KR20170139152A - 전열막 디바이스 및 전열막 디바이스 제조 방법 및 전열 장치 - Google Patents

전열막 디바이스 및 전열막 디바이스 제조 방법 및 전열 장치 Download PDF

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KR20170139152A
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후아빙 탄
하이빈 리우
후이종 주
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그라호프 뉴 매터리얼즈 테크놀러지스 인크.
우시 그래핀 필름 컴퍼니 리미티드
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Abstract

본 발명은 전열막 디바이스 및 전열막 디바이스와 전열막 장치를 제조하는 방법에 관한 것이다. 전열막 디바이스는: 기판; 상기 기판상에 배치된 도체 층; 및 상기 도체 층에 부착된 제 1 전극 및 제 2 전극을 포함하고; 상기 제 1 전극은 제 1 버스 바(bus bar)와 상기 제 1 버스 바로부터 연장하는 적어도 하나의 제 1 내부 전극을 포함하며, 상기 제 2 전극은 상기 제 2 버스 바 및 상기 제 2 버스 바로부터 연장하는 적어도 하나의 제 2 내부 전극을 포함하고, 상기 제 1 내부 전극 및 상기 제 2 내부 전극은 교호로 배치되며 서로 분리된다.

Description

전열막 디바이스 및 전열막 디바이스 제조 방법 및 전열 장치
관련 출원에 대한 교차 참조
본 출원은 2015년 4월 24일자로 출원된 중국 출원 제 201510203373.3 호 및 제 201510203320.1 호의 우선권을 주장하며, 이는 본 명세서에서 참조로서 통합된다.
본 발명은 전열막 디바이스 및 이를 제조하는 방법에 관한 것이며, 구체적으로, 저전압 전열막 디바이스 및 전열막 디바이스와 전열막 장치를 제조하는 방법에 관한 것이다.
본 부분은, 선행 기술에서 필수가 아닌, 본 공개에 관련된 배경 정보를 제공한다.
전열막은 일반적으로 전도층으로 코팅되며 그 상부에 전극이 위치된다. 전극은 통상 2개의 평행한 금속 스트립을 형성하고, 이들 중 하나는 양의 전압 입력에 그리고 음의 전압 입력에 연결되므로, 전도층을 통해 흐르는 전류는 열을 발생시킨다. 이러한 전열막들 중 하나는 도 1(CN103828482A 참조)에 도시된 바와 같이. 전도층이 2개의 전극 사이에 끼워넣어진다(sandwiched).
그라핀, 탄소 나노 튜브, 인듐 주석 산화물(ITO), 불소 도핑된 주석 산화물(FTO), 알루미늄 도핑된 아연 산화물(AZO) 등과 같이 빈번하게 사용되는 전도층 재료에 있어서, 도체의 두께가 더 얇을 때 도체층의 더 큰 시트 저항을 갖는다. 따라서, 요구된 가열 효과를 성취하기 위해 공급 전압은 더 높아야 한다. 이는 휴대성에 영향을 미치며 잠재적으로 안전하지 않다. 또한, 도체층의 두께가 증가하는 것이 공급 전압을 감소시키더라도, 이는 생산 효율을 감소시키면서 재료비를 증가시킨다.
CN102883486A는 가요성 기판, 상기 가요성 기판 상에 제공된 그라핀 막, 상기 그라핀 막 상에 제공된 전도성 네트 막(conductive net film), 상기 전도성 네트 막 상에 제공되며 상기 전도성 네트 막 및 상기 그라핀 막에 연결되는 전극 및 상기 전극, 그라핀 막 및 전도성 네트 막을 덮는 보호층을 포함하는 투명한 전열막을 개시한다. CN102883486A에서, 그라핀 및 전도성 네트 막은 전열 막의 투명한 발열 물질로서 사용되며 전도성 네트 막은 시트 저항을 감소시키기 위해 활용되되 이하의 단점을 갖는다:
1) 전도성 네트 막의 시트 저항은 그라핀의 시트 저항보다 낮으며, 니들은 병렬로 연결되므로, 그라핀보다는 전도성 네트 막이 발열의 주요 기능을 수행하며;
2) 전도성 네트 막의 선의 더 넓은 직경 폭은 5㎛보다 작다. 종래의 금속 재료는 연소되기 쉬우므로 전열막의 손상(failure)을 야기한다.
일부 전열막은 새로운 재료 또는 패턴화된 전극으로 낮은 입력 전력을 달성하지 못하고 다중(5-6) 도체층을 가져야한다. 또한, 동일 디바이스 상에 60K 이상의 온도 변화(temperature variance)를 갖는 이러한 장치에서는 균일한 가열을 얻을 수 없다. 이러한 요소로 인해 이러한 장치는 실용적이지 않다.
본 부분은 공개의 일반적 요약을 제공하며 그 전체 권리 범위 EH는 그 특징의 전부의 포괄적인 개시가 아니다.
본 발명에 따른 실시예는 전열 디바이스를 제공하여 원하는 온도가(12V 보다 작거나 같은) 낮은 전압으로 얻어질 수 있게 한다.
본 발명의 측면은 전열막 디바이스를 제공하고, 상기 전열막 디바이스는:
기판;
상기 기판 상에 배치된 도체 층; 및
상기 도체 층에 부착된 제 1 전극 및 제 2 전극을 포함하고,
상기 제 1 전극은 제 1 버스 바와 상기 제 1 버스 바로부터 연장하는 적어도 하나의 제 1 내부 전극을 포함하며, 상기 제 2 전극은 상기 제 2 버스 바 및 상기 제 2 버스 바로부터 연장하는 적어도 하나의 제 2 내부 전극을 포함하고, 상기 제 1 내부 전극 및 상기 제 2 내부 전극은 교호로 배치되며 서로 분리된다.
일 실시예에서, 상기 제 1 버스 바가 양의 전력 입력에 연결되고 제 2 버스 바가 음의 전력 입력에 연결될 때 전류는 상기 제 1 버스 바로부터 상기 도체 층으로, 상기 제 1 내부 전극으로, 이어서 상기 제 2 버스 바로 순차적으로 흐른다.
일 실시예에서, 상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극은 상기 도체 층의 동일한 측면 상에 있다.
일 실시예에서, 상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극은 상기 도체 층의 상이한 측면들 상에 있다.
일 실시예에서, 상기 도체 층과 상기 도체 층 상의 상기 전극들을 덮는 보호층을 더 포함한다.
일 실시예에서, 상기 제 1 내부 전극 및 상기 제 2 내부 전극은 선 형상, 곡선 형상 또는 지그재그 형상이다.
일 실시예에서, 상기 제 1 버스 바 및 상기 제 2 버스 바는 선형, 곡선형, 원형 또는 타원형을 형성한다.
일 실시예에서, 상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극은 상기 기판과 상기 도체 층 사이에 있다.
일 실시예에서, 상기 제 1 내부 전극 및 상기 제 2 내부 전극은 동일한 폭을 갖는다.
일 실시예에서, 상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극의 적어도 하나의 내부 전극은 적어도 2개의 내부 전극을 포함하고, 인접한 서브 내부 전극들 사이의 갭이 존재한다.
일 실시예에서, 상기 서브 내부 전극은 동일한 폭을 갖는다.
일 실시예에서, 상기 서브 내부 전극의 폭은 인접한 서브 내부 전극들 사이의 갭과 동일하다.
일 실시예에서, 상기 갭은 2㎛이며, 상기 서브 내부 전극의 폭은 각각의 서브 내부 전극의 전류 전달 용량을 기초로 결정된다.
일 실시예에서, 상기 제 1 버스 바 및 상기 제 2 버스 바는 복수의 홀을 갖는다.
일 실시예에서, 상기 제 1 버스 바의 홀은 상기 제 2 내부 전극에 의해 지정된 위치에 있으며, 상기 제 2 버스 바의 홀은 상기 제 1 내부 전극에 의해 지정된 위치에 있다.
일 실시예에서, 상기 제 2 버스 바 및 상기 제 1 버스 바의 홀은 2개의 둥근 단부를 갖는 직사각형 형상을 가질 수 있으며, 2개의 둥근 단부들 사이의 거리는 대응하는 내부 전극의 폭에 대응한다.
일 실시예에서, 인접한 내부 전극들 간의 분리된 도체 층의 일부는 적어도 하나의 추가 홀을 갖는다.
일 실시예에서, 상기 적어도 하나의 추가 홀은 1mm 이하의 직경을 갖는다.
일 실시예에서, 상기 디바이스는 수학식 T=kU2/d2R+t과 일치하도록 구성되고, T는 안정 온도(단위: ℃)이고, t는 시작 온도(단위: ℃)이고, U는 12V이하의 입력 전압(단위: V)이고, d는 2개의 이웃하는 내부 전극 사이의 거리이고, R는 상기 도체 층의 시트 저항(단위: Ω/sq)이며, k는 10 내지 200 ℃cm2 W-1의 범위의 상수이며 상기 디바이스와 공기 사이의 열 전도도에 반비례한다.
일 실시예에서, 상기 디바이스는 수학식 n(n+1)lρ1/WHR<1/5과 일치하도록 구성되고, 상기 버스 바의 내부 전극을 접합시키는 부분들의 전압 변동은 10%를 초과하지 않고, n은 2개의 이웃하는 내부 전극에 의해 형성되는 간격의 수이고, 1은 최장 내부 전극의 길이(단위: m)이고, ρ1는 상기 버스 바의 고유 저항(단위: Ωm)이고, W는 상기 버스 바의 폭(단위: m)이고, H는 상기 버스 바의 두께(단위: m)이며, R는 상기 도체 층의 시트 저항(단위: Ω/sq)이다.
