KR20160125796A

KR20160125796A - 투명 면상 발열체

Info

Publication number: KR20160125796A
Application number: KR1020150056762A
Authority: KR
Inventors: 이대환; 김동규; 송상민; 김상균; 한송이; 김예슬
Original assignee: 코오롱인더스트리 주식회사; 이대환
Priority date: 2015-04-22
Filing date: 2015-04-22
Publication date: 2016-11-01
Also published as: KR101826149B1

Abstract

기재, 상기 기재 상에 형성되고 전도성 물질을 포함하는 발열층, 상기 발열층 상에 연결된 전극, 및 상기 발열층 상에 형성된 보호층을 포함하며, 상기 보호층은 기공을 포함하는 것인, 투명 면상 발열체에 관한 것이다.

Description

투명 면상 발열체{TRANSPARENT SURFACE HEATING DEVICE}

본원은 기공을 포함하는 보호층이 형성되어 있는 투명 면상 발열체에 관한 것이다.

에너지 자원의 고갈에 따라 세계 각국은 에너지 절약 연구에 많은 투자를 진행하고 있다. 이러한 흐름에 맞춰 최근 부각되고 있는 면상 발열체는 일반적으로 사용하고 있는 전기 발열체보다 20% 내지 40%의 전력을 감소시킬 수 있는 제품으로서 전기 에너지 절약 및 경제적 파급효과가 클 것으로 예상된다.

일반적으로 면상 발열체는 전기통전에 의해 발생하는 복사열을 이용하고 있어 온도조절이 용이하고, 공기를 오염시키지 않으며, 위생과 소음 면에서 장점이 있어 히팅 매트 또는 패드 등의 침구류에 많이 이용되고 있다. 또한, 면상 발열체는 주택의 바닥 난방, 사무실 및 작업장 등의 산업용 난방, 도장 건조 등 각종 산업장의 가열장치, 비닐하우스나 축사, 농업용 설비, 자동차용 백미러, 주차장의 동결방지장치, 레저용 방한용 장비, 가전제품 등에 폭넓게 이용되고 있다.

면상 발열체는 특히 최근에 그 이용이 활발하여 유럽의 주택 난방의 많은 부분을 대체하고 있으며, 주택분야 외에 산업용 건조기, 농산물 건조기, 건강의료 보조제품 및 건축부자재 등으로 응용이 가능한 신소재로서 국내뿐만 아니라 해외에서도 그 사용 가능성이 높을 것으로 예상된다.

또한, 면상 발열체의 구성 및 재질을 다양하게 변화시켜 상기 용도 이외에 새로운 용도, 예를 들어, 의류나 액자 난로 등의 적용에 대한 연구가 지속적으로 이루어지고 있다. 특히 투명성과 전도성을 동시에 발현하는 재료를 사용함으로써 창호 및 거울 등의 투명성이 요구되는 분야로 적용이 확대되고 있다.

이러한 특성상 기존의 터치스크린패널(TSP)용으로 많이 사용된 투명 전도막(transparent conductive thin film)을 면상 발열체로서 사용할 수 있다. 금속 산화물, 금속 나노 입자, 금속 나노와이어, 금속 페이스트, 탄소나노구조체 등의 전도성을 띄며 투명성을 나타낼 수 있는 물질 모두 발열층으로 사용할 수 있다.

특히, 1 차원 구조를 갖는 금속 나노와이어 혹은 탄소나노튜브 등이 전기적 네트워크를 형성하며 전도성 필름을 구성하는 경우 높은 전기 전도성을 갖는 필름이 제조될 수 있다. 또한 1 차원 구조의 물질은 그 직경이 수 nm 내지 수십 nm이기 때문에 분산성이 우수하여 필름으로 제조되었을 때 가시광선 영역에서 85% 이상의 투과도를 획득할 수 있다.

그러나 금속 나노와이어나 탄소나노튜브와 같이 일정한 종횡비를 가지는 전도성 물질이 불연속 상으로 분산되어 있는 상태의 잉크상에서는 균일하게 분산되어 있더라도 기재 상에 코팅되어 건조되는 과정 중에 전도성 물질간의 응집이 발생할 수 있다. 균일도가 좋지 않은 상태에서 인가된 전류는 균일하게 흐르지 않게 되고 국부적으로 높은 열이 발생하게 되며 불균일한 발열이 일어나거나 단선이 되는 경우가 발생하게 된다.

