KR102258797B1 - 표면을 가열하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

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스티븐 마크 개스워쓰
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사빅 글로벌 테크놀러지스 비.브이.
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Abstract

일 실시형태에서, 가열 장치는 소스 복사선을 방출하는 복사선 소스, 방출층 호스트 재료 및 발광제를 포함하는 복사선 방출층 － 상기 복사선 방출층은 에지, 방출층의 제 1 면, 및 방출층의 제 2 면을 포함하고, 상기 복사선 소스는 에지에 결합되고, 상기 소스 복사선은 복사선 소스로부터 에지를 통해 전송되어 발광제를 여기시키고, 그 후 발광제는 방출된 복사선을 방출하고, 방출된 복사선의 적어도 일부는 탈출 콘을 통해 방출층의 제 2 면을 통해 출사됨 －; 및 흡수층을 포함하고, 이 흡수층은 흡수층의 제 1 면을 포함하고, 이 흡수층의 제 1 면은 방출층의 제 2 면과 직접 접촉되고, 이 흡수층은 탈출 콘을 통해 탈출하는 방출된 복사선을 흡수하는 흡수재를 포함한다.

Description

표면을 가열하기 위한 방법 및 장치{METHOD AND DEVICE FOR HEATING A SURFACE}
표면을 제상, 디포깅(defogging) 및/또는 제빙하는 것과 같은 용도를 위한 가열 장치가 개발되어 왔다. 이러한 장치는 장치를 통해 차단된 시야, 불투명도, 불충분하게 균일한 가열, 장치의 에지로부터 멀리 떨어진 곳의 불충분한 가열, 및 낮은 효율 중 하나 이상의 결점이 있다. 이러한 결점들 중 하나 이상을 극복할 수 있는 가열 장치가 바람직하다.
본 발명은 표면을 가열하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 명세서에서는 표면을 가열하기 위한 장치 및 방법이 개시된다.
일 실시형태에서, 가열 장치는 소스 복사선을 방출하는 복사선 소스, 방출층 호스트 재료 및 발광제를 포함하는 복사선 방출층 - 상기 복사선 방출층은 에지, 방출층의 제 1 면, 및 방출층의 제 2 면을 포함하고, 상기 에지는 dL의 높이를 갖고, 상기 방출층의 제 1 면은 길이 L을 갖고, 길이 L은 높이 dL보다 크고, 길이 L 대 높이 dL의 비율은 10 이상이고, 상기 복사선 소스는 에지에 결합되고, 상기 소스 복사선은 복사선 소스로부터 에지를 통해 전송되어 발광제를 여기시키고, 그 후 발광제는 방출된 복사선을 방출하고, 방출된 복사선의 적어도 일부는 탈출 콘을 통해 방출층의 제 2 면을 통해 출사됨 -; 및 흡수층을 포함하고, 이 흡수층은 흡수층의 제 1 면을 포함하고, 이 흡수층의 제 1 면은 방출층의 제 2 면과 직접 접촉되고, 이 흡수층은 탈출 콘을 통해 탈출하는 방출된 복사선을 흡수하는 흡수재를 포함한다.
다른 실시형태에서, 표면을 가열하기 위한 방법은 복사선 소스로부터 소스 복사선을 방출시키는 단계; 상기 복사선으로 방출층 호스트 재료 및 발광제를 포함한 복사선 방출층을 조사하는 단계 - 상기 복사선 방출층은 에지, 방출층의 제 1 면, 및 방출층의 제 2 면을 포함하고, 상기 복사선 소스는 에지에 결합되고, 상기 소스 복사선은 복사선 소스로부터 에지를 통해 전송되어 발광제를 여기시키고, 그 후 발광제는 방출된 복사선을 방출하고, 방출된 복사선의 적어도 일부는 탈출 콘을 통해 방출층의 제 2 면을 통해 출사됨 -; 흡수층의 제 1 면 및 흡수층의 제 2 면을 포함하는 흡수층 내의 흡수재에 의해 방출된 복사선을 흡수하는 단계 - 상기 흡수층의 제 1 면은 방출층의 제 2 면과 직접 접촉됨 -; 및 상기 흡수층의 제 2 면을 가열시키는 단계를 포함한다.
전술한 특징 및 기타 특징은 다음의 도면 및 상세한 설명에 의해 예시되어 있다.
이제 예시적인 실시형태인 도면을 참조하고, 도면에서 동일한 요소는 동일한 번호가 매겨져 있다.
도 1은 층상 구조를 포함하는 가열 장치의 측단면도이고;
도 2는 발광제, 소스 스펙트럼, 및 흡수재 스펙트럼에 대한 여기 스펙트럼 및 방출 스펙트럼의 그래프이고;
도 3은 층상 구조의 측단면도이고;
도 4는 층상 구조의 측단면도이고,
도 5는 층상 구조의 측단면도이다.
가열 장치, 예를 들면, 자동차의 윈도우 디프로스터는 병렬의 전기 전도성 배선 또는 코팅이 제상될 윈도우의 길이에 걸쳐 설치되도록 개발되었다. 이러한 배선 또는 코팅은 불균일한 제상을 초래할 수 있고, 윈도우를 통한 시인성을 감소시킬 수 있고, 복잡한 형상에 적용하는 것이 곤란할 수 있다. 추가의 가열 장치는 광원이 흡수재를 포함하는 가열 장치에 복사선을 방출하도록 개발되었으며, 이 흡수재는 광을 흡수하여 열을 생성한다. 광원이 종종 가열 장치의 단부에 배치되므로 광원으로부터의 거리에 따른 흡수 감소로 인해 이들 장치가 표면의 불균일한 가열을 제공하거나 장치의 에지로부터 멀리떨어진 곳의 불충분한 가열을 제공하는 문제점이 발생한다.
이러한 단점 및 기타 단점을 극복하기 위해, 본 출원인은 복사선 소스, 및 호스트 재료 및 발광제를 포함한 복사선 방출층을 포함하는 가열 장치를 개발하였고, 여기서 복사선 소스는 복사선 방출층의 에지에 결합된다. 복사선 방출층은 장치의 길이의 전체에 걸쳐 복사선을 균일하게 방출할 수 있다. 본 명세서에서 사용될 때, 균일한 복사선 방출은 넓은 표면 상의 모든 위치에서 측정된 복사선을 의미하며, 예를 들면, 복사선 방출층의 방출층의 제 1 면 및 방출층의 제 2 면 중 하나 또는 양자 모두는 넓은 표면으로부터 방출되는 평균 복사선의 40% 이하, 구체적으로는 30%, 더 구체적으로는 20% 이하이다. 흡수층의 제 1 면을 포함하는 흡수층은 방출층의 제 2 면과 직접 접촉될 수 있다. 흡수층은 흡수재를 포함한다. 흡수재는 발광제의 방출 스펙트럼과 중첩되는 흡수 스펙트럼을 갖는 무복사성 흡수재를 포함할 수 있다. 발광제와 흡수재를 별개의 층 내에 위치시킴으로써, 흡수재는소스에 의해 방출되는 광에 대해 발광제와 결재하는 것이 방지됨으로써 복사선 방출층은 층의 길이의 전체에 걸쳐 균일하게 복사선을 방출할 수 있게 된다. 다음에 이 균일하게 방출된 복사선은 흡수층 내의 흡수재에 의해 흡수될 수 있고, 이에 따라 흡수층은 균일하게 가열될 수 있다.. 본 명세서에서 사용될 때, 균일한 가열은 넓은 표면 상의 모든 위치에서 측정된 가열을 지칭하는 것이며, 예를 들면, 흡수층의 제 2 면은 넓은 표면에서의 평균 가열의 40% 이하, 구체적으로는 30% 이하, 더 구체적으로는 20% 이하이다.
이 가열 장치는 다음 중 하나 이상을 달성할 수 있다. 1) 예를 들면, 활성제의 구배를 필요로 함이 없이 복사선 방출층의 넓은 표면 중 하나 또는 양자 모두에 걸친 균일한 복사선 방출; 2) 가열 장치의 넓은 표면 상의 안개 및/또는 얼음의 형성을 방지하기 위한 예열된 표면; 3) 복사선은 복사선 방출층의 넓은 표면의 양면으로부터 방출될 수 있음; 및 4) 흡수층의 균일한 가열. 이 가열 장치는 1 시간 이내에 복사선 방출층의 넓은 표면 중 적어도 하나 상에 위치된 1 mm 두께의 얼음층을 용해시키기에 충분한 열을 제공할 수 있다.
이 가열 장치는 복사선 방출층 및 흡수층을 포함하는 층상 구조를 포함한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 층상 구조는 길이 L을 가질 수 있고, 높이 d를 가진 에지에 의해 둘러싸여 있고, 여기서 높이 d는 가열 장치의 높이이다. L 대 d의 비율은 10 이상, 구체적으로는 30 이상, 더 구체적으로는 30 내지 10,000, 더 구체적으로는 30 내지 500일 수 있다. L 대 dL(여기서, dL은 방출층의 높이)의 비율은 10 이상, 구체적으로는 30 이상, 더 구체적으로는 30 내지 10,000, 더 구체적으로는 30 내지 500일 수 있다.
