KR20170007628A - 투명 발열 필름 및 이의 제조 방법 - Google Patents

투명 발열 필름 및 이의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

투명 발열 필름 및 이의 제조 방법이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 투명 발열 필름에 따르면, 기판 및 상기 기판 상에 배치된 아연(Zn) 0.1 내지 10.0 중량%, 티타늄(Ti) 0.1 내지 10.0 중량% 및 잔부가 구리(Cu)인 3성분계 합금을 포함하는 CZT(Cu-Zn-Ti) 층을 포함한다. 따라서, 투명 발열 필름을 제조함에 있어서, CZT(Cu-Zn-Ti) 합금을 이용하여 발열 전극을 형성하여, 투명 발열 필름의 전기 전도성 및 발열 효율이 향상될 수 있다.

Description

투명 발열 필름 및 이의 제조 방법{TRANSPARENT EXOTHERMIC FILM AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 투명 발열 필름 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전기 전도성이 우수하면서 발열 효율이 향상된 투명 발열 필름 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
전기저항에 의해 발열작용을 행하는 면상 발열체는, 일반적인 전열장치에 비해 20~40% 범위까지 전력소모율이 매우 낮으면서, 발열 효율이 상대적으로 우수하다. 또한, 평활성 및 내구성 역시 매우 탁월한 구조적 특성을 갖는다.
이러한 면상 발열체는 침구용 매트, 방석, 가정용 건식 사우나기 등과 같은, 주거용 난방장치는 물론, 각종 산업용 난방장치, 예컨대, 자동차 유리의 김서리 방지장치, 냉장고용 결로방지장치, 농산물 건조시스템, 도로용 결빙 방지장치 등에 이르기까지, 다양한 분야에 널리 이용되고 있다.
면상 발열체는 일반적으로 투명 기판에 전도성 발열 물질을 코팅한다. 전도성 발열 물질의 양단에는 전극을 배치한다. 그리고 양 전극에 직류 전압 또는 교류 전압을 걸어주면 전도성 발열 물질에 전류가 흐르게 되어 발열한다.
면상 발열체에 이용되는 전도성 발열 물질은 다양하다. 주로 이용되는 것은 철, 니켈, 크롬, 백금 등과 같은 금속 발열체이고, 전도성 금속산화물이나 탄소와 같은 비금속 발열체도 이용된다. 최근에는 탄소계 물질을 전도성 발열 물질로 이용하려는 시도가 많이 이루어지고 있다. 대표적으로는 탄소나노튜브(CNT, Carbon Nano Tube)가 있다. 그러나 탄소나노튜브는 높은 분산성 및 전기 전도도를 가지고 있음에도 불구하고 저항이 높아 고온에서 장시간 발열을 견디지 못하므로 발열체가 파손되는 문제가 있어, 단독으로 발열체에 이용되기는 어렵다. 그래서 탄소나노튜브의 저항을 낮추기 위해 탄소나노튜브와 은(Ag) 나노와이어를 혼합하여 발열체로 이용하는 경우가 있으나, 은 나노와이어는 고온에서 응집되어 특성이 저하되는 문제가 있다.
또한, 이러한 발열 물질은 도전성이 있으면서 투명성을 갖는 투명 전도성 산화물(TCO)이 사용될 수 있다. 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) 등이 사용될 수 있다.
상기 투명 전도성 산화물은 안전성과 내마모성이 우수하며, 통상 가시 영역의 투과율이 80% 이상으로 높은 투명도를 유지하면서 도전성을 갖기 때문에 전극이나 투명 발열체 등의 다양하게 사용하고 있다. 그러나 대면적의 면상 발열체에 있어 상기 투명 전도성 산화물은 은(Ag) 등의 금속 재질과 비교하여 전도성이 저하되므로, 발열 전극으로 사용할 경우 발열 효율이 저하되거나 일정 수준으로 온도를 올리기까지 시간이 길어지는 문제점이 있다.
