KR20140124107A - 발열 유리 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 발열 유리는, 투명기판에 소정 거리만큼 이격되게 형성되며 전원선이 연결되는 복수개의 버스 바 전극과, 보조 복합물을 포함하며 버스 바 전극에 소정 거리만큼 이격되게 형성되는 복수 개의 보조 발열층과, 보조 발열층에 형성되며 주 복합물을 포함하는 주 발열층과, 주 발열층 또는 투명기판 또는 보조 발열층 위에 별도의 독립된 박막 형태로 형성되거나, 주 발열층 또는 보조 발열층에 포함되는 적외선 흡수물질을 포함한다.
Description
본 발명은 발열 유리에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전류밀도를 분산시켜 동작 시 안전성이 높고 겨울철 실내 난방 유지와 여름철 일사 차폐가 가능한 발열 유리에 관한 것이다.
건물에 있어서 창호 유리는 기본적인 구성 요소이다. 과거에는 겨울철이 되면, 설치된 유리에 실외의 온도와 실내의 온도 차에 따른 결로가 생기는 문제점이 발생하였다. 유리에 발생된 결로는 시인성을 나쁘게 할 뿐 아니라, 유리에 생긴 습기가 하부 벽체에 영향을 주어 벽체에 곰팡이가 생기게 하는 등의 문제점을 일으켰다.
근래에 이러한 문제점을 해결하고자 겨울철 실내와 실외의 온도 차에 의한 결로를 방지하여 시인성을 확보하는 발열 유리분야의 기술이 활발하게 연구되고 있으며, 이와 같은 기술을 적용한 제품이 다수 출시되고 있다.
한국등록특허공보 제10-1233012호(이하, 종래기술)는 결로 방지를 위한 발열 유리 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것으로, 발열 복층 유리의 실내 측 표면 유리에 부착되어 있는 유리 표면 온도 감지기에 의해 감지되는 유리 표면 온도가 실내온도 및 상대 습도를 측정하여 계산된 이슬점과 같거나 또는 이슬점 보다 낮을 경우 발열 유리에 전력을 공급하여 결로를 발생시키지 않는 온도로 자동 제어하여 유리의 결로를 방지하는 내용이 개시되어 있다.
종래기술의 결로 방지를 위한 발열 유리는, 판 형태의 유리 표면에 투명 전도성 코팅 유리를 사용하며, FTO(Fluorine-doped Tin Oxide), ITO(Indium Tin Oxide)을 포함한 여러 가지 금속 산화물이 코팅된다. 발열 유리는 전력의 인가에 따라 발열유리에 열이 발생되어 결로의 발생을 방지한다.
그러나, 종래기술은 대면적 발열 유리 제작 시, 발열물질이 균일하게 코칭되지 않아 발열창호에 전력 인가 시 전류밀도가 상대적으로 높은 부분에서 발열 유리가 파괴되는 문제점이 있었다.
한편, 지표면에 도달하는 태양광 에너지는 자외선이 약 6%, 가시광선이 약 46%, 적외선 선이 약 48%를 차지한다. 즉, 태양광 에너지는 채광에 기여하지 않고 열작용을 일으키는 적외선이 절반을 차지하고 있다. 한여름 낮에는 건물 외부에서 내부로 유입하는 열량의 71%가 유리로부터 유입되고 있기 때문에 이러한 열량을 줄이면 대폭적인 에너지 절약 효과를 기대할 수 있다. 이에, 에너지 절약과 관련하여 냉, 난방효율에 대한 관심이 높아지면서 태양광으로부터 입사되는 가시광선은 투과시키고 열선(적외선)은 흡수 또는 반사시키는 발열 유리의 개발이 필요하다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 전류밀도를 분산시켜 동작 시 안전성이 높은 발열 유리를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 발열 유리의 구동을 위한 전압 인가에 있어 보다 낮은 전압환경에서 작동할 수 있도록 발열층의 저항 값이 낮은 발열 유리를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 겨울철 실내 난방 유지와 여름철 일사 차폐가 가능한 발열 유리를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 양상에 따른 발열 유리는, 투명기판에 소정 거리만큼 이격되게 형성되며 전원선이 연결되는 복수개의 버스 바 전극과, 보조 복합물을 포함하며 버스 바 전극에 소정 거리만큼 이격되게 형성되는 복수 개의 보조 발열층과, 보조 발열층에 형성되며 주 복합물을 포함하는 주 발열층과, 주 발열층 또는 투명기판 또는 보조 발열층 위에 별도의 독립된 박막 형태로 형성되거나, 주 발열층 또는 보조 발열층에 포함되는 적외선 흡수물질을 포함한다.
