KR20160121345A

KR20160121345A - 투명전도체가 형성된 자동차용 발열전면유리

Info

Publication number: KR20160121345A
Application number: KR1020150062889A
Authority: KR
Inventors: 황용운; 강동호
Original assignee: 노바테크 (주); 노바테크인더스트리 주식회사
Priority date: 2015-04-10
Filing date: 2015-05-06
Publication date: 2016-10-19
Also published as: KR101696543B1

Abstract

본 발명의 목적은 자동차 앞유리에 투명히터를 형성하여 겨울철 결로 현상을 편리하고 신속하게 제거하면서도 시인성을 해하지 않는 새로운 투명히터를 제안하고자 한다.
본 발명은 자동차 앞유리의 외측 유리와 일체로 투명히터를 형성하며, 투명히터는 외측 유리 내측에 금속 씨앗 층을 메쉬 형태로 형성하고 그 위에 투명금속을 전해도금으로 형성하여 제조된다. 외측 유리 위에 SOG(Spin On Glass) 방법으로 투명층을 형성하고 여기에 메쉬 패턴의 홈을 에칭하여 홈 안에 금속 씨앗 층과 투명금속을 형성함으로써 투명금속의 선폭을 제한하고, 투명히터를 포함한 외측 유리 내면 전체에 OMO(Oxide/Metal/Oxide) 또는 MO(Metal/Oxide) 층을 형성하여 유리 전면에서 발열이 가능하고 자외선 차단도 가능하도록 하였다.

Description

투명전도체가 형성된 자동차용 발열전면유리{HEATING WINDSHIELD GLASS FOR CAR WITH TRANSPARENT ELECTROCONDUCTIVE MATREIAL}

본 발명은 자동차용 전면유리에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는, 자동차용 전면유리에 투명전도체를 조합하여 전기전도성을 구비하게 하는 기술에 관한 것이다.

자동차 유리는 강화유리로 만들어지며, 특히 앞유리의 구성은 두 장의 유리 사이에 안전필름을 넣고 접착제로 접착한 것이다. 이러한 자동차 앞유리는 겨울에 눈이올 때, 시야를 확보하기 위해 와이퍼를 가동시켜야 한다. 또한, 눈이 얼어 굳어지게 되면 와이퍼를 동작하여도 밝은 시야를 확보하기 어려운 면이 있다.

대한민국 실용신안등록 20-0203856호는 눈과 얼음의 문제와는 별개이지만, 실내외 온도차에 의해 응축수가 자동차 유리에 발생하는 것을 해결하고자 한다. 상기 공보에서는 자동차 유리 표면에 도전성을 구비한 투명도료를 도포하고 전극을 인출하고 전원을 연결하여 가열함으로써 응축수를 증발시켜 제거하는 방안을 제안한다.

상기 공보와 같은 구성은 투명도료의 도포를 자동차 실외 측 또는 실내 측에 하게 되어 실외 측의 도료는 박리가 문제될 수 있고, 실내 측의 도료는 열 전달이 어려울 수 있어 문제된다.

또한, 여름철 낙뢰에 대해 자동차 프레임은 도체로 되어 있어 안전하나 유리는 유전체로 전기를 방전하지 못하므로 절연파괴의 위험성이 있다. 따라서 자동차 앞유리를 포함한 모든 유리에 도전성을 부여할 필요가 있다.

한편, 자동차의 후방을 커버 하는 뒷유리에도 도전성 물질이 열선으로 구비되어 있으나, 불투명한 것이어서 깨끗하지 못하고 시야를 가릴 수 있다.

따라서 본 발명의 목적은 자동차 앞유리에 투명전도체를 구비시키되, 박리 염려가 전혀 없는 새로운 방안으로 투명전도체를 구비시키고 이를 전원에 연결하여 전열기로 사용함과 동시에 이를 이용하여 낙뢰에서 자동차 실내를 좀 더 안전하게 보호할 수 있도록 하는 것이다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 자동차 뒷유리에 부착된 불투명한 열선을 투명한 것으로 제공하기 위한 것이다.

