KR20110110634A - Surface type heating apparatus having partial overheating protection fuction - Google Patents

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KR20110110634A
KR20110110634A KR1020100030073A KR20100030073A KR20110110634A KR 20110110634 A KR20110110634 A KR 20110110634A KR 1020100030073 A KR1020100030073 A KR 1020100030073A KR 20100030073 A KR20100030073 A KR 20100030073A KR 20110110634 A KR20110110634 A KR 20110110634A
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강용필
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한국기계연구원
금오공과대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 면발열 히터는 부분 과열을 방지할 수 있도록 기판과 상기 기판 상에 형성된 도전성 가열박막과 상기 도전성 가열박막과 전기적으로 연결 형성되는 전극, 및 상기 전극의 말단부와 상기 도전성 가열박막 사이를 절연할 수 있도록 상기 전극의 말단부와 접하여 형성된 절연부를 포함한다.The surface heating heater according to an embodiment of the present invention is an electrode electrically connected to the substrate and the conductive heating thin film formed on the substrate and the conductive heating thin film to prevent partial overheating, and the terminal and the conductive end of the electrode It includes an insulating portion formed in contact with the distal end of the electrode to insulate between the heating thin film.

Description

부분 과열 방지 기능을 갖는 면발열 히터{SURFACE TYPE HEATING APPARATUS HAVING PARTIAL OVERHEATING PROTECTION FUCTION}Surface heating heater with partial overheat protection function {SURFACE TYPE HEATING APPARATUS HAVING PARTIAL OVERHEATING PROTECTION FUCTION}

본 발명은 위한 면발열 히터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 부분 과열을 방지할 수 있는 면발열 히터에 관한 것이다.The present invention relates to a surface heating heater, and more particularly to a surface heating heater that can prevent partial overheating.

면발열 히터는 부도체 기판 상에 전기 전도성을 갖는 도전성 박막인 발열 물질층을 형성하고, 발열 물질층에 전극이 전기적으로 연결된 구조를 갖는다. 전극의 양단에 직류 또는 교류 전원을 연결하면 도전성 박막에 전류가 흐르면서 주울열(Joule Heating)이 발생한다. The surface heating heater forms a heat generating material layer, which is a conductive thin film having electrical conductivity, on the insulator substrate, and has a structure in which electrodes are electrically connected to the heat generating material layer. When DC or AC power is connected to both ends of the electrode, Joule heating occurs as a current flows through the conductive thin film.

유리와 같은 투명한 기판에 ITO(Indium Tin Oxide) 박막과 같이 투명한 도전성 가열박막을 사용하면 투명 히터를 제작할 수 있다. If a transparent conductive heating film such as indium tin oxide (ITO) thin film is used on a transparent substrate such as glass, a transparent heater may be manufactured.

도전성 박막을 발열체로 쓰는 면발열 히터에서 균일한 발열을 구현하려면 도전성 가열박막의 두께를 균일하게 하고 전기 포텐셜의 구배가 일정하도록 전극을 배치하여야 한다.In order to achieve uniform heat generation in the surface heating heater using the conductive thin film as the heating element, the electrode should be arranged so that the thickness of the conductive heating thin film is uniform and the gradient of the electric potential is constant.

두 개의 평행한 전극 사이에 두께가 일정한 도전성 가열박막이 형성되어 있는 경우, 전기 전도도가 상대적으로 매우 높은 전극에서의 전기 포텐셜은 거의 일정하므로 전기 포텐셜은 이 전극에 수직한 방향으로 변하게 된다.When a conductive heating thin film having a constant thickness is formed between two parallel electrodes, the electrical potential at the electrode having a relatively high electrical conductivity is almost constant, so that the electrical potential is changed in the direction perpendicular to the electrode.

두 전극의 전압차를 V라고 하면 전기 포텐셜은 전극의 길이방향과 수직한 방향으로 선형적으로 변하게 되고 박막 전면에 걸쳐서 거의 일정한 전기 포텐셜의 구배를 얻을 수 있으며 결과적으로 도전성 가열박막의 단위면적당 발열량이 일정한 균일발열을 얻을 수 있다.If the voltage difference between the two electrodes is V, the electric potential changes linearly in the direction perpendicular to the length direction of the electrode, and a gradient of almost constant electric potential can be obtained over the entire surface of the thin film. As a result, the amount of heat generated per unit area of the conductive heating film is reduced. Constant uniform fever can be obtained.

그러나 발열면 형상이 사각형이 아닌 경우, 형상을 따라 전극을 배치하다 보면 양전극과 음전극을 서로 평행하게 배치할 수 없는 경우가 발생한다. 이 경우 전극과 도전성 박막의 배치에 따라 부분적으로 전류밀도(전기포텐셜의 구배)가 매우 커지는 문제가 생겨 불균일 발열이 생기고 심한 경우 국부적인 과열이 발생하는데 이것이 본 발명에서 해결하고자 하는 기술적인 과제이다.However, when the shape of the heating surface is not rectangular, when the electrodes are disposed along the shape, the positive electrode and the negative electrode may not be disposed in parallel with each other. In this case, according to the arrangement of the electrode and the conductive thin film, there is a problem that the current density (gradient of the electric potential) becomes very large, causing uneven heat generation and, in severe cases, local overheating, which is a technical problem to be solved in the present invention.