층상 구조는, 예를 들면, 본 장치가 선반으로 사용되는 경우에는 평평할 수 있고, 예를 들면, 본 장치가 렌즈로서 사용되는 경우에는 만곡될 수 있다. 본 장치 내의 층의 제 1 면 및 제 2 면 사이의 거리는 일정하거나 장치 내의 다양한 위치에서 변화될 수 있다.
도면을 참조하면, 도 1은 가열 장치의 단면도를 도시하고, 가열 장치의 단면도를 도시하고, 여기서 가열 장치는 복사선 방출층 및 흡수층을 포함하는 층상 구조(2)를 포함한다. 층상 구조(2)는 높이 d를 가진 짧은 에지에 의해 둘러싸인 길이 L을 가진 2 개의 넓은 동일하게 연장되는 외면(coextensive outer surface)을 가질 수 있다. 복사선 소스(4)는 층상 구조(2)의 에지에 복사선을 방출하는 에지 결합된 복사선 소스이다. 에지 미러(6)는 에지를 통해 복사선 손실의 양을 감소시킬 수 있다. 복사선 소스(4)에 인접하여 위치된 에지 미러는 선택적 반사 미러일 수 있다. 복사선 소스(4) 및 에지 미러(6)는 가열 장치의 높이 d에 걸쳐 설치된 것으로 도시되어 있으나, 이것은 층상 구조의 복사선 방출층의 높이에만 결합되는 에지일 수 있다는 것에 주목해야 한다.
도 3 내지 도 5는 층상 구조의 단면도를 도시한다. 도 3은 방출층의 제 1 면(22) 및 방출층의 제 2 면(24)을 갖는 복사선 방출층(20) 및 흡수층의 제 1 면(32) 및 흡수층의 제 2 면(34)을 갖는 흡수층(30)을 포함하며, 방출층의 제 2 면(24)은 흡수층의 제 1 면(32)과 직접 접촉되는 층상 구조를 도시한다. 층상 구조의 높이 d는 구조 내의 개별 층들의 높이의 합과 동등하다. 예를 들면, 도 3의 층상 구조에서, 높이 d는 흡수층(30)의 높이 dA + 복사선 방출층(20)의 높이 dL과 동등하고, 도 5에서 높이 d는 층(20, 30, 40, 50, 및 60)의 높이의 합과 동등하다.
도 4는 방출층의 제 1 면(22) 및 방출층의 제 2 면(24)을 갖는 복사선 방출층(20), 흡수층(30), 및 제 3 층의 제 1 면(42) 및 제 3 층의 제 2 면(44)을 갖는 제 3 층(40)을 포함하며, 제 3 층의 제 2 면(44)은 방출층의 제 1 면(22)과 직접 접촉되는 층상 구조를 도시한다. 제 3 층은 제 2 흡수층일 수 있다. 제 3 층은 보호 코팅층일 수 있다.
도 5는 복사선 방출층(20), 흡수층의 제 2 면(34)을 가진 흡수층(30), 제 3 층의 제 1 면(42)을 가진 제 3 층(40), 제 4 층의 제 1 면(52) 및 제 4 층의 제 2 면(54)을 가진 제 4 층(50), 및 제 5 층의 제 1 면(62) 및 제 5 층의 제 2 면(64)을 가진 제 5 층(60)을 포함하는 층상 구조를 도시한다. 도 5는 흡수층의 제 2 면(34)이 제 5 층의 제 1 면(62)과 직접 접촉되고, 제 3 층의 제 1 면(42)이 제 4 층의 제 2 면(54)과 직접 접촉되는 것을 도시한다. 제 3 층(40)은 흡수층일 수 있고, 제 4 층(50) 및 제 5 층(60)은 보호 코팅층일 수 있다.
도 5는 제 3 층(40), 제 4 층(50), 및 제 5 층(60)을 포함하는 층상 구조를 도시하고 있으나, 이들 층 중 하나 이상은 존재할 수도 있고, 존재하지 않을 수도 있다는 것에 주목해야 한다. 예를 들면, 층상 구조는 보호 코팅층인 제 5 층(60), 흡수층(30), 복사선 방출층(20), 및 보호 코팅층인 제 4 층(50)을 포함할 수 있다. 마찬가지로, 층상 구조는 흡수층(30), 복사선 방출층(20), 흡수층인 제 3 층(40), 및 보호 코팅층인 제 4 층(50)을 포함할 수 있다.
가열 장치는 유리층(glass layer)을 더 포함할 수 있다. 유리층은 방출층의 일면 또는 양면 모두에 위치될 수 있다. 유리층은 흡수층의 일면 또는 양면 모두에 위치될 수 있다. 유리층은 층상 구조의 외면의 일면 또는 양면 모두에 위치될 수 있다.
층상 구조는 방출층 호스트 재료, 발광제 및 또한 자외선 흡수재를 포함하는 복사선 방출층을 포함한다. 발광제는 방출층 호스트 재료의 전체에 걸쳐 분산될 수 있고, 또는 복사선 방출층 내의 하나 이상의 하위층에 국한될 수 있다. 예를 들면, 복사선 방출층은 제 1 복사선 방출 하위층 및 제 2 복사선 방출 하위층을 포함할 수 있고, 각각의 복사선 방출 하위층은 독립적으로 발광제를 포함할 수 있다. 마찬가지로, 하위층은 동일하거나 상이한 발광제를 포함할 수 있고, 동일하거나 상이한 호스트 재료를 포함할 수 있다. 복사선 방출층이 2 개 이상의 하위층을 포함하고, 이 하위층들 중 하나가 인-몰드(in-mold) 코팅인 경우, 발광제 중 하나 이상은 상기 인-몰드 코팅층 내에 위치될 수 있고, 발광제를 위한 보다 부드러운 처리 조건을 허용할 수 있다. 다시 말하면, 복사선 방출층은 인-몰드 코팅층일 수 있다.
복사선 방출층의 표면은 내부 전반사에 의한 광 안내를 지원하도록 매끈한 표면일 수 있다. 마찬가지로, 하나 또는 양자 모두의 표면은 조명의 용도에서, 예를 들면, 빔 확산을 위해 텍스처링될 수 있으며, 여기서 텍스처링은 가시 파장에 대해 선택적으로 작용할 수 있고, 본 장치를 통해 더 긴 파장에 대해 내부 전반사를 유지할 수 있다.
복사선 방출층은 재료가 80% 이상의 투과율을 갖는 정도로 투명할 수 있다. 복사선 방출층은 재료가 90% 이상의 투과율을 갖는 정도로 투명할 수 있다. 복사선 방출층은 재료가 95% 이상의 투과율을 갖는 정도로 투명할 수 있다. 투명도는 ASTM D1003-00, CIE 표준 광원 C를 사용하는 프로시저 B를 사용하는 3.2 mm 두께의 샘플을 사용하여 단방향 시계에서 결정될 수 있다.
호스트 재료는 폴리카보네이트(예를 들면, 비스페놀 A 폴리카보네이트), 폴리에스터(예를 들면, 폴리(에틸렌 테레프탈레이트) 및 폴리(부틸 테레프탈레이트)), 폴리아릴레이트, 페녹시 수지, 폴리아미드, 폴리실록산(예를 들면, 폴리(디메틸 실록산)), 폴리아크릴(예를 들면, 폴리알킬메타크릴레이트(예를 들면, 폴리(메틸 메타크릴레이트)) 및 폴리메타크릴레이트), 폴리이미드, 비닐 폴리머, 에틸렌-비닐 아세테이트 코폴리머, 비닐 염화물-비닐 아세테이트 코폴리머, 폴리우레탄, 또는 코폴리머 및/또는 전술한 것 중 하나 이상을 포함하는 블렌드와 같은 재료를 포함할 수 있다. 호스트 재료는 폴리비닐 염화물, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리비닐 알코올, 폴리 비닐 아크릴레이트, 폴리 비닐 메타크릴레이트, 폴리비닐리덴 염화물, 폴리아크릴로니트릴, 폴리부타디엔, 폴리스티렌, 폴리비닐 부티랄, 폴리비닐 포르말, 또는 코폴리머 및/또는 전술한 것 중 하나 이상을 포함하는 블렌드를 포함할 수 있다. 호스트 재료는 폴리비닐 부티랄, 폴리이미드, 폴리카보네이트, 또는 전술한 것 중 하나 이상을 포함하는 조합을 포함할 수 있다. 복사선 방출층이 폴리카보네이트를 포함하는 경우, 폴리카보네이트는 적외선 흡수 폴리카보네이트를 포함할 수 있다. 호스트 재료는 전술한 것 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
복사선 방출층은 발광제를 포함하며, 이 발광제는 1 개 이상의 발광제를 포함할 수 있다. 발광제는 2 개 이상의 발광제를 포함할 수 있다. 발광제는 2 내지 6 개의 발광제를 포함할 수 있다. 발광제는 2 내지 4 개의 발광제를 포함할 수 있다. 발광제는 단일의 발광제를 포함할 수 있다.
