KR101986438B1 - 히터가 구비된 스마트 윈도우, 스마트 윈도우용 히터 및 그 제조방법 - Google Patents

히터가 구비된 스마트 윈도우, 스마트 윈도우용 히터 및 그 제조방법 Download PDF

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이승섭
김동진
조문형
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한국과학기술원
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Abstract

본 발명은, 발열 히터를 포함하는 스마트 윈도우, 스마트 윈도우에 이용 가능한 히터 및 그 제조방법에 관한 것으로, 본 발명의 하나의 양상은, 액정 스마트 윈도우; 및 상기 액정 스마트 윈도우 상에 배치되는 전극부;를 포함하고, 상기 전극부의 하나 이상은, 메탈 메쉬를 포함하는 발열 전극 필름이 형성된 투명한 발열부를 포함하는 것인, 히터 가 구비된 스마트 윈도우에 관한 것이다.

Description

히터가 구비된 스마트 윈도우, 스마트 윈도우용 히터 및 그 제조방법{SMART WINDOW COMPRISING HEATER, HEATER FOR SMART WINDOW AND MANUFACTURING METHOD FOR THE SAME}
본 발명은, 발열 히터를 포함하는 스마트 윈도우, 스마트 윈도우에 이용 가능한 히터 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 투명 전극을 이용한 발열 히터를 이용하여 저온에서의 구동성이 향상된 스마트 윈도우 및 그 제조방법에 관한 것이다.
스마트 윈도우는 일반적으로 두 개의 투명한 전극 사이에 액정이 분산된 층을 형성하여 만든 간단한 구조로 되어 있다. 스마트 윈도우는 전압을 인가하지 않은 상태일 때는, 액정들의 배열이 불규칙적으로 배열되어 있어서 빛의 산란이 매우 많이 발생하여 불투명한 상태를 유지한다. 그러나, 양 쪽의 투명한 전극에 전압을 인가하게 되면 그 사이에 전기장이 형성이 되면서 액정이 규칙적으로 배열이 되어 빛의 투과가 원활해지기 때문에 투명한 상태를 유지하게 되는 특징을 가지고 있다.
이러한 특성을 이용하여 스마트 윈도우는 최근 자동차의 선루프, 창문의 블라인드, 화장실의 분리막, 고급 자동차의 앞, 뒤 좌석간의 분리판 등 빛을 막는 기능적 용도가 필요한 적용처에 사용될 뿐만 아니라, 개인 프라이버시가 확보될 필요가 있는 영역 등에 널리 사용되고 있다.
하지만 이러한 스마트 윈도우가 야외 공간에 노출되어 있는 경우에는, 내부와 외부의 온도 차에 의해 발생하는 습기 및 서리와 추운 날씨에 의해 발생하는 성에, 빗물에 의한 시야 방해 혹은 화장실 내부의 습기나 물이 유리에 장시간 흡착을 유지하면서 발생하는 유리의 물때 등으로 인해 제품의 내구성이 떨어지고 상술했던 액정이 효과적으로 배열하지 않아 제품의 품질을 저하시킬 수가 있다.
또한, 액정은 액상결정(Liquid Crystal)의 준말이며 그 특성이 액체와 고체 결정의 중간 특성을 지니는 물질이다. 액정은 이러한 본질적인 특성 때문에 영하의 온도 정도의 저온에서는, 전계에 의한 배열이 정렬되는 속도인 응답 속도가 매우 느려지게 된다. 따라서, 투명해질 필요가 있는 때와 불투명을 유지해야 하는 때에 전기장을 가하더라도 즉각적으로 반응하지 않는 문제가 생길 수 있다.
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 스마트 윈도우에 메탈 메쉬를 포함하는 발열 전극 필름이 형성된 투명한 히터를 구비함으로써 저온 구동성이 향상된 스마트 윈도우를 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 스마트 윈도우에 부착할 수 있도록 형성되는 발열 전극 필름을 포함하는 스마트 윈도우용 히터를 제공하기 위한 것이다.
그러나, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 본 기술 분야의 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 하나의 양상은,
액정 스마트 윈도우; 및 상기 액정 스마트 윈도우 상에 배치되는 전극부;를 포함하고, 상기 전극부의 하나 이상은, 메탈 메쉬를 포함하는 발열 전극 필름이 형성된 투명한 발열부를 포함하는 것인, 히터 가 구비된 스마트 윈도우에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 발열부는 투명 베이스 기판을 더 포함하고, 상기 발열 전극 필름은 상기 투명 베이스 기판 상에 형성되는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 투명 베이스 기판은, 유리, 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyetheylene terephtalate), 폴리프탈레이트 카보네이트(polyphthalate carbonate), 폴리에틸렌나프탈레이트(polyetheylene terephtalate), 폴리우레탄(polyurethane), 열가소성 폴리우레탄((Temperature polyurethane), 폴리메타크릴산 메틸 (poly(methylmethacrylate)) 및 아크릴로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하고, 두께가 10 ㎛ 내지 50 ㎜ 인 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 광 경화성 또는 열 경화성 수지(resin)를 포함하는 접착층; 을 더 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 메탈 메쉬는, 1 nm 내지 100 ㎛의 선폭 및 5 이하의 종횡비를 가지고, 상기 메탈 메쉬의 피치는, 상기 선폭의 10 배 내지 200 배인 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 발열부는 두 개 이상의 상기 투명 발열 전극 필름이 적층된 구조를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 메탈 메쉬는, 은(Ag), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 금(Au), 니켈(Ni), 티타늄(Ti), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 크롬(Cr), 백금(Pt), 또는 이들의 합금; 카본 블랙, 탄소나노로드, 탄소나노튜브 및 그래핀;으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 발열부는, 상기 발열 전극 필름의 적어도 일 단부에 형성되는 하나 이상의 버스 바 전극을 더 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 메탈 메쉬는 일정한 패턴 무늬를 형성하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 액정은 고분자 분산형 액정(PDLC, polymer dispersed liquid crystal)인 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 전극부는, 상기 액정 스마트 윈도우 상에 병렬 구조를 형성하도록 각각 복수 개 배치되어 선택적으로 작동 가능한 복수 개의 채널을 형성하는 것일 수 있다.