본 발명의 다른 양상에 따른 발열 유리는, 투명기판에 소정 거리만큼 이격되게 형성되며, 전원선이 연결되는 복수개의 버스 바 전극과, 버스 바 전극에 형성되며 보조 복합물을 포함하는 보조 발열층과, 주 복합물을 포함하며 보조 발열층에 소정 거리만큼 이격되게 형성되는 복수 개의 주 발열층과, 주 발열층 또는 투명기판 또는 보조 발열층 위에 별도의 독립된 박막 형태로 형성되거나, 주 발열층 또는 보조 발열층에 포함되는 적외선 흡수물질을 포함한다.
상기와 같은 구성에 따르면 본 발명은 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 투명기판에 버스 바 전극을 형성하고, 버스 바 전극위에 소정거리로 이격되는 다수개의 보조 발열층과 보조 발열층 위에 주 발열층을 형성함으로써, 버스 바 전극을 통해 전력 인가 시 전류밀도를 분산시켜 안전성이 높다.
둘째, 이종 소재로 구성된 보조 발열층과 주발열층을 적용함으로써 발열층의 저항값을 낮추어 전력 인가 시 보다 낮은 전압에서 구동할 수 있다.
셋째, 적외선 흡수물질을 포함하는 적외선 흡수층을 형성함으로써, 여름철 일사 차폐가 가능하면서, 동시에 겨울철 태양광 흡수에 의한 발열으로 창호의 단열 특성을 향상시킬 수 있다.
도 1 은 본 발명에 따른 발열 유리를 설명하기 위한 분해도,
도 2 는 본 발명에 따른 발열 유리의 장방향으로 절단한 단면을 도시한 일예,
도 3 은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 발열 유리를 제조하는 흐름도이다.
도 2 는 본 발명에 따른 발열 유리의 장방향으로 절단한 단면을 도시한 일예,
도 3 은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 발열 유리를 제조하는 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 전술한, 그리고 추가적인 양상을 기술되는 바람직한 실시예를 통하여 본 발명을 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 발열 유리(100)는 도 1 및 도2 에 도시한 바와 같이, 일 실시예에 있어서, 투명기판(110)에 장방향으로 소정 거리만큼 이격되게 형성되며 전원선이 연결되는 복수개의 전극(120)과, 보조 복합물을 포함하는 보조 발열층(130)과, 주 복합물을 포함하며 보조 발열층(130)에 형성되는 주 발열층(140)을 포함하여 구현될 수 있다.
투명기판(110)은 광 투과율이 우수하고 기계적 물성이 우수한 것이면 어느 것이든 제한되지 않는다. 예컨대, 투명기판(110)은 열경화 또는 UV 경화가 가능한 유기필름으로서 주로 폴리머 계열의 물질, 예컨대 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 아크릴(Acryl), 폴리카보네이트(PC), 우레탄 아크릴레이트(Urethane Acrylate), 폴리에스테르(Polyester), 에폭시 아크릴레이트(Epoxy Acrylate), 폴리염화비닐(PVC)로 구현될 수 있다.
전극(120)은 은 페이스트(Ag Paste)를 투명기판(110)에 도포하는 전도성 버스 바(Bus Bar)일 수 있다. 전도성 버스 바(Bus Bar) 형태의 전극이 형성되는 경우 전원선을 버스 바(Bus Bar)에 납땜하여 연결시키며, 전원선을 통해 전원이 발열 유리에 인가된다. 또한 버스 바(Bus Bar)에 전원선을 납땜하여 연결시키는 방법 이외에 버스 바(Bus Bar)에 클립형태의 전도성 전극을 연결하여 발열유리에 전원을 인가할 수도 있다. 특히 이런 클립 형태의 전극연결방법은 은 페이스트(Ag Paste)가 형성되어 있지 않은 투명기판(110) 양 측면 전체를 감싸 안은 형태로 장착하여 전원을 투명기판(110)에 인가하는 형태로 사용하는 것이 가능하다.
