KR20200038270A - 히터 - Google Patents
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Abstract
히터(1a)는 유기 고분자로 된 시트상의 지지체(10)와, 발열체(20)와, 발열체(20)에 접촉하고 있는 한 쌍의 급전용 전극(30)을 구비한다. 발열체(20)는, 산화 인듐을 주성분으로서 함유하고 있는 다결정체로 된 투명 도전막이다. 히터(1a)에서, 발열체(20)는 1.4×10-4Ω·cm∼3×10-4Ω·cm의 비저항을 갖는다. 발열체(20)의 두께는 20nm 초과 100nm 이하이다.
Description
본 발명은 히터에 관한 것이다.
종래, 산화 인듐 주석(ITO)을 포함하는 박막의 발열체를 구비한 면상의 히터가 알려져 있다.
예컨대, 특허문헌 1에는 글래스 기판 위에 산화 인듐 주석(ITO)을 주성분으로 하는 페이스트를 소결하여 형성한 박막의 ITO 발열체를 구비한 히트 글래스가 기재되어 있다. ITO 발열체는 소정의 평균 입경을 갖는 ITO의 구상(狀) 입자를 용제 및 수지와 혼합하여 만들어진 ITO 페이스트를 글래스 기판에 스크린 인쇄하고 소결함으로써 형성되어 있다. 예컨대, ITO 페이스트는 480℃에서 30분간 소결되어 있다. 이에 의해, 낮은 저항율과 높은 투과율을 갖는 ITO 발열체가 형성된다고 기재되어 있다.
특허문헌 2에는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 등의 투명 유기 고분자 필름 위에 DC 마그네트론 스퍼터링법에 의해 산화 인듐/Ag/산화 인듐의 적층 박막을 형성한 구성을 갖는 투명 면상 히터가 제안되어 있다.
특허문헌 1에 따르면, ITO 페이스트를 소결함으로써 형성된 ITO 발열체는 0.0001Ωcm 이상 20Ωcm의 낮은 저항율을 갖고, 또한, 파장 400∼1500nm에서 높은 투과율을 갖는다. 한편, 특허문헌 1에 기재된 기술에서, ITO 페이스트의 소결에 견디기 위하여 글래스 기판 등이 필요하다. 이 때문에, 특허문헌 1에 기재된 기술에서, 유기 고분자로 된 시트상(狀)의 지지체에 ITO 등의 투명 도전막인 발열체를 형성하는 것은 상정되어 있지 않고, 특허문헌 1에 기재된 히트 글래스에는 롤-투-롤(roll-to-roll)의 제조를 적용할 수 없다. 또한, 곡면 형상을 갖는 곳에 특허문헌 1에 기재된 히트 글래스를 설치 또는 첩부(貼付)하는 것은 곤란하다.
특허문헌 2의 투명 면상 히터에 따르면, 기판으로서 유기 고분자 필름이 이용되고 있기 때문에 롤-투-롤의 제조를 적용할 수 있다. 또한, 특허문헌 2의 투명 면상 히터는, 곡면 형상을 갖는 곳에 설치 또는 첩부하기 쉽다고 생각된다. 그러나, 일반적으로 Ag 박막을 포함하는 적층체는, 박막에 찰상이 생김으로써 Ag 박막에 부식이 생기기 쉽고, 제조 시 및 시공 시의 취급이 어렵다고 생각된다. 또한, 특허문헌 2에는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 등의 투명 유기 고분자 필름 위에 DC 마그네트론 스퍼터링법으로 ITO를 형성한 구성을 갖는 투명 면상 히터도 제안되고 있다. 이 투명 면상 히터에 의하면, 박막의 찰상에 의한 부식은 방지할 수 있지만, ITO의 저항율이 높기 때문에, ITO 막은 400nm이라는 매우 두꺼운 두께를 갖고 있다. 이 때문에, 제조 시 또는 시공 시의 필름의 굽힘 변형에 의해 ITO 막에 용이하게 크랙(crack)이 들어가버릴 가능성이 있다.
