KR101840339B1 - 분산형 금속 나노점 계면을 갖는 투명 발열막 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 분산형 금속 나노점 계면을 갖는 투명 발열막에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET); PET 필름 상에 형성된 은 나노와이어층; 낮은 저항 계면 특성을 위하여 은 나노와이어층 상에 형성된 분산형 금속 나노점들(nanodots); 및 상기 은 나노와이어층 및 나노점 상에 형성된 투명 전도성 산화막(TCO)을 포함함으로써, 증착된 분산형 금속 나노점에 의해 은 나노와이어층에 낮은 저항 계면특성이 부여되고, 저전압하의 발열 성능이 종래에 비해 크게 향상된 투명 발열막에 관한 것이다.

Description

분산형 금속 나노점 계면을 갖는 투명 발열막{Transparent Film Heater Having Scattered Nano Metal Dot Interface}
본 발명은 분산형 금속 나노점 계면을 갖는 투명 발열막에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 필름 상에 금속 도전 물질인 은 나노와이어층, 분산형 금속 나노점(nanodot), 및 투명 전도성 산화막(Transparent Conductive Oxide: TCO)이 차례로 형성된 투명 발열막으로서, 증착된 분산형 금속 나노점에 의해 은 나노와이어층에 낮은 저항 계면특성이 부여되고, 저전압하의 발열 성능이 종래에 비해 크게 향상된 투명 발열막에 관한 것이다.
자동차 유리나 건축용으로 사용되는 창호에 있어서, 외부와 내부의 온도 차이에 의해 유리에 성에가 발생한다. 발열 창호는 표면에 열선 면을 부착하거나 유리 표면에 직접 열선을 형성한 후, 양 단자에 전기를 인가하여 열선으로부터 열을 발생시키고, 이에 의하여 창호 표면의 온도를 제어하는 개념으로 정의된다. 그러나, 열선으로 실리콘 열선을 사용할 경우, 미관상 좋지 않고, 자동차용 유리에 있어서 운전자의 시야를 방해하는 문제가 있으며, 저항선이 없는 부분에는 열전달이 늦고 성애 제거에 많은 시간이 소모된다.
현재 개발되고 있는 발열 창호는 주로 인듐 주석 산화막 재료(indium tin oxide: ITO)를 사용하는데, 높은 온도에서 가열할 경우 전기적 물성이 바뀌고 열화되는 문제점이 있으며, 내열성, 내화학성 및 내마모성이 취약하다.
유리창에 발열장치를 적용하여 성애 제거효과를 얻으려면 발열량이 충분해야 하고, 동시에 저전압에서 구동될 수 있어야 한다. 면저항(sheet resistance)이 높은 투명 발열막을 사용할 경우, 높은 면저항으로 인하여 12 V와 같은 저전압에서는 구동되기 어렵다. 저전압에서 구동되면서 유리 표면의 온도상승을 통하여 성애 및 서리를 제거하기 위해서는 100 Ω/□ 이하의 면 저항값을 가지는 발열체를 필요로 한다. 이를 위하여 기존에는 금속 메쉬를 파이로졸 방법, 인쇄법, 또는 포토 리소그래피법으로 시야에 보이지 않도록 형성하고 패턴 위에 코팅막을 형성하는 방법을 이용하였으나, 시각적(광학적)으로 회절과 간섭에 의한 문제점이 야기될 수 있고 공정이 복잡하며 비용이 상승하는 단점이 있다.
