KR20150142829A - Exothermic element and method for manufacturing the same - Google Patents

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이태우
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포항공과대학교 산학협력단
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Abstract

An exothermic element and a method for manufacturing the same are provided. The exothermic element includes a substrate; a conducive exothermic body which is located on at least one surface of the substrate, has a curved cross section, and is made of one-dimensional conductive wire which is invisible and has a micro width of 1.8 μm or less; and an electrode which is electrically connected to the conducive exothermic body. Therefore, an invisible transparent exothermic device can be provided by using the exothermic body of a micro width. Also, exothermic efficiency can be improved and also transparency can be freely controlled, by controlling a gap or pattern shape of the conductive exothermic body of a fine width.

Description

발열 소자 및 그 제조방법{Exothermic element and method for manufacturing the same}Exothermic element and method for manufacturing the same

본 발명은 발열 소자에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 눈에 보이지 않는 미세 선폭의 전도성 발열체를 포함하는 발열 소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a heat generating element, and more particularly, to a heat generating element including a conductive heating element of a fine line width which is invisible and a method of manufacturing the same.

현재 사용되고 있는 자동차 유리용 투명 히터의 경우, 500 ㎛ 내지 1 mm 두께의 전기적 저항선을 프린트한 전기열선식 구조였으며, 운전자의 원활한 시야확보를 위하여 주로 자동차의 뒷면 유리에 약 20 mm 정도의 간격으로 패터닝 되었다.In the case of a transparent heater for an automobile glass which is currently in use, an electric resistance wire having a thickness of 500 탆 to 1 mm is printed. In order to ensure a smooth view of the driver, patterning .

또한, 이러한 두꺼운 열선은 운전자의 시야를 방해할 수 있으므로 앞면 및 측면 유리에는 국부적인 위치에만 열선 패턴이 형성 되었으며, 실내용 냉, 난방 장치와 워셔액 등으로는 유리의 서리를 제거하는데 한계가 있었고, 운전 중 운전자의 불편함을 초래하였다.In addition, since such a thick hot wire may interfere with the driver's vision, a hot wire pattern is formed only on a localized position on the front and side windows, and there is a limit in removing the frost of the glass in the indoor heating, Causing the driver to feel uncomfortable during driving.

따라서, 기존의 두꺼운 열선을 대신하기 위한 연구들이 있었고, 대표적으로는 ITO 투명전극, 그래핀 투명전극, 분산된 실버 나노와이어 또는 탄소 나노 튜브를 이용하여 투명 히터를 제작한 연구들이 있었다.Therefore, there have been studies to replace the conventional thick heat wire, and there have been studies in which transparent heaters are manufactured using ITO transparent electrodes, graphene transparent electrodes, dispersed silver nanowires or carbon nanotubes.

그러나, 상기 공정들은 다음의 문제점들을 가진다:However, these processes have the following problems:

1) ITO 투명 히터는 인듐-틴-옥사이드(Indium Tin Oxide, ITO)의 투명 도전체를 이용하는데, 인듐의 자원고갈 문제와 높은 가격 문제를 가지고 있다. 또한 진공 증착공정을 이용하기 때문에 공정 단계와 공정 비용이 비싸며, 가시광선의 낮은 파장에서 투과도가 떨어지는 단점이 있다.1) ITO transparent heaters use indium-tin-oxide (ITO) transparent conductors, which have indium resource depletion problems and high price problems. In addition, since the vacuum deposition process is used, the process steps and the process cost are expensive, and the transmittance is lowered at a lower wavelength of the visible light.

2) 그래핀 투명히터는 금속 촉매 층 위에 그래핀을 형성하는 화학 기상 증착법 (Chemical Vapor Deposition, CVD)으로 그래핀 필름을 성장시키는데, 공정 중에 1000 ℃ 이상의 고온이 필요하며 수소 및 메탄과 같은 폭발성 위험 물질을 사용한다. 또한 그래핀 성장 후 원하는 기판에 그래핀을 전사하는 추가적인 공정이 반드시 필요하며, 현재 기술로는 자동차 유리 크기에 대면적 그래핀 전사가 쉽지 않은 실정이다.2) The graphene transparent heater grows the graphene film by chemical vapor deposition (CVD) which forms graphene on the metal catalyst layer. It requires a high temperature of 1000 ℃ or more during the process, and the explosive danger such as hydrogen and methane Materials are used. In addition, graphene grains need to be transferred to a desired substrate after the growth process. In the current technology, it is not easy to transfer a large area graphene to an automobile glass.

3) 은 나노와이어 또는 탄소 나노 튜브가 분산된 필름을 코팅하여 투명히터를 제작하는 방법은 은 나노와이어 및 탄소 나노 튜브가 균일하게 분산된 용액을 유리 기판에 코팅하여, 은 나노와이어 또는 탄소 나노 튜브 간의 인터커넥션을 통해 전도성 필름을 제작하는 방법이다. 이 방법 역시 분산 용액을 대면적 기판에 균일하게 코팅하기가 어렵고, 은 나노와이어 또는 탄소 나노 튜브의 분산 정도가 유리 기판상에서 국부적으로 달라질 수 있으며, 이에 따라서 은 나노와이어 혹은 탄소 나노 튜브간의 인터커넥션이 발생하지 않는 부분이 생길 수 있다. 은 나노와이어 및 탄소 나노 튜브간의 인터커넥션 확보를 위하여 은 나노와이어 또는 탄소 나노 튜브의 함량을 많게 하면 필름의 전도도가 향상되는 장점이 있지만, 빛의 투과도가 떨어지는 단점이 있다.3) A method of manufacturing a transparent heater by coating a film on which nanowires or carbon nanotubes are dispersed is a method of coating a glass substrate with a solution in which silver nanowires and carbon nanotubes are uniformly dispersed to form silver nanowires or carbon nanotubes A conductive film is formed by interconnection between the electrodes. This method is also difficult to uniformly coat the dispersion solution on a large-area substrate, and the degree of dispersion of silver nanowires or carbon nanotubes may vary locally on the glass substrate, so that interconnection between silver nanowires or carbon nanotubes A portion that does not occur may occur. Silver nanowires or carbon nanotubes to increase interconnection between the nanowires and the carbon nanotubes has an advantage that the conductivity of the film is improved but the transmittance of light is lowered.

따라서, 이러한 문제점을 개선할 수 있는 발열소자의 제조방법을 연구할 필요가 있다.Therefore, it is necessary to study a manufacturing method of a heating element which can solve such a problem.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상기의 문제점을 해결하기 위해 착안된 것으로서, 전기장 로보틱 노즐 프린팅 방식을 통해서 눈에 보이지 않는 1.8 ㎛ 이하의 미세 선폭의 전도성 발열체를 포함하는 발열소자 및 그 제조방법을 제공함에 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and it is an object of the present invention to provide a heating element including a conductive heating element of a fine line width of 1.8 탆 or less that is invisible through an electric field robotic nozzle printing method, The purpose is to provide.

상기 과제를 이루기 위하여 본 발명의 일 측면은 발열소자를 제공한다. 상기 발열소자는 기판, 상기 기판의 적어도 어느 일면에 위치하는 곡선형의 단면을 가지며 눈에 보이지 않는 1.8 ㎛ 이하의 미세 선폭을 가지는 1차원 전도성 와이어로 구성된 전도성 발열체 및 상기 전도성 발열체와 전기적으로 연결되는 전극을 포함할 수 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided a heating element. Wherein the heating element comprises a substrate, a conductive heating element formed of a one-dimensional conductive wire having a curved cross section located on at least one side of the substrate and having a fine line width of not more than 1.8 탆 which is invisible to the substrate, and a conductive heating element electrically connected to the conductive heating element Electrode.

상기 1.8 ㎛ 이하의 전도성 미세 선폭 발열체는 사람의 눈으로 인지할 수 없기 때문에 완전히 투명한 발열 소자를 제조할 수 있으며, 무아레 간섭 현상을 극복할 수 있고, 헤이즈(Haze) 현상이 2% 이하로 매우 낮게 나타난다.Since the conductive fine line width heating element of 1.8 μm or less can not be recognized by the human eye, a completely transparent heating element can be manufactured, the Moire interference phenomenon can be overcome, and the haze phenomenon can be very low appear.

상기 전도성 발열체를 구성하는 전도성 와이어는 한쪽 전극에서 다른쪽 전극방향으로 정렬된 형태를 가지며, 정렬된 전도성 와이어는 완전 직선 형태, 곡선형의 물결 무늬(Wave form) 형태, 정렬된 지그재그 형태 또는 꼬인 형태인 것을 특징으로 한다.The conductive wires constituting the conductive heating element may have a shape aligned from one electrode to the other electrode, and the aligned conductive wires may have a straight line shape, a curved wave form, an aligned zigzag or a twisted shape .

또한, 상기 전도성 발열체는 1개 이상의 전도성 와이어의 조합으로 구성되어 있고 개별 전도성 와이어는 한쪽 전극에서 다른쪽 전극방향으로 끊김없이 연결되어 있는 것을 특징으로 한다.The conductive heating element may be formed of a combination of one or more conductive wires, and the individual conductive wires may be continuously connected from one electrode to the other electrode.

또한, 상기 전도성 발열체를 구성하는 전도성 와이어는 전기장 보조 로보틱 노즐 프린팅 방식으로 제조된 것을 특징으로 한다. 이러한 전기장 보조 로보틱 노즐 프린팅 방식은 통상적인 drop-on-demand 형의 프린팅 방식인 잉크젯 프린팅, 전기수력학적 젯 프린팅(electrohydrohynamic jet printing)으로는 구현하는 것이 매우 어려운 1.8 ㎛ 이하의 미세 선폭의 전도성 발열체를 손쉽게 제작할 수 있다.The conductive wire constituting the conductive heating element is manufactured by an electric field assisted robot nozzle printing method. Such an electric field assisted robot nozzle printing method has a drawback in that it is difficult to implement by a conventional drop-on-demand type printing system such as inkjet printing or electrohydrohynamic jet printing, Can be easily produced.

상기 전도성 발열체는 발열체의 단면이 곡선형인 것을 포함하여, 보다 구체적으로는 상기 전도성 발열체는 발열체의 단면이 원형, 타원형, 반원형, 아치형, 찌그러진 원형, 찌그러진 반원형, 찌그러진 타원형 또는 찌그러진 아치형인 와이어 형태, 또는 속이 비어있는 원형, 속이 비어있는 타원형, 속이 비어있는 반원형 또는 속이 비어있는 아치형인 튜브 형태를 포함할 수 있다.The conductive heating element may have a curved cross section of the heating element. More specifically, the conductive heating element may be formed of a wire having a circular, elliptical, semicircular, arcuate, crushed round, crushed semicircular, squalene or crushed arcuate cross- An open hollow, an empty hollow elliptical, a hollow semicircular or hollow hollow arcuate tube shape.

상기 전도성 발열체의 단면은 종횡비가 10 이하인 것을 포함할 수 있으며 보다 바람직하게는 단면의 종횡비가 5 이하인 것이 바람직하다. 또한, 전도성 발열체의 길이는 1 mm 이상일 수 있다.The cross-section of the conductive heating element may include an aspect ratio of 10 or less, and more preferably, the cross-sectional aspect ratio is 5 or less. The length of the conductive heating element may be 1 mm or more.

또한, 상기 전도성 발열체는 나선형 형태를 포함할 수 있다.Also, the conductive heating element may include a spiral shape.

또한, 상기 기판 상에서 상기 전도성 발열체는 전극과 전극 사이의 수직방향과 전극과 전극 사이의 수평방향의 패턴이 서로 교차 정렬된 것을 특징으로 한다.The conductive heating element on the substrate is characterized in that the vertical direction between the electrodes and the horizontal patterns between the electrodes and the electrodes are aligned with each other.