국내 특허공개공보 제10-2011-0083895호
본 발명은 투명 발열 필름을 제조함에 있어서, CZT(Cu-Zn-Ti) 합금을 이용하여 발열 전극을 형성하여, 전기 전도성이 우수하면서 발열 효율이 향상된 투명 발열 필름을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 투명 발열 필름을 제조하는 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 투명 발열 필름은, 기판 및 상기 기판 상에 배치된 아연(Zn) 0.1 내지 10.0 중량%, 티타늄(Ti) 0.1 내지 10.0 중량% 및 잔부가 구리(Cu)인 3성분계 합금을 포함하는 CZT(Cu-Zn-Ti)층을 포함한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 CZT층은 금속 패턴을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 금속 패턴의 선폭은 1 내지 50㎛일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 서로 인접한 금속 패턴들 사이의 피치는 100 내지 2,000㎛일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 금속 패턴의 두께는 50 내지 300nm일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 금속 패턴은 스트라이프형, 그리드형, 지그재그형, 마름모형 및 원형으로 이루어진 그룹에서 선택된 어느 하나 이상일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 CZT층은 은(Ag), 금(Au), 구리(Cu), 알루미늄(Al) 및 탄소나노튜브(CNT)로 이루어진 그룹에서 선택된 어느 하나 이상을 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 CZT층의 어느 일면 또는 양면에 배치되는 흑화층을 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 흑화층은, 상기 기판 및 상기 CZT층 사이에 배치되는 제1 흑화층 및 상기 CZT층 상에 배치되는 제2 흑화층을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 흑화층은 CZTO(Cu-Zn-Ti-O) 및 CZTN((Cu-Zn-Ti-N) 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 흑화층의 두께는 10 내지 50nm일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 투명 발열 필름은 가시광선 투과율이 80% 이상이며, 헤이즈값이 0.5 내지 6%이며, 그리고 표면 저항값이 5 내지 500Ω/㎠일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 기판 및 상기 CZT층 사이에 배치되는 광학층을 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 CZT층의 어느 일면 또는 양면에 배치되는 흑화층을 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 광학층은 실리콘(Si), 니오븀(Nb) 및 지르코늄(Zr)으로 이루어진 그룹에서 선택된 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 광학층의 두께는 1 내지 20㎛일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 투명 발열 필름의 제조 방법은, 기판 상에 아연(Zn) 0.1 내지 10.0 중량%, 티타늄(Ti) 0.1 내지 10.0 중량% 및 잔부가 구리(Cu)인 3성분계 합금을 포함하는 CZT(Cu-Zn-Ti)층을 형성하는 단계를 포함한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 CZT층은, 상기 기판 상에 CZT(Cu-Zn-Ti) 타겟을 스퍼터링하여 금속층을 형성하고, 상기 금속층 상에 포토레지스트를 도포하여 포토레지스트층을 형성하고, 마스크를 이용하여 상기 포토레지스트층을 노광하여 일부 영역을 경화시키고, 노광된 상기 포토레지스트층을 현상하여 포토 패턴을 형성하고, 상기 금속층을 식각하여 금속 패턴을 형성하며, 상기 포토 패턴을 제거하여 형성할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 CZT층은 상기 금속 패턴을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 금속층은 아연(Zn), 티타늄(Ti) 및 구리(Cu)를 포함하는 3성분계 합금인 상기 CZT 타겟을 스퍼터링하여 형성할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 금속층은 아연(Zn)을 포함하는 제1 타겟, 티타늄(Ti)을 포함하는 제2 타겟 및 구리(Cu)를 포함하는 제3 타겟을 포함하는 상기 CZT 타겟을 동시에 스퍼터링하여 형성할 수 있다.
본 발명에 따르면, 투명 발열 필름을 제조함에 있어서, CZT(Cu-Zn-Ti) 합금을 이용하여 발열 전극을 형성하여, 투명 발열 필름의 전기 전도성 및 발열 효율이 향상될 수 있다.
또한, 상기 CZT(Cu-Zn-Ti) 합금을 이용하여 형성된 전극 상에 상기 CZT(Cu-Zn-Ti) 합금을 이용하여 흑화층을 증착시켜 상기 투명 발열 필름의 반사율을 감소시켜 시인성을 확보할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 투명 발열 필름의 평면도이다.
도 2는 도 1의 I-I' 선을 따라 절단한 일 실시예에 따른 투명 발열 필름의 단면도이다.
도 3 및 도 4는 도 1의 I-I' 선을 따라 절단한 일 실시예에 따른 투명 발열 필름의 단면도이다.
도 5 및 도 6은 도 1의 I-I' 선을 따라 절단한 일 실시예에 따른 투명 발열 필름의 단면도이다.
도 7 내지 도 11은 도 1 및 도 2의 투명 발열 필름을 제조하는 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 투명 발열 필름에 20V의 전압을 인가 후, 시간의 변화에 따른 온도 변화를 나타내는 그래프이다.
이하에서는 본 발명의 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하의 실시 예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상을 충분히 전달하기 위해 제시하는 것이다. 본 발명은 여기서 제시한 실시 예만으로 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 도면은 본 발명을 명확히 하기 위해 설명과 관계 없는 부분의 도시를 생략하고, 이해를 돕기 위해 구성요소의 크기를 다소 과장하여 표현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 투명 발열 필름의 평면도이다. 도 2는 도 1의 I-I' 선을 따라 절단한 일 실시예에 따른 투명 발열 필름의 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 투명 발열 필름(1000)은 기판(100) 및 CZT(Cu-Zn-Ti)층(200)을 포함한다.