보조 발열층(130)에 사용되는 보조 복합물은 제 1 복합물 또는 제 2 복합물 중에 하나로 선택된다. 제 1 복합물로서 그래핀, 탄소나노튜브(CNT), 은나노와이어 중에 한 가지 이상으로 구성되며, 첨가물로서 그래핀, 탄소나노튜브, 은나노와이어, 구리, 니켈, 백금, 금, 백금 나노물질이 포함된 물질 중 어느 하나 이상으로 구현될 수 있다. 제 2 복합물로서 ITO, ZnO, SnO, GZO, IZO, IGZO, AZO, ATO, InO 중의 어느 하나, 또는 실리카가 중에 한 가지로 구성되며, 첨가물로는 그래핀, 탄소나노튜브, 은나노와이어, 구리, 니켈, 금, 백금 나노물질이 포함된 물질 중 어느 하나 이상으로 구현될 수 있다.
주 발열층(140)에 사용되는 주 복합물은 제 1 복합물 또는 제 2 복합물 중에 하나로 선택된다. 제 1 복합물로서 그래핀, 탄소나노튜브(CNT), 은나노와이어 중에 한 가지 이상으로 구성되며, 첨가물로서 그래핀, 탄소나노튜브, 은나노와이어, 구리, 니켈, 백금, 금, 백금 나노물질이 포함된 물질 중 어느 하나 이상으로 구현될 수 있다. 제 2 복합물로서 ITO, ZnO, SnO, GZO, IZO, IGZO, AZO, ATO, InO 중의 어느 하나, 또는 실리카가 중에 한 가지로 구성되며, 첨가물로는 그래핀, 탄소나노튜브, 은나노와이어, 구리, 니켈, 금, 백금 나노물질이 포함된 물질 중 어느 하나 이상으로 구현될 수 있다.
보조 발열층(130)과 주 발열층(140)은 스크린 프린팅, 바 코팅, 스프레이 코팅, 슬롯다이 코팅(Slot die Coating), 롤 코팅, 딥 코팅으로 형성될 수 있다. 일례로, 보조 발열층(130)에 사용되는 보조 복합물은 제 1 복합물로 주 발열층(140)에 사용되는 주 복합물은 제 2 복합물로 구성되거나, 보조 발열층(130)에 사용되는 보조 복합물은 제 2 복합물로 주 발열층(140)에 사용되는 주 복합물은 제 1 복합물로 구성된다. 이종 소재로 구성된 보조 발열층(130)과 주 발열층(140)을 적용함으로써 발열층의 저항값을 낮추어 전력 인가 시 보다 낮은 전압에서 구동할 수 있다.
다른 예로, 주 발열층(140)에 사용되는 주 복합물은 강화 또는 곡면 처리를 위한 열처리 후에 박막의 크랙(Crack) 발생을 방지하고 우수한 내습특성을 나타내도록 하기 위해 투명기판(110)과 유사한 열팽창 계수(8.4ppm/K)를 갖는 물질로 구현되는 것이 바람직하다. 일 실시예에 있어서, 주 발열층(140)에 사용되는 주 복합물은 열팽창 계수가 5.5ppm/K 이상, 9.0ppm/K 이하인 금속 산화물, 예컨대, 오산화 니오브(Nb2O5) 또는 산화 인듐(In2O5) 또는 니오브(Nb) 또는 인듐(In)을 주성분으로 하는 인듐 주석 산화물(ITO) 중 어느 하나로 구현될 수 있다.
도 1, 도 2에 도시한 바와 같이 본 발명에 따른 발열 유리(100)에 포함되는 적외선 흡수층(150)은 주 발열층(140) 위에 별도의 독립된 박막 형태로 형성되는 것을 예시하였으나, 보조 발열층(130) 또는 투명기판(110) 위에 별도의 독립된 박막 형태로 형성될 수 있다. 또한, 적외선 흡수층(150)은 주 발열층(140) 또는 보조 발열층(130)에 적외선 물질이 포함되어 형성될 수 있다.
적외성 흡수층(150)에 사용되는 적외선 흡수물질은 파장 700nm∼1500nm 영역에서 빛을 흡수하는 물질이며 일례로, 구리 나노입자, ATO, 인듐 주석 산화물(ITO), 또는 폴리머에, 실리카나 폴리실라젠이 함유된 물질로 구현될 수 있다. 다른 예로 적외선 흡수층(150)에 사용되는 적외선 흡수물질은 디이모늄계 색소, 구리 이온과 아연 이온을 함유하는 화합물 색소, 시아닌계 색소, 안트라퀴논계 색소, 스쿠아릴륨계，아조메틴계，아조계 또는 벤질리덴계 화합물로 구성되는 군으로부터 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있다. 예컨대, 고분자 수지필름에 적외선 흡수물질은 디이모늄 계열의 적외선 흡수 색소를 1.0 중량% 이상, 2.0 중량% 이하 함유될 수 있다. 여기서, 디이모늄 계열의 적외선 흡수 색소는 일본의 칼릿 사의 제품명 CIR 1085 디이모늄이 사용될 수 있다.