또한, 상기 기판은 투명 기판, 반투명 기판, 불투명 기판, 금속 기판, 전도성 기판, 절연 기판, 탄소 기판 및 전도체와 절연막의 복합 기판으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함할 수 있다.In addition, the substrate may include at least one selected from the group consisting of a transparent substrate, a translucent substrate, an opaque substrate, a metal substrate, a conductive substrate, an insulating substrate, a carbon substrate, and a composite substrate of a conductor and an insulating film.

또한, 상기 전극은 금, 은, 구리, 타이타늄, 백금, 알루미늄, 코발트, 크롬, 마그네슘, 실리콘, 텅스텐, 스테인레스 스틸, 니켈, ITO, 그래핀, 탄소 나노 튜브, 은 나노와이어, 구리 나노와이어, 금속 나노와이어, 합금 나노와이어, 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)(PEDOT) 및 이의 유도체, 폴리아닐린(PANI) 및 이의 유도체, 폴리(3-헥실티오펜)(P3HT) 및 이의 유도체, 폴리페닐비닐렌(PPY) 및 이의 유도체, 폴리티오펜(PT) 및 이의 유도체, 폴리페닐렌설파이드(PPS) 및 이의 유도체, 폴리염화알루미늄(PAC) 및 이의 유도체, 및 폴리페닐렌비닐렌(PPV) 및 이의 유도체 로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함할 수 있다.The electrode may be formed of a metal such as gold, silver, copper, titanium, platinum, aluminum, cobalt, chromium, magnesium, silicon, tungsten, stainless steel, nickel, ITO, graphene, carbon nanotube, silver nanowire, Polyaniline (PANI) and derivatives thereof, poly (3-hexylthiophene) (P3HT) and derivatives thereof, polyphenyl (PPY) and derivatives thereof, polythiophene (PT) and derivatives thereof, polyphenylene sulfide (PPS) and derivatives thereof, polyaluminum chloride (PAC) and derivatives thereof, and polyphenylene vinylene A derivative thereof, and a derivative thereof.

또한, 상기 전도성 발열체는 금속, 금속산화물 또는 전도성 고분자를 포함할 수 있다. 이때의 금속은 금, 은, 구리, 타이타늄, 백금, 알루미늄, 코발트, 크롬, 마그네슘, 실리콘, 텅스텐, 스테인레스 스틸 및 니켈로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 이때의 금속산화물은 인듐주석산화물, 인듐아연산화물, 인듐갈륨아연산화물, 주석산화물, 아연산화물, 갈륨아연산화물, 니켈산화물, 구리산화물 및 알루미늄산화물로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 이때의 전도성 고분자는 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)(PEDOT) 및 이의 유도체, 폴리아닐린(PANI) 및 이의 유도체, 폴리(3-헥실티오펜)(P3HT) 및 이의 유도체, 폴리페닐비닐렌(PPY) 및 이의 유도체, 폴리티오펜(PT) 및 이의 유도체, 폴리페닐렌설파이드(PPS) 및 이의 유도체, 폴리염화알루미늄(PAC) 및 이의 유도체, 및 폴리페닐렌비닐렌(PPV) 및 이의 유도체로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함할 수 있다.Also, the conductive heating element may include a metal, a metal oxide, or a conductive polymer. The metal may include at least one selected from the group consisting of gold, silver, copper, titanium, platinum, aluminum, cobalt, chromium, magnesium, silicon, tungsten, stainless steel and nickel. The metal oxide may include at least one selected from the group consisting of indium tin oxide, indium zinc oxide, indium gallium zinc oxide, tin oxide, zinc oxide, gallium zinc oxide, nickel oxide, copper oxide and aluminum oxide have. The conductive polymer may be at least one selected from the group consisting of poly (3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT) and derivatives thereof, polyaniline (PANI) and derivatives thereof, poly (3-hexylthiophene) (PPY) and derivatives thereof, polythiophene (PT) and derivatives thereof, polyphenylene sulfide (PPS) and derivatives thereof, polyaluminum chloride (PAC) and derivatives thereof, and polyphenylene vinylene A derivative thereof, and a derivative thereof.

한편, 상기 전도성 발열체 상에 위치하는 보호층을 더 포함할 수 있다. 이때의 보호층은 투명 물질, 반투명 물질, 불투명 물질, 금속 물질, 전도성 물질, 절연 물질, 탄소 물질 및 전도체와 절연막의 복합 물질로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함할 수 있다.Meanwhile, it may further include a protective layer disposed on the conductive heating element. At this time, the protective layer may include at least one selected from the group consisting of a transparent material, a translucent material, an opaque material, a metal material, a conductive material, an insulating material, a carbon material, and a composite material of a conductor and an insulating film.

상기 과제를 이루기 위하여 본 발명의 다른 측면은 발열소자 제조방법을 제공한다. 이러한 발열소자 제조방법은 기판을 준비하는 단계, 상기 기판 상에 곡선형의 단면을 가지는 눈에 보이지 않는 1.8 ㎛ 이하의 미세 선폭을 가지는 1차원 전도성 와이어로 구성된 전도성 발열체를 형성하는 단계 및 상기 전도성 발열체와 전기적으로 연결되는 전극을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a heating element. The method includes the steps of: preparing a substrate; forming a conductive heating element made of a one-dimensional conductive wire having a curvilinear cross section and having a fine line width of not more than 1.8 mu m invisible on the substrate; And forming an electrode electrically connected to the electrode.

상기 전도성 발열체를 형성하는 단계는, 전기장 보조 로보틱 노즐 프린터에 의해 실시되며, 상기 전기장 보조 로보틱 노즐 프린터는,The step of forming the conductive heating element is performed by an electric field assisted robot nozzle printer, and the electric field assisted robotic nozzle printer includes:

i) 프린팅 용액을 수용하는 용액 저장 장치;i) a solution storage device for containing a printing solution;

ii) 상기 용액 저장 장치로부터 공급받은 용액을 토출하는 노즐 장치;ii) a nozzle device for discharging the solution supplied from the solution storage device;

iii) 상기 노즐에 전압을 인가하는 전압 인가 장치;iii) a voltage applying device for applying a voltage to the nozzle;

iv) 상기 기판을 고정하는 콜렉터;iv) a collector for fixing the substrate;

v) 상기 기판에 전압을 인가하는 전압 인가 장치;v) a voltage application device for applying a voltage to the substrate;

vi) 상기 콜렉터를 수평 방향으로 이동시키는 로봇 스테이지;vi) a robot stage for moving the collector in a horizontal direction;

vii) 상기 콜렉터를 수직방향으로 이동시키는 마이크로 거리 조절기; 및vii) a micro distance adjuster for moving the collector in a vertical direction; And

viii) 상기 콜렉터를 지지(support)하는 석정반을 포함하는 것을 특징으로 한다.viii) a lithotripter supporting the collector.

상기 전도성 발열체를 형성하는 단계는, 전도성 발열체 제작용 물질을 증류수 또는 유기 용매 중에 혼합하여 프린팅 용액을 준비하는 단계, 상기 프린팅 용액을 상기 전기장 보조 로보틱 노즐 프린터의 노즐에 주입하고 외부에서 인가한 전기장에 따라서 프린팅 용액이 노즐에서 기판으로 토출되는 단계 및 상기 기판으로 토출된 프린팅 용액이 기판 위에서 미세 선폭의 전도성 발열체를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.The step of forming the conductive heating element includes the steps of preparing a printing solution by mixing the conductive heating material production material into distilled water or an organic solvent, injecting the printing solution into a nozzle of the electric field assisted robotic nozzle printer, The printing solution may be ejected from the nozzle to the substrate in accordance with the method described above, and the printing solution discharged onto the substrate may form a fine line width conductive heating element on the substrate.

상기 전도성 발열체는 금속, 금속산화물 또는 전도성 고분자를 포함할 수 있다. 이때의 금속은 금, 은, 구리, 타이타늄, 백금, 알루미늄, 코발트, 크롬, 마그네슘, 실리콘, 텅스텐, 스테인레스 스틸 및 니켈로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 이때의 금속산화물은 인듐주석산화물, 인듐아연산화물, 인듐갈륨아연산화물, 주석산화물, 아연산화물, 갈륨아연산화물, 니켈산화물, 구리산화물 및 알루미늄산화물로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 이때의 전도성 고분자는 PEDOT, PANI, P3HT, PPY, PT, PPS, PAC, PPV 및 이들의 유도체로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함할 수 있다.The conductive heating element may include a metal, a metal oxide, or a conductive polymer. The metal may include at least one selected from the group consisting of gold, silver, copper, titanium, platinum, aluminum, cobalt, chromium, magnesium, silicon, tungsten, stainless steel and nickel. The metal oxide may include at least one selected from the group consisting of indium tin oxide, indium zinc oxide, indium gallium zinc oxide, tin oxide, zinc oxide, gallium zinc oxide, nickel oxide, copper oxide and aluminum oxide have. The conductive polymer may include at least one selected from the group consisting of PEDOT, PANI, P3HT, PPY, PT, PPS, PAC, PPV and derivatives thereof.

또한, 상기 유기용매는 다이메틸포름아마이드(DMF), 다이메틸설폭사이드(DMSO), 이소프로필알콜(IPA), 테트라하이드로퓨란(THF), 클로로포름(CF), 클로로벤젠(CB), 트리클로로에틸렌(TCE), 에탄올(ethanol), 메탄올(methanol), 아세톤(acetone), 톨루엔(toluene), 아세트산(acetic acid) 및 질산(nitric acid)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함할 수 있다.The organic solvent may also be selected from the group consisting of dimethylformamide (DMF), dimethylsulfoxide (DMSO), isopropyl alcohol (IPA), tetrahydrofuran (THF), chloroform (CF), chlorobenzene (CB), trichlorethylene And at least one selected from the group consisting of TCE, ethanol, methanol, acetone, toluene, acetic acid, and nitric acid.

한편, 상기 프린팅 용액을 준비하는 단계에서 상기 프린팅 용액은 폴리비닐알코올(PVA), 폴리비닐아세테이트(PVAc), 폴리비닐피롤리돈(PVP), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리에틸렌 옥사이드(PEO), 폴리비닐카바졸(PVK), 폴리스티렌(PS) 및 폴리(비닐리덴 플루오라이드)(PVDF)로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하는 유기물질을 더 포함할 수 있다.Meanwhile, in the step of preparing the printing solution, the printing solution may include at least one of polyvinyl alcohol (PVA), polyvinyl acetate (PVAc), polyvinyl pyrrolidone (PVP), polymethyl methacrylate (PMMA), polyethylene oxide ), Polyvinylcarbazole (PVK), polystyrene (PS), and poly (vinylidene fluoride) (PVDF).

상기 외부에서 인가한 전기장은 -30 kV 내지 30 kV 의 전압을 상기 노즐이나 상기 기판에 -30kV 내지 30kV 의 전압을 각각 또는 동시에 인가하여 형성한 전기장인 것을 특징으로 한다.The externally applied electric field is an electric field formed by applying a voltage of -30 kV to 30 kV to the nozzle or the substrate at a voltage of -30 kV to 30 kV at the same time.

상기 노즐과 상기 기판의 간격을 수직으로 10 ㎛ 내지 300 mm로 조절한 것을 특징으로 한다. 바람직하게는 1 mm 내지 10 mm로 조절한 것을 특징으로 한다.And the distance between the nozzle and the substrate is adjusted to be 10 to 300 mm vertically. Preferably 1 mm to 10 mm.

