KR102253083B1 - 정전용량방식의 전원 제어 패턴이 구현된 히터 및 그 장치 - Google Patents

정전용량방식의 전원 제어 패턴이 구현된 히터 및 그 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 정전용량방식의 전원 제어 패턴이 구현된 히터 및 그 장치에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 히터는 내부 공간을 가지도록 수직 방향으로 이격된 제1 기재 및 제2 기재와, 상기 내부 공간에 마련되는 히터 전극 패턴과, 히터 전극 패턴에 전기적으로 연결되도록 상기 내부 공간에 마련되는 복수의 면상 발열체를 각각 구비한 히터로서, 상기 제2 기재 상의 호버링(hovering) 동작에 따라 면상 발열체들 간의 사이 영역에서 정전용량 변화가 발생하는 정전용량 패턴을 포함하며, 상기 정전용량 변화에 따라 인식되는 호버링 동작에 따라 히터 전극 패턴을 통해 면상 발열체들로 공급되는 히터 전원이 제어될 수 있는 것을 특징으로 한다.

Description

정전용량방식의 전원 제어 패턴이 구현된 히터 및 그 장치{Film heater with capacitive power control pattern, film heater apparatus thereof}
본 발명은 히터 및 그 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 발열체에 공급되는 전원의 제어를 위한 정전용량방식의 패턴이 구현된 히터 및 그 장치에 관한 것이다.
필름 형태의 히터(이하, “필름 히터”라 지칭함)는 기판에 전극, 발열체 등이 인쇄된 컴팩트한 형태의 히터로서, 소형화 및 경량화가 요구되는 프린터, 복사기, 난방기, 오븐, 조리기, 자동차 등의 다양한 전기 전자 제품에 적용될 수 있다. 이때, 필름 히터는 기판의 일면에 서로 다른 극성을 갖고 서로 전기적으로 분리된 한 쌍의 전극과, 각 전극에 전기적으로 병렬 연결된 복수의 발열체를 각각 포함한다.
이러한 필름 히터를 구비한 종래의 히터 장치는 다양한 센서부에서 감지되는 감지 신호에 따라 히터의 전극에 공급되는 전원을 제어하는데, 이때 해당 센서부가 누름 압력을 감지하는 방식이어서 사용자가 직접 해당 누름을 입력해야만 하므로 그 사용 편의성이 떨어지는 문제점이 있었다.
또한, 종래의 히터 장치는 필름 히터의 외부에 추가적인 기판을 통해 구현된 센서부가 필름 히터의 상부 또는 하부에 별도의 구성으로 구현되었다. 이에 따라, 종래의 히터 장치는 그 두께가 두꺼워질 뿐 아니라, 그 제조 비용도 상승할 수 밖에 없는 문제점이 있다.
또한, 종래의 히터 장치는 필름 히터의 열 용량이 증가되면서 발열속도의 저하가 유발되었으며, 특히 그 발열 방향에 센서부가 부착되면서 센서부의 감도가 저하될 수 있는 문제점이 있었다.
상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 발열체에 공급되는 전원의 제어를 위한 정전용량방식의 패턴이 구현된 히터 및 그 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
다만, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 히터는 내부 공간을 가지도록 수직 방향으로 이격된 제1 기재 및 제2 기재와, 상기 내부 공간에 마련되는 히터 전극 패턴과, 히터 전극 패턴에 전기적으로 연결되도록 상기 내부 공간에 마련되는 복수의 면상 발열체를 각각 구비한 히터로서, 상기 제2 기재 상의 호버링(hovering) 동작에 따라 면상 발열체들 간의 사이 영역에서 정전용량 변화가 발생하는 정전용량 패턴을 포함하며, 상기 정전용량 변화에 따라 인식되는 호버링 동작에 따라 히터 전극 패턴을 통해 면상 발열체들로 공급되는 히터 전원이 제어될 수 있다.
상기 정전용량 패턴은 수평 방향으로 서로 이격된 제1 및 제2 배선을 포함하되, 제1 및 제2 배선은 복수의 상기 사이 영역을 통과하는 복수의 가지 배선을 포함하며, 제1 배선에 연결된 제1 가지 배선들은 제2 배선에 연결된 제2 가지 배선들과 각 사이 영역에서 평행하게 배열될 수 있다.
상기 제1 배선은 제1 주 배선을 포함하고 제2 배선은 제2 주 배선을 포함하되, 상기 제1 및 제2 가지 배선들은 각 주 배선으로부터 갈라져 나온 형상을 가질 수 있으며, 상기 제1 및 제2 주 배선 간의 이격 거리는 사이 영역에서의 상기 제1 및 제2 가지 배선 간의 이격 거리 보다 짧을 수 있다.
상기 히터 전극 패턴은 수평 방향으로 서로 이격된 제1 및 제2 히터 극을 포함하되, 제1 및 제2 히터 전극은 면상 발열체들과 연결되는 복수의 가지 전극을 포함할 수 있으며, 상기 가지 전극들은 상기 가지 배선들과 평행하거나 수직하게 배열될 수 있다.
상기 정전용량 패턴은 상기 내부 공간에 마련되거나 제2 기재 상에 마련될 수 있다.
상기 내부 공간에 히터 전극 패턴 및 복수의 면상 발열체가 형성된 영역을 채우는 절연성의 커버레이(coverlay)를 더 포함할 수 있다.
상기 커버레이가 빈 공간에 정전용량 패턴의 적어도 일부가 배열될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 히터 장치는, (1) 히터 전원을 공급하는 전원 공급부, (2) 내부 공간을 가지도록 수직 방향으로 이격된 제1 기재 및 제2 기재와, 상기 내부 공간에 마련되는 히터 전극 패턴과, 히터 전극 패턴에 전기적으로 연결되도록 상기 내부 공간에 마련되는 복수의 면상 발열체와, 상기 제2 기재 상의 호버링 동작에 따라 면상 발열체들 간의 사이 영역에서 정전용량 변화가 발생하는 정전용량 패턴을 각각 구비한 히터, (3) 상기 정전용량 변화에 따라 인식되는 호버링 동작에 따라 히터 전극 패턴을 통해 면상 발열체들로 공급되는 히터 전원을 제어하는 제어부를 포함한다.
상기와 같이 구성되는 본 발명은 사용자가 히터에 대한 누름 등의 직접 터치 없이 호버링(hovering) 동작만으로도 히터의 전원을 제어할 수 있어 그 사용 편의성을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명은 추가적인 기판의 구성 없이 히터의 내부 또는 그 기재 상에 정전용량 패턴이 마련되도록 센서부가 형성됨에 따라 보다 그 두께를 최소화한 히터의 구현이 가능할 뿐 아니라 제조 공정의 감소로 그 제조 비용도 절감될 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명은 호버링 동작에 따라 정전용량 변화가 발생하는 정전용량 패턴이 면상 발열체로부터 이격되게 그 사이 영역에 배치되므로, 해당 정전용량 패턴과 면상 발열체 간에 상호 발생될 수 있는 문제를 사전에 방지할 수 있으며, 정전용량 패턴으로 인한 열용량 상승을 억제할 수 있는 이점이 있다. 즉, 본 발명은 정전용량 패턴으로 인한 온열감 속도 저하를 방지할 수 있다.
