KR101903856B1 - 투명 발열체 및 이의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 제조 비용이 낮으며, 높은 투명도하에서 효율적인 발열이 가능한 투명 발열체를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 대면적의 투명 기판; 상기 투명 기판 상단에 형성되는 경화층; 상기 경화층에 형성되는 미세홈을 포함하는 미세 패턴; 및 상기 미세홈에 채워지는 전도성 물질;을 포함하되, 상기 전도성 물질에 전원을 인가하면 기판 전체 영역에서 열이 발생하는 구성이다.

Description

투명 발열체 및 이의 제조 방법{Transparent heating element and maunfacturing method thereof}
본 발명은 투명 발열체 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 투명 특성과 발열 특성을 동시에 갖는 투명 발열체 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
특정 기판에 미세 패턴을 형성하고 생성된 패턴 홈에 도전성 물질을 채워 기판의 특성에 따라 다양한 용도로 활용할 수 있으며, 특히 미세 패턴의 선폭을 수㎛ 내지 수십㎛로 형성하는 경우 사람의 눈으로 인식하기 매우 어려울 뿐만 아니라 기판 자체의 투명도를 유지할 수 있어 더욱더 다양한 용도로 활용할 수 있다.
예를 들면, 투명한 재질의 기판 위에 채널로 분리된 미세 패턴을 형성하고 생성된 패턴 홈에 도전성 물질을 채우게 되면 터치용 센서로 활용할 수 있으며, 투명한 재질의 기판 위체 채널 분리 없이 미세 패턴을 형성하고 생성된 패턴 홈에 도전성 물질을 채우면 선으로 채워진 면과 같이 저항이 낮은 저항체를 형성할 수 있으며, OLED용 전극, 스마트원도우용 전극으로 활용할 수 있으며, 형성된 저항체에 전압을 인가하여 전류를 흘리게 되면 열이 발생하는 투명 발열 소재로 활용할 수 있다.
기판에 특정한 형태의 미세 패턴을 형성하는 기술은 다양한 방식이 제안되었다. 예를 들면, 등록특허 제84717호에는 g-line, i-line 및 DUV를 광원으로 사용하는 미세콘택패턴형성시, 포토레지스트를 도포한 후 그 표면을 알칼리 처리하여 알카리막을 형성하는 제1공정과 상기 알카리처리후 노광 및 현상하여 패턴을 형성하고 형성된 패턴을 열처리에 의해 플로우시켜 미세콘택을 형성하는 제2공정으로 이루어 것을 특징으로 하는 미세패턴 형성방법이 개시되어 있다.
또한, 등록특허 제79303호에는 반도체기판상에 포토레지스트를 도포한 후, 노광전에 고온의 현상액을 이용하여 포토레지스트의 표면처리를 행하는 것을 특징으로 하는 구성이 개시되어 있다.
또한, 공개특허 제2005-0064463호에는 반도체 기판상에 저유전물질인 제 1층간 절연막을 감광막을 도포하고 노광을 하여 구리배선이 될 패턴을 형성하고, 그 상부에 구리를 도금방법으로 증착하는 단계; 이후 평탄화를 위해 CMP로 구리를 폴리싱하는 단계; 제 2 층간 절연막과 제 3 층간 절연막을 상기 구리 및 제 1 층간 절연막 상에 증착하는 단계; 비아퍼스트 공정에서 비아를 패터닝하기 위해 레티클을 사용하여 노광하고 연속해서 식각함으로써, 비아홀이 형성되어 구리의 상면 일부가 노출되도록 하는 단계; 상기 제 3 층간 절연막 상부와 비아홀 측벽쪽에 SRO(Silicon Rich Oxide)막을 얇게 증착시키는 단계; 반사방지막을 에치스탑레이어인 매립된 식각정지막인 제 2 와 제 3의 층간 절연막사이에 있는 제 3 층간 절연막보다 위로 올라올정도로 도포하는 단계; 이후 트랜치노광 공정을 진행한 후 드라이에치를 실시하여 비아홀 부분이 노출되며 미세패턴을 형성하는 단계;로 이루어지는 구성이 개시되어 있다.
상기한 기술들은 대부분 포토리소그래피 공정을 이용하여 미세 패턴을 형성하는 것으로, 패턴 형성 영역이 다소 제한적이고 높은 비용이 발생하는 단점이 있다.
상기와 같은 단점을 극복하기 위하여 미세 패턴이 형성된 웨이퍼 또는 글래스를 가압하여 미세 패턴을 형성하는 임프린팅 방법에 의한 미세 패턴 형성 방법이 제안되었다.