고글과 안경과 같은 시각보조장치 등에 투명 히터가 적용될 경우, 투명한 도전성 박막과 달리 전극으로 사용되는 금속성 재료는 불투명하기 때문에 전극이 렌즈의 중앙부에 위치하면 시야를 가리는 문제가 발생한다. 이러한 문제 때문에 렌즈의 상부와 하부에 전극을 배치한다. 이러한 구조의 경우 전극을 따라 흐르던 전류는 전극말단부위에서 도전성 가열박막을 만나면서 상대적으로 전압이 낮은 도전성 가열박막의 모든 방향으로 전기흐름을 형성하게 된다. 결과적으로 이 전극 말단 부위는 마치 특이점(singular point)과 유사한 특성을 가지게 되어 전류밀도가 매우 커져서 국소적인 발열이 매우 커지는 문제가 발생할 수 있다. When a transparent heater is applied to visual aids such as goggles and glasses, unlike a transparent conductive thin film, a metallic material used as an electrode is opaque, and thus, when the electrode is positioned at the center of the lens, a problem occurs that obscures the field of view. Because of this problem, electrodes are placed on the top and bottom of the lens. In this structure, the current flowing along the electrode forms an electrical flow in all directions of the conductive heating thin film having a relatively low voltage while meeting the conductive heating thin film at the electrode end. As a result, this electrode terminal part has characteristics similar to a singular point, so that the current density becomes very large, which may cause a problem in that local heat generation becomes very large.

비균일 발열의 다른 원인은 일정하지 않은 전기 포텐셜 구배의 방향성이다. 전기는 저항이 가장 작은 경로로 흐르려 한다. 따라서 두께와 전기전도도가 균일한 도전성 가열박막에서는 전기 포텐셜의 구배, 즉 단위면적당 발열량이 가장 큰 부위는 양극과 음극 사이의 최단거리로 연결하는 부위에 해당한다. 따라서 시각보조장치와 같이 음극과 양극을 서로 평행하게 배치할 수 없는 경우에는 음극과 양극의 거리와 방향에 따라 도전성 가열박막 내부의 발열량이 위치에 따라 달라지게 되어 히터 표면의 온도 균일도가 나빠지는 결과를 초래한다.Another cause of non-uniform fever is the directionality of non-uniform electrical potential gradients. Electricity tries to flow in the path with the least resistance. Therefore, in the conductive heating thin film having a uniform thickness and electrical conductivity, the portion of the gradient of the electric potential, that is, the largest amount of heat generated per unit area, corresponds to the portion connecting the shortest distance between the anode and the cathode. Therefore, when the cathode and the anode cannot be arranged in parallel with each other, such as visual aids, the heat generation amount in the conductive heating film varies depending on the position depending on the distance and the direction of the cathode and anode, resulting in poor temperature uniformity of the heater surface. Brings about.

또한 기판의 형상에 따라 전극이 돌출되도록 형성될 수 있는 바, 돌출된 부분은 국부적으로 전류밀도가 커져서 발열량이 증대하는 문제가 발생할 수 있다. In addition, the electrode may be formed to protrude according to the shape of the substrate, which may cause a problem in that the protruding portion may locally increase current density and increase the amount of heat generated.

가열면의 국소적인 과열과 불균일 가열은 불필요한 전기에너지 소모를 유발할 뿐 아니라 제품의 고장이나 수명단축의 원인을 제공한다.Local overheating and uneven heating of the heating surface not only causes unnecessary electrical energy consumption, but also causes the product to fail or shorten its life.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 부분 과열을 감소시킬 수 있는 면발열 히터를 제공함에 있다.The present invention has been made to solve the above problems, an object of the present invention to provide a surface heating heater that can reduce partial overheating.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 면발열 히터는 광투과성 소재로 이루어진 기판과 상기 기판 상에 형성된 도전성 가열박막과 상기 도전성 가열박막과 전기적으로 연결 형성되는 전극, 및 상기 전극의 말단부와 상기 도전성 가열박막 사이를 절연할 수 있도록 상기 전극의 말단부와 접하여 형성된 절연부를 포함한다.In order to achieve the above object, a surface heating heater according to an embodiment of the present invention is a substrate made of a light-transmitting material and an electrode electrically connected to the conductive heating thin film and the conductive heating thin film formed on the substrate, and the It includes an insulating portion formed in contact with the distal end of the electrode to insulate between the distal end of the electrode and the conductive heating thin film.

상기 전극은 돌출부를 갖고, 상기 돌출부와 접하도록 절연부가 형성될 수 있으며, 상기 전극은 상기 전원의 양극과 연결된 제1 전극과 상기 제1 전극과 이격 배치되며 상기 전원의 음극과 연결된 제2 전극을 포함될 수 있다.The electrode may have a protrusion, and an insulator may be formed to contact the protrusion, and the electrode may include a first electrode connected to the positive electrode of the power source and a second electrode spaced apart from the first electrode and connected to the negative electrode of the power source. May be included.

상기 절연부는 상기 제1 전극에서 상기 제2 전극까지 이어져 형성될 수 있으며, 상기 절연부는 간격을 두고 이격 배치될 수 있다. 또한, 상기 도전성 가열박막은 상기 절연부를 사이에 두고 이격 배치될 수 있으며, 상기 절연부는 부도체층으로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 도전성 가열박막은 탄소나노튜브를 포함할 수 있다.The insulation portion may be formed to extend from the first electrode to the second electrode, and the insulation portion may be spaced apart from each other at intervals. In addition, the conductive heating thin film may be spaced apart from the insulating portion, the insulating portion may be formed of a non-conductive layer. In addition, the conductive heating thin film may include carbon nanotubes.