상기 기판(100)은 투명한 절연기판이며, 유리 기판 또는 투명한 플라스틱 기판일 수 있다. 예를 들어, 상기 기판(100)은 실리콘, 폴리아크릴레이트, 폴리에틸렌, 폴리우레탄, 에폭시, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리이미드, 폴리아마이드 등을 포함할 수 있다.
상기 CZT층(200)은 상기 기판(100) 상에 배치되며, 아연(Zn) 0.1 내지 10.0 중량%, 티타늄(Ti) 0.1 내지 10.0 중량% 및 잔부가 구리(Cu)인 3성분계 합금을 포함한다.
상기 CZT층(200)에서 상기 아연(Zn) 및 티타늄(Ti)의 함량의 총합은 20 중량% 이하일 수 있으며, 보다 바람직하게는 예를 들어, Zn 및 Ti 함량의 총합이 10.0중량%의 범위에서 발열 효율 및 부식 저항이 향상될 수 있다. 반면, 상기 Zn 및 Ti 함량의 총합이 20중량%를 초과하는 경우에는 금속 도전층으로서의 기능이 저하될 수 있다.
상기 CZT층(200)에 포함되는 상기 합금은 0.1 내지 50nm의 입경을 가지는 것일 수 있다. 따라서, 나노 수준의 입자를 사용함으로써, 발열 특성 및 방사 효율이 향상될 수 있으며, 상기 CZT층(200)의 투명성을 향상시킬 수 있다.
상기 CZT층(200)으로 도전층을 형성할 경우, 부식 저항이 높고, 선택적 식각성이 우수하며, 저항값이 낮아서 미세 선폭(line and space)으로 형성하더라도 신호 전달이 우수하고, 식각의 균일성을 얻을 수 있다. 또한, 핀홀의 발생이 거의 일어나지 않고, 드물게 핀홀이 생성되더라도 3㎛ 이하의 핀홀이 생성되므로 미세 선폭으로 패터닝하더라도 단선의 우려가 없다.
상기 CZT층(200)은 은(Ag), 금(Au), 구리(Cu), 알루미늄(Al) 및 탄소나노튜브(CNT) 등을 상기 CZT층(200) 100중량부에 대하여 0.1 내지 10중량부 더 포함할 수 있다. 이를 통해 상기 CZT층(200)의 전기 전도성을 향상시킬 수 있다.
상기 CZT층(200) 금속 패턴을 포함한다. 예를 들어, 이러한 상기 금속 패턴의 선폭(w)은 1 내지 50㎛ 일 수 있다. 또한, 서로 인접한 금속 패턴들 사이의 피치(p)는 100 내지 2,000㎛ 일 수 있다. 또한, 상기 금속 패턴의 두께(t1)는 50 내지 300nm 일 수 있으며, 이에 따라, 충분한 기계적 강도를 유지할 수 있다.
상기 금속 패턴은 다양한 방법으로 패터닝 될 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니나, 예를 들어, 포토 공정, 리버스 오프셋 공정, 그라비아 오프셋 공정 등에 의하여 패터닝 될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 패턴은 포토레지스트를 이용한 포토 공정을 통하여 형성될 수 있다.
상기 금속 패턴은 다양한 형태의 패턴을 가질 수 있으며, 예를 들어, 스트라이프형, 그리드형, 지그재그형, 마름모형 및 원형의 패턴을 가질 수 있다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 패턴은 지그재그형 패턴을 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
즉, 서로 인접한 금속 패턴들이 서로 이격된 형태의 특정 패턴을 가져, 일부 패턴이 단선이 되어 일측에서의 전류가 인가되지 않더라도 타측에서 인가되는 전류에 의하여 발열 특성을 유지할 수 있다. 또한, 이러한 금속 패턴이 상기 기판(100) 전면에 걸쳐 형성되어 상기 투명 발열 필름(1000)의 전면에서 균일하게 발열하여 발열 균일도를 향상시킬 수 있다.
예를 들어, 상기 투명 발열 필름(1000)은 가시광선 투과율이 80% 이상이며, 헤이즈값이 0.5 내지 6%이며, 그리고 표면 저항값이 5 내지 500Ω/㎠ 일 수 있다.
도 3 및 도 4는 도 1의 I-I' 선을 따라 절단한 일 실시예에 따른 투명 발열 필름의 단면도이다.
도 3 및 도 4의 일 실시예에 따른 투명 발열 필름(2000, 2100)은 도 1 및 도 2의 일 실시예에 따른 투명 발열 필름(1000)에 흑화층(210, 220)을 더 포함하는 것을 제외하고는 동일한 구성을 가진다. 이하, 중복되는 설명은 간략히 하거나 생략하도록 한다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 상기 투명 발열 필름(2000, 2100)은 상기 CZT층(200)의 어느 일면 상에 배치되는 흑화층(210, 220)을 포함한다.