본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 히터 장치의 개략적인 블록 구성도를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 히터(100A)의 측면 단면도 나타낸다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 히터(100A) 상에서의 호버링(hovering) 동작 상태에 대한 측면 단면도를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 히터(100B)의 측면 단면도 나타낸다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 히터(100B) 상에서의 호버링(hovering) 동작 상태에 대한 측면 단면도를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 제1 및 제2 실시예에 따른 히터(100A, 100B)의 구성 중 히터 전극 패턴(131, 132), 면상 발열체(133) 및 정전용량 패턴(141, 142)에 대한 평면 단면도의 제1 예시를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 제1 및 제2 실시예에 따른 히터(100A, 100B)의 구성 중 히터 전극 패턴(131, 132), 면상 발열체(133) 및 정전용량 패턴(141, 142)에 대한 평면 단면도의 제2 예시를 나타낸다.
도 8은 본 발명의 제1 및 제2 실시예에 따른 히터(100A, 100B)의 제조 공정의 순서도를 나타낸다.
도 9는 본 발명의 제1 실시예에 따른 히터(100A)의 제조 공정을 그 순서에 따라 보다 상세하게 나타낸다.
도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 히터(100B)의 제조 공정을 그 순서에 따라 보다 상세하게 나타낸다.
본 발명의 상기 목적과 수단 및 그에 따른 효과는 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며, 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 경우에 따라 복수형도 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다", “구비하다”, “마련하다” 또는 “가지다” 등의 용어는 언급된 구성요소 외의 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
본 명세서에서, “또는”, “적어도 하나” 등의 용어는 함께 나열된 단어들 중 하나를 나타내거나, 또는 둘 이상의 조합을 나타낼 수 있다. 예를 들어, “또는 B”“및 B 중 적어도 하나”는 A 또는 B 중 하나만을 포함할 수 있고, A와 B를 모두 포함할 수도 있다.
본 명세서에서, “예를 들어” 등에 따르는 설명은 인용된 특성, 변수, 또는 값과 같이 제시한 정보들이 정확하게 일치하지 않을 수 있고, 허용 오차, 측정 오차, 측정 정확도의 한계와 통상적으로 알려진 기타 요인을 비롯한 변형과 같은 효과로 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 발명의 실시 형태를 한정하지 않아야 할 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '연결되어’ 있다거나 '접속되어' 있다고 기재된 경우, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성 요소에 '직접 연결되어' 있다거나 '직접 접속되어' 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있어야 할 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소의 '상에' 있다거나 '접하여' 있다고 기재된 경우, 다른 구성요소에 상에 직접 맞닿아 있거나 또는 연결되어 있을 수 있지만, 중간에 또 다른 구성요소가 존재할 수 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면, 어떤 구성요소가 다른 구성요소의 '바로 위에' 있다거나 '직접 접하여' 있다고 기재된 경우에는, 중간에 또 다른 구성요소가 존재하지 않은 것으로 이해될 수 있다. 구성요소간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 예를 들면, '～사이에'와 '직접 ～사이에' 등도 마찬가지로 해석될 수 있다.
본 명세서에서, '제1', '제2' 등의 용어는 다양한 구성요소를 설명하는데 사용될 수 있지만, 해당 구성요소는 위 용어에 의해 한정되어서는 안 된다. 또한, 위 용어는 각 구성요소의 순서를 한정하기 위한 것으로 해석되어서는 안되며, 하나의 구성요소와 다른 구성요소를 구별하는 목적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, '제1구성요소'는 '제2구성요소'로 명명될 수 있고, 유사하게 '제2구성요소'도 '제1구성요소'로 명명될 수 있다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일 실시예를 상세히 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 히터 장치의 개략적인 블록 구성도를 나타낸다.
본 발명의 일 실시예에 따른 히터 장치는 발열 및 그에 대한 제어를 수행하는 장치로서, 프린터, 복사기, 난방기, 오븐, 조리기, 자동차 등의 다양한 전기 전자 제품에 적용될 수 있다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 히터 장치는 히터(100), 전원 공급부(200) 및 제어부(300)를 포함할 수 있다.
도 2 및 도 4는 본 발명의 제1 및 제2 실시예에 따른 히터(100A, 100B)의 측면 단면도 나타내며, 도 3 및 도 5는 본 발명의 제1 및 제2 실시예에 따른 히터(100A, 100B)의 히터(100A) 상에서의 호버링(hovering) 동작 상태에 대한 측면 단면도를 나타낸다.
히터(100)는 발열하는 구성으로서, 필름 히터일 수 있다. 즉, 히터(100)는 제어부(300)의 제어에 따라 전원 공급부(200)로부터 전원(이하, “히터 전원”이라 지칭함)을 공급받아 발열하여 복사열을 외부로 방출하는 필름 타입의 복사 히터일 수 있다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 히터(100)는 수직 방향(D1, D2)으로 이격되어 내부 공간을 가지는 제1 기재(110) 및 제2 기재(120)과, 그 내부 공간에 마련되는 내부 구조물을 각각 포함할 수 있다.
즉, 제1 기재(110) 및 제2 기재(120)는 내부 구조물에 대한 지지력을 제공하면서, 외부 환경으로 히터(100)의 보호하는 기판일 수 있다. 이러한 제1 기재(110) 및 제2 기재(120)로는 절연성의 플라스틱 소재가 사용될 수 있으며, 플렉서플(flexible)할 수도 있다.
예를 들어, 플라스틱 소재로는 폴리이미드(polyimide), 폴리에테르술폰(polyethersulphone; PES), 폴리아크릴레이트(polyacrylate: PAR), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile; PAN), 폴리에테르이미드(polyetherimide; PEI), 폴리에틸렌 나프탈레이트(polyethyelenen napthalate; PEN), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethyeleneterepthalate; PET), 폴리페닐렌 설파이드(polyphenylene sulfide: PPS), 폴리아릴레이트(polyallylate), 폴리카보네이트(PC), 셀룰로오스 트리아세테이트(cellulose triacetate; CTA), 폴리우레탄(polyurethane; PU), 실리콘, 또는 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트(cellulose acetate propinonate; CAP) 등이 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 제1 기재(110) 및 제2 기재(120)는 히터(100)가 적용되는 분야나 그 발열 온도에 따라서 적절히 선택될 수 있다.
한편, 내부 구조물은 제1 기재(110) 및 제2 기재(120)가 이루는 내부 공간에 배치되는 구성으로서, 발열 기능을 수행하는 히팅부(130)와, 사용자 등에 의한 호버링(hovering) 동작의 입력을 감지하는 센서부(140)를 포함한다. 또한, 내부 구조물은 히팅부(130)를 덮는 커버레이(coverlay)(102)를 더 포함할 수 있다. 물론, 센서부(140)는 제2 기재(120) 상에 배치될 수도 있다.
구체적으로, 히팅부(130)는 발열을 위한 히터 전원을 전원 공급부(200)로부터 공급 받는 제1 및 제2 히터 전극 패턴(131, 132)과, 제1 및 제2 히터 전극 패턴(131, 132)에 전기적으로 연결되는 복수의 면상 발열체(133)를 포함한다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 제1 및 제2 실시예에 따른 히터(100A, 100B)의 구성 중 히터 전극 패턴(131, 132), 면상 발열체(133) 및 정전용량 패턴(141, 142)에 대한 평면 단면도의 제1 및 제2 예시를 각각 나타낸다. 이때, 도 6 및 도 7에서 A-A'의 단면 부분의 본 발명의 제1 및 제2 실시예에 따른 히터(100A, 100B)는 그 일부 측단면이 도 2 내지 도 5와 같이 도시될 수 있다. 다만, 도 6의 단면 부분에 따른 본 발명의 제1 및 제2 실시예에 따른 히터(100A, 100B)의 일부 측단면의 경우, 도 2 내지 도 5에서 히터 전극 패턴(131, 132)이 도시되지 않은 상태일 수 있다.