예를 들면, 공개특허 제2008-0105524호에는 마스크 또는 미세패턴이 각인된 복수의 소형 몰드에 레지스트를 도포하는 단계; 상기 복수의 소형 몰드를 가압하여 상기 레지스트에 미세패턴을 임프린팅하는 단계; 상기 레지스트를 경화시키는 단계; 상기 복수의 소형 몰드를 상기 레지스트로부터 이형시키는 단계를 포함하는 구성이 개시되어 있다.
임프린팅 방법은 포토리소그래피 공정을 이용한 방법에 비하여 비교적 넓은 면적에 미세 패턴을 형성할 수 있는 장점이 있으나, 가압력에 의하여 미세 패턴을 형성하는 방법이므로, IT 기기 등과 같은 소형 가전 이외의 용도를 갖는 기판에 적용하기에는 무리가 있으며, 또한 필요에 따라 열과 압력을 가해야 하거나, 몰드의 재질 및 내마모 한계로 인하여 생산성에 문제가 제기되고 있다.
상기와 같은 임프린팅 방법의 단점을 극복하기 위하여, 비교적 저가로 미세패턴을 형성하는 기술을 특허출원 제2016-0085922호로 본 출원인이 출원한 바 있다. 상기 특허는 표면에 미세 패턴이 형성된 기판을 제조하기 위한 미세 패턴 형성 방법에 있어서, 기판을 공급하는 기판 준비 단계; 상기 기판 상단에 겔 형태의 경화겔을 도포하는 경화겔 도포 단계; 상기 경화겔 상단에 미세 패턴 형태가 새겨진 마스크를 안착하는 마스크 안착 단계; 상기 마스크 상단에 UV를 조사하여 음영이 새겨진 부분을 제외한 경화겔을 경화시켜 경화층을 형성하는 경화 단계; 및 상기 경화 단계에서 경화되지 않은 경화겔을 제거하여 미세홈을 형성하는 세척 단계;를 포함하는 것으로, 기판의 재질에 관계없이 다양한 형태와 크기를 갖는 패턴을 비교적 저가로 형성할 수 있는 장점이 있다.
본 발명은 상기 특허로 제조된 패턴을 이용하는 것으로, 특히 면상 발열체로 활용을 제안한다.
본 발명은 상기와 같은 필요에 의하여 안출된 것으로, 제조 비용이 낮으며, 높은 투명도하에서 효율적인 발열이 가능한 투명 발열체를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 상기의 특성을 갖는 투명 발열체의 제조 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 대면적의 투명 기판; 상기 투명 기판 상단에 형성되는 경화층; 상기 경화층에 형성되는 미세홈을 포함하는 미세 패턴; 및 상기 미세홈에 채워지는 전도성 물질;을 포함하되, 상기 전도성 물질에 전원을 인가하면 기판 전체 영역에서 열이 발생하는 구성이다.
바람직하게는, 상기 경화층의 두께는 2㎛ 내지 15㎛이며, 상기 미세홈의 깊이와 폭은 1㎛ 내지 15㎛인 것을 특징으로 한다.
더욱 바람직하게는, 상기 미세홈의 간격은 미세홈 폭의 40배 내지 100배인 것을 특징으로 한다.
더욱 바람직하게는, 상기 도전성 물질은 은나노와이어, 은분말 및 구리분말 중 선택되어 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 투명 기판은 PET, PC, PEN 및 TPU 중 선택된 어느 하나의 재질인 것을 특징으로 한다.
더욱 바람직하게는, 상기 투명 기판 하단에는 유리가 부착되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 투명 기판은 유리이며, 상기 경화층 상단에 형성되는 보호층을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 투명 기판은 PVB재질이며, 상기 투명 기판 하단과 상기 경화층 상단에 각각 부착되는 유리를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
더욱 바람직하게는, 상기 경화층과 상기 경화층 상단에 부착되는 유리 사이에 배치되는 보호층을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
더욱 바람직하게는, 상기 보호층은 재질은 PVB인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 투명 발열체 제조 방법에 있어서, 기판을 공급하는 기판 준비 단계; 상기 기판 상단에 겔 형태의 경화겔을 도포하는 경화겔 도포 단계; 상기 경화겔 상단에 미세 패턴 형태가 새겨진 마스크를 안착하는 마스크 안착 단계; 상기 마스크 상단에 UV를 조사하여 음영이 새겨진 부분을 제외한 경화겔을 경화시켜 경화층을 형성하는 경화 단계; 상기 경화 단계에서 경화되지 않은 경화겔을 제거하여 미세홈을 형성하는 세척 단계; 및 상기 미세홈에 전도성 물질을 도포하는 도전물질 도포 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
더욱 바람직하게는, 상기 경화층의 두께는 2㎛ 내지 15㎛이며, 상기 미세홈의 깊이와 폭은 2㎛ 내지 15㎛인 것을 특징으로 한다.