상기 목적에 따라 본 발명은 자동차 앞유리의 경우, 두 장의 강화유리 사이에 투명 전도체 필름을 투명접착제로 샌드 시키되, 기포 발생이 없도록 진공 중에서 오토클레이브 기술을 적용하여 샌드 시키고, 투명 전도체 필름이 자동차 프레임에 접촉되게 하여 접지 기능을 갖게 하였다.

또한, 자동차 뒷유리에는 그라비아 인쇄를 이용하여 투명 전도체로 열선을 형성하였다.

또한, 본 발명은 자동차 앞유리의 외측 유리와 일체로 투명히터를 형성하며, 투명히터는 외측 유리 내측에 금속 씨앗 층을 메쉬 형태로 형성하고 그 위에 투명금속을 전해도금으로 형성하여 제조된다. 외측 유리 위에 SOG(Spin On Glass) 방법으로 투명층을 형성하고 여기에 메쉬 패턴의 홈을 에칭하여 홈 안에 금속 씨앗 층과 투명금속을 형성함으로써 투명금속의 선폭을 제한하고, 투명히터를 포함한 외측 유리 내면 전체에 OMO(Oxide/Metal/Oxide) 또는 MO(Metal/Oxide) 층을 형성하여 유리 전면에서 발열이 가능하고 자외선 차단도 가능하도록 하였다.

본 발명에 따르면, 투명전도체 필름이 자동차 앞유리 전면에 구비되어 눈이 내릴 때, 전원을 통해 가열하여 줌으로써 눈을 녹일 수 있고, 투명전도체 필름은 강화 유리 사이에 샌드 되어 있어 박리 위험이 전혀 없고, 진공 중에서 오토클레이브 기술로 강화유리 사이에 부착되므로 기포 발생이 없어 시인성이 좋다.

또한, 투명전도체 필름의 단부는 자동차 프레임에 접촉되어 접지되므로 낙뢰로부터 안전하게 보호될 수 있다.

또한, 자동차 뒷유리는 투명전도체를 그라비아 인쇄로 열선이 형성되므로 외관이 깨끗하고 시야를 가리지 않는다.

즉, 본 발명에 따르면, 전면유리를 발열 유리로 제작하여, 전면 발열로 발열효율이 우수하며, 시인성이 좋고 자외선 차단 기능도 구비하므로 운전자에게 매우 유익하다.

도 1은 본 발명에 따라 투명 전도체 필름이 샌드 된 자동차 앞유리의 구성 단면도이다.
도 2는 도 1의 자동차 앞유리 구성에서 투명전도체를 자동차 프레임에 접촉시켜 접지된 것을 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따라 자동차 뒷유리에 열선을 투명전도체로 구성한 것을 나타내는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예를 나타내는 개략도이다.
도 5는 본 발명의 변형 실시예들을 나타내는 단면도이다.
도 6은 도 5의 실시예 A 및 D에 대한 실시방법을 설명하는 도면이다.
도 7은 도 5의 실시예 A, B, C 및 D에 대한 실시방법과 특징을 설명하는 도해도 이다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명한다.

도 1에는 본 발명에 따라 제작되는 자동차 앞유리('전면유리'라고도 함)의 구성이 나와 있다.

즉, 두 장의 전면유리(100) 사이에 투명전도체 필름(200)을 접착제(300)로 샌드하여 자동차 앞유리를 구성하는 것이다. 투명전도체 필름(200)은 PET와 같은 투명플라스틱 상에 ITO 등의 투명전도체를 코팅하여 제작될 수 있다. 전도성이 있는 투명 도료를 도포 및 건조하여 제작될 수도 있으며, 투명전도체 필름(200)의 양면에는 투명 접착제(300)를 도포하여 전면유리(100) 사이에 샌드 한다. 투명전도체는 일종의 열선 기능을 하는 동시에 유전체인 유리에 접지기능을 부여하게 된다. 또한, 자동차 앞유리는 시야를 확보해야 하므로 투명도가 좋아야 한다. 이러한 점에서 투명전도체 필름(200)의 부착은 전면유리(100)에 기포 없이 밀착되어야 한다.