도 3을 참조하면, 상기 투명 발열 필름(2000)은 상기 CZT층(200) 상에 배치된 제1 흑화층(210)을 포함한다.
도 4를 참조하면, 상기 투명 발열 필름(2100)은 상기 CZT층(200) 상에 배치된 제1 흑화층(210) 및 상기 기판(100) 및 상기 CZT층(200) 사이에 배치된 제2 흑화층(220)을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 투명 발열 필름(2000, 2100)은 상기 CZT층(200)에 접하는 흑화층을 포함할 수 있는데, 여기서, 흑화라 함은, 금속재질로 이루어진 도전성 발열 패턴층인 CZT층의 표면을 검게 처리하는 것을 의미하는 것으로, 이러한 흑화 처리를 함으로써 금속재질의 높은 반사도로 인하여 소비자에게 금속 재질이 시인되는 시인성 문제를 해소할 수 있다. 또한, 상기 흑화층은 도전성 발열 패턴층의 자연산화를 방지하는 역할도 겸할 수 있어 산화로 인해 면저항이 높아지는 현상 또는 최소화할 수 있다.
예를 들어, 상기 기판(100) 상에 패터닝 후 금속 재질이 존재하는 상기 CZT층(200)이 배치된 영역(R1)과 상기 기판(100)이 노출된 영역(R2)에 있어서, 흑화처리를 하지 않은 경우, 두 영역 사이에 반사율 차이가 커서 상기 금속 패턴이 시인될 수 있다. 다만, 상기와 같이 흑화층을 형성하여, 상기 CZT층(200)이 배치된 영역(R1)과 상기 기판(100)이 노출된 영역(R2) 사이의 반사율 차이(|R1-R2|)가 하기 식 1을 만족할 수 있어, 두 영역 사이의 반사율 차이가 거의 없어 상기 금속 패턴이 시인되지 않아 인덱스-매칭(Index-matching)이 이루어진다.
|R1-R2|<5% ...(식 1)
상기 제1 흑화층(210)은 흑화 기능과 함께 산화 방지층으로서의 역할도 할 수 있다. 상기 흑화층은 3성분계 합금인 CZT가 N2 또는 O2로 처리되어 형성된 것으로, 산화가 잘되는 금속재질의 성질을 보완하여 자연산화를 방지할 수 있고, 따라서 산화로 인해 면저항이 높아지는 현성을 최소화 할 수 있는 것이다.
예를 들어, 상기 제1 흑화층(210)의 두께(t2)는 10 내지 50nm일 수 있다. 상기 제1 흑화층(210)의 두께가 10nm 미만일 경우 반사율 저하 및 산화방지 효과가 떨어질 우려가 있고, 상기 제1 흑화층(210)의 두께가 50nm를 초과할 경우 공정상의 택-타임(tac-time)이 길어지게 되어 경제성이 떨어질 우려가 있다.
상기 제2 흑화층(220)은 상기 CZT층(200)의 반사도를 낮추는 흑화기능과 함께 상기 기판(100)과 상기 CZT층(200) 사이의 접착력을 향상시킬 수 있다. 따라서, 종래에 기판과 도전성 패턴층 간의 접착력 향상을 위해 추가로 포함되었던 접착층을 생략할 수 있어 공정을 단순화할 수 있어 공정 비용을 감소시킬 수 있으며, 필름의 두께를 감소시켜 제품 적용이 용이하다.
예를 들어, 상기 제2 흑화층(220)의 두께는 10 내지 50nm일 수 있다. 상기 제2 흑화층(220)의 두께가 10nm 미만일 경우 반사율 저하 및 접착력 향상 효과가 떨어질 우려가 있고, 상기 제2 흑화층(220)의 두께가 50nm를 초과할 경우 공정상의 택-타임(tac-time)이 길어지게 되어 경제성이 떨어질 우려가 있다.
상기 흑화층은 CZTO(Cu-Zn-Ti-O) 및 CZTN((Cu-Zn-Ti-N) 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 흑화층(210) 및 제2 흑화층(220)은 동일하거나 다른 재질로 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 CZTO(Cu-Zn-Ti-O)를 포함하는 흑화층은 아연(Zn) 0.1 내지 10.0 중량%, 티타늄(Ti) 0.1 내지 10.0 중량% 및 잔부가 구리(Cu)인 3성분계 합금과 산소(O2)의 반응으로 형성된 금속막일 수 있다.
예를 들어, 상기 CZTN((Cu-Zn-Ti-N)를 포함하는 흑화층은 아연(Zn) 0.1 내지 10.0 중량%, 티타늄(Ti) 0.1 내지 10.0 중량% 및 잔부가 구리(Cu)인 3성분계 합금과 질소(N2)의 반응으로 형성된 금속막일 수 있다.