본 발명의 다른 하나의 양상은,
투명 베이스 기판; 및 상기 투명 베이스 기판 상에 형성되는 메탈 메쉬를 포함하는 투명 발열 전극 필름을 포함하는 발열부;를 포함하고, 상기 메탈 메쉬는, 1 nm 내지 100 ㎛의 선폭 및 5 이하의 종횡비를 가지고, 상기 메탈 메쉬의 피치는, 상기 선폭의 10 배 내지 200 배인 것인, 스마트 윈도우용 히터에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 메탈 메쉬는, 은(Ag), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 금(Au), 니켈(Ni), 티타늄(Ti), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 크롬(Cr), 백금(Pt), 또는 이들의 합금; 카본 블랙, 탄소나노로드, 탄소나노튜브 및 그래핀;으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것이고, 상기 투명 베이스 기판은, 유리, 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyetheylene terephtalate), 폴리프탈레이트 카보네이트(polyphthalate carbonate), 폴리에틸렌나프탈레이트(polyetheylene terephtalate), 폴리우레탄(polyurethane), 열가소성 폴리우레탄((Temperature polyurethane), 폴리메타크릴산 메틸 (poly(methylmethacrylate)) 및 아크릴로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하고, 두께가 10 ㎛ 내지 50 ㎜ 인 것일 수 있다.
본 발명의 또 다른 하나의 양상은,
일정한 패턴이 형성된 제1 금형 상에 제1 수지를 도포하여 제1 수지 층을 형성하는 단계; 형성된 상기 제1 수지 층의 상기 제1 금형이 위치한 반대쪽 면 상에 기판의 일 면을 합착하고 상기 제1 수지 층을 광 또는 열을 이용하여 경화하는 단계; 상기 제1 금형을 상기 제1 수지 층으로부터 분리하는 단계; 및 상기 제1 금형이 분리된 상기 제1 수지 층의 일 면 상에 전도성 잉크 또는 페이스트를 도포하여 메탈 메쉬를 포함하는 발열 전극 필름을 형성하는 단계;를 포함하는, 스마트 윈도우용 히터의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 기판의 상기 발열 전극 필름이 형성된 반대 쪽 면 상에, 제2 수지를 포함하는 접착층을 형성하는 단계;를 더 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 전도성 잉크 또는 페이스트는, 은, 구리, 금, 알루미늄, 니켈, 주석, 크롬, 철, 백금 또는 이들의 합금; 카본 블랙, 탄소나노튜브, 탄소나노로드 및 그래핀으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것이고, 상기 메탈 메쉬는, 은(Ag), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 금(Au), 니켈(Ni), 티타늄(Ti), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 크롬(Cr), 백금(Pt), 또는 이들의 합금; 카본 블랙, 탄소나노로드, 탄소나노튜브 및 그래핀;으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 기판은, 투명한 것이고, 유리, 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyetheylene terephtalate), 폴리프탈레이트 카보네이트(polyphthalate carbonate), 폴리에틸렌나프탈레이트(polyetheylene terephtalate), 폴리우레탄(polyurethane), 열가소성 폴리우레탄((Temperature polyurethane), 폴리메타크릴산 메틸 (poly(methylmethacrylate)) 및 아크릴로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하고, 두께가 10 ㎛ 내지 50 ㎜ 인 것일 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 저온에서의 구동성이 향상된 스마트 윈도우를 제공할 수 있으며, 또한, 본 발명의 다른 일 측면에 따르면, 스마트 윈도우에 부착함으로써 저온에서도 투명-불투명 응답 속도를 유지할 수 있고, 스마트 윈도우 투명한 특징을 저하시키지 않는 스마트 윈도우용 히터를 제공하는 효과가 있다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따르는, 히터가 구비된 액정 스마트 윈도우의 구조를 예시적으로 나타낸 개략도이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따르는, 메탈 메쉬를 포함하는 발열 전극 필름을 예시적으로 나타낸 개략도이다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따르는, 히터가 양 면 상에 구비된 액정 스마트 윈도우의 단면 구조를 예시적으로 나타낸 개략도이다.
도 4는, 본 발명의 다른 일 실시예에 따르는, 두 층 이상의 적층된 발열 전극 필름을 포함하도록 형성된 발열부가 적어도 하나의 전극부에 구비된 액정 스마트 윈도우의 단면 구조를 예시적으로 나타낸 개략도이다.