대한민국 등록특허 제10-1222639호는 그래핀을 포함하는 투명 발열체에 대해 개시하고 있으나, 상기 투명 발열체 또한 기판 상에 그래핀을 형성하는 과정에서 균일도가 좋지 않고, 그래핀 상에서 국부적으로 높은 열이 발생하는 문제점이 있다.

본원은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 기공을 포함하는 보호층이 형성되어 있는 투명 면상 발열체를 제공한다.

그러나, 본원이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본원의 제 1 측면은, 기재; 상기 기재 상에 형성되고, 전도성 물질을 포함하는 발열층; 상기 발열층 상에 연결된 전극; 및 상기 발열층 상에 형성된 보호층을 포함하며, 상기 보호층은 기공을 포함하는 것인, 투명 면상 발열체를 제공한다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 보호층은 약 50 nm 내지 약 200 ㎛의 두께를 가지는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 보호층의 기공은 약 5 nm 내지 약 10 ㎛의 크기를 가지는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 기재는 투명한 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 기재는 실리콘 기판, 유리 기판, 또는 고분자 기판을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 전도성 물질은 금속 산화물, 금속 나노와이어, 탄소나노구조체, 금속 페이스트, 금속 나노입자, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 금속 산화물은 ITO(indium tin oxide), ZTO(zinc tin oxide), IGZO(indium gallium zinc oxide), ZAO(zinc aluminum oxide), IZO(indium zinc oxide), ZnO(zinc oxide), 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 금속 산화물을 포함하는 것일 수 있고, 상기 금속 나노와이어는 은, 금, 백금, 구리, 니켈, 알루미늄, 티타늄, 팔라듐, 코발트, 카드뮴, 로듐, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 금속 나노와이어를 포함하는 것일 수 있고, 상기 탄소나노구조체는 그래핀, 탄소나노튜브, 플러렌, 카본블랙, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 것을 포함하는 것일 수 있고, 상기 금속 페이스트는 은, 금, 백금, 구리, 니켈, 알루미늄, 티타늄, 팔라듐, 코발트, 카드뮴, 로듐, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 금속을 포함하는 것일 수 있고, 상기 금속 나노입자는 은, 금, 백금, 구리, 니켈, 알루미늄, 티타늄, 팔라듐, 코발트, 카드뮴, 로듐, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 금속을 포함하는 것일 수 있다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 발열층은 약 10 nm 내지 약 500 nm의 두께를 가지는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 전극을 통하여 전원 인가 시 상기 발열층에서 열이 발생되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 전극은 투명전극을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 전극은 은, 금, 백금, 알루미늄, 구리, 크롬, 바나듐, 마그네슘, 티타늄, 주석, 납, 팔라듐, 텅스텐, 니켈, 이들의 합금, 인듐-주석-산화물(ITO), 금속 나노와이어, 탄소나노구조체, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 전극은 한 쌍 이상인 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본원의 제 2 측면은, 상기 본원의 제 1 측면에 따른 투명 면상 발열체의 복수 개를 직렬 또는 병렬로 연결하여 형성되는, 투명 면상 발열체 시스템을 제공한다.

본원의 일 구현예에 의하면, 투명 면상 발열체의 기재 상에 패턴층이 형성됨으로써 전도성 물질을 포함하는 발열층 내에서 전도성 물질 사이에 발생하는 응집 현상을 물리적으로 방지하여 발열층 내 전도성 물질의 균일도를 향상시킬 수 있고, 또한 투명 면상 발열체의 발열 효율 및 수명을 향상시킬 수 있다. 나아가 본원의 일 구현예에 따른 투명 면상 발열체는 저저항, 고투과율의 특성을 나타내기 때문에 다양한 용도에 적용될 수 있는 효과가 있다. 또한, 본원의 일 구현예에 따른 투명 면상 발열체는 보호층 내에 기공을 포함함으로써 발열층에서 발생하는 열의 손실을 최소화하여 단열 효과를 향상시킬 수 있다.

도 1은, 본원의 일 구현예에 따른 투명 면상 발열체의 구조도이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 구현예 및 실시예를 상세히 설명한다.

그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 구현예 및 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.

본원 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.