발열체에 대한 공지 기술로는, 나노 와이어층 위에 투명 전도성 층이 형성된 투명 면상 발열체 제조방법(한국특허 등록번호 10-1465518), 주석을 첨가한 인듐 주석 산화막 위에 불소를 첨가한 산화 주석(불소 도핑된 주석 산화막) 막을 적층시켜 투명 도전막을 제조하는 방법(한국특허 공개번호 2011-0009713), 투명 도전막 산화물 층에 열전도성 패턴이 포함되는 발열 유리를 제조하는 방법(한국특허 공개번호 2011-0083513), 전도성 박막과 전극의 구조를 변화시키는 방법(한국특허 공개번호 2009-0022959), 나노파티클을 이용하여 발열 판재를 제조하는 방법(한국특허 공개번호 2010-0032237), 전원부와 발열체를 전기적으로 간편하게 연결할 수 있는 발열체 및 이를 포함한 적층체를 제조하는 방법(한국특허 공개번호 2010-0098188) 등이 있다. 또한, 논문으로는, 스핀코팅법을 이용하여 인듐 주석 산화막을 코팅한 발열체(대한전기학회 전기물성·응용부문회 추계학술대회 논문집, pp. 113-114, 2009), 여러 번의 전사과정과 화학적 첨가를 거친 대면적 그래핀 발열체(Nano letters, Vol.11, 5154-5158, 2011), 여러 번의 전사 과정과 화학적 첨가를 거친 층간(layer by layer) 프로세스를 사용한 그래핀 발열체(Advanced functional materials, Vol.22, 4819-4826, 2012), 스핀코팅법을 이용한 산화된 그래핀 발열체(Small, Vol.7, No. 22, 3186-3192, 2011) 등이 있다. 그러나, 이들 기술은 저전압에서의 발열 특성이 여전히 부족하거나, 복잡한 다수의 공정 또는 고온의 열처리 과정을 거쳐야 하는 등 개선의 여지가 있다.
본 발명의 목적은 면 저항값이 낮아 저전력에서도 구동되면서 높은 발열 성능을 나타내고 전도성이 향상된 투명 발열막을 제공하는 것이며, 고온의 열처리 과정이 필요 없으며, 종래에 비하여 단순한 공정으로 제조할 수 있는 투명 발열막을 제공하는 것이다.
본 발명은 이러한 목적을 달성하여, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 필름; PET 필름 상에 형성된 은 나노와이어층; 낮은 저항 계면 특성을 위하여 은 나노와이어층 상에 형성된 분산형 금속 나노점들(nanodots); 및 상기 은 나노와이어층 및 나노점 상에 형성된 투명 전도성 산화막(TCO)을 포함하는 투명 발열막을 제공한다.
상기 분산형 금속 나노점은 금, 은, 니켈, 크롬, 니켈크롬 복합금속, 구리, 및 알루미늄으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있으며, 특히 니켈크롬 복합금속이 바람직하다. 이러한 분산형 금속 나노점은 스퍼터법에 의하여 형성될 수 있다.
상기 투명 전도성 산화막은 통상의 투명 전도성 산화막(TCO) 재료를 사용할 수 있으며, 불소 도핑된 주석 산화막(fluorine doped tin oxide: FTO) 또는 알루미늄이 도핑된 아연 산화막(aluminium doped zinc oxide: AZO)이 바람직하고, 특히 불소 도핑된 주석 산화막이 바람직하다. 이러한 투명 전도성 산화막은 화학기상증착법에 의해 형성될 수 있으며, 좋기로는 전자사이클로트론공명 플라즈마 화학기상증착법(ECR-PECVD)에 의하여 형성될 수 있다.
상기 은 나노와이어층은 바코터(bar coater)에 의하여 형성될 수 있다.
상기 은 나노와이어층의 면 저항값은 10 내지 20 Ω/□이며, 투명 전도성 산화막의 면 저항값은 500 Ω/□ 이하이며, 전체 투명 발열막의 최종 면 저항값은 100 Ω/□ 이하, 바람직하게는 50 Ω/□ 이하, 더욱 바람직하게는 40 Ω/□ 이하이다.
상기 은 나노와이어의 두께는 160 내지 230 nm이고, 가장 좋기로는 약 200 nm이다. 금속 나노점의 입자 크기는 10 내지 30 nm 범위가 바람직하며, 투명 전도성 산화막의 두께는 5 내지 40 nm이고, 가장 좋기로는 약 30 nm이다. PET 필름을 제외한 투명 발열막의 총두께는 200 내지 250 nm이 바람직하다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
도 1a는 본 발명에 따른 투명 발열막의 단면을 제조순서에 따라 도시한 것이다. 도 1a를 보면, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 필름 상에 먼저 은 나노와이어가 코팅된 후, 그 위에 각각 분산형 금속 나노점 및 투명 전도성 산화막이 차례대로 증착된다.