적외성 흡수층(150)은 높은 가시광 투과도를 가지면서 근외선 영역에서 높은 흡광 특성을 가져 낮은 적외선 투과율을 가지는 박막 층으로, 가시광 투과율은 70% 이상(550nm 파장 기준), 근적외선 투과율은 20% 이하(1000 nm 파장 기준)의 특성을 갖는다. 적외성 흡수층(150)은 근적외선 흡수로 인해 발열 특성을 가지는데 창호 유리에 적용함으로써 태양광에 의해 발열하는 투명 발열 유리를 제조할 수 있다.
본 발명의 실시예로 태양광 아래에서 가시광 투과율 80%, 근적외선 투과율 10% 수준의 적외선 흡수층을 투명기판에 적용하였을 때, 투명기판의 온도는 상온대비 20도 가량 상승하는 결과를 보였으며 적외선 흡수층의 코팅 두께에 따라 발열 온도는 다양하게 조절할 수 있다.
도 1, 도 2에서 주 발열층(140)은 단일의 박막 형태로 구현되고, 보조 발열층(130)은 소정 거리만큼 이격되게 형성되는 복수 개 박막 형태로 구현되는 것을 예시하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고 주 발열층(140)이 복수 개 박막 형태로 구현되고, 보조 발열층(130)이 단일의 박막 형태로 구현될 수 있다.
본 발명에 따른 발열 유리를 제조하는 방법은 도 3 에 도시한 바와 같다. 먼저, 대면적 투명기판에 복수개의 버스 바 전극을 형성한다(S310). 대면적 투명기판는 1.5×3㎡ 크기를 갖는 투명기판을 포함한다. 투명기판은 광 투과율이 우수하고 기계적 물성이 우수한 것이면 어느 것이든 제한되지 않는다. 버스 바 전극은 은 페이스트(Ag Paste)를 투명기판에 도포하여 형성할 수 있다.
이후, 버스 바 전극에 소정 거리만큼 이격되게 복수개의 보조 발열층을 형성한다(S320). 복수개의 보조 발열층 간의 이격 거리는 수백 ㎛ ∼ 수십 ㎝ 범위를 갖는다. 보조 발열층은 스크린 프린팅, 바 코팅, 스프레이 코팅, 또는 슬롯다이 코팅(Slot die Coating), 롤 코팅, 딥 코팅 등으로 형성된다. 보조 발열층에 사용되는 보조 복합물은 제 1 복합물 또는 제 2 복합물로 구성된다.
제 1 복합물은 그래핀, 탄소나노튜브(CNT), 은나노와이어 중에 한 가지 이상으로 구성되며, 첨가물로서 그래핀, 탄소나노튜브, 은나노와이어, 구리, 니켈, 백금, 금, 백금 나노물질이 포함된 물질 중 어느 하나 이상으로 구현될 수 있다. 제 2 복합물은 ITO, ZnO, SnO, GZO, IZO, IGZO, AZO, ATO, InO 중의 어느 하나, 또는 실리카가 중에 한 가지로 구성되며, 첨가물로는 그래핀, 탄소나노튜브, 은나노와이어, 구리, 니켈, 금, 백금 나노물질이 포함된 물질 중 어느 하나 이상으로 구현될 수 있다.
이후, 복수개의 보조 발열층에 주 발열층을 형성한다(S330). 주 발열층은 스크린 프린팅, 바 코팅, 스프레이 코팅, 또는 슬롯다이 코팅(Slot die Coating), 롤 코팅, 딥 코팅 등으로 형성된다. 주 발열층에 사용되는 주 복합물은 제 1 복합물 또는 제 2 복합물로 구성된다.