기포가 발생하면 투명도가 나빠지고 열선으로서의 열 전달 효율도 낮아질 수 있고, 접지 기능에서도 절연의 문제가 있을 수 있기 때문이다.

일반 대기 하에서 필름을 유리에 부착하는 공정에서는 기포가 포함될 우려가 있다. 따라서 본 발명은 투명전도체 필름(200)을 전면유리(100)에 부착하는 공정을 오토클레이브 공정을 이용하여 실시하도록 하였다. 오토클레이브는 고온고압하에서 필름을 적층 하는 방법이며, 본 실시예의 경우, 강화유리를 기판으로 하기 때문에 고온을 견딜 수 있어 오토클레이브 방법을 적용할 수 있다. 즉, 진공 압축 기술이 적용된다. 오토클레이브 공정은 유리기판에 컬러필터 등의 접착에 응용되고 있기 때문에 오토클레이브 공정을 실시하고 있는 당업자에게는 널리 알려진 기술이므로 공정에 대한 상세한 설명은 생략한다. 즉, 전면유리(100)에 투명전도체 필름(200)을 접착하고 그 위에 다시 전면유리(100)를 적층 하여 투명전도체 필름(200)이 샌드 된 전면유리(200) 패널을 오토클레이브 업체에 시공을 맡겨 제작할 수 있다.

한편, 전면유리(100)에 투명전도체 필름(200)을 접착하는 고정은 진공 상태에서 실시할 수도 있다. 진공 챔버 안에 강화 유리(100)를 넣고 투명전도체 필름(200)을 챔버 내 롤러에 감아 챔버 안을 진공화한 상태에서 전면유리(100)에 부착하는 것이다. 진공도는 1mTorr 정도의 저진공 정도로도 진공 압축 효과를 볼 수 있으며, 기판 이송 장치에 전면유리(100)를 탑재하여 투명전도체 필름(200)을 롤투롤 방식으로 부착한 다음 다른 전면유리(100)를 척킹 장치로 이송하여 투명전도체 필름(200) 위에 얼라인 한 후 부착할 수 있다. 부착 직전에 진공도를 좀 더 높여 진공 압축 효과를 볼 수 있다.

투명전도체 필름(200)에 전선을 연결하여 전원 장치에 접속할 수 있다. 별도의 전원 장치를 구성하여도 좋고 자동차 배터리에 연결할 수도 있다. 이때 스위치를 구성하여 필요시에만 전원을 공급한다.

또한, 투명도전체 필름(200) 단부가 차량의 프레임에 접하게 하여 낙뢰 등에 대해 접지되게 할 수 있다. 차체 프레임은 모두 금속으로 구성되는 것이 일반적이므로 자동차 앞유리를 프레임에 끼우는 것으로 접지될 수 있으나, 접지를 좀 더 확실하게 하기 위해 투명전도체 어느 곳에 전선 등으로 차체 프레임과 접촉시킬 수 있다.

이와 같이 제작된 자동차 앞유리는 눈이 오는 경우, 투명전도체 필름(200)은 전원과의 접속을 온(ON) 시켜 발열에 의해 눈을 녹여준다.

또한, 투명전도체 필름(200)은 차체와 접속되어 낙뢰 시 전하가 축적되지 않도록 방전시켜 안전하게 접지시켜 준다.

다음은 자동차 뒷유리에 열선을 투명전도체로 시공하는 방법에 대해 설명한다.

자동차 뒷유리(400)에 부착되는 열선(500)을 투명전도체로 시공하는 것이다. 투명전도체의 인쇄방법으로는 그라비아 인쇄가 적합하다. 투명전도체의 소재로는 ITO, IZO, ZnO 등을 적용할 수 있고, 이들은 그라비아 인쇄 외에 다른 증착 방법을 사용하여 열선으로 형성될 수 있다.