즉, 제1 및 제2 히터 전극 패턴(또는 “제1 및 제2 히터 전극”이라 지칭)(131, 132)은 히터 전원이 인가되는 전극 패턴으로서, 제1 기재(110) 상에 형성될 수 있으며, 인가된 히터 전원을 각 면상 발열체(133)로 공급할 수 있다. 히터 전극 패턴(131, 132)은 전도성 재질로 형성될 수 있으며, 전압 강하(voltage drop)를 최소화할 수 있도록 금속 소재로 형성되는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들어, 히터 전극 패턴(131, 132)에 포함되는 금속 소재로는 은, 알루미늄, 구리, 니켈, 스테인리스 스틸, 또는 이들의 합금 등이 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
제1 및 제2 히터 전극 패턴(131, 132)은 금속박을 이용한 에칭 방법, 또는 금속 페이스트를 이용한 인쇄 공정 등을 통해 형성될 수 있다. 즉, 제1 및 제2 히터 전극 패턴(131, 132)은 제1 기재(110)의 상면에 금속박을 적층한 후 에칭 방법으로 패터닝함으로써 형성될 수 있다. 또는, 제1 및 제2 히터 전극 패턴(131, 132)은 은, 알루미늄, 구리, 니켈, 스테인리스 스틸, 또는 이들의 합금 등의 금속 페이스트를 제1 기재(110)의 상면에 인쇄함으로써 형성될 수 있다. 다만, 제1 및 제2 히터 전극 패턴(131, 132)은 상술한 공정들 외의 다양한 공정을 이용해 형성될 수도 있다.
이러한 제1 및 제2 히터 전극 패턴(131, 132)은 각각 주 전극(131A, 132A)과, 주 전극(131A, 132A)으로부터 복수 개로 갈라진 가지 전극(131B, 132B)을 포함한다. 물론, 주 전극(131A, 132A)도 복수 개일 수 있으며, 어느 전극으로부터 갈라진 형태일 수 있다. 물론, 주 전극(131A, 132A) 간의 이격 거리 보다는 가지 전극(131B, 132B) 간의 이격 거리가 더 짧은 것이 바람직할 수 있다. 이는 가지 전극(131B, 132B) 간에 발열체(133)가 배치되기 때문이다. 예를 들어, 히터 전극 패턴(131, 132)은 인터디지테이티드(interdigitated) 패턴 등과 같은 다양한 패턴을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 가령, 도 7을 참조하면, 제1 히터 전극 패턴(131)은 제1 길이 방향(D3)으로 연장된 제1 주 전극(131A)과, 제1 주 전극(131A)으로부터 갈라지되 제1 길이 방향(D3)에 수직한 제2 길이 방향(D6)으로 연장된 다수의 제1 가지 전극(131B)을 각각 포함할 수 있다. 또한, 제2 히터 전극 패턴(132)은 제1 길이 방향(D3)으로 연장된 제2 주 전극(132A)과, 제2 주 전극(132A)으로부터 갈라지되 제2 길이 방향(D6)의 반대인 제3 길이 방향(D5)으로 연장되어 제1 가지 전극(131B)과 이격되게 교차하는 다수의 제2 가지 전극(132B)을 각각 포함할 수 있다.
제1 및 제2 히터 전극 패턴(131, 132), 특히 제1 및 제2 가지 전극(131B, 132B)은 복수의 면상 발열체(133)에 각각 연결되어 공급받은 히터 전원을 각 면상 발열체(133)에 인가한다. 가령, 도 7을 참조하면, 각 면상 발열체(133)는 제1 및 제2 가지 전극(131B, 132B)의 사이에 배치되며, 그 일단 및 타단이 교차된 제1 및 제2 가지 전극(131B, 132B)에 하나씩 전기적으로 연결될 수 있다. 이때, 제1 히터 전극 패턴(131)와 제2 히터 전극 패턴(132)은 서로 이격되게 배치되며 서로 다른 전압이 인가될 수 있다. 예를 들어, 제1 히터 전극 패턴(131)에 고전압이 인가되고 제2 히터 전극 패턴(132)에 저전압이 인가되거나, 그 반대로 제1 히터 전극 패턴(131)에 저전압이 인가되고 제2 히터 전극 패턴(132)에 고전압이 인가될 수 있으며, 해당 고전압 및 저전압은 DC일 수 있다. 이때, 각 면상 발열체(133)는 제1 히터 전극 패턴(131)와 제2 히터 전극 패턴(132)의 사이, 특히 제1 가지 전극(131B)과 제2 가지 전극(132B)의 사이에 배치되되, 제1 히터 전극 패턴(131) 및 제2 히터 전극 패턴(132)에 각각 전기적으로 병렬 연결될 수 있다. 이에 따라, 각 면상 발열체(133)에는 제1 히터 전극 패턴(131) 및 제2 히터 전극 패턴(132)을 통해 인가된 전압에 따라 전류가 흐르면서 열이 발생될 수 있다.
복수의 면상 발열체(133)는 인가되는 히터 전원에 따른 열을 발생시키는 구성으로서, 제1 및 제2 히터 전극 패턴(131, 132) 상에 발열체 조성물의 인쇄 공정 등을 통해 형성될 수 있으며, 수평 방향(D3, D4, D5, D6)에서 균일한 이격 간격을 가질 수 있다.
예를 들어, 제1 및 제2 히터 전극 패턴(131, 132)과 전기적으로 연결되도록 발열체 조성물(가령, 탄소나노튜브 입자 및 그라파이트 입자를 포함한 전도성 입자를 함유)을 인쇄한 후, 이를 건조 및 경화함으로써 각 면상 발열체(133)를 형성할 수 있다. 이때, 발열체 조성물의 인쇄 방법으로는 스크린 인쇄, 그라비아 인쇄(내지 롤투롤 그라비아 인쇄), 콤마 코팅(내지 롤투롤 콤마 코팅), 플렉소, 임프린팅, 옵셋 인쇄 등이 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 건조 및 경화는 100℃내지 180℃에서 수행될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
복수의 면상 발열체(133)는 제1 기재(110) 상의 수평 방향에서 서로 이격되게 배치될 수 있으며, 제1 및 제2 히터 전극 패턴(131, 132)에, 즉 제1 및 제2 가지 전극(131B, 132B)에 각각 전기적으로 병렬 연결될 수 있다. 이때, 각 면상 발열체(133)는 n행(row) 및 m열(column)을 이룰 수 있는데, n과 m은 1 이상의 자연수이다. 다만, n이 1인 경우에 m은 2이상일 수 있으며, m이 1인 경우에 n은 2이상일 수 있다. 또한, 도 6 및 도 7에서 각 면상 발열체(133)가 2행 4열로 형성된 것을 예시로 도시하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
각 면상 발열체(133)를 형성하는 발열체 조성물은 혼합 바인더 및 전도성 입자를 포함할 수 있다. 다만, 면상 발열체(133) 형성을 위해, 인쇄 공정에 투입되는 발열체 조성물은 혼합 바인더 및 전도성 입자 이외에, 유기 용매와 분산제 등을 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 발열체 조성물은 발열체 조성물 100 중량부에 대해서, 혼합 바인더 5 내지 30 중량부, 전도성 입자 0.7 내지 60 중량부, 유기 용매 29 내지 80 중량부, 및 분산제 0.5 내지 5 중량부 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
전도성 입자는 전도성을 갖는 탄소 입자 또는 금속 분말을 포함할 수 있다. 탄소 입자로는 탄소나노튜브 입자, 카본블랙 또는 그라파이트 입자 등 중에 적어도 하나 이상이 사용될 수 있다. 금속 분말로는 은, 구리 또는 니켈 소재의 분말 등 중에 적어도 하나 이상이 사용될 수 있다. 예를 들어, 전도성 입자는 발열 조성물 100 중량부에 대하여 탄소나노튜브 입자 0.1 내지 5 중량부, 그라파이트 입자 0.1 내지 20 중량부, 또는 금속 분말 10 내지 60 중량부 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
탄소나노튜브 입자는 단일벽 탄소나노튜브, 이중벽 탄소나노튜브, 다중벽 탄소나노튜브, 또는 이들의 혼합물 등으로부터 선택될 수 있다. 예를 들어, 탄소나노튜브 입자는 다중벽 탄소나노튜브(multi wall carbon nanotube)일 수 있다. 탄소나노튜브 입자가 다중벽 탄소나노튜브일 때, 직경은 1nm 내지 20nm 일 수 있고, 길이는 1㎛ 내지 100㎛일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 그라파이트 입자는 직경이 1㎛ 내지 25㎛일 수 있고, 두께가 1nm 내지 25㎛일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
금속 분말은 은, 구리 또는 니켈 소재의 분말을 포함할 수 있다. 은 분말의 경우, 플레이크, 구형, 다각형 판상, 또는 막대(rod) 등의 형태를 가질 수 있다. 구리 분말로는 은이 코팅된 구리(Ag coated Cu) 분말, 니켈이 코팅된 구리(Ni coated Cu) 분말 등이 사용될 수 있다. 또한, 니켈 분말로는 은이 코팅된 니켈(Ag coated Ni) 분말이 사용될 수 있다.