더욱 바람직하게는, 상기 미세홈의 간격은 미세홈 폭의 40배 내지 100배인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 투명 발열체 및 이의 제조 방법은 낮은 비용으로 대면적의 투명 기판에 미세 패턴을 형성할 수 있으며, 추가하여 생성된 미세 패턴에 도전성 물질을 채울 경우, 투명 기판의 투명도를 일정 수준 유지하면서도 전체 면적에 대한 발열을 유도할 수 있는 효과가 있어, 자동차, 고글, 헬멧 등의 성에 제거용으로 활용할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 투명 발열체 제조 방법으로 제조된 미세 패턴 판의 단면도이며,
도 2는 본 발명에 따른 투명 발열체 제조 방법의 절차도이며,
도 3은 도 2는 기판 준비 단계의 모식도이며,
도 4는 도 2의 경화겔 도포 단계의 모식도이며,
도 5는 도 2의 마스크 안착 단계의 모식도이며,
도 6은 도 2의 경화 단계를 통하여 제조된 기판의 단면도이며,
도 7은 도 2의 세척 단계 완료 후의 기판 단면도이며,
도 8은 실시예 1에 따라 제작된 기판의 외형 사진이며,
도 9은 실시예 1의 온도 상승 그래프이며,
도 10은 실시예 2의 투명도와 헤이즈의 그래프이며,
도 11은 실시예 3에 따라 제작된 기판의 외형 사진이며,
도 12는 실시예 3의 발열 상태를 나타내는 열화상 사진이며,
도 13은 실시예 4에 따라 제조된 기판의 외형 사진이며,
도 14는 실시예 5에 따라 제조된 기판의 외형 사진이며,
도 15는 실시예 5의 발열 시험 사진이며,
도 16은 실시예 5의 발열 상태를 나타내는 열화상 사진이다.
이하 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.
본 발명에 따른 투명 발열체 제조 방법은 대면적 투명 기판에 미세 패턴을 형성한 후, 형성된 미세 패턴에 도전성 물질을 도포하는 절차로 진행되는 것을 의미하며, 여기서 대면적은 기판의 폭이 100mm 내지 1,800mm 정도의 범위이고 길이는 적어도 폭 또는 폭 이상을 의미한다.
본 발명에 따른 투명 발열체 제조 방법은 도 1에 도시된 바와 같이, 외면에 미세 패턴이 형성되고, 상기 미세 패턴에 도전성 물질(90)이 도포된 미세 패턴 판(100)을 제조하기 위한 방법으로 상기 미세 패턴 판(100)은 기판(10) 상단에 경화층(20)이 형성되고, 상기 경화층(20)에 의하여 패턴홈(30)이 형성되는 구성이며, 평면적으로 상기 패턴홈(30)은 한방향 혹은 다양한 방향의 점, 선, 다각형으로 형성될 수 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 선으로 구성하는 경우에는 상하/좌우에 각각 그물망으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
이때 상기 기판(10)은 폴리머, 유리, 실리콘 중 선택된 어느 하나로 구성될 수 있으며, 특히 상기 경화전 겔 상태의 경화층(20)이 부착되는 어떠한 재질로도 선택 가능하다.
폴리머의 경우에는 PET(polyethylene terephthalate), PC(polycarbonate), PEN(polyethylene naphthalate), PVB(polyvinyl butyral) 또는 TPU(urethane thermoplastic elastomer) 등과 같은 재질들이 선택 가능하다.
상기 경화층(20)은 경화전 UV에 반응하는 수지를 이용하며, 이때 경화 시간은 일부 광량에 따라 차이가 있지만 2 내지 10sec 이내 경화가 이루어지는 경화 수지를 사용하는 것이 제조 공정상 유리하다.
그리고 상기 패턴홈(30)은 상기 경화층(20) 중 UV를 마스크를 통하여 조사하고 노출되지 않는 부분만이 세척에 의하여 제거되어 형성된다.
필요한 경우 상기 반전된 마스크를 사용할 경우에는 패턴홈(30)부분이 돌출되는 양각 형태의 미세패턴 형성이 가능하다.
한편, 상기 경화층(20)의 두께는 2㎛ 내지 15㎛가 바람직하다. 이때 상기 두께가 2㎛미만인 경우에는 경화층(20)의 도포가 어려우며, 형성되는 패턴홈(30)의 깊이 형성에 불리한 단점이 있다.
