KR20140094344A - 발열 가능한 자동차 유리 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차 유리에 발열체 층을 형성하도록 하여 발열 가능한 자동차 유리에서, 상기 발열체 층 상단에는 절연체 층이 형성되고, 상기 발열체 층 양 옆 가장자리에 절연층이 형성되지 않도록 한 부분에, 전극선이 형성되며, 상기 발열체는 코팅할 때 전극선 부분을 덮개로 막고 증착 공정으로 코팅하며, 상기 전극선을 코팅할 때 발열체 부분을 덮개로 막아 증착 공정으로 코팅하므로서, 절연 기능도 부가되어, 안전성이 확보되면서 빠른 시간에 유리 전체에까지 충분한 발열이 가능하도록 하게 되며, 투명한 발열체를 사용하는 특성상 시야에 쉽게 노출이 되지 않으므로, 자동차 뒷유리에 뿐 아니라 앞 유리까지에도 확대 적용될 수 있게 된다.

Description

발열 가능한 자동차 유리 제조 방법{The method of manufacturing for the auto glass being providable the heat}

본 발명은 발열 가능한 자동차 유리에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 자동차 유리 표면에 발열체를 코팅하고, 코팅된 발열체 주변에 전극선이 형성되고, 또 다시 발열체 위에 절연막이 코팅되어 있는 발열 가능한 자동차 유리의 제조 방법이다.

종래부터 자동차용 유리의 열선은 스크린 인쇄법이 널리 채용되고 있다. 스크린 인쇄법은 메시형 스크린에 잉크 차폐마스크를 형성하고, 이 마스크의 비마스크부를 소정의 패턴으로 하고, 비마스크부에서 잉크를 통과시켜서 피인쇄체에 부착시켜 인쇄를 행하는 것이다. 상기 인쇄수단은 비교적 인쇄선 폭이 큰(약 100㎛이상) 패턴의 형성에는 적합하였으나, 인쇄선 폭이 그 이하의 미세한 패턴형성에는 적합하지 않으며, 인쇄되는 패턴에도 제약을 받기 때문에 앞유리 같은 우수한 시인성이 필요로 하는 부품에는 적용되지 못했다.

이에 대한 개선 방법으로, 선행 특허 기술(공개번호 10-2007-0046236)에는. "유리나 플라스틱 기판에 발열물질을 도포하는 단계, 상기 도포된 발열물질 위에 포토레지스트를 도포하는 단계, 가시광선 파장보다 얇고 자외선의 파장보다 두꺼운 폭의 열선패턴이 형성된 마스크를 상기 포토레지스트 위에 가리고 자외선을 조사하는 단계, 상기 자외선이 조사된 감광부분의 포토레지스트를 에칭하는 단계, 및 에칭하는 단계를 포함하는 기판에 보이지 않는 열선을 형성하는 방법." 을 제시합니다.

또한, 마찬가지로 선행 특허 기술(출원번호 10-2007-0046147)에는 "컨베이어 수단, 메쉬(mesh) 타입으로 설치된 지지대, 발열체들이 이탈되는 것을 방지하는 발열체용 고정부와, 걸림돌기를 포함하는 발열체용 지그, 및 지그용 고정부를 포함하는 발열체 제조장치에서.

상기 발열을 위한 소재들이 투입되어 상기 소재들을 가열하도록 가열수단을 포함하는 가열 챔버, 상기 가열 챔버를 통해 가열된 소재들의 상측 일부분에 도전성 물질을 증착하도록 노즐수단을 포함하는 도전성물질 증착 챔버, 및 냉각수단을 포함하는 냉각 챔버를 포함하는 발열체 제조장치. " 를 제공한다.

그러나, 상기의 선행 특허 중에서 하나는 모두 패턴 방식으로 비록 미세한 도선이지만 시인성에 방해를 주게 되며, 유리 전체가 일정하고 효과적으로 발열하는 기능을 하지 못하게 된다. 그리고, 발열체 제조장치는 컨베이어 방식을 사용하는 코팅 방법으로 자동차 유리에는 효과적인 제조 방법을 제시하지 못하고 있다. 따라서 패턴 방식을 채용하지 않고 코팅 방법을 채용하는 자동차 유리에 발열체를 코팅하는 제조 방법의 개발이 필요한 실정이다.

대한민국공개특허 10-2007-0046236, 공개일(2007년05월03일) 대한민국출원특허 10-2007-0046147, 출원일(2007년05월11일)

본 발명은 발열체를 자동차 유리 표면에 투명하게 코팅하여, 시인성 방해받지 않으면서도 필요할 때, 발열이 가능하고 또한, 절연 기능도 부가하여 안전성을 가진 발열 가능한 자동차 유리를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적은, 자동차 유리에 발열체 층을 형성하도록 하여 발열 가능한 자동차 유리에서, 상기 발열체 층 상단에는 절연체 층이 형성되고, 상기 발열체 층 양 옆 가장자리에 절연층이 형성되지 않도록 한 부분에, 전극선이 형성되며,상기 발열체는 코팅할 때 전극선 부분을 덮개로 막고 증착 공정으로 코팅하며, 상기 전극선을 코팅할 때 발열체 부분을 덮개로 막아 증착 공정으로 코팅하므로서 달성된다.