PET 필름을 제외한 투명 발열막의 총두께는 200㎚ 내지 250㎚인 것이 바람직하다. 이 두께가 200㎚ 미만인 경우에는 충분한 전도성을 갖지 못하고, 250㎚를 초과할 경우에는 투과도가 낮아질 수 있다.
자유전자 밀도가 일정 수준 이상의 값을 가지면 가시광 영역의 파장은 통과시키고, 장파장 영역의 파장은 반사시킬 수 있다. 본 발명에 따른 투명 발열막은 일정 수준 이상의 자유전자 밀도를 갖기 때문에, 가시광선 투과에 의한 시야 확보가 우수한 한편, 적외선 투과율을 낮출 수 있다.
투명 발열막의 저항값은 다음과 같은 식에 의해 결정되는데, 전체 투명 발열막의 최종 저항값은 각 층의 저항값 보다 낮은 저항값을 나타낸다.
1/Rt=1/R 나노와이어+1/R분산형 금속 나노점+1/R투명 전도성 산화막
상기 Rt는 전체 투명 발열막의 최종 저항값이며, R 나노와이어는 은 나노와이어층의 저항값이고, R분산형 금속 나노점은 분산형 금속 나노점의 저항값이며, R투명 전도성 산화막은 투명 전도성 산화막의 저항값이다.
본 발명의 투명 발열막은 분산형 금속 나노점 계면을 도입하여 면 저항값을 낮출 수 있을 뿐 아니라, 은 나노와이어층 및 투명 전도성 산화막의 두께를 조정하여 최종 면 저항값을 100 Ω/□ 이하로 제어할 수 있다.
본 발명에 따른 투명 발열막의 제조공정은 상온에서 증착 과정이 수행될 수 있어 열에 약한 기질의 표면에 박막을 형성시키기에 적합하며, 제조시간은 수 십초 내지 수 시간이 소요된다.
본 발명에서 발열성 막을 형성하기 위하여 사용될 수 있는 방법으로는, 예를 들어 스퍼터법, 화학적 기상 증착법, ECR-PECVD, 전자빔법, 스프레이 열분해법 등이 있다.
스퍼터법의 경우, 이온화된 원자를 전기장에 의해 가속시켜 박막재료에 충돌시키면, 이 충돌에 의해 박막재료의 원자들이 튀어 나오는 것을 스퍼터링 현상이라고 하는데, 이 튀어나온 원자들이 기판에 날아가 붙으면서 증착이 이루어진다. 본 발명에 따른 분산형 금속 나노점의 형성은 이와 같은 스퍼터법에 의해 형성되는 것이 바람직하며, 챔버, 마이크로파 발생기, 타겟 구조물, 플라즈마 영역, 기판 하단 구조물로 구성된 반응 증착 영역에서 제조할 수 있다. 예를 들어, 최대 600W의 출력을 갖는 플라즈마 영역에서 기판의 온도를 600℃까지 올려 박막을 증착시킬 수 있다. 이때, 플라즈마를 형성시키기 위해 아르곤 등의 불활성 기체를 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 투명 전도성 산화막의 형성은 ECR-PECVD에 의하여 형성되는 것이 바람직하다. 전자사이클로트론공명 플라즈마 시스템은 전자의 자기장에 의한 회전 주파수와 전원으로 가해지는 마이크로웨이브 주파수가 일치할 때 발생하는 전자 사이클로트론 공명 플라즈마를 이용하여 높은 에너지를 갖는 고밀도의 플라즈마 이온을 형성한다. 상기 플라즈마 이온이 형성된 하단에 유기금속 화합물 또는 금속 산화물인 금속 전구체를 공급함과 동시에 저주파 직류 양 또는 음전압을 인가하면 공급된 금속 전구체에서 금속이온이 발생한다. 상기 금속이온은 플라즈마 이온 및 금속 전구체 중의 유기물과 충돌로 과응축되어 고분자 기질의 표면에 금속이온간의 화학적 결합으로 증착하여 전도성 금속 복합박막을 형성하게 된다. 여기서, 금속 전구체는 미량이기 때문에 공급위치에 따른 물질 전달효과에 따라 균일도에 큰 영향을 받게 된다. 