도 5는, 본 발명의 일 실시예에 따르는, 일정한 패턴 무늬를 가지는 메탈 메쉬 발열 전극 필름의 적어도 일 단부에 버스바 전극이 형성된 구조를 나타낸 개략도이다.
도 6은, 본 발명의 일 실시예에 따르는, 일정한 패턴 무늬를 가지는 메탈 메쉬 발열 전극 필름의 적어도 일 단부에 버스바 전극이 형성된 구조를 나타낸 개략도이다.
도 7은, 본 발명의 일 실시예에 따르는, 메탈 메쉬의 적어도 일 단부에 버스바 전극이 형성된 복수 개의 발열 전극 필름을 포함하는 전극부를 이용하여 형성된 액정 스마트 윈도우의 회로 구성을 나타내는 개략도이다.
도 8은, 본 발명의 일 실시예에 따르는 (도 7에서 제시된)액정 스마트 윈도우의 회로 구성에 따를 때, 전압 인가 스위치의 온/오프에 따른 작동 상태를 나타내는 개략도이다.
도 9는, 본 발명의 일 실시예에 따르는, 액정 스마트 윈도우의 전극부가 병렬 구조를 형성하도록 액정 전극 필름 상에 복수 개 배치되어 선택적으로 작동 가능한 복수 개의 채널이 형성된 구조를 나타낸 개략도이다.
도 10은, 본 발명의 다른 일 실시예에 따르는, 스마트 윈도우용 히터의 제조방법의 각 단계를 나타내는 순서도이다.
도 11은, 본 발명의 다른 일 실시예에 따르는, 스마트 윈도우용 히터의 제조방법의 공정 단계를 예시적으로 나타낸 공정 순서도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 바람직한 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
본 발명은 저온에서도 문제 없이 잘 작동할 수 있는 저온 구동성이 향상된 히터가 구비된 스마트 윈도우 등에 관한 것이다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따르는, 히터가 구비된 액정 스마트 윈도우의 구조를 예시적으로 나타낸 개략도이다.
아래에서는 도 1을 참고하여 본 발명에서 제공하는 히터가 구비된 액정 스마트 윈도우의 각 구성에 대해 상세히 설명한다.
본 발명의 하나의 양상은, 액정 스마트 윈도우(100); 및 상기 액정 스마트 윈도우 상에 배치되는 전극부(200);를 포함하고, 상기 전극부의 하나 이상은, 메탈 메쉬를 포함하는 발열 전극 필름이 형성된 투명한 발열부(210)를 포함하는 것인, 히터가 구비된 스마트 윈도우에 관한 것이다.
본 발명은 액정 스마트 윈도우 상에 형성되는 전극부에 발열 전극 필름이 형성된 투명한 발열부를 구비하는 것이다. 이를 통해, 스마트 윈도우의 저온 구동성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 전극부는 메탈 메쉬를 포함하는 투명 발열 전극 필름을 포함하는 발열부를 구비한다. 메탈 메쉬는 얇은 선폭을 가지는 금속 구조체로 형성되는 것으로, 육안으로 인식되지 않기 때문에 유리나 플라스틱 등의 재질과 같이 투명한 재질로 형성될 수 있다. 또한 메탈 메쉬는 기본적으로 금속 원자들로 형성되는 것이므로 전기가 통할 수 있고, 때문에 투명 전극 구조체로 이용될 수 있다.
본 발명의 발열부는 메탈 메쉬로 형성된 투명 발열 전극 필름에 전압을 인가하여 전류를 흐르게 하고, 메탈 메쉬 내부의 저항으로부터 열이 발생하는 것을 이용하여 액정의 온도를 높이는데, 이는 줄열(Joule heating) 현상을 이용한 것이다. 이 때 본 발명의 발열부는 상대적으로 낮은 전압에서도 발열체의 역할을 잘 수행할 수 있고, 투명하기 때문에 액정의 상면 및/또는 하면에 부착하는 구조로 형성되거나 액정의 전극부에 일체화시켜 형성할 수 있다.
때문에, 종래의 장치들에 비해 액정까지 열을 전달하는 효율이 높아질 수 있고, 열 전달 속도도 빨라질 수 있다. 또한, 마이크로 단위 두께의 기판 상에 투명 발열 전극 필름을 형성하여 사용할 수도 있기 때문에 그 두께를 현저하게 감소시킬 수 있는 이점도 있다.
본 발명의 일 측면에서는 발열부가 별도의 베이스 기판 자체를 포함하지 않고, 액정 화면 자체가 기판 역할을 하여 발열부가 그 위에 형성될 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 발열부는 투명 베이스 기판(220)을 더 포함하고, 상기 발열 전극 필름은 상기 투명 베이스 기판 상에 형성되는 것일 수 있다.
본 발명의 다른 일 측면에서는 발열부가 투명 베이스 기판을 포함할 수 있고, 그 경우 상기 발열부는 별개의 구조체의 히터를 형성하며, 디스플레이의 액정 화면 상에 부착하여 이용될 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 발열부는, 투명 베이스 기판을 더 포함하고 상기 디스플레이부 상에 부착 형성되는 것일 수 있다.