탄소 입자와 금속 분말을 포함하는 발열체 조성물을 이용하여 면상 발열체(133)를 형성하는 경우, 금속 분말이 주 전기적 네트워크를 형성할 수 있으며, 금속 분말 사이의 공간에 탄소 입자가 채워져 3차원 랜덤 네트워크 구조를 형성할 수 있다.
이와 같이 발열체 조성물이 탄소 입자와 금속 분말을 포함할 경우, 면상 발열체(133)의 에너지 효율 및 발열 속도를 높일 수 있다. 일반적으로 금속 분말이 흑체 복사 기능을 갖지 않으므로, 발열체 조성물에 탄소 입자를 포함시킴으로써 흑체 복사 기능을 구현할 수 있다. 즉, 탄소 입자로 인해, 면상 발열체(133)의 내열성을 높일 수 있을 뿐 아니라, 그 발열 속도 및 에너지 효율을 높일 수 있다.
각 면상 발열체(133)의 비저항은 전체 고형분 중 탄소 입자 또는 금속 분말의 함량에 의해 결정될 수 있다. 예를 들어, 1×10-2Ω㎝ 영역 범위까지는 탄소 입자만으로 비저항 조절이 가능하나, 그 이하의 영역은 금속 분말의 추가적인 도입이 필요하다. 각 면상 발열체(133)는 9×10-2 내지 1.1×10-3 Ω㎝의 비저항을 가질 수 있다.
혼합 바인더는 300℃가량의 온도에서도 내열성을 가질 수 있도록, 페놀계 수지, 아세탈계 수지, 이소시아네이트계 수지 및 에폭시계 수지 중 적어도 2종을 포함할 수 있다. 예를 들어, 혼합 바인더는 에폭시(epoxy), 에폭시 아크릴레이트(epoxy acrylate), 헥사메틸렌 디이소시아네이트, 폴리비닐 아세탈 및 페놀계 수지 중 적어도 2종을 포함할 수 있다.
예를 들어, 혼합 바인더는 헥사메틸렌 디이소시아네이트, 폴리비닐 아세탈 및 페놀계 수지를 포함하거나, 에폭시 아크릴레이트, 폴리비닐 아세탈 및 페놀계 수지를 포함할 수 있다. 이때, 혼합 바인더는, 에폭시 아크릴레이트 또는 헥사메틸렌 디이소시아네이트 100 중량부에 대하여 폴리비닐 아세탈 수지 10 내지 150 중량부, 페놀계 수지 100 내지 500 중량부 등을 포함할 수 있다. 페놀계 수지가 에폭시 아크릴레이트 또는 헥사메틸렌 디이소시아네이트 100 중량부에 대하여 100 중량부 이하인 경우에 내열성이 저하될 수 있고, 500 중량부를 초과하는 경우에 면상 발열체(133)의 유연성이 저하되어 취성이 강해질 수 있다.
이와 같이 혼합 바인더의 내열성을 높임으로써, 면상 발열체(133)를 300℃가량의 고온으로 발열시키는 경우에도, 면상 발열체(133)의 저항 변화나 파손을 억제할 수 있다.
여기에서 페놀계 수지는 페놀 및 페놀 유도체를 포함하는 페놀계 화합물을 의미한다. 예를 들어, 페놀 유도체는 p-크레졸(p-Cresol), o-구아야콜(o-Guaiacol), 크레오졸(Creosol), 카테콜(Catechol), 3-메톡시-1,2-벤젠디올(3-methoxy-1,2-Benzenediol), 호모카테콜(Homocatechol), 비닐구아야콜(Vinylguaiacol), 시링콜(Syringol), 이소-유제놀(Iso-eugenol), 메톡시 유제놀(Methoxyeugenol), o-크레졸(o-Cresol), 3-메틸-1,2-벤젠디올 (3-methyl-1,2-Benzenediol), (z)-2-메톡시-4-(1-프로페닐)-페놀((z)-2-methoxy-4-(1-propenyl)-Phenol), 2,6-디에톡시-4-(2-프로페닐)-페놀(2,6-dimethoxy-4-(2-propenyl)-Phenol), 3,4-디메톡시-페놀(3,4-dimethoxy-Phenol), 4-에틸-1,3-벤젠디올(4-ethyl-1,3-Benzenediol), 레졸 페놀(Resole phenol), 4-메틸-1,2-벤젠디올(4-methyl-1,2-Benzenediol), 1,2,4-벤젠트리올(1,2,4-Benzenetriol), 2-메톡시-6-메틸페놀(2-Methoxy-6-methylphenol), 2-메톡시-4-비닐페놀(2-Methoxy-4-vinylphenol), 또는 4-에틸-2-메톡시-페놀(4-ethyl-2-methoxy-Phenol) 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
유기 용매는 전도성 입자 및 혼합 바인더를 분산시키기 위한 것으로, 카비톨 아세테이트(Carbitol acetate), 부틸 카비톨 아세테이트(Butyl carbotol acetate), DBE(dibasic ester), 에틸카비톨, 에틸카비톨아세테이트, 디프로필렌글리콜메틸에테르, 셀로솔브아세테이트, 부틸셀로솔브아세테이트, 부탄올(Butanol) 및 옥탄올(Octanol) 중에서 선택되는 2 이상의 혼합 용매일 수 있다.
한편, 분산을 위한 공정은 통상적으로 사용되는 다양한 방법들이 적용될 수 있다. 예를 들어, 초음파처리(Ultra-sonication), 롤밀(Roll mill), 비드밀(Bead mill), 또는 볼밀(Ball mill) 공정 등이 적용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
분산제는 전도성 입자의 분산을 보다 원활히 위한 것으로, BYK류와 같이 당업계에서 이용되는 통상의 분산제, Triton X-100과 같은 양쪽성 계면활성제, SDS 등과 같은 이온성 계면활성제가 이용될 수 있다.
또한, 발열체 조성물은 발열체 조성물 100 중량부에 대하여, 첨가제로서 실란 커플링제 0.1 내지 5 중량부 등을 더 포함할 수 있다.