제 1 복합물은 그래핀, 탄소나노튜브(CNT), 은나노와이어 중에 한 가지 이상으로 구성되며, 첨가물로서 그래핀, 탄소나노튜브, 은나노와이어, 구리, 니켈, 백금, 금, 백금 나노물질이 포함된 물질 중 어느 하나 이상으로 구현될 수 있다. 제 2 복합물은 ITO, ZnO, SnO, GZO, IZO, IGZO, AZO, ATO, InO 중의 어느 하나, 또는 실리카가 중에 한 가지로 구성되며, 첨가물로는 그래핀, 탄소나노튜브, 은나노와이어, 구리, 니켈, 금, 백금 나노물질이 포함된 물질 중 어느 하나 이상으로 구현될 수 있다.
이후, 주 발열층에 적외선 흡수물질을 포함하는 적외선 흡수층을 형성한다(S340). 적외선 흡수층은 스크린 프린팅, 바 코팅, 스프레이 코팅, 또는 슬롯다이 코팅(Slot die Coating), 롤 코팅, 딥코팅 등으로 형성된다. 적외선 흡수물질은 일례로, 구리 나노입자, ATO, 인듐 주석 산화물(ITO), 또는 폴리머에, 실리카나 폴리실라젠이 함유된 물질로 구현될 수 있다.
보조 발열층과 주 발열층의 두께는 발열 유리의 면저항 및 발열량에 비례하게 형성된다. 본 발명에 따른 발열 유리는 투명기판의 크기에 따라 수 Ω/□ 이상, 500Ω/□ 이하의 면저항과 30% 이상, 90% 이하의 광투과율을 갖으며, 근적외선 흡광도는 70% 이상이고, 발열량은 최대 1,000W/㎡ 이다.
지금까지, 본 명세서에는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 지닌 자가 본 발명을 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 도면에 도시한 실시예들을 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에 통상의 지식을 지닌 자라면 본 발명의 실시예들로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
100 : 발열 유리
110 : 투명기판
120 : 버스 바 전극
130 : 보조 발열층
140 : 주 발열층
150 : 적외선 흡수층
110 : 투명기판
120 : 버스 바 전극
130 : 보조 발열층
140 : 주 발열층
150 : 적외선 흡수층
Claims (4)
- 투명기판에 소정 거리만큼 이격되게 형성되며, 전원선이 연결되는 복수개의 버스 바 전극;
보조 복합물을 포함하며, 상기 버스 바 전극에 소정 거리만큼 이격되게 형성되는 복수 개의 보조 발열층;
상기 보조 발열층에 형성되며, 주 복합물을 포함하는 주 발열층; 및
상기 주 발열층, 투명기판, 또는 보조 발열층 위에 별도의 독립된 박막 형태로 형성되거나, 상기 주 발열층 또는 보조 발열층에 포함되는 적외선 흡수물질;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 발열 유리.
- 투명기판에 소정 거리만큼 이격되게 형성되며, 전원선이 연결되는 복수개의 버스 바 전극;
상기 버스 바 전극에 형성되며, 보조 복합물을 포함하는 보조 발열층;
주 복합물을 포함하며, 상기 보조 발열층에 소정 거리만큼 이격되게 형성되는 복수 개의 주 발열층; 및
상기 주 발열층, 투명기판, 또는 보조 발열층 위에 별도의 독립된 박막 형태로 형성되거나, 상기 주 발열층 또는 보조 발열층에 포함되는 적외선 흡수물질;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 발열 유리.
- 청구항 1 또는 청구항 2 에 있어서,
상기 보조 발열층에 사용되는 보조 복합물은 제 1 복합물로 상기 주 발열층에 사용되는 주 복합물은 제 2 복합물로 구성되거나,
상기 보조 발열층에 사용되는 보조 복합물은 상기 제 2 복합물로 상기 주 발열층에 사용되는 주 복합물은 상기 제 1 복합물로 구성되는 것을 특징으로 하는 발열 유리.
- 청구항 3 에 있어서,
상기 제 1 복합물은, 그래핀, 탄소나노튜브(CNT), 은나노와이어 중에 한 가지 이상으로 구성되며, 첨가물로서 그래핀, 탄소나노튜브, 은나노와이어, 구리, 니켈, 백금, 금, 백금 나노물질이 포함된 물질 중 어느 하나 이상으로 구현되고,
상기 제 2 복합물은, ITO, ZnO, SnO, GZO, IZO, IGZO, AZO, ATO, InO 중의 어느 하나, 또는 실리카가 중에 한 가지로 구성되며, 첨가물로는 그래핀, 탄소나노튜브, 은나노와이어, 구리, 니켈, 금, 백금 나노물질이 포함된 물질 중 어느 하나 이상으로 구현되는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 발열 유리.
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