상기 흑화층은 상기 CZT층(200)과 동일한 공정에서 식각되어 제거되므로 상기 CZT층(200)과 동일한 선폭 및 피치를 가질 수 있다.
도 5 및 도 6은 도 1의 I-I' 선을 따라 절단한 일 실시예에 따른 투명 발열 필름의 단면도이다.
도 5 및 도 6의 일 실시예에 따른 투명 발열 필름(3000, 3100)은 도 3 및 도 4의 일 실시예에 따른 투명 발열 필름(2000, 2100)에 광학층(230)을 더 포함하는 것을 제외하고는 동일한 구성을 가진다. 이하, 중복되는 설명은 간략히 하거나 생략하도록 한다.
도 1 내지 도 6을 참조하면, 상기 투명 발열 필름(3000, 3100)은 상기 기판(100) 및 상기 CZT층(200) 사이에 배치되는 광학층(230)을 포함한다.
도 5를 참조하면, 상기 투명 발열 필름(3000)은 상기 CZT층(200) 상에 배치된 제1 흑화층(210)과 상기 기판(100) 및 상기 CZT층(200) 사이에 배치된 광학층(230)을 포함한다. 도 6을 참조하면, 상기 투명 발열 필름(3100)은 상기 CZT층(200) 상에 배치된 제1 흑화층(210), 상기 기판(100) 상에 배치된 광학층(230)과, 상기 광학층(230) 및 상기 CZT층(200) 사이에 배치된 제2 흑화층(220)을 포함한다.
예를 들어, 상기 광학층(230)은 실리콘(Si), 니오븀(Nb) 및 지르코늄(Zr) 등을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 광학층(230)의 두께(t3)는 1 내지 20㎛일 수 있다. 상기 투명 발열 필름(3000, 3100)이 상기 광학층(230)을 포함하여, 상기 CZT층(200)의 시인성을 향상시킬 수 있다.
즉, 상기 광학층(230)이 상기 기판(100) 및 상기 CZT층(200) 사이에 배치됨으로써, 상기 CZT층(200)이 배치된 영역(R1)과 상기 광학층(230)이 노출된 영역(R2) 사이의 반사율 차이(|R1-R2|)가 하기 식 2를 만족할 수 있어, 두 영역 사이의 반사율 차이를 감소시켜 시인성을 향상시킬 수 있다.
|R1-R2|<1.5% ...(식 2)
도 7 내지 도 11은 도 1 및 도 2의 투명 발열 필름을 제조하는 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 1 내지 도 11을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 투명 발열 필름을 제조하는 방법이 제공되며, 이에 따르면, 기판(100) 상에 아연(Zn) 0.1 내지 10.0 중량%, 티타늄(Ti) 0.1 내지 10.0 중량% 및 잔부가 구리(Cu)인 3성분계 합금을 포함하는 CZT(Cu-Zn-Ti)층(200)을 형성하는 단계를 포함한다.
도 7을 참조하면, 상기 기판(100) 상에 CZT(Cu-Zn-Ti) 타겟을 스퍼터링하여 금속층(M)을 형성한다.
예를 들어, 상기 CZT 타겟은 아연(Zn), 티타늄(Ti) 및 구리(Cu)를 포함하는 3성분계 합금일 수 있다. 따라서, 상기 금속층(M)은 아연(Zn), 티타늄(Ti) 및 구리(Cu)를 포함하는 3성분계 합금인 상기 CZT 타겟을 스퍼터링하여 형성할 수 있다.
이와 달리, 상기 CZT 타겟은 아연(Zn)을 포함하는 제1 타겟, 티타늄(Ti)을 포함하는 제2 타겟 및 구리(Cu)를 포함하는 제3 타겟을 포함하는 것일 수 있다. 따라서, 상기 금속층(M)은 아연(Zn)을 포함하는 제1 타겟, 티타늄(Ti)을 포함하는 제2 타겟 및 구리(Cu)를 포함하는 제3 타겟을 포함하는 상기 CZT 타겟을 동시에 스퍼터링하여 형성할 수 있다.
도 8 내지 도 11을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 투명 발열 필름은 포토레지스트를 이용한 포토 공정으로 상기 CZT층(200)을 형성하며, 이러한 과정을 도시한다. 다만, 상기 CZT층(200)은 포토 공정뿐 만 아니라, 리버스 오프셋 공정, 그라비아 오프셋 공정 등에 의하여 패터닝되어 형성될 수 있다. 이하, 포토 공정을 통해 상기 CZT층(200)을 형성하여 상기 투명 발열 필름을 제조하는 방법을 설명한다.