일 실시예에서, 상기 디바이스는 수학식 nl2ρ2/whLR<1/5과 일치하도록 구성되고, 동일한 내부 전극 상의 전압 변동은 10%를 초과하지 않고, n은 2개의 이웃하는 내부 전극에 의해 형성되는 간격의 수이고, l은 최장 내부 전극의 길이(단위: m)이고, ρ2는 상기 내부 전극의 고유 저항(단위: Ωm)이고, w는 상기 내부 전극의 폭(단위: m)이고, h는 상기 내부 전극의 두께(단위: m)이며, L은 각각의 버스 바 상의 2개의 내부 전극 사이에서의 최장 거리의 길이(단위: m)이며, R은 상기 도체 층의 시트 저항(단위: Ω/sq)이다.
일 실시예에서, 상기 도체 층은 그라핀, 탄소 나노 튜브, 인듐 주석 산화물(ITO), 불소 도핑된 주석 산화물(FTO; Fluorine-doped tin oxide) 또는 알루미늄 도핑된 아연 산화물(AZO) 중 적어도 하나를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극은 은,은 페이스트, 구리, 구리 페이스트, 알루미늄, ITO 또는 그라핀 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 기판은 유리 또는 폴리머를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 기판은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리비닐 클로라이드(PVC), 폴리에틸렌(PE), 폴리카보네이트(PC), 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA), 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF), 폴리아닐린(PANI) 중 적어도 하나의 재료를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 보호층은 가요성 재료를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 가요성 재료는 PET, PVC, PE 또는 PC 중 적어도 하나의 재료를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 디바이스는 상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극의 적어도 2개의 세트를 포함하고, 상기 적어도 2개의 세트 중 하나의 세트는 다른 세트와 직렬로 또는 병렬로 연결할 수 있다.
본 발명의 다른 측면은, 상기 전열막 디바이스를 포함하는 전열 장치를 더 제공한다.
일 실시예에서, 상기 전열 장치는 난방 장치(warming machine), 발열 속옷, 무릎 덮개 및 손목 보호대를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 난방 장치는 프레임의 형태를 취한다.
일 실시예에서, 상기 난방 장치는 액자(picture frame)이며, 상기 전열막 디바이스는 상기 액자의 프레임의 위치 및 상기 액자의 장식층과 백 플레이트(back plate) 사이의 위치 중 적어도 하나의 위치에 제공된다.
일 실시예에서, 상기 전열막 디바이스와 상기 장식층 사이의 위치 그리고 상기 전열막 디바이스와 상기 백 플레이트 사이의 위치 중 적어도 하나의 위치에 배치되는 열 전도성 층을 더 포함한다.
일 실시예에서, 상기 열 전도성 층은 열 전도성 그리스(thermal conductive grease)를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 전열막 디바이스는 상기 발열 속옷의 내층과 외층 사이에 제공된다.
일 실시예에서, 상기 난방 장치 및 상기 발열 속옷은 가열 온도를 제어하기 위하여 온도 제어 모듈 및 온도 센서를 더 포함한다.
본 발명의 다른 측면은 전열막 디바이스를 제조하기 위한 방법을 제공하고, 상기 방법은:
기판을 제공하는 단계;
상기 기판 상에 배치된 도체 층을 배치하는 단계;
상기 도체 층 상에 제 1 전극 및 제 2 전극을 배치하는 단계를 포함하고,
상기 제 1 전극은 제 1 버스 바와 상기 제 1 버스 바로부터 연장하는 적어도 하나의 제 1 내부 전극을 포함하며, 상기 제 2 전극은 상기 제 2 버스 바 및 상기 제 2 버스 바로부터 연장하는 적어도 하나의 제 2 내부 전극을 포함하고, 상기 제 1 내부 전극 및 상기 제 2 내부 전극은 교호로 배치되며 서로 분리된다.
일 실시예에서, 상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극은 상기 도체 층의 동일한 측면 상에 있다.
일 실시예에서, 상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극은 상기 도체 층의 상이한 측면들 상에 있다.
일 실시예에서, 상기 기판 상에 도체 층을 배치하는 단계 및 상기 도체 층 상에 상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극을 배치하는 단계는 금속 포일 상에 상기 도체 층을 배치하는 단계; 상기 기판에 상기 금속 포일에 반대 방향인 상기 도체 층의 측면을 접합하는 단계 및 상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극을 형성하기 위해 상기 금속 포일을 패터닝하는 단계를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 도체 층과 상기 도체 층 상의 상기 전극들을 덮는 보호층을 형성하는 단계를 더 포함한다.
일 실시예에서, 상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극의 적어도 하나의 내부 전극은 적어도 2개의 서브 내부 전극을 포함하도록 형성되고, 인접한 서브 내부 전극들 간에 갭이 존재한다.
일 실시예에서, 상기 제 1 버스 바 및 상기 제 2 버스 바 상에 복수의 홀을 형성하는 단계를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 제 1 버스 바의 홀은 상기 제 2 내부 전극에 의해 지정된 위치에 있으며, 상기 제 2 버스 바의 홀은 상기 제 1 내부 전극에 의해 지정된 위치에 있다.
일 실시예에서, 인접 내부 전극들 사이에서 분리되어 있는 상기 도체 층의 일부들 상에 적어도 하나의 추가 홀을 형성하는 단계를 더 포함한다.
추가적인 측면 및 적용 가능성은 본 명세서에 제공된 설명으로부터 명백해질 것이다. 본 공개의 다양한 실시예는 개별적으로 구현될 수 있으며 본 발명의 다양한 실시예는 서로 결합될 수 있음을 이해해야 한다. 설명 및 특정 실시예는 설명의 목적으로 만 제공되며 본 발명의 범위를 제한하고자하는 것은 아닌 것을 이해해야 한다.
첨부된 도면은 본 명세서의 일부가 되고, 다수의 실시예를 설명하며 하기의 설명과 함께 개시된 원리를 설명하는 역할을 한다.
도 1은 선행 기술의 전열막 디바이스의 다이어그램을 도시한다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 전열막 디바이스의 개략적인 평면도를 도시한다.
도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 전열막 디바이스의 개략적인 횡단면도를 도시한다.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 전열막 디바이스의 온도 분포의 그래프이다.
도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 전열막 디바이스의 온도 분포의 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전열막 디바이스의 개략적인 평면도이다.
도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따른 전열막 디바이스의 온도 분포를 나타내는 그래프이다.
도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 전열막 디바이스의 온도 분포를 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전열막 디바이스의 개략적인 평면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전열막 디바이스의 온도 분포를 나타내는 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 전열막 디바이스의 온도 분포를 나타내는 그래프이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 전열막 디바이스의 온도 분포를 나타내는 그래프이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 전열막 디바이스의 온도 분포를 나타내는 그래프이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 전열막 디바이스의 온도 분포를 나타내는 그래프이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 전열막 디바이스의 온도 분포를 나타내는 그래프이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 전열막 디바이스의 개략적인 평면도이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 전열막 디바이스의 온도 분포를 나타내는 그래프이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 전열막 디바이스의 온도 분포를 나타내는 그래프이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 전열막 디바이스의 개략적인 평면도이다.
도 17a는 본 발명의 일 실시예에 따른 전열막 디바이스의 온도 분포를 나타내는 그래프이다.
도 17B는 본 발명의 일 실시예에 따른 전열막 디바이스의 온도 분포를 나타내는 그래프이다.
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 전열막 디바이스의 개략적인 평면도이다.
도 19a는 본 발명의 일 실시예에 따른 전열막 디바이스의 온도 분포를 나타내는 그래프이다.
도 19b는 본 발명의 일 실시예에 따른 전열막 디바이스의 온도 분포를 나타내는 그래프이다.
다음으로, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 하기 실시예는 본 발명을 예시하지만, 본 발명의 범위를 제한하려는 것은 아니다.
본 공개에서, 일부 알려진 상수는 1.75×10-8 Ωm인 구리의 고유 저항(resistivity), 8×10-8 Ωm인 은 페이스트(silver paste)의 고유 저항 및 1×10-8 Ωm인 단층 그라핀의 고유 저항을 포함한다. 본 공개에 따른 예시적인 저전압 전열막 디바이스는 종래의 리튬 전지로 구동될 수 있으며 90℃ 내지 180℃에 빠르게 도달할 수 있다. 입력 전력은 12V 미만일 수 있다. 단층 그라핀이 디바이스의 도체층으로 사용될 때, 입력 전력은 1.5V 미만이 될 수 있고, 발열 효과(heating effect)는 도체 층에 의해 제공된다.
[실시예 1]
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 전열막 디바이스(2000a)의 개략적인 평면도이다. 전열막 디바이스(2000a)는 투명할 필요는 없다. 일부 다른 실시예에서, 상기 디바이스는 투명하지 않을 수 있다. 예를 들어, 디바이스가 반투명하거나 불투명할 수 있다. 도 2a의 디바이스는 기판(미도시) 상에 배치 된 도체(1), 상기 도체(1)에 부착된 제 1 전극 및 제 2 전극을 포함한다. 제 1 전극은 제 1 버스 바(21a)와, 제 1 버스 바(21a)로부터 연장되는 적어도 하나의 제 1 내부 전극(22a)을 포함하고, 제 2 전극은 제 2 버스 바(21b) 및 제 2 버스 바(21b)로부터 연장되는 적어도 하나의 제 2 내부 전극(22b)을 포함한다. 제 1 내부 전극(22a)과 제 2 내부 전극(22b)은 교호로 배치되며 서로 분리되어 있다. 제 1 전극 및 제 2 전극은 도체 층의 동일한 측면 또는 2개의 상이한 측면 상에 배치되어 디바이스에 걸쳐서 고르게 가열을 촉진할 수 있다. 일부 실시예에서, 도체(1)는 투명, 불투명 또는 반투명일 수 있다. 일부 유사한 구성요소에는 도면을 명료하게 유지하기 위해 참조 번호가 지정되지 않는다. 버스 바(21a, 21b) 및 내부 전극(22a, 22b)은 후술하는 바와 같이 다수의 구성을 가질 수 있다. 대안적으로, 전술한 구성요소는 평면 패턴을 형성한다.