그리고, 상기 발열체 층은 산화 주석이고, 상기 유리 모재의 평균 표면거칠기가 1μm ∼ 1000μ m범위로 조절되고, 상기 유리 모재는 프라즈마로 표면처리 하고, 발열체층을 이루는 금속은 산화주석, 산화인듐, 산화아연 등이다,

또한, 전극선 상단에 전극 단자를 부착하고 난 다음에는. 상기 전극선과 전극 단자를 모두 커버할 수 있도록 절연 수지를 코팅하거나, 절연 수지로 된 테이프로 부착하여 전극선과 전극 단자를 모두 커버하고, 발열체의 저항값은 5Ω 내지 10000Ω/cm²인 것이며, 상기 발열체를 증착 코팅할 때, 증착 장치는 챔버, 가스 공급계, 발열부, 및 전기장 인가부를 포함한다.

아울러, 본 발명의 발열체 증착 재료로는 염화 제2주석, 염화안티몬이며, 본 발명의 발열체 증착은 하전된 나노입자를 사용하고 그 극성이 (-)인 경우를 특징으로 한다.

본 발명에 따른 투명한 발열체가 코팅된 자동차 유리는 절연 기능도 부가되어, 안전성이 확보되면서 빠른 시간에 유리 전체에까지 충분한 발열이 가능하도록 하게 되며, 투명한 발열체를 사용하는 특성상 시야에 쉽게 노출이 되지 않으므로, 자동차 뒷유리에 뿐 아니라 앞 유리까지에도 확대 적용될 수 있게 된다.

도 1 은 본 제품이 적용된 상태를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 발열 가능한 유리의 단면 층 구조를 나타낸 도면이다.
도 3과 도 4는 전극선이 구비된 실시예의 도면이다.
도 5는 본 발명의 발열체 도선성 막을 형성하는 실시예의 도면이다.
도 6은 증착 장비에 대한 실시예를 나타낸 도면이다.
도 7은 세로형 증착 장비를 나타낸 실시예의 도면이다.
도 8은 본 발명에 따라 기판에 가해지는 전기장의 극성과 전하를 띤 나노입자의 극성과의 상호 작용에 의한 증착 거동의 차이를 보여주는 모식도이다.
도 9는 유리에 전극선을 증착하는 방법을 나타낸 실시예의 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시 예를 상세하게 설명한다. 본 발명의 구성 및 그에 따른 작용 효과는 이하의 상세한 설명을 통해 명확하게 이해될 것이다.

또한 공지된 기술 구성에 대해서는 구체적인 설명은 생략할 수도 있다.

도 1 은 본 제품이 적용된 상태를 나타낸 도면이다.

본 발명의 발열 가능한 유리(10)는 자동차 뒤 유리에 적용될 수 있는 것으로서, 투명한 발열체를 코팅하여 유리창 본래의 기능인 시인성이 저하되지 않으면서도 발열이 가능하도록 하는 자동차용 유리를 제공하는 것이다. 도면은 자동차 뒤 유리 창틀(20)에 발열 가능한 유리(10)가 장착된 형태의 도면이다.

도 2는 본 발명의 발열 가능한 유리의 단면 층 구조를 나타낸 도면이다.

유리층(11) 표면에 투명 발열체 층(12)이 코팅되고, 다시 그 위에 절연층(13)이 코팅되게 된다. 이때, 상기 유리(11)는 자용차용에 사용되는 통상의 안전 유리를 의미한다.

한편, 본 발명에 적용되는 발열체는 투명도가 유지되는 것으로서, 투과도는 70％에서 95 ％정도 범위내에 있는 것으로 한다. 발열 가능하면서 투명한 발열체로서 투명 전극을 사용하는데 투명 전극으로 널리 사용되는 ITO(Indium Tin Oxide)가 사용될 수 있다. 그리고, 상기 ITO 층은 증착법등을 사용하여 해당 분야에서 일반적으로 알려진 방법으로 충분히 형성이 가능하다.

또한, 주석산화막으로 발열체를 형성할 수가 있다. 이때, 상기 주석산화막은 염화 제2주석을 필름형태로 증착하여 형성할 수가 있다, 이때, 상기 염화 제2 주석 이외에 염화안티몬, 플루오르, 불소 암모 및 증류수가 혼합된 도전성 액체를 필름형태로 증착하여 형성할 수도 있다.

더욱 자세하게 말하면, 염화 제2주석, 염산, 염화안티몬, 플루오르, 암모늄, 증류수중 어느 하나 이상을 포함하는 도전성 물질을 액상형태로 증착하여 형성하기도 한다.

한편, 본 발명은 통상적으로 사용되는 라미네이팅(raminating) 수단을 이용하여 염화 제2주석, 염산, 염화안티몬, 플루오르, 암모늄 중 어느 하나 이상을 포함하는 도전성 물질에 증류수를 포함하여 필름형태로 증착하여 형성할 수도 있다.

이때, 600℃ 내지 900℃로 예열되어 있는 소재(유리)의 상부에 증착되어 도전성막인 발열체 층(12)로 형성된다. 여기서, 발열체(12)는 주석화합물을 기본으로 하고 다른 첨가물이 첨가되어 형성된다. 염산 8 내지 18중량％, 염화안티몬 0.5 내지 2중량％, 플루오르 1 내지 10중량％, 불소 암모늄 0.2 내지 1중량％, 그리고 나머지는 증류수로 조성한다. 이때, 혼합물은 약 36시간 정도로 혼합되어 숙성된다.