도 8을 참조하면, 상기 금속층(M) 상에 포토레지스트를 도포하여 포토레지스트층(PR)을 형성한다. 예를 들어, 상기 포토레지스트는 스핀 코팅, 슬릿 코팅 등의 공정을 통하여 도포될 수 있다. 바람직하게는 상기 포토레지스트는 스핀 코팅을 통하여 도포될 수 있다. 예를 들어, 상기 포토레지스트는 포지티브 형(positive type) 포토레지스트 일 수 있다. 포지티브 형 포토레지스트는 후에 비노광된 영역이 경화되며, 노광된 영역이 현상을 통하여 제거되어 패턴을 형성할 수 있다. 예를 들어, 상기 포토레지스트층(PR)은 0.5 내지 20㎛ 두께로 형성될 수 있다.
상기 포토레지스트층(PR) 내부의 용매를 제거하여 상기 포토레지스트층(PR)을 노광에 적합하도록 이를 경화시키기 위하여 소프트 베이크(soft bake) 할 수 있다. 또한, 상기 소프트 베이크를 통하여, 상기 포토레지스트층(PR)이 상기 금속층(120) 상에 밀착할 수 있으며, 상기 스핀 코팅을 통하여 도포될 때 가하여진 힘을 완화시킬 수 있다. 또한, 상기 소프트 베이크를 통하여 상기 포토레지스트층(PR)의 미세 기포를 제거시키면서 평탄한 표면을 형성시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 소프트 베이크는 노광 이전에 105 내지 115℃에서 1 내지 10분 동안 진행할 수 있다.
이후, 마스크(MASK)를 이용하여 상기 포토레지스트층(PR)을 노광한다. 상기 마스크(MASK)는 광(LIGHT)을 투과시키는 슬릿 영역을 포함하여 전면에서 제공되는 광의 일부는 반사시키거나 흡수하며, 나머지 광의 일부를 투과하여 상기 포토레지스트층(PR)에 제공할 수 있다. 예를 들어, 노광 되는 광은 자외선을 포함하며, 예를 들어, 제공되는 광량은 30mJ/cm2 일 수 있다. 노광 방법으로 근접 노광(proximity exposure), 접촉 노광(contact exposure) 등이 있다.
도 9를 참조하면, 노광된 상기 포토레지스트층(PR)을 현상하여 포토 패턴(PR')을 형성한다. 상기 포토레지스트층(PR)의 일부는 현상액을 이용하여 제거되며, 이에 따라 포토 패턴(PR')을 형성할 수 있다. 상기 현상액은 알칼리 현상액일 수 있으며, 예를 들어, 상기 현상액은 그 종류에 한정이 있는 것은 아니나, 2.38%의 수산화테트라메틸암모늄(tetramethyl ammonium hydroxide, TMAH)일 수 있다.
상기 포토 패턴(PR')을 견고하게 경화시키기 위하여 하드 베이크(hard bake) 할 수 있다. 예를 들어, 상기 하드 베이크는 상기 포토 패턴(PR')을 노광한 후, 125 내지 135℃에서 1 내지 10분 동안 진행할 수 있다.
도 10을 참조하면, 상기 포토 패턴(PR')을 마스크로 하여 상기 금속층(M)을 식각하여 금속 패턴을 형성한다.
상기 CZT층(200)은 상기 금속 패턴을 포함한다. 상기 금속 패턴은 다양한 형태의 패턴을 가질 수 있으며, 예를 들어, 스트라이프형, 그리드형, 지그재그형, 마름모형 및 원형의 패턴을 가질 수 있다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 패턴은 지그재그형 패턴을 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 금속층(M)은 식각액을 이용하여 식각되는데, 상기 식각액은, 이에 한정되는 것은 아니나, 예를 들어, 인산, 질산 및 초산을 포함할 수 있다.
상기 식각액을 이용하여, 상기 금속층(M)에 30 내지 60초 동안 담가서 상기 금속층(M)의 일부를 제거하여 상기 금속 패턴을 형성할 수 있다.
도 11을 참조하면, 상기 포토 패턴(PR')을 박리액을 이용하여 제거할 수 있으며, 따라서, 상기 CZT층(200)을 노출할 수 있다.
예를 들어, 상기 박리액은 그 종류에 한정이 있는 것은 아니나, JSR사의 THB-S2를 사용할 수 있다. 상기 포토 패턴(PR')은 50 내지 60℃의 온도의 상기 박리액에 5 내지 20분 동안 담가질 수 있다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 투명 발열 필름에 20V의 전압을 인가 후, 시간의 변화에 따른 온도 변화를 나타내는 그래프이다.
도 7 내지 도 11에 따른 투명 발열 필름의 제조 방법에 따라 제조된 투명 발열 필름은 하기의 실시예들에 따라 제조될 수 있다.