실란 커플링제는 발열체 조성물의 배합 시에 수지들 간에 접착력을 증진시키는 접착증진제 기능을 한다. 실란 커플링제는 에폭시 함유 실란 또는 머켑토 함유 실란일 수 있다. 예를 들어, 이러한 실란 커플링제로는 에폭시가 함유된 것으로 2-(3,4 에폭시 사이클로헥실)-에틸트리메톡시실란, 3-글리시독시트리메톡시실란, 3-글리시독시프로필트리에톡시실란, 3-글리시독시프로필트리에톡시실란이 있고, 아민기가 함유된 것으로 N-2(아미노에틸)3-아미토프로필메틸디메톡시실란, N-2(아미노에틸)3-아미노프로필트리메톡시실란, N-2(아미노에틸)3-아미노프로필트리에톡시실란, 3-아미노프로필트리메톡시실란, 3-아미노프로필트리에톡시실란, 3-트리에톡시실리-N-(1,3-디메틸뷰틸리덴)프로필아민, N-페닐-3-아미노프로필트리메톡시실란이 있으며, 머켑토가 함유된 것으로 3-머켑토프로필메틸디메톡시실란, 3-머켑토프로필트리에톡시실란, 또는 이소시아네이트가 함유된 3-이소시아네이트프로필트리에톡시실란 등이 있으나, 이것에 한정되는 것은 아니다.
또한, 발열체 조성물은 발열체 조성물 100 중량부에 대하여, 첨가제로서 세라믹 입자 0.5 내지 20 중량부 등이 더 포함될 수 있다. 이때, 세라믹 입자는 면상 발열체(133)의 열용량을 증가시킨다. 이러한 세라믹 입자로는 유리 입자, 또는 실리콘 입자 등이 사용될 수 있다.
이상과 같은 발열체 조성물을 이용해 형성될 경우, 면상 발열체(133)는 DC 8V 내지 18V 등의 낮은 전원이 인가되더라도 신속하게 고온을 방출할 수 있는 이점이 있다. 이때, 각 면상 발열체(133)에서 발생된 열은 제1 기재(110) 또는 제2 기재(120)를 통해 외부로 방출될 수 있다.
한편, 내부 구조물은 히팅부(130)를 덮는 커버레이(102)를 더 포함할 수 있다. 즉, 커버레이(102)는 히터 전극 패턴(131, 132) 및 복수의 면상 발열체(133)가 형성된 영역을 채워 이들 구성을 덮는 구성이다. 이에 따라, 커버레이(102)는 히터(100)의 내부 공간으로 외부의 이물질이 유입될 경우에 해당 이물질이 히팅부(130), 즉 히터 전극 패턴(131, 132) 및 면상 발열체(133)로 유입되는 것을 최소화하며, 외력에 의해 히팅부(130)가 파손되는 것을 방지하는 역할을 할 수 있다. 또한, 커버레이(102)는 이웃한 면상 발열체(133)들 사이 또는 이웃한 히터 전극 패턴(131, 132)들 사이에 발생할 수 있는 전기적 연결을 차단(절연)하는 역할을 할 수 있다.
예를 들어, 커버레이(102)는 절연성의 필름 기판으로 구현되거나, 액상 재료의 인쇄, 또는 스크린 인쇄 등을 통해 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 특히, 본 발명은 커버레이(102)가 빈 영역인 복수의 중공부(101)를 포함할 수 있다. 즉, 각 중공부(101)는 필름 기판에 형성된 홀(hole) 영역이거나, 인쇄 공정 시 인쇄가 되지 않은 영역일 수 있다. 이러한 중공부(101)에는 센서부(140)의 적어도 일부가 형성될 수 있다. 즉, 제1 및 제2 가지 배선(141B, 142B)는 적어도 그 일부가 사이 영역, 특히 중공부(101)를 통과하는 것이 바람직할 수 있다.
다음으로, 센서부(140)는 히터(100)의 내부 공간, 특히 면상 발열체(133)들 간의 사이에 해당하는 영역(이하, “사이 영역”이라 지칭함)의 상부에서 발생하는 호버링 동작을 감지하는 구성이다. 이때, 면상 발열체(133)들 간의 사이 영역은 면상 발열체(133)가 형성되지 않은 히터(100)의 내부 공간으로서, 중공부(101)를 포함할 수 있다. 즉, 센서부(140)는 이러한 사이 영역 상의 제2 기재(120) 상에서 호버링 동작에 따른 정전용량 변화가 발생하는 제1 및 제2 정전용량 패턴(또는 “제1 및 제2 배선”이라 지칭)(141, 142)을 각각 포함한다. 이때, 제1 및 제2 정전용량 패턴(141, 142)은 수평 방향으로 서로 이격되게 배치될 수 있다. 또한, 제1 및 제2 정전용량 패턴(141, 142)은 제1 및 제2 히터 전극 패턴(131, 132)과 수직 방향으로 서로 이격되게 배치될 수 있다. 물론, 제1 및 제2 정전용량 패턴(141, 142)은 호버링 동작 외에 직접 터치에 의해서도 그 정전용량 변화가 발생할 수 있다. 다만, 이하에서는 설명의 편의를 위해, 호버링 동작에 따른 정전용량 변화로 한정하여 설명하도록 하나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 직접 터치에 의한 정전용량 변화도 포함할 수 있다.
이러한 제1 및 제2 정전용량 패턴(141, 142)은 각각 주 배선(141A, 142A)과, 주 배선(141A, 142A)으로부터 복수 개로 갈라진 가지 배선(141B, 142B)을 포함한다. 물론, 주 배선(141A, 142A)도 복수 개일 수 있으며, 어느 배선으로부터 갈라진 형태일 수 있다. 물론, 주 배선(141A, 142A) 간의 이격 거리 보다는 가지 배선(141B, 142B) 간의 이격 거리가 더 짧은 것이 바람직할 수 있다. 이는 호버링 동작에 따라 가지 배선(141B, 142B) 간에서 주로 정전용량 변화가 발생해야 하기 때문이다. 예를 들어, 정전용량 패턴(141, 142)은 인터디지테이티드(interdigitated) 패턴 등과 같은 다양한 패턴을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 가령, 도 7을 참조하면, 제1 배선(141)은 제1 길이 방향(D3)으로 연장된 제1 주 배선(141A)과, 제1 주 배선(141A)으로부터 갈라지되 제2 길이 방향(D6)으로 연장된 다수의 제1 가지 배선(141B)을 각각 포함할 수 있다. 또한, 제2 배선(142)은 제1 길이 방향(D3)으로 연장된 제2 주 배선(142A)과, 제2 주 배선(142A)으로부터 갈라지되 제3 길이 방향(D5)으로 연장되어 제1 가지 배선(141B)과 이격되게 교차하는 다수의 제2 가지 배선(142B)을 각각 포함할 수 있다.
가지 전극(141B, 142B)들은 가지 배선(131B, 132B)들과 평행하거나(도 7 참조) 수직하게(도 6 참조) 배열될 수 있다. 이때, 평행 또는 수직 배열 시, 가지 전극(141B, 142B)들은 가지 배선(131B, 132B)들의 영역 상/하를 통과할 수 있다(도 6 참조). 또는, 평행 배열 시, 가지 전극(141B, 142B)들은 가지 배선(131B, 132B)들의 영역 상하를 통과하지 않을 수도 있다(도 7 참조).