이와 같이, 특허문헌 1에 따르면, 글래스 기판 위에 ITO 페이스트를 소결함으로써 저(低)비저항과 고(高)투명의 ITO 발열체를 형성 가능하지만, ITO 페이스트의 소결을 견디기 위하여 글래스 기판 등이 필요하고, 유기 고분자로 된 필름상의 지지체에 ITO 등의 투명 도전막인 발열체를 형성할 수는 없다. 한편, 특허문헌 2에는 투명 유기 고분자 필름이 기재에 이용되고, DC 마그네트론 스퍼터링법에 의해 산화 인듐/Ag/산화 인듐 박막 적층체, 또는 두께 400nm의 ITO 박막이 형성된 투명 면상 히터가 제안되어 있다. 그러나, 특허문헌 2에 기재된 기술에 따르면, 제조 시 또는 시공 시의 찰상에 의한 부식 또는 굽힘에 의한 크랙이 용이하게 생겨버릴 가능성이 있다.
그래서, 본 발명은 유기 고분자로 된 시트상의 지지체에 형성된 발열체가 긁힘 또는 굽힘에 대하여 높은 내성을 갖는 히터를 제공한다.
본 발명은,
유기 고분자로 된 시트상의 지지체와,
산화 인듐을 주성분으로서 함유하고 있는 다결정체로 된 투명 도전막인 발열체와,
상기 발열체에 접촉하고 있는 적어도 한 쌍의 급전용 전극을 구비하고,
상기 발열체는 1.4×10-4Ω·cm∼3×10-4Ω·cm의 비저항을 가지며,
상기 발열체의 두께는 20nm 초과 100nm 이하인,
히터를 제공한다.
상기 히터에서, 유기 고분자로 된 시트상의 지지체에 발열체가 형성되어 있지만, 발열체는 제조 시 또는 시공 시의 긁힘이나 굽힘에 대하여 높은 내성을 갖는다.
도 1은 본 발명의 히터의 일례를 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 히터의 다른 일례를 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 히터의 또 다른 일례를 나타내는 단면도이다.
도 4는 도 3에 나타내는 히터의 변형예를 나타내는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 히터의 또 다른 일례를 나타내는 단면도이다.
도 6은 본 발명의 히터의 또 다른 일례를 나타내는 단면도이다.
도 7은 투명 도전막의 내부 응력의 측정 방법을 개념적으로 설명하는 도이다.
도 2는 본 발명의 히터의 다른 일례를 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 히터의 또 다른 일례를 나타내는 단면도이다.
도 4는 도 3에 나타내는 히터의 변형예를 나타내는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 히터의 또 다른 일례를 나타내는 단면도이다.
도 6은 본 발명의 히터의 또 다른 일례를 나타내는 단면도이다.
도 7은 투명 도전막의 내부 응력의 측정 방법을 개념적으로 설명하는 도이다.
이하, 본 발명의 실시 형태에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다. 또한, 하기의 설명은 본 발명을 예시적으로 설명하는 것으로서, 본 발명은 이하의 실시 형태에 한정되는 것은 아니다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 히터(1a)는 지지체(10)와, 발열체(20)와, 적어도 한 쌍의 급전용 전극(30)을 구비하고 있다. 지지체(10)는 유기 고분자로 되어 있고, 시트상이다. 발열체(20)는 산화 인듐을 주성분으로서 함유하고 있는 다결정체로 된 투명 도전막이다. 본 명세서에서 '주성분'이란, 질량 기준으로 가장 많이 포함되어 있는 성분을 의미한다. 적어도 한 쌍의 급전용 전극(30)은 발열체(20)에 접촉하고 있다. 발열체(20)는 1.4×10-4Ω·cm∼3×10-4Ω·cm의 비저항을 갖는다. 발열체(20)의 두께는 20nm 초과 100nm 이하이다. 히터(1a)는 전형적으로는 면상의 히터이다.
발열체(20)는 유기 고분자로 된 시트상의 지지체(10)에 접촉하고 있고, 발열체(20)의 두께는 20nm 초과 100nm 이하로 얇기 때문에, 지지체(10)가 구부려져도 발열체(20)에 크랙이 발생하기 어렵다. 또한, 발열체(20)의 비저항이 1.4×10-4Ω·cm∼3×10-4Ω·cm로 낮기 때문에, 발열체(20)의 두께가 이와 같이 얇아도 발열체(20)의 시트 저항이 낮아, 히터(1a)가 소망하는 발열 성능을 발휘할 수 있다.