실시예 1
기판 상에 하기 표 1의 실시예 1의 함량을 가진 CZT 타겟을 이용하여 Ar 분위기 하에서 스퍼터링을 통하여 CZT 합금을 포함하는 금속층을 200nm 두께로 증착하였다. 기판에 I-line(365nm) 포지티브 포토레지스트(AZ사 GXR-601)를 스핀 코팅(spin coating) 속도 3,900rpm으로 두께 1um 코팅한 후, 110도 90초 동안 소프트 베이크하였다. 포토레지스트 코팅된 기판을 노광기를 이용하여 30mJ/cm2 광량으로 조사하고, TMAH계 현상액을 이용하여 상온 침적, 수세하였다. 포토레지스트 현상된 기판을 과수계 에천트(RAM사 RCE-021)을 이용하여 1분간 스핀-스프레이(spin-spray) 에칭하여 포토 패턴을 형성하고, 포토레지스트층의 노광된 영역을 박리액(RAM사 RSP-903)으로 1분간 침적, 수세하여 제거하여 패턴을 포함하는 CZT층이 형성된 투명 발열 필름을 제조하였다.
실시예 2
기판 상에 하기 표 1의 실시예 2의 함량을 가진 CZT 타겟을 이용하여 금속층을 증착하였으며, 나머지 조건은 실시예 1과 동일하다.
실시예 3
기판 상에 하기 표 1의 실시예 3의 함량을 가진 CZT 타겟을 이용하여 금속층을 증착하였으며, 나머지 조건은 실시예 1과 동일하다.
실시예 4
기판 상에 하기 표 1의 실시예 4의 함량을 가진 CZT 타겟을 이용하여 금속층을 증착하였으며, 나머지 조건은 실시예 1과 동일하다.
실시예 5
기판 상에 하기 표 1의 실시예 5의 함량을 가진 CZT 타겟을 이용하여 금속층을 증착하였으며, 나머지 조건은 실시예 1과 동일하다.
실시예 6
기판 상에 하기 표 1의 실시예 6의 함량을 가진 CZT 타겟을 이용하여 금속층을 증착하였으며, 나머지 조건은 실시예 1과 동일하다.
실시예 7
기판 상에 하기 표 1의 실시예 7의 함량을 가진 CZT 타겟을 이용하여 금속층을 증착하였으며, 나머지 조건은 실시예 1과 동일하다.
실시예 8
기판 상에 하기 표 1의 실시예 8의 함량을 가진 CZT 타겟을 이용하여 금속층을 증착하였으며, 나머지 조건은 실시예 1과 동일하다.
실시예 9
기판 상에 하기 표 1의 실시예 9의 함량을 가진 CZT 타겟을 이용하여 금속층을 증착하였으며, 나머지 조건은 실시예 1과 동일하다.
Cu(중량%) Zn(중량%) Ti(중량%)
실시예 1 90 0.5 9.0
실시예 2 90 1.0 9.0
실시예 3 90 1.5 8.5
실시예 4 90 2.0 8.0
실시예 5 90 2.5 7.5
실시예 6 90 3.5 6.5
실시예 7 90 4.5 5.5
실시예 8 90 5.5 4.5
실시예 9 90 6.5 3.5
상기 표 1에서는 Zn 및 Ti의 함량의 합이 10중량%인 것으로 이에 따른 결과는 도 12에 도시된다.
상기 실시예 1 내지 9에 따라 제조된 투명 발열 필름을 200mm X 200mm로 절단하여 점착필름을 이용하여 500mm x 500mm 유리에 라미네이션하였다. 이에 각 투명 발열 필름에 20V의 전압을 인가하여 시간별 승온 정도를 IR vision 카메라로 측정한 결과를 도 12에 나타내었다.
실시예 1에 따라 제조된 투명 발열 필름의 선저항은 20Ω이고, 20V의 전압을 인가시 11.2W의 발열량을 나타내었다. 상기 발열 현상을 IR vision 카메라로 측정한 결과 10분 안에 35도까지 온도가 상승하였다.
도 12를 참조하면, 실시예 1 내지 실시예 9에 따라 제조된 투명 발열 필름은 2분 30초 내에 모두 약 35℃ 정도로 승온이 완료됨을 알 수 있다.
상술한 바에 있어서, 본 발명의 예시적인 실시예들을 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 다음에 기재하는 특허청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변경 및 변형이 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
1000, 2000, 2100, 3000, 3100: 투명 발열 필름
100: 기판 200: CZT층
210: 제1 흑화층 220: 제2 흐과층
230: 광학층 PR: 포토레지스트층
PR': 포토 패턴 M: 금속층

Claims (21)

  1. 기판; 및
    상기 기판 상에 배치된 아연(Zn) 0.1 내지 10.0 중량%, 티타늄(Ti) 0.1 내지 10.0 중량% 및 잔부가 구리(Cu)인 3성분계 합금을 포함하는 CZT(Cu-Zn-Ti)층을 포함하는 투명 발열 필름.