일 실시예에서, 내부 전극들은 각각 1mm의 폭을 가지며 6mm만큼 서로 이격된다. 내부 전극은 선형, 물결형(wave-shaped) 또는 톱니형(saw-tooth shaped)이 될 수 있다. 제 1 버스 바 및 제 2 버스 바는 선형, 물결형, 원형 또는 타원형을 포함하는 형상을 형성할 수 있다.
일 실시예에서, 전열막 디바이스는 제 1 전극 및 상기 제 2 전극의 적어도 2개의 세트를 포함하고, 상기 적어도 2개의 세트 중 하나의 세트는 다른 세트와 직렬로 또는 병렬로 연결할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 디바이스는(2000a) 다른 유사한 디바이스와 직렬 또는 병렬로 연결되도록 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제 1 내부 전극 및 제 2 내부 전극은 교호로 배치되며 고르게 분포될 수 있다. 바람직하게, 제 1 내부 전극 및 제 2 내부 전극은 폭에 있어서 동일하다. 상기 제 1 버스 바는 양(positive)의 전력 입력 단자에 연결되고 제 2 버스 바는 음(negative)의 전력 입력 단자에 연결되고, 또는 그 반대도 가능하다. 전원에 연결될 때, 전류는 하나의 버스바로부터 상기 버스 바 상의 내부 전극으로 이어서 도체(1)로 이어서 다른 버스바 상의 내부 전극으로 이어서 다른 버스바로 흐른다.
도체층(10)은 반도체 또는 세라믹 층이 될 수 있다. 도체층의 재료는 그라핀, 탄소 나노 튜브, 인듐 주석 산화물(ITO), 불소 도핑된 주석 산화물(FTO; Fluorine-doped tin oxide) 또는 알루미늄 도핑된 아연 산화물(AZO) 중 적어도 하나의 재료일 수 있다. 전극의 재료는 은, 은 페이스트, 구리, 구리 페이스트, 알루미늄, ITO 또는 그라핀 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 일 예시에서, 내부 전극은 구리 포일 내부 전극이다.
기판의 재료는 유리 또는 폴리머를 포함할 수 있다. 기판의 재료는은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리비닐 클로라이드(PVC), 폴리에틸렌(PE), 폴리카보네이트(PC), 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA), 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF), 폴리아닐린(PANI) 중 적어도 하나의 재료를 포함할 수 있다.
도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 전열막 디바이스(2000b)의 개략적인 횡단면도이다. 특히, 2000a 및 2000b는 상이한 뷰(view)에서 본 동일한 디바이스를 기재할 수 있다. 디바이스(2000b)는 도체층(1), 전극(2), 기판(3) 및 보호층(4)을 포함한다. 보호층의 재료는 가요성 투명한 재료일 수 있으며 PET, PVC, PE, 또는 PC의 적어도 하나의 재료를 포함할 수 있다.
특정 실시예에서, 디바이스(2000a/2000b)를 제조하는 방법은 이하의 단계를 포함하되, 일부는 선택적이다:
1: 투명 기판 상에 그라핀을 배치하는 단계. 그라핀은 바람직하게는 무기 또는 유기 도펀트(예컨대, Fe(NO3)3, HNO3, 및 AuCl3)로 도핑된 단층 그라핀일 수 있고 및/또는 [예컨대/약] 250 Ω/sq의 시트 저항을 갖는다. 기판은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)일 수 있다. 기판은 150mm 폭이며 150mm 길이이며 125 미크론 미터(micron-meter) 두께일 수 있다.
2: 그라핀 상에 은 페이스트 패턴을 인쇄하는 단계. 인쇄는 스크린 인쇄를 포함할 수 있다. 은 페이스트 패턴은 도 2a를 참조하여 상기 기재된 패턴일 수 있다. 인쇄된 은 페이스트는 전극으로서 사용될 수 있다. 은 페이스트는 25미크론 미터 두께일 수 있다.
3: 은 페이스트를 고체화하는 단계. 고체화하는 단계는 40분 동안 오븐에서 130℃로 가열하는 단계를 포함할 수 있다.
4: 보호층 상에 광학용 투명 접착제(optically clear adhesive; OCA) 글루(glue)를 배치하는 단계. 보호층은 PET일 수 있다. 보호층은 기판의 사이즈, 예컨대 150mm 폭 그리고 150mm 길이에 부합할 수 있다. OCA 글루는 50 미크론 미터 두께일 수 있다.
5: 전극을 노출시키기 위해 기판 상에서 버스 바에 대응하는 OCA 글루 및 보호층의 위치에 복수의 홀을 드릴링하는(drilling) 단계. 드릴링하는 단계는 레이저에 의해 구현될 수 있다. 홀 사이즈는 5mm x 5mm이다.
6: 은 페이스트로 패터닝된 기판의 상면 상에서 OCA 글루로 보호층을 배치하는 단계.
7: 노출된 전극에 대한 전기 접촉을 만드는 단계. 예컨대, 납이 노출된 전극에 접합된다.
도 3a는 본 발명에 따라(단계 1 내지 단계 7을 구현하는) 전열막 디바이스에서의 온도 분포의 그래프(3000a)를 도시한다. 3000a은 적외선 카메라에 의해 포착되었다. 장치의 저항은 2.7Ω로 측정되었다. 디바이스가 5V 전원 공급에 연결된 후 안정적인 가열 조건에 60초내에 도달했다. 3000a는 가열 동안 가열된 전열막 디바이스의 온도 분포를 기재한다. 안정 온도는 약 66℃이고, T=kU2/d2R+t에 따르고, t는 시작 온도(단위: ℃)이고, T는 디바이스가 상승하는 안정 온도(단위: ℃)이고, U는 12V 이하의 입력 전압(단위: V)이고, d는 2개의 이웃하는 내부 전극 사이의 거리이고, R는 상기 도체 층의 시트 저항(단위: Ω/sq)이며, k는 10 내지 200 ℃cm2 W-1의 범위의 상수이며 상기 디바이스와 공기 사이의 열 전도도에 따라 달라지며, 특히, 상기 디바이스와 공기 사이의 열 전도도에 반비례한다. 예시로서, U는 5V이고, d는 6mm이고, R은 250 Ω/sq이고, t는 22℃이며 k는 158℃cm2 W-1이다. 상기 수학식이 먼저 사용될 때, k는 이하의 단계에 의해 결정된다: 샘플 디바이스를 제공하는 단계; 상기 수학식에서 k를 제외한 모든 파라미터를 테스트를 통해 측정하는 단계; 및 수학식을 통해 측정된 파라미터를 사용하여 k를 푸는(solving) 단계. 도 3b는 도 3a로부터 도출된 온도 분포의 그래프(3000b)를 도시한다. 3000b는 장치의 온도 분포를 기재한다.
일 예시에서, 3.7V의 전압이 인가될 때, 디바이스의 가열 전력은 약 1300W/m2에 도달하며, 이는 종래의 전열막 디바이스가 동일한 전압으로 약 5W/m2에 도달하는 것보다 훨씬 더 크다. 또한, 종래의 전열막 디바이스는 인체가 견딜 수 있는 안전한 전압 레벨을 훨씬 초과하는 동일한 가열 전력을 달성하기 위해 60V의 입력 전압을 필요로 한다.
[실시예 2]
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 저전력 투명 전열막 디바이스(4000)의 개략적인 평면도이다. 이 디바이스는 도체(1), 버스 바(421a, 421b) 및 내부 전극(422a, 422b)을 포함한다. 일부 유사 구성요소에는 도면을 명확하게 유지하기 위해 참조 번호가 지정되지 않는다. 기재된 구성요소는 평면 패턴을 형성한다. 버스 바(421a, 421b)는 직경이 96mm인 원형으로 배치된다. 가장 긴 내부 전극은 73mm이다. 내부 전극은 서로 6mm 이격되어 있다. 내부 전극들 사이에는 총 17개의 간격(separation)이 존재한다. 각각의 내부 전극은 1mm 폭이다. 버스 바는 8mm 너비이다. 각 버스 바에서, 두 개의 내부 전극들 사이의 가장 먼 거리는 약 130mm이다.
일부 실시예에서, 디바이스(4000)를 제조하는 방법은 다음 단계를 포함하는데, 그 중 일부는 선택적이다:
1: 투명 기판 상에 그라핀을 배치하는 단계. 그라핀은(바람직하게는) 도핑된 이중층 그라핀일 수 있고 및/또는 120 Ω/sq의 시트 저항을 갖는다. 기판은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)일 수 있다. 기판은 120mm 폭이며 120mm 길이이며 125 미크론 미터 두께일 수 있다.
2: 그라핀 상에 은 페이스트 패턴을 인쇄하는 단계. 인쇄는 스크린 인쇄를 포함할 수 있다. 은 페이스트 패턴은 도 4를 참조하여 상기 기재된 패턴일 수 있다. 인쇄된 은 페이스트는 전극으로서 사용될 수 있다. 은 페이스트는 25미크론 미터 두께일 수 있다.
3: 은 페이스트를 고체화하는 단계. 고체화하는 단계는 40분 동안 오븐에서 130℃로 가열하는 단계를 포함할 수 있다.
4: 보호층 상에 광학용 투명 접착제(OCA) 글루를 배치하는 단계. 보호층은 PET일 수 있다. 보호층은 기판의 사이즈, 예컨대 120mm 폭 그리고 120mm 길이에 부합할 수 있다. OCA 글루는 50 미크론 미터 두께일 수 있다.