따라서, 금속 전구체 공급위치는 전자사이클로트론 형성영역 바로 위 마이크로파 도입부에 공급하는 것이 바람직하다. ECR-PECVD 장치는 예를 들어, 2.45 ㎓의 주파수, 최대 2 ㎾의 출력을 갖는 마이크로파 발생기, 플라즈마 유도와 반응기체간의 분리를 위한 석영판, 전자들의 회전 공명을 위해 875 가우스의 자기장을 발생시키고 최대 180 A까지 높일 수 있는 전자석 전류 제어장치로 구성된다. 플라즈마 영역에서는 과응축 이온들을 기판주변으로 유도하고 포화상태로 만들기 위해 그리드 형태의 전극에 저주파수를 갖는 -2 kV 내지 2 kV의 직류 양·음전압을 인가할 수 있다. 이러한 장치에 의해 형성되는 투명 전도성 산화막은 전기전도도가 300 내지 330 [Ω·cm]- 1 이고, 광투과율이 77 내지 80 % 범위이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 투명 발열막의 전기전도도는 대략 1,383 [Ω·cm]-1 이고, 광투과율이 73 내지 75 %이다. 반면, 분산형 금속 나노점 계면을 포함하지 않고 투명 전도성 산화막만이 은 나노와이어에 증착된 발열막의 경우(하기 비교예 참조), 전기전도도는 1,088 [Ω·cm]- 1 이고, 광투과율이 73 내지 76 %이다. 따라서, 분산형 금속 나노점 계면을 포함하는 구조가 전도성이 더 우수하다.
본 발명에 따른 투명 발열막의 전력밀도는 cm2당 100 내지 350 mW, 좋기로는 cm2당 250 내지 400 mW이다.
본 발명은 하기의 실시예 및 도면의 설명에 의하여 더욱 상세하게 묘사된다.
상술한 바와 같은 본 발명의 투명 발열막은 분산형 금속 나노점을 도입함으로써 은 나노와이어에 저항을 낮추는 계면 특성을 부여하고 발열막의 산화를 방지할 수 있으며, 면 저항값이 낮고, 저전압에서 발열 성능이 우수하며, 발열 성능이 전면적에 균일하게 나타나므로, 자동차 유리 등에 유용하게 사용될 수 있다. 또한, 종래의 금속 패턴을 포함한 발열막과 달리 투명 산화막이 증착된 간단한 구조를 가지면서도 비교적 짧은 시간 내에 온도가 상승하는 효과를 얻을 수 있다.
도 1a는 본 발명에 따른 투명 발열막의 제조과정을 단계별로 나타낸 단면도이다.
도 1b는 비교예에 따라 제조된 투명 발열막의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 은 나노와이어층의 파장에 따른 투과도를 은 나노와이어층의 두께별로 나타낸 그래프이다.
도 3은 시험예 1에서 측정된 발열막의 투과도를 나타낸 그래프이다.
도 4는 시험예 2에서 사용된 발열 테스트 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 시험예 2에서 측정된, 시간 경과에 따른 박막의 온도 변화를 나타내는 그래프이다.
도 6은 시험예 3에서 측정된 밴딩 테스트 결과를 나타낸 그래프이다.
실시예
단계 1: 은 나노와이어층의 형성
1 % 은 나노와이어 수분산액(DT-AGNW-N30-1 DI, Ditto technology Co., Ltd.) 10 g에 습윤제(BYK-190, 비와이케이社) 0.025 g을 첨가하고 골고루 섞이도록 시약스푼으로 충분히 저어주었다. 그런 다음, 이 혼합액에 30% 고형분의 수용성 바인더(Incorez W830/140, Incorez社) 0.2 g을 첨가하여 혼합하였다.
바 코터(Bar Coater) 장치를 이용하여 상기 얻어진 혼합물을 폴리에틸렌 테레프탈레이트 필름 상에 코팅하였다. 얻어진 은 나노와이어층의 두께는 대략 200nm이었다. 얻어진 PET + 은 나노와이어층을 이하 "S1"이라 한다.