발열체(20)의 비저항은 바람직하게는 1.4×10-4Ω·cm∼2.7×10-4Ω·cm이고, 보다 바람직하게는 1.4×10-4Ω·cm∼2.5×10-4Ω·cm이다.
발열체(20)의 캐리어 밀도는, 예컨대 6×1020cm-3∼16×1020cm-3이다. 이에 의해, 보다 확실하게 발열체(20)가 낮은 비저항을 갖기 쉽고, 발열체(20)의 두께가 얇아도 발열체(20)가 낮은 시트 저항을 갖는다. 발열체(20)의 캐리어 밀도는 홀(Hall) 효과 측정에 의해 결정되고, 홀 효과 측정은, 예컨대 반 데어 파우(van der Pauw)법에 따라 이루어진다. 발열체(20)의 캐리어 밀도는 바람직하게는 7×1020cm-3∼16×102cm-3이고, 보다 바람직하게는 8×1020cm-3∼16×1020cm-3이다.
예컨대, 발열체(20)에서의 인듐 원자의 수 및 주석 원자의 수의 합에 대한 주석 원자의 수의 비는 0.04∼0.15이다. 이에 의해, 보다 확실하게 발열체(20)가 낮은 비저항을 갖기 쉽고, 발열체(20)의 두께가 얇아도 발열체(20)가 낮은 시트 저항을 갖는다.
예컨대, 발열체(20)의 결정 그레인은, 각 결정 그레인의 특정 방향에서의 투영 면적과 동등한 면적을 갖는 진원의 직경을 각 결정 그레인의 사이즈로 가정하였을 때, 150nm∼500nm의 평균 사이즈를 갖는다. 이에 의해, 보다 확실하게 발열체(20)가 낮은 비저항을 갖기 쉽고, 발열체(20)의 두께가 얇아도 발열체(20)가 낮은 시트 저항을 갖는다. 발열체(20)의 결정 그레인은 바람직하게는 180nm∼500nm의 평균 사이즈를 갖고, 보다 바람직하게는 200nm∼500nm의 평균 사이즈를 갖는다. 발열체(20)의 결정 그레인은, 예컨대 실시예에 기재된 방법에 따라 결정할 수 있다.
발열체(20)에 포함되는 아르곤 원자의 농도는, 예컨대 질량 기준으로 3.5ppm(parts per million) 이하이다. 이에 의해, 보다 확실하게 발열체(20)가 낮은 비저항을 갖기 쉽고, 발열체(20)의 두께가 얇아도 발열체(20)가 낮은 시트 저항을 갖는다. 발열체(20)에 포함되는 아르곤 원자의 농도는 바람직하게는 질량 기준으로 3.0ppm 이하이고, 보다 바람직하게는 질량 기준으로 2.7ppm 이하이다.
X선 응력 측정법에 의해 측정되는 발열체(20)의 내부 응력은, 예컨대 20∼650MPa이다. 이에 의해, 발열체(20)에 크랙이 보다 발생하기 어렵다. 발열체(20)의 내부 응력은, X선 응력 측정법에 따라 실시예에 기재된 방법으로 측정할 수 있다. 발열체(20)의 내부 응력은 50∼650MPa이어도 되고, 100∼650MPa이어도 된다.
발열체(20)를 구성하는 투명 도전막은 특별히 제한되지 않지만, 예컨대 산화 인듐을 주성분으로서 함유하고 있는 타겟재를 이용하여 스퍼터링을 행하고, 지지체(10)의 한쪽의 주면에 타겟재에서 유래하는 박막을 형성함으로써 얻어진다. 바람직하게는, 고자장 DC 마그네트론 스퍼터법에 의해 지지체(10)의 한쪽의 주면에 타겟재에서 유래하는 박막이 형성된다. 이 경우, ITO 페이스트를 글래스 기판에 스크린 인쇄하여 소결하는 경우에 비하여 저온에서 발열체(20)를 형성할 수 있다. 이 때문에, 유기 고분자로 된 시트상의 지지체(10)에 발열체(20)를 형성할 수 있다. 또한, 투명 도전막 중에 결함이 발생하기 어렵고, 보다 많은 캐리어를 생성할 수 있음과 함께, 발열체(20)의 내부 응력이 낮아지기 쉽다.