이때, 온도를 반드시 상기 600℃ 내지 900℃로 한정할 필요는 없다. 조건에 따라 상온에서 100℃ 혹은 500℃까지 다양한 공정 온도 설정이 가능하다.

아울러, 그래핀 같은 첨단 소재도 사용가능할 수 있다.

또한, 본 발명에서는 도전성 막인 발열체 층(12) 표면에 다시 절연층(13)을 더 형성한다. 절연층은 통상적으로 산화 규소( SiO₂ )를 많이 사용하며, 증착법을 사요하거나 용매에 상기 절연성 물질을 용제에 녹여 롤(roll) 코팅 방법으로 형성하기도 한다.

아울러, 발열체 층(12)의 두께는 10Å 내지 9000Å 정도로 형성하게 된다. 그리고 절연층(13)도 발열체 층과 비슷한 정도의 두께로 형성하게 된다.

그리고, 발열체 층(12)의 투과도 보다 절연층(13)의 투과도가 더 높게 된다. 예를들어, 발열체 층(12)의 투과도가 80 ％라면 절연층(13)의 투과도는 80 ％ 보다 높다는 것이다.

본 발명에서 절연층(13)을 구비하는 이유는 자동차 유리의 특성상 사람의 접촉이 언제나 가능하기 때문에 안전한 사용을 위해서이다. 물론, 절연층(13)의 재료로 산화 규소 이외에 투명한 플라스틱 수지류가 사용될 수도 있다. 즉, 투명하고 전기 절연 특성을 가지고 있다면, 무기물과 유기물 모두 본 발명의 절연층 소재로 사용될 수가 있다.

도 3과 도 4는 전극선이 구비된 실시예의 도면이다.

전극선(14a)(14b)은 발열체 층에 전원을 공급하기 위해 저항이 낮은 불투명한 전극 재료를 사용하게 된다.

도면에서처럼, 절연체 층(12)이 일정한 면적에 형성되었다고 했을 때, 전극선(14a)(14b)은 절연체 층의 양측 변을 따라서 형성되게 된다. 이때. 전극선(14a)(14b)은 은(Ag), 구리(Cu), 금(Au) 전기 저항이 낮은 금속이나 전기 저항이 낮은 소재(탄소막 등)가 사용가능하다.

도 5는 본 발명의 발열체 도선성 막을 형성하는 실시예의 도면이다.

본 발명에서 도전성막 형성단계는 증착 방지용 커버를 제외한 소재의 상부에 노즐 (nozzle) 수단을 이용하여 염화 제2주석, 염산, 염화안티몬, 플루오르, 불소암모늄, 증류수중 어느 하나 이상을 포함하는 도전성 물질을 액상형태로 증착하여 형성하는 단계인 것을 특징으로 한다.

따라서, 도면에서처럼 노즐구(200a)를 포함하는 노즐이 구비되고, 상기 노즐에서 액체상태의 코팅 물질이 자동차용 유리(10) 표면에 분사되는 방식을 사용한다. 이때, 자동차 유리 양 측면에 코팅 방지막(20a)을 덮개 되어 상기 코팅 방지막(20a)이 덮여진 부분을 발열체가 코팅되지 않게 된다.

그러나, 본 발명은 이에 한정하지 않고 도시하지는 않았지만 증착 방지용 커버를 제외한 소재(미도시)의 상부에 라미네이팅(raminating) 수단(미도시)을 이용하여 염화 제2주석, 염산, 염화안티몬, 플루오르, 암모늄, 증류수 중 어느 하나 이상을 포함하는 도전성 물질을 필름형태로 증착하여 형성할 수도 있다.

여기서, 발열체는 주석화합물을 기본으로 하고 다른 첨가물이 첨가되어 형성된다. 다시 말하면, 발열체는 염화 제2주석 10 내지 30중량％, 염산 8 내지 18중량％, 염화안티몬 0.5 내지 2중량％, 플루오르 1 내지 10중량％, 불소 암모늄 0.2 내지 1중량％, 그리고 나머지는 증류수로 조성한다. 이때, 혼합물은 약 36시간 정도로 혼합되어 숙성된다.

염화 제2주석이 30중량％ 이상일 경우에 가수분해가 원활하게 이루어지지 않게 된다. 따라서, 발열체 형성 후에 백탁 현상이 발생하여 투명성을 저하시키게 된다.

또한, 염화 제2주석이 30중량％ 이상일 경우에 발열체가 불안정해져 편중 발열이 발생할 뿐만 아니라, 약 300℃정도의 고온 발열시에 발열체가 쉽게 파손된다. 반면에, 염화 제2주석이 10중량％ 이하일 경우에 발열체의 발열상태가 미흡하게 된다.

염화안티몬이 2중량％ 이상일 경우에 가수분해가 원활하게 이루어지지 않게 된다. 따라서, 발열체가 형성된 후에 백탁 현상이 발생하여 투명성을 저하시키게 된다.

또한, 염화안티몬이 2중량％ 이상일 경우에 발열체가 불안정해져 편중 발열이 발생하게 된다. 반면에, 염화안티몬이 0.5중량％ 이하일 경우에 발열체의 발열상태가 미흡하게 된다.

플루오르가 10중량％ 이상일 경우에 플루오르가 염산에 용해되지 않아 발열체가 불안정해져 편중 발열이 발생하게 된다. 반면에, 플루오르가 1중량％ 이하일 경우에 발열체의 발열상태가 미흡하게 된다.