본 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. 또한, 본원 명세서 전체에서, "~ 하는 단계" 또는 "~의 단계"는 "~를 위한 단계"를 의미하지 않는다.

본원 명세서 전체에서, 마쿠시 형식의 표현에 포함된 "이들의 조합(들)"의 용어는 마쿠시 형식의 표현에 기재된 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 혼합 또는 조합을 의미하는 것으로서, 상기 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 의미한다.

본원 명세서 전체에서, "A 및/또는 B"의 기재는, "A, B, 또는, A 및 B"를 의미한다.

이하, 본원의 투명 면상 발열체에 대하여 구현예 및 실시예와 도면을 참조하여 구체적으로 설명하도록 한다. 그러나, 본원이 이러한 구현예 및 실시예와 도면에 제한되는 것은 아니다.

도 1은 본원의 일 구현예에 따른 투명 면상 발열체의 구조도이다.

본원의 일 측면은, 기재(100); 상기 기재 상에 형성되고, 전도성 물질을 포함하는 발열층(200); 상기 발열층 상에 연결된 전극(300); 및 상기 발열층 상에 형성된 보호층(400)을 포함하며, 상기 보호층은 기공(500)을 포함하는 것인, 투명 면상 발열체를 제공한다.

상기 투명 면상 발열체는 기재(100)를 포함한다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 기재는 투명한 것일 수 있다. 상기 기재는 통상적으로 사용 가능한 기재, 예를 들어, 실리콘 기판, 유리 기판, 또는 고분자 기판을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

상기 실리콘 기판은, 예를 들어, 단일 실리콘 기판 또는 p-Si 기판을 포함하는 것일 수 있고, 상기 유리 기판은, 예를 들어, 규산알칼리계 유리, 무알칼리계 유리, 또는 석영 유리를 포함하는 것일 수 있고, 상기 고분자 기판은, 예를 들어, 폴리이미드, 폴리에테르설폰, 폴리에테르에테르케톤, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리카보네이트, 폴리아크릴레이트, 또는 폴리우레탄을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

상기 기재(100) 상에 발열층(200)이 형성된다.

상기 기재(200) 상에 형성된 발열층(200) 내에 포함된 전도성 물질이 고르게 분산됨으로써 상기 전도성 물질이 응집되는 것을 물리적으로 방지할 수 있고, 이에 따라 상기 발열층(200) 내에 포함된 전도성 물질의 균일도가 향상된다. 상기 발열층(200) 내에 전도성 물질이 균일하게 분산됨으로써, 상기 발열층(200)에 인가된 전류가 상기 발열층(200) 전체에 균일하게 흐를 수 있고, 이에 따라 투명 면상 발열체의 발열 효율 및 발열 수명을 향상시킬 수 있다.

상기 발열층(200)은 전도성 물질을 포함한다.

상기 전도성 물질은 저가 공정이 가능한 잉크화 가능 물질을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 발열층(200)은 상기 전도성 물질을 포함하는 용액을 상기 기재(100) 상에 도포하여 필름 또는 박막 형태로서 형성한 것일 수 있다.

상기 전도성 물질을 포함하는 용액을 도포하는 것은, 당업계에 공지된 다양한 방법에 의해 수행될 수 있다. 예를 들어, 스프레이 코팅, 바 코팅, 딥 코팅, 스핀 코팅, 슬릿다이 코팅, 커튼 코팅, 그라비아 코팅, 리버스 그라비아 코팅, 롤 코팅, 또는 함침법을 이용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

상기 전도성 물질을 포함하는 용액은 물, 알코올 등의 용매에 상기 전도성 물질이 고형분으로서 약 0.1 중량% 내지 약 1.5 중량% 분산되어 있는 용액이다. 0.1 중량% 미만의 용액은 코팅 후에 전도성 물질 사이에 충분한 네트워크 형성이 되지 않아 면저항이 나오지 않을 수 있으며, 1.5 중량% 초과의 용액은 용액 내 전도성 물질의 뭉침(aggregation) 현상이 다량 발생하여 코팅 후에도 여전히 뭉침이 남아 광학 물성에 영향을 줄 수 있으며, 점도의 상승으로 패턴 형성에 효과적이지 않을 수 있다.