지지체(10)의 한쪽의 주면에 형성된 박막은, 필요에 따라 어닐링 처리된다. 예컨대, 120℃∼150℃의 대기 중에 박막을 1시간∼3시간 두고 어닐링 처리가 이루어진다. 이에 의해, 박막의 결정화가 촉진되어, 다결정체로 된 투명 도전막이 유리하게 형성된다. 어닐링 처리 시의 박막의 환경 온도 및 어닐링 처리의 시간이 상기의 범위이면, 발열체(20)의 지지체(10)에 유기 고분자로 된 시트상의 지지체를 문제없이 이용할 수 있다. 또한, 투명 도전막 중에 결함이 발생하기 어렵고, 발열체(20)의 내부 응력이 낮아지기 쉽다.
히터(1a)에서, 지지체(10)의 재료는 특별히 제한되지 않지만, 바람직하게는 지지체(10)는 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리이미드, 폴리카보네이트, 폴리올레핀, 폴리에테르에테르케톤 및 방향족 폴리아미드를 포함하는 군으로부터 선택되는 적어도 하나로 되어 있다. 이에 의해, 히터(1a)가 투명성을 갖고, 또한 구부러지기 쉽다.
지지체(10)의 두께는 특정 두께로 제한되지 않지만, 양호한 투명성, 양호한 강도 및 취급 용이성의 관점으로부터, 예컨대 10㎛∼200㎛이다. 지지체(10)의 두께는 20∼180㎛이어도 되고, 30∼160㎛이어도 된다.
지지체(10)는 하드 코트층, 응력 완화층 또는 광학 조정층 등의 기능층을 구비하고 있어도 된다. 이들 기능층은, 예컨대 발열체(20)와 접촉하는 지지체(10)의 한쪽의 주면을 이루고 있다. 이들 기능층은 발열체(20)의 베이스(base)일 수 있다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 한 쌍의 급전용 전극(30)은, 예컨대 발열체(20)의 제2 주면(22)에 접촉하여 형성되어 있다. 제2 주면(22)은, 지지체(10)에 접하고 있는 발열체(20)의 제1 주면(21)의 반대측의 주면이다. 급전용 전극(30)은, 예컨대 1㎛ 이상의 두께를 갖는다. 이 경우, 급전용 전극(30)에서의 전류 용량이 히터(1a)를 높은 승온 속도로 동작시키는데 적합한 값으로 조정되기 쉽다. 이에 의해, 히터(1a)를 높은 승온 속도로 동작시키는 경우에, 급전용 전극(30)이 파괴되기 어렵다. 또한, 이 급전용 전극(30)의 두께는, 터치 패널 등의 표시 디바이스에 사용되는 투명 도전성 필름에 형성되는 전극의 두께와 비교하면 현격히 크다. 급전용 전극(30)의 두께는 바람직하게는 1.5㎛ 이상이고, 보다 바람직하게는 2㎛ 이상이다. 급전용 전극(30)의 두께는 예컨대 5mm 이하이고, 1mm 이하이어도 되며, 700㎛ 이하이어도 된다.
한 쌍의 급전용 전극(30)은, 발열체(20)에 전원(도시 생략)으로부터의 전력을 공급할 수 있는 한 특별히 제한되지 않지만, 예컨대 금속 재료로 되어 있다. 발열체(20)의 제2 주면(22)의 일부를 덮도록 마스킹 필름을 배치한다. 발열체(20)의 제2 주면(22) 위에 별도의 필름이 적층되어 있는 경우에는, 그 필름의 위에 마스킹 필름을 배치하여도 된다. 이 상태에서, 화학 기상 성장법(CVD) 및 물리 기상 성장법(PVD) 등의 드라이 프로세스 또는 도금법 등의 웨트 프로세스에 의해, 발열체(20)의 노출부 및 마스킹 필름 위에 1㎛ 이상의 금속막을 형성한다. 그 후, 마스킹 필름을 제거함으로써, 발열체(20)의 노출부 위에 금속막이 남고, 한 쌍의 급전용 전극(30)을 형성할 수 있다. 또한, CVD 및 PVD 등의 드라이 프로세스 또는 도금법 등의 웨트 프로세스에 의해, 발열체(20)의 제2 주면(22) 위에 1㎛ 이상의 금속막을 형성하고, 그 후, 불필요한 금속막을 에칭에 의해 제거하여, 한 쌍의 급전용 전극(30)을 형성하여도 된다.