본 발명의 다른 실시예에 따른 투명 히터는 광투과성 소재로 이루어진 기판과 상기 기판 상에 형성된 도전성 가열박막, 및 상기 도전성 가열박막과 전기적으로 연결 형성된 제1 전극과 상기 제1 전극에서 이격 배치된 제2 전극을 포함하고, 상기 제1 전극에는 상기 제2 전극을 향하여 돌출된 돌출부가 형성되고, 상기 돌출부와 상기 도전성 가열박막 사이를 절연할 수 있도록 상기 돌출부와 접하는 절연부가 형성된다.According to another embodiment of the present invention, a transparent heater may include a substrate made of a light transmissive material, a conductive heating thin film formed on the substrate, and a first electrode spaced apart from the first electrode and electrically connected to the conductive heating thin film. The electrode includes a second electrode, and a protrusion protruding toward the second electrode is formed on the first electrode, and an insulation portion is formed to contact the protrusion so as to insulate between the protrusion and the conductive heating thin film.

상기 절연부는 상기 제1 전극에서 상기 제2 전극까지 이어져 형성될 수 있으며, 상기 절연부는 간격을 두고 이격 배치될 수 있다. 또한, 상기 도전성 가열박막은 탄소나노튜브를 포함할 수 있다.The insulation portion may be formed to extend from the first electrode to the second electrode, and the insulation portion may be spaced apart from each other at intervals. In addition, the conductive heating thin film may include carbon nanotubes.

본 발명의 일 실시예에 따르면 전극의 말단부와 접하도록 절연부가 형성되어 면발열 히터의 부분 과열을 방지할 수 있다. 또한 전극의 돌출부와 접하도록 절연부가 형성되어 면발열 히터의 부분 과열을 방지할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, an insulating portion is formed to contact the distal end of the electrode to prevent partial overheating of the surface heating heater. In addition, an insulating portion is formed to contact the protrusion of the electrode to prevent partial overheating of the surface heating heater.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 면발열 히터를 도시한 평면도이다.
도 2는 도 1에서 Ⅱ-Ⅱ선을 따라 잘라 본 단면도이다.
도 3a는 비교예 1에 따른 면발열 히터의 발열량을 나타낸 도면이고, 도 3b는 비교에 1에 따른 면발열 히터의 온도 상승 분포를 나타낸 도면이다.
도 4a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 면발열 히터의 발열량을 나타낸 도면이고, 도 4b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 면발열 히터의 발열량을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 면발열 히터를 도시한 평면도이다.
도 6은 도 5에서 Ⅵ-Ⅵ선을 따라 잘라 본 단면도이다.
도 7a는 비교예 2에 따른 면발열 히터의 발열량을 나타낸 도면이고, 도 7b는 비교에 2에 따른 면발열 히터의 온도 상승 분포를 나타낸 도면이다.
도 8a는 본 발명의 제2 실시예에 따른 면발열 히터의 발열량을 나타낸 도면이고, 도 8b는 본 발명의 제2 실시예에 따른 면발열 히터의 발열량을 나타낸 도면이다.1 is a plan view showing a surface heating heater according to a first embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional view taken along the line II-II in FIG.
Figure 3a is a view showing the calorific value of the surface heating heater according to Comparative Example 1, Figure 3b is a view showing the temperature rise distribution of the surface heating heater according to the comparison.
4A is a view showing the calorific value of the surface heating heater according to the first embodiment of the present invention, Figure 4b is a view showing the calorific value of the surface heating heater according to the first embodiment of the present invention.
5 is a plan view showing a surface heating heater according to a second embodiment of the present invention.
6 is a cross-sectional view taken along the line VI-VI in FIG. 5.
7A is a view showing a calorific value of the surface heating heater according to Comparative Example 2, Figure 7b is a view showing a temperature rise distribution of the surface heating heater according to the comparison 2.
8A is a view showing the calorific value of the surface heating heater according to the second embodiment of the present invention, Figure 8b is a view showing the calorific value of the surface heating heater according to the second embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 이하에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention. As those skilled in the art would realize, the described embodiments may be modified in various different ways, all without departing from the spirit or scope of the present invention. In the drawings, parts irrelevant to the description are omitted in order to clearly describe the present invention, and like reference numerals designate like elements throughout the specification.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 면발열 히터를 도시한 평면도이고, 도 2는 도 1에서 Ⅱ-Ⅱ선을 따라 잘라 본 단면도이다.1 is a plan view showing a surface heating heater according to a first embodiment of the present invention, Figure 2 is a cross-sectional view taken along the line II-II in FIG.

도 1 및 도 2를 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 면발열 히터(100)는 기판(110)과 기판(110) 상에 형성된 도전성 가열박막(120), 도전성 가열박막(120)과 전기적으로 연결된 제1 전극(151) 및 제2 전극(152), 전극들(151, 152)과 전기적으로 연결된 전원(160)을 포함한다.Referring to FIGS. 1 and 2, the surface heating heater 100 according to the present embodiment is electrically conductive with the conductive heating thin film 120 and the conductive heating thin film 120 formed on the substrate 110 and the substrate 110. The first electrode 151 and the second electrode 152 connected to each other, and the power supply 160 electrically connected to the electrodes 151 and 152.