단계 2: 분산형 금속 나노점의 형성
단계 1에서 얻은 은 나노와이어층 위에 니켈크롬 복합 금속(Ni 60%:Cr 40%) 타겟(RD130102NICR3N564, RND KOREA)을 사용하여 분산형 니켈크롬 복합 금속 나노점을 스퍼터법으로 증착하였다.
증착 조건은 rf 출력이 30 W, 아르곤 기체 유량이 50 sccm, 반응기내 증착 압력이 3.5 mTorr, 타겟과 기판사이의 거리가 10 cm, 및 증착시간이 30초이었다. 형성된 니켈크롬 복합 금속 나노점의 크기는 대략 20 내지 30 nm이었다. 얻어진 PET + 은 나노와이어층 + 분산형 금속 나노점을 이하 "S2"라 한다.
단계 3: 투명 전도성 산화막의 형성
단계 2에서 얻은 분산형 금속 나노점이 증착된 은 나노와이어층 위에 ECR-PECVD을 이용하여 불소 도핑된 주석 산화막을 증착시켰다. 테트라메틸틴 소스 유량은 4.7 sccm이었고, 반응가스들의 유량은 아르곤 6 sccm, 불소 0.2 sccm, 수소 8.4 sccm, 산소(O2) 36.7 sccm이었다. 테트라메틸틴 전구체가 공급되는 노즐과 기판과의 거리는 5 cm, 수소노즐과 기판과의 거리는 3 cm, 회전속도는 15 RPM, 테트라메틸틴 버블러(Bubbler) 압력은 43.8 Torr, 마이크로파 출력 1400 W, 전자석의 전류 160 A, 반응기내 증착 압력 10 mTorr 조건 하에서 30초 동안 증착을 수행하여 막 두께가 대략 7 nm가 되는 박막을 얻을 수 있었다. 얻어진 PET + 은 나노와이어층 + 분산형 금속 나노점 + 투명 전도성 산화막을 이하 "S3"이라 한다.
비교예 : PET + 은 나노와이어층 + 투명 전도성 산화막
상기 실시예에서 단계 2는 거치지 않고, 단계 1 이후 단계 3만을 거쳐 투명 발열막을 제조하였다. 즉, 분산형 금속 나노점을 배제한 투명 발열막을 제조하였다.
시험예 1: 투명 발열막의 투과도 성능
은 나노와이어층의 두께에 따른 투과도 변화를 알기 위하여 두께가 각각 9, 11, 13, 16 ㎛이 되도록 은 나노와이어층을 제조하였다. 파장에 따른 투과도를 두께별로 도 2에 나타내었다. 도 2를 보면 두께에 따라 투과도가 감소하는 것을 알 수 있다.
한편, 각 발열막 S1(PET + 은 나노와이어층), S2(PET + 은 나노와이어층 + 분산형 금속 나노점), 비교예(PET + 은 나노와이어층 + 투명 전도성 산화막) 및 S3(PET + 은 나노와이어층 + 분산형 금속 나노점 + 투명 전도성 산화막)의 파장에 따른 투과도 그래프를 도 3에 나타내었다. 도 3에서 적외선 파장대로 피크의 이동이 있는 것으로 보아 밴드갭이 커지는 것을 확인할 수 있었다. 투과도는, S1의 경우 77.98%, S2의 경우 76.94%, 비교예의 경우 75.04%, S3의 경우 74.61%를 나타내었다.
시험예 2: 투명 발열막의 발열 성능
발열 성능을 시험하기 위한 장치를 도 4에 간략하게 나타내었다. 가변 직류 전압기로 일정 전압을 박막에 가하여 막의 저항으로 인해 발생되는 열과 전류를 24℃ 상온에서 동일하게 측정하였다. 필름을 평평하게 유지하기 위해 아크릴판을 사용하여 모서리 부분을 덮고 압착하여 사용하였으며, 표면 온도 측정은 열화상 카메라를 사용하여 필름 표면의 포화 온도를 측정하여 기록하였다.
도 5는 인가전압을 6 V로 하여 시간 경과에 따른 박막의 온도 변화를 측정한 그래프이다. 초기온도는 28℃이었고, 전압인가시 측정전류의 값은 S1은 154 mA, S2는 254 mA, 비교예는 535 mA, S3은 563 mA이었다. 2분 동안 유지 시켰을 때 포화온도는 S1은 56.1℃, S2는 71.4℃, 비교예는 73.6℃, S3은 162℃이었다.