불소 암모늄이 1중량％ 이상일 경우에 불소 암모늄이 염산에 용해되지 않아 발열체가 불안정해져 편중 발열이 발생하게 된다. 반면에, 불소 암모늄이 0.2중량％ 이하일 경우에 발열체의 발열상태가 미흡하게 된다. 염산이 18중량％ 이상일 경우에 발열체의 발열상태가 미흡하게 되고, 염산이 8중량％ 이하일 경우에 가수 분해가 원활하게 이루어지지 않아 발열체가 형성된 후에 백탁 현상이 발생하여 투명성을 저하시키게 된다.

한편, 발열체의 두께는 소재의 재질 및 회전속도, 온도, 분무시간 및 공기압의 적정조건에서 결정되며 100Å 내지 6000Å 정도로 형성된다.

이때, 발열체의 두께가 100Å이하일 경우 발열량이 미흡하며, 6000Å이상일 경우 발열량이 과도하여 발열장치로 사용이 부적합하게 된다.

또한, 발열체의 저항값은 5Ω 내지 10000Ω/cm²이며 인가전압에 따라 저항값을 조정할 수도 있다. 따라서, 발열장치는 발열온도 및 발열면적, 인가전압에 따른 소재의 온도, 도전성 물질 분무 시간, 그리고 소재와 도전성 물질간의 반응성등이 고려되어 제조되어야 한다.

이때, 전극 단자의 형성도 중요할 수 있으며, 전극 단자는 덮개(20a)로 덮여준 부분에 형성되게 된다. 전극용 노즐수단을 이용하여 전극 단자 물질을 증착하고 650℃ 내지 700℃에서 소성하여 전극 단자(14a)(14b)를 형성하는 전극 단자(14a)(14b)를 형성단계를 수행한다.

그러나, 본 발명은 이에 한정하지 않고 도시하지는 않았지만, 도전성막(미도시)의 양측 끝단에 라미네이팅 수단(미도시)을 이용하여 전극 단자 물질을 증착하고 650℃ 내지 700℃에서 소성하여 전극 단자를 형성하는 전극 단자 형성단계를 수행한다.

이때, 전극 단자 물질은 열전도율이 높은 은(Ag), 구리(Cu), 금(Au)중 어느 하나 이상이 포함된다. 이러한, 전극 단자는 이후에 진술할 전원공급부(미도시)와 전기적으로 연결되고 전원공급부(미도시)에 의해 적정전압을 인가받아 발열체를 예열시킨다.

증착 장치를 사용하여 본 원 발명의 발열체를 형성할 수도 있다.

플라즈마에 의한 표면처리의 효과는 진공용기내부의 진공압과 전극부에 가해지는 플라즈마 전력과 상기의 진공용기의 내부로 주입되어지는 사용가스의 종류 및 전극부와 모재와의 거리등에 의하여 좌우되어지며, 금속 진공증착되어지는 자동차 유리 모재를 플라즈마로서 표면처리하기 위한 본 발명에 의한 방법은, 진공용기의 내측상부에 설치되어지는 음극판의 하부에서 상기 음극판에 대향되어지는 자동차 유리 모재를 음극판과 모재와의 거리가 약 10 ∼ 20cm정도로 이격되도록 이송대차의 상부에 안치시키고, 상기 진공용기의 내부로 아르곤가스나 산소가스 또는 아르곤과 산소의 혼합가스를 사용가스로서 주입하여 진공용기 내부의 진공압을 10-2 ∼ 10-3 torr의 범위로 조절하고, 플라즈마 전력을 0.1W/cm 2 이하로 하여 전원을 공급하게 되면, 상기의 음극판 주위에 저압 플라즈마가 발생하여 자동차 유리 모재의 표면에 존재하고 있던 오염물질을 제거함과 동시에 상기 모재의 표면을 활성화시키므로서 자동차 유리 모재의 표면과 상기 증착 물질 간의 밀착력이 증대되는 것이다.

본 발명의 발열체 증착 재료로는 염화 제2주석 10 내지 30중량％, 염산 8 내지 18중량％, 염화안티몬 0.5 내지 2중량％, 플루오르 1 내지 10중량％, 불소 암모늄 0.2 내지 1중량％ 가 포함된다.

그리고, 상기의 실험에 사용한 밀착력측정방법은 크로스커트(Cross cut) 시험법으로서 상기의 자동차 유리 모재의 표면에 피복되어진 발열체 박막층에 가로 1mm, 세로 1mm의 정방형 흔적을 남긴 후 접착테이프의 접착력을 이용하여 상기의 부위의 발열체층을 박리시키는 방법이며, 일반적으로 박막층에 100개의 정방형을 형성시켜 놓게 되며, 이들 중 박리되어지는 정방형의 숫자를 계산하여 백분율로서 밀착력의 정도를 나타내게 된다.

아울러, 상기의 방법을 부가 설명하면 다음과 같다. 샌드 블라스팅법에 일반적으로 사용되는 모래분사기로서 유리 모재의 표면에 입자의 크기가 0.5mm이하의 낮은 입도를 가지는 세라믹 입자를 공기압 5∼7 kg/cm²에서 약 2∼5초간 분사하여 상기 모재의 표면에 미세 스케일을 형성시키며, 모재의 평균 표면거칠기가 100μm ∼ 20μm의 범위가 유지되도록 한다.