투명 발열 필름 외에 기판까지 투명한 재질로 형성할 경우 액정의 표면 상에 부착되더라도 액정에 구현되는 투명/불투명 상태가 발현되는 것에 아무런 문제 없이 사용자에게 효과적으로 전달될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 투명 베이스 기판은, 유리, 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyetheylene terephtalate), 폴리프탈레이트 카보네이트(polyphthalate carbonate), 폴리에틸렌나프탈레이트(polyetheylene terephtalate), 폴리우레탄(polyurethane), 열가소성 폴리우레탄((Temperature polyurethane), 폴리메타크릴산 메틸 (poly(methylmethacrylate)) 및 아크릴로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하고, 두께가 10 ㎛ 내지 50 ㎜ 인 것일 수 있다.
본 발명에서 상기 투명 베이스 기판의 소재는, 위에서 열거된 소재들 외에도 투명 발열 필름의 메탈 메쉬로부터 발생하는 열을 효과적으로 액정으로 전달하고 투명 발열 필름을 효과적으로 지지할 수 있는 투명한 것이라면 특별히 한정하지 아니한다. 본 발명의 일 예로, 투명 베이스 기판은, 투명성을 제공하는 기판이라면 제한 없이 적용될 수 있고, 바람직하게는 투명하고 유연성을 동시에 제공하는 것일 수 있다. 예를 들어, 투명 베이스 기판은, 유리, 사파이어 등의 무기 기판 또는 광 경화성 또는 열 경화성 수지이며, 바람직하게는, 필름 형태일 수 있다.
상기 투명 베이스 기판의 두께가 10 ㎛ 미만일 경우 사용 과정에서 찢어지거나 구겨지는 등 내구성이 너무 약해져서 공정 과정에서 취급이 어려워 지는 문제가 생길 수 있고, 50 ㎜ 초과일 경우 액정까지의 열 전달 효율이 떨어지거나 열 전달 속도가 느려지고, 전체적인 두께가 두꺼워지고 무게가 증가하는 등의 문제가 생길 수 있다.
상기 두께 범위 내에 포함되면, 투명 베이스 기판의 찢어짐이나 구겨짐 등에 의한 제조 공정 상의 어려움을 방지하고, 두께 증가에 따른 상술한 문제의 발생을 방지하면서 적절한 수준의 유연성을 유지할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 광 경화성 (특히, UV 경화성) 또는 열 경화성 수지(resin)를 포함하는 접착층; 을 더 포함하는 것일 수 있다.
상기 접착층은 액정과 전극부 간에 접착을 형성되도록 하는 것일 수 있다. 상기 접착층에 포함된 수지 또한, 열 전달이 효과적으로 이루어질 수 있는 소재로 형성되는 것이 좋다. 이 때, 접착층은 양자 간의 접착을 공고히 하고 내구성을 향상시키기 위해 광(또는 UV) 또는 열에 의해 경화되는 타입인 것이 좋다. 상기 접착층의 수지는 도포된 후 광(또는 UV) 또는 열에 의해 경화됨으로써 간단한 방법으로 양자 간의 접착된 구조를 형성할 수 있다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따르는, 메탈 메쉬(212)를 포함하는 발열 전극 필름(214)을 예시적으로 나타낸 개략도이다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 메탈 메쉬는, 1 nm 내지 100 ㎛의 선폭 및 5 이하의 종횡비를 가지고, 상기 메탈 메쉬의 피치는, 상기 선폭의 10 배 내지 200 배인 것일 수 있다.
메탈 메쉬는 투명하면서도 열을 발생시키는 것으로서, 적절한 선폭과 종횡비로 제어됨으로써 본 발명의 디스플레이부에서 사용자에게 전달되는 영상의 품질을 저하시키지 않을 수 있다.
상기 선폭이 1 nm 이하일 경우 그 구현이 어렵거나 제조 비용이 증가하는 문제가 생길 수 있고, 100 ㎛ 초과의 경우 영상을 눈으로 인식하는 과정에서 시인성이 떨어져 디스플레이부에서 사용자에게 전달되는 영상의 품질을 저하시키는 문제가 생길 수 있다.
상기 종횡비는 적절한 수준으로 높은 것이 전도성 측면에서 우수하지만, 5를 초과할 경우 발열 필름의 제조 공정상에서 난점이 발생하고 측면의 시인성이 떨어져 시야각이 좁아지는 문제가 생길 수 있다.
예를 들어, 상기 종횡비는, 전도성 메쉬 패턴의 높이(또는, 깊이, h)에 대한 선폭(w)의 비율일 수 있다. 상기 선폭 및 종횡비 범위 내에 포함되면, 투명 기판의 투명도를 유지하면서 투명 발열 필름을 포함하는 발열부를 제공할 수 있다.
상기 선폭 및 종횡비 범위 내에 포함되면, 투명도를 유지하면서 유연하고 안정적인 발열 기능을 갖는 발열부를 제공할 수 있다.
또한, 상기 메탈 메쉬의 피치(메쉬를 이루는 선과 선 사이의 간격)는, 상기 선폭의 10 배 내지 100 배; 또는 20 배 내지 80 배; 또는 30 배 내지 70 배 일 수 있으며, 상기 피치 범위 내에 포함되면 투명도를 유지함과 동시에 적절한 전도성을 유지하면서 전압이 가해질 때 효과적으로 적절한 줄열을 발생시킬 수 있다.
