수 있으며, 탄소나노튜브가 사용되는 경우에는 5~30㎛ 길이를 갖는 SWCNT(single walled carbon nanotube)가 사용될 수 있다. 그래핀의 경우 본 발명에서는 환원 그래핀 옥사이드(reduced graphene oxide,rGO)형태로 사용하였으며, 이는 가공성과 공정 측면에서 편리하다. 즉, GO(graphene oxide)는 물에 잘 분산되며, 환원 과정을 거쳐 rGO로 전환하면 전기 전도성이 회복되고, rGO는 실버 나노와이어와의 복합화가 용이하다. 도 2의 (a)는 기판 상에 제1 전도성 층(AgNWs+rGO)만 형성되어 있는 샘플의 표면분석 SEM 사진으로, 실버 나노와이어 주변에 하얀 점으로 보이는 rGO 입자들이 고르게 분포하고 있음을 알 수 있다. 제2 전도성 층(130)은 상기 제1 전도성 층(120) 상부에 적층되는 층으로, 제2 전도성 층(130)의 소재로는 나노소재 또는 탄소나노복합소재 중 선택하여 구성될 수 있으며, 바람직하게는 나노소재로 층을 이루는 것이 좋다. 상기 제2 전도성 층(130)은 제1 전도성 층(120)과 마찬가지로 500nm 내지 1㎛ 두께로 적층되는 것이 바람직하다. 상기 제2 전도성 층(130)이 나노소재 층으로 이루어지는 경우에는 나노소재로 실버 나노와이어가 사용될 수 있고, 이외에도 구리 나노와이어, 금 나노와이어 등이 사용될 수 있으나, 구리 나노와이어는 산화에 매우 취약하고, 금 나노와이어는 고가의 소재이기 때문에 전기 전도도 및 내습성을 고려하여 실버 나노와이어를 사용하는 것이 보다 바람직하다. 특히 실버 나노와이어(silver nanowire)는 나노미터 직경과 마이크로미터 길이의 구조로 되어 있어, 표면적 대비 체적비(S/V ratio)가 매우 크며, 이 구조적 특성으로 인해 필름 형태로 코팅 시, 균일하고 조밀한 네트워크를 형성할 수 있어 수분의 침투 경로를 차단하는 데 유리하다. 도 2의 (b)는 본 발명의 일 실시예로 기판 상에 제1 전도성 층(AgNWs+rGO)과제2 전도성 층(AgNWs)까지 형성된 샘플의 표면분석 SEM 사진이며, 실버 나노와이어가 매우 조밀한 네트워크를 형성하고 있음을 알 수 있다. 이처럼 실버 나노와이어가 형성하는 네트워크는 마치 격자와 같은 장벽을 형성하여, 외부에서 침투하려는 수분의 확산 경로를 물리적으로 방해할 수 있으며, 필요에 따라 Octadecyltrichlorosilane (OTS), Hexamethyldisilazane (HMDS), PFOTS (Perfluorooctyltrichlorosilane)와 같은 실란 계열의 소재로 실버 나노와이어의 표면을 코팅함으로써 실버 나노와이어의 전기 전도도를 훼손하지 않으면서도 산화반응을 억제함으로써 내구성 및 신뢰성을 유지할 수 있게 된다. 한편, 제2 전도성 층(130)이 나노소재 대신, 탄소나노복합소재를 포함한 소재로 적층이 되는 경우에는 상기 제1 전도성 층(120)의 탄소나노복합소재와 동일한 실버 나노와이어와 rGO(환원 산화 그래핀)의 복합체가 사용되거나, 또는 실버 나노와이어와 탄소나노튜브(CNT)의 복합체가 사용될 수 있다. 이렇게 형성된 상기 제2 전도성 층(130)은 제1 전도성 층(120)의 전도성 향상을 도와 전자파 차폐의 성능이 향상될 수 있으며, 또한 제1 전도성 층(120)을 습기와 같은 외부 영향으로부터 보호하는 기능을 하게 된다. 이하에서는 본 발명의 일 실시예인 전자파 차폐 필름 구조체(100)를 제조순서에 따라 구체적으로 설명하기로 한다. 먼저, 제1 전도성 층 및 제2 전도성 층에 사용될 탄소소재, 나노소재 및 절연체 필름 기판을 준비한다. 탄소나노복합소재 혼합액을 만들기 위해 준비된 탄소소재와 나노소재의 질량비가 1~10:100에 해당하는 양만큼 각각 칭량한 후, 증류수와 이소프로필알콜(IPA)의 혼합용매 내에 투입한 다음 분산이 골고루 되도록