KR19990033232A

KR19990033232A - 발열거울

Info

Publication number: KR19990033232A
Application number: KR1019970054533A
Authority: KR
Inventors: 윤상하
Original assignee: 이준세; 주식회사 고진공산업
Priority date: 1997-10-23
Filing date: 1997-10-23
Publication date: 1999-05-15
Also published as: KR100255886B1

Abstract

본 발명은 인라인 스퍼터링 시스템(ln-line Sputtering System)을 이용하여 투명유리 위에 전극층 및 발열층을 형성하는 발열거울에 관한 것으로서, 납땜시 납과 금속층의 밀착력을 강화시킴과 동시에 금속층이 용융되는 것을 방지하고, 거울면에서 균일한 발열이 가능하고, 저전력으로 단시간에 거울면에 형성되는 물방울을 제거할 수 있는 발열거울을 제공하기 위해, 투명유리(10) 위에 형성되어 투명유리와 전극 사이의 밀착력을 향상시키는 밀착력 향상층(20)과, 상기 밀착력 향상층(20)의 일정 부분 또는 전면에 형성되어 거울에 비추어지는 상을 반사하면서 거울면에 형성되는 물방울을 증발시키는 반사 및 발열층(40)과, 상기 발열층과 전기적으로 접속되어 상기 발열층으로 소정의 전압을 인가하는 전극층(30)과, 상기 반사 및 발열층(40) 또는 전극층(30)의 위에 형성되어 상기 반사 및 발열층(40) 또는 전극층(30)을 보호하는 보호막층(50)을 구비하는 것을 특징으로 하는 발열거울을 제공한다.

Description

발열거울

본 발명은 발열거울에 관한 것으로서, 특히 인라인 스퍼터링 시스템(ln-line Sputtering System)을 이용하여 투명유리 위에 전극층 및 발열층을 형성한 발열거울에 관한 것이다.

일반적으로, 실생활에서 습기가 많은 장소에 설치되어 사용되는 거울에는, 습기로 인해 작은 물방울이 거울면에 형성되므로, 거울면에 비추어지는 상의 관측을 어렵게 한다. 이와 같은 현상은, 실내의 수증기압이 거울온도의 포화 수증기압을 초과하기 때문에 발생된다. 이러한 현상은, 거울의 온도를 상승시켜 거울온도의 포화 수증기압이 실내의 수증기압을 초과하게 함으로써, 거울면에 물방울이 형성되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 인라인 스퍼터링 장치를 이용해서 투명 유리 위에 전극층 및 발열층을 코팅하여 거울의 온도를 상승시킬 수 있는 발열거울을 제조하고 있다.

발열거울의 제조시, 전극현성 후 행해지는 납땜공정은 일반적으로 잘 알려진 방식에 따라서 진행된다. 그러나, 박막 코팅에 의한 전극형성 후 행해지는 납땜공정에는 많은 어려움이 있다. 일반적인 벌크인 경우, 그 물질의 자체 결합력이 강하지만, 박막인 경우에는 그 물질의 밀착력이 벌크 물질과 같은 강한 특성을 가질 수 없을 뿐만 아니라 모재와 박막, 박막과 박막 사이의 밀착력도 또한 약하다.

즉, 납땜시 납과 인두의 고열에 의해 증착막이 용융되므로, 납과 급속이 밀착되지 않거나 납땜부위의 가장자리쪽만 접합된다. 이때, 가장자리쪽만 결합되는 경우에는 결합력이 약하고, 거울면에서 보면 결점으로 나타난다. 또한 구리는 용융점이 약 1080℃ 정도이고, 열 전도도는 0.923cal/cm s deg로서 은(Ag) 다음으로 우수하나 유리의 열전도도는 이의 10% 정도이다. 따라서, 약 1600℃의 온도를 가지는 인듀와 열용량이 작은 금속 구리박막과의 접촉시, 구리면으로의 빠른 열 전달과 유리로의 느린 열 전달은 금속박막의 온도를 인두의 온도 부근가지 상승시키게 된다는 문제점이 있다.

한편, 발열거울의 제조시 박막 코팅에 의한 전극형성 및 내구성 등에도 많은 어려움이 있다. 현재, 사용되고 있는 전극형성 방식으로는, 첫번째, 니켈(Ni) 페이스트나 구리(Cu) 페이스트, 혹은 알루미늄(Al) 페이스트를 발열층의 양쪽 가장자리에 도포하여 사용하고 있지만, 증착된 금속과 유리와의 밀착력이 약하고, 습기가 많은 장소에서의 내구성은 현저히 약화되어 페이스트가 쉽게 일어나게 될 뿐만 아니라 장시간 동안 건조시켜야 한다는 문제점이 있다. 그리고, 페이스트를 균일하게 도포하기 어려워 완성된 발열거울의 온도분포에 불균일성이 나타나 차후 전력소모가 커진다는 문제점이 있다.