본 발명에서는 이와 같이 투명하게 형성된 메탈 메쉬를 이용한 발열 전극 필름을 발열부로 포함함으로써 액정에서 구현되는 투명/불투명 상태가 스마트 윈도우 외부로 그대로 전달될 수 있도록 하는 효과가 있다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따르는, 히터가 양 면 상에 구비된 액정 스마트 윈도우의 단면 구조를 예시적으로 나타낸 개략도이다.
도 3에 따르면, 액정 스마트 윈도우의 양 면 상에 구비된 전극부는, 메탈 메쉬를 포함하는 발열 전극 필름층을 포함하는 투명한 발열부(210, 210’)와 그와 인접하도록 배치된 투명 기판(220, 220’)을 포함하는 것을 확인할 수 있다.
도 4는, 본 발명의 다른 일 실시예에 따르는, 두 층 이상의 적층된 발열 전극 필름을 포함하도록 형성된 발열부가 적어도 하나의 전극부에 구비된 액정 스마트 윈도우의 단면 구조를 예시적으로 나타낸 개략도이다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따라, 상기 발열부(210, 210’, 210’')는 두 개 이상의 상기 투명 발열 전극 필름이 적층된 구조를 포함하는 것일 수 있다.
상기 발열부를 두 개 이상의 발열 전극 필름이 적층된 구조를 포함하도록 형성함으로써, 보다 더 효과적으로 액정의 온도를 올릴 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 메탈 메쉬는, 은(Ag), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 금(Au), 니켈(Ni), 티타늄(Ti), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 크롬(Cr), 백금(Pt), 또는 이들의 합금; 카본 블랙, 탄소나노로드, 탄소나노튜브 및 그래핀;으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것일 수 있다.
다만, 본 발명에서 상기 메탈 메쉬의 소재는 상술한 것들로 제한하는 것은 아니며, 나노튜브, 나노와이어, 나노니들, 분말 및 나노시트로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 형상을 포함할 수 있다.
상기 메탈 메쉬의 소재는 본 발명의 발열부를 제조하는 과정에서 금속 파우더로 형성된 잉크 혹은 페이스트 형태로 준비되어 이용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 발열부는, 상기 발열 전극 필름의 적어도 일 단부에 형성되는 하나 이상의 버스 바 전극을 더 포함하는 것일 수 있다.
도 5는, 본 발명의 일 실시예에 따르는, 일정한 패턴 무늬를 가지는 메탈 메쉬 발열 전극 필름(214)의 적어도 일 단부에 버스바 전극(230, 230’, 230’’)이 형성된 구조를 나타낸 개략도이다.
도 5(a) 내지 도 5(c)에 도시된 다양한 예들과 같이 발열 전극 필름은 일 단부, 양 단부 또는 모든 단부에 다양한 구조로 형성된 버스바 전극이 구비될 수 있다.
본 발명에서는 발열 전극 필름의 단부에 버스 바(Bus bar) 전극을 형성함으로써, 발열 전극 필름의 메탈 메쉬에 전류가 골고루 흘러 전체 면적에서 고른 발열 현상을 유도할 수 있다. 버스 바 전극을 발열 전극 필름의 중앙부에 형성할 경우, 발열 전극 필름의 가장자리 부분에는 열의 전달이 효과적으로 일어나지 않을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 메탈 메쉬는 일정한 패턴 무늬를 형성하는 것일 수 있다.
일 예로서, 상기 메탈 메쉬의 패턴은 규칙적일 수도 있고, 불규칙적인 형상으로 형성될 수도 있다. 또한, 상기 메탈 메쉬의 패턴은 직선이 다각형의 형상을 이루는 구조이거나, 원형, 타원형, 혹은 곡선의 형상일 수도 있다.
도 6은, 본 발명의 일 실시예에 따르는, 일정한 패턴 무늬를 가지는 메탈 메쉬 발열 전극 필름(214)의 적어도 일 단부에 버스바 전극(230, 230’, 230’’)이 형성된 구조를 나타낸 개략도이다.
도 6(a) 내지 도 6(c)에 도시된 다양한 예들과 같이 메탈 메쉬는 다양한 패턴 무늬를 가지도록 형성될 수 있다.
일 예로서, 공정 상에서 불균일한 전극이 형성될 경우, 저항의 편차를 발생시킬 수 있고, 저항의 편차가 발생하면 저항이 가장 낮은 Path를 통해서만 전류가 흐르게 되면서 전면적에 골고루 열이 발생하지 않고 국부적으로만 열이 발생하는 문제가 생길 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 예에서는 도 6(a) 내지 도 6(c)와 같이 저항의 Path를 특정한 패턴 무늬를 가지도록 형성하는 것을 포함한다.
다만, 본 발명의 메탈 매쉬의 패턴은 도 6(a) 내지 도 6(c)의 형상에 한정되는 것은 아니며 원형, 지그재그 등의 다양한 형태로 Path를 형성해주는 것을 모두 포함한다.
이와 같이 형성된 메탈 메쉬를 포함하는 발열 전극 필름의 일 단부, 양 단부 또는 모든 단부에는 다양한 구조로 형성된 버스바 전극이 구비될 수 있다.