상기 전도성 물질은 금속 산화물, 금속 나노와이어, 탄소나노구조체, 금속 페이스트, 금속 나노입자, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

상기 금속 산화물은, 예를 들어, ITO(indium tin oxide), ZTO(zinc tin oxide), IGZO(indium gallium zinc oxide), ZAO(zinc aluminum oxide), IZO(indium zinc oxide), ZnO(zinc oxide), 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 금속 산화물을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

상기 금속 나노와이어는, 예를 들어, 은, 금, 백금, 구리, 니켈, 알루미늄, 티타늄, 팔라듐, 코발트, 카드뮴, 로듐, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 금속 나노와이어를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 은 나노와이어의 경우, 투명성 및 전도성이 우수하고, 은 나노와이어를 포함하는 필름에 전압을 인가하는 경우 열 발생 효율이 우수하다. 상기 금속 나노와이어를 포함하는 용액을 상기 기재(100) 상에 도포함으로써, 필름 또는 박막 형상의 발열층(200)을 형성할 수 있다.

상기 탄소나노구조체는, 예를 들어, 그래핀, 탄소나노튜브, 플러렌, 카본블랙, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 탄소나노구조체를 포함하는 용액을 상기 기재(100) 상에 도포함으로써, 필름 또는 박막 형상의 발열층(200)을 형성할 수 있다.

상기 금속 페이스트 또는 상기 금속 나노입자는 은, 금, 백금, 구리, 니켈, 알루미늄, 티타늄, 팔라듐, 코발트, 카드뮴, 로듐, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 금속의 페이스트 또는 금속의 나노입자일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 금속 페이스트를 상기 기재(100) 상에 도포함으로써, 필름 또는 박막 형상의 발열층(200)을 형성할 수 있다. 또는, 상기 금속 나노입자를 포함하는 용액을 상기 기재(100) 상에 도포함으로써, 필름 또는 박막 형상의 발열층(200)을 형성할 수 있다.

상기 발열층(200)은, 예를 들어 약 10 nm 내지 약 500 nm의 두께를 가지는 것일 수 있으나, 이에 제한 되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 발열층(200)은, 약 10 nm 내지 약 400 nm, 약 50 nm 내지 약 300 nm, 약 100 nm 내지 약 200 nm, 약 10 nm 내지 약 300 nm, 약 10 nm 내지 약 200 nm, 약 10 nm 내지 약 100 nm, 약 10 nm 내지 약 50 nm, 약 10 nm 내지 약 30 nm, 약 10 nm 내지 약 20 nm, 약 10 nm 내지 약 500 nm, 약 50 nm 내지 약 500 nm, 약 100 nm 내지 약 500 nm, 약 200 nm 내지 약 500 nm, 약 300 nm 내지 약 500 nm, 약 400 nm 내지 약 500 nm, 약 100 nm 내지 약 400 nm, 또는 약 200 nm 내지 약 300 nm일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 두께가 500 nm 초과인 경우, 저항은 낮아지나 투과도가 저하되고, 헤이즈(Hz) 및 황색도(Yellow Index, YI)와 같은 광 특성이 높아지며, 상기 두께가 10 nm 미만인 경우, 높은 저항값을 갖게 된다. 바람직하게는, 상기 두께는 약 30 nm 내지 약 300 nm일 수 있다.

본원의 일 구현예에 따르면, 본원에 따른 투명 면상 발열체는 상기 발열층(200) 상에 상기 발열층(200)을 보호하기 위한 보호층(400)이 형성되며, 상기 보호층(400)은 기공(500)을 포함하는 것이다. 상기 보호층(400)은, 예를 들어, 투명 고분자 수지일 수 있으며, 필름 또는 박막 형태일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 보호층(400)은 기공(500)을 포함하는 것으로서, 상기 기공(500)은 보호층(400) 내부에 형성되는 것일 수 있으며, 상기 보호층 내의 기공은 상기 발열층(200)에서 발생하는 열의 손실을 최소화하여 단열 효과를 향상시킬 수 있다.