제1 및 제2 정전용량 패턴(141, 142)은 서로 다른 전압/전류의 전원이 제공될 수 있거나, 어느 하나에만 전원이 제공될 수 있다. 예를 들어, 제1 정전용량 패턴(141)에 고전압이 인가되고 제2 정전용량 패턴(142)에 저전압이 인가(또는 전압 인가 없음)되거나, 제1 정전용량 패턴(141)에 저전압이 인가(또는 전압 인가 없음)되고 제2 정전용량 패턴(142)에 고전압이 인가될 수 있으며, 해당 고전압 및 저전압은 DC일 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
이에 따라, 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이, 제2 기재(120) 상으로 해당 전원에 따른 전기장(EF)이 형성될 수 있다. 이때, 제2 기재(120) 상에 사용자의 손가락 등에 의해 호버링 동작이 수행되면, 도 3 및 도 5에 도시된 바와 같이, 전기장(EF')이 변하면서 그에 따른 정전용량 변화가 발생하며, 이러한 변화를 제어부(300)가 인식할 수 있다.
특히, 각 사이 영역의 상부에서 발생하는 호버링 동작을 감지해야 하므로, 제1 및 제2 가지 배선(141B, 142B)은 면상 발열체(133)들 간의 사이 영역을 통과하도록 배열되는 것이 바람직할 수 있다. 또한, 이러한 호버링 동작에 대한 균일한 감지를 위해, 각 사이 영역에서, 제1 및 제2 가지 배선(141B, 142B)들은 서로 평행하게 배열되되 해당 배열 간격이 일정하게 유지되는 것이 바람직할 수 있다.
이에 따라, 사이 영역 상의 제2 기재(120) 상에서 발생하는 호버링 동작에 대해, 그 사이 영역을 지나가는 제1 및 제2 가지 배선(141B, 142B)에서 해당 정전용량 변화가 발생될 수 있다. 특히, 호버링 동작에 대한 인식을 높이기 위해, 이러한 정전용량 변화 영역은 복수 개인 것이 바람직할 수 있다. 즉, 복수의 사이 영역을 복수의 제1 및 제2 가지 배선(141B, 142B)가 지나가도록 배치될 수 있다.
제1 및 제2 정전용량 패턴(141, 142)은 제1 기재(110)와 제2 기재(120) 사이의 내구 구조물로 배치될 수 있으나(도 2 및 도 3 참조), 그 정전용량 변화율을 높이기 위해 제2 기재(120) 상에도 배치될 수 있다(도 4 및 도 5 참조). 물론, 제2 기재(120) 상에 배치될 경우, 외부 환경 영향을 줄이기 위해, 제1 및 제2 정전용량 패턴(141, 142)은 내부 구조물로 배치될 경우 보다 그 두께(또는 높이)가 얇게 형성되는 것이 바람직할 수 있다.
또한, 내부 구조물로 배치될 경우, 제1 및 제2 정전용량 패턴(141, 142)은 제1 및 제2 기재(110, 120) 중 어느 한 기재에 더 인접하게 배치될 수 있다. 즉, 제1 및 제2 정전용량 패턴(141, 142)은 제1 기재(110)의 상면 또는 제2 기재(120)의 하면에 형성될 수 있다. 물론, 도 2 등에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 정전용량 패턴(141, 142)은 제1 기재(110)의 상면 및 제2 기재(120)의 하면에 모두 접촉하도록 형성될 수도 있다.
한편, 가지 배선(141B, 142B)이 배치된 부분, 즉 정전용량 변화가 발생하는 부분이 면상 발열체(133)가 형성된 영역으로부터 이격된 사이 영역(예를 들어, 중공부(101) 영역 등)에 해당하므로, 본 발명은 해당 가지 배선(141B, 142B)과 면상 발열체(133) 간에 상호 발생될 수 있는 문제를 사전에 방지할 수 있는 이점이 있다.
제1 및 제2 정전용량 패턴(141, 142)은 FCCL(Flexible Copper Clad Laminate) 공정, 인쇄 공정 등을 통해 형성될 수 있다. 예를 들어, 인쇄 방법으로는 스크린 인쇄, 그라비아 인쇄(내지 롤투롤 그라비아 인쇄), 콤마 코팅(내지 롤투롤 콤마 코팅), 플렉소, 임프린팅, 옵셋 인쇄 등이 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 제1 및 제2 정전용량 패턴(141, 142)은 탄소 소재, 금속 소재 등의 전도성 재질을 포함하되, 두 구성이 모두 동일하거나 다른 재질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 정전용량 패턴(141, 142)에 포함되는 금속 소재로는 은, 알루미늄, 구리, 니켈, 스테인리스 스틸, 또는 이들의 합금 등이 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
종래의 히터 장치에서 히터 구조체의 경우, 필름 히터의 외부에 추가적인 기판을 통해 구현된 센서부가 필름 히터의 상부 또는 하부에 별도의 구성으로 구현됨에 따라, 그 두께가 두꺼워지고 그 제조 비용이 상승하는 문제점이 있었다. 하지만, 본 발명의 경우, 추가적인 기판의 구성 없이 히터(100)의 내부 또는 제2 기재(120) 상에 정전용량 패턴(141, 142)이 마련됨에 따라 종래 기술의 문제점을 해결할 수 있다. 그 결과, 본 발명은 그 두께를 최소화한 히터(100)의 구현이 가능할 뿐 아니라 제조 공정의 감소로 그 제조 비용도 절감될 수 있는 이점이 있다.
한편, 본 발명의 제1 및 제2 실시예에 따른 히터(100A, 100B)에서 발생되는 열에 의해 복사열은 그 상면과 하면으로 방출된다. 이때, 상면 및 하면 중 어느 한 면(이하, “제1 면”이라 지칭함)으로 방출되는 복사열은 사용자 또는 객체 등에 온열감을 제공하지만, 상면 및 하면 중 다른 한 면(이하, “제2 면”일 지창함)으로 방출되는 복사열은 낭비되는 요소일 수 있다.
이를 해결하기 위해, 히터(100)는 반사판(미도시)을 더 포함할 수 있다. 즉, 히터(100)는 제2 면을 구비한 제1 기재(110) 또는 제2 기재(120)의 내측면이나 외측면 상에 반사판을 포함할 수 있다. 물론, 해당 내측면 또는 외측면과 반사판의 사이에 다른 층이 형성될 수도 있다.
이러한 반사판은 제2 면으로 방출되는 복사열을 제1 면으로 반사시킬 수 있으므로, 복사열의 낭비를 억제하여 히터(100)의 방사효율을 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 반사판의 소재로는 알루미늄, 스테인리스 스틸 등과 같이 복사열을 양호하게 반사하는 금속 소재가 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
다음으로, 전원 공급부(200)는 제어부(300)의 제어에 따라 전원을 필요로 하는 본 발명의 일 실시예에 따른 히터 장치의 각 구성에 전원을 공급한다. 특히, 전원 공급부(200)는 히터(100)의 구동에 필요한 히터 전원을 공급할 수 있다. 예를 들어, 전원 공급부(200)는 다양한 크기의 DC 전원을 공급할 수 있으며, 납축전지, 이차 전지, 슈퍼 커패시터 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
다음으로, 제어부(300)는 본 발명의 일 실시예에 따른 히터 장치의 각 구성의 동작을 제어한다. 예를 들어, 제어부(300)는 마이크로프로세서(microprocessor) 등일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 특히, 제어부(300)는 센서부(140)의 정전용량 변화에 따라 히터 전극 패턴(131, 132)을 통해 면상 발열체(133)들로 공급되는 히터 전원을 제어할 수 있다. 특히, 제어부(300)는 수행된 호버링 동작에 대해 인식할 수 있으며, 해당 인식 동작이 특정 동작인 것으로 판단되는 경우에 면상 발열체(133)들로 공급되는 히터 전원을 제어할 수 있다. 이때, 히터 전원을 제어 동작은 온(on) 동작, 오프(off) 동작, 온도 상승 동작, 온도 하강 동작, 온도 유지 동작을 포함할 수 있으며, 그 외의 동작을 포함할 수도 있다.