발광제는 LSC(luminescent solar concentrator), 예를 들면, 태양으로부터 광을 흡수하는 기능을 하는 태양전지 패널에서 사용되어 왔다. LSC에서, 광은 본 장치의 넓은 표면을 통해 장치 내로 전송되고, 여기서 광은 발광제에 의해 흡수되고, 상이한 파장으로 방출된다. 방출된 광의 일부는 내부 전반사에 의해 본 장치의 에지로 전송되고, 여기서 광은 태양전지와 같은 에지-결합된 요소로 전송된다. LSC의 경우, 입사 태양 복사선의 최대 수집은 발광제의 여기 파장에서의 흡수 계수 Aex/LSC에 관한 다음의 조건에 의해 촉진된다.
Aex / LSC > 1/D (1)
여기서, D는 장치의 두께이다. LSC를 따라 에지-결합된 요소로의 광 수송 중의 재흡수는 발광제의 방출 파장에서의 흡수 계수 Aem / LSC에 관한 다음의 조건에 의해 최소화된다.
Aem / LSC << 1/m (2)
여기서, m은 장치의 길이이다.
대조적으로, 본 발명의 가열 장치에서, 탈출 콘 내의 발광제에 의한 재흡수는 발광제의 방출 파장에서 농도-의존성 흡수 계수 Aem에 관한 다음의 조건에 의해 주로 방지된다.
Aem ≤ 1/dL (3)
여기서, dL은 복사선 방출층의 두께이다(도 1 참조). 도 2는 소스 스펙트럼 S가 다운시프팅 발광제의 여기 스펙트럼 Ex와 중첩될 수 있음을 도시한다. 본 장치의 길이에 걸친 소스 광의 분포는 발광제의 여기 파장에서 농도-의존 흡수 계수 Aex에 관한 다음의 조건에 의해 촉진된다.
Aex ~ 1/L; 0.2/L ≤ Aex ≤ 5/L (4)
여기서, L은 에지-결합된 소스로부터 측정된 본 장치의 길이이고, 여기서 제 2 에지-결합된 소스가 제 1 소스의 반대편 에지 상에 배치되는 경우에 L은 식 4에서 L/2로 대체된다. 예를 들면, 여기 스펙트럼이 소스 스펙트럼 S과 중첩되지 않는 제 2 발광제가 존재한다면, 이것은 식 4의 적용을 받지 않고, 비교적 높은 유효 농도로 존재할 수 있고, 따라서 제 1 발광제의 방출 스펙트럼의 장파장 테일(tail)에서 더 효과적으로 광자를 재순환시킬 수 있다는 것이 주목된다.
도 2는 발광제 LA를 포함하는 복사선 방출층의 여기 스펙트럼 및 방출 스펙트럼을 도시한다. LA는 다운시프팅 발광제이고, 여기서 방출 스펙트럼 Em은 더 긴 파장을 향해 변위되고, 흡수된 광자는 더 낮은 에너지의 광자로 전환된다. 도 2는 다운시프팅 발광제를 도시하고 있으나, 복사선 방출층은 방출 스펙트럼을 더 짧은 파장으로 변위시키는 업시프팅 발광제를 포함할 수 있다는 것이 이해된다. 또한 업시프팅은 상향-변환을 포함하며, 이것에 의해 낮은 에너지의 2 개의 광자를 흡수하면 더 높은 에너지의 하나의 광자가 방출된다는 것이 이해된다. 소스 스펙트럼 S는 발광제 LA의 여기 스펙트럼 Ex와 중첩된다. 이러한 중첩은 식 4로 인해 장치의 길이에 걸쳐 발생되는 발광제 LA의 방출 스펙트럼 Em에 의해 표현되는 파장을 갖는 제 1 세대의 광자를 생성한다. 이러한 광자의 일부, 예를 들면, 20 내지 30%는 탈출 콘 내로 방출될 수 있고, 식 3으로 인해 적어도 방출층의 제 2 면을 통해 복사선 방출층으로부터 출사된다. 탈출 콘 내에서 방출되지 않은 나머지 광자는 복사선 방출층 내에서 내부 전반사에 의해 안내될 수 있고, 여기서 에지에 도달한 광자는, 예를 들면, 에지 미러에 의해 복사선 방출층 내로 역방향으로 반사될 수 있다. 다음에 나머지 광자는 발광제와 조우할 수 있다. 방출 스펙트럼 Em이 발광제의 여기 스펙트럼 Ex와 중첩됨에 따라 발광제는 여기되어, 방출 스펙트럼 Em에 의해 도시되는 바와 같은 파장을 가진 제 2 세대의 광자를 생성한다. 이러한 제 2 세대의 방출된 광자는 탈출 콘을 통한 본 복사선 방출층의 표면으로부터의 광자 방출에 또한 기여하며, 광자의 평형은 제 1 세대와 마찬가지로 재순환된다. 따라서, 마찬가지로 추가 세대의 광자가 생성된다.
도 2에서, 피크들이 서로로부터 약간 오프셋되어 도시되어 있으나, 이들은 서로로부터 더 오프셋되거나 또는 서로 일치될 수 있음이 이해된다. 마찬가지로, 도시되지는 않았으나, 소스, 여기 스펙트럼 및 발광 스펙트럼은 도시된 기준선 아래에서 x축선을 따라 더 연장되는 테일을 가질 수 있음이 이해된다.
방출 스펙트럼 Em을 갖는 방출된 복사선은 복사선 방출층으로부터 출사되어, 흡수층 내로 입사된다. 방출 스펙트럼 Em이 흡수재의 흡수 스펙트럼 A와 중첩될 때, 흡수재는 방출된 복사선을 흡수하고, 열을 생성하여 가열 장치를 가열할 수 있다.
당업자는 원하는 용도에 기초하여 소스 스펙트럼을 용이하게 구상할 수 있다. 예를 들면, 소스는 장파장 호스트 흡수 대역을 회피하거나 가시 대역을 회피하도록 필요에 따라 선택될 수 있다.
전술한 LSC 장치에 대하여, 식 3 및 식 4는 식 1 및 식 2와 상당히 다르며, 이것은 본 발명의 가열 장치의 신규성을 추가로 설명한다. 1/D >> 1/m임을 인식하고, LSC에 공통인 D 및 m의 각각의 범위가 본 발명의 복사선 방출층의 d 및 L과 유사하다고 가정하면, 식 1 및 식 4는 Aex가 Aex / LSC보다 훨씩 적으므로, 발광제의 최적 농도는 본 장치의 경우 LSC 보다 낮을 수 있다는 것을 나타낸다. 농도가 더 낮으면, 광을 산란시켜 투명도를 감소시킬 수 있는 및/또는 발광을 억제하여 효율을 약화시킬 수 있는 발광제가 응집되는 것이 방지된다.
발광제는 복사선 방출층의 길이에 걸쳐 분포될 수 있고, 광자의 파장을 변위시킬 뿐만 아니라 광자를 리디렉팅(redirecting)시키도록 작용할 수 있다. 예를 들면, 제 1 세대 광자의 일부는 복사선 방출층 내에서 내부 전반사로부터 탈출 콘 내로 리디렉팅될 수 있으므로 복사선 방출층으로부터 출사될 수 있고, 제 1 세대 광자의 일부는 복사선 방출층 내에서 추가의 발광제(예를 들면, 제 1 발광제 및 이 제 1 발광제와 상이한 추가의 발광제 중 하나 또는 양자 모두)를 여기시킬 수 있다.
발광제는 복사선 방출층의 투명도를 감소시키지 않을 정도의 크기일 수 있고, 예를 들면, 발광제는 가시광, 특히 390 내지 700 나노미터(nm)의 파장을 갖는 광을 산란시키지 않는 것일 수 있다. 발광제는 300 nm 이하, 구체적으로는 100 nm 이하, 더 구체적으로는 40 nm 이하, 더 구체적으로는 35 nm 이하의 최장 평균 치수를 가질 수 있다.