이때, 모재의 재질에 따라 모래분사기의 분당 토출량 및 토출속도를 조절하여 표면거칠기가 100μm ∼ 20μm로 유지되도록 하므로서, 발열체의 진공증착시에 상기 발열체의 잔류응력 방향이 모재의 표면에 형성된 미세스케일에 의하여 서로 간섭을 일으켜 상쇄되므로서 상기 모재의 표면에 진공증착되어지는 발열체의 밀착력이 증대되는 것이다.

그리고, 상기의 금형부식법과 샌드 블라스팅법에 의한 평균 표면거칠기의 한정범위가 다른 이유는, 상기의 금형부식법에 의한 미세요철부는 일정한 농도를 가지는 금속부식액의 부식작용에 의하여 형성된 것이므로 미세요철부의 전체적인 표면형상이 단순하게 되고, 상기의 샌드 블라스팅법에 의한 미세스케일은 세라믹 입자의 불규칙적인 충돌에 의하여 형성된 것이므로 상기 미세스케일의 전체적인 표면형상이 금형부식법에 의한 미세요철부보다 복잡한 구조를 가지게 되며, 상기의 미세요철부 및 미세스케일의 표면형상이 복잡하면 복잡할수록 모재의 표면에 진공증착되어지는 발열체 층의 밀착력이 증대되므로, 상기의 금형부식법에 의한 미세요철부의 평균 표면거칠기가 샌드 블라스팅법에 의한 미세스케일의 평균 표면거칠기보다 조밀하게 되는 것이다.

그리고, 본 발명에 의한 진공증착용 모재의 표면처리방법의 다른 실시예로서는 모재가 되는 표면상에 존재하는 수분이나 이산화탄소 및 질소, 산소등의 이물질을 진공상태에서 발생되는 저압 플라즈마를 사용하여 제거하므로서, 상기의 이물질들이 반응성이 우수한 피복입자와 반응하여 형성되는 산화물, 질화물 탄화물등이 외부의 충격으로 인한 미세결함으로 작용하게 되어 발생하는 밀착파괴 현상을 방지하고, 상기의 건식도금법을 사용하여 금속 및 세라믹박막을 상기 모재의 표면에 피복할 경우 상기 모재와 발열층의 밀착력을 강화시키게 한 플라즈마에 의한 표면처리방법이 있다.

상기의 방법으로 진공 증착이 이루어져서 발열체 형성되게 되면, 그 두께는 10- 100 μm 정도 형성하게 된다.

도 6은 증착 장비에 대한 실시예를 나타낸 도면이다.

상기 도면을 참조하면, 본 발명에 따른 막 증착 장치(110)는 챔버(115), 가스 공급계(120), 발열부(130), 및 전기장 인가부(190)를 포함한다. 이러한 막 증착 장치(110)를 이용하여, 증착할 수 있다.

도 6에 도시한 막 증착 장치(110)는 수평 로(horizontal furnace) 타입으로서, 챔버(115)는 반응 가스가 수평으로 공급되고 배기되며 내부에 유리(10)이 장입되고 상압으로 유지된다. 챔버(115)는 석영 재질로 튜브 형상일수 있다.

가스 공급계(120)는 반응 가스, 캐리어 가스 등의 원료 가스를 챔버(115) 내에 도입하는 것으로, 가스 배관과 가스 유량계로 이루어진다.

이러한 반응 가스를 단독으로 사용해도 좋지만, 수소, 불소, 염소 등의 반응성이 있는 가스 ; 도펀트(dopant)인 Ⅲ족 원소를 함유한 가스, 예를 들면, B2H6(디보란), B(CH3)3 (트리메틸붕소) 또는 Ⅴ족 원소를 함유한 가스, 예를 들면 PH3(포스핀); 헬륨, 아르곤, 네온 등의 불활성 가스; 질소 등의 가스를 첨가 도입하여, 실란 화합물 가스를 희석해서 사용해도 좋다.

발열부(130)는 챔버(115) 내로 도입되는 반응 가스를 해리시키기 위하여 열을 방출한다. 발열부(130)의 재질은 그래파이트, SiC 등일 수 있으며, 봉, 판, 코일 등 어떠한 형태로도 가능하다. 또한, 발열부(130)의 개수는 하나 또는 그 이상일 수 있다. 도 1에 도시한 것은 봉 형상의 SiC 발열체로서, 예컨대 챔버(115) 둘레에 6 개가방사형으로 배치된 것일 수 있다.

본 발명에 따른 막 증착 장치(110)에 포함되는 전기장 인가부(190)는 유리(10) 위 또는 아래에서 전기장을 인가하는 것으로, 본 실시예에서는 유리(10)의 상부에 설치된 제1 플레이트(170), 유리(10)의 하부에 제1 플레이트(170)에 대향하여 설치된 제2 플레이트(175), 제1 플레이트(170)에 라인(171) 연결된 접지 장치(180) 및 제2 플레이트(175)에 라인(176) 연결된 전원(185)을 포함한다.

접지 장치(180) 및 전원(185)은 챔버(115) 외부에 설치된다. 유리(10)은 제2 플레이트(175)의 제1 플레이트(170) 대향면 상에 놓이며, 제2 플레이트(175)에는 유리(10)을 안착시키기 위한 리세스(R)가 형성되어 있다.