예를 들어, 제어부(300)는 제1 호버링 동작 인식 시마다 전원 공급부(200)에서 히터(100)로의 전원 공급을 스위칭하는 스위치 제어를 하여, 제1 호버링 동작 인식 시에 스위치를 온(on)시키고 이후 다시 제1 호버링 동작 인식 시에 스위치를 오프(off)시킬 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 제어부(300)는 제2 호버링 동작 인식 시, 히터(100)로 인가되는 히터 전원의 세기를 낮추거나 높여, 히터(100)의 발열 온도를 낮추거나 올리도록 제어할 수 있다. 예를 들어, 제1 호버링 동작 또는 제2 호버링 동작은, 일 방향으로 일정 길이 이상으로 움직이는 동작, 지그재그 동작, 원형을 그리는 동작, 다각형을 그리는 동작, 주먹을 줬다 펴는 동작, 손을 폈다 주먹을 쥐는 동작 등 다양한 동작일 수 있다.
한편, 히터(100)의 복사열이 방출되는 면에 신체가 짧은 시간 접촉하는 경우에 화상의 우려가 없지만, 장시간 접촉할 경우에 저온화상이 발생될 수 있다. 이에 따라, 제어부(300)는 저온화상을 고려하여 제어할 수 있다. 즉, 히터(100)에 신체가 접촉하여 압력을 인가하는 순간에 바로 저온화상 등이 발생되는 것은 아니므로, 제어부(300)는 접촉 시간에 따른 저온화상이 발생되는 시간을 고려하여 히터(100)의 발열 온도를 조절할 수 있다. 이로 인해, 저온화상의 우려가 없는 일정 시간 이내에서는 접촉이 감지되더라도, 제어부(300)는 히터(100)의 구동 상태를 유지하도록 제어할 수 있다. 또한, 기준 면적 이상의 정전용량 변화 상태가 계속 유지되는 경우, 제어부(300)는 신체 등이 계속 히터(100)에 접촉한 것으로 판단하여 히터(100)의 발열 온도를 낮추도록 제어할 수 있다. 이후, 해당 상태가 제거되면, 제어부(300)는 다시 히터(100)로 히터 전원이 정상 공급되도록 제어할 수도 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 히터 장치는 경보 부재(미도시)를 더 포함할 수 있다. 즉, 경보 부재는 시각 신호(예를 들어, 빛 등), 소리 신호(예를 들어, 경고음 등), 또는 촉각 신호(예를 들어, 진동 등) 등을 출력하는 부재로서, 제어부(300)에 의해 제어될 수 있다. 예를 들어, 경보 부재는 히터(100)로 저온화상 우려 등에 대해 경고할 수 있다.
이와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 히터 장치는 히터(100)에 신체의 일부가 일정 시간 이상 접촉하게 되면 히터(100)의 발열 온도를 제어함으로써, 장시간 접촉에 의한 저온화상을 억제할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 제1 및 제2 실시예에 따른 히터(100A, 100B)의 제조 공정에 대해서 설명하도록 한다.
도 8은 본 발명의 제1 및 제2 실시예에 따른 히터(100A, 100B)의 제조 공정의 순서도를 나타낸다.
본 발명의 제1 및 제2 실시예에 따른 히터(100A, 100B)의 제조 공정은, 도 8에 도시된 바와 같이, S100 및 S200을 포함할 수 있다. 다만, 본 발명의 제1 및 제2 실시예에 따른 히터(100A, 100B)의 각 구성에 대한 설명은 도 1 내지 도 7에 따라 상술하였으므로, 이하 생략하도록 한다.
도 9는 본 발명의 제1 실시예에 따른 히터(100A)의 제조 공정을 그 순서에 따라 보다 상세하게 나타내며, 도 10는 본 발명의 제2 실시예에 따른 히터(100B)의 제조 공정을 그 순선에 따라 보다 상세하게 나타낸다. 즉, 도 9(a), 도 9(b), 도 9(c), 도 10(a) 및 도 10(b)은 S100을, 도 9(d) 및 도 9(e)와 도 10(c) 및 도 14(d)는 S200을 각각 나타낸다.
S100에서, 히터부(130)가 형성된다. 즉, 도 9(a) 및 도 10(a)에 도시된 바와 같이, 제1 기재(110) 상에 히터 전극 패턴(131, 132)를 형성한다. 이후, 도 9(b) 및 도 10(b)에 도시된 바와 같이, 히터 전극 패턴(131, 132)에 전기적으로 연결되는 복수의 면상 발열체(133)를 형성한다. 이후, 도 9(c)에 도시된 바와 같이, 히터 전극 패턴(131, 132) 및 복수의 면상 발열체(133)가 형성된 영역을 덮는 절연성의 커버레이(102)를 형성할 수 있다. 이때, 면상 발열체(133)들 간의 사이 영역에 복수의 중공부(101)이 포함되도록 커버레이(102)가 형성될 수 있다. 다만, 해당 커버레이(102)의 형성은 선택 사항으로, 도 10에 도시된 바와 같이, 형성되지 않을 수 있다. 다만, 본 발명의 제1 및 제2 실시예에 따른 히터(100A, 100B)가 이에 한정되는 것은 아니다.
이후, S200에서, 사이 영역, 특히 중공부(101)에 센서부(140)를 형성한다. 즉, 도 9(d) 및 도 10(c)에 도시된 바와 같이, 사이 영역, 특히 중공부(101)의 영역에 대응하는 제2 기재(120)의 하면 또는 상면 영역에 제1 및 제2 정전용량 패턴(141, 142)을 형성한다. 이후, 도 9(e) 및 도 10(d)에 도시된 바와 같이, 제1 기재(110) 상에 제2 기재(120)가 수직 방향으로 이격되도록 제2 기재(120)를 적층(laminating)시킨다. 커버레이(102)가 형성되어 있는 경우, 제1 기재(110)의 커버레이(102) 상에 제2 기재(120)를 접착시킬 수 있다.
물론, 본 발명의 제1 실시예에 따른 히터(100A)의 제조 공정 시, 도 9에 도시된 바와 달리, S200에서, 사이 영역, 특히 중공부(101)의 영역에 해당하는 제1 기재(110)의 상면의 제1 및 제2 정전용량 패턴(141, 142)을 형성한 후, 제2 기재(120)를 적층시킬 수도 있다.
예를 들어, 제1 기재(110) 상에 제2 기재(120)의 적층 시, 커버레이(102) 등의 상에 접착층을 형성하는 접착제를 도포한 상태에서, 제2 기재(120)를 덮고 열과 압력을 인가함으로써, 제2 기재(120)를 부착시킬 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
상술한 바와 같이 구성되는 본 발명은 사용자가 히터에 대한 누름 등의 직접 터치 없이 호버링(hovering) 동작만으로도 히터의 전원을 제어할 수 있어 그 사용 편의성을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명은 추가적인 기판의 구성 없이 히터의 내부 또는 그 기재 상에 정전용량 패턴이 마련되도록 센서부가 형성됨에 따라 보다 그 두께를 최소화한 히터의 구현이 가능할 뿐 아니라 제조 공정의 감소로 그 제조 비용도 절감될 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명은 호버링 동작에 따라 정전용량 변화가 발생하는 정전용량 패턴이 면상 발열체로부터 이격되게 그 사이 영역에 배치되므로, 해당 정전용량 패턴과 면상 발열체 간에 상호 발생될 수 있는 문제를 사전에 방지할 수 있으며, 정전용량 패턴으로 인한 열용량 상승을 억제할 수 있는 이점이 있다.