5: 전극을 노출시키기 위해 기판 상에서 버스 바에 대응하는 OCA 글루 및 보호층의 위치에 복수의 홀을 드릴링하는 단계. 드릴링하는 단계는 레이저에 의해 구현될 수 있다. 홀 사이즈는 5mm x 5mm이다.
6: 은 페이스트로 패터닝된 기판의 상면 상에서 OCA 글루로 보호층을 배치하는 단계.
7: 노출된 전극에 대한 전기 접촉을 만드는 단계. 예컨대, 납이 노출된 전극에 접합된다.
도 5a는 본 발명에 따라(단계 1 내지 단계 7을 구현하는) 전열막 디바이스에서의 온도 분포의 그래프(5000a)를 도시한다. 5000a은 적외선 카메라에 의해 포착되었다. 장치의 저항은 2Ω로 측정되었다. 디바이스가 5V 전원 공급에 연결된 후 안정적인 가열 조건에 40초내에 도달했다. 5000a는 상기 기재된 가열된 전열막 디바이스의 온도 분포를 기재한다. 도 5b는 도 5a로 인한 온도 분포의 그래프(5000b)를 도시한다. 5000b는 디바이스에 걸친 온도 분포를 기재한다. 안정 온도는 약 90.9℃이고, 상기 기재된 T=kU2/d2R+t에 따른다. 본 예시에서, U는 5V이고, d는 6mm이고, R는 120 Ω/sq이고, t는 22℃이며 k는 119.1℃cm2 W-1이다.
일 예시에서, 3.7V의 전압이 인가될 때, 디바이스의 가열 전력은 약 1300W/m2에 도달하며, 이는 종래의 전열막 디바이스가 동일한 전압으로 약 5W/m2에 도달하는 것보다 훨씬 더 크다. 또한, 종래의 전열막 디바이스는 인체가 견딜 수 있는 안전한 전압 레벨을 훨씬 초과하는 동일한 가열 전력을 달성하기 위해 60V의 입력 전압을 필요로 한다. 이러한 예시에서, 버스 바 상의 전압 변화는 0.2%를 초과하지 않으며 내부 전극 상의 전압 변화는 0.004%를 초과하지 않는다.
[실시예 3]
도 6는 본 발명의 일 실시예에 따른 저전력 투명 전열막 디바이스(6000)의 개략적인 평면도이다. 이 디바이스(6000)는 도체(1), 버스 바(621a, 621b) 및 내부 전극(622a, 622b)을 포함한다. 일부 유사 구성요소에는 도면을 명확하게 유지하기 위해 참조 번호가 지정되지 않는다. 기재된 구성요소는 평면 패턴을 형성한다. 내부 전극들은 서로 3mm 이격되고, 108mm 길이이며 1mm 폭이다. 30개의 간격을 생성하며 32개의 내부 전극이 존재한다. 버스 바는 8mm 너비이다. 각 버스 바에서, 두 개의 내부 전극들 사이의 가장 먼 거리는 약 100mm이다. 6000의 좌측 절반 및 6000의 우측 절반은 병렬로 연결되어서 각각 상의 전압은 600에 인가되는 총 전압의 절반이다.
일부 실시예에서, 디바이스(6000)를 제조하는 방법은 다음 단계를 포함하는데, 그 중 일부는 선택적이다:
1: 금속 호일 상에 그라핀을 배치하고 기판 상에 그라핀을 접착시키는 단계. 그라핀은 단일 층의 그라핀 일 수 있으며 바람직하게 도핑될 수 있다. 단층 그라 핀은 250Ω/sq의 시트 저항을 갖는다. 기판은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)일 수 있다. 금속 호일은 자외선 경화 접착제(ultra-violet curable adhesive), 고온 접착제(hot glue) 또는 실리카 겔로 접착할 수 있다. 금속 호일은 치수가 140mm×280mm이고 두께가 25 미크론 미터 일 수 있다. 상기 기판은 치수가 150㎜×300㎜이고, 두께는 135 미크론 미터 일 수있다. 금속 호일은 구리 호일, 니켈 호일 또는 구리-니켈 합금 호일일 수 있다.
2: 접착제를 경화시키는 단계. UV 광 경화가 사용될 경우, UV 광은 365nm의 파장을 가지며 1000mJ/cm2의 에너지를 갖는다.
3: 금속 호일 상에 마스크를 배치하는 단계. 마스크는 벗길 수 있다(peelable). 마스크는 스크린 인쇄와 같은 인쇄 방법에 의해 인쇄될 수 있다. 마스크는 도 6을 참조하여 기재된 패턴을 가질 수 있다.
4: 이전 단계로부터의 생산물(product)을 가열하여 마스크를 고체화하는 단계. 가열은 135℃에서 40 분 동안 가열하는 것을 포함한다.
5: 이전 단계로부터의 생산물을 에칭하고 마스크를 벗기는(peeling off) 단계. 에칭은 생산물을 30% FeCl3 에칭제에 담그는 것을 포함할 수 있다. 에칭 후에 생산물은 물에 씻기고 건조된다.
6: 보호층 상에 광학용 투명 접착제(OCA) 글루를 배치하는 단계. 보호층은 PET일 수 있다. 보호층은 기판의 사이즈, 예컨대 150mm 폭 그리고 150mm 길이에 부합할 수 있다. OCA 글루는 50 미크론 미터 두께일 수 있다.
7: 전극을 노출시키기 위해 기판 상에서 버스 바에 대응하는 OCA 글루 및 보호층의 위치에 복수의 홀을 드릴링하는 단계. 드릴링하는 단계는 레이저에 의해 구현될 수 있다. 홀 사이즈는 5mm x 5mm이다.
8: 기판의 상면 상에서 OCA 글루로 보호층을 배치하는 단계.
9: 노출된 전극에 대한 전기 접촉을 만드는 단계. 예컨대, 납이 노출된 전극에 접합된다.
(단계 1 내지 단계 9를 구현하는) 투명한 전열막 디바이스에서, 장치의 저항은 2.5Ω로 측정되었다. 디바이스가 3.7V 전압(각각 1.85V를 경험하는 좌측 절반 및 우측 절반)에 연결된 후 70초내에 45℃에 도달했다. 안정 온도는 약 45℃이고, 상기 기재된 T=kU2/d2R+t에 따른다. 본 예시에서, U는 1.85V이고, d는 3mm이고, R는 250Ω/sq이고, t는 22℃이며 k는 151℃cm2 W-1이다. 이러한 예시에서, 전극 버스 바 상의 전압 변화는 0.2%를 초과하지 않으며 내부 전극 상의 전압 변화는 0.004%를 초과하지 않는다.
[실시예 4]
일부 실시예에서, 전열막 디바이스를 제조하는 방법은 다음 단계를 포함하는데, 그 중 일부는 선택적이다:
1: 기판 상에 ITO 막을 배치하고 ITO 막 상에 은 페이스트 패턴을 인쇄하는 단계. ITO 막은 400Ω/sq의 시트 저항을 가질 수 있다. 기판은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)일 수 있다. 기판은 150mm 폭 및 150mm 길이일 수 있다. 인쇄에는 스크린 인쇄가 포함될 수 있다. 은 페이스트 패턴은 도 2a를 참조하여 상기 기재된 패턴일 수 있다. 인쇄된 은 페이스트를 전극으로 사용할 수 있다. 내부 전극은 6mm 이격되어 있고 108mm 길이이고 1mm 폭이다. 15개의 간격을 갖고 15개의 내부 전극이 존재한다. 전극 버스 바는 8mm 너비이다. 은 페이스트는 25 미크론 미터 두께 일 수 있다.
2: 은 페이스트를 고체화하는 단계. 고체화하는 단계는 40분 동안 오븐에서 130℃로 가열하는 단계를 포함할 수 있다.
3: 보호층 상에 광학용 투명 접착제(OCA) 글루를 배치하는 단계. 보호층은 PET일 수 있다. 보호층은 기판의 사이즈, 예컨대 150mm 폭 그리고 150mm 길이에 부합할 수 있다. OCA 글루는 50 미크론 미터 두께일 수 있다.
4: 전극을 노출시키기 위해 기판 상에서 버스 바에 대응하는 OCA 글루 및 보호층의 위치에 복수의 홀을 드릴링하는 단계. 드릴링하는 단계는 레이저에 의해 구현될 수 있다. 홀 사이즈는 5mm x 5mm이다.
5: 은 페이스트로 패터닝된 기판의 상면 상에서 OCA 글루로 보호층을 배치하는 단계.
6: 노출된 전극에 대한 전기 접촉을 만드는 단계. 예컨대, 납이 노출된 전극에 접합된다.
도 7은 본 발명에 따라(단계 1 내지 단계 6을 구현하는) 전열막 디바이스에서의 온도 분포의 그래프(7000)를 도시한다. 7000은 적외선 카메라에 의해 포착되었다. 장치의 저항은 5Ω로 측정되었다. 디바이스가 12V 전압에 연결된 후 55초내에 도달할 수 있다. 안정 온도는 약 92℃이고, 상기 기재된 T=kU2/d2R+t에 따른다. 본 예시에서, U는 12V이고, t는 22℃이며 k는 70℃cm2 W-1이다.
이러한 예시에서, 버스 바 상의 전압 변화는 0.05%를 초과하지 않으며 내부 전극 상의 전압 변화는 0.01%를 초과하지 않는다.