도 4는 본 발명의 또 다른 실시예로서, 자동차 앞유리로서 내측유리와 외측유리가 접합 된 접합유리 일체형 투명히터 모듈을 개략적으로 표현하고 있다. 본 실시예에서는, 자동차 전면유리의 내측 유리와 외측 유리를 접합하는 접합유리 중 외측 유리와 투명히터가 일체형으로 제작된다.

투명히터는 접합유리 중 외측 유리의 내측 면에 투명금속으로 형성된다. 즉, 금속 층의 두께를 얇게 하여 투명도를 갖게 한 투명금속을 투명히터로 사용한다. 투명금속 패턴은 시인성 영역에 형성되고, 비 시인성 영역에 전극 패드가 형성되며, 전극 패드와 전원과의 연결은 플렉서블 커넥터(flexible connector)를 통해 이루어져, 전원은 자동차에 배터리를 이용한다.

플렉서블 커넥터 모듈에는 투명히터의 발열 효율성을 위해 구동 드라이버가 장착된다. 본 발명의 투명히터는 시인성 문제를 해결할 수 있으며, 비교적 높지 않은 저항을 갖기 때문에 자동차 배터리로부터 전력을 인가하여 발열시키기에 적절하다.

도 5는 본 실시예의 외측 유리 일체형 투명히터의 단면을 보여주며, 저 저항과 시인성을 확보하기 위해 투명금속의 금속 패턴의 두께를 적절한 두께로 증가시켜 최적화하고, 패턴의 폭은 감소시키는 것이 바람직하다.

도 5와 같이 총 4개 형태의 구조로 외측 유리 일체형 투명히터를 제작할 수 있다. 투명히터는 메쉬 형태의 패턴으로 외측 유리 전체 면적에 형성되어 시인성을 더욱 좋게 한다. 씨앗 층 금속은 나노미터 단위(10 ~ 30nm)로 얇게 형성시키고, 메쉬 형태의 패턴은 대면적에 적용될 수 있는 고 분해능 스캔 노광기를 활용하여 리소그라피술로 형성될 수 있다.

도 6에는 도 5의 구성을 제작하는 방법을 좀 더 상세히 설명한다.

씨앗 층은 Ti, Ag 또는 Al을 스퍼터링으로 10 내지 30nm로 증착하고 투명 히터는 Cu 또는 Ni을 선택적 습식도금으로 형성한다. 투명히터를 이루는 금속 선들 사이의 간격은 300 내지 1000μm 정도로 할 수 있다.

도 5에서 A형태는 자동차 접합유리에서 외측 유리 표면에 폭 10μm 이하의 씨앗 층(seed layer)을 형성하고, 이를 이용하여 5μm이상의 두께로 투명 금속 층을 전해도금 방법으로 형성시킨다. 전해도금은 신속하게 금속층을 형성하며, 대면적에 적용하기에 편리하다. 투명 금속 층으로 형성되는 투명 히터의 두께는 20μm 정도를 넘지 않는 것이 투명도 확보 및 생산성 면에서 바람직하다.

씨앗 층은 ICP, IPVD 방식의 스퍼터링 방법을 이용하여 형성될 수 있으며, 스퍼터링과 전해도금 방법은 공지된 기술이므로 이에 따라 실시할 수 있다. 스퍼터링 및 전해도금 실시방법에 대한 세부적인 설명은 생략한다.

도 5의 B는, 투명히터 형성에 있어서, 투명금속의 패턴 폭 확장을 방지하기 위해 SOG(spin on glass)를 실시하여 투명층을 형성시키고, 투명층에 메쉬 패턴을 습식각으로 홈으로 형성하여 메쉬 패턴을 이루는 홈 안에 씨앗 층과 투명히터 금속층을 전해 도금하여 투명히터를 형성한 것을 나타낸다.

SOG는 투명히터 선폭이 확장되지 않게 제한할 수 있는 홈을 제공할 뿐아니라, 표면 상태를 좋게 한다. SOG는 실리카 유기용액을 이용한 용액공정으로 실시될 수 있으며, 홈의 형성은 리소그라피술에 의할 수 있고, 직진성이 좋은 습식각 공정을 적용하여 홈의 패턴 폭을 조절한다. 즉, 리소그라피술로 패턴을 형성하고 마스킹된 상태에서 에칭용액을 스프레이하여 홈을 형성할 수 있다.