  2. 제1항에 있어서, 상기 CZT층은 금속 패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 투명 발열 필름.
  3. 제2항에 있어서, 상기 금속 패턴의 선폭은 1 내지 50㎛인 것을 특징으로 하는 투명 발열 필름.
  4. 제2항에 있어서, 서로 인접한 금속 패턴들 사이의 피치는 100 내지 2,000㎛인 것을 특징으로 하는 투명 발열 필름.
  5. 제2항에 있어서, 상기 금속 패턴의 두께는 50 내지 300nm인 것을 특징으로 하는 투명 발열 필름.
  6. 제2항에 있어서, 상기 금속 패턴은 스트라이프형, 그리드형, 지그재그형, 마름모형 및 원형으로 이루어진 그룹에서 선택된 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 투명 발열 필름.
  7. 제1항에 있어서, 상기 CZT층은 은(Ag), 금(Au), 구리(Cu), 알루미늄(Al) 및 탄소나노튜브(CNT)로 이루어진 그룹에서 선택된 어느 하나 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 투명 발열 필름.
  8. 제1항에 있어서, 상기 CZT층의 어느 일면 또는 양면에 배치되는 흑화층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 투명 발열 필름.
  9. 제8항에 있어서, 상기 흑화층은,
    상기 기판 및 상기 CZT층 사이에 배치되는 제1 흑화층 및 상기 CZT층 상에 배치되는 제2 흑화층을 포함하는 것을 특징으로 하는 투명 발열 필름.
  10. 제8항에 있어서, 상기 흑화층은 CZTO(Cu-Zn-Ti-O) 및 CZTN((Cu-Zn-Ti-N) 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 투명 발열 필름.
  11. 제8항에 있어서, 상기 흑화층의 두께는 10 내지 50nm인 것을 특징으로 하는 투명 발열 필름.
  12. 제1항에 있어서, 상기 투명 발열 필름은 가시광선 투과율이 80% 이상이며, 헤이즈값이 0.5 내지 6%이며, 그리고 표면 저항값이 5 내지 500Ω/㎠인 것을 특징으로 하는 투명 발열 필름.
  13. 제1항에 있어서, 상기 기판 및 상기 CZT층 사이에 배치되는 광학층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 투명 발열 필름.
  14. 제13항에 있어서, 상기 CZT층의 어느 일면 또는 양면에 배치되는 흑화층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 투명 발열 필름.
  15. 제13항에 있어서, 상기 광학층은 실리콘(Si), 니오븀(Nb) 및 지르코늄(Zr)으로 이루어진 그룹에서 선택된 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 투명 발열 필름.
  16. 제13항에 있어서, 상기 광학층의 두께는 1 내지 20㎛인 것을 특징으로 하는 투명 발열 필름.
  17. 기판 상에 아연(Zn) 0.1 내지 10.0 중량%, 티타늄(Ti) 0.1 내지 10.0 중량% 및 잔부가 구리(Cu)인 3성분계 합금을 포함하는 CZT(Cu-Zn-Ti)층을 형성하는 단계를 포함하는 투명 발열 필름의 제조 방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 CZT층을 형성하는 단계는,
    상기 기판 상에 CZT(Cu-Zn-Ti) 타겟을 스퍼터링하여 금속층을 형성하는 단계;
    상기 금속층 상에 포토레지스트를 도포하여 포토레지스트층을 형성하는 단계;
    마스크를 이용하여 상기 포토레지스트층을 노광하여 일부 영역을 경화시키는 단계;
    노광된 상기 포토레지스트층을 현상하여 포토 패턴을 형성하는 단계;
    상기 금속층을 식각하여 금속 패턴을 형성하는 단계; 및
    상기 포토 패턴을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 투명 발열 필름의 제조 방법.
  19. 제18항에 있어서, 상기 CZT층은 상기 금속 패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 투명 발열 필름의 제조 방법.
  20. 제18항에 있어서, 상기 금속층은 아연(Zn), 티타늄(Ti) 및 구리(Cu)를 포함하는 3성분계 합금인 상기 CZT 타겟을 스퍼터링하여 형성하는 것을 특징으로 하는 투명 발열 필름의 제조 방법.
  21. 제18항에 있어서, 상기 금속층은 아연(Zn)을 포함하는 제1 타겟, 티타늄(Ti)을 포함하는 제2 타겟 및 구리(Cu)를 포함하는 제3 타겟을 포함하는 상기 CZT 타겟을 동시에 스퍼터링하여 형성하는 것을 특징으로 하는 투명 발열 필름의 제조 방법.


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