제1 플레이트(170)는 접지 장치(180)에 의해 접지 상태가 되고, 전원(185)은 제2 플레이트(175)에 일정한 교류 및 직류 전압을 인가하여, 유리(10)의 아래에서 전기장을 인가하게 된다. 전원(185)의 전압은 +1000V ∼ -1000V의 범위이고, 직류 또는 주파수 0.01Hz ∼10KHz 범위의 교류를 적용할 수있다. 제1 플레이트(170)와 제2 플레이트(175)는 도전성 재질, 특히 금속 재질을 사용할 수 있으며, 그 크기는 증착되는 유리(10)의 면적보다 큰 크기로 하며, 증착하려는 목적에 따라 크기를 변경시키는 것도 물론 가능하다.

도 7은 세로형 증착 장비를 나타낸 실시예의 도면이다.

도 7에 도시한 막 증착 장치(210)는 챔버(215), 가스 공급계(120), 발열부(130), 및 전기장 인가부(190)를 포함한다. 도 6에서와 동일한 부호로 표시된 요소는 동일한 요소를 의미하므로 반복되는 설명은 생략하기로 한다. 도7에 도시한 막 증착 장치(210)는 수직 로(vertical furnace) 타입으로서 반응 가스는 수직으로 공급되고 배기된다.

전기장 인가부(190')는 유리(10) 아래에서 전기장을 인가하는 것으로, 본 실시예에서는 유리(10)의 상부에 설치된 제1 플레이트(170'), 유리(10)의 하부에 제1 플레이트(170')에 대향하여 설치된 제2 플레이트(175), 제1 플레이트(170')에 라인(171) 연결된 접지 장치(180) 및 제2 플레이트(175)에 라인(176) 연결된 전원(185)을 포함한다.

하전된 나노입자는 캐리어 가스의 흐름에 따라 아랫방향으로 이동하다가 제1 플레이트(170')에 만날 수 있으므로, 제1 플레이트(170')는 하전된 나노입자가 통과할 수 있게끔 그물망 형상으로 제작함이 바람직하다. 증착시키려는 목적에 따라 그물망의 구멍 크기, 형태 및 설치 위치를 변경시켜서 사용할 수 있다.

한편, 도면에는 접지 장치(180) 및 전원(185)이 챔버(215)의 하부에 설치되는 구성을 예로 들었으나, 접지 장치(180) 및 전원(185)이 챔버(215)의 측부에 설치되는 구성도 가능하며, 유리(10)이 챔버(215) 신장 방향과 수직으로 놓인 구성을 예로 들었으나, 유리(10)이 챔버(215) 신장 방향과 수평으로 놓이는 구성도 얼마든지 가능하다.

이때, 본 발명에서는 사용 가능한 발열체로서는 전기적인 전도성을 투명 전극으로서는, 산화주석, 산화인듐, 산화아연 등의 금속 산화물이나 투광성의 금속 등을 유효하게 사용할 수 있다.

발열체의 증착을 위한 반응 가스로는 실란과 헬륨의 혼합가스를 사용할 수 있으며, 여기에 질소 가스를 캐리어 가스로서 추가하여 챔버(115) 내에 도입할 수 있다. 다음으로, 발열부(130)를 이용하여 반응 가스를 해리시킨다(단계 s2).

한편, 증착 속도의 한계를 극복하기 위해서는 기상에서 핵 생성이 일어나는 조건에서도 양질의 박막이 성장할 수 있는 조건을 만들어 주면 되는데, 이를 위해서는 생성된 핵 또는 나노입자가 전하를 띠게 하여 전하를 띤 클러스터를 만들어 주면 높은 증착 속도로 양질의 박막 제조가 가능하다.

한편, 전하를 띤 클러스터를 의도적으로 생성하여 이들을 가속시켜 박막을 증착 시키는 기술을 Yamada와 Tagaki 등이 "ionized cluster beam deposition(ICBD)"라는 이름으로 개발하였다. 그러나 이 방법에서는 클러스터를 만들기 위하여 단열팽창을 시키고, 이를 이온화시키기 위하여 전자총을 사용하였다. 이러한 방법은 장치가 복잡할 뿐만 아니라 생성된 클러스터의 이온화율도 낮아서 30％를 넘기 힘들다. 또한 이 방법에서는 이러한 클러스터를 가속시켜서 증착시키기 때문에 ∼0.000001 Torr의 높은 진공도를 사용하였다.

그러나, 본 발명에 따르면, 단순히 발열부(130)를 이용해 반응 가스를 해리시키는 것에 의해, 나노입자(또는 나노 클러스터)를 생성시키는 부가적인 장치를 사용하지 않으면서도 하전된 증착원(나노입자 또는 나노 클러스터)을 챔버(115) 안에서 자발적으로 생성시킬 수 있다.

본 발명에 따라, 해리된 반응 가스에서 핵생성이 일어난다(단계 s3). 그리고, 핵생성으로부터 생겨난 다결정 나노입자는 성장을 하면서 챔버(115) 내부와의 서로 다른 일함수에 의해서 전하를 띄어 하전된 나노입자가 된다(단계 s4).

본 발명에서는 또한, 반응 가스의 해리 정도를 조절하여 하전된 나노입자가 가지는 (+) 또는 (-) 전하 특성을 조절할 수 있다. 즉, 하전된 나노입자가 가지는 전하의 양과 극성 비를 의도한 바에 의하여 조절할 수 있다.