상기 홈의 폭은 10μm 이하로 형성되는 것이 바람직하고, 깊이는 5 내지 20μm 정도로 형성되는 것이 바람직하다. 씨앗 층은 스퍼터링 방법을 이용하여 투명금속(ITO, ZnO, IZO 등)으로 10 내지 30nm 두께로 형성될 수 있다.

도 5의 C는, 도 5의 A형 투명히터 제조 후에, OMO(oxide/metal/oxide) 또는 MO(metal/oxide) 구조의 하이브리드 다층막을 외측 유리 내면 전체에 나노미터 두께로 형성하여, 저항의 균일도를 확보하고, 적외선과 자외선 차단막 기능을 추가시킨 구조를 나타낸다. 산화물의 종류는 제한 없이 다양하게 적용될 수 있고, 금속도 얇은 두께를 통해 투명도가 확보될 수 있다. 다층막이 되는 OMO 구조 또는 투명도가 확보되는 금속과 산화물로 다층을 이루는 MO 구조 자체가 자외선과 적외선을 차단하는 기능을 나타낸다. 다층막의 계면에서 빛의 투과, 반사에 따른 간섭으로 특정 대역의 파장이 소멸 될 수 있기 때문이다.

그외 본래 자외선과 적외선을 차단하는 산화물과 투명금속을 이용하여 OMO 또는 MO 구조를 형성할 수도 있다.

즉, SIZO, TiO₂, In₂O₃, MgO 등의 산화물을 nm 사이즈 두께로 증착하고, 그 위에 다시 투명금속을 nm 두께로 증착한 다음 상기 SIZO, TiO₂, In₂O₃, MgO 등의 산화물을 nm 사이즈 두께로 증착하여 전체 두께가 0.1μm 이하로 되게 한다. 상기 산화물들은 자외선과 적외선을 차단하는 기능을 가진다고 알려져 있으며, 그 외에 다른 물질 중에 동일 기능이 있다고 알려진 것을 적층 재료로 택할 수 있다. 투명금속은 Al, Ag, Cu 등을 나노 사이즈 두께(1 내지 20nm)로 적층 하여 투명도를 확보할 수 있으며, 투명전극소재인 SIZO, ITO, ZnO, IZO 등을 사용할 수도 있다. 이들의 다층막은 스퍼터링으로 형성된다.

MO(metal/oxide) 구조에서도, 투명금속을 nm 두께로 증착한 다음 상기 SIZO, TiO₂, In₂O₃, MgO 등의 산화물을 nm 사이즈 두께로 증착하거나 이미 형성되어 있는 투명 금속의 투명 히터 위에 SIZO, TiO₂, In₂O₃, MgO 등의 산화물을 nm 사이즈 두께로 증착한다.

이러한 OMO 또는 MO 구조는 투습성을 지며 금속으로 된 투명히터의 산화방지에도 기여한다.

도 5의 D형은 도 5 B형의 투명히터를 형성한 후, 외측 유리 내면 전체에 OMO 또는 MO 형태의 하이브리드 다층막을 형성시킨 구조를 보여준다. OMO 또는 MO의 구성은 상기 도 5의 C형에 대한 것과 동일하다. 도 7은 도 5의 실시예 A, B, C 및 D에 대한 실시방법과 특징을 요약정리하여 도시한다.

메쉬 형태로 형성되는 금속 시드 층은 나노 두께로 성막하고 소재는 Ti, Al 등으로 한다. 선택적 습식도금, 전해도금으로 Cu, Ni 등을 도금하여 도 5의 실시예 A를 구현한다.

상기와 같이 제작된 투명히터의 면저항은 0.5Ω/□ 정도(바람직하게는 그 이하)이고, 투명히터를 포함한 접합유리의 투과도는 87% 정도이다.