도 7은, 본 발명의 일 실시예에 따르는, 메탈 메쉬의 적어도 일 단부에 버스바 전극이 형성된 복수 개의 발열 전극 필름을 포함하는 전극부를 이용하여 형성된 액정 스마트 윈도우의 회로 구성을 나타내는 개략도이다.
도 7에 나타난 예시들과 같이, 버스바 전극을 구비한 발열 전극 필름은 복수 개 구비되어, 버스바 전극 간에 전원으로 연결된 회로를 구성할 수 있다. 도 7에는 복수 개의 발열 전극 필름을 이용한 회로 구성도가 도시되어 있으나, 도 7에서 예시한 회로의 구성 외에도 다양한 방식과 조합으로 전원과 하나 이상의 발열 전극 필름에 구비된 버스바 전극들이 연결되어, 발열 전극 필름에 전기 에너지를 공급하도록 회로가 형성될 수 있다.
도 8은, 본 발명의 일 실시예에 따르는 (도 7에서 제시된)액정 스마트 윈도우의 회로 구성에 따를 때, 전압 인가 스위치의 온/오프에 따른 작동 상태를 나타내는 개략도이다.
본 발명의 일 실시예로서 도 7과 같이 회로를 구성할 경우, 전류를 흐르게 하는 스위치의 제어에 따라서, 도 8(a) 및 도 8(b)와 같이 발열하지 않은 상태에서도 불투명하거나 투명한 스마트 윈도우의 상태를 구현할 수 있고, 도 8(c) 및 도 8(d)와 같이 발열하는 상태에서도 불투명하거나 투명한 스마트 윈도우의 상태를 구현할 수도 있다. 이를 통해 상온에서는 발열부를 구동하지 않고 에너지를 절약하면서 스마트 윈도우를 이용할 수 있고, 저온에 노출되는 환경에서는 발열부를 통해 온도를 높이면서 저온 환경에서도 구동성이 향상된 스마트 윈도우를 이용할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 액정은 고분자 분산형 액정(PDLC, polymer dispersed liquid crystal)인 것일 수 있다.
고분자 분산형 액정(PDLC, Polymer Dispersed Liquid Crystal)의 스마트 윈도우는 2개의 투명한 전극 사이에 액정이 분산되어 있는 고분자를 주입하여 제조할 수 있다. 본 발명에서 상기 액정에 분산되는 고분자의 소재는 특별히 한정하지 않는다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 전극부는, 상기 액정 스마트 윈도우 상에 병렬 구조를 형성하도록 각각 복수 개 배치되어 선택적으로 작동 가능한 복수 개의 채널을 형성하는 것일 수 있다.
도 9는, 본 발명의 일 실시예에 따르는, 액정 스마트 윈도우의 전극부가 병렬 구조를 형성하도록 액정 전극 필름 상에 복수 개 배치되어 선택적으로 작동 가능한 복수 개의 채널이 형성된 구조를 나타낸 개략도이다.
도 9(a)는 버스바 전극 및 메탈 메쉬를 포함하는 발열 전극 필름 네 개가 액정 스마트 윈도우의 면 상에 병렬 구조로 배치되어, 네 개의 채널이 형성된 전극부 구조를 나타내고 있으며, 도 9(b) 내지 도 9(e)는 각각의 채널에 전류를 흘려 각각의 채널 별로 불투명 또는 투명하게 제어되는 스마트 윈도우의 일 예를 나타내고 있다.
도 9에서는 스마트 윈도우의 일 부분이 불투명 또는 투명하게 각각 제어되는 경우를 예시적으로 열거하고 있지만, 발열부의 구동 또한 도 9와 같이 채널 별로 전류를 흐르거나 흐르지 않도록 제어함으로써 스마트 윈도우의 일 부분에서만 발열이 일어나거나 일어나지 않도록 스마트 윈도우를 제조할 수도 있다.
본 발명의 다른 일 측면에서는 스마트 윈도우용 히터를 제공한다.
상술한 것과 같이, 본 발명의 일 측면에서는 스마트 윈도우의 표면에 부착할 수 있는 독자적인 제품으로서의 부착형 스마트 윈도우용 히터를 제공할 수 있다. 이 경우, 스마트 윈도우용 히터는 투명한 베이스 기판 상에 형성되어 내구성을 유지하는 독자적인 구조체로 존재할 수 있으며, 저온 구동성을 향상시키고 윈도우의 내구성을 강화시키는 용도의 장치로 이용될 수 있다.
본 발명의 다른 하나의 양상은,
투명 베이스 기판; 및 상기 투명 베이스 기판 상에 형성되는 메탈 메쉬를 포함하는 투명 발열 전극 필름을 포함하는 발열부;를 포함하고, 상기 메탈 메쉬는, 1 nm 내지 100 ㎛의 선폭 및 5 이하의 종횡비를 가지고, 상기 메탈 메쉬의 피치는, 상기 선폭의 10 배 내지 200 배인 것인, 스마트 윈도우용 히터에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 메탈 메쉬는, 은(Ag), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 금(Au), 니켈(Ni), 티타늄(Ti), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 크롬(Cr), 백금(Pt), 또는 이들의 합금; 카본 블랙, 탄소나노로드, 탄소나노튜브 및 그래핀;으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것이고, 상기 투명 베이스 기판은, 유리, 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyetheylene terephtalate), 폴리프탈레이트 카보네이트(polyphthalate carbonate), 폴리에틸렌나프탈레이트(polyetheylene terephtalate), 폴리우레탄(polyurethane), 열가소성 폴리우레탄((Temperature polyurethane), 폴리메타크릴산 메틸 (poly(methylmethacrylate)) 및 아크릴로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하고, 두께가 10 ㎛ 내지 50 ㎜ 인 것일 수 있다.