발광제는 다운시프팅제(예를 들면, (py)24Nd28F68(SePh)16, 여기서 py는 피리딘), 업시프팅제(예를 들면, NaCl:Ti2 +; MgCl2:Ti2 +; Cs2ZrBr6:Os4 +; 및 Cs2ZrCl6:Re4+), 또는 전술한 것 중 하나 또는 양자 모두의 조합을 포함할 수 있다. 업시프팅제는 이 제제의 총중량을 기준으로 5 중량% 이하의 Ti, Os, 또는 Re를 포함할 수 있다. 발광제는 유기 염료(예를 들면, 로다민 6G), 인다센 염료(예를 들면, 폴리아자인다센 염료), 양자 도트(quantum dot), 희토류 착체, 천이 금속 이온, 또는 전술한 것 중 하나 이상을 포함하는 조합을 포함할 수 있다. 발광제는 피롤로피롤 사이아닌(PPCy) 염료를 포함할 수 있다. 유기 염료 분자는 폴리머 골격에 부착되거나, 복사선 방출층 내에 분산될 수 있다. 발광제는 치환된 아미노기 및/또는 사이아노기를 갖는 피라진 유형의 화합물, 벤조프테리딘 유도체, 페릴렌 유형의 화합물(예를 들면, LUMOGENTM 083(BASF, NC로부터 시판됨))과 같은 프테리딘 화합물, 안트라퀴논 유형의 화합물, 티오인디고 유형의 화합물, 나프탈렌 유형의 화합물, 크산텐 유형의 화합물, 또는 전술한 것 중 하나 이상을 포함하는 조합을 포함할 수 있다. 발광제는 피롤로피롤 사이아닌(PPCy), 비스(PPCy) 염료, 수용체-치환된 스쿠아라인, 또는 전술한 것 중 하나 이상을 포함하는 조합을 포함할 수 있다. 피롤로피롤 사이아닌은 BF2-PPCy, BPh2-PPCy, 비스(BF2-PPCy), 비스(BPh2-PPCy), 또는 전술한 것 중 하나 이상을 포함하는 조합을 포함할 수 있다. 발광제는 란타니드 킬레이트와 같은 란타니드계 화합물을 포함할 수 있다. 발광제는 칼코게나이드-결합 란타니드를 포함할 수 있다. 발광제는 NaCl:Ti2 +와 같은 천이 금속 이온; MgCl2:Ti2 +; 또는 전술한 것 중 적어도 하나를 포함하는 조합을 포함할 수 있다. 발광제는 YAlO3:Cr3 +,Yb3 +; Y3Ga5O12:Cr3 +,Yb3 +; 또는 전술한 것 중 적어도 하나를 포함하는 조합을 포함할 수 있다. 발광제는 Cs2ZrBr6:Os4 +; Cs2ZrCl6:Re4+; 또는 전술한 것 중 적어도 하나를 포함하는 조합을 포함할 수 있다. 발광제는 전술한 발광제들 중 적어도 하나를 포함하는 조합을 포함할 수 있다.
발광제는 100,000 M- 1 cm-1 이상의 몰 흡광도를 가질 수 있다. 발광제는 500,000 M-1 cm-1 이상의 몰 흡광도를 가질 수 있다.
발광제는 실리카 구체 또는 폴리스티렌 구체 등과 같은 둘러싸는 구체 내에 봉입될 수 있다. 발광제는 납, 카드뮴, 및 수은 중 하나 이상을 함유하지 않을 수 있다. 발광제는 0.1 내지 0.95의 양자 수율을 가질 수 있다. 발광제는 0.2 내지 0.75의 양자 수율을 가질 수 있다.
발광제는 제 1 범위의 파장에 걸쳐 복사선을 흡수할 수 있고, 제 1 범위와 부분적으로 중첩될 수 있는 제 2 범위의 파장에 걸쳐 복사선을 재방출할 수 있다. 발광제에 의해 흡수될 수 있는 복사선은 복사선 소스 및/또는 동일한 종의 발광제 및/또는 상이한 종의 발광제로부터 유래될 수 있다.
발광제로부터의 방출은 방향에 관하여 등방성일 수 있고, 여기서 방출된 광자는 탈출 콘을 통해 장치로부터 출사되거나 내부 전반사에 의해 복사선 방출층 내에 감금된다. 탈출 콘을 통해 출사되는 복사선의 방향은 본 장치의 넓은 표면에 수직인 방향을 중심으로 하여 넓은 각도 범위에 걸쳐 균일하게 분포될 수 있다.
발광제에 대한 여기 및 방출은 발광제의 장축선에 수직인 방향으로 선호될 수 있도록 비등방성(이색성이라고도 지칭됨)일수있다. 장축선은 넓은 표면에 수직이거나, 또는 예를 들면 수직의 적어도 10도 이내일 수 있다. 대안적으로, 장축선의 정렬은 다양한 위치로 변할 수 있다. 예를 들면, 넓은 표면들 중 하나의 중심을 향하는 비등방성 발광제의 장축선은, 예를 들면, 표면에 대한 수직으로부터 10도 내지 90도의 각도를 가질 수 있고, 가열 장치의 에지를 향하는 비등방성 발광제의 장축선은 넓은 표면에 대한 수직의 10도 이내에 있을 수 있다.
흡수층 내에서 방출된 복사선의 흡수에 더하여 방출된 복사선은 장치의 표면 상의 물 및/또는 얼음에 의해 흡수될 수 있다. 방출된 복사선은 자외선 복사선의 파장으로부터 근적외선 복사선의 범위의 파장을 가질 수 있다. 방출된 복사선은 10 nm 내지 2.5 마이크로미터의 파장을 가질 수 있다. 물과 얼음은 가시 파장 범위에서 각각의 최소치를 나타내고, 이들 최소치로부터 급격히 증가하는 자외선 내지 근적외선의 범위의 파장에 실질적으로 일치하는 흡수 계수를 가지므로 자외선 및/또는 근적외선 파장 범위에서의 방출은 디포깅, 제상, 및 제빙과 같은 용도에서 유용할 수 있다.
흡수층은 흡수재를 포함하고, 자외선 흡수 분자를 더 포함할 수 있다. 흡수층은 흡수층 호스트 재료를 포함할 수 있고, 이 흡수층 호스트 재료는 방출층 호스트 재료와 동일하거나 상이할 수 있다. 흡수층 호스트 재료는 유리를 포함할 수 있다. 흡수층 호스트 재료는 폴리비닐 부티랄을 포함할 수 있다. 반대로, 흡수층은 호스트 재료를 포함하지 않을 수 있다. 예를 들면, 층상 구조는 방출층, 유리층, 및 이들 사이에 위치된 흡수재를 포함할 수 있고, 여기서 흡수층의 높이 dA는 흡수층의 높이에 걸쳐 설치된 평균 개수의 흡수재의 평균 직경의 합이다. 흡수층은 복사선 방출층보다 낮은 굴절률을 가질 수 있다.
흡수층은 복사선 방출층과 직접 접촉되는 매끈한 제 1 면 및 매끈하거나 거칠 수 있는 제 2 면을 가질 수 있다. 흡수층은 복사선 방출층과 직접 접촉되는, 그리고 복사선 방출층의 상기 표면에 대해 합치될 수 있는 제 1 면 및 매끈하거나 거칠 수 있는 제 2 면을 가질 수 있다.
흡수재는 무복사성 흡수재를 포함할 수 있다. 흡수재는 복사선 방출층 내의 발광제의 방출 스펙트럼과 중첩되는 흡수 스펙트럼을 갖는 임의의 흡수재를 포함할 수 있다. 흡수재는 700 내지 1500 nm의 흡수를 갖는 화합물일 수 있다. 흡수재는 유기 흡수재(예를 들면, 프탈로시아닌 화합물 및 나프탈로시아닌 화합물), 무기 흡수재(예를 들면, 인듐 주석 산화물(ITO) 및 안티모니 주석 산화물(ATO)), 또는 전술한 것 중 하나 또는 양자 모두를 포함하는 조합을 포함할 수 있다. 흡수재는 희토류 원소(예를 들면, Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb 및 Lu), ITO, ATO, 프탈로시아닌 화합물, 나프탈로시아닌 화합물, 아조 염료, 안트라퀴논, 스쿠아린산 유도체, 이모늄 염료, 페릴렌(예를 들면, LUMOGENTM 083(BASF, NC으로부터 시판됨)), 쿼터일렌, 폴리메틴, 또는 전술한 것 중 하나 이상을 포함하는 조합을 포함할 수 있다. 흡수재는 프탈로시아닌 및 나프탈로시아닌 중 하나 또는 양자 모두를 포함할 수 있고, 여기서 전술한 것 중 하나 또는 양자 모두는 배리어 측쇄기(barrier side group), 예를 들면, 페닐, 페녹시, 알킬페닐, 알킬페녹시, tert-부틸, -S-페닐-아릴, -NH-아릴, NH-알킬 등을 가질 수 있다. 흡수재는 Cu(II) 인산염 화합물을 포함할 수 있고, 이것은 메타크릴로일옥시에틸 인산염(MOEP) 및 구리(II) 탄산염(CCB) 중 하나 또는 양자 모두를 포함할 수 있다. 흡수재는 쿼터릴렌테트라카본이미드 화합물을 포함할 수 있다. 흡수재는 XB6로 표시되는 육붕소화물을 포함할 수 있으며, 여기서 X는 La, Ce, Pr, Nd, Gd, Tb, Dy, Ho, Y, Sm, Eu, Er, Tm, Yb, Lu, Sr, 및 Ca로부터 선택되는 적어도 하나이다. 흡수재는 육붕소화물을 포함할 수 있고, 입자는 ITO 및 ATO 중 하나 또는 양자 모두를 포함할 수 있고, 여기서 육붕소화물 대 입자의 비율은 0.1:99.0 내지 15:85일 수 있고, 입자는 200 nm 이하의 평균 직경을 가질 수 있다. 흡수재는 전술한 흡수재 중 하나 이상을 포함하는 조합을 포함할 수 있다. 흡수재는 100 중량부의 흡수층 당 0.1 내지 20 중량부의 양으로 존재할 수 있다.
2 개의 흡수층이 존재하는 경우, 이 2 개의 흡수층은 동일하거나 상이할 수 있고, 동일하거나 상이한 호스트 재료 및 동일하거나 상이한 흡수재를 포함할 수 있다.