상기 전도성 발열체를 구성하는 전도성 와이어는 단면이 원형, 타원형, 반원형, 아치형, 찌그러진 원형, 찌그러진 반원형, 찌그러진 타원형 또는 찌그러진 아치형인 와이어 형태, 또는 속이 비어있는 원형, 속이 비어있는 타원형, 속이 비어있는 반원형 또는 속이 비어있는 아치형인 튜브 형태를 포함하며, 상기 전도성 발열체의 단면의 종횡비는 5 이하이고, 상기 전도성 발열체의 길이는 1 mm 이상으로 조절되는 것을 특징으로 한다.The conductive wire constituting the conductive heating element may be in the form of a wire having a circular cross section, an elliptical cross section, an arcuate cross section, a distorted circular cross section, a distorted round cross section, a distorted elliptical cross section or a distorted arcuate cross section, or a round hollow, hollow hollow, semi- Wherein the aspect ratio of the cross section of the conductive heating element is 5 or less and the length of the conductive heating element is adjusted to 1 mm or more.

상기 전도성 발열체를 형성하는 단계 및 상기 전극을 형성하는 단계 사이에, 또는 상기 전극을 형성하는 단계 이후에, 전도성 및 발열 특성을 향상시키기 위하여, 열처리 단계, 진공건조 단계 또는 광조사 단계를 더 포함할 수 있다.The method may further include a heat treatment step, a vacuum drying step, or a light irradiation step to improve the conductivity and the heat generation property between the step of forming the conductive heating element and the step of forming the electrode or after the step of forming the electrode .

이때의 열처리 단계는 공기, 산소, 질소, 수소 및 아르곤으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하는 가스분위기에서 열처리 되는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 열처리 단계는 40 ℃ 내지 900 ℃ 의 온도 범위에서 1 분 내지 5 시간 동안 열처리 하는 것을 특징으로 한다.The heat treatment is performed in a gas atmosphere containing at least one selected from the group consisting of air, oxygen, nitrogen, hydrogen, and argon. The heat treatment step is characterized in that the heat treatment is performed at a temperature range of 40 ° C to 900 ° C for 1 minute to 5 hours.

이때의 광조사 단계는 엑시머 레이저, 적외선 레이저, 또는 UV 레이저를 이용하여 광조사하는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 광조사 단계는 150 nm 내지 500 ㎛ 의 파장 범위에서 0.001 초 내지 5 시간 동안 광조사하는 것을 특징으로 한다.The light irradiation step at this time is characterized in that light is irradiated using an excimer laser, an infrared laser, or a UV laser. The light irradiation step is characterized by irradiating light in a wavelength range of 150 nm to 500 탆 for 0.001 second to 5 hours.

상기 전기장 보조 로보틱 노즐 프린팅 방식으로 전도성 발열체를 형성하는 단계는 상기 전도성 발열체를 길이에 제한이 없이 무제한으로 프린팅 할 수 있으며. 롤투롤 공정으로 수행할 수 있으며, 대면적의 발열소자를 매우 빠르고 높은 생산성으로 대량생산이 가능한 것을 특징으로 한다.In the step of forming the conductive heating element by the electric field assisted robotic nozzle printing method, the conductive heating element may be printed unlimitedly regardless of the length. Roll-to-roll process, and is capable of mass-producing a large-area heating element with very fast and high productivity.

상기 과제를 이루기 위하여 본 발명의 또 다른 측면은 투명 발열 유리를 제공한다. 이러한 투명 발열 유리는 투명한 유리 기판; 및 상기 투명한 유리 기판에 형성되는 상술한 발열소자 또는 상술한 발열소자 제조방법에 의해 제조된 발열소자를 포함할 수 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided a transparent heating glass. Such a transparent heat-generating glass is a transparent glass substrate; And the above-described heating element formed on the transparent glass substrate or the heating element manufactured by the above-described method for manufacturing a heating element.

상기 과제를 이루기 위하여 본 발명의 또 다른 측면은 발열 거울을 제공한다. 이러한 발열 거울은 상술한 발열소자 또는 상술한 발열소자 제조방법에 의해 제조된 발열소자를 포함할 수 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided a heating mirror. Such a heating mirror may include the above-described heating element or a heating element manufactured by the above-described method of manufacturing a heating element.

본 발명에 따르면, 1.8 ㎛ 이하의 미세 선폭을 가지는 1차원 와이어로 구성된 전도성 발열체를 이용함으로써, 발열체가 눈에 보이지 않는 투명 발열 소자를 제공할 수 있다.INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, it is possible to provide a transparent heating element in which a heating element is invisible by using a conductive heating element composed of a one-dimensional wire having a fine line width of 1.8 m or less.

또한, 미세 선폭의 전도성 발열체의 패턴 형태 또는 간격을 조절함으로써, 발열 효율을 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라, 투명도를 자유롭게 조절할 수 있는 발열 소자를 제공할 수 있다.Further, by controlling the pattern shape or the interval of the conductive heating element of the fine line width, it is possible to provide a heating element which can increase the heating efficiency and freely adjust the transparency.

또한, 전기장 보조 로보틱 노즐 프린팅 방식을 이용하여 단면의 종횡비가 5 이하인 전도성 발열체를 길이에 제한이 없이 무제한으로 프린팅 할 수 있다.In addition, by using the electric field assisted robotic nozzle printing method, it is possible to print an unlimited number of conductive heating elements having an aspect ratio of 5 or less in cross section, without limitations in length.

또한, 프린팅 방식을 통해서 미세 선폭의 전도성 발열체를 제작하므로 공정 단계가 간단하고 공정 비용이 저렴하며, 빠른 속도로 발열소자 제작이 가능하다.In addition, since the conductive heating element of fine line width is manufactured through the printing method, the process step is simple, the process cost is low, and the heating element can be manufactured at a high speed.

또한, 롤투롤 공정에도 적용이 가능하여 대면적의 발열소자를 매우 빠르고 높은 생산성으로 대량생산이 가능하다.Also, it can be applied to the roll-to-roll process, so that a large-area heating element can be mass-produced with very high productivity.

또한, 전기장 로보틱 노즐 프린팅 방식을 통하여 미세 선폭의 전도성 발열체 패턴의 형태 또는 간격을 원하는 대로 제어할 수 있기 때문에, 발열 효율을 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라, 투명도를 자유롭게 조절할 수 있는 발열소자의 제작이 가능하다.In addition, since the shape or the interval of the conductive heating element pattern of the fine line width can be controlled as desired through the electric-field robotic nozzle printing method, not only the heating efficiency can be increased but also the fabrication of the heating element capable of freely adjusting the transparency It is possible.

본 발명의 기술적 효과들은 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical effects of the present invention are not limited to those mentioned above, and other technical effects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

도 1 내지 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 발열소자의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 발열소자의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기장 보조 로보틱 노즐 프린팅 방법을 이용하여 발열소자의 제조방법을 나타낸 공정흐름도이다.
도 6은 미세 선폭의 전도성 발열체의 전자주사현미경(SEM) 이미지이다.
도 7은 미세 선폭의 전도성 발열체의 전자주사현미경(SEM) 이미지이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 전기장 보조 로보틱 노즐 프린팅을 통해서 제작된 미세 선폭의 전도성 발열체를 이용한 투명 발열 소자의 사진이다.
도 9는 제조예에 따라 제조된 발열소자의 발열 특성을 측정한 그래프 및 이미지들이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 발열 소자의 전도성 발열체를 나타낸 이미지이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 발열 소자의 전도성 발열체의 패턴을 나타낸 이미지들이다.
1 to 3 are sectional views of a heating element according to an embodiment of the present invention.
4 is a cross-sectional view of a heating element according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a heating element using an electric field assisted robotic nozzle printing method according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG.
6 is an electron microscope (SEM) image of a conductive heating element having a fine line width.
7 is a scanning electron microscope (SEM) image of a conductive heating element having a fine line width.
8 is a photograph of a transparent heating element using a fine line width conductive heating element manufactured through an electric field assisted robotic nozzle printing according to an embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a graph and images of the heat generating characteristics of a heat generating element manufactured according to a manufacturing example.
10 is an image showing a conductive heating element of a heating element according to an embodiment of the present invention.
11 is a view showing a pattern of a conductive heating element of a heating element according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명이 여러 가지 수정 및 변형을 허용하면서도, 그 특정 실시예들이 도면들로 예시되어 나타내어지며, 이하에서 상세히 설명될 것이다. 그러나 본 발명을 개시된 특별한 형태로 한정하려는 의도는 아니며, 오히려 본 발명은 청구항들에 의해 정의된 본 발명의 사상과 합치되는 모든 수정, 균등 및 대용을 포함한다. While the invention is susceptible to various modifications and alternative forms, specific embodiments thereof are shown by way of example in the drawings and will herein be described in detail. Rather, the intention is not to limit the invention to the particular forms disclosed, but rather, the invention includes all modifications, equivalents and substitutions that are consistent with the spirit of the invention as defined by the claims.

층, 영역 또는 기판과 같은 요소가 다른 구성요소 "상(on)"에 존재하는 것으로 언급될 때, 이것은 직접적으로 다른 요소 상에 존재하거나 또는 그 사이에 중간 요소가 존재할 수도 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. It will be appreciated that when an element such as a layer, region or substrate is referred to as being present on another element "on," it may be directly on the other element or there may be an intermediate element in between .

비록 제1, 제2 등의 용어가 여러 가지 요소들, 성분들, 영역들, 층들 및/또는 지역들을 설명하기 위해 사용될 수 있지만, 이러한 요소들, 성분들, 영역들, 층들 및/또는 지역들은 이러한 용어에 의해 한정되어서는 안 된다는 것을 이해할 것이다.Although the terms first, second, etc. may be used to describe various elements, components, regions, layers and / or regions, such elements, components, regions, layers and / And should not be limited by these terms.

본 발명 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout the specification of the present invention, when a part is referred to as "including " an element, it is understood that it may include other elements as well, without excluding other elements unless specifically stated otherwise.

본 발명 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "~(하는) 단계" 또는 "~의 단계"는 "~ 를 위한 단계"를 의미하지 않는다.  The word " step (or step) "or" step "used in the specification of the present invention does not mean" step for.

본 발명 명세서 전체에서 사용되는 용어 “미세 선폭”은 약 1.8 ㎛ 이하의 선폭을 의미한다. 1.8 ㎛ 이하의 선폭을 가질 때 사람의 눈으로 인지할 수 없게 되어 완전 투명한 발열 소자를 제조할 수 있게 된다.  The term " fine line width " used throughout the specification of the present invention means a line width of about 1.8 mu m or less. When the line width is 1.8 占 퐉 or less, it can not be recognized by the human eye, and a completely transparent heating element can be manufactured.

또한, 본 발명 명세서 전체에서 사용되는 용어인 단면의“종횡비”는 단면의 폭/높이의 관계를 비율로 나타낸 것을 의미한다.The term " aspect ratio " used in the entire specification of the present invention means the ratio of the width / height of the cross section to the cross section.

본 발명 명세서에서 사용되는 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다.
The terms "about "," substantially ", etc. used to the extent that they are used in the specification of the present invention are used in their numerical values or in close proximity to their numerical values when the manufacturing and material tolerances inherent in the meanings mentioned are presented, Accurate or absolute numbers are used to help prevent unauthorized exploitation by unauthorized intruders of the referenced disclosure.

도 1 내지 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 발열소자의 단면도이다.1 to 3 are sectional views of a heating element according to an embodiment of the present invention.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 발열소자는 기판(100), 전도성 발열체(110) 및 전극(120)을 포함한다.1 to 3, a heating element according to an embodiment of the present invention includes a substrate 100, a conductive heating element 110, and an electrode 120.