상기 보호층(400)은 약 50 nm 내지 약 200 ㎛의 두께를 가지는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 보호층은, 약 70 nm 내지 약 200 ㎛, 약 100 nm 내지 약 200 ㎛, 약 200 nm 내지 약 200 ㎛, 약 300 nm 내지 약 200 ㎛, 약 400 nm 내지 약 200 ㎛, 약 500 nm 내지 약 200 ㎛, 약 750 nm 내지 약 200 ㎛, 약 1 ㎛ 내지 약 200 ㎛, 약 10 ㎛ 내지 약 200 ㎛, 약 100 ㎛ 내지 약 200 ㎛, 약 150 ㎛ 내지 약 200 ㎛, 약 50 nm 내지 약 150 ㎛, 약 50 nm 내지 약 100 ㎛, 약 50 nm 내지 약 10 ㎛, 약 50 nm 내지 약 1 ㎛, 약 50 nm 내지 약 800 nm, 약 50 nm 내지 약 600 nm, 약 50 nm 내지 약 400 nm, 약 50 nm 내지 약 200 nm, 약 50 nm 내지 약 100 nm, 약 70 nm 내지 약 150 ㎛, 약 100 nm 내지 약 100 ㎛, 약 500 nm 내지 약 50 ㎛, 또는 약 1 ㎛ 내지 약 10 ㎛일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 두께가 50 nm 미만인 경우, 상기 발열층(200)을 보호하는 기능이 저하되거나 신뢰성에 문제가 발생할 수 있다. 바람직하게는, 상기 두께는 약 100 nm 내지 약 200 nm일 수 있다.

상기 보호층의 기공(500)은 약 5 nm 내지 약 10 ㎛의 크기를 가지는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 보호층의 기공 크기는, 예를 들어, 약 5 nm 내지 약 10 ㎛, 약 10 nm 내지 약 10 ㎛, 약 50 nm 내지 약 10 ㎛, 약 100 nm 내지 약 10 ㎛, 약 500 nm 내지 약 10 ㎛, 약 1 ㎛ 내지 약 10 ㎛, 약 5 ㎛ 내지 약 10 ㎛, 약 5 nm 내지 약 5 ㎛, 약 10 nm 내지 약 1 ㎛, 약 50 nm 내지 약 900 nm, 약 100 nm 내지 약 800 nm, 약 200 nm 내지 약 700 nm, 약 300 nm 내지 약 600 nm, 또는 약 400 nm 내지 약 500 nm일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 더 바람직하게는 기공의 크기가 빛의 파장과 비슷하면 코팅층이 불투명해지기 때문에 기공의 크기가 빛의 파장보다 많이 작은 수백 나노 이하의 기공을 가지는 것일 수 있다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 전극(300)을 통하여 전원 인가 시 상기 발열층에서 열이 발생한다. 상기 보호층의 기공(500)에 의하여 미세 기공 내부에 공기를 트랩하고, 미세 기공에 트랩된 공기의 대류가 억제되어 상기 발열층(200)에서 발생하는 열의 손실을 최소화하여 단열 효과를 향상시킬 수 있다.

상기 전극(300)은 상기 발열층(200) 또는 상기 보호층(400) 상에 형성될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 전극(300)은 한쌍 이상일 수 있다. 상기 전극(300)은 다양한 습식 코팅 및 건식 코팅 공정에 의해 형성될 수 있다. 예를 들어, 그라비아 인쇄, 플락소 인쇄, 콤마 인쇄, 슬릿 코팅, 스프레이 코팅, 스크린 인쇄, 오프셋 인쇄, 라미네이트, 리프트-오프법, 스퍼터링, 이온 플레이팅, 화학기상 증착, 플라즈마 화학기상증착, 열 증착, 레이저 분자빔 증착, 펄스 레이저 증착, 또는 원자층 증착법에 의해 형성될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

상기 전극(300)은 도전성이 있는 재료이면 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어, 투명한 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 전극(300)은, 예를 들어, 은, 금, 백금, 알루미늄, 구리, 크롬, 바나듐, 마그네슘, 티타늄, 주석, 납, 팔라듐, 텅스텐, 니켈, 이들의 합금, 인듐-주석-산화물(ITO), 금속 나노와이어, 탄소나노구조체, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 금속 나노와이어는, 예를 들어, 은, 금, 백금, 구리, 니켈, 알루미늄, 티타늄, 팔라듐, 코발트, 카드뮴, 로듐, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 금속 나노와이어를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 탄소나노구조체는, 예를 들어, 그래핀, 탄소나노튜브, 플러렌, 카본블랙, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본원의 다른 일 측면은, 상기 본원의 일 측면에 따른 투명 면상 발열체의 복수 개를 직렬 또는 병렬로 연결하여 형성되는, 투명 면상 발열체 시스템을 제공한다.