상기 두께가 15㎛를 초과하는 경우에는 재료적 소모가 높으며, 또한 경화층(20) 두께로 인하여 기판(10)의 투명도에 악영향이 있어 불리하며, 또한 경화 과정 중에 많은 열이 발생하여 변색되거나 기판이 손상될 우려가 있으며, 유연성 기판에서는 한쪽 방향으로 응력이 발생하여 휨이 생길 우려가 있다.
그리고 상기 패턴홈(30)의 깊이와 폭은 1㎛ 내지 15㎛가 바람직하다.
상기 패턴홈(30)의 깊이와 폭이 1㎛ 미만인 경우에는 도전성 물질이 차지하는 영역이 적어 높은 전기저항을 나타내어 불리하고, 15㎛를 초과하는 경우에는 도전성 물질이 채워지는 영역이 너무 넓어 투명도와 시인성을 저하시킬 우려가 있고 재료 사용량 과다 및 공정적으로 불리하다.
이때, 전기전도도 등을 고려하는 경우 상기 패턴홈(30)의 깊이와 폭은 5㎛ 내지 10㎛로 추가로 한정할 수 있다.
상기 범위에서 투명도, 시인성 및 전기저항 측면에서 가장 우수한 특성을 나타낸다.
그리고 패턴홈(30)의 간격은 패턴홈(30) 폭의 40배 내지 100배로 설정하는 것이 바람직하다.
상기 간격이 40배 미만인 경우에는 기판(10)의 투명도가 저하되어 용도가 제한되어 부적절하고, 100배를 초과하는 경우 투명도와 시인성은 매우 좋아지지만, 도전성 물질의 양이 급격히 줄어듬에 따라 높은 전기저항을 나타내어 미세패턴 효과가 미미한 단점이 있다.
또한, 더욱 바람직하게는 상기 간격을 패턴홈(30) 폭의 60 내지 80배로 한정할 수 있다.
상기 범위에서 역시 투명도, 시인성 및 전기저항 측면에서 우수한 특성을 나타낸다.
또한, 상기 도전성 물질(90)은 높은 전기전도도를 갖는 물질이 바람직하며, 공정적으로 페이스트 형태가 바람직하다.
예를 들면, 전체 체적에서 적어도 70중량%이상의 은나노와어(AgNW) 또는 은분말을 포함하는 페이스트 형태의 전도성 물질의 사용이 바람직하다.
필요한 경우 구리분말을 포함하는 페이스트를 사용할 수도 있다.
한편, 본 발명에 따른 투명 발열체 제조 방법은 도 2에 도시된 바와 같이, 기판 준비 단계(S1), 경화겔 도포 단계(S2), 마스크 안착 단계(S3), 경화 단계(S4), 세척 단계(S5) 및 도전물질 도포 단계(S6)를 포함하여 구성된다.
이하 상기 단위 공정에 대하여 구체적으로 설명한다.
기판 준비 단계(S2)
상기 기판 준비 단계(S2)는 도 3에 도시된 바와 같이 표면에 미세 패턴을 형성하기 위한 대상물인 기판(10)을 준비하는 단계이다.
이때 상기 기판(10)이 유리인 경우에는 평판 형태로 공급되나, 유연성 특성을 갖는 폴리머인 경우에는 사전에 권취된 롤에서 해방되어 공급되는 형태로도 구성할 수 있다.
이하에서는 유리와 같은 형태를 제조하는 공정을 '일괄식 공정', 폴리머가 롤 형태로 공급되는 경우에는 '연속식 공정'으로 지칭한다.
필요한 경우, 상기 기판(10) 표면에는 이후 경화겔(40)과의 결합력을 높이기 위하여 물리적 또는 화학적인 방법으로 표면 처리가 사전에 수행될 수 있다.
경화겔 도포 단계(S2)
경화겔 도포 단계(S2)는 준비된 기판(10) 상면에 경화층(20) 형성을 위한 경화겔(20)을 도포하는 단계이다.
상기 경화겔(40)은 UV가 조사된 부분은 경화되어 고체화되고, 조사되지 않은 부분은 겔상태를 유지하는 화학적 특성이 있는 구성이다.
이때 상기 경화겔(40)은 도 4에 도시된 바와 같이 기판(10)이 이송하며, 특정한 위치의 기판(10) 상단에 도포된 후, 회전롤러(50)와 회전롤러(50)와 경화겔(40) 사이에 평탄재(51)가 위치하고, 상기 평탄재(50)가 상기 회전롤러(50)에 의하여 이동하면서, 상기 경화겔(40)의 평탄화와 도포 높이를 조절한다.