스마트 윈도우용 히터에 구비되는 메탈 메쉬의 소재와, 구체적인 선폭, 종횡비, 피치, 두께 등에 대한 특징은 앞서 설명한 히터가 구비된 스마트 윈도우의 히터의 특징과 동일한 조건으로 형성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 측면에서는 스마트 윈도우용 히터의 제조방법을 제공한다. 아래에서 설명할 스마트 윈도우용 히터의 제조방법은, 히터가 구비된 스마트 윈도우를 제조하는 경우에도 동일 또는 유사하게 약간의 단계를 변형함으로써 적용이 가능하다.
도 10은, 본 발명의 다른 일 실시예에 따르는, 스마트 윈도우용 히터의 제조방법의 각 단계를 나타내는 순서도이다.
도 11은, 본 발명의 다른 일 실시예에 따르는, 스마트 윈도우용 히터의 제조방법의 공정 단계를 예시적으로 나타낸 공정 순서도이다.
아래에서는 도 10 및 도 11에 제시된 각 단계를 이용하여 본 발명의 일 측면에 따르는 스마트 윈도우용 히터의 제조방법의 각 단계에 대해 상세히 설명한다.
본 발명의 또 다른 하나의 양상은,
일정한 패턴이 형성된 제1 금형 상에 제1 수지를 도포하여 제1 수지 층을 형성하는 단계(S10); 형성된 상기 제1 수지 층의 상기 제1 금형이 위치한 반대쪽 면 상에 기판의 일 면을 합착하고 상기 제1 수지 층을 광 또는 열을 이용하여 경화하는 단계(S20); 상기 제1 금형을 상기 제1 수지 층으로부터 분리하는 단계(S30); 및 상기 제1 금형이 분리된 상기 제1 수지 층의 일 면 상에 전도성 잉크 또는 페이스트를 도포하여 메탈 메쉬를 포함하는 발열 전극 필름을 형성하는 단계(S40);를 포함하는, 스마트 윈도우용 히터의 제조방법에 관한 것이다.
도 10 및 도 11에 도시된 것을 기준으로 상술한 각 단계를 설명하면, 첫 번째 그림에 도시된 것과 같이 먼저 제1 금형 상에 제1 수지 층을 형성하고(S10), 두 번째 그림 및 세 번째 그림에 도시된 것과 같이 제1 수지 층의 상기 제1 금형과 반대편에 기판을 롤러를 이용해서 합착하고 제1 수지 층을 광(바람직하게는 UV) 또는 열을 이용하여 경화한다. 그 후, 네 번째 그림에 도시된 것과 같이, 제1 금형을 분리하고(S30), 다섯 번째 그림에 도시된 것과 같이, 제1 금형이 분리된 제1 수지 층의 일 면 상에 전도성 잉크 또는 페이스트를 도포하고, 일 예로서 닥터 블레이딩 및 건조 공정을 이용하여 발열 전극 필름을 형성하는 단계(S40)를 포함한다.
일 예로서, 상기 제1 수지층의 수지는 광(바람직하게는 UV) 경화성 또는 열 경화성 투명 수지를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 기판의 상기 발열 전극 필름이 형성된 반대 쪽 면 상에, 제2 수지를 포함하는 접착층을 형성하는 단계;를 더 포함한다.
제2 수지를 포함하는 접착층을 구비함으로써 스마트 윈도우용 히터는 통상적으로 이용되는 스마트 윈도우의 면 상에 간단히 접착하는 방법을 이용하여 부착하고 이용할 수 있다.