이하 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하고자 하나, 하기의 실시예는 단지 설명의 목적을 위한 것이며 본원의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다.

[실시예]

[실시예 1]

은 나노와이어가 물에 분산된 용액을 30 분간 스터링하였다. PET 기판 위에 분산된 은 나노와이어 용액을 바코팅(bar coating)하였다. 상기 은 나노와이어가 ?(wet) 코팅된 기판을 80℃ 오븐에서 2 분간 건조하여 은 나노와이어 막을 획득하였다.

이어서, 상기 은 나노와이어 막 상에, 1.0 중량%인 오버코팅 용액을 바코팅하였다. 그 후, 100℃에서 건조 후 UV 경화기에서 300 mJ로 처리하여 고분자 막을 형성하여, 기판에 은 나노와이어 막과 오버코팅층을 포함하는 투명 전도성 필름을 수득하였다.

이어서, 상기 필름의 양단에 스크린 인쇄를 통해 전극을 형성하여 투명 발열체를 제조하였다.

이어서, 기공 필름을 제조하기 위하여 용매로서 에탄올과 아세톤을 6:4로 혼합한 용액을 준비한다. 또한, 실리카 전구체로는 TEOS(tetraethoxysilane)를 사용하였고, 촉매로는 염산을 사용하였으며, 계면활성제는 CTAB(cetyltrimethylammonium bromide)를 사용하였고, 증류수(DI-water)를 더 사용하였다. 또한, 상기 TEOS, 에탄올, 증류수, 염산, 및 CTAB의 몰비는 다음과 같다.

TEOS : 에탄올 : 증류수 : 염산 : CTAB = 1 : 20 : 5 : 0.005 : 0.03

에탄올과 아세톤을 혼합한 후 증류수와 염산을 첨가하고, 이어서 70℃에서 미리 녹여놓은 CTAB 을 첨가하고 2 시간 동안 교반하였다. 상기 교반된 용액에 TEOS를 넣고 30 분간 상온에서 교반한 후, 유리 기판 위에 스핀 코팅하였다. 이때, 스핀 속도는 3,000 rpm이고, 30 초간 실시하였다. 상기 코팅된 박막을 하루 동안 상온에서 용매를 증발시키고, 이어서 150℃에서 열처리하여 계면활성제를 분해하여 복수의 기공을 갖는 기공률 30%의 다공성 필름을 수득하였다.

이어서, 전극이 형성된 발열체 상단에 상기 제조된 다공성 보호 필름을 합지하였다.

[실시예 2]

상기 실시예 1과 동일한 방법으로 투명 발열체를 제조하였으며, 하기의 몰비로 다공성 필름을 제조하였다.

TEOS : 에탄올 : 증류수 : 염산 : CTAB = 1 : 20 : 5 : 0.005 : 0.05

기공률 약 40%의 다공성 필름을 수득하였다.

[실시예 3]

TEOS : 에탄올 : 증류수 : 염산 : CTAB = 1 : 20 : 5 : 0.005 : 0.07

기공률 약 50%의 다공성 필름을 스득하였다.

[비교예 1]

상기 실시예 1과 동일한 방법으로 투명 발열체를 제조하였으나, 다공성 보호 필름은 합지하지 않았다.

[실험예 1]

상기 실시예 1 내지 3, 및 비교예 1 에서 수득한 투명 발열체를 다공성 필름을 합지 하기 전에 저 저항계[loresta-GP MCP-T610(Mitsuibishi Chemical Corporation)]를 이용하여 표면저항을 9 Point 측정하여 표면저항 평균값(Rs, Ω/□)을 측정하였다. 그리고 표준편차 값을 이용하여 면저항의 균일도(Rs 균일도, %)를 계산하였다.

[실험예 2]

상기 실시예 1 내지 3, 및 비교예 1에서 수득한 투명 발열체에 대하여 UV 분광계(Nippon Denshoko사, NDH2000)를 이용하여 가시광선 투과도(%) 및 헤이즈(Hz%)를 측정하였다.