상기 경화겔(40)의 도포 높이는 상기 회전롤러(50)의 위치와 압력에 의하여 조절된다.
상기 평탄재(51)는 연속적인 작업이 필요할 경우, 유연성 재질로 구성하여 무한궤도 형태로 구현되는 것이 바람직하나, 일괄식 공정인 경우에는 단일 판으로도 구성 가능하다.
이때 상기 평탄재(51)의 외면은 상기 경화겔(40)이 부착되지 않도록 사전에 소수성 표면 처리를 수행하나, 일반적인 필름에는 접착력이 생성되지 않는 특성을 가진 경화겔(40)을 사용할 경우에는 특별한 표면처리가 불필요하다.
따라서 상기 회전롤러(50)의 위치, 상기 평탄재(51) 두께 그리고 기판(10)의 위치를 조절하는 경우 상기 경화겔(40)의 도포 두께를 조절할 수 있다.
상기 경화겔(40)의 도포 두께는 바로 경화층(20)의 두께이므로, 상기 두께는 5㎛ 내지 15㎛가 바람직하다.
한편, 필요한 경우 상기 평탄재(51)는 후술하는 마스크(60)를 이용하여 구현될 수 있다. 마스크(60)로 대체하는 경우에는 상기 평탄재(51)와 상기 평탄재(51)를 구동하는 회전롤러(50)는 생략된다.
마스크 안착 단계(S3)
마스크 안착 단계(S3)는 상기 경화겔 도포 단계(S2)에 의하여 기판(10) 상단에 경화겔(40)이 도포된 상단에 도 5 상단에 도시된 바와 같이, 마스크(60)를 위치시키는 단계이다.
상기 마스크(60)는 투명 재질의 판 또는 유연성을 가지는 투명한 필름으로 구성되고, 미세 패턴이 위치하는 부분은 UV 통과를 차단하는 패턴이 형성되어 있으며, 지속적인 패턴 생성을 위해서 무한궤도 형태로 구성하는 것이 바람직하다.
상기 마스크(60)는 통상의 방법으로 제조되며, 상기 경화겔(40)과는 일정 거리 이격되어 위치하거나, 접촉되어 위치하는 것이 바람직하다.
상기 마스크(60)는 일반적인 필름마스크와 크롬마스크, 에멀전 마스크 등 반도체 공정에서 사용하는 다양한 형태의 마스크를 사용하여 패턴을 형성할 수 있으며, 본 발명의 경우 필름마스크를 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 마스크(60)를 교체하는 경우 다양한 형태의 미세 패턴을 형성할 수 있으며, 패턴홈(30)은 상기 마스크(60)에 형성된 패턴에 의하여 조절된다.
상기 마스크 안착 단계(S3)는 일괄식 고정과 연속식 공정에서 동일하다.
그리고 상기 마스크 안착 단계(S3)는 상기 기판(10)이 이송하는 경우, 상기 경화겔(40)의 도포가 완료된 후, 마스크(60)가 설치된 영역으로 기판(10)이 진입하는 것을 의미한다.
한편, 상기 마스크(60)가 평탄재(51) 기능을 동시에 수행하는 경우에는 도 5 하단에 위치한 바와 같이 구성하며, 이때는 경화겔(40)이 도포된 후, 상기 마스크(60)에 의하여 평탄화하고, 바로 경화하는 형태로 구성한다.
상기와 같은 구성은 전체 공정을 단순화시킬 수 있으며, 또한 장비의 길이를 줄이 수 있는 장점이 있다.
경화 단계(S4)
상기 경화 단계(S4)는 상기 마스크 안착 단계(S3)를 통하여 안착된 마스크(60) 상단에 마스크(60) 방향으로 UV광원(70)을 통하여 UV를 조사하는 단계이다.
이때 마스크(60) 상단에 UV광원(70)이 위치하므로, 마스크 안착 단계(S3)와 동시에 수행되나, 필요에 의하여 구분하였다.
상기 UV광원(70)은 통상의 광원을 이용할 수 있으며, 특히 경화 시간이 2 내지 10sec 범위에서 완료될 수 있는 것이 공정적으로 매우 유리하다.
통상의 방식으로 경화를 수행하면, 패턴홈(30)의 깊이가 보통 1um 내외 이지만, UV의 광량과 광방향성을 조정하기 위한 광학설계가 포함된 광학계나 특수 렌즈가 사용 될 경우 HAR은 어렵지만 기본 선폭대비 1:1~2:1수준의 깊이를 얻을 수 있다.