복사선 소스는 도 1에 도시된 바와 같은 에지 장착된 광원일 수 있다. 마찬가지로, 복사선 소스는 장치로부터 이격되어 있을 수 있고, 예를 들면, 광섬유에 의해 장치의 적어도 하나의 에지에 결합될 수 있다. 원격 복사선 소스가 사용되는 경우, 이 복사선 소스는 하나 이상 장치와 연동하여 사용된다. 복사선 소스는 층상 구조의 전체 높이 d와 결합될 수 있고, 또는 방출층의 높이 dL에만 결합할 수 있다.
복사선 소스의 가열 장치로의 결합은 광학적으로 연속적일 수 있고, 복사선이 내부 전반사에 의해 장치를 통해 안내될 수 있도록 가열 장치의 에지에서 수용 콘(acceptance cone) 내에서 복사선을 방출하도록 구성될 수 있다. 본 명세서에서 사용될 때, 용어 "선택적으로 연속적"은 복사선 소스로부터의 광의 90 내지 100%가 가열 장치 내로 전송됨을 의미할 수 있다. 복사선 소스는 높이, 예를 들면, 높이 d 또는 높이 dL 및 도 1에 도시되지 않은 폭에 의해 형성되는 표면을 갖는 복사선 방출 장치의 에지에 결합될 수 있다.
복사선 소스는 이 소스가 결합되는 에지를 따라 측정되었을 때 40 내지 400 와트/미터(W/m)를 방출하는 복사선 소스일 수 있다. 복사선 소스는 70 내지 300 W/m를 방출하는 복사선 소스일 수 있다. 복사선 소스는 85 내지 200 W/m를 방출하는 복사선 소스일 수 있다.
복사선 소스는 100 내지 2,500 nm의 파장을 가진 복사선을 방출할 수 있다. 복사선 소스는 300 내지 1,500 nm의 파장을 가진 복사선을 방출할 수 있다. 복사선 소스는 380 내지 750 nm의 파장을 가진 가시 범위 내의 복사선을 방출할 수 있다. 복사선 소스는 700 내지 1,200 nm의 파장을 가진 근적외선 복사선을 방출할 수 있다. 복사선 소스는 800 내지 1,100 nm의 파장을 가진 근적외선 복사선을 방출할 수 있다. 복사선 소스는 250 내지 400 nm의 파장을 가진 자외선 복사선을 방출할 수 있다. 복사선 소스는 350 내지 400 nm의 파장을 가진 자외선 복사선을 방출할 수 있다. 복사선 소스로부터 방출된 복사선은 복사선 방출층에 도입되기 전에 원하는 파장으로 필터링될 수 있다.
복사선 소스는, 예를 들면, 예를 들면, 발광 다이오드(LED), 전구(예를 들면, 텅스텐 필라멘트 전구); 자외선; 형광등(예를 들면, 백색광, 핑크색광, 흑색광, 청색광, 흑색광 전구(BLB) 광); 백열등; 고강도 방전 램프(예를 들면, 금속 할라이드 램프); 냉음극관, 광파이버 도파관; 유기 발광 다이오드(OLED); 또는 전계 발광을 생성하는 장치(EL)일 수 있다.
가열 장치는, 그렇지 않으면 장치로부터 출사될 광자를 반사시킴으로써 가열 장치의 효율을 증가시키기 위해, 본 장치의 하나 이상의 측면 상에 위치되는 미러를 선택적으로 가질 수 있다. 미러는, 예를 들면, 근적외선 범위에서 고도의 반사성을 가질 수 있으며, 금속화된 면일 수 있다. 특히, 가열 장치는 하나 이상의 에지 미러, 예를 들면, 선택적 반사 에지 미러를 포함할 수 있다. 에지 미러는 그렇지 않으면 장치로부터 복사선 방출층 내로 역방향으로 탈출될 수 있는 복사선의 방향을 전환하기 위해 에지 상에 위치될 수 있다. 선택적 반사 에지 미러는 복사선 소스와 복사선 방출층 사이의 에지 상에 위치될 수 있으므로, 소스 스펙트럼은 복사선 소스와 본 장치 사이에서 주로 전송되는 반면에 발광제의 발광 스펙트럼은 복사선 방출층 내로 주로 역방향으로 반사된다. 방출층의 제 2 면으로부터만 방출이 요구되는 경우, 표면 미러는 방출층의 제 1 면 상에 위치될 수 있고, 상기 표면과의 사이에 간극이 존재하도록 표면에 근접하여 위치될 수 있다. 간극은 액체(예를 들면, 물, 오일, 실리콘 유체 등), 복사선 방출층보다 낮은 굴절률을 갖는 고체, 또는 기체(예를 들면, 공기, 산소, 질소 등)를 포함할 수 있다. 간극은 복사선 방출층보다 낮은 굴절률을 갖는 액체 또는 기체를 포함할 수 있다. 간극은 장치 내에서 내부 전반사를 지원하는 공기 간극일 수 있다.
가열 장치는 본 장치의 외면 상에 보호 코팅층을 포함할 수 있다. 가열 장치는 방출층의 제 2 면, 흡수층의 제 1 면, 방출층의 제 1 면, 흡수층의 제 2 면, 또는 전술한 것 중 하나 이상을 포함하는 조합 상에 보호 코팅층을 포함할 수 있다. 가열 장치는 보호 코팅층을 포함할 수 있고, 여기서 이 코팅은 방출층의 제 1 면 및 흡수층의 제 2 면 중 하나 또는 양자 모두에 도포될 수 있다. 보호 코팅층은 자외선 보호층, 내마모층, 앤티포그 층, 또는 전술한 것 중 하나 이상을 포함하는 조합을 포함할 수 있다. 보호 코팅층은 실리콘 하드코트(hardcoat)를 포함할 수 있다.
자외선 보호층은 본 장치의 외면에 도포될 수 있다. 예를 들면, 자외선 보호층은 100 마이크로미터(μm) 이하의 두께를 가진 코팅일 수 있다. 자외선 보호층은 4 μm 내지 65 μm의 두께를 가진 코팅일 수 있다. 자외선 보호층은 실온 및 대기압에서 코팅 용액 내에 플라스틱 기판을 침지(즉, 침지 코팅)하는 단계를 포함하는 다양한 수단에 의해 도포될 수 있다. 자외선 보호층은 또한 플로우 코팅, 커튼 코팅, 분무 코팅을 포함하지만 이에 한정되지 않는 다른 방법에 의해 도포될 수 있다. 자외선 보호층은 실리콘(예를 들면, 실리콘 하드코트), 폴리우레탄(예를 들면, 폴리우레탄 아크릴레이트), 아크릴, 폴리아크릴레이트(예를 들면, 폴리메타크릴레이트, 폴리메틸메타크릴레이트), 폴리비닐리덴 불화물, 폴리에스터, 에폭시, 전술한 것 중 적어도 하나를 포함하는 조합을 포함할 수 있다. 자외선 보호층은 폴리(메틸 메타크릴레이트), 폴리우레탄, 또는 전술한 것 중 하나 또는 양자 모두를 포함하는 조합과 같은 자외선 차단 폴리머를 포함할 수 있다. 자외선 보호층은 자외선 흡수 분자를 포함할 수 있다. 자외선 보호층은 실리콘 하드코트 층(예를 들면, Momentive Performance Materials로부터 시판되는 AS4000, AS4700, 또는 PHC587)을 포함할 수 있다.
자외선 흡수 분자는 히드록시벤조페논(예를 들면, 2-히드록시-4-n-옥톡시 벤조페논), 히드록시벤조트리아진, 시아노아크릴레이트, 옥사닐리드, 벤조옥사지논(예를 들면, 2,2'-(1,4-페닐렌)비스(Cytec으로부터 상표명 CYASORB UV-3638로 시판되는 4H-3,1-벤조옥사진-4-온), 아릴 살리실레이트, 히드록시벤조트리아졸(예를 들면, 2-(2-히드록시-5-메틸페닐)벤조트리아졸, 2-(2-히드록시-5-tert-옥틸페닐)벤조트리아졸, 및
Cytec으로부터 상표명 CYASORB 5411로 시판되는 2-(2H-벤조트리아졸-2-일)-4-(1,1,3,3-테트라메틸부틸)-페놀, 또는 전술한 것 중 적어도 하나를 포함하는 조합을 포함할 수 있다. 자외선 흡수 분자는 히드록시페닐타진, 히드록시벤조페논, 히드록실페닐벤조타졸, 히드록시페닐트리아진, 폴리아로일레소르시놀, 시아노아크릴레이트, 또는 전술한 것 중 적어도 하나를 포함하는 조합을 포함할 수 있다. 자외선 흡수 분자는 조성물 내의 폴리머의 총중량을 기준으로 0.01 내지 1 중량%, 구체적으로는 0.1 내지 0.5 중량%, 더 구체적으로는 0.15 내지 0.4 중량%의 양으로 존재할 수 있다.
자외선 보호층은 프라이머(primer) 층 및 코팅(예를 들면, 탑 코트(top coat))를 포함할 수 있다. 프라이머 층은 본 방치에 대한 자외선 보호층의 접착을 도울 수 있다. 프라이머 층은 아크릴, 폴리에스터, 에폭시, 및 전술한 것 중 적어도 하나를 포함하는 조합을 포함할 수 있으나, 이것에 한정되지 않는다. 프라이머 층은 자외선 보호층의 탑 코트에 더하여 또는 대신에 자외선 흡수재를 포함할 수도 있다. 예를 들면, 프라이머 층은 아크릴 프라이머(예를 들면, Momentive Performance Materials로부터 시판되는 SHP401 또는 SHP470)를 포함할 수 있다.