기판(110)은 광투과성 소재로 이루어지는 바, 투명한 유리 또는 폴리머 등으로 이루어질 수 있다. 본 실시예에 따른 기판은 안경이나 고글 등을 포함하는 시각보조 장치에 적용된 렌즈로 이루어진다. 다만, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며 기판은 불투명한 소재로 이루어질 수도 있다.The substrate 110 is made of a light transmissive material, and may be made of transparent glass or polymer. The substrate according to the present embodiment includes a lens applied to a vision aiding apparatus including glasses or goggles. However, the present invention is not limited thereto, and the substrate may be made of an opaque material.

도전성 가열박막(120)은 광을 투과할 수 소재로 이루어지는 바, 본 실시예에 따른 도전성 가열박막(120)은 탄소나노튜브가 연결된 구조로 이루어진다. 도전성 가열박막(120)은 순수한 탄소나노튜브로 이루어지거나, 탄소나노튜브에 금속산화물, 반도체, 금속, 폴리머, 반도체 산화물이 도핑되거나 흡착된 구조로 이루어질 수 있다. 이러한 물질들은 탄소나노튜브에 결합되어 탄소나노튜브의 도전성을 향상시키거나 감소시키는데 이에 따라 탄소나노튜브의 고유저항을 조절할 수 있다.The conductive heating thin film 120 is made of a material capable of transmitting light. The conductive heating thin film 120 according to the present embodiment has a structure in which carbon nanotubes are connected. The conductive heating thin film 120 may be made of pure carbon nanotubes, or may have a structure in which a metal oxide, a semiconductor, a metal, a polymer, or a semiconductor oxide is doped or adsorbed on the carbon nanotubes. These materials are bonded to the carbon nanotubes to improve or reduce the conductivity of the carbon nanotubes, thereby controlling the resistivity of the carbon nanotubes.

탄소나노튜브를 포함하는 도전성 가열박막(120)은 Ag에 의한 열선이나 후막형 히터에 비해 매우 빠른 속도로 온도가 상승하고, 온도가 일정하게 유지되는 특징을 가지고 있으며 이는 지나치게 온도가 올라가는 것을 방지하기 위해 Feedback제어를 해야 하는 다른 히터에 비해 전체 시스템이 간단해지는 장점을 갖는다.The conductive heating thin film 120 including the carbon nanotubes has a characteristic that the temperature rises at a very high speed and the temperature is kept constant compared to a heating wire or a thick film-type heater by Ag, which prevents the temperature from rising too much. The overall system is simpler than other heaters that need feedback control.

전극(151, 152)은 제1 전극(151)과 제1 전극(151)에서 이격 배치된 제2 전극(152)으로 이루어지는데, 제1 전극(151)은 기판(110)의 일측 가장자리에 배치되고, 제2 전극(152)은 기판(110)의 타측 가장지리에 배치된다. 제1 전극(151)과 제2 전극(152)은 도전성 가열박막(120)의 가장자리와 접하도록 배치되어 도전성 가열박막(120)과 전기적으로 연결된다. 전극(151, 152)은 백금, 구리, 은 등의 저항이 낮고 도전성이 우수한 소재로 이루어진다. The electrodes 151 and 152 include a first electrode 151 and a second electrode 152 spaced apart from the first electrode 151, and the first electrode 151 is disposed at one edge of the substrate 110. The second electrode 152 is disposed at the other edge of the substrate 110. The first electrode 151 and the second electrode 152 are disposed to contact the edges of the conductive heating thin film 120 and electrically connected to the conductive heating thin film 120. The electrodes 151 and 152 are made of a material having low resistance and excellent conductivity such as platinum, copper, and silver.

도전성 가열박막(120) 위에는 절연박막(170)이 형성된다. 절연박막(170)은 절연성을 갖는 투명 소재로 이루어지며 도전성 가열박막(120)과 외부를 절연시키는 역할을 한다. 절연박막(170)은 도전성 가열박막(120) 위에만 형성될 수 있으며, 도전성 가열박막(120)과 전극(151, 152) 위에 형성될 수 있다.The insulating thin film 170 is formed on the conductive heating thin film 120. The insulating thin film 170 is made of a transparent material having insulation and serves to insulate the conductive heating thin film 120 from the outside. The insulating thin film 170 may be formed only on the conductive heating thin film 120, and may be formed on the conductive heating thin film 120 and the electrodes 151 and 152.

제1 전극(151)의 말단부(151a)와 제2 전극(152)의 말단부(152a)에는 말단부와 접하도록 절연부(130)가 형성된다. 절연부(130)는 도전성 가열박막(120)과 제1 전극(151) 및 제2 전극(152)의 말단부(151a, 152a)를 전기적으로 차단하는 역할을 한다. 이러한 절연부(130)는 말단부(151a, 152a)에서 국소적인 전류 밀도의 상승으로 과열이 발생하는 것을 방지한다.The insulating part 130 is formed in the distal end portion 151a of the first electrode 151 and the distal end portion 152a of the second electrode 152 so as to contact the distal end portion. The insulating part 130 serves to electrically block the conductive heating thin film 120, the end portions 151a and 152a of the first electrode 151 and the second electrode 152. The insulating part 130 prevents overheating due to a local increase in current density at the distal ends 151a and 152a.