또한 일반적인 램프보다는 LED의 광을 이용하여 경화를 하게 되면 원하는 형상을 얻기가 수월해지는데, 이때 사용되는 렌즈의 형상과 초점거리, 그리고 광량의 노광시간에 따라 전체적으로 형성되는 패턴홈(30)의 프로파일이 결정된다.
또한, 경화겔(40)은 주로 아크릴레이트계열이 적용된 수지를 사용하며 광개시제를 사용하여 라디컬을 생성하고 올리고머나 모노머 상태에서 아클리레이트의 이중결합이 중합되며 경화가 일어나는 과정으로 경화가 진행된다.
수지내 올리고머나 모노머의 적절한 조정에 의해 경화와 비경화의 경계를 넓게 하거나 좁게 조정하여 미세 패턴홈(30)의 프로파일 조정이 가능하다.
그리고 경화시간이 짧을 경우에는 상기 기판(10)의 이송 속도를 증가시킬 수 있으므로, 생산 속도 면에서 유리한 장점이 있다.
상기 경화 단계(S4)에 따라 마스크 패턴에 의하여 UV를 통과하지 못한 부분은 경화되지 않고, 도 6에 도시된 바와 같이, 경화겔(40) 형태가 유지되며, 나머지 부분은 UV에 의하여 경화가 완료되어 경화층(20)이 형성된다.
세척 단계(S5)
세척 단계(S5)는 상기 경화 단계(S4)를 통하여 제조된 경화층(20) 중 경화되지 않은 부분을 세척에 의하여 제거하는 공정이다.
상기 세척 역시 통상의 방법으로 수행 가능하며, 필요한 경우 미세한 천과 아세톤, 메탄올, 이소프로필알콜이 일정비율로 조합된 용액을 이용하여 연속적으로 세척을 수행할 수 있다.
상기 세척 공정 완료 후에는 도 7에 도시된 바와 같이, 미세 패턴이 형성된 기판(10)을 얻을 수 있다.
도전성 물질 도포 단계(S6)
상기 세척 단계(S5)를 통하여 미세 패턴이 형성된 기판(10)의 제조가 완료되면, 상기 미세 패턴의 패턴홈(30)에 도전성 물질(90)을 도포하는 도전성 물질 도포 단계(S6)가 수행되며, 완료된 형태는 도 1과 같다.
필요한 경우, 도포 전 상기 패턴홈(30)에 필요한 전처리를 수행할 수 있으며, 또한 도전성 물질(90) 도포 후 경화 시간과 패턴홈(30) 외부에 돌출되는 도전성 물질의 제거를 위한 세척 공정 등이 추가로 수행될 수 있다.
상기 도전성 물질(90)은 도전성 특성이 있는 어떠한 물질도 사용 가능하나, 은나노와이(AgNW) 또는 은나노분말을 포함하는 도전성 물질의 사용이 전기저항 측면에서 유리하여 바람직하다.
이때 은나노와이어 또는 은나노분말은 전체 중량에 대하여 70중량% 이상 함유하는 것이 전기전도도 측면에서 유리하다.
상기의 단계들을 통하여 제조된 미세 패턴 판(100)은 다양한 제품으로 활용 가능하다. 먼저, 상기 기판(10)을 투명 필름으로 구성하는 경우, 기판(10) 자체가 발열체 역할을 하고, 필요한 제품에 부착하여 활용할 수 있다.
또한, 자동차 윈드 쉴드 글래스의 경우에는 두개의 유리 사이에 상기 미세 패턴 판(100)을 위치시키는 경우 글래스 중앙에서 발열이 발생하도록 구성되며, 이때 상기 경화층(20) 상단에는 별도의 보호층을 추가로 형성하여 도전성 물질(90)과 글래스의 직접적인 접촉을 방지하도록 구성할 수 있다.
또한, 상기 기판(10) 자체를 글래스로 하는 경우에는 글래스 표면에 경화층(10) 및 도전성 물질(90)이 코팅되는 형태로도 구성할 수 있다.
물론 상기와 같은 코팅 형태에서도 경화층(20) 상단에 별도의 보호층을 추가하여 도전성 물질(90)의 노출을 방지하도록 구성할 수 있다.
실시예 1
글래스 상단에 PET재질의 필름을 안착한 후, UV 경화겔을 도포하였다.
그리고 상기 경화겔 상단에 마스크를 안착한 후 회전롤러를 이용하여 평탄화 및 두께를 설정하고 UV를 조사한 후, 세척하여 최종적으로 미세 패턴을 형성하고, 추가하여 도전성 물질을 미세 패턴에 도포하였다.