기판(100)은 투명 기판, 반투명 기판, 불투명 기판, 금속 기판, 전도성 기판, 절연 기판, 탄소 기판 및 전도체와 절연막의 복합 기판으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함할 수 있다.The substrate 100 may include at least one selected from the group consisting of a transparent substrate, a translucent substrate, an opaque substrate, a metal substrate, a conductive substrate, an insulating substrate, a carbon substrate, and a composite substrate of a conductor and an insulating film.

투명 발열 소자를 구현하는 경우, 기판(100)은 투명 기판을 사용할 수 있다. 예컨대, 투명 유리 기판으로 사용하여 투명 발열 소자를 제공할 수 있다.In the case of implementing a transparent heat generating element, the substrate 100 may use a transparent substrate. For example, it can be used as a transparent glass substrate to provide a transparent heat generating element.

전도성 발열체(110)는 기판(100)의 적어도 어느 일면에 위치하고, 곡선형의 단면을 가지며 눈에 보이지 않는 1.8 ㎛ 이하의 미세 선폭을 가지는 1차원 전도성 와이어로 구성된다. 이러한 전도성 발열체(110)는 기판의 하나 이상의 면에 형성되어 있는 형태라면, 그 위치에 특별히 제한되지 않는다.The conductive heating element 110 is composed of a one-dimensional conductive wire having a curved cross-section and a non-visible in-plane fine line width of 1.8 μm or less, located on at least one side of the substrate 100. The conductive heating element 110 is not particularly limited as long as it is formed on one or more surfaces of the substrate.

이때의 전도성 발열체(110)의 미세 선폭은 1.8 ㎛ 이하일 수 있다. 보다 구체적으로는 100 nm 내지 1 ㎛ 이하의 선폭일 수 있다.At this time, the fine line width of the conductive heating element 110 may be 1.8 占 퐉 or less. More specifically, the line width may be 100 nm to 1 占 퐉 or less.

따라서, 이러한 전도성 발열체(110)의 미세 선폭이 1.8 ㎛ 이하이기 때문에, 눈에 거의 보이지 않는 수준일 것이다. 즉, 전도성 발열체(110)를 1.8 ㎛ 이하의 미세 선폭을 갖는 바, 90% 이상의 투명도를 구현할 수 있는 투명 발열소자를 제공할 수 있는 장점이 있다.Therefore, since the fine line width of the conductive heating element 110 is 1.8 占 퐉 or less, it will be almost invisible to the eye. That is, there is an advantage that a transparent heat generating element 110 having a fine line width of 1.8 μm or less and capable of realizing a transparency of 90% or more can be provided.

한편, 이러한 전도성 발열체(110)의 1.8 ㎛ 이하 미세 선폭은 전기장 보조 로보틱 노즐 프린팅 방식으로 제조될 수 있다. 통상적인 drop-on-demand 형의 프린팅 방식인 잉크젯 프린팅, 전기수력학적 젯 프린팅(electrohydrohynamic jet printing)으로는 1.8 ㎛ 이하의 미세 선폭의 전도성 발열체를 구현하는 것이 매우 어렵다. 또한, 전도성 발열체(110)는 전기장 보조 로보틱 노즐 프린팅 방식으로 길이에 제한 없이 제조될 수 있다.The fine line width of the conductive heating element 110 of 1.8 μm or less can be manufactured by an electric field assisted robotic nozzle printing method. It is very difficult to realize a conductive heating element having a fine line width of 1.8 μm or less by ink-jet printing or electrohydrohynamic jet printing, which is a typical drop-on-demand type printing method. In addition, the conductive heating element 110 can be manufactured without restrictions on the length by an electric field assisted robotic nozzle printing method.

따라서, 전기장 보조 로보틱 노즐 프린팅 방식을 이용하여 미세 선폭을 가지는 1차원 전도성 와이어로 구성된 전도성 발열체(110)를 다양한 패턴 형태의 구조로 제조할 수 있다. 1차원 전도성 와이어는 한 방향으로 정렬되어 한쪽 전극에서 다른 쪽 전극까지 한 개의 와이어로 구성되어 있다는 특징이 있다. Accordingly, the conductive heating element 110 composed of the one-dimensional conductive wire having a fine line width can be manufactured in various patterns by using the electric field assisted robotic nozzle printing method. The one-dimensional conductive wire is characterized by being arranged in one direction and constituted of one wire from one electrode to the other electrode.

상기 전도성 발열체를 구성하는 전도성 와이어는 한쪽 전극에서 다른쪽 전극방향으로 정렬된 형태를 가지며 정렬된 와이어는 완전 직선 형태, 곡선형의 물결 무늬(Wave form) 형태, 정렬된 지그재그 형태 또는 꼬인 형태일 수 있다.The conductive wires constituting the conductive heating element have a shape aligned from one electrode to the other electrode, and the aligned wires may have a straight line shape, a curved wave form, an aligned zigzag or a twisted shape. have.

또한, 상기 전도성 발열체는 1개 이상의 전도성 와이어의 조합으로 구성되어 있고 개별 전도성 와이어는 한쪽 전극에서 다른쪽 전극방향으로 끊김없이 연결되어 있는 것을 특징으로 한다.The conductive heating element may be formed of a combination of one or more conductive wires, and the individual conductive wires may be continuously connected from one electrode to the other electrode.

또한, 전기장 보조 로보틱 노즐 프린팅 방식으로 제조된 전도성 발열체(110)는 발열체의 단면이 곡선형인 것을 포함하여, 보다 구체적으로는 발열체의 단면이 원형, 타원형, 반원형, 아치형, 찌그러진 원형, 찌그러진 반원형, 찌그러진 타원형 또는 찌그러진 아치형인 와이어 형태, 또는 속이 비어있는 원형, 속이 비어있는 타원형, 속이 비어있는 반원형 또는 속이 비어있는 아치형인 튜브 형태를 포함할 수 있다.In addition, the conductive heating element 110 manufactured by the electric field assisted robotic nozzle printing method includes a heating element having a curved cross section. More specifically, the heating element has a circular, oval, semicircular, arcuate, squashed circular, A distorted elliptical or distorted arcuate wire form, or a hollow, circular hollow, hollow hollow elliptical, hollow semicircular or hollow hollow arcuate tube shape.

또한, 이러한 전도성 발열체의 단면 즉, 전도성 발열체를 구성하는 전도성 와이어의 단면은 종횡비가 10 이하인 것을 포함할 수 있으며 보다 바람직하게는 단면의 종횡비가 5 이하인 것이 바람직하다. 예를 들어, 전도성 발열체의 단면은 폭이 1 ㎛이고, 높이가 0.2 ㎛인 경우, 단면의 종횡비는 5일 수 있다. 따라서, 단면의 종횡비가 5 이하인 경우는 전도성 발열체의 단면의 폭이 1 ㎛인 경우, 높이는 0.2 ㎛ 이상인 경우일 것이다. 따라서, 단면의 종횡비가 5 이하인 경우, 전도성 발열체의 단면의 폭은 작으면서 높이는 크게 형성되므로, 눈에 보이지 않는 미세 선폭을 구현함과 동시에 높은 높이에 의한 발열면적의 증가로 발열특성도 높게 유지할 수 있다.The cross section of the conductive heating element, that is, the cross section of the conductive wire constituting the conductive heating element may include an aspect ratio of 10 or less, and more preferably, the cross-sectional aspect ratio is 5 or less. For example, when the cross section of the conductive heating element has a width of 1 占 퐉 and a height of 0.2 占 퐉, the cross-sectional aspect ratio may be 5. Therefore, when the cross-sectional aspect ratio is 5 or less, the width of the cross section of the conductive heating element is 1 占 퐉, and the height is 0.2 占 퐉 or more. Therefore, when the cross-sectional aspect ratio is 5 or less, the width of the cross-section of the conductive heating element is small and the height is large, thereby realizing the invisible fine line width and maintaining the heat generation property by increasing the heat- have.

또한, 이러한 전도성 발열체(110)는 직선 형태, 나선형 형태, 지그재그 형태 또는 꼬인 형태를 포함할 수 있다. 따라서, 전도성 발열체(110)를 기판(100) 상에 다양한 패턴 형태로 배치하거나 이러한 패턴의 간격을 조절함으로써, 발열 효율을 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라, 투명도를 자유롭게 조절할 수 있다.In addition, the conductive heating element 110 may include a linear shape, a spiral shape, a zigzag shape, or a twisted shape. Therefore, by arranging the conductive heating elements 110 on the substrate 100 in various pattern shapes or by adjusting the intervals of these patterns, not only the heat efficiency can be increased, but also the transparency can be freely adjusted.

또한, 기판(100) 상에서 전도성 발열체(110)는 전극과 전극 사이의 수직방향과 전극과 전극 사이의 수평방향의 패턴이 서로 교차 정렬된 것일 수 있다. 예를 들어, 프린팅 방식으로 제작된 미세 선폭의 전도성 발열체(110)는 격자형태의 구조로 형성될 수 있으며, 이 경우 발열 소자의 온도 균일도를 보다 향상시킬 수 있다.In addition, the conductive heating element 110 on the substrate 100 may be a pattern in which the vertical direction between the electrodes and the horizontal patterns between the electrodes and the electrodes are aligned with each other. For example, the conductive heating element 110 having a fine linewidth fabricated by a printing method can be formed in a lattice-like structure, and in this case, the temperature uniformity of the heating element can be further improved.

이러한 전도성 발열체(110)는 금속, 금속산화물 또는 전도성 고분자를 포함할 수 있다. 이때의 금속은 금, 은, 구리, 타이타늄, 백금, 알루미늄, 코발트, 크롬, 마그네슘, 실리콘, 텅스텐, 스테인레스 스틸 및 니켈로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 이때의 금속산화물은 인듐주석산화물, 인듐아연산화물, 인듐갈륨아연산화물, 주석산화물, 아연산화물, 갈륨아연산화물, 니켈산화물, 구리산화물 및 알루미늄산화물로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 이때의 전도성 고분자는 PEDOT, PANI, P3HT, PPY, PT, PPS, PAC, PPV 및 이들의 유도체로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함할 수 있다.The conductive heating element 110 may include a metal, a metal oxide, or a conductive polymer. The metal may include at least one selected from the group consisting of gold, silver, copper, titanium, platinum, aluminum, cobalt, chromium, magnesium, silicon, tungsten, stainless steel and nickel. The metal oxide may include at least one selected from the group consisting of indium tin oxide, indium zinc oxide, indium gallium zinc oxide, tin oxide, zinc oxide, gallium zinc oxide, nickel oxide, copper oxide and aluminum oxide have. The conductive polymer may include at least one selected from the group consisting of PEDOT, PANI, P3HT, PPY, PT, PPS, PAC, PPV and derivatives thereof.

전극(120)은 상기 전도성 발열체(110)와 전기적으로 연결될 수 있다. 이러한 전극(120)은 전도성 발열체와 전기적으로 연결되는 형태라면 그 위치에 제한이 없으며, 예를 들어, 전극(120)은 미세 선폭의 전도성 발열체의 말단, 상부, 하부 또는 측면에 형성되는 것일 수 있다.The electrode 120 may be electrically connected to the conductive heating element 110. For example, the electrode 120 may be formed at an end, an upper portion, a lower portion, or a side surface of a conductive heating element having a fine line width .