또한 절연부(130)는 도전성 가열박막(120) 사이에도 형성되는데, 복수 개의 도전성 가열박막(120)이 절연부(130)를 사이에 두고 이격 형성된다.In addition, the insulating part 130 is also formed between the conductive heating thin film 120, a plurality of conductive heating thin film 120 is formed spaced apart with the insulating part 130 therebetween.

절연부(130)는 제1 전극(151)에서 제2 전극(152)까지 이어진 띠 형상으로 이루어진다. 본 실시예에 따른 절연부(130)는 도전성 가열박막(120)이 형성되지 않고 기판이 노출된 구조로 이루어진다. 이러한 절연부(130)는 도전성 가열박막(120)의 제작 공정에서 마스크를 이용하여 부분적으로 도전성 가열박막(120)이 형성되지 않도록 하거나 전면에 도전성 가열박막(120)을 형성한 후, 절연부(130)에서 도전성 가열박막(120)을 제거하는 방법으로 형성될 수 있다.The insulating part 130 has a band shape extending from the first electrode 151 to the second electrode 152. The insulating part 130 according to the present exemplary embodiment has a structure in which the conductive heating thin film 120 is not formed and the substrate is exposed. The insulator 130 may not partially form the conductive heated thin film 120 by using a mask in the manufacturing process of the conductive heated thin film 120, or may form the conductive heated thin film 120 on the entire surface thereof, and then the insulating portion ( 130, the conductive heating thin film 120 may be removed.

제1 전극(151)의 한 지점에서 제2 전극(152)으로 흐르는 전류는 가장 빠른 경로로 흐르려고 하기 때문에 이 경로 상에 있는 위치에서 상대적으로 높은 열이 발생한다. 본 실시예와 같이 제1 전극(151)과 제2 전극(152)을 도전성 가열박막(120)으로 전체적으로 연결시키지 않고 여러 개의 분리된 도전성 가열박막(120)으로 연결하면 절연부(130)를 사이에 두고 분리된 각 도전성 가열박막(120)을 통해 전류가 흐르게 된다.Since a current flowing from the point of the first electrode 151 to the second electrode 152 tries to flow in the fastest path, relatively high heat is generated at a position on this path. As shown in this embodiment, when the first electrode 151 and the second electrode 152 are connected to a plurality of separated conductive heating thin films 120 without being entirely connected to the conductive heating thin film 120, the insulating part 130 is interposed therebetween. An electric current flows through each conductive heating thin film 120 separated from each other.

도전성 가열박막(120) 사이에는 절연부(130)가 있어서 전류의 흐름이 차단되며, 도전성 가열박막(120)의 영역 내에서 제1 전극(151)에서 제2 전극(152)으로 전류가 흐르게 된다. 이에 따라 위치에 따른 전기 포텐셜의 구배 차이를 완화하여 균일한 발열을 할 수 있다.The insulating portion 130 is interposed between the conductive heating thin film 120 to block the flow of current, and the current flows from the first electrode 151 to the second electrode 152 in the region of the conductive heating thin film 120. . Accordingly, it is possible to alleviate the difference in the gradient of the electric potential according to the position to uniform heat generation.

도 3a는 비교예 1에 따른 면발열 히터의 발열량을 나타낸 도면이고, 도 3b는 비교에 1에 따른 면발열 히터의 온도 상승 분포를 나타낸 도면이다. 또한, 도 4a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 면발열 히터의 발열량을 나타낸 도면이고, 도 4b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 면발열 히터의 발열량을 나타낸 도면이다.Figure 3a is a view showing the calorific value of the surface heating heater according to Comparative Example 1, Figure 3b is a view showing the temperature rise distribution of the surface heating heater according to the comparison. In addition, Figure 4a is a view showing the calorific value of the surface heating heater according to the first embodiment of the present invention, Figure 4b is a view showing the calorific value of the surface heating heater according to the first embodiment of the present invention.

제1 실시예와 비교예 1에서는 절연부를 제외하고는 동일한 구성으로 이루어진 면발열 히터에 20V의 전압을 인가하여 발생하는 발열량과 온도 분포를 전산 해석하였다. 즉, 비교예 1의 면발열 히터에는 절연부가 형성되지 아니하고 도전성 가열박막이 전체적으로 연결되어 있다.In Example 1 and Comparative Example 1, the calorific value and temperature distribution generated by applying a voltage of 20 V to the surface heating heater having the same configuration except for the insulating portion were analyzed. That is, the insulation heat is not formed in the surface heat heater of Comparative Example 1, and the conductive heating thin film is entirely connected.

도 3a에 도시된 바와 같이, 전극의 말단부에서는 부분적으로 평균 발열량의 수십 배에 해당하는 3550W/m2의 열이 발생하는 것을 확인할 수 있었으며, 도 3b에 도시된 바와 같이 전극 말단부에서의 온도 상승은 평균 온도 상승의 2배에 해당하는 19.3℃인 것을 확인할 수 있었다. 이는 도전성 가열박막과 접하는 전극 말단이 특이점과 같은 특성을 가져 발열이 집중되기 때문이며, 발열면 내부에서도 전극의 굴곡에 의해 불균일 가열이 발생하여 위치에 따른 온도편차가 나타났다.As shown in FIG. 3A, it was confirmed that heat of 3550 W / m 2 corresponding to several tens of times the average calorific value is generated at the terminal of the electrode, and as shown in FIG. It was confirmed that it was 19.3 degreeC corresponding to twice the average temperature rise. This is because the end of the electrode in contact with the conductive heating thin film has the same characteristics as the singular point, so that heat generation is concentrated, and even within the heat generating surface, non-uniform heating occurs due to the bending of the electrode, resulting in temperature deviation depending on the position.