두번째는, 구리 테이프를 부착하여 전극으로 사용하였지만, 유리와 구리 테이프가 완전히 밀착되지 않음으로써, 부착된 구리 테이프 자체에 방전이 발생되고 신뢰성에도 문제가 있다.

세번째는, 실크인쇄 방식을 적용하였지만, 이는 제작상 300℃ 이상의 고열이 발생되기 때문에 유리를 강화시켜 사용하여야 한다는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은, 납땜시 납과 금속층의 밀착력을 강화시킴과 동시에 금속층이 용융되는 것을 방지할 수 있는 발열거울을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 거울면에서 균일한 발열이 가능하고, 저전력으로 단시간에 거울면에 형성되는 물방울을 제거할 수 있는 발열거울을 제공하는데 있다.

도 1(A) 및 (B)는 본 발명에 의해 제조된 발열거울의 적층구조를 나타내는 단면 구조도,

도 2(A) 및 (B)는 본 발명에 의해 제조된 발열거울의 전극형태를 나타내는 도면이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 투명유리20 : 밀착력 향상층

30 : 전극층40 : 반사 및 발열층

50 : 보호막층L : 전선

P : 전원

본 발명은, 투명유리 위에 형성되어 투명유리와 전극 사이의 밀착력을 향상시키는 밀착력 향상층과, 상기 밀착력 향상층의 일정 부분 또는 전면에 형성되어 거울에 비추어지는 상을 방사하면서 거울면에 형성되는 물방울을 증발시키는 반사 및 발열층과, 상기 발열층과 전기적으로 접속되어 상기 발열층으로 소정의 전압을 인가하는 전극층과, 상기 발열층 또는 전극층의 위에 형성되어 상기 발열층 또는 전극층을 보호하는 보호막층을 구비하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 전선과 전극층의 납땜시 납과 금속층(전극층)의 밀착력을 향상시킴과 동시에 금속막의 용융현상을 방지할 수 있고, 또 반사 및 발열층의 증착과 동시에 연속적으로 구리(Cu)를 전극층 부분에 스퍼터링함으로써, 발열거울의 제작속도를 단축할 수 있다는 특징이 있다.

그리고, 전극층과 반시 및 발열층을 인라인 마그네트론 스퍼터링 시스템으로 제작하여 투명유리의 전면에서 균일한 발열이 가능하게 함으로써, 저전력으로 단시간내에 습기를 제거할 수 있고, 거울 기능의 반사층과 발열층을 한 공정에서 진행한다는 특징이 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.

도 1(A) 및 (B)는 본 발명에 의해 제조된 발열거울의 단면도를 나타낸다.

먼저, 전극형성 공정에 있어서, 투명유리와 전극으로 되는 금속층의 밀착력을 향상시키기 위해, 투명유리(10) 위에 스테인레스 강 또는 크롬(Cr)을 코팅하여 밀착력 향상층(20)을 형성한 후, 연속해서 그 위에 전도성이 큰 물질인 구리(Cu) 또는 알루미늄(Al)을 적층하여 전극층(30)을 형성한다. 전극층(30)의 가장 윗층을 구리(Cu)로 하는 이유는, 납땜시 구리(Cu)가 납과의 밀착력이 가장 강하기 때문이다.

또한, 전극층(30)은 폭을 1.5cm 정도로 하고, 면 저항을 0.2Ω/□ 이하로 하여 형성한다. 만일, 이 범위를 벗어난 경우에는 상대적으로 전극층(30)의 저항이 발열층(40)의 저항과 유사하게 되어 전극층(30)에서 부분 발열이 발생되기 때문이다. 특히, 면의 길이가 긴 거울의 경우에는 저항을 더 낮추거나 전극층(30)의 폭을 증가시켜야 하지만, 이렇게 하면 공정시간의 증가와 전극층(30) 비 발열부분이 증가하는 단점이 있기 때문이다.

도 2(A) 및 (B)는 본 발명에 의해 제조된 발열거울의 전극층과 반사 및 발열층의 형태를 나타내는 도면이다.