[실시예 5]
일부 실시 예에서, 전열막 디바이스를 제조하는 방법은 도 2a를 참조하여 상기 기재된 다음의 단계 및 패턴을 포함한다. 또한, 전도체 층은 시트 저항이 250Ω/sq인 단층 그라핀이다. 전극은 그라핀의 10개의 층이다. 10층 그라핀을 만들 때, 10개의 단일층의 그라핀이 전달 공정(transfer operation)이나 직접 성장을 통해 서로 적층된다. 내부 전극들은 3mm로 이격되고, 길이는 108mm, 너비는 1mm이다. 15 개의 간격을 갖고 15개의 내부 전극이 존재한다. 전극 버스 바는 8mm 너비이다. 전극 버스 바 중 하나 상에서의 2개의 내부 전극 사이의 최장 거리는 60mm이다. 전극(10층 그라핀)의 두께는 35nm이다.
도 8은 본 발명에 따라 전열막 디바이스에서의 온도 분포의 그래프(8000)를 도시한다. 8000은 적외선 카메라에 의해 포착되었다. 디바이스의 저항은 2Ω로 측정된다. 디바이스가 1.5V 전압에 연결된 후 85초내에 34℃에 도달할 수 있다. 안정 온도는 약 34℃이고, 상기 기재된 T=kU2/d2R+t에 따른다. 본 예시에서, U는 1.5V이고, d는 3mm이고，R은 250Ω/sq이고, t는 22℃이며 k는 120℃cm2 W-1이다. 본 예시에서, 버스 바의 전압 변화는 0.1%를 초과하지 않으며 내부 전극의 전압 변화는 0.02 %를 초과하지 않는다.
[실시예 6]
일부 실시예에서, 전열막 디바이스를 제조하는 방법은 도 2a를 참조하여 전술한 단계 및 도 4를 참조하여 전술한 패턴을 포함한다. 또한, 도체층은 62.5Ω/sq 시트 저항의 4층 그라핀이다. 전극은 ITO로 구성된다. 내부 전극은 4mm 간격이며 1mm 넓이다. 17개의 간격을 갖고 16개의 내부 전극이 존재한다. 전극 버스 바는 8mm 너비이다. 전극 버스 바 중 하나 상에서의 2개의 내부 전극 사이의 최장 거리는 60mm이다. 은 페이스트는 25 미크론 미터 두께이다.
도 9은 본 발명에 따라 전열막 디바이스에서의 온도 분포의 그래프(9000)를 도시한다. 9000은 적외선 카메라에 의해 포착되었다. 디바이스의 저항은 0.4Ω로 측정된다. 디바이스가 3.7V 전력 공급에 연결된 후 100초내에 103℃에 도달할 수 있다. 안정 온도는 103℃이고, 상기 기재된 T=kU2/d2R+t에 따른다. 본 예시에서, t는 22℃이며 k는 110.9℃cm2 W-1이다. 본 예시에서, 버스 바의 전압 변화는 3%를 초과하지 않으며 내부 전극의 전압 변화는 1.2%를 초과하지 않는다.
[실시예 7]
일부 실시예에서, 전열막 디바이스를 제조하는 방법은 도 6를 참조하여 전술한 단계 및 도 2a를 참조하여 전술한 패턴을 포함한다. 또한, 내부 전극은 3mm 간격이고, 108mm 길이이며 1mm 넓이다. 15개의 간격을 갖고 15개의 내부 전극이 존재한다. 전극 버스 바는 8mm 너비이다. 은 페이스트는 25 미크론 미터 두께이다.
도 10은 본 발명에 따라 전열막 디바이스에서의 온도 분포의 그래프(10000)를 도시한다. 10000은 적외선 카메라에 의해 포착되었다. 디바이스의 저항은 1.7Ω로 측정된다. 디바이스가 12V 전압에 연결된 후 100초내에 226℃에 도달할 수 있다. 안정 온도는 226℃이고, 상기 기재된 T=kU2/d2R+t에 따른다. 본 예시에서, U는 12V이고，d는 3mm이고，R은 250Ω/sq이고 ,t는 22℃이며 k는 32℃cm2 W-1이다. 본 예시에서, 전극 버스 바의 전압 변화는 0.9%를 초과하지 않으며 내부 전극의 전압 변화는 0.1%를 초과하지 않는다.
[실시예 8]
일부 실시예에서, 전열막 디바이스를 제조하는 방법은 도 2a를 참조하여 전술한 단계 및 도 4를 참조하여 전술한 패턴을 포함한다. 또한, 내부 전극들은 2mm 이격되어 있고 108mm 길이이며 1mm 넓이이다. 전극은 구리 호일이다. 17개의 간격을 갖고 16개의 내부 전극이 존재한다. 전극 버스 바는 8mm 너비이다. 구리 호일은 25 미크론 미터 두께이다. 도체층은 250Ω/sq 시트 저항의 단일층 그라핀이다.
도 11은 본 발명에 따라 전열막 디바이스에서의 온도 분포의 그래프(11000)를 도시한다. 11000은 적외선 카메라에 의해 포착되었다. 디바이스의 저항은 2Ω로 측정된다. 디바이스가 3.7V 전압에 연결된 후 100초내에 143.8℃에 도달할 수 있다. 안정 온도는 143.8℃이고, 상기 기재된 T=kU2/d2R+t에 따른다. 본 예시에서, U는 3.7V이고，d는 2mm이고，R은 250Ω/sq이고 ,t는 22℃이며 k는 89℃cm2 W-1이다. 본 예시에서, 전극 버스 바의 전압 변화는 0.04%를 초과하지 않으며 내부 전극의 전압 변화는 3%를 초과하지 않는다.
[실시예 9]
일부 실시예에서, 전열막 디바이스를 제조하는 방법은 도 2a를 참조하여 전술한 단계 및 도 2a를 참조하여 상기 설명된 패턴을 포함한다. 또한, 버스 바 및 대응하는 내부 전극 각각은 도체층의 2개의 상이한 측면에 배치된다. 즉, 21a, 22a는 도체층의 상면 측 그리고 21b, 22b는 도체 층의 하면 측에 배치되어 있다. 내부 전극은 4mm 이격되어 있고, 길이는 108mm이고 폭은 1mm이다. 15개의 이격을 갖고 15개의 내부 전극이 존재한다. 전극은 10 내지 30 마이크로 미터의 그라핀 또는 금속(예컨대 Cu) 포일의 5 내지 10개의 층이며, 전자는 이하의 예시에서 사용된다. 버스 바는 폭이 8mm이다. 도체 층은 250Ω/sq 시트 저항의 단일층 그라핀이다.
도 12는 본 발명에 따라 전열막 디바이스에서의 온도 분포의 그래프(12000)를 도시한다. 12000은 적외선 카메라에 의해 포착되었다. 디바이스의 저항은 2.1Ω로 측정된다. 디바이스가 7.5V 전력 공급에 연결된 후 30초내에 210℃에 도달할 수 있다. 안정 온도는 210℃이고, 상기 기재된 T=kU2/d2R+t에 따른다. 본 예시에서, U는 7.5V이고，d는 4mm이고，R은 250Ω/sq이고, t는 22℃이며 k는 134℃cm2 W-1이다. 본 예시에서, 전극 버스 바의 전압 변화는 7%를 초과하지 않으며 내부 전극의 전압 변화는 4%를 초과하지 않는다.
[실시예 10]
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 전열막 디바이스(13000)의 개략적인 평면도이다. 내부 전극(1322a, 1322b)은 10mm로 이격되며 1mm의 폭을 갖는다. 9개의 간격을 갖고 9개의 내부 전극이 존재한다. 전극 버스 바(1321a, 1322b)는 각각 8mm 폭이다. 도체층은 41.6Ω/sq 시트 저항의 6층 그라핀이다. 전극은 25 미크론 미터 두께의 구리 호일이다.
도 14는 본 발명에 따라 전열막 디바이스에서의 온도 분포의 그래프(14000)를 도시한다. 14000은 적외선 카메라에 의해 포착되었다. 디바이스의 저항은 0.32Ω로 측정된다. 디바이스가 7.5V 전압에 연결된 후 30초내에 86.3℃에 도달할 수 있다. 안정 온도는 86.3℃이고, 상기 기재된 T=kU2/d2R+t에 따른다. 본 예시에서, U는 7.5V이고，d는 10mm이고，R은 41.6Ω/sq이고, t는 22℃이며 k는 47.6℃cm2 W-1이다. 본 예시에서, 전극 버스 바의 전압 변화는 2.4%를 초과하지 않으며 내부 전극의 전압 변화는 0.3%를 초과하지 않는다.
[실시예 11]
일부 실시예에서, 전열막 디바이스를 제조하는 방법은 도 2a를 참조하여 전술 한 단계들 및 도 2a를 참조하여 전술된 패턴을 포함한다. 또한, 내부 전극 및 전극 버스 바는 상이한 재료, 예를 들면, 전자는 투명 전도성 재료이며 후자는 금속이거나, 그 반대이거나 또는 둘 다 다른 금속이다. 이 예시에서, 내부 전극은 적어도 5층(예를 들어, 10층) 그라핀이며, 전극 버스 바는 금속 호일(예를 들어 백금) 또는 은 페이스트, 바람직하게는 구리 호일이다. 실시예에서, 단일 층 그라핀은 도체층에 사용된다. 내부 전극은 5mm 이격되어 있고, 길이는 108mm이고 너비는 1mm이다. 32개의 내부 전극이 존재한다. 전극 버스 바는 폭이 8mm이고 두께가 25미크론 미터이다.
도 15는 본 발명에 따라 전열막 디바이스에서의 온도 분포의 그래프(15000)를 도시한다. 15000은 적외선 카메라에 의해 포착되었다. 디바이스의 저항은 1.9Ω로 측정된다. 디바이스가 12V 전력 공급에 연결된 후 30초내에 243℃에 도달할 수 있다. 안정 온도는 243℃이고, 상기 기재된 T=kU2/d2R+t에 따른다. 본 예시에서, U는 12V이고，d는 5mm이고，R은 250Ω/sq이고, t는 22℃이며 k는 96℃cm2 W-1이다. 본 예시에서, 전극 버스 바의 전압 변화는 1.5%를 초과하지 않으며 내부 전극의 전압 변화는 2.3%를 초과하지 않는다.