이렇게 (+) 또는 (-) 전하를 띤 입자들의 상대적인 비율을 달리 함에 따라, 이에 영향을 받는 하전된 나노입자의 전하 특성과의 상호관계를 제어하여 증착 속도와 막의 특성을 조절할 수 있는 것이다.

구체적으로 반응 가스의 해리 정도는 특히 챔버(115)의 온도에 의존한다. 챔버(115)의 온도가 증가할수록 반응가스의 해리 정도는 증가한다. 이러한 챔버(115)의 온도 증가는 반응 가스의 해리 정도를 변화시켜, 본 발명자들의 증착 이론에 근거할 경우 증착 단위 입자의 정전기적인 특성을 변화시키다. 막 증착의 경우, 챔버(115)의 온도가 증가할수록 양으로 하전된 나노입자들에 비하여 음으로 하전된 입자들의 상대적인 비가 증가한다. 이러한 챔버(115)의 온도 조절에 따른 반응 가스의 해리도 증가 및 그것에 따른 박막 특성 향상은 기존의플라즈마를 이용하는 방법에서의 반응 가스 해리도와 차별성을 갖는다.

또한, 증착되는 기판의 전기적 전도성 차이에 따라서 전하를 띤 나노입자가 가지고 있던 전하량에서 기인하는 정전기적인 특성이 기판 표면에서 제거되거나 또는 계속 유리(10) 표면에 축적되어 연속적으로 증착되는 하전된 나노입자의 극성에 따라서 유리(10)과 하전된 나노입자와의 상호 작용의 거동이 변하게 된다. 유리(10)의 전기적 전도성이 큰 경우 전하를 띤 나노입자가 가지고 있던 전하량에서 기인하는 정전기적인 특성이 유리(10) 표면에서 제거되기 때문에 이후에 증착되는 하전된 나노입자에 영향을 미치지 않는다. 그러나, 유리(10)의 전기적 전도성이 작은 경우 혹은 부도체인 경우 전하를 띤 나노입자가 가지고 있던 전하량에서 기인하는 정전기적인 특성이 유리(10) 표면에 축적되므로 이후에 증착되는 하전된 나노입자의 극성에 따라 인력 또는 척력을 미치게 된다.

다음으로, 전기장 인가부(190)를 이용해 유리(10)에 전기장을 인가하여 하전된 나노입자를 유리(10)에 끌어당겨 막을 증착한다. 이 때, (+) 또는 (-) 극성의 전기장을 지속적으로 혹은 교대로 인가함으로써 증착 거동을 조절한다. 본 발명에 따른 막 증착 방법을 실시할 때에, 전원(185)의 전압은 +1000V ∼ -1000V의 범위이고, 직류 또는 주파수 0.01Hz ∼10KHz 범위의 교류를 적용할 수 있다.

도 8은 본 발명에 따라 기판에 가해지는 전기장의 극성과 전하를 띤 나노입자의 극성과의 상호 작용에 의한 증착 거동의 차이를 보여주는 모식도이다.

도 8의 (a)에 도시한 바와 같이, 하전된 나노입자(191)의 극성이 (-)인 경우 전도성 유리(10)에 양의 전기장(예컨대 +50V)을 인가하면 인력에 의해 나노입자(191)가 유리(10)으로 향하게 되므로 증착되는 속도가 높다.

(b)에 도시한 바와 같이, 하전된 나노입자(191)의 극성이 (-)이든 (+)이든 전도성 유리(10)에 전기장을 인가하지 않으면 보통의 증착 속도를 보인다. 그러나, 도 6의 (c)에 도시한 바와 같이, 하전된 나노입자(191) 의 극성이 (-)인 경우 전도성 유리(10)에 음의 전기장(예컨대 -50V)을 인가하면 척력에 의해 나노입자(191)가 유리(10)으로부터 튕겨져 나가므로 증착되는 속도가 매우 낮다. 이와 같이, 하전된 나노입자에 대해 전기장을 인가함으로써 증착 속도를 조절할 수 있고, 이에 따라 증착되는 박막의 구조 특성 또한 조절된다.

다시 말해, 본 발명은 반응 가스로부터 전하를 띤 나노입자의 생성 거동을 반응 가스의 반응 조건에 의하여 변화시킬 수 있음과 동시에 이러한 생성 거동과 별도로, 일단 기상에서 생성된 전하를 띤 입자들의 전하 특성을 이용하여 전기장을 인가하여 줌으로써 증착 거동 또한 개별적으로 조절하는 것이다. 또한, 본 발명은 전기적으로 도체인 기판은 물론, 전기적으로 부도체이며 낮은 반응 온도를 요구하는 플라스틱 기판, 전기적 전기장이 관통하지 못하는 세라믹과 같은 부도체 위에서도 박막 및 후막의 증착 거동을 제어하여 증착 속도 및 결정화도 조절이 가능해진다.

즉, 이미 생성된 하전된 나노입자에 대하여 증착 과정에서 (+) 또는 (-) 극성 중에서 임의의 극성을 가지는 부분을 선택적으로 선택함으로써 전하를 띤 나노입자의 증착 속도와 그에 따른 박막의 구조 특성을 조절하는 것이다. 하전된 결정화 실리콘 나노입자를 빠른 유속을 이용해서 전기장의 영향이 미치는 곳까지 가져오므로 불순물이 적고, 결정화도가 높으며, 증착 속도까지 빠른 결정화 실리콘막을 얻을 수 있다.