그러나 도 4a에 도시된 바와 같이 본 실시예에 따른 면발열 히터(100)의 발열량은 크게 개선되어 전극 말단부에서 비교예 1에 비하여 크게 감소된 2290 W/m2의 열이 발생하였으며, 과열부위의 면적도 크게 감소하였다. 또한, 도 4b에 도시된 바와 같이, 국소 최도 온도 상승은 12.6℃로 비교예 1에 비하여 크게 줄어 평균 온도에 가까워진 것을 알 수 있다. However, as shown in FIG. 4A, the calorific value of the surface heating heater 100 according to the present embodiment was greatly improved, resulting in a heat of 2290 W / m 2 which was greatly reduced in comparison with Comparative Example 1 at the electrode end portion, The area was also greatly reduced. In addition, as shown in Figure 4b, it can be seen that the local maximum temperature rise is significantly reduced to 12.6 ℃ compared to Comparative Example 1 to approach the average temperature.

도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 면발열 히터를 도시한 평면도이고, 도 6은 도 5에서 Ⅵ-Ⅵ선을 따라 잘라 본 단면도이다.FIG. 5 is a plan view illustrating a surface heating heater according to a second exemplary embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a cross-sectional view taken along line VI-VI in FIG. 5.

도 5 및 도 6을 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 면발열 히터(200)는 기판(210)과 기판(210) 상에 형성된 도전성 가열박막(220), 도전성 가열박막(220)과 전기적으로 연결된 제1 전극(251) 및 제2 전극(252), 전극들(251, 252)과 전기적으로 연결된 전원(260)을 포함한다.Referring to FIGS. 5 and 6, the surface heating heater 200 according to the present embodiment is electrically conductive with the conductive heating thin film 220 and the conductive heating thin film 220 formed on the substrate 210 and the substrate 210. The first electrode 251 and the second electrode 252 connected to each other, and a power source 260 electrically connected to the electrodes 251 and 252.

기판(210)은 광투과성 소재로 이루어지며, 도전성 가열박막은 ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), AZO(Aluminum-doped Zinc Oxide) 등으로 이루어진다.The substrate 210 is made of a light transmissive material, and the conductive heating thin film is made of indium tin oxide (ITO), indium zinc oxide (IZO), aluminum-doped zinc oxide (AZO), or the like.

전극(251, 252)은 제1 전극(251)과 제1 전극(251)에서 이격 배치된 제2 전극(252)으로 이루어지는데, 제1 전극(251)은 기판(210)의 일측 가장자리에 배치되고, 제2 전극(252)은 기판(210)의 타측 가장지리에 배치된다. 제1 전극(251)과 제2 전극(252)은 도전성 가열박막(220)의 가장자리와 접하도록 배치되어 도전성 가열박막(220)과 전기적으로 연결된다.The electrodes 251 and 252 are formed of a first electrode 251 and a second electrode 252 spaced apart from the first electrode 251. The first electrode 251 is disposed at one edge of the substrate 210. The second electrode 252 is disposed at the other edge of the substrate 210. The first electrode 251 and the second electrode 252 are disposed to be in contact with the edge of the conductive heating thin film 220 and electrically connected to the conductive heating thin film 220.

제1 전극(251)과 제2 전극(252)은 지그재그 형태로 형성되어 제1 전극(251)은 제2 전극(252)을 향하여 돌출된 돌출부(251b)를 갖고, 제2 전극(252)도 제1 전극(251)을 향하여 돌출된 돌출부(252b)를 갖는다.The first electrode 251 and the second electrode 252 are formed in a zigzag shape so that the first electrode 251 has a protrusion 251b protruding toward the second electrode 252, and the second electrode 252 is also The protrusion 252b protrudes toward the first electrode 251.

본 실시예에서 돌출부(251b. 252b)는 전극(251. 252)이 돌출된 꼭지점으로 이루어진다. 전극이 완만하게 돌출된 경우보다 직선적으로 꺾어진 꼭지점 구조에서 전류의 밀도가 더 높게 나타난다. 다만 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 돌출부는 호형으로 돌출된 부분의 최선단으로 이루어질 수도 있다.In the present embodiment, the protrusions 251b and 252b are formed at vertices from which the electrodes 251 and 252 protrude. The densities of the currents are higher in the linearly curved vertex structure than when the electrodes protrude gently. However, the present invention is not limited thereto, and the protrusion may be formed at the uppermost end of the protruding portion in an arc shape.

전류는 저항이 낮은 최단 거리로 이동하려는 성질을 갖는 바, 본 실시예에서는 돌출부들(251b, 252b) 사이의 거리가 가장 가까우므로 돌출부(251b, 252b)에서 전류가 밀집되어 과도한 열이 발생할 수 있다. 전류는 제1 전극(251)의 돌출부(251b)에서 제2 전극(252)의 돌출부(252b)로 집중되어 이 경로에서 열의 발생이 집중될 수 있다.Since the current has a property of moving to the shortest distance with low resistance, in this embodiment, since the distance between the protrusions 251b and 252b is closest to each other, the current may be concentrated in the protrusions 251b and 252b to generate excessive heat. . The current is concentrated from the protrusion 251b of the first electrode 251 to the protrusion 252b of the second electrode 252 so that heat generation can be concentrated in this path.