[실시예 12]
일부 실시예에서, 전열막 디바이스를 제조하는 방법은 도 2a를 참조하여 전술한 단계 및 도 2a를 참조하여 전술한 패턴을 포함한다. 또한, 파라미터 n, l, W 및 H는 n(n+1)lρ1/WHR<1/5과 일치하도록 구성되고, 전극 버스 바의 내부 전극을 접하는 부분의 전압 변화가 10%를 초과하지 않고, n은 2개의 이웃하는 내부 전극에 의해 형성되는 간격의 수이고, 1은 최장 내부 전극의 길이(단위: m)이고, ρ1는 상기 버스 바의 고유 저항(단위: Ωm)이고, W는 상기 버스 바의 폭(단위:m)이고, H는 상기 버스 바의 두께(m)이며, R는 상기 도체 층의 시트 저항(Ω/sq)이다.
내부 전극은 길이가 108mm이다. 내부 전극 사이에는 15개의 간격이 존재한다. 전극 버스 바는 폭이 8mm이고 두께가 25μm이다. 전극 버스 바의 전압은 변동의 0.2% 이내로 측정된다. 이 디바이스는 1.5V 전압에 연결되고 75초 이내에 51℃(안정 온도)에 도달할 수 있다. 이 예시에서 t는 22℃이다.
[실시예 13]
일부 실시예에서, 전열막 디바이스를 제조하는 방법은 도 2a를 참조하여 전술한 단계들 및 도 2a를 참조하여 전술한 패턴을 포함한다. 또한, 파라미터 n, l, w, h, 및 L은 nl2ρ2/whLR<1/5과 일치하고, 동일한 내부 전극 상의 전압 변동은 10%를 초과하지 않고, n은 2개의 이웃하는 내부 전극에 의해 형성되는 간격의 수이고, l은 최장 내부 전극의 길이(단위: m)이고, ρ2는 상기 내부 전극의 고유 저항(단위: Ωm)이고, w는 상기 내부 전극의 폭(단위: m)이고, h는 상기 내부 전극의 두께(단위: m)이며, L은 제1 및 제 2 전극 버스 바 중 하나 상의 2개의 내부 전극 사이에서의 최장 거리의 길이(단위: m)이며, R은 상기 도체 층의 시트 저항(Ω/sq)이다.
내부 전극은 길이가 108mm이다. 폭이 1mm이고 두께가 25미크론 미터인 15개의 내부 전극과 내부 전극들 사이에 15개의 간격이 존재한다. 전극 버스 바는 폭이 8mm이다. 각각의 전극 버스 바 상의 2개의 내부 전극 사이의 최장 거리는 99mm이다. 전극 버스 바의 전압은 변동의 0.05% 이내로 측정된다. 일 예시에서, 이 디바이스는 7.5V 전력 공급에 연결되고 60초 이내에 77.4℃(안정 온도)에 도달할 수 있다. 이 예시에서 t는 22℃이다.
[실시예 14]
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 전열막 디바이스(16000)의 개략적인 평면도이다. 디바이스(16000)는 도체(1), 전극 버스 바(1621a 및 1621b), 내부 전극(1622a 및 1622b)을 포함한다. 버스바(1621a 및 1621b) 상의 복수의 홀(5a 및 5b)과 내부 전극 사이에 간격이 존재한다. 적어도 하나의 내부 전극은 복수의 서브 내부 전극, 예컨대 서브 내부 전극(1632a, 1732b)을 포함할 수 있다. 서브 내부 전극(1632a, 1632b) 사이에는 갭(1633)이 존재한다. 그러나, 장치의 에지에서, 내부 전극은 단일 서브 내부 전극, 예를 들어 서브 내부 전극(1632c)을 포함할 수 있다. 상기 서브 내부 전극은 동일한 폭을 가질 수 있으며, 이것은 상기 서브 내부 전극의 각각의 전류 전달 용량을 기준으로 할 수 있다. 서부 내부 전극은 바람직하게는 서브 내부 전극의 폭과 동일할 수 있는 미리결정된 거리만큼 균일하게(예를 들어, 1632a와 1632b 사이에서 2미크론 미터의 간격) 이격될 수 있다. 복수의 서브 내부 전극은 선형상, 지그재그 형상 또는 곡선 형상일 수 있다. 1632a, 1632b, 1632c의 형상 및 재료는 동일할 수 있다. 내부 전극은 6mm 이격되어 있으며 길이는 108mm이다. 11개의 내부 전극과 10개의 간격이 그사이에 존재한다. 서브 내부 전극은 장치 전체에 걸쳐 균일하게 가열을 촉진할 수 있다. 서브 내부 전극은 또한 장치의 가요 성을 증가시킬 수 있는데, 즉, 이 장치는 본 공개에서 기재된 가열 효과를 손상시키지 않고 폴딩가능하고(foldable) 벤딩가능하게(bendable) 된다. 200,000회의 폴딩(2분간 좌측 에지에서 우측 에지로 벤딩하고 2분간 하부 에지 위로 상부 에지를 벤딩함) 후에, 가열 효과는 손상되지 않는다. 서브 내부 전극을 갖는 장치는 서브 내부 전극이 없는 다른 유사한 장치보다 적어도 7배 더 유연하다. 일부 유사 구성요소에는 도면을 명확하게 유지하기 위해 참조번호가 지정되지 않는다. 바람직하게는, 기재된 구성요소는 평면 패턴을 형성한다.
일부 실시예에서, 디바이스(16000)의 제조 방법은 이하의 단계를 포함하되, 일부는 선택적이다.
1: 투명 기판 상에 성장 또는 전달(growth or transfer)을 통해 그라핀을 배치하는 단계. 그라핀은 바람직하게는 도핑된 단층 그라핀일 수 있고 및/또는 250 Ω/sq의 시트 저항을 갖는다. 기판은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)일 수 있다. 기판은 125 미크론 미터(micrometer) 두께일 수 있다.
2: 그라핀 상에 은 페이스트 패턴을 인쇄하는 단계. 인쇄는 스크린 인쇄를 포함할 수 있다. 은 페이스트 패턴은 도 16를 참조하여 상기 기재된 패턴일 수 있다. 인쇄된 은 페이스트는 전극으로서 사용될 수 있다. 은 페이스트는 25미크론 미터 두께일 수 있다.
3: 은 페이스트를 고체화하는 단계. 고체화하는 단계는 40분 동안 오븐에서 130℃로 가열하는 단계를 포함할 수 있다.
4: 내부 전극의 고체화된 은 페이스트 패턴을 서브 내부 전극으로 컷팅하는 단계. 일 예시에서, 갭 1633)에서의 부분이 컷 오프 되어서(cut off), 갭(1633) 및 서브 전극(1632a, 1632b)이 각각 1mm의 폭을 갖는다. 또한, 복수의 홀(5a, 5b)이 버스 바 내에 형성되는 것이 바람직하다. 각 홀은 2개의 둥근 단부를 갖는 직사각형 형상을 가질수 있고, 2개의 둥근 단부 사이의 거리는 대응하는 내부 전극의 폭에 대응한다(또는 본 예시에서는 2개의 서브 내부 전극이 내부 전극을 구성한다). 일부 실시예에서, 하나의 전극 버스 바는 다른 전극 버스바로부터 연장하는 내부 전극에 의해 지정되는 위치에서 복수의 홀을 가질 수 있다. 이러한 홀은 디바이스의 전체 유연성을 증가시킬 수 있다. 전류의 흐름을 지나치게 방해하지 않는 한 홀의 사이즈는 구체적으로 제한되지 않는다.
5: 보호층 상에 광학용 투명 접착제(OCA) 글루를 배치하는 단계. 보호층은 PET일 수 있다. OCA 글루는 50 미크론 미터 두께일 수 있다.
6: 전극을 노출시키기 위해 기판 상에서 버스 바에 대응하는 OCA 글루 및 보호층의 위치에 복수의 홀을 드릴링하는 단계. 드릴링은 레이저 드릴링일 수 있다.
7: 은 페이스트로 패터닝된 기판의 상면 상에서 OCA 글루로 보호층을 배치하는 단계.
8: 노출된 전극에 대한 전기 접촉을 만드는 단계. 예컨대, 납이 노출된 전극에 접합된다.
일부 실시예에서, 도체는 내부 전극 사이에서 직경이 1mm 이하인 다수의 홀을 가질 수 있고, 내부 전극에 평행하게(즉, 2개의 인접한 내부 전극 사이에 홀이 정렬되게) 정렬될 수 있다. 이러한 홀은 또한 디바이스의 전체 유연성을 증가시킬 수 있다.
도 17a은 본 발명의 실시예에 따라 전열막 디바이스에서의 온도 분포의 그래프(17000a)를 도시한다. 17000a은 적외선 카메라에 의해 포착되었다. 17000a는 상기 기재된 가열된 전열막 디바이스의 온도 분포를 기재한다.
도 17b는 도 17a로부터 유발된 온도 분포(17000b)의 그래프를 도시한다. 17000b는 도 17a에서와 마찬가지로 디바이스에 걸친 온도 분포를 양적으로(quantitatively) 기재한다. 디바이스의 저항은 2.7Ω로 측정된다. 디바이스는 7.5V 전압에 연결된 후 60초 내에 92.3℃에 도달할 수 있다. 도달한 안정 온도는 92.3℃이고, T=kU2/d2R+t에 따르도록 구성된다. 본 예시에서, U는 7.5V이고，d는 6mm이고，R는 250Ω/sq이고, t는 22℃이며 k는 112℃cm2 W-1이다.