본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구 범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.

100: 전면유리
200: 투명전도체 필름
300: 접착제
400: 자동차 뒷유리
500: 열선

Claims

자동차 앞유리로서,
내측 유리와 외측 유리가 접합 되는 접합유리로 구성되며,
외측 유리는 외측 유리와 일체형으로 설치되는 투명히터를 포함하며,
상기 투명히터는 메쉬 패턴의 투명금속; 및 전극 패드를 포함하며,
상기 메쉬 패턴의 투명 금속은 외측 유리의 시인성 영역에 형성되고, 전극 패드는 비 시인성 영역에 형성되는 것을 특징으로 하는 자동차 앞유리.
제1항에 있어서, 투명히터가 형성되는 외측 유리는, 그 위에 SOG(Spin On Glass)에 의해 형성된 투명층을 더 포함하며, 투명층은 메쉬 패턴을 따라 식각 된 홈을 구비하여, 메쉬 패턴을 이루는 홈 안에 상기 투명금속이 형성되어 투명히터를 구성하는 것을 특징으로 하는 자동차 앞유리.
제1항에 있어서, 메쉬 패턴의 투명금속을 포함한 외측 유리 표면에 OMO(oxide/metal/oxide) 또는 MO(metal/oxide) 구조의 하이브리드 다층막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차 앞유리.
제2항에 있어서, 메쉬 패턴의 투명금속을 포함한 투명층 표면에 OMO(oxide/metal/oxide) 또는 MO(metal/oxide) 구조의 하이브리드 다층막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차 앞유리.
제1항 또는 제2항에 있어서, 메쉬 패턴의 투명금속을 형성하기 전에 메쉬 패턴 자리에 금속 씨앗 층을 10 내지 30nm로 형성하여 메쉬 패턴의 투명금속은 상기 씨앗 층 위에 형성되는 것을 특징으로 하는 자동차 앞유리.
제1항에 있어서, 메쉬 패턴의 투명금속은 5μm 내지 20μm 두께이고, 선폭은 10μm 이하로 형성된 것을 특징으로 하는 자동차 앞유리.
제3항 또는 제4항에 있어서, OMO(oxide/metal/oxide) 또는 MO(metal/oxide) 구조의 하이브리드 다층막 전체 두께가 0.1μm 이하로 형성된 것을 특징으로 하는 자동차 앞유리.
자동차 앞유리의 외측 유리 내면에 투명히터를 형성하는 방법으로서,
외측 유리 내면에 리소그라피술로 메쉬 패턴을 형성하고,
상기 메쉬 패턴에 금속 씨앗 층을 스퍼터링 방법으로 형성하고,
상기 금속 씨앗 층 위에 투명금속을 전해도금법으로 형성하여 메쉬 패턴의 투명히터를 형성하는 것을 특징으로 하는 자동차 앞유리의 외측 유리에 투명히터를 형성하는 방법.
자동차 앞유리의 외측 유리 내면에 투명히터를 형성하는 방법으로서,
외측 유리 내면에 SOG(Spin On Glass)에 의해 투명층을 형성하고,
상기 투명층에 리소그라피술로 메쉬 패턴을 형성하고,
메쉬 패턴을 습식 에칭하여 메쉬 패턴을 따라 홈을 형성하고,
상기 홈에 금속 씨앗 층을 스퍼터링 방법으로 형성하고,
상기 금속 씨앗 층 위에 투명금속을 전해도금법으로 형성하여 메쉬 패턴의 투명히터를 형성하는 것을 특징으로 하는 자동차 앞유리의 외측 유리에 투명히터를 형성하는 방법.
제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 투명히터를 형성한 다음,
투명히터를 포함한 외측 유리 내면 또는 외측 유리 내면 위에 형성된 투명층 위에 OMO(oxide/metal/oxide) 또는 MO(metal/oxide) 구조의 하이브리드 다층막을 스퍼터링으로 형성하는 것을 특징으로 하는 자동차 앞유리의 외측 유리에 투명히터를 형성하는 방법.