내마모층(예를 들면, 코팅 또는 플라즈마 코팅)은 본 장치의 하나 이상의 표면에 도포될 수 있다. 예를 들면, 내마모층은 흡수층의 제 2 면 및 방출층의 제 1 면 중 하나 또는 양자 모두에 인접하여 위치될 수 있고, 각각의 내마모층은 독립적으로 전술한 표면들 중 하나와 직접 접촉될 수 있거나, 자외선 보호층과 같은 제 2 보호층은 이들 사이에 위치될 수 있다. 내마모층은 단일의 층 또는 복수의 층을 포함할 수 있고, 가열 장치의 내마모성을 향상시킴으로써 향상된 기능을 추가할 수 있다. 일반적으로, 내마모층은 알루미늄 산화물, 바륨 불화물, 붕소 질화물, 하프늄 산화물, 란타넘 불화물, 마그네슘 불화물, 마그네슘 산화물, 스칸듐 산화물, 실리콘 일산화물, 실리콘 이산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 산질화물, 실리콘 탄화물, 실리콘 산탄화물, 수소화 실리콘 산탄화물, 탄탈럼 산화물, 타이나늄 산화물, 주석 산화물, 인듐 주석 산화물, 이트륨 산화물, 아연 산화물, 아연 셀렌화물, 아연 황화물, 지르코늄 산화물, 지르코늄 티타네이트, 유리, 및 전술한 것 중 적어도 하나를 포함하는 조합과 같은, 그러나 이것에 한정되지 않는 유기 코팅 및/또는 무기 코팅을 포함할 수 있다.
내마모층은 진공 보조 증착 공정 및 대기압 코팅 공정과 같은 다양한 침착 기술에 의해 도포될 수 있다. 예를 들면, 진공 보조 증착 공정은 플라즈마 화학 증착(PECVD), 아크-PECVD, 팽창 열 플라즈마 PECVD, 이온 보조 플라즈마 증착, 마그네트론 스퍼터링, 전자빔 증착, 및 이온빔 스퍼터링을 포함할 수 있으나, 이것에 한정되지 않는다.
선택적으로, 하나 이상의 층(예를 들면, 자외선 보호층 및/또는 내마모층 및/또는 앤티포그 층)은 라미네이션 또는 필름 인서트 성형과 같은 방법에 의해 가열 장치의 외면에 도포되는 필름일 수 있다. 이 경우, 기능층(들) 또는 코팅(들)은 필름 및/또는 이 필름의 일면의 반대측의 가열 장치의 타면에 부착될 수 있다. 예를 들면, 공압출 필름, 압출 코팅된 필름,롤러 코팅된 필름, 또는 압출-라미네이팅된 필름이 전술한 바와 같은 하드코트(예를 들면, 실리콘 하드코트)의 대안으로서 사용될 수 있다. 필름은 내마모층에 자외선 보호층(즉, 필름)의 접착을 촉진시키기 위한 첨가제 또는 코폴리머를 함유할 수 있고, 및/또는 아크릴(예를 들면, 폴리메틸메타크릴레이트), 플루오로폴리머(예를 들면, 폴리비닐리덴 불화물, 폴리비닐 불화물) 등과 같은 내후 재료를 포함할 수 있고, 및/또는 하측의 기판을 보호하기에 충분하도록 자외선 복사선의 투과를 차단할 수 있고, 및/또는 필름 인서트 성형(FIM)(IMD(in-mold decoration)), 압출, 또는 3 차원 형상의 패널의 라미네이션 처리에 적합할 수 있다.
층들 중 하나 이상은 각각 독립적으로 첨가제를 포함할 수 있다. 첨가제는 착색제(들), 항산화제(들), 표면활성제(들), 가소제(들), 적외선 복사선 흡수재(들), 정전기 방지제(들), 항균제(들), 유동 첨가제(들), 분산제(들), 상용화제(들)(compatibilizers), 경화 촉매(들), 자외선 흡수 분자(들), 및 전술한 것 중 적어도 하나를 포함하는 조합을 포함할 수 있다. 다양한 층에 첨가되는 임의의 첨가제의 유형 및 양은 엔클로저의 원하는 성능 및 최종 용도에 의존한다.
자외선 흡수 분자는 히드록시벤조페논(예를 들면, 2-히드록시-4-n-옥톡시 벤조페논), 히드록시벤조트리아진, 시아노아크릴레이트, 옥사닐리드, 벤조옥사지논(예를 들면, 2,2'-(1,4- 페닐렌)비스(Cytec으로부터 상표명 CYASORB UV-3638로 시판되는 4H-3,1-벤조옥사진-4-온), 아릴 살리실레이트, 히드록시벤조트리아졸(예를 들면, 2-(2-히드록시-5-메틸페닐)벤조트리아졸, 2-(2-히드록시-5-tert-옥틸페닐)벤조트리아졸, 및
Cytec으로부터 상표명 CYASORB 5411로 시판되는 2-(2H-벤조트리아졸-2-일)-4-(1,1,3,3-테트라메틸부틸)-페놀, 또는 전술한 자외선 안정제 중 적어도 하나를 포함하는 조합을 포함할 수 있다. 자외선 안정제는 조성물 내의 폴리머의 총중량을 기준으로 0.01 내지 1 중량%, 구체적으로는 0.1 내지 0.5 중량%, 더 구체적으로는 0.15 내지 0.4 중량%의 양으로 존재할 수 있다.
보호 코팅(들)은 근적외선 범위 내에서 흡수하지 않도록 선택될 수 있다.
보호 코팅층은 복사선 방출층보다 낮은 굴절률을 가질 수 있다. 보호 코팅층은 복사선 방출층 및 흡수층보다 낮은 굴절률을 가질 수 있다. 보호 코팅은 방출층 호스트 재료의 굴절률보다 낮은 굴절률을 가지질 수 있다.
가열 장치는 평평한 패널, 글레이징(glazing), 또는 조명 모듈용 렌즈일 수 있다. 가열 장치는, 특히, 예를 들면, 자동차 외부 조명(전조등 및 미등), 비행장 조명, 가로등, 교통 신호등, 및 신호등과 같은 외부 조명의 용도에서의 디포깅, 제상, 및 제빙; 예를 들면, 수송(자동차) 또는 건설 용도(채광창)용 글레이징; 예를 들면, 냉장고 도어, 냉동고 도어, 냉동고 및/또는 냉장실장실의 내벽의 제상을 위한 기기; 및 간판 중 하나 이상을 위해 사용될 수 있다. 이러한 가열 장치는 저항 가열 도체를 사용하지 않고 디포깅, 제상 및 제빙 중 하나 이상을 달성할 수 있다.
이 가열 장치는 거울(예를 들면, 목욕탕, 피트니스 시설, 풀장 시설, 라커룸에 설치된 거울), 플로어, 도어(예를 들면, 냉장고 도어 및 냉동고 도어), 선반, 카운터탑 등과 같은 가열식 표면에 사용될 수 있다. 이 가열식 표면이 거울인 경우, 이 거울은 복사선 방출층 이외의 층의 표면 상에 은도금될 수 있다.
이하에서 표면을 가열하기 위한 본 발명의 장치 및 표면을 가열하는 방법의 일부의 실시형태를 설명한다.
실시형태 1: 가열 장치로서, 소스 복사선을 방출하는 복사선 소스, 방출층 호스트 재료 및 발광제를 포함하는 복사선 방출층 - 상기 복사선 방출층은 에지, 방출층의 제 1 면, 및 방출층의 제 2 면을 포함하고, 상기 에지는 dL의 높이를 갖고, 상기 방출층의 제 1 면은 길이 L을 갖고, 길이 L은 높이 dL보다 크고, 길이 L 대 높이 dL의 비율은 10 이상이고, 상기 복사선 소스는 에지에 결합되고, 상기 소스 복사선은 복사선 소스로부터 에지를 통해 전송되어 발광제를 여기시키고, 그 후 발광제는 방출된 복사선을 방출하고, 방출된 복사선의 적어도 일부는 탈출 콘을 통해 방출층의 제 2 면을 통해 출사됨 -; 및 흡수층을 포함하고, 이 흡수층은 흡수층의 제 1 면을 포함하고, 이 흡수층의 제 1 면은 방출층의 제 2 면과 직접 접촉되고, 이 흡수층은 탈출 콘을 통해 탈출하는 방출된 복사선을 흡수하는 흡수재를 포함한다.
실시형태 2: 실시형태 1의 장치로서, 상기 방출층의 제 1 면 및 상기 방출층의 제 2 면 중 하나 또는 양자 모두로부터 방출되는 복사선은 상기 방출층의 제 1 면 및 상기 방출층의 제 2 면 상의 모든 위치에서 측정된 복사선이 각각의 표면으로부터 방출되는 평균 복사선의 40% 이하, 구체적으로는 30% 이하, 더 구체적으로는 20% 이하이도록 균일하다.