예를 들어, 도 1 내지 도 3에서와 같이, 전극(120)은 상기 미세 선폭의 전도성 발열체(110)의 측면(도 1의 경우), 상단(도 2의 경우), 하단(도 3의 경우)에 위치할 수 있다.For example, as shown in FIGS. 1 to 3, the electrode 120 may be formed on the side (the case of FIG. 1), the upper end (the case of FIG. 2) ). ≪ / RTI >

이러한 전극(120)은 당업계에서 통상적으로 쓰이는 전도성을 나타내는 전극에 대하여 제한을 받지 않고 사용할 수 있으며, 예를 들어, 금, 은, 구리, 타이타늄, 백금, 알루미늄, 코발트, 크롬, 마그네슘, 실리콘, 텅스텐, 스테인레스 스틸 및 니켈로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나 이상의 금속 또는 합금을 포함하는 금속전극, ITO, 그래핀, 탄소 나노 튜브, 및 은 나노와이어로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하는 투명전극, PEDOT, PANI, P3HT, PPY, PT, PPS, PAC, PPV 및 이들의 유도체로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하는 고분자 전극을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The electrodes 120 may be used without limitation to electrodes that exhibit conductivity commonly used in the art. For example, gold, silver, copper, titanium, platinum, aluminum, cobalt, chromium, A transparent electrode including at least one selected from the group consisting of ITO, graphene, carbon nanotube, and silver nanowire; a metal electrode including at least one metal or alloy selected from the group consisting of tungsten, stainless steel, and nickel; , PEDOT, PANI, P3HT, PPY, PT, PPS, PAC, PPV and derivatives thereof, but the present invention is not limited thereto.

본 발명에 의하면, 미세 선폭의 전도성 발열체(110)를 이용함으로써, 눈에 보이지 않는 투명 발열 소자를 제공할 수 있다. 또한, 미세 선폭의 전도성 발열체(110)의 패턴 형태 또는 간격을 조절함으로써, 발열 효율을 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라, 투명도를 자유롭게 조절할 수 있는 발열 소자를 제공할 수 있다.
According to the present invention, by using the conductive heating element 110 having a fine line width, it is possible to provide an invisible transparent heating element. In addition, by controlling the pattern shape or the interval of the conductive heating element 110 having a fine line width, it is possible to provide a heating element which can increase the heating efficiency and freely adjust the transparency.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 발열소자의 단면도이다.4 is a cross-sectional view of a heating element according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 발열소자는 기판(100), 전도성 발열체(110), 전극(120) 및 보호층(130)을 포함한다.Referring to FIG. 4, a heating element according to an embodiment of the present invention includes a substrate 100, a conductive heating element 110, an electrode 120, and a protective layer 130.

도 4의 발열소자는 보호층(130)을 더 포함하는 것을 제외하고 도 1의 발열소자의 구성과 동일한 바, 보호층(130)에 대하여만 구체적으로 설명한다.The heating element of FIG. 4 is the same as that of the heating element of FIG. 1 except that it further includes the protective layer 130, and only the protective layer 130 will be described in detail.

보호층(130)은 전도성 발열체(110) 상에 위치한다. 따라서, 이러한 보호층(130)은 전도성 발열체가 외부와의 접촉에 의한 산화 문제 등으로부터 보호하는 역할을 한다.The protective layer 130 is disposed on the conductive heating element 110. Accordingly, the protective layer 130 protects the conductive heating element from oxidation problems caused by contact with the outside.

이러한 보호층(130)은 투명 물질, 반투명 물질, 불투명 물질, 금속 물질, 전도성 물질, 절연 물질, 탄소 물질 및 전도체와 절연막의 복합 물질로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함할 수 있다.
The protective layer 130 may include at least one selected from the group consisting of a transparent material, a translucent material, an opaque material, a metal material, a conductive material, an insulating material, a carbon material, and a composite material of a conductor and an insulating layer.

본 발명의 일 실시예에 따른 발열소자 제조방법을 설명한다.A method of manufacturing a heating element according to an embodiment of the present invention will be described.

본 발명의 일 실시예에 따른 발열소자 제조방법은 기판을 준비하는 단계, 상기 기판 상에 곡선형의 단면을 가지며 눈에 보이지 않는 1.8 ㎛ 이하의 미세 선폭을 가지는 1차원 전도성 와이어로 구성된 전도성 발열체를 형성하는 단계 및 상기 전도성 발열체 패턴과 전기적으로 연결되는 전극을 형성하는 단계를 포함한다.A method of manufacturing a heating element according to an embodiment of the present invention includes the steps of preparing a substrate, forming a conductive heating element composed of a one-dimensional conductive wire having a curved cross-section on the substrate and having a fine linewidth of less than 1.8 [ And forming an electrode electrically connected to the conductive heating element pattern.

먼저 기판을 준비한다. 기판은 투명 기판, 반투명 기판, 불투명 기판, 금속 기판, 전도성 기판, 절연 기판, 탄소 기판 및 전도체와 절연막의 복합 기판으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함할 수 있다.First, the substrate is prepared. The substrate may include at least one selected from the group consisting of a transparent substrate, a translucent substrate, an opaque substrate, a metal substrate, a conductive substrate, an insulating substrate, a carbon substrate, and a composite substrate of a conductor and an insulating film.

그 다음에 기판 상에 미세 선폭을 갖는 전도성 발열체를 형성한다.Then, a conductive heating element having a fine line width is formed on the substrate.

이때 전도성 발열체를 형성하는 단계는 전기장 보조 로보틱 노즐 프린터에 의해 실시될 수 있다.The step of forming the conductive heating element may be performed by an electric field assisted robotic nozzle printer.

예를 들어, 이러한 전기장 보조 로보틱 노즐 프린터는 For example, such an electric field assisted robotic nozzle printer

i) 프린팅 용액을 수용하는 용액 저장 장치;i) a solution storage device for containing a printing solution;

ii) 상기 용액 저장 장치로부터 공급받은 용액을 토출하는 노즐 장치;ii) a nozzle device for discharging the solution supplied from the solution storage device;

iii) 상기 노즐에 전압을 인가하는 전압 인가 장치;iii) a voltage applying device for applying a voltage to the nozzle;

iv) 상기 기판을 고정하는 콜렉터;iv) a collector for fixing the substrate;

v) 상기 기판에 전압을 인가하는 전압 인가 장치;v) a voltage application device for applying a voltage to the substrate;

vi) 상기 콜렉터를 수평 방향으로 이동시키는 로봇 스테이지;vi) a robot stage for moving the collector in a horizontal direction;

vii) 상기 콜렉터를 수직방향으로 이동시키는 마이크로 거리 조절기; 및vii) a micro distance adjuster for moving the collector in a vertical direction; And

viii) 상기 콜렉터를 지지(support)하는 석정반을 포함할 수 있다.viii) a lithotripter supporting the collector.

한편, 상기 전도성 발열체를 형성하는 단계는, 전도성 발열체 제작용 물질을 증류수 또는 유기 용매 중에 혼합하여 프린팅 용액을 준비하는 단계, 상기 프린팅 용액을 상기 전기장 보조 로보틱 노즐 프린터의 노즐에 주입하고 외부에서 인가한 전기장에 따라서 프린팅 용액이 노즐에서 기판으로 토출되는 단계 및 상기 기판으로 토출된 프린팅 용액이 기판 위에서 미세 선폭의 전도성 발열체를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.The step of forming the conductive heating element may include preparing a printing solution by mixing the material for manufacturing a conductive heating element into distilled water or an organic solvent, injecting the printing solution into a nozzle of the electric field assisted robotic nozzle printer, A step of ejecting the printing solution from the nozzle to the substrate in accordance with an electric field, and a step of forming the conductive heating element of the fine line width on the substrate by the printing solution discharged to the substrate.

이러한 전도성 발열체를 형성할 때, 프린팅 용액의 농도, 외부에서 인가하는 전압의 크기, 로봇 스테이지의 이동속도를 조절하여 미세선폭의 길이를 1.8 ㎛ 이하로 조절할 수 있다. 예를 들어, 프린팅 용액의 농도를 감소시키거나, 외부에서 인가하는 전기장의 전압을 감소시키거나, 로봇 스테이지의 이동속도를 증가시킴으로써, 형성되는 전도성 발열체의 미세선폭의 길이를 감소시킬 수 있다.When the conductive heating element is formed, the length of the fine line width can be adjusted to 1.8 μm or less by adjusting the concentration of the printing solution, the magnitude of the voltage applied from the outside, and the moving speed of the robot stage. For example, the length of the fine line width of the conductive heating element to be formed can be reduced by decreasing the concentration of the printing solution, decreasing the voltage of the electric field applied from the outside, or increasing the moving speed of the robot stage.

이러한 전도성 발열체는 금속, 금속산화물 또는 전도성 고분자를 포함할 수 있다. 이때의 금속은 금, 은, 구리, 타이타늄, 백금, 알루미늄, 코발트, 크롬, 마그네슘, 실리콘, 텅스텐, 스테인레스 스틸 및 니켈로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 이때의 금속산화물은 인듐주석산화물, 인듐아연산화물, 인듐갈륨아연산화물, 주석산화물, 아연산화물, 갈륨아연산화물, 니켈산화물, 구리산화물 및 알루미늄산화물로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 이때의 전도성 고분자는 PEDOT, PANI, P3HT, PPY, PT, PPS, PAC, PPV 및 이들의 유도체로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함할 수 있다.Such a conductive heating element may include a metal, a metal oxide, or a conductive polymer. The metal may include at least one selected from the group consisting of gold, silver, copper, titanium, platinum, aluminum, cobalt, chromium, magnesium, silicon, tungsten, stainless steel and nickel. The metal oxide may include at least one selected from the group consisting of indium tin oxide, indium zinc oxide, indium gallium zinc oxide, tin oxide, zinc oxide, gallium zinc oxide, nickel oxide, copper oxide and aluminum oxide have. The conductive polymer may include at least one selected from the group consisting of PEDOT, PANI, P3HT, PPY, PT, PPS, PAC, PPV and derivatives thereof.

또한, 이러한 전도성 발열체는 발열체의 단면이 원형, 타원형, 반원형, 아치형, 찌그러진 원형, 찌그러진 반원형, 찌그러진 타원형 또는 찌그러진 아치형인 와이어 형태, 또는 속이 비어있는 원형, 속이 비어있는 타원형, 속이 비어있는 반원형 또는 속이 비어있는 아치형인 튜브 형태인 것을 포함할 수 있다.In addition, such a conductive heating element may have a shape in which the cross section of the heating element is a circle, an ellipse, a semicircle, an arcuate shape, a distorted circle, a distorted semicircular shape, a distorted elliptical shape or a distorted arcuate wire shape, or a hollow, circular, oval, And may be in the form of an empty arcuate tube.

이러한 전도성 발열체가 와이어 형태 또는 튜브 형태로 형성되는 것은 전도성 발열체 물질들의 확산속도에 의해 결정될 수 있다. 예를 들어, 전도성 발열체가 구리인 경우, 속이 빈 원형의 튜브 형태일 수 있다. 또 다른 예를 들어, 전도성 발열체가 은인 경우, 원형의 와이어 형태일 수 있다.The formation of such a conductive heating element in the form of a wire or a tube can be determined by the diffusion rate of the conductive heating element materials. For example, if the conductive heating element is copper, it may be in the form of a hollow circular tube. In another example, when the conductive heating element is silver, it may be in the form of a circular wire.

또한, 이러한 전도성 발열체의 단면의 종횡비는 5 이하이고, 발열체의 길이는 1 mm 이상으로 조절될 수 있다.In addition, the aspect ratio of the cross section of such a conductive heating element is 5 or less, and the length of the heating element can be adjusted to 1 mm or more.