이에 본 실시예에서는 돌출부(251b, 252b)에 절연부(230)를 형성하였으며, 절연부(230)는 제1 전극(251)에서 제2 전극(252)까지 이어져 형성된다. 이에 따라 도전성 가열박막(220)은 절연부(230)에 의하여 분할되다. 본 실시예에 따른 절연부(230)는 투명하면서 전기적인 절연성을 갖는 폴리머 등으로 이루어질 수 있다.Thus, in the present embodiment, the insulating portion 230 is formed on the protrusions 251b and 252b, and the insulating portion 230 is formed to extend from the first electrode 251 to the second electrode 252. Accordingly, the conductive heating thin film 220 is divided by the insulating portion 230. The insulation unit 230 according to the present embodiment may be made of a polymer having a transparent and electrically insulating property.

이에 의하면 돌출부(251b, 252b)와 인접한 부분의 전류가 서로 다른 영역으로 나누어져 흐르므로 전류가 집중되는 것을 방지할 수 있다.As a result, the currents in the portions adjacent to the protrusions 251b and 252b flow into different regions, thereby preventing the current from being concentrated.

또한, 제1 전극(251)의 말단부(251a)와 제2 전극(252)의 말단부(252a)에도 절연부(230)가 접하도록 형성되는바, 절연부(230)는 제1 전극(251)의 말단부(251a)와 제2 전극(252)의 말단부(252a)를 연결한다.In addition, the insulating portion 230 is also formed to be in contact with the distal end portion 251a of the first electrode 251 and the distal end portion 252a of the second electrode 252, and the insulating portion 230 is the first electrode 251. The distal end 251a of the second electrode 252 and the distal end 252a of the second electrode 252 are connected.

또한, 도전성 가열박막(220) 및 절연부(230) 위에는 절연박막(270)이 형성된다. 절연박막(270)은 절연성을 갖는 투명 소재로 이루어지며 도전성 가열박막(220)과 외부를 절연시키는 역할을 한다. 절연박막(270)은 도전성 가열박막(120)과 절연부(230) 위에만 형성될 수 있으며, 기판의 전체 표면에 형성될 수도 있다.In addition, an insulating thin film 270 is formed on the conductive heating thin film 220 and the insulating portion 230. The insulating thin film 270 is made of a transparent material having insulation and serves to insulate the conductive heating thin film 220 from the outside. The insulating thin film 270 may be formed only on the conductive heating thin film 120 and the insulating portion 230, and may be formed on the entire surface of the substrate.

도 7a는 비교예 2에 따른 면발열 히터의 발열량을 나타낸 도면이고, 도 7b는 비교에 2에 따른 면발열 히터의 온도 상승 분포를 나타낸 도면이다. 또한, 도 8a는 본 발명의 제2 실시예에 따른 면발열 히터의 발열량을 나타낸 도면이고, 도 8b는 본 발명의 제2 실시예에 따른 면발열 히터의 발열량을 나타낸 도면이다.7A is a view showing a calorific value of the surface heating heater according to Comparative Example 2, Figure 7b is a view showing a temperature rise distribution of the surface heating heater according to the comparison 2. 8A is a view showing the calorific value of the surface heating heater according to the second embodiment of the present invention, and FIG. 8B is a diagram showing the calorific value of the surface heating heater according to the second embodiment of the present invention.

제2 실시예와 비교예 2에서는 절연부를 제외하고는 동일한 구성으로 이루어진 면발열 히터에 20V의 전압을 인가하여 발생하는 발열량과 온도 분포를 전산 해석하였다. 즉, 비교예 2의 면발열 히터에는 지그재그 형상의 전극이 설치되고, 절연부 없이 도전성 가열박막이 전체적으로 연결되어 있다.In Example 2 and Comparative Example 2, the calorific value and temperature distribution generated by applying a voltage of 20V to the surface heating heater having the same configuration except for the insulating portion were computed. That is, the surface heating heater of the comparative example 2 is provided with a zigzag electrode, and the conductive heating thin film is connected as a whole without an insulating portion.

도 7a 및 도 7b에 도시된 바와 같이, 비교예 2의 면발열 히터는 전극 말단부와 돌출부에서 부분적으로 많은 열이 발생하고 온도의 상승도 상당히 높은 것을 알 수 있다.As shown in FIG. 7A and FIG. 7B, it can be seen that the surface heating heater of Comparative Example 2 partially generates a lot of heat at the electrode end and the protrusion, and the temperature rise is considerably high.

한편, 도 8a 및 도 8b에 도시된 바와 같이 본 제2 실시예에 따른 면발열 히터는 비교예 2에 비하여 돌출된 부분과 전극 말단에서 발열량이 상당히 감소하고, 온도의 상승도 상당히 감소한 것을 알 수 있다. 이는 절연부에서 전류의 흐름을 차단하여 전류를 각 도전성 가열박막으로 분산시켰기 때문이다.Meanwhile, as shown in FIGS. 8A and 8B, the surface heating heater according to the second embodiment has a significant decrease in heat generation at the protruding portion and the electrode end, and a rise in temperature is significantly reduced as compared with Comparative Example 2. have. This is because current is dispersed in each conductive heating thin film by blocking the flow of current in the insulating portion.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.In the above description of the preferred embodiment of the present invention, the present invention is not limited thereto, and various modifications and changes can be made within the scope of the claims and the detailed description of the invention and the accompanying drawings. Naturally, it belongs to the range of.