또한, 각 발열막의 캐리어 이동도, 전기전도도, 소비전력, 전력밀도, 면 저항값, 발열 온도, 및 가시광 투과도를 아래 표 1에 나타내었다.
이동도
(cm2/Vs)
전기전도도
(1/Ω·cm)
소비전력
(W)
전력밀도
(mW/cm2)
면 저항값
(Ω/□)
발열 온도
(℃)
가시광투과도
@550nm
(%)
S1 8.6 420 0.92 102 26 56.1 77.98
S2 13.02 501 1.52 158 14 71.4 76.94
비교예 21.98 1088 3.21 356 10 73.6 75.04
S3 30.96 1383 3.38 375 10 162 74.61
표 1의 결과를 통해 알 수 있듯이, 본 발명에 따른 S3은 기존의 열선 없이도 우수한 발열 성능을 가지면서, TCO 재료와 분산형 니켈크롬 복합금속 나노점이 적층되어 있어 6V의 저전압에서도 발열온도가 162℃로 매우 우수하였다.
시험예 3: 투명 발열막의 벤딩 테스트( bending test )
실시예에서 제조된 투명 발열막(S1, S2 및 S3)에 대하여 밴딩 테스트를 실시하였고, 그 결과를 도 6에 나타내었다. 싸이클(cycle) 당 1.75초의 시간을 소요하여 10,000회 실시한 결과, S1은 162%, S2는 78%, S3은 13%의 면 저항값의 차이를 나타내었다. 이러한 결과로부터 본 발명의 투명 발열막은 내구성이 뛰어남을 알 수 있다.
1: 폴리에틸렌 테레프탈레이트 필름
2: 은 나노와이어층
3: 분산형 금속 나노점
4: 투명 전도성 산화막

Claims (12)

  1. 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 필름;
    PET 필름 상에 형성된 은 나노와이어층;
    낮은 저항 계면 특성을 위하여 은 나노와이어층 표면상에 스퍼터법에 의하여 형성된 분산형 금속 나노점들(nanodots); 및
    상기 은 나노와이어층 및 나노점 상에 전자사이클로트론공명 플라즈마 화학기상증착법(ECR-PECVD)에 의하여 형성된 투명 전도성 산화막(TCO)을 포함하는 투명 발열막.
  2. 제1항에 있어서, 분산형 금속 나노점은 금, 은, 니켈, 크롬, 니켈크롬 복합금속, 구리, 및 알루미늄으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 투명 발열막.
  3. 제2항에 있어서, 분산형 금속 나노점은 니켈크롬 복합금속인 것인 투명 발열막.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 투명 전도성 산화막은 불소 도핑된 주석 산화막(FTO) 또는 알루미늄이 도핑된 아연 산화막(AZO)인 것인 투명 발열막.
  6. 제5항에 있어서, 투명 전도성 산화막은 불소 도핑된 주석 산화막인 것인 투명 발열막.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서, 은 나노와이어층은 바코터(bar coater)에 의하여 형성되는 것인 투명 발열막.
  9. 제1항에 있어서, 은 나노와이어층의 면 저항값은 10 내지 20 Ω/□인 것인 투명 발열막.
  10. 제1항에 있어서, 투명 전도성 산화막의 면 저항값은 500 Ω/□ 이하인 것인 투명 발열막.
  11. 제1항에 있어서, 전체 투명 발열막의 면 저항값은 40 Ω/□ 이하인 것인 투명 발열막.
  12. 제1항에 있어서, 은 나노와이어의 두께는 160 내지 230 nm이고, 금속 나노점의 입자 크기는 10 내지 30 nm이며, 투명 전도성 산화막의 두께는 5 내지 40 nm이고, PET 필름을 제외한 투명 발열막의 총두께는 200 내지 250 nm인 것인 투명 발열막.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101465518B1 (ko) * 2013-05-31 2014-11-26 전자부품연구원 무반사 기능을 갖는 투명 면상 발열체

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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