즉, 전도성 발열체(110)는 전기장 보조 로보틱 노즐 프린팅 방식으로 길이에 제한 없이 제조될 수 있다. 따라서, 전도성 발열체(110)는 전기장 보조 로보틱 노즐 프린팅 방식을 이용하여 미세 선폭을 가지는 1차원 전도성 와이어를 다양한 패턴 형태의 구조로 제조될 수 있다. 1차원 전도성 와이어는 한 방향으로 정렬되어 한쪽 전극에서 다른 쪽 전극까지 한 개의 와이어로 구성되어 있다는 특징이 있다. 정렬된 와이어는 완전 직선형태일 수 있고 물결 모양의 정렬일 수 있다.That is, the conductive heating element 110 can be manufactured without restrictions on the length by an electric field assisted robotic nozzle printing method. Accordingly, the conductive heating element 110 can be manufactured in a variety of pattern shapes using a one-dimensional conductive wire having a fine line width by using an electric field assisted robotic nozzle printing method. The one-dimensional conductive wire is characterized by being arranged in one direction and constituted of one wire from one electrode to the other electrode. Aligned wires can be perfectly straight and wavy.

상기 유기용매는 DMF, DMSO, IPA, THF, CF, CB, TCE, ethanol, methanol, acetone, toluene, acetic acid 및 nitric acid 로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함할 수 있다.The organic solvent may include at least one selected from the group consisting of DMF, DMSO, IPA, THF, CF, CB, TCE, ethanol, methanol, acetone, toluene, acetic acid and nitric acid.

상기 프린팅 용액을 준비하는 단계에서 상기 프린팅 용액은 PVA, PVAc, PVP, PMMA, PEO, PVK, PS 및 PVDF 로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하는 유기물질을 더 포함할 수 있다.In the preparing of the printing solution, the printing solution may further include at least one organic material selected from the group consisting of PVA, PVAc, PVP, PMMA, PEO, PVK, PS and PVDF.

상기 외부에서 인가한 전기장은 -30kV 내지 30kV 의 전압을 상기 노즐이나 상기 기판에 -30kV 내지 30kV 의 전압을 각각 또는 동시에 인가하여 형성한 전기장인 것을 특징으로 한다.The externally applied electric field is an electric field formed by applying a voltage of -30 kV to 30 kV to the nozzle or the substrate at a voltage of -30 kV to 30 kV at the same time.

한편, 높은 정렬도로 수평 정렬된 미세 선폭의 전도성 발열체를 프린팅 하기 위하여, 노즐과 기판의 간격을 수직으로 10 ㎛ 내지 300 mm로 조절할 수 있다. 바람직하게는 1 mm 내지 10 mm로 조절한 것을 특징으로 한다.On the other hand, in order to print the conductive heating element of fine line width horizontally aligned with high alignment, the interval between the nozzle and the substrate may be vertically adjusted to 10 to 300 mm. Preferably 1 mm to 10 mm.

그 다음에 상기 전도성 발열체와 전기적으로 연결되는 전극을 형성한다. 이러한 전극을 형성하는 방법은 드랍캐스팅, 스핀코팅, 전자빔증착, 열증착, 진공증착 및 프린팅 방법으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함할 수 있다.And then an electrode electrically connected to the conductive heating element is formed. The method of forming such an electrode may include at least one selected from the group consisting of drop casting, spin coating, electron beam evaporation, thermal evaporation, vacuum evaporation, and printing.

한편, 상기 전도성 발열체를 형성하는 단계 및 상기 전극을 형성하는 단계 사이에, 또는 상기 전극을 형성하는 단계 이후에, 전도성 및 발열 특성을 향상시키기 위하여, 열처리 단계, 진공건조 단계 또는 광조사 단계를 더 포함할 수 있다.Meanwhile, in order to improve the conductivity and exothermic characteristic between the step of forming the conductive heating element and the step of forming the electrode or the step of forming the electrode, a heat treatment step, a vacuum drying step or a light irradiation step .

이때의 열처리 단계는 공기, 산소, 질소, 수소 및 아르곤으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하는 가스분위기에서 열처리 되는 것을 특징으로 한다. 상기 열처리 단계는 40 ℃ 내지 900℃ 의 온도 범위에서 1분 내지 5시간 동안 열처리 할 수 있다. 또한, 상기 열처리 단계는 1회 내지 5회 열처리 하는 것을 특징으로 할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The heat treatment is performed in a gas atmosphere containing at least one selected from the group consisting of air, oxygen, nitrogen, hydrogen, and argon. The heat treatment step may be heat treated for 1 minute to 5 hours at a temperature range of 40 占 폚 to 900 占 폚. In addition, the heat treatment step may be characterized by heat treatment one to five times, but is not limited thereto.

상기 광조사 단계는 엑시머 레이저, 적외선 레이저, 또는 UV 레이저를 이용하여 광조사하는 것을 특징으로 한다. 이때의 광조사 단계는 150 nm 내지 500 ㎛ 의 파장 범위에서 0.001 초 내지 5 시간 동안 광조사할 수 있다. 또한, 상기 광조사 단계는 1회 내지 50회 광조사 할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The light irradiation step is characterized by irradiating light using an excimer laser, an infrared laser, or a UV laser. The light irradiation step at this time may be light irradiation for 0.001 second to 5 hours in a wavelength range of 150 nm to 500 占 퐉. The light irradiation step may be irradiated once to 50 times, but is not limited thereto.

또한, 상기 전기장 보조 로보틱 노즐 프린팅 방식으로 전도성 발열체를 제작하는 공정은 롤투롤 공정에도 적용이 가능하여, 대면적의 발열소자를 매우 빠르고 높은 생산성으로 대량생산이 가능한 것을 특징으로 할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
In addition, the process of manufacturing the conductive heating element by the electric field assisted robotic nozzle printing method is also applicable to the roll-to-roll process, so that it is possible to mass-produce a large-sized heating element with very fast and high productivity. But is not limited to.

이하, 전기장 보조 로보틱 노즐 프린팅 방식을 이용하여 전도성 발열체 패턴을 포함하는 발열소자 제조방법을 도 5를 참조하여 설명한다.Hereinafter, a method of manufacturing a heating element including a conductive heating element pattern using an electric field assisted robotic nozzle printing method will be described with reference to FIG.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기장 보조 로보틱 노즐 프린팅 방법을 이용하여 발열소자의 제조방법을 나타낸 공정흐름도이다.FIG. 5 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a heating element using an electric field assisted robotic nozzle printing method according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG.

도 5를 참조하면, 먼저 전도성 발열체 패턴 제작용 프린팅 용액을 준비(S100)한다.Referring to FIG. 5, first, a printing solution for fabricating a conductive heating element pattern is prepared (S100).

그 다음에 전기장 보조 로보틱 노즐 프린팅으로 미세 선폭의 전도성 발열체 패턴을 제조(S200)할 수 있다.Subsequently, the conductive heating element pattern of fine line width can be manufactured (S200) by the electric field assisted robot nozzle printing.

그 다음에 미세 선폭의 전도성 발열체 패턴에 열처리 등의 후속 공정을 수행(S300)할 수 있다.Subsequently, a subsequent process such as heat treatment may be performed on the conductive heating element pattern having a fine line width (S300).

따라서, 기판 상에 미세 선폭의 전도성 발열체 패턴을 형성(S400)할 수 있다.Accordingly, a conductive heating element pattern having a fine line width can be formed on the substrate (S400).

그 다음에 형성된 미세 선폭의 전도성 발열체 패턴에 전극을 접촉시킴으로써 발열소자를 제조(S500)할 수 있다.And then the electrode is brought into contact with the conductive heating element pattern of the fine line width formed next (S500).

본 발명에 따르면, 프린팅 방식을 통해서 미세 선폭의 전도성 발열체를 제작하므로 공정 단계가 간단하고 공정 비용이 저렴하며, 빠른 속도로 발열소자 제작이 가능하다.According to the present invention, since a conductive heating element having a fine line width is manufactured through a printing method, a process step is simple, a process cost is low, and a heating element can be manufactured at a high speed.

또한, 전기장 로보틱 노즐 프린팅 방식을 통하여 미세 선폭의 전도성 발열체 패턴을 길이의 제한 없이 형성할 수 있고 패턴의 형태 또는 간격을 원하는 대로 제어할 수 있기 때문에, 발열 효율을 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라, 투명도를 자유롭게 조절할 수 있는 발열소자의 제작이 가능하다.
In addition, it is possible to form the conductive heating element pattern of the fine line width without limitation of the length through the electric field robotic nozzle printing method, and the shape or the interval of the pattern can be controlled as desired so that the heating efficiency can be increased, It is possible to manufacture a heating element capable of freely adjusting the temperature of the heating element.

제조예Manufacturing example

전기장 보조 로보틱 노즐 프린팅 방식으로 미세 선폭의 전도성 발열체를 제조하였다.The conductive heating element of fine line width was fabricated by the electric field assisted robotic nozzle printing method.

은 전구체(C2AgF3O2, 21 wt%)와 구리 전구체(C4CuF6O4, 6.25 wt%), PVP(Polyvinyl pyrrolidone)(10 wt%)를 다이메틸포름아마이드와 테트라하이드로퓨란에 용해시켜서 금속 전구체/PVP 복합 프린팅 용액을 제조하였다.To the precursor (C 2 AgF 3 O 2, 21 wt%) and the copper precursor (C 4 CuF 6 O 4, 6.25 wt%), PVP (Polyvinyl pyrrolidone) (10 wt%) in dimethylformamide and tetrahydrofuran To prepare a metal precursor / PVP composite printing solution.

상기 금속 전구체/PVP 복합 프린팅 용액의 농도는 31 wt%이었다. 상기 제조된 금속 전구체/PVP 복합 프린팅 용액을 상기 전기장 보조 로보틱 노즐 프린터의 시린지에 담고, 노즐에 약 0.5 kV의 전압을 인가하면서, 상기 금속 전구체/PVP 복합 프린팅 용액을 상기 노즐로부터 토출하였다.The concentration of the metal precursor / PVP composite printing solution was 31 wt%. The prepared metal precursor / PVP hybrid printing solution was placed in a syringe of the electric field assisted robotic nozzle printer, and the metal precursor / PVP hybrid printing solution was discharged from the nozzle while applying a voltage of about 0.5 kV to the nozzle.

상기 로봇 스테이지에 의하여 이동되는 상기 콜렉터의 기판 위에 정렬된 미세 선폭의 금속 전구체/PVP 복합 나노패턴이 형성되었다. 이때, 사용한 상기 노즐의 직경은 100 ㎛이고, 상기 노즐과 상기 콜렉터 사이의 거리는 7 mm 였다.A metal line precursor / PVP composite nano pattern having a fine line width aligned on the substrate of the collector moved by the robot stage was formed. At this time, the diameter of the used nozzle was 100 mu m, and the distance between the nozzle and the collector was 7 mm.

상기 로봇 스테이지의 Y축 방향의 이동 간격은 100 ㎛ 이고, X축 방향의 이동 거리는 15 cm 이었다. 이때의 상기 콜렉터의 크기는 20 cm × 20 cm이고, 상기 콜렉터 위의 기판의 크기는 2.5 cm × 2.5 cm이었다. 상기 기판의 종류는 투명한 유리 기판이었다.The moving distance in the Y axis direction of the robot stage was 100 mu m and the moving distance in the X axis direction was 15 cm. The size of the collector was 20 cm x 20 cm, and the size of the substrate on the collector was 2.5 cm x 2.5 cm. The type of the substrate was a transparent glass substrate.