[실험예 3]

상기 실시예 1 내지 3, 및 비교예 1에서 수득한 투명 발열체에 대하여 발열 특성을 평가하기 위하여 12 V 인가 전압을 기준으로 △T(℃) (발열 온도-대기온도)를 측정하였다.

상기 실험예 1 내지 3의 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

구분	투과도 (%)	Hz (%)	Rs (Ω/□)	Rs 균일도 (%)	△T (℃)
실시예 1	88	1.6	30	7	10
실시예 2	87	1.5	31	6	12
실시예 3	87	1.5	30	5	13
비교예 1	88	1.4	31	7	7

상기 표 1에서 확인할 수 있는 바와 같이, 실시예 1 내지 3과 같이 기공을 가지고 있는 보호층이 있는 발열체에서 동일 전압에서 보다 높은 발열 특성을 나타내는 것을 확인할 수 있었다.

이상, 구현예 및 실시예를 들어 본원을 상세하게 설명하였으나, 본원은 상기 구현예 및 실시예들에 한정되지 않으며, 여러 가지 다양한 형태로 변형될 수 있으며, 본원의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 많은 변형이 가능함이 명백하다.

100: 기재 200: 발열층
300: 전극 400: 보호층
500: 기공

Claims

기재;
상기 기재 상에 형성되고, 전도성 물질을 포함하는 발열층;
상기 발열층 상에 연결된 전극; 및
상기 발열층 상에 형성된 보호층을 포함하며,
상기 보호층은 기공을 포함하는 것인,
투명 면상 발열체.
제 1 항에 있어서,
상기 보호층은 50 nm 내지 200 ㎛의 두께를 가지는 것인, 투명 면상 발열체.
제 1 항에 있어서,
상기 보호층의 기공은 5 nm 내지 10 ㎛의 크기를 가지는 것인, 투명 면상 발열체.
제 1 항에 있어서,
상기 기재는 투명한 것인, 투명 면상 발열체.
제 1 항에 있어서,
상기 기재는 실리콘 기판, 유리 기판, 또는 고분자 기판을 포함하는 것인, 투명 면상 발열체.
제 1 항에 있어서,
상기 전도성 물질은 금속 산화물, 금속 나노와이어, 탄소나노구조체, 금속 페이스트, 금속 나노입자, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 것을 포함하는 것인, 투명 면상 발열체.
제 6 항에 있어서,
상기 금속 나노와이어는 은, 금, 백금, 구리, 니켈, 알루미늄, 티타늄, 팔라듐, 코발트, 카드뮴, 로듐, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 금속 나노와이어를 포함하는 것인, 투명 면상 발열체.
제 6 항에 있어서,
상기 탄소나노구조체는 그래핀, 탄소나노튜브, 플러렌, 카본블랙, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 것을 포함하는 것인, 투명 면상 발열체.
제 6 항에 있어서,
상기 금속 페이스트는 은, 금, 백금, 구리, 니켈, 알루미늄, 티타늄, 팔라듐, 코발트, 카드뮴, 로듐, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 금속을 포함하는 것인, 투명 면상 발열체.
제 6 항에 있어서,
상기 금속 나노입자는 은, 금, 백금, 구리, 니켈, 알루미늄, 티타늄, 팔라듐, 코발트, 카드뮴, 로듐, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 금속을 포함하는 것인, 투명 면상 발열체.
제 1 항에 있어서,
상기 발열층은 10 nm 내지 500 nm의 두께를 가지는 것인, 투명 면상 발열체.
제 1 항에 있어서,
상기 전극을 통하여 전원 인가 시 상기 발열층에서 열이 발생되는 것인, 투명 면상 발열체.
제 1 항에 있어서,
상기 전극은 투명전극을 포함하는 것인, 투명 면상 발열체.
제 1 항에 있어서,
상기 전극은 은, 금, 백금, 알루미늄, 구리, 크롬, 바나듐, 마그네슘, 티타늄, 주석, 납, 팔라듐, 텅스텐, 니켈, 이들의 합금, 인듐-주석-산화물, 금속 나노와이어, 탄소나노구조체, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 것을 포함하는 것인, 투명 면상 발열체.
제 1 항에 있어서,
상기 전극은 한 쌍 이상인 것인, 투명 면상 발열체.
제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 따른 투명 면상 발열체의 복수 개를 직렬 또는 병렬로 연결하여 형성되는, 투명 면상 발열체 시스템.