본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관하여 설명하였으나 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되지 않으며, 후술되는 청구범위 및 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100: 히터 101: 중공부
102: 커버레이 110: 제1 기재
120: 제2 기재 130: 히팅부
131, 132: 히터 전극 패턴 131A, 132A: 주 전극
131B, 132B: 가지 전극 133: 면상 발열체
140: 센서부 141, 142: 정전용량 패턴
141A, 142A: 주 배선 142B, 142B: 가지 배선
200: 전원 공급부 300: 제어부

Claims (8)

  1. 내부 공간을 가지도록 수직 방향으로 이격된 제1 기재 및 제2 기재와, 상기 내부 공간에 마련되는 내부 구조물과, 제2 기재 상의 호버링(hovering) 동작에 따라 면상 발열체들 간의 사이 영역에서 정전용량 변화가 발생하는 정전용량 패턴을 각각 구비한 필름 형태의 히터로서,
    상기 내부 구조물은,
    제1 길이 방향으로 연장된 제1 주 전극과, 제1 주 전극으로부터 갈라지되 제1 길이 방향에 수직한 제2 길이 방향으로 연장된 다수의 제1 가지 전극을 각각 구비한 제1 히터 전극 패턴;
    제1 길이 방향으로 연장된 제2 주 전극과, 제2 주 전극으로부터 갈라지되 제2 길이 방향의 반대인 제3 길이 방향으로 연장되어 제1 가지 전극과 이격되게 교차하는 다수의 제2 가지 전극을 각각 구비하며, 제1 히터 전극 패턴과 수평 방향으로 이격된 제2 히터 전극 패턴;
    제1 및 제2 히터 전극 패턴에 전기적으로 연결되되 서로 이격되게 배치되고, 제1 및 제2 가지 전극의 사이에 배치되며, 교차된 제1 및 제2 가지 전극에 일단 및 타단이 하나씩 전기적으로 연결되는 동일 형상의 면상 발열체들;
    제1 및 제2 가지 전극과 면상 발열체들이 형성된 영역을 채우는 절연성의 커버레이(coverlay); 및
    커버레이가 형성되지 않은 복수의 중공부;를 포함하며,
    상기 정전용량 패턴은,
    제1 길이 방향으로 연장된 제1 주 배선과, 제1 주 배선으로부터 갈라지되 제2 길이 방향으로 연장된 다수의 제1 가지 배선을 각각 구비한 제1 배선; 및
    제1 길이 방향으로 연장된 제2 주 배선과, 제2 주 배선으로부터 갈라지되 제3 길이 방향으로 연장되어 제1 가지 배선과 이격되게 교차하는 다수의 제2 가지 배선을 각각 구비하며, 제1 배선과 수평 방향으로 이격된 제2 배선;을 포함하고,
    상기 제1 및 제2 가지 배선은 상기 사이 영역을 통과하면서 서로 평행하게 배열되되 상기 커버레이가 빈 공간에 배열되면서 상기 제1 및 제2 가지 전극의 상부 및 하부 영역을 통과하지 않도록 배열되며,
    상기 제1 및 제2 가지 전극 간의 이격 거리는 상기 제1 및 제2 주 전극 간의 이격 거리 보다 짧고,
    상기 제1 및 제2 가지 배선 간의 이격 거리는 상기 사이 영역에서의 상기 제1 및 제2 주 배선 간의 이격 거리 보다 짧으며,
    상기 정전용량 변화에 따라 인식되는 호버링 동작에 따라 히터 전극 패턴을 통해 면상 발열체들로 공급되는 히터 전원이 제어되는 것을 특징으로 하는 히터.
  2. 제1항에 있어서,
    제1 호버링 동작 인식 시마다 전원 공급에 대한 스위치 제어가 수행되되, 제1 호버링 동작 인식 시 스위치가 온(on)되고 이후 다시 제1 호버링 동작 인식 시 스위치가 오프(off)되는 것을 특징으로 하는 히터.
  3. 제1항에 있어서,
    제2 호버링 동작 인식 시, 히터 전원의 세기가 낮춰지거나 높아지도록 제어되는 것을 특징으로 하는 히터.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 호버링 동작은 일 방향으로 일정 길이 이상으로 움직이는 동작, 지그재그 동작, 원형을 그리는 동작, 다각형을 그리는 동작, 주먹을 줬다 펴는 동작, 또는 손을 폈다 주먹을 쥐는 동작을 포함하는 것을 특징으로 하는 히터.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 정전용량 패턴은 상기 내부 공간에 마련되거나 제2 기재 상에 마련된 것을 특징으로 하는 히터
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 히터 전원을 공급하는 전원 공급부;
    내부 공간을 가지도록 수직 방향으로 이격된 제1 기재 및 제2 기재와, 상기 내부 공간에 마련되는 내부 구조물과, 제2 기재 상의 호버링 동작에 따라 면상 발열체들 간의 사이 영역에서 정전용량 변화가 발생하는 정전용량 패턴을 각각 구비한 필름 형태의 히터;
    상기 정전용량 변화에 따라 인식되는 호버링 동작에 따라 히터 전극 패턴을 통해 면상 발열체들로 공급되는 히터 전원을 제어하는 제어부;를 포함하며,
    상기 내부 구조물은,
    제1 길이 방향으로 연장된 제1 주 전극과, 제1 주 전극으로부터 갈라지되 제1 길이 방향에 수직한 제2 길이 방향으로 연장된 다수의 제1 가지 전극을 각각 구비한 제1 히터 전극 패턴;
    제1 길이 방향으로 연장된 제2 주 전극과, 제2 주 전극으로부터 갈라지되 제2 길이 방향의 반대인 제3 길이 방향으로 연장되어 제1 가지 전극과 이격되게 교차하는 다수의 제2 가지 전극을 각각 구비하며, 제1 히터 전극 패턴과 수평 방향으로 이격된 제2 히터 전극 패턴;
    제1 및 제2 히터 전극 패턴에 전기적으로 연결되되 서로 이격되게 배치되고, 제1 및 제2 가지 전극의 사이에 배치되며, 교차된 제1 및 제2 가지 전극에 일단 및 타단이 하나씩 전기적으로 연결되는 동일 형상의 면상 발열체들;
    제1 및 제2 가지 전극과 면상 발열체들이 형성된 영역을 채우는 절연성의 커버레이(coverlay); 및
    커버레이가 형성되지 않은 복수의 중공부;를 포함하며,
    상기 정전용량 패턴은,
    제1 길이 방향으로 연장된 제1 주 배선과, 제1 주 배선으로부터 갈라지되 제2 길이 방향으로 연장된 다수의 제1 가지 배선을 각각 구비한 제1 배선; 및
    제1 길이 방향으로 연장된 제2 주 배선과, 제2 주 배선으로부터 갈라지되 제3 길이 방향으로 연장되어 제1 가지 배선과 이격되게 교차하는 다수의 제2 가지 배선을 각각 구비하며, 제1 배선과 수평 방향으로 이격된 제2 배선;을 포함하고,
    상기 제1 및 제2 가지 배선은 상기 사이 영역을 통과하면서 서로 평행하게 배열되되 상기 커버레이가 빈 공간에 배열되면서 상기 제1 및 제2 가지 전극의 상부 및 하부 영역을 통과하지 않도록 배열되며,
    상기 제1 및 제2 가지 전극 간의 이격 거리는 상기 제1 및 제2 주 전극 간의 이격 거리 보다 짧고,
    상기 제1 및 제2 가지 배선 간의 이격 거리는 상기 사이 영역에서의 상기 제1 및 제2 주 배선 간의 이격 거리 보다 짧은 것을 특징으로 하는 히터 장치.
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