이 후, 정렬된 상기 미세 선폭의 금속 전구체/PVP 복합 나노패턴을 퍼니스를 통해 공기 중에서 300 ℃ 내지 500 ℃ 범위로 5분 내지 2시간 동안 열처리하면 상기 PVP 유기 고분자가 열분해되는 동시에 상기 은 전구체와 상기 구리 전구체가 은 나노그레인과 구리 나노그레인으로 환원되어 이러한 상기 은 나노그레인과 상기 구리 나노그레인으로 이루어진 미세 선폭의 전도성 은-구리 복합 나노패턴 발열체가 형성된다.Thereafter, the metal precursor / PVP composite nanopattern having the fine line widths aligned in the furnace is subjected to heat treatment in air at a temperature of 300 ° C to 500 ° C for 5 minutes to 2 hours to pyrolyze the PVP organic polymer, The copper precursor is reduced to silver nano-grains and copper nano-grains, and a conductive silver-copper composite nano-pattern heating element composed of the silver nanogram and the copper nanogram is formed.

이에 따라, 전기장 보조 로보틱 노즐 프린팅 방식으로 제작된 미세 선폭의 전도성 발열체 제조 방법을 사용하여 2.5 cm × 2.5 cm 의 면적을 갖는 발열소자용 미세 선폭의 전도성 은-구리 복합 나노패턴 발열체를 제작하였다.
Thus, a fine line width conductive silver - copper composite nano pattern heating element for a heating element having an area of 2.5 cm × 2.5 cm was fabricated by using a method of manufacturing a fine line width conductive heating element manufactured by an electric field assisted robotic nozzle printing method.

도 6은 미세 선폭의 전도성 발열체의 전자주사현미경(SEM) 이미지이다.6 is an electron microscope (SEM) image of a conductive heating element having a fine line width.

도 6을 참조하면, 전기장 보조 로보틱 노즐 프린팅 방식을 이용하여 한쪽 방향으로 정렬된 미세 선폭의 전도성 발열체를 제조할 수 있음을 알 수 있다.Referring to FIG. 6, it can be seen that a conductive heating element having fine line width aligned in one direction can be manufactured by using an electric field assisted robotic nozzle printing method.

도 7은 미세 선폭의 전도성 발열체의 전자주사현미경(SEM) 이미지이다.7 is a scanning electron microscope (SEM) image of a conductive heating element having a fine line width.

도 7을 참조하면, 전기장 보조 로보틱 노즐 프린팅 방식을 이용하여 격자 형태로 정렬된 미세 선폭의 전도성 발열체를 제조할 수 있음을 알 수 있다.Referring to FIG. 7, it can be seen that a fine line-width conductive heating element arranged in a lattice form can be manufactured by using an electric field assisted robotic nozzle printing method.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 전기장 보조 로보틱 노즐 프린팅을 통해서 제작된 미세 선폭의 전도성 발열체를 이용한 투명 발열 소자의 사진이다.8 is a photograph of a transparent heating element using a fine line width conductive heating element manufactured through an electric field assisted robotic nozzle printing according to an embodiment of the present invention.

도 8을 참조하면, 제조예에 따라 제조된 발열소자로서, 보다 구체적으로 상기 2.5 cm × 2.5 cm 의 면적의 유리기판 상에 100 ㎛ 간격으로 제작된 미세 선폭의 전도성 은-구리 복합 나노패턴 발열체의 양단에 실버 페이스트를 이용하여 전극을 형성한 투명 발열소자의 사진이다. 따라서, 전기장 보조 로보틱 노즐 프린팅 방식을 이용하여 미세 선폭을 갖는 투명 발열체를 포함하는 투명 발열소자를 제공할 수 있음을 알 수 있다.Referring to FIG. 8, as a heating element manufactured according to a manufacturing example, more specifically, a fine line width conductive silver-copper composite nano-pattern heating element manufactured on a glass substrate having an area of 2.5 cm x 2.5 cm, And a transparent heating element in which electrodes are formed using silver paste at both ends. Accordingly, it can be seen that a transparent heating element including a transparent heating element having a fine line width can be provided by using an electric field assisted robotic nozzle printing method.

도 9는 제조예에 따라 제조된 발열소자의 발열 특성을 측정한 그래프 및 이미지들이다. 즉, 도 9(a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 발열소자의 전압인가 별로 시간에 따른 표면 온도 변화를 나타낸 그래프이고, 도 9(b) 및 도 9(c)는 본 발명의 일 실시예에 따른 발열소자의 온도분포를 열화상 카메라를 이용한 측정한 열화상 이미지이다.FIG. 9 is a graph and images of the heat generating characteristics of a heat generating element manufactured according to a manufacturing example. 9 (a) is a graph showing changes in surface temperature with time according to voltage application of a heating element according to an embodiment of the present invention, and Figs. 9 (b) and 9 (c) The temperature distribution of the heating element according to the example is a thermal image measured using a thermal imaging camera.

도 9를 참조하면, 3 V 에서 12 V 사이의 전압을 인가하였을 때, 인가 전압을 증가시킴에 따라 발열 온도가 상승함을 알 수 있다. 이때 1분 이내에 발열 온도가 최고 온도에 도달하는 것을 알 수 있다. Referring to FIG. 9, it can be seen that when a voltage between 3 V and 12 V is applied, the exothermic temperature rises as the applied voltage is increased. At this time, it can be seen that the exothermic temperature reaches the maximum temperature within one minute.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 발열 소자의 전도성 발열체를 나타낸 이미지이다. 도 10을 참조하면, 전기장 보조 로보틱 프린팅 방식을 이용하여 제조된 구리 전도성 발열체로서, 발열체의 단면이 속이 비어있는 원형 형태로 제조할 수 있음을 알 수 있다.10 is an image showing a conductive heating element of a heating element according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 10, it can be seen that a copper conductive heating element manufactured using an electric field assisted robotic printing method can be manufactured in a circular shape in which the cross section of the heating element is hollow.

도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 발열 소자의 전도성 발열체의 패턴을 나타낸 이미지들이다. 도 11을 참조하면, 전기장 보조 로보틱 프린팅 방식을 이용하여 제조된 구리 전도성 발열체 패턴으로서, 꼬인 형태 (도 11(a) 및 도 11(b)), 지그재그 형태(도 11(c)) 또는 직선 형태(도 11(d))로 제조될 수 있음을 알 수 있다.
11 is a view showing a pattern of a conductive heating element of a heating element according to an embodiment of the present invention. 11 (a) and 11 (b)), a zigzag pattern (Fig. 11 (c)), or a straight line pattern (Fig. 11 (d)).

한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시 예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.It should be noted that the embodiments of the present invention disclosed in the present specification and drawings are only illustrative of specific examples for the purpose of understanding and are not intended to limit the scope of the present invention. It will be apparent to those skilled in the art that other modifications based on the technical idea of the present invention are possible in addition to the embodiments disclosed herein.

100: 기판 110: 전도성 발열체
120: 전극 130: 보호층
100: substrate 110: conductive heating element
120: electrode 130: protective layer

Claims (31)