상기 제2 수지는 제1 수지와 같은 소재를 포함하도록 형성될 수 있으며, 다른 소재를 포함하도록 형성될 수도 있다. 일 예로서, 상기 접착층은 액정 스마트 윈도우 표면에 적절한 수준의 접착성을 유지하여 일체화 된 상태로 내구성을 유지할 수 있는 수지 소재로 형성되는 것이 좋다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 전도성 잉크 또는 페이스트는, 은, 구리, 금, 알루미늄, 니켈, 주석, 크롬, 철, 백금 또는 이들의 합금; 카본 블랙, 탄소나노튜브, 탄소나노로드 및 그래핀으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것이고, 상기 메탈 메쉬는, 은(Ag), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 금(Au), 니켈(Ni), 티타늄(Ti), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 크롬(Cr), 백금(Pt), 또는 이들의 합금; 카본 블랙, 탄소나노로드, 탄소나노튜브 및 그래핀;으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 기판은, 투명한 것이고, 유리, 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyetheylene terephtalate), 폴리프탈레이트 카보네이트(polyphthalate carbonate), 폴리에틸렌나프탈레이트(polyetheylene terephtalate), 폴리우레탄(polyurethane), 열가소성 폴리우레탄((Temperature polyurethane), 폴리메타크릴산 메틸 (poly(methylmethacrylate)) 및 아크릴로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하고, 두께가 10 ㎛ 내지 50 ㎜ 인 것일 수 있다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위 뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (17)

  1. 액정 스마트 윈도우; 및
    상기 액정 스마트 윈도우 상에 배치되는 전극부;를 포함하고,
    상기 전극부의 하나 이상은, 메탈 메쉬를 포함하는 발열 전극 필름을 포함하는 투명한 발열부를 포함하는 것이고,
    상기 액정 스마트 윈도우 및 상기 전극부 사이에 접착층;을 더 포함하는 것이고,
    상기 발열부는, 상기 발열 전극 필름의 적어도 일 단부에 형성되는 하나 이상의 버스 바 전극을 더 포함하는 것이고,
    상기 전극부는, 상기 액정 스마트 윈도우의 적어도 일 면 상에 병렬 구조를 형성하도록 복수 개 배치되어 선택적으로 작동 가능한 복수 개의 채널을 형성하는 것인,
    히터가 구비된 스마트 윈도우.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 발열부는 투명 베이스 기판을 더 포함하고,
    상기 발열 전극 필름은 상기 투명 베이스 기판 상에 형성되는 것인,
    히터가 구비된 스마트 윈도우.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 투명 베이스 기판은, 유리, 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyetheylene terephtalate), 폴리프탈레이트 카보네이트(polyphthalate carbonate), 폴리에틸렌나프탈레이트(polyetheylene terephtalate), 폴리우레탄(polyurethane), 열가소성 폴리우레탄((Temperature polyurethane), 폴리메타크릴산 메틸 (poly(methylmethacrylate)) 및 아크릴로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하고, 두께가 10 ㎛ 내지 50 ㎜ 인 것인,
    히터가 구비된 스마트 윈도우.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 접착층은 광 경화성 또는 열 경화성 수지(resin)를 포함하는 것인,
    히터가 구비된 스마트 윈도우.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 메탈 메쉬는, 1 nm 내지 100 ㎛의 선폭 및 5 이하의 종횡비를 가지고,
    상기 메탈 메쉬의 피치는, 상기 선폭의 10 배 내지 200 배인 것인,
    히터가 구비된 스마트 윈도우.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 발열부는 두 개 이상의 상기 발열 전극 필름이 적층된 구조를 포함하는 것인,
    히터가 구비된 스마트 윈도우.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 메탈 메쉬는, 은(Ag), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 금(Au), 니켈(Ni), 티타늄(Ti), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 크롬(Cr), 백금(Pt), 또는 이들의 합금; 카본 블랙, 탄소나노로드, 탄소나노튜브 및 그래핀;으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것인,
    히터가 구비된 스마트 윈도우.
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서,
    상기 메탈 메쉬는 일정한 패턴 무늬를 형성하는 것인,
    히터가 구비된 스마트 윈도우.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 액정은 고분자 분산형 액정(PDLC, polymer dispersed liquid crystal)인 것인,
    히터가 구비된 스마트 윈도우.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 일정한 패턴이 형성된 제1 금형 상에 제1 수지를 도포하여 제1 수지 층을 형성하는 단계;
    형성된 상기 제1 수지 층의 상기 제1 금형이 위치한 반대쪽 면 상에 기판의 일 면을 합착하고 상기 제1 수지 층을 광 또는 열을 이용하여 경화하는 단계;
    상기 제1 금형을 상기 제1 수지 층으로부터 분리하는 단계; 및
    상기 제1 금형이 분리된 상기 제1 수지 층의 일 면 상에 전도성 잉크 또는 페이스트를 도포하여 메탈 메쉬를 포함하는 발열 전극 필름을 형성하는 단계;를 포함하고,
    제1항의 스마트 윈도우를 제조하기 위한,
    스마트 윈도우용 히터의 제조방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 기판의 상기 발열 전극 필름이 형성된 반대 쪽 면 상에, 제2 수지를 포함하는 접착층을 형성하는 단계;를 더 포함하는,
    스마트 윈도우용 히터의 제조방법.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 전도성 잉크 또는 페이스트는, 은, 구리, 금, 알루미늄, 니켈, 주석, 크롬, 철, 백금 또는 이들의 합금; 카본 블랙, 탄소나노튜브, 탄소나노로드 및 그래핀으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것이고,
    상기 메탈 메쉬는, 은(Ag), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 금(Au), 니켈(Ni), 티타늄(Ti), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 크롬(Cr), 백금(Pt), 또는 이들의 합금; 카본 블랙, 탄소나노로드, 탄소나노튜브 및 그래핀;으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것인,
    스마트 윈도우용 히터의 제조방법.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 기판은, 투명한 것이고,
    유리, 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyetheylene terephtalate), 폴리프탈레이트 카보네이트(polyphthalate carbonate), 폴리에틸렌나프탈레이트(polyetheylene terephtalate), 폴리우레탄(polyurethane), 열가소성 폴리우레탄((Temperature polyurethane), 폴리메타크릴산 메틸 (poly(methylmethacrylate)) 및 아크릴로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하고, 두께가 10 ㎛ 내지 50 ㎜ 인 것인,
    스마트 윈도우용 히터의 제조방법.
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