일 예시에서, 3.7V의 전압이 인가될 때, 디바이스의 가열 전력은 1300W/m2에 도달하며, 이는 종래의 전열막 디바이스가 동일한 전압으로 약 5W/m2 이하에 도달하는 것보다 훨씬 더 크다. 또한, 종래의 전열막 디바이스는 인체가 견딜 수 있는 안전한 전압 레벨을 훨씬 초과하는 동일한 가열 전력을 달성하기 위해 60V의 입력 전압을 필요로 한다.
[실시예 15]
일부 실시예에서, 전극 버스 바의 폭 및 다수의 서브 내부 전극은 전극 버스 바 상의 전압이 변동의 10% 이내가 되도록 실시예 14에서 기재된 디바이스에 기초하여 조정된다. 일 예시에서, 길이가 108mm 이하인 15개의 내부 전극은 서로 6mm의 14개의 간격을 갖는다. 전극 버스 바는 8mm 너비이다. 전극 버스 바의 전압은 변동의 0.5% 이내에서 테스트된다.
[실시예 16]
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 전열막 디바이스(18000)의 개략적인 평면도이다. 디바이스(18000)는 도체(1), 전극 버스 바(1821a, 1821b), 내부 전극(1822a, 1822b), 및 내부 전극에 의해 형성되는 간격을 포함한다. 각각의 내부 전극은 복수의 서브 내부 전극, 예를 들어 서브 내부 전극(1832a 및 1832b)을 포함할 수 있다. 서브 내부 전극(1832a, 1832b) 사이에 갭(1833)이 존재한다. 그러나, 장치의 에지에서, 내부 전극은 단일 서브 내부 전극, 예컨대 서브 내부 전극(1832c 또는 1832d)을 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 디바이스(18000)를 제조하는 방법은 이하의 단계를 포함하되, 일부는 선택적이다:
1: 금속 호일 상에 그라핀을 배치하고 접착제를 통해 그라핀을 기판에 접착시키는 단계. 그라핀은 이중층 그라핀 일 수 있다. 그라핀은 도핑될 수 있으며 120Ω/sq의 시트 저항을 갖는다. 기판은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)일 수 있다. 상기 기판은 치수가 125 미크론 미터 두께일 수 있다. 접착제는 자외선 경화성 접착제일 수 있다. 구리 호일과 같은 금속 호일은 25 미크론 미터 두께일 수 있다.
2: 자외선 노광으로 글루를 경화시키는 단계. UV 광은 365nm의 파장을 가지며 1000mJ/cm2의 에너지를 갖는다.
3: 금속 호일 상에 마스크를 배치하는 단계. 예컨대, 마스크는 벗길 수 있다. 마스크는 인쇄될 수 있다. 마스크는 갭(1833)이 형성되지 않는 것을 제외하고 도 18에 기재된 패턴을 가질 수 있다. 내부 전극들간의 간격은 3mm이다. 가장 긴 내부 전극은 108mm이다. 디바이스(18000)는 11개의 내부 전극과 내부 전극들을 교번하여 분리하는 10개의 간격을 포함한다.
4: 단계 3으로부터의 생산물을 가열하여 마스크를 고체화하는 단계. 가열은 135℃에서 40 분 동안 가열하는 것을 포함한다.
5: 서브 내부 전극들에 대응하는 마스크 패턴을 형성하도록 내부 전극들에 대응하는 마스트 패턴을 컷팅하는 단계.
6: 단계 5로부터의 생산물을 에칭하고 마스크를 벗기는 단계. 에칭은 포토리소그래피를 통해 수행될 수 있다. 에칭은 생산물을 30% FeCl3 에칭제에 담그는 것을 포함할 수 있다. 에칭 후에 생산물은 물에 씻기고 건조된다.
7: 보호층 상에 광학용 투명 접착제(OCA) 글루를 배치하는 단계. 보호층은 PET일 수 있다. OCA 글루는 50 미크론 미터 두께일 수 있다.
8: 전극을 노출시키기 위해 기판 상에서 버스 바에 대응하는 OCA 글루 및 보호층의 위치에 복수의 홀을 드릴링하는 단계. 드릴링은 레이저 드릴링일 수 있다.
9: 기판의 상면 상에서 OCA 글루로 보호층을 배치하는 단계.
10: 노출된 전극에 대한 전기 접촉을 만드는 단계. 예컨대, 납이 노출된 전극에 접합된다.
상기 기재된 실시예의 예시에서, 디바이스(18000)의 저항은 2.5Ω로 측정된다. 디바이스가 3.7V 전압에 연결된 후 50초내에 안정적인 조건에 도달할 수 있다.
도 19a은 본 발명의 실시예에 따라 전열막 디바이스에서의 온도 분포의 그래프(19000a)를 도시한다. 19000a은 적외선 카메라에 의해 포착되었다. 19000a는 상기 기재된 가열된 전열막 디바이스의 온도 분포를 기재한다.
도 19b는 도 19a로부터 유발된 온도 분포(19000b)의 그래프를 도시한다. 19000b는 디바이스에 걸친 온도 분포를 양적으로(quantitatively) 기재한다. 도달한 안정 온도는 143.8℃이고, T=kU2/d2R+t에 따르도록 구성된다. 본 예시에서, U는 3.7V이고，d는 3mm이고，R는 120Ω/sq이고, t는 22℃이며 k는 96℃cm2 W-1이다.
[실시예 17]
일부 실시예에서, 전극 버스 바의 폭 및 다수의 서브 내부 전극은 전극 버스 바 상의 전압이 변동의 10% 이내가 되도록 실시예 16에서 기재된 디바이스에 기초하여 조정된다. 일 예시에서, 길이가 108mm 이하인 11개의 내부 전극은 서로 4mm의 10개의 간격을 갖는다. 전극 버스 바는 8mm 너비이다. 전극 버스 바의 전압은 변동의 3.6% 이내에서 테스트된다.
[실시예 18]
본 발명은 또한 전술한 바와 같은 실시예에 기재된 전열막 디바이스를 포함하는 전열 장치(electro-thermal apparatus)를 제공한다. 전열 장치는 난방 장치(warming machine), 발열 속옷, 무릎 덮개 및 손목 보호대를 포함하되 이에 한정되지 않는다.
상기 난방 장치는 가열 온도를 제어하기 위하여 온도 제어 모듈 및 온도 센서를 더 포함한다. 본 발명의 일 예시에 있어서, 난방 장치는 프레임, 바람직하게 액자(picture frame)의 형태를 취한다. 본 공개에서, 액자는 액자의 프레임 부분뿐만 아니라 장식 층 및 백 플레이트와 같은 다른 구성요소 등을 포함할 수 있다. 액자의 경우, 전열막 디바이스는 액자의 프레임에서 그리고 액자의 장식 층과 백 플레이트 사이 중 적어도 하나에 제공될 수 있다. 바람직하게 액자는 열 전도성 층을 포함할 수 있다. 열 전도성 층은, 전열막 장치와 장식층 사이 및 전열막 디바이스의 층과 백 플레이트 사이 중 적어도 하나에 제공되는 것이 바람직하다. 바람직하게, 열 전도성 층은 열 전도성 그리즈를 포함한다.
발열 속옷은 또한 가열 온도를 제어하기 위하여 온도 제어 모듈 및 온도 센서를 포함한다. 바람직하게, 상기 전열막 디바이스는 상기 발열 속옷의 내층과 외층 사이에 제공된다.
상기 실시예는 본 발명을 한정하기 보다는 본 발명을 설명하기 위해 사용된 것이다. 당업자라면 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양한 변형 및 수정을 할 수 있다. 따라서, 임의의 등가의 기술적 해결책이 또한 본 발명에 포함되며, 본 발명의 특허 보호 범위는 청구범위에 의해 결정된다.

Claims (45)

  1. 전열막(electro-thermal film) 디바이스로서,
    기판;
    상기 기판상에 배치된 도체 층; 및
    상기 도체 층에 부착된 제 1 전극 및 제 2 전극을 포함하고;
    상기 제 1 전극은 제 1 버스 바(bus bar)와 상기 제 1 버스 바로부터 연장하는 적어도 하나의 제 1 내부 전극을 포함하며, 상기 제 2 전극은 상기 제 2 버스 바 및 상기 제 2 버스 바로부터 연장하는 적어도 하나의 제 2 내부 전극을 포함하고, 상기 제 1 내부 전극 및 상기 제 2 내부 전극은 교호로 배치되며 서로 분리되는, 전열막 디바이스.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 1 버스 바는 양(positive)의 전력 입력에 연결되고 제 2 버스 바는 음(negative)의 전력 입력에 연결될 때 전류는 상기 제 1 버스 바로부터 상기 도체 층으로, 상기 제 1 내부 전극으로, 상기 제 2 내부 전극으로 이어서 상기 제 2 버스 바로 순차적으로 흐르는, 전열막 디바이스.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극은 상기 도체 층의 동일한 측면 상에 있는, 전열막 디바이스.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극은 상기 도체 층의 상이한 측면들 상에 있는, 전열막 디바이스.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 도체 층과 상기 전극을 그 위에서 덮는 보호층을 더 포함하는, 전열막 디바이스.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 1 내부 전극 및 상기 제 2 내부 전극은 선형, 곡선형 또는 지그재그 형인, 전열막 디바이스.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 1 버스 바 및 상기 제 2 버스 바는 선형, 곡선형, 원형 또는 타원형을 포함하는 형상을 형성하는, 전열막 디바이스.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극은 상기 기판과 상기 도체 층 사이에 있는, 전열막 디바이스.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 1 내부 전극 및 상기 제 2 내부 전극은 동일한 폭을 갖는, 전열막 디바이스.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극의 적어도 하나의 내부 전극은 적어도 2개의 서브 내부 전극을 포함하고, 인접한 서브 내부 전극들 사이의 갭이 존재하는, 전열막 디바이스.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 서브 내부 전극은 동일한 폭을 갖는, 전열막 디바이스.