상기 PET의 두께는 100㎛이고 크기는 100mm×100mm로 설정하였으며, 경화겔은 두께는 10㎛로 형성하였다.
그리고 경화겔의 재질은 아크릴레이트 계열의 UV경화성 수지를 사용하였으며, 이때 수지의 점도는 500~2,000CPS가 되도록 조절하였다. 상기 점도 범위에서 가장 양호한 특성을 나타낸다.
선폭은 5㎛로 각각 형성하였으며, 추가하여 패턴홈의 선폭과 깊이는 1:1 내지 2:1이 되도록 UV를 조절하였고, UV광은 일방향으로 광이 조사되도록 광학적 설계가 구현된 것을 사용하였다.
그리고 홈의 간격은 1,000㎛로 형성하였으며, 형성된 홈에 은나노분말을 포함하는 전도성 물질을 도포하여 경화시켰다.
여기서 은나노분말은 전도성 물진 전체 중량에 대하여 80중량%가 함유된 것을 이용하였다.
시험예 1(발열시험)
실시예 1를 통하여 도 8과 같은 형태의 미세 패턴 판 발열체를 얻었다. 전원(5V 전압)과 온도 센서를 이용하여 발열 시험을 수행하였다.
도 8에 도시된 바와 같이, 적절한 투명도를 확인할 수 있었으며, 열선의 저항은 4Ω를 나타내었다.
전원을 연결한 후, 온도 센서에서 감지되는 온도 변화를 도 9에 도시하였다.
상기 도 9에 도시된 바와 같이, 전원 연결 후, 수분 이내에 70℃까지 상승한 후, 일정한 온도를 유지하는 것을 확인할 수 있었다.
또한 40℃까지는 1 내지 2분 이내에 도달됨을 확인하였다.
실시예 2
실시예 1과 같은 방법으로 미세 패턴 판 발열체를 제조하였다. 다만 크기를 300mm×200mm로 형성하였으며, 선폭을 10㎛를 고정하고, 간격(피치)을 200㎛, 300㎛, 400㎛, 500㎛, 600㎛, 700㎛ 및 800㎛의 값을 갖는 미세 패턴 판 발열체를 각각 제조하였다.
시험예 2(투명도 시험)
실시예 2를 통하여 제조된 7개의 미세 패턴 판에 대하여 투명도와 헤이즈(Haze)를 측정한 결과는 도 10에 도시하였다.
10㎛ 기준으로 40배 이상에서 적절한 특성을 나타내었으며, 60배이상에서는 매우 우수한 특성을 나타내었다.
실시예 3
실시예 1을 통하여 제조된 미세 패턴 판을 도 11에 도시된 헬멧용 윈드쉴드글래스의 크기와 같이 절단한 후, 원드쉴드글래스에 부착하였다.
시험예 3(발열시험)
실시예 3을 통하여 제조된 헬멧용 윈드쉴드글래스에 8V 1.5A의 전원을 인가하여 발열시험을 수행하였다.
수행한 결과 도 12에 도시된 바와 같이, 최고온도가 37℃로 확인되었다. 특히 헬멧용 고글의 경우 착용자의 얼굴과 가까이 위치하므로, 최고온도의 제한은 필수적 사항이다.
따라서 실시예 3의 경우에는 헬멧용 고글에 사용하기에 적절한 온도를 가지는 것으로 확인되었다.
실시예 4
본 실시예는 자동차용 윈드쉴드글래스의 적용을 위한 것으로, 실시예 1의 구성과 동일하나, 기판을 PET에서 유리로 변경한 것과 크기를 300mm×200mm로 변경하였으며, 도전성 물질이 채워진 표면에 강화용 폴리머층을 추가 형성하였다.
시험예 4(성에 제거 시험)
실시예 4를 통하여 제조된 미세 패턴 판은 도 13과 같으며, 항온항습챔버에서 -10도로 4시간을 얼린 후, 시험하였으며, 시험결과 2분이내에 전체 면적의 90%에서 성에가 제거됨을 확인하였다.
실시예 5
본 실시예 역시 실시예 4와 같이 자동차용 윈드쉴드글래스의 적용을 위한 것으로, 실시예 1과 동일한 방식을 적용하되, PVB기반으로 미세 패턴 판을 제조하고, 상기 판 상하에 유리를 부착하였다.
이때 PVB판 상단에는 도전성 물질과 유리의 접촉을 방지하기 위하여 추가의 PVB층을 형성하고 상단 유리와 접합시켰다.