기판;
상기 기판의 적어도 어느 일면에 위치하고 곡선형의 단면을 가지며 눈에 보이지 않는 1.8 ㎛ 이하의 미세 선폭을 가지는 1차원 전도성 와이어로 구성된 전도성 발열체; 및
상기 전도성 발열체와 전기적으로 연결되는 전극을 포함하는 발열소자.
Board;
A conductive heating element disposed on at least one surface of the substrate and having a curved cross section and formed of a one-dimensional conductive wire having a fine line width of not more than 1.8 탆 which is invisible; And
And an electrode electrically connected to the conductive heating element.
제1항에 있어서,
상기 전도성 발열체를 구성하는 전도성 와이어는 한쪽 전극에서 다른쪽 전극방향으로 정렬된 형태를 가지며, 정렬된 전도성 와이어는 완전 직선 형태, 곡선형의 물결 무늬(Wave form) 형태, 정렬된 지그재그 형태 또는 꼬인 형태인 것을 특징으로 하는 발열소자.
The method according to claim 1,
The conductive wires constituting the conductive heating element may have a shape aligned from one electrode to the other electrode, and the aligned conductive wires may have a straight line shape, a curved wave form, an aligned zigzag or a twisted shape And a heating element.
제1항에 있어서,
상기 전도성 발열체는 1개 이상의 전도성 와이어의 조합으로 구성되어 있고 개별 전도성 와이어는 한쪽 전극에서 다른쪽 전극방향으로 끊김없이 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 발열소자.
The method according to claim 1,
Wherein the conductive heating element is formed of a combination of at least one conductive wire and the individual conductive wires are connected seamlessly from one electrode toward the other electrode.
제1항에 있어서,
상기 전도성 발열체를 구성하는 전도성 와이어는 전기장 보조 로보틱 노즐 프린팅 방식으로 제조된 것을 특징으로 하는 발열소자.
The method according to claim 1,
Wherein the conductive wire constituting the conductive heating element is manufactured by an electric field assisted robotic nozzle printing method.
제1항에 있어서,
상기 전도성 발열체를 구성하는 전도성 와이어는 단면이 원형, 타원형, 반원형, 아치형, 찌그러진 원형, 찌그러진 반원형, 찌그러진 타원형 또는 찌그러진 아치형인 와이어 형태, 또는 속이 비어있는 원형, 속이 비어있는 타원형, 속이 비어있는 반원형 또는 속이 비어있는 아치형인 튜브 형태를 포함하는 발열소자.
The method according to claim 1,
The conductive wire constituting the conductive heating element may be in the form of a wire having a circular cross section, an elliptical cross section, an arcuate cross section, a distorted circular cross section, a distorted round cross section, a distorted elliptical cross section or a distorted arcuate cross section, or a round hollow, hollow hollow, semi- A heating element comprising an arcuate tube shape hollowed out.
제1항에 있어서,
상기 전도성 발열체의 단면의 종횡비는 5 이하이고, 상기 전도성 발열체의 길이는 1 mm 이상인 것을 특징으로 하는 발열소자.
The method according to claim 1,
Wherein the aspect ratio of the cross section of the conductive heating element is 5 or less, and the length of the conductive heating element is 1 mm or more.
제1항에 있어서,
상기 전도성 발열체는 나선형 형태를 포함하는 발열소자.
The method according to claim 1,
Wherein the conductive heating element includes a spiral shape.
제1항에 있어서,
상기 기판 상에서 상기 전도성 발열체는 전극과 전극 사이의 수직방향과 전극과 전극 사이의 수평방향의 패턴이 서로 교차 정렬된 것을 특징으로 하는 발열소자.
The method according to claim 1,
Wherein the conductive heating element on the substrate is arranged such that the vertical direction between the electrodes and the horizontal patterns between the electrodes and the electrodes are aligned with each other.
제1항에 있어서,
상기 기판은 투명 기판, 반투명 기판, 불투명 기판, 금속 기판, 전도성 기판, 절연 기판, 탄소 기판 및 전도체와 절연막의 복합 기판으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하는 발열소자.
The method according to claim 1,
Wherein the substrate comprises at least one selected from the group consisting of a transparent substrate, a translucent substrate, an opaque substrate, a metal substrate, a conductive substrate, an insulating substrate, a carbon substrate, and a composite substrate of a conductor and an insulating film.
제1항에 있어서,
상기 전극은 금, 은, 구리, 타이타늄, 백금, 알루미늄, 코발트, 크롬, 마그네슘, 실리콘, 텅스텐, 스테인레스 스틸, 니켈, ITO, 그래핀, 탄소 나노 튜브, 은 나노와이어, 구리 나노와이어, 금속 나노와이어, 합금 나노와이어, PEDOT 및 이의 유도체, PANI 및 이의 유도체, P3HT 및 이의 유도체, PPY 및 이들의 유도체, PT 및 이의 유도체, PPS 및 이의 유도체, PAC 및 이의 유도체, 및 PPV 및 이의 유도체로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하는 발열소자.
The method according to claim 1,
The electrode may be formed of a metal such as gold, silver, copper, titanium, platinum, aluminum, cobalt, chromium, magnesium, silicon, tungsten, stainless steel, nickel, ITO, graphene, carbon nanotube, silver nanowire, , Alloy nanowires, PEDOT and derivatives thereof, PANI and derivatives thereof, P3HT and derivatives thereof, PPY and derivatives thereof, PT and derivatives thereof, PPS and derivatives thereof, PAC and derivatives thereof, and PPV and derivatives thereof And at least one selected.
제1항에 있어서,
상기 전도성 발열체는 금속, 금속산화물 또는 전도성 고분자를 포함하는 발열소자.
The method according to claim 1,
Wherein the conductive heating element includes a metal, a metal oxide, or a conductive polymer.
제11항에 있어서,
상기 금속은 금, 은, 구리, 타이타늄, 백금, 알루미늄, 코발트, 크롬, 마그네슘, 실리콘, 텅스텐, 스테인레스 스틸 및 니켈로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하는 발열소자.
12. The method of claim 11,
Wherein the metal comprises at least one selected from the group consisting of gold, silver, copper, titanium, platinum, aluminum, cobalt, chromium, magnesium, silicon, tungsten, stainless steel and nickel.
제11항에 있어서,
상기 금속산화물은 인듐주석산화물, 인듐아연산화물, 인듐갈륨아연산화물, 주석산화물, 아연산화물, 갈륨아연산화물, 니켈산화물, 구리산화물 및 알루미늄산화물로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하는 발열소자.
12. The method of claim 11,
Wherein the metal oxide includes at least one selected from the group consisting of indium tin oxide, indium zinc oxide, indium gallium zinc oxide, tin oxide, zinc oxide, gallium zinc oxide, nickel oxide, copper oxide and aluminum oxide.
제11항에 있어서,
상기 전도성 고분자는 PEDOT, PANI, P3HT, PPY, PT, PPS, PAC, PPV 및 이들의 유도체로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하는 발열소자.
12. The method of claim 11,
Wherein the conductive polymer comprises at least one selected from the group consisting of PEDOT, PANI, P3HT, PPY, PT, PPS, PAC, PPV and derivatives thereof.
제1항에 있어서,
상기 전도성 발열체 상에 위치하는 보호층을 더 포함하는 발열소자.
The method according to claim 1,
And a protective layer disposed on the conductive heating element.
제15항에 있어서,
상기 보호층은 투명 물질, 반투명 물질, 불투명 물질, 금속 물질, 전도성 물질, 절연 물질, 탄소 물질 및 전도체와 절연막의 복합 물질로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하는 발열소자.
16. The method of claim 15,
Wherein the protective layer comprises at least one selected from the group consisting of a transparent material, a translucent material, an opaque material, a metal material, a conductive material, an insulating material, a carbon material, and a composite material of a conductor and an insulating film.
기판을 준비하는 단계;
상기 기판 상에 곡선형의 단면을 가지며 눈에 보이지 않는 1.8 ㎛ 이하의 미세 선폭을 가지는 1차원 전도성 와이어로 구성된 전도성 발열체를 형성하는 단계; 및
상기 전도성 발열체와 전기적으로 연결되는 전극을 형성하는 단계를 포함하는 발열소자 제조방법.
Preparing a substrate;
Forming a conductive heating element made of a one-dimensional conductive wire having a curved cross-section on the substrate and having an invisible fine line width of 1.8 mu m or less; And
And forming an electrode electrically connected to the conductive heating element.
제17항에 있어서,
상기 전도성 발열체를 형성하는 단계는,
전기장 보조 로보틱 노즐 프린터에 의해 실시되며, 상기 전기장 보조 로보틱 노즐 프린터는,
i) 프린팅 용액을 수용하는 용액 저장 장치;
ii) 상기 용액 저장 장치로부터 공급받은 용액을 토출하는 노즐 장치;
iii) 상기 노즐에 전압을 인가하는 전압 인가 장치;
iv) 상기 기판을 고정하는 콜렉터;
v) 상기 기판에 전압을 인가하는 전압 인가 장치;
vi) 상기 콜렉터를 수평 방향으로 이동시키는 로봇 스테이지;
vii) 상기 콜렉터를 수직방향으로 이동시키는 마이크로 거리 조절기; 및
viii) 상기 콜렉터를 지지(support)하는 석정반을 포함하는 것을 특징으로 하는, 발열소자 제조방법.
18. The method of claim 17,
The forming of the conductive heating element may include:
Wherein the electric field assisted robotic nozzle printer is implemented by an electric field assisted robotic nozzle printer,
i) a solution storage device for containing a printing solution;
ii) a nozzle device for discharging the solution supplied from the solution storage device;
iii) a voltage applying device for applying a voltage to the nozzle;
iv) a collector for fixing the substrate;
v) a voltage application device for applying a voltage to the substrate;
vi) a robot stage for moving the collector in a horizontal direction;
vii) a micro distance adjuster for moving the collector in a vertical direction; And
and viii) a step of supporting the collector.
제18항에 있어서,
상기 전도성 발열체를 형성하는 단계는,
전도성 발열체 제작용 물질을 증류수 또는 유기 용매 중에 혼합하여 프린팅 용액을 준비하는 단계;
상기 프린팅 용액을 상기 전기장 보조 로보틱 노즐 프린터의 노즐에 주입하고 외부에서 인가한 전기장에 따라서 프린팅 용액이 노즐에서 기판으로 토출되는 단계; 및
상기 기판으로 토출된 프린팅 용액이 기판 위에서 미세 선폭의 전도성 발열체를 형성하는 단계를 포함하는 발열소자 제조방법.
19. The method of claim 18,
The forming of the conductive heating element may include:
Preparing a printing solution by mixing a conductive heating material production material into distilled water or an organic solvent;
Injecting the printing solution into a nozzle of the electric field assisted robotic nozzle printer and discharging the printing solution from the nozzle to the substrate according to an external electric field; And
And forming a conductive heating element of a fine line width on the substrate by the printing solution discharged onto the substrate.
제17항에 있어서,
상기 전도성 발열체는 금속, 금속산화물 또는 전도성 고분자를 포함하는 발열소자 제조방법.
18. The method of claim 17,
Wherein the conductive heating element comprises a metal, a metal oxide, or a conductive polymer.
제19항에 있어서,
상기 외부에서 인가한 전기장은 -30 kV 내지 30 kV 의 전압을 상기 노즐이나 상기 기판에 -30 kV 내지 30 kV 의 전압을 각각 또는 동시에 인가하여 형성한 전기장인 것을 특징으로 하는 발열소자 제조방법.
20. The method of claim 19,
Wherein the externally applied electric field is an electric field formed by applying a voltage of -30 kV to 30 kV to the nozzle or the substrate at a voltage of -30 kV to 30 kV at the same time.
제19항에 있어서,
상기 노즐과 상기 기판의 간격을 수직으로 10 ㎛ 내지 300 mm로 조절한 것을 특징으로 하는 발열소자 제조방법.
20. The method of claim 19,
Wherein the gap between the nozzle and the substrate is adjusted to be 10 to 300 mm vertically.
제17항에 있어서,
상기 전도성 발열체를 구성하는 전도성 와이어는 단면이 원형, 타원형, 반원형, 아치형, 찌그러진 원형, 찌그러진 반원형, 찌그러진 타원형 또는 찌그러진 아치형인 와이어 형태, 또는 속이 비어있는 원형, 속이 비어있는 타원형, 속이 비어있는 반원형 또는 속이 비어있는 아치형인 튜브 형태를 포함하며,
상기 전도성 발열체의 단면의 종횡비는 5 이하이고, 상기 전도성 발열체의 길이는 1 mm 이상으로 조절되는 것을 특징으로 하는 발열소자 제조방법.
18. The method of claim 17,
The conductive wire constituting the conductive heating element may be in the form of a wire having a circular cross section, an elliptical cross section, an arcuate cross section, a distorted circular cross section, a distorted round cross section, a distorted elliptical cross section or a distorted arcuate cross section, or a round hollow, hollow hollow, semi- Including an arcuate hollow tube shape,
Wherein the aspect ratio of the cross section of the conductive heating element is 5 or less and the length of the conductive heating element is adjusted to 1 mm or more.
제17항에 있어서,
상기 전도성 발열체를 형성하는 단계 및 상기 전극을 형성하는 단계 사이에, 또는 상기 전극을 형성하는 단계 이후에,
전도성 및 발열 특성을 향상시키기 위하여, 열처리 단계, 진공건조 단계 또는 광조사 단계를 더 포함하는 발열소자 제조방법.
18. The method of claim 17,
Between the step of forming the conductive heating element and the step of forming the electrode, or after the step of forming the electrode,
Further comprising a heat treatment step, a vacuum drying step, or a light irradiation step to improve conductivity and heat generation characteristics.
제24항에 있어서,
상기 열처리 단계는 공기, 산소, 질소, 수소 및 아르곤으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하는 가스분위기에서 열처리 되는 것을 특징으로 하는 발열소자 제조방법.
25. The method of claim 24,
Wherein the heat treatment step is performed in a gas atmosphere including at least one selected from the group consisting of air, oxygen, nitrogen, hydrogen, and argon.
제24항에 있어서,
상기 열처리 단계는 40 ℃ 내지 900 ℃ 의 온도 범위에서 1 분 내지 5 시간 동안 열처리 하는 것을 특징으로 하는 발열소자 제조방법.
25. The method of claim 24,
Wherein the heat treatment step is performed at a temperature ranging from 40 ° C to 900 ° C for 1 minute to 5 hours.
제24항에 있어서,
상기 광조사 단계는 엑시머 레이저, 적외선 레이저, 또는 UV 레이저를 이용하여 광조사하는 것을 특징으로 하는 발열소자 제조방법.
25. The method of claim 24,
Wherein the light irradiation step comprises irradiating light using an excimer laser, an infrared laser, or a UV laser.
제24항에 있어서,
상기 광조사 단계는 150 nm 내지 500 ㎛ 의 파장 범위에서 0.001 초 내지 5 시간 동안 광조사하는 것을 특징으로 하는 발열소자 제조방법.
25. The method of claim 24,
Wherein the light irradiation step is performed in a wavelength range of 150 nm to 500 占 퐉 for 0.001 second to 5 hours.
제17항에 있어서,
상기 전도성 발열체를 형성하는 단계는 롤투롤 공정으로 수행되는 것을 특징으로 하는 발열소자 제조방법.
18. The method of claim 17,
Wherein the step of forming the conductive heating element is performed by a roll-to-roll process.
투명한 유리 기판; 및
상기 투명한 유리 기판에 형성된 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 따른 발열소자, 또는 제17항 내지 제29항 중 어느 한 항에 따른 발열소자 제조방법에 의해 제조된 발열소자를 포함하는 투명 발열 유리.
Transparent glass substrate; And
The transparent electrode layer is formed on the transparent glass substrate by using the heat generating element according to any one of claims 1 to 16, or the transparent element including the heat generating element manufactured by the method for manufacturing a heat generating element according to any one of claims 17 to 29. Heat glass.
제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 따른 발열소자, 또는 제17항 내지 제29항 중 어느 한 항에 따른 발열소자 제조방법에 의해 제조된 발열소자를 포함하는 발열 거울.A heating mirror comprising a heating element according to any one of claims 1 to 16, or a heating element manufactured by the method for manufacturing a heating element according to any one of claims 17 to 29.
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