실시형태 3: 전술한 실시형태들 중 임의의 장치로서, 상기 방출된 복사선은 1 시간 이내에 상기 흡수층의 제 2 면 상에 위치된 1 mm 두께의 얼음층을 용해시킬 수 있다.
실시형태 4: 전술한 실시형태들 중 임의의 장치로서, 상기 길이 L 대 상기 높이 dL의 비율은 30 이상이다.
실시형태 5: 전술한 실시형태들 중 임의의 장치로서, 상기 흡수재는 광을 방출하지 않는다.
실시형태 6: 전술한 실시형태들 중 임의의 장치로서, 상기 흡수층은 흡수층 호스트 재료를 포함하지 않는다.
실시형태 7: 실시형태 1 내지 실시형태 5 중 임의의 장치로서, 상기 흡수층은 흡수층 호스트 재료를 포함한다.
실시형태 8: 전술한 실시형태들 중 임의의 장치로서, 상기 방출층 호스트 재료 및 상기 흡수층 호스트 재료 중 하나 또는 양자 모두는 폴리카보네이트, 폴리에스터, 폴리아크릴레이트, 폴리비닐 부티랄, 폴리이소프렌, 또는 전술한 것 중 하나 이상을 포함하는 조합을 포함한다.
실시형태 9: 실시형태 8의 장치로서, 상기 폴리에스터는 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 포함하고, 상기 폴리아크릴레이트는 폴리메틸메타크릴레이트와 같은 폴리알킬메타크릴레이트를 포함한다.
실시형태 10: 전술한 실시형태들 중 임의의 장치로서, 상기 복사선 방출층은 상기 흡수층보다 높은 굴절률을 갖는다.
실시형태 11: 전술한 실시형태들 중 임의의 장치로서, 상기 흡수재는 유기 화합물, 무기 화합물, 또는 전술한 것 중 하나 또는 양자 모두를 포함하는 조합을 포함한다.
실시형태 12: 전술한 실시형태들 중 임의의 장치로서, 상기 흡수재는 희토류 원소(예를 들면, Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb 및 Lu), ITO, ATO, 프탈로시아닌 화합물, 나프탈로시아닌 화합물, 아조 염료, 안트라퀴논, 스쿠아린산 유도체, 이모늄 염료, 페릴렌, 쿼터일렌, 폴리메틴, 또는 전술한 것 중 하나 이상을 포함하는 조합을 포함한다.
실시형태 13: 전술한 실시형태들 중 임의의 장치로서, 상기 흡수재는 프탈로시아닌 및 나프탈로시아닌 중 하나 또는 양자 모두를 포함하고, 여기서 전술한 것 중 하나 또는 양자 모두는 배리어 측쇄기(barrier side group), 예를 들면, 페닐, 페녹시, 알킬페닐, 알킬페녹시, tert-부틸, -S-페닐-아릴, -NH-아릴, NH-알킬 등을 가질 수 있다.
실시형태 14: 전술한 실시형태들 중 임의의 장치로서, 상기 흡수재는 쿼터릴렌테트라카본이미드 화합물 및 Cu(II) 인산염 화합물 중 하나 또는 양자 모두를 포함하고, 이것은 메타크릴로일옥시에틸 인산염(MOEP) 및 구리(II) 탄산염(CCB) 중 하나 또는 양자 모두를 포함할 수 있다.
실시형태 15: 전술한 실시형태들 중 임의의 장치로서, 상기 흡수재는 XB6로 표시되는 육붕소화물을 포함하고, 여기서 X는 La, Ce, Pr, Nd, Gd, Tb, Dy, Ho, Y, Sm, Eu, Er, Tm, Yb, Lu, Sr, 및 Ca로부터 선택되는 적어도 하나 및 선택적으로 ITO 및 ATO 중 하나 또는 양자 모두를 포함하는 입자이고, 육붕소화물 대 입자의 비율은 0.1:99.0 내지 15:85이고, 상기 입자는 200 nm 이하의 평균 직경을 가질 수 있다.
실시형태 16: 전술한 실시형태들 중 임의의 장치로서, 상기 발광제는 염료, 양자 도트(quantum dot), 희토류 착체, 천이 금속 이온, 또는 전술한 것 중 하나 이상을 포함하는 조합을 포함한다.
실시형태 17: 전술한 실시형태들 중 임의의 장치로서, 상기 방출된 복사선은 자외선 범위, 가시 범위, 근적외선 범위, 또는 전술한 것 중 하나 이상을 포함하는 조합의 파장을 갖는 복사선을 포함한다.
실시형태 18: 실시형태 17의 장치로서, 상기 방출된 복사선은 근적외선 범위의 파장을 갖는 복사선을 포함한다.
실시형태 19: 전술한 실시형태들 중 임의의 장치로서, 상기 발광제는 장축 상에서 측정된 40 nm 이하의 평균 입도를 갖는다.
실시형태 20: 전술한 실시형태들 중 임의의 장치로서, 상기 발광제는 가시광을 산란시키지 않는다.
실시형태 21: 전술한 실시형태들 중 임의의 장치로서, 물 또는 얼음의 존재를 검출하기 위한 센서를 더 포함한다.
실시형태 22: 전술한 실시형태들 중 임의의 장치로서, 상기 복사선 소스를 온 및 오프시키도록 구성된 스위치를 더 포함한다.
실시형태 23: 전술한 실시형태들 중 임의의 장치로서, 에지 미러, 선택적 반사 에지 미러, 및 표면 미러 중 하나 이상을 더 포함한다.
실시형태 24: 전술한 실시형태들 중 임의의 장치로서, 상기 복사선 방출층은 인-몰드 코팅층을 포함한다.
실시형태 25: 전술한 실시형태들 중 임의의 장치로서, 보호 코팅을 더 포함하고, 상기 보호 코팅은 자외선 보호층, 내마모층, 앤티포그 층, 또는 전술한 것 중 하나 이상을 포함하는 조합을 포함한다.
실시형태 26: 전술한 실시형태들 중 임의의 장치로서, 상기 발광제는 (py)24Nd28F68(SePh)16; NaCl:Ti2 +; MgCl2:Ti2 +; Cs2ZrBr6:Os4 +; Cs2ZrCl6:Re4 +; YAlO3:Cr3+,Yb3+; Y3Ga5O12:Cr3 +,Yb3 +; 로다민 6G; 인다센 염료; 치환된 아미노기 및 사이아노기 중 하나 또는 양자 모두를 갖는 피라진 유형의 화합물; 프테리딘 화합물; 페릴렌 유형의 화합물; 안트라퀴논 유형의 화합물; 티오인디고 유형의 화합물; 나프탈렌 유형의 화합물; 크산텐 유형의 화합물; 피롤로피롤 사이아닌(PPCy); 비스(PPCy) 염료; 수용체-치환된 스쿠아라인; 란타니드계 화합물; 또는 전술한 것 중 하나 이상을 포함하는 조합을 포함한다.
실시형태 27: 전술한 실시형태들 중 임의의 장치로서, 상기 발광제는 (py)24Nd28F68(SePh)16; NaCl: Ti2 +; MgCl2:Ti2 +; Cs2ZrBr6:Os4 +; Cs2ZrCl6:Re4 +; YAlO3:Cr3+,Yb3+; Y3Ga5O12:Cr3 +,Yb3 +; 또는 전술한 것 중 하나 이상을 포함하는 조합을 포함한다.
실시형태 28: 전술한 실시형태의 임의의 장치를 이용하여 흡수층의 제 2 면을 가열하기 위한 방법으로서, 복사선 소스로부터 소스 복사선을 방출시키는 단계; 상기 복사선으로 방출층 호스트 재료 및 발광제를 포함한 복사선 방출층을 조사하는 단계 - 상기 복사선 방출층은 에지, 방출층의 제 1 면, 및 방출층의 제 2 면을 포함하고, 상기 복사선 소스는 에지에 결합되고, 상기 소스 복사선은 복사선 소스로부터 에지를 통해 전송되어 발광제를 여기시키고, 그 후 발광제는 방출된 복사선을 방출하고, 방출된 복사선의 적어도 일부는 탈출 콘을 통해 방출층의 제 2 면을 통해 출사됨 -; 흡수층의 제 1 면 및 흡수층의 제 2 면을 포함하는 흡수층 내의 흡수재에 의해 방출된 복사선을 흡수하는 단계 - 상기 흡수층의 제 1 면은 방출층의 제 2 면과 직접 접촉됨 -; 및 상기 흡수층의 제 2 면을 가열시키는 단계를 포함한다.
실시형태 29: 실시형태 28의 방법으로서, 상기 흡수층의 제 2 면 상에서 얼음 및/또는 물의 존재를 감지하는 단계를 더 포함한다.
실시형태 30: 실시형태 29의 방법으로서, 상기 흡수층의 제 2 면에서 물 및/또는 얼음이 감지된 경우에 상기 복사선 소스를 온시키는 단계 및 상기 흡수층의 제 2 면에 물 및/또는 얼음이 없는 경우에 상기 복사선 소스를 오프시키는 단계를 더 포함한다.