  12. 청구항 10에 있어서,
    상기 서브 내부 전극의 폭은 인접한 서브 내부 전극들 사이의 갭과 동일한, 전열막 디바이스.
  13. 청구항 10에 있어서,
    상기 갭은 2㎛이며, 상기 서브 내부 전극의 폭은 각각의 내부 전극의 전류 전달 용량을 기초로 결정되는, 전열막 디바이스.
  14. 청구항 10에 있어서,
    상기 제 1 버스 바 및 상기 제 2 버스 바는 복수의 홀을 갖는, 전열막 디바이스.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 제 1 버스 바의 홀은 상기 제 2 내부 전극에 의해 지정된 위치에 있으며, 상기 제 2 버스 바의 홀은 상기 제 1 내부 전극에 의해 지정된 위치에 있는, 전열막 디바이스.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 제 2 버스 바 및 상기 제 1 버스 바의 홀은 2개의 둥근 단부를 갖는 직사각형 형상을 가질 수 있으며, 2개의 둥근 단부들 사이의 거리는 대응하는 내부 전극의 폭에 대응하는, 전열막 디바이스.
  17. 청구항 10에 있어서,
    인접한 내부 전극들 간의 분리된 도체 층의 일부는 적어도 하나의 추가 홀을 갖는, 전열막 디바이스.
  18. 청구항 10에 있어서,
    상기 적어도 하나의 추가 홀은 1mm 이하의 직경을 갖는, 전열막 디바이스.
  19. 청구항 1에 있어서,
    상기 디바이스는 수학식 T=kU2/d2R+t과 일치하도록 구성되고, T는 안정 온도(단위: ℃)이고, t는 시작 온도(단위: ℃)이고, U는 12V 이하의 입력 전압(단위: V)이고, d는 2개의 이웃하는 내부 전극 사이의 거리이고, R는 상기 도체 층의 시트 저항(단위: Ω/sq)이며, k는 10 내지 200 ℃cm2 W-1의 범위의 상수이며 상기 디바이스와 공기 사이의 열 전도도에 반비례하는, 전열막 디바이스.
  20. 청구항 1에 있어서,
    상기 디바이스는 수학식 n(n+1)lρ1/WHR<1/5과 일치하도록 구성되고, 상기 버스 바의 내부 전극을 접합시키는 부분들의 전압 변동은 10%를 초과하지 않고, n은 2개의 이웃하는 내부 전극에 의해 형성되는 간격의 수이고, 1은 최장 내부 전극의 길이(단위: m)이고, ρ1는 상기 버스 바의 고유 저항(resistivity)(단위: Ωm)이고, W는 상기 버스 바의 폭(단위: m)이고, H는 상기 버스 바의 두께(단위: m)이며, R는 상기 도체 층의 시트 저항(단위: Ω/sq)인, 전열막 디바이스.
  21. 청구항 1에 있어서,
    상기 디바이스는 수학식 nl2ρ2/whLR<1/5과 일치하도록 구성되고, 동일한 내부 전극 상의 전압 변동은 10%를 초과하지 않고, n은 2개의 이웃하는 내부 전극에 의해 형성되는 간격의 수이고, l은 최장 내부 전극의 길이(단위: m)이고, ρ2는 상기 내부 전극의 고유 저항(단위: Ωm)이고, w는 상기 내부 전극의 폭(단위: m)이고, h는 상기 내부 전극의 두께(단위: m)이며, L은 각각의 버스 바 상의 2개의 내부 전극 사이에서의 최장 거리의 길이(단위: m)이며, R은 상기 도체 층의 시트 저항(단위: Ω/sq)인, 전열막 디바이스.
  22. 청구항 1에 있어서,
    상기 도체 층은 그라핀, 탄소 나노 튜브, 인듐 주석 산화물(ITO), 불소 도핑된 주석 산화물(FTO; Fluorine-doped tin oxide) 또는 알루미늄 도핑된 아연 산화물(AZO) 중 적어도 하나를 포함하는, 전열막 디바이스.
  23. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극은 은, 은 페이스트, 구리, 구리 페이스트, 알루미늄, ITO 또는 그라핀 중 적어도 하나를 포함할 수 있는, 전열막 디바이스.
  24. 청구항 1에 있어서,
    상기 기판은 유리 또는 폴리머를 포함하는, 전열막 디바이스.
  25. 청구항 24에 있어서,
    상기 기판은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리비닐 클로라이드(PVC), 폴리에틸렌(PE), 폴리카보네이트(PC), 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA), 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF), 폴리아닐린(PANI) 중 적어도 하나의 재료를 포함하는, 전열막 디바이스.
  26. 청구항 5에 있어서,
    상기 보호층은 가요성 재료를 포함할 수 있는, 전열막 디바이스.
  27. 청구항 5에 있어서,
    상기 가요성 재료는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리비닐 클로라이드(PVC), 폴리에틸렌(PE)) 또는 폴리카보네이트(PC) 중 적어도 하나의 재료를 포함할 수 있는, 전열막 디바이스.
  28. 청구항 1에 있어서,
    상기 디바이스는 상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극의 적어도 2개의 세트를 포함하고, 상기 적어도 2개의 세트 중 하나의 세트는 다른 세트와 직렬로 또는 병렬로 연결할 수 있는, 전열막 디바이스.
  29. 청구항 1 내지 청구항 28 중 어느 한 항에 기재된 상기 전열막 디바이스를 포함하는, 전열 장치.
  30. 청구항 29에 있어서,
    상기 전열 장치는 난방 장치(warming machine), 발열 속옷, 무릎 덮개 및 손목 보호대를 포함하는, 전열 장치.
  31. 청구항 30에 있어서,
    상기 난방 장치은 프레임의 형태를 취하는, 전열 장치.
  32. 청구항 31에 있어서,
    상기 난방 장치는 액자(picture frame)이며, 상기 전열막 디바이스는 상기 액자의 프레임에서와 상기 액자의 장식층과 백 플레이트(back plate) 사이 둘 중 적어도 하나의 위치에 제공되는, 전열 장치.
  33. 청구항 32에 있어서,
    상기 전열막 디바이스와 상기 장식층 사이 그리고 상기 전열막 디바이스와 상기 백 플레이트 사이, 둘 중 적어도 하나의 위치에 위치되는 열 전도성 층을 더 포함하는, 전열 장치.
  34. 청구항 33에 있어서,
    상기 열 전도성 층은 열 전도성 그리즈를 포함하는, 전열 장치.
  35. 청구항 30에 있어서,
    상기 전열막 디바이스는 상기 발열 속옷의 내층과 외층 사이에 제공되는, 전열 장치.
  36. 청구항 30에 있어서,
    상기 난방 장치 및 상기 발열 속옷은 가열 온도를 제어하기 위하여 온도 제어 모듈 및 온도 센서를 더 포함하는, 전열 장치.
  37. 전열막 디바이스를 제조하기 위한 방법으로서,
    기판을 제공하는 단계;
    상기 기판상에 배치된 도체 층을 배치하는 단계;
    상기 도체 층 상에 제 1 전극 및 제 2 전극을 배치하는 단계를 포함하고,
    상기 제 1 전극은 제 1 버스 바와 상기 제 1 버스 바로부터 연장하는 적어도 하나의 제 1 내부 전극을 포함하며, 상기 제 2 전극은 상기 제 2 버스 바 및 상기 제 2 버스 바로부터 연장하는 적어도 하나의 제 2 내부 전극을 포함하고, 상기 제 1 내부 전극 및 상기 제 2 내부 전극은 교호로 배치되며 서로 분리되는, 제조하기 위한 방법.
  38. 청구항 37에 있어서,
    상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극은 상기 도체 층의 동일한 측면 상에 있는, 제조하기 위한 방법.
  39. 청구항 37에 있어서,
    상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극은 상기 도체 층의 상이한 측면들 상에 있는, 제조하기 위한 방법.
  40. 청구항 37에 있어서,
    상기 기판상에 도체 층을 배치하는 단계 및 상기 도체 층 상에 상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극을 배치하는 단계는 금속 포일 상에 상기 도체 층을 배치하는 단계; 상기 기판에 상기 금속 포일에 반대 방향인 상기 도체 층의 측면을 접합하는 단계 및 상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극을 형성하기 위해 상기 금속 포일을 패터닝하는 단계를 포함하는, 제조하기 위한 방법.
  41. 청구항 37에 있어서,
    상기 도체 층과 상기 전극을 그 위에서 덮는 보호층을 형성하는 단계를 더 포함하는, 제조하기 위한 방법.
  42. 청구항 37에 있어서,
    상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극의 적어도 하나의 내부 전극은 적어도 2개의 서브 내부 전극을 포함하도록 형성되고, 인접한 서브 내부 전극들 간에 갭이 존재하는, 제조하기 위한 방법.
  43. 청구항 37에 있어서,
    상기 제 1 버스 바 및 상기 제 2 버스 바 상에 복수의 홀을 형성하는 단계를 포함하는, 제조하기 위한 방법.
  44. 청구항 43에 있어서,
    상기 제 1 버스 바의 홀은 상기 제 2 내부 전극에 의해 지정된 위치에 있으며, 상기 제 2 버스 바의 홀은 상기 제 1 내부 전극에 의해 지정된 위치에 있는, 제조하기 위한 방법.
  45. 청구항 37에 있어서,
    인접 내부 전극들 사이에서 분리되어 있는 상기 도체 층의 일부들 상에 적어도 하나의 추가 홀을 형성하는 단계를 더 포함하는, 제조하기 위한 방법.
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