일반적으로, 일직선 형태를 가지는 전극층과 반사 및 발열층의 경우, 전원(P)으로부터 15V의 인가전압이 전선(L)을 통해 전극층(30)의 중앙에 위치한 납땜부위로 인가되면, 가장자리 부분으로 갈수록 전극층(30)의 저항에 의해 전압이 강하되며, 예를들면 전극층(30)의 길이가 50cm인 경우, 전극층(30)의 가장자리 부분에서 인가전압은 13.3V로 강하된다. 이 때문에, 전력의 약화로 반사 및 발열층(40)의 발열속도가 느려지게 된다. 또한, 정밀측정을 통해 발열층(40)의 온도분포를 조사해 보면, 전극층(30)의 면 저항을 0.2Ω/□ 이하로 하여도, 전선(L)과의 연결을 위해 납땜 부위와 납땜부위로부터 떨어진 위치에서 발열온도가 상이하게 되므로, 도 2(A)에 도시된 바와 같이, 본 발명에서는 전극층 및 발열층의 형태를 타원 형태로 제조함으로써, 전극층(30)의 폭을 줄이는 것에 의해 반사 및 발열층(40)의 저항을 줄일 수 있고, 단위면적당 전력량도 같은 값을 가지게 하여 부분발열을 해결하였다.

또한, 납땜시 사용되는 인두의 전력을 26W로 조절하여 약 1400℃ 정도의 온도에서 전선(L)가 전극층(30)을 납땜한다.

한편, 전극층(30) 저항에 의한 전압강하로 발생되는 부분발열을 해결하기 위해, 도 2(B)에 도시된 바와 같이, 납땜 부위를 전극층(30)의 한쪽 가장자리 부분으로 하고, 전극층(30)의 폭을 다른 한족의 가장자리 쪽으로 갈수록 넓게 하여 전압강하를 발열층(40)의 저항감소로 보정할 수 있다.

도 1(A)에 도시된 바와 같이, 전극층(30)이 형성된 후, 각 전극층(30)의 가장자리에 전극층(30)의 폭과 같은 크기의 직경으로 패턴(pattern)형성 공정을 행한 후반사 및 발열층(40)을 형성한다. 혹은, 도 1(B)에 도시된 바와 같이, 반대로 발열층(40)을 형성한 후 전극층(30)을 형성하여도 된다.

또, 본 발명은, 발열층의 증착과 동시에 연속적으로 구리(Cu)를 전극 부분에 스퍼터링함으로써, 전극을 형성하는 것을 특징으로 한다. 구리(Cu)는 전도성이 매우 뛰어난 물질로서 스퍼터링 수율(sputtering yleld)이 높기 때문에 성막속도가 빠르고, 페이스트나 테이프의 작업없이 전극 부위에 납땜작업이 연속적으로 진행되므로, 발열거울의 제작속도가 빠르다.

다음에, 상기 전극층(30) 또는 반사 및 발열층(40) 위에 보호막층(50)을 형성하여 발열거울을 완성한다.

본 발명의 발열거울에서 사용되는 전원(P)은, 사용자의 편의성이나 안전을 고려하여 인가전압을 15V에서 20V 정도로 하였다. 이는 발열층(40)과 전극층(30)의 전도도를 조절함으로써 인가전압을 선택할 수 있고, 성막시 반응성 가스(gas)와의 반응 정도나 증착된 막의 두께를 증착 조건의 변화로 조절함으로써, 소망하는 발열층(40)과 전극층(30)의 전도도와 전원 인가시 최대 도달온도와 도달시간을 얻을 수 있다. 예를들면, 600mm×600mm의 투명유리(10) 위에 발열층(40)의 두께를 0.15μm 성막하였을때의 면 저항은 5Ω/□이었다. 양쪽의 전극층(30)에 전선(L)을 납땜하고, 16V의 교류전압을 상기 전극층(30)을 통해 발열층(40)에 인가한 후, 발열거울의 온도는 3분 경과한 시점에서 대기 온도보다 4℃ 상승되었고, 47분 경과한 시점에서 대기의 온도보다 11℃ 정도 상승되었지만, 그 이상의 온도증가 현상은 나타나지 않았다. 이것은 대류에 의한 열의 손실량과 전류에 의한 열의 공급량이 균형을 이루었기 때문이다. 동일한 전압을 공급하여 전력량을 변화시키거나 동일한 면적에서 전압의 변화로 온도를 변화시키고자 할 경우, 또는 면적의 변화에도 같은 온도가 유지되도록 할 경우 등 어떤 경우에도 간단히 성막 두께의 변화로 조절이 가능하다.

본 발명의 공정순서는 다음과 같다.