일반적으로, 본 발명은 대안적으로 본 명세서에 개시된 임의의 적절한 구성요소를 포함하거나, 이 구성요소로 구성되거나, 본질적으로 이 구성요소로 구성될 수 있다. 본 발명은 부가적으로 또는 대안적으로 종래 기술의 조성물에서 사용되거나 본 발명의 기능 및/또는 목적의 달성에 불필요한 임의의 구성요소, 재료, 성분, 보조제 또는 종을 결여시키거나 실질적으로 포함하지 않도록 제조될 수 있다.
본 명세서에 개시된 모든 범위는 종점(endpoint)을 포함하고, 이 종점은 서로 독립적으로 조합될 수 있다(예를 들면, "25 중량% 이하, 또는 더 구체적으로는 5 중량% 내지 20 중량%"는 종점 및 "5 중량% 내지 25 중량%"의 범위의 모든 중간값을 포함함). "조합"은 블렌드, 혼합물, 합금, 반응 생성물 등을 포함한다. 또한, 용어 "제 1", "제 2" 등은 본 명세서에서 임의의 순서, 양 또는 중요도를 나타내지 않으며, 하나의 요소를 다를게 나타내기 위해 사용된다. 용어 "하나의(a 및 an)" 및 "상기(the)"는 본 명세서에서 양의 제한을 나타내지 않으며, 본원에서 달리 지시되거나 문맥에 의해 명확하게 반대되지 않는 한 단수 및 복수의 양자 모두를 포함하는 것으로 해석되어야 한다. 본 명세서에서 사용될 때, 접미어인 "(들)"은 이것이 수식하는 용어의 단수 및 복수의 양자 모두를 포함하기 위한 것이므로 그 용어의 하나 이상을 포함한다(예를 들면, 필름(들)은 하나 이상의 필름을 포함함). 명세서 전체에 걸쳐 "하나의 실시형태", "다른 실시형태", "일 실시형태" 등은 이 실시형태와 관련하여 설명된 특정 요소(예를 들면, 기구, 구조, 및/또는 특징)가 본 명세서에 기재된 적어도 하나의 실시형태 내에 포함되고, 다른 적어도 하나의 실시형태 내에는 존재할 수도 있고, 존재하지 않을 수 있음을 의미한다. 또한 기재된 요소들은 다양한 실시형태에서 임의의 적절한 방식으로 조합될 수 있음을 이해해야 한다.
특정의 실시형태가 설명되었으나, 현재 예상되지 않거나 예상될 수 없는 대안, 수정, 변형, 개선, 및 실질적 균등이 본 출원인이나 당업자에게 상도될 수 있다. 따라서, 출원된 그리고 보정될 수 있는 첨부의 청구범위는 이러한 모든 대안, 수정, 변형, 개선 및 실질적 균등을 포함하도록 의도된다.
본 출원은 2014년 11월 25일자에 출원된 미국 가특허출원 번호 62/084,071의 이익을 주장한다. 이 관련 출원은 원용에 의해 본원에 포함된다.

Claims (20)

  1. 가열 장치로서,
    소스 복사선을 방출하는 복사선 소스,
    방출층 호스트(host) 재료 및 발광제를 포함하는 복사선 방출층 － 상기 복사선 방출층은 에지, 방출층의 제 1 면, 및 방출층의 제 2 면을 포함하고, 상기 에지는 dL의 높이를 갖고, 상기 방출층의 제 1 면은 길이 L을 갖고, 상기 길이 L은 상기 높이 dL보다 크고, 상기 길이 L 대 상기 높이 dL의 비율은 10 이상이고, 상기 복사선 소스는 상기 에지에 결합되고, 상기 소스 복사선은 상기 복사선 소스로부터 상기 에지를 통해 전송되어 상기 발광제를 여기시키고, 그 후 상기 발광제는 방출된 복사선을 방출하고, 상기 방출된 복사선의 적어도 일부는 탈출 콘을 통해 상기 방출층의 제 2 면을 통해 출사됨 －, 및
    흡수층을 포함하고,
    상기 흡수층은 흡수층의 제 1 면을 포함하고, 상기 흡수층의 제 1 면은 상기 방출층의 제 2 면과 직접 접촉되고, 상기 흡수층은 상기 탈출 콘(escape cone)을 통해 탈출하는 방출된 복사선을 흡수하는 흡수재를 포함하는,
    가열 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 방출층의 제 1 면 및 상기 방출층의 제 2 면 중 하나 또는 양자 모두로부터 방출되는 복사선은 상기 방출층의 제 1 면 및 상기 방출층의 제 2 면 상의 모든 위치에서 측정된 복사선이 각각의 표면으로부터 방출되는 평균 복사선의 40% 이하이도록 균일한,
    가열 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 방출된 복사선은 1 시간 이내에 상기 흡수층의 제 2 면 상에 위치된 1 mm 두께의 얼음층을 용해시킬 수 있는,
    가열 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 길이 L 대 상기 높이 dL의 비율은 30 이상인,
    가열 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 흡수재는 광을 방출하지 않는,
    가열 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 흡수층은 흡수층 호스트 재료를 포함하는,
    가열 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 방출층 호스트 재료 및 상기 흡수층 호스트 재료 중 하나 또는 양자 모두는 폴리카보네이트, 폴리에스터, 폴리아크릴레이트, 폴리비닐 부티랄, 폴리이소프렌, 폴리이미드, 또는 전술한 것 중 하나 이상을 포함하는 조합을 포함하는,
    가열 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 폴리에스터는 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 포함하고, 상기 폴리아크릴레이트는 폴리메틸메타크릴레이트를 포함하는,
    가열 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 복사선 방출층은 상기 흡수층보다 높은 굴절률을 갖는,
    가열 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 흡수재는 유기 화합물, 무기 화합물, 또는 전술한 것 중 하나 또는 양자 모두를 포함하는 조합을 포함하는,
    가열 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 발광제는 염료, 양자 도트(quantum dot), 희토류 착체, 천이 금속 이온, 또는 전술한 것 중 하나 이상을 포함하는 조합을 포함하는,
    가열 장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 방출된 복사선은 자외선 범위, 가시 범위, 근적외선 범위, 또는 전술한 것 중 하나 이상을 포함하는 조합의 파장을 갖는 복사선을 포함하는,
    가열 장치.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 발광제는 장축 상에서 측정된 40 nm 이하의 평균 입도를 갖는,
    가열 장치.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 발광제는 가시광을 산란시키지 않는,
    가열 장치.
  15. 제 1 항에 있어서,
    물 또는 얼음의 존재를 검출하기 위한 센서를 더 포함하는,
    가열 장치.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 복사선 소스를 온 및 오프시키도록 구성된 스위치를 더 포함하는,
    가열 장치.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 발광제는(py)24Nd28F68(SePh)16; NaCl:Ti2+; MgCl2:Ti2+; Cs2ZrBr6:Os4+; Cs2ZrCl6:Re4+; YAlO3:Cr3+;Yb3+; Y3Ga5O12:Cr3+;Yb3+; 로다민 6G; 인다센 염료; 치환된 아미노기 및 사이아노기 중 하나 또는 양자 모두를 갖는 피라진 유형의 화합물; 프테리딘 화합물; 페릴렌 유형의 화합물; 안트라퀴논 유형의 화합물; 티오인디고 유형의 화합물; 나프탈렌 유형의 화합물; 크산텐 유형의 화합물; 피롤로피롤 사이아닌(PPCy); 비스(PPCy) 염료; 수용체-치환된 스쿠아라인; 란타니드계 화합물; 또는 전술한 것 중 하나 이상을 포함하는 조합을 포함하는,
    가열 장치.
  18. 흡수층의 제 2 면을 가열하기 위한 방법으로서,
    복사선 소스로부터 소스 복사선을 방출시키는 단계;
    상기 복사선으로 방출층 호스트 재료 및 발광제를 포함하는 복사선 방출층을 조사하는 단계 － 상기 복사선 방출층은 에지, 방출층의 제 1 면, 및 방출층의 제 2 면을 포함하고, 상기 복사선 소스는 상기 에지에 결합되고, 상기 소스 복사선은 상기 복사선 소스로부터 상기 에지를 통해 전송되어 상기 발광제를 여기시키고, 그 후 상기 발광제는 방출된 복사선을 방출하고, 상기 방출된 복사선의 적어도 일부는 탈출 콘을 통해 상기 방출층의 제 2 면을 통해 출사됨 －;
    흡수층의 제 1 면 및 흡수층의 제 2 면을 포함하는 흡수층 내의 흡수재에 의해 상기 방출된 복사선을 흡수하는 단계 － 상기 흡수층의 제 1 면은 상기 방출층의 제 2 면과 직접 접촉됨 －; 및
    상기 흡수층의 제 2 면을 가열하는 단계를 포함하는,
    흡수층의 제 2 면을 가열하기 위한 방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 흡수층의 제 2 면 상에서 얼음 및/또는 물의 존재를 감지하는 단계를 더 포함하는,
    흡수층의 제 2 면을 가열하기 위한 방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 흡수층의 제 2 면에서 물 및/또는 얼음이 감지된 경우에 상기 복사선 소스를 온시키는 단계 및 상기 흡수층의 제 2 면에 물 및/또는 얼음이 없는 경우에 상기 복사선 소스를 오프시키는 단계를 더 포함하는,
    흡수층의 제 2 면을 가열하기 위한 방법.
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