도 9는 유리에 전극선을 증착하는 방법을 나타낸 실시예의 도면이다.

이를 위해서는 도 5에서와 반대로 덮개를 만들어야 한다. 즉, 도 5에서는 전극선 부분에 덮개를 사용하였으나, 전극선을 증착하기 위해서는 발열체가 코팅되는 부분에 덮개를 사용하여야 한다. 단지 발열체가 코팅되는 부분에 덮개를 사용하는 것에 대한 실시예의 도면은 생략한다.

일반적으로 플라즈마에 의한 표면처리의 효과는 진공용기내부의 진공압과 전극부에 가해지는 플라즈마 전력과 상기의 진공용기의 내부로 주입되어지는 사용가스의 종류 및 전극부와 모재(유리)와의 거리등에 의하여 좌우되어지며, 금속 및 세라믹박막이 진공증착되어지는 자동차 유리 모재(10)를 플라즈마로서 표면처리하기 위한 본 발명에 의한 방법은, 진공용기(130)의 내측상부에 설치되어지는 음극판(132)의 하부에서 상기 음극판(132)에 대향되어지는 유리 모재(10)를 음극판(132)과 모재(10)와의 거리(d)가 약 10 ∼ 20cm정도로 이격되도록 이송대차(133)의 상부에 안치시키고, 상기 진공용기(130)의 내부로 아르곤가스나 산소가스 또는 아르곤과 산소의 혼합가스를 사용가스로서 주입하여 진공용기(130) 내부의 진공압을 10-2 ∼ 10-3 torr의 범위로 조절하고, 플라즈마 전력을 0.1W/cm 2 이하로 하여 전원을 공급하게 되면, 상기의 음극판(2) 주위에 저압 플라즈마가 발생하여 유리 모재(10)의 표면에 존재하고 있던 오염물질을 제거함과 동시에 상기 모재의 표면을 활성화시키므로서 금속 박막의 진공증착시 모재의 표면과 상기 박막간의 밀착력이 증대되는 것이다.

그리고, 상기의 유리 모재(10)의 평균 표면거칠기가 1μm ∼ 1000μ m범위로 조절될 수 있도록 하며, 금속 박막의 진공증착시에 상기 박막층의 잔류응력 방향이 모재의 표면에 형성된 미세요철부에 의하여 서로 간섭을 일으켜 상쇄되므로서 상기 모재의 표면에 진공증착되어지는 금속 박막의 밀착력이 증대되는 것이다.

10 ; 자동차 유리 11 : 유리층
12 ; 발열체 층 13 : 절연체 층
14a, 14b : 전극선 20a ; 덮개
110 : 막 증착 장치 115 : 챔버
120 : 가스 공급계 130 : 발열부
180 : 접지 장치 185 : 전원
215 : 챔버 190 : 전기장 인가부

Claims (10)

1. 자동차 유리에 발열체 층을 형성하도록 하여 발열 가능한 자동차 유리에서,
   상기 발열체 층 상단에는 절연체 층이 형성되고, 상기 발열체 층 양 옆 가장자리에 절연층이 형성되지 않도록 한 부분에, 전극선이 형성되며,
   상기 발열체는 코팅할 때 전극선 부분을 덮개로 막고 증착 공정으로 코팅하며, 상기 전극선을 코팅할 때 발열체 부분을 덮개로 막아 증착 공정으로 코팅하는 것을 특징으로 하는 발열 가능한 자동차 유리 제조 방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 발열체 층은 산화 주석인 것을 특징으로 하는 발열 가능한 자동차 유리.
3. 제1항에 있어서,
   상기 유리 모재의 평균 표면거칠기가 1μm ∼ 1000μ m범위로 조절될 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 발열 가능한 자동차 유리 제조 방법.
4. 제 1항에 있어서, 상기 유리 모재는 프라즈마로 표면처리 하는 것을 특징으로 하는 발열 가능한 자동차 유리 제조 방법.
5. 제 1항에 있어서, 발열체층을 이루는 금속은 산화주석, 산화인듐, 산화아연 등인 것을 특징으로 하는 발열 가능한 자동차 유리 제조 방법.
6. 제 1항에 있어서, 전극선 상단에 전극 단자를 부착하고 난 다음에는. 상기 전극선과 전극 단자를 모두 커버할 수 있도록 절연 수지를 코팅하거나, 절연 수지로 된 테이프로 부착하여 전극선과 전극 단자를 모두 커버하는 것을 특징으로 하는 발열 가능한 자동차 유리.
7. 제 1항에 있어서, 발열체의 저항값은 5Ω 내지 10000Ω/cm²인 것을 특징으로 하는 발열 가능한 자동차 유리.
8. 제 1항에 있어서, 상기 발열체를 증착 코팅할 때, 증착 장치는 챔버, 가스공급계, 발열부, 및 전기장 인가부를 포함하는 것을 특징으로 하는 발열 가능한 자동차 유리.
9. 제 1항에 있어서, 본 발명의 발열체 증착 재료로는 염화 제2주석, 염화안티몬 등 인 것을 특징으로 하는 발열 가능한 자동차 유리.
10. 제 1항에 있어서, 본 발명의 발열체 증착은 하전된 나노입자를 사용하고 그 극성이 (-)인 경우를 특징으로 하는 발열 가능한 자동차 유리.

Images