100, 200: 면발열 히터 110, 210: 기판
120, 220: 도전성 가열박막 130, 230: 절연부
151, 251: 제1 전극 152, 252: 제2 전극
151a, 152a, 251a, 252a: 말단부 160, 260: 전원
170, 270: 절연박막 251b, 252b: 돌출부100, 200: surface heating heater 110, 210: substrate
120, 220: conductive heating thin film 130, 230: insulation
151 and 251: first electrode 152 and 252: second electrode
151a, 152a, 251a, 252a: distal end 160, 260: power supply
170 and 270: insulating thin films 251b and 252b: protrusions

Claims (16)

기판;
상기 기판 상에 형성된 도전성 가열박막;
상기 도전성 가열박막과 전기적으로 연결 형성되는 전극; 및
상기 전극의 말단부와 상기 도전성 가열박막 사이를 절연할 수 있도록 상기 전극의 말단부와 접하여 형성된 절연부;
를 포함하는 면발열 히터.Board;
A conductive heating thin film formed on the substrate;
An electrode electrically connected to the conductive heating thin film; And
An insulation portion formed in contact with the distal end of the electrode to insulate between the distal end of the electrode and the conductive heating thin film;
Surface heating heater comprising a. 제1 항에 있어서,
상기 전극은 돌출부를 갖고, 상기 돌출부와 접하도록 절연부가 형성된 면발열 히터.The method according to claim 1,
The electrode has a protrusion, the surface heating heater is formed with an insulating portion in contact with the protrusion. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
상기 전극은 상기 전원의 양극과 연결된 제1 전극과 상기 제1 전극과 이격 배치되며 상기 전원의 음극과 연결된 제2 전극을 포함된 면발열 히터.The method according to claim 1 or 2,
The electrode may include a first electrode connected to the positive electrode of the power source and a second electrode spaced apart from the first electrode, and including a second electrode connected to the negative electrode of the power source. 제3 항에 있어서,
상기 절연부는 상기 제1 전극에서 상기 제2 전극까지 이어져 형성된 면발열 히터.The method of claim 3,
The insulation unit is a heat generation heater formed to extend from the first electrode to the second electrode. 제4 항에 있어서,
상기 절연부는 간격을 두고 이격 배치된 면발열 히터.The method of claim 4, wherein
The insulating portion is a heat generating heater spaced apart from each other. 제4 항에 있어서,
상기 도전성 가열박막은 상기 절연부를 사이에 두고 이격 배치된 면발열 히터.The method of claim 4, wherein
The conductive heating thin film is a heat generating heater spaced apart from the insulating portion. 제1 항에 있어서,
상기 절연부는 부도체층으로 이루어진 면발열 히터.The method according to claim 1,
The insulation portion surface heating heater made of a non-conductive layer. 제1 항에 있어서,
상기 기판은 광투과성 소재로 이루어진 면발열 히터.The method according to claim 1,
The substrate is a surface heating heater made of a light transmitting material. 제8 항에 있어서,
상기 도전성 가열박막은 광을 투과할 수 있는 소재로 이루어진 면발열 히터.The method of claim 8,
The conductive heating thin film is a surface heating heater made of a material that can transmit light. 제1 항에 있어서,
상기 도전성 가열박막은 탄소나노튜브를 포함하는 면발열 히터.The method according to claim 1,
The conductive heating thin film is a surface heating heater comprising carbon nanotubes. 기판;
상기 기판 상에 형성된 도전성 가열박막; 및
상기 도전성 가열박막과 전기적으로 연결 형성된 제1 전극과 상기 제1 전극에서 이격 배치된 제2 전극;
을 포함하고,
상기 제1 전극에는 상기 제2 전극을 향하여 돌출된 돌출부가 형성되고,
상기 돌출부와 상기 도전성 가열박막 사이를 절연할 수 있도록 상기 돌출부와 접하는 절연부가 형성된 면발열 히터.Board;
A conductive heating thin film formed on the substrate; And
A first electrode electrically connected to the conductive heating thin film and a second electrode spaced apart from the first electrode;
Including,
The first electrode is provided with a protrusion protruding toward the second electrode,
Surface heating heater formed with an insulating portion in contact with the protrusion so as to insulate between the protrusion and the conductive heating thin film. 제11 항에 있어서,
상기 절연부는 상기 제1 전극에서 상기 제2 전극까지 이어져 형성된 면발열 히터.The method of claim 11, wherein
The insulation unit is a heat generation heater formed to extend from the first electrode to the second electrode. 제11 항에 있어서,
상기 절연부는 간격을 두고 이격 배치된 면발열 히터.The method of claim 11, wherein
The insulating portion is a heat generating heater spaced apart from each other. 제11 항에 있어서,
상기 기판은 광투과성 소재로 이루어진 면발열 히터.The method of claim 11, wherein
The substrate is a surface heating heater made of a light transmitting material. 제14 항에 있어서,
상기 도전성 가열박막은 광을 투과할 수 있는 소재로 이루어진 면발열 히터.The method of claim 14,
The conductive heating thin film is a surface heating heater made of a material that can transmit light. 제15 항에 있어서,
상기 도전성 가열박막은 탄소나노튜브를 포함하는 면발열 히터.The method of claim 15,
The conductive heating thin film is a surface heating heater comprising carbon nanotubes.
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