먼저, 전처리 공정인 투명유리(10)(기판)의 세척에서는 TCE(Trichioro Ethyene)용액을 사용한 4단계 세척법을 적용하였다. 1단계에서는 60℃로 가열된 TEC용액에서 초음파세척, 2단계에서는 상온 TEC세척, 3단계에서는 저온 초음파 TEC세척, 그리고 마무리단계인 4단계에서는 얼룩 발생을 방지하는 TEC수증기 세척에 의한 억제세척으로 완료하였다.

기판인 투명유리(10)는 세척이 완료된 후, 자동 이송장치로 이송되어 1.8m×1.8m의 대차 위에 적재되어 1번 진공챔버로 이송된다. 여기서, 2×10^-2Torr까지 감압된 후 2번 진공챔버로 이송된다. 또, 여기서 터보 분자(turbo molecular) 펌프로 2×10^-5Torr까지 감압된 후 할로겐 램프를 이용해서 투명유리(10)를 100℃까지 가열한다. 이때, 아르곤(Ar) 가스를 주입하면서 플라즈마 전력(2.5~3.75w/cm²)을 인가하여 스퍼터링 증착공정을 시작한다. 공정 진공도는 1×10^-4~2×10^-3Torr를 유지한다. 이러한 방법으로 얻어진 발열거울의 특성 실험에서 박막(층)의 균일도는 ±8% 이내였고, 가시광선(400mm~755mm)의 반사율은 75±5%의 값을 보였으며, 밀착력 시험과 염수분무 시험에서도 좋은 특성으로 나타냈다.

이상 본 발명을 실시예에 근거하여 상세히 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 이탈하지 않는 범위내에서 여러 가지 형태로 변형할 수 있음은 물론이다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 전선과 전극층의 납땜시 납과 금속층(전극층)의 밀착력을 향상시킴과 동시에 금속막의 용융현상을 방지할 수 있고, 또 발열층의 증착과 동시에 연속적으로 구리(Cu)를 전극층 부분에 스퍼터링함으로써, 발열거울의 제작속도를 단축할 수 있다는 효과가 있다. 또한, 전극층과 반사 및 발열층을 인라인 마그네트론 스퍼터링 시스템으로 제조하여 투명유리의 전면에서 균일한 발열이 가능하게 함으로써, 저전력으로 단시간내에 습기를 제거할 수 있고, 거울 기능의 반사층과 발열층을 한 공정에서 진행한다는 효과가 있다.

Claims

투명유리(10) 위에 형성되어 투명유리와 전극 사이의 밀착력을 향상시키는 밀착력 향상층(20)과, 상기 밀착력 향상층(20)의 일정 부분 또는 전면에 형성되어 거울에 비추어지는 상을 반사하면서 거울면에 형성되는 물방울을 증발시키는 반사 및 발열층(40)과, 상기 발열층과 전기적으로 접속되어 상기 발열층으로 소정의 전압을 인가하는 전극층(30)과, 상기 반사 및 발열층(40) 또는 전극층(30)의 위에 형성되어 상기 반사 및 발열층(40) 또는 전극층(30)을 보호하는 보호막층(50)을 구비하는 것을 특징으로 하는 발열거울.
제1항에 있어서,

상기 전극층(30)은, 스퍼터링 시스템 또는 진공증착 시스템을 이용해서 Al, Cu, Cr, 스테인레스 강, Sn, Ti 등의 금속 또는 그 화합물을 상기 투명유리(10) 위에 형성함으로써, 형성되는 것을 특징으로 하는 발열거울.
제1항에 있어서,

상기 반사 및 발열층(40)은, 스퍼터링 시스템 또는 진공증착 시스템을 이용해서 Al, Cu, Cr, 스테인레스 강, Sn, Ti 등의 금속 또는 그 화합물을 상기 투명유리(10) 위에 형성함으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 발열거울.
제2항에 있어서,

상기 전극층(30)의 가장 윗층은, 구리(Cu)로 형성되는 것을 특징으로 하는 발열거울.
제2항에 있어서,

상기 전극층(30)은, 일직선 형태로 형성되고, 전선(L)과의 납땜 부위가 10~15cm 간격으로 형성되어 상기 전극층(30)의 여러 부분에 일정 전압이 공급되는 것을 특징으로 하는 발열거울.
제2항에 있어서,

상기 전극층(30)은, 타원 형태로 형성되어 단위면적당 전력이 일정하게 되는 것을 특징으로 하는 발열거울.
제2항에 있어서,

상기 전극층(30)은, 사다리 형태로 형성되어 단위면적당 전력이 일정하게 되는 것을 특징으로 하는 발열거울.
제5항에 있어서,

상기 전극층(30)과 상기 전선(L)과의 납땜시 인두의 전력을 26W로 하고, 납땜온도를 1400℃하는 것을 특징으로 하는 발열거울.