즉, 실시예 5는 유리, PVB 미세패턴 판, PVB코팅층 및 유리 순으로 적층된 구조이다.
시험예 5 (발열 시험)
실시예 5를 통하여 제조된 윈드쉴드글래스는 도 14와 같이, 투과율이 87% 내지 88%임을 확인하였다.
그리고 도 15와 같은 시험 장치에서 12V전원 인가 후, 3분에서 45℃로 도달함을 확인하였다(도 16).
상기한 실시예 1 내지 실시예 5를 통하여 본 발명에 따른 투명 발열체는 통상의 발열 특성을 가지며, 실제 헬멧용 윈드쉴드글래스에 적용한 경우 적절한 온도로 신속하게 가열됨이 확인되었으며, 2가지 형태의 자동차용 윈드쉴드글래스에서도 적절한 투명도에 우수한 성에 제거특성과 발열특성을 나타냄을 확인하였다.
상기 실시예들의 특성을 이용하는 경우, 본 발명은 PET기판 재질의 투명 발열체를 일정한 곡률을 가지는 곡면에 부착하여 습기나 김서림을 방지하는 기능을 구현할 수 있다.
또한, 곡률이 형성된 곡면의 PC기판 위에 투명 발열체를 공정하여 습기나 김서림을 방지하는 기능을 구현할 수 있다.
또한, 두께 2T(2mm)이상의 유리 사이에 PVB필름 위치에 투명면상발열체를 공정하여 김서림, 습기방지 및 성에 제거 기능을 구현할 수 있다.
또한, 각각 두께 2mm이상의 유리 상판과 하판 사이에 PVB필름에 PET를 기판으로 하는 투명면상발열체를 부착하여 김서림, 습기방지 및 성에 제거 기능을 구현할 수 있다.
이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되지 않으며, 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 실시할 수 있는 다양한 형태의 실시예들을 모두 포함한다.
10: 기판 20: 경화층
30: 패턴층 40: 경화겔
50: 회전 롤러 51: 평탄재
60: 마스크 70: UV광원
90: 전도성 물질 100: 미세 패턴 판

Claims (13)

  1. 대면적의 투명 기판;
    상기 투명 기판 상단에 형성되는 경화층;
    상기 경화층에 형성되는 미세홈을 포함하는 미세 패턴; 및
    상기 미세홈에 채워지는 전도성 물질;을 포함하되,
    상기 전도성 물질에 전원을 인가하면 기판 전체 영역에서 열이 발생하며,
    상기 경화층의 두께는 2㎛ 내지 15㎛이며,
    상기 미세홈의 깊이와 폭은 1㎛ 내지 15㎛이며,
    상기 미세홈의 간격은 미세홈 폭의 40배 내지 100배이며,
    상기 투명 기판 하단 및 투명 기판 상단에 각각 부착되는 유리를 포함하며,
    상기 경화층 상단과 유리 사이 및 투명 기판 하단과 유리 사이에 각각 PVB 재질의 보호층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 투명 발열체.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 전도성 물질은 은나노와이어, 은분말 및 구리분말 중 선택된 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 투명 발열체.
  5. 청구항 1 또는 청구항 4에 있어서, 상기 투명 기판은 PET, PC, PEN, TPU 및 PVB 중 선택된 어느 하나의 재질인 것을 특징으로 하는 투명 발열체.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 투명 발열체 제조 방법에 있어서,
    기판을 공급하는 기판 준비 단계;
    상기 기판 상단에 겔 형태의 경화겔을 도포하는 경화겔 도포 단계;
    상기 경화겔 상단에 미세 패턴 형태가 새겨진 마스크를 안착하는 마스크 안착 단계;
    상기 마스크 상단에 UV를 조사하여 음영이 새겨진 부분을 제외한 경화겔을 경화시켜 경화층을 형성하는 경화 단계;
    상기 경화 단계에서 경화되지 않은 경화겔을 제거하여 미세홈을 형성하는 세척 단계; 및
    상기 미세홈에 전도성 물질을 도포하는 도전물질 도포 단계;를 포함하되,
    상기 경화층의 두께는 2㎛ 내지 15㎛이며,
    상기 미세홈의 깊이와 폭은 1㎛ 내지 15㎛이며,
    상기 미세홈의 간격은 미세홈 폭의 40배 내지 100배이며,
    상기 경화층 상단과 기판 하단에 PVB재질의 보호층을 형성하고,
    상기 기판 하단에 형성된 보호층 하단과 경화층 상단에 형성된 보호층 상단에 각각 유리를 부착하는 것을 특징으로 하는 투명 발열체 제조 방법.
  12. 삭제
  13. 삭제
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