한 쌍의 급전용 전극(30)은, 도전성 페이스트에 의해 형성되어도 된다. 이 경우, 투명 도전막인 발열체(20)에 도전성 페이스트를 스크린 인쇄 등의 방법에 의해 도포함으로써, 한 쌍의 급전용 전극(30)을 형성할 수 있다.
히터(1a)는, 예컨대 파장 780∼1500nm의 범위에 포함되는 근적외선을 이용한 처리를 하는 장치에서, 이 근적외선의 광로 위에 배치된다. 이 장치는, 예컨대 파장 780∼1500nm의 범위에 포함되는 근적외선을 이용하여 센싱 또는 통신 등의 소정의 처리를 행한다. 이 때문에, 히터(1a)는 예컨대 파장 780∼1500nm의 범위에 포함되는 근적외선에 대하여 높은 투과성을 갖는다.
(변형예)
히터(1a)는 다양한 관점으로부터 변경 가능하다. 예컨대, 히터(1a)는 도 2∼도 6에 나타내는 히터(1b∼1f)와 같이 변경되어도 된다. 히터(1b∼1f)는 특별히 설명하는 경우를 제외하고 히터(1a)와 동일하게 구성되어 있다. 히터(1a)의 구성 요소와 동일 또는 대응하는 히터(1b∼1f)의 구성 요소에는 동일한 부호를 붙이고 상세한 설명을 생략한다. 히터(1a)에 관한 설명은, 기술적으로 모순되지 않는 한 히터(1b∼1f)에도 적합하다.
도 2에 나타내는 바와 같이, 히터(1b)는 저굴절률층(40)을 더 구비하고 있다. 저굴절률층(40)은 발열체(20)의 제2 주면(22)에 접촉하고 있어도 되지만, 제2 주면(22)으로부터 떨어져 배치되어 있어도 된다.
도 3에 나타내는 바와 같이, 히터(1c)는 보호 필름(42)과 제1 접착층(45)을 더 구비하고 있다. 보호 필름(42)은 발열체(20)의 제1 주면(21)보다도 제2 주면(22)에 가까운 위치에 배치되어 있다. 제1 접착층(45)은 보호 필름(42)과 발열체(20)와의 사이에서 보호 필름(42) 및 발열체(20)에 접촉하고 있다. 보호 필름(42)은, 발열체(20)의 제1 주면(21)보다도 제2 주면(22)에 가까운 위치에서 최외층이고, 저굴절률층(40)에 해당한다. 이와 같이, 보호 필름(42)이 제1 접착층(45)을 개재하여 발열체(20)의 제2 주면(22)에 첩부되어 있다. 발열체(20)는, 상기와 같이 산화 인듐을 주성분으로서 함유하고 있는 다결정체로 되어 있기 때문에, 그 인성은 일반적으로 낮다. 이 때문에, 보호 필름(42)에 의해 발열체(20)를 보호함으로써, 히터(1c)의 내충격성을 높일 수 있다.
보호 필름(42)의 재료는 특별히 한정되지 않지만, 소정의 합성 수지에 의해 되어 있다. 보호 필름(42)의 두께는 특별히 제한되지 않지만, 예컨대 20㎛∼200㎛이다. 이에 의해, 히터(1c)가 양호한 내충격성을 가지면서 히터(1c)의 두께가 지나치게 커지는 것을 방지할 수 있다.
제1 접착층(45)은 특별히 한정되지 않지만, 예컨대 아크릴계 점착제 등의 공지의 광학용 점착제에 의해 형성되어 있다.
히터(1d)는 히터(1c)를 추가로 변형한 것으로서, 특별히 설명하는 경우를 제외하고 히터(1c)와 동일하게 구성되어 있다. 도 4에 나타내는 바와 같이, 히터(1d)는 보호 필름(42)과 제1 접착층(45)을 더 구비하고 있다. 보호 필름(42)은 발열체(20)의 제1 주면(21)보다도 제2 주면(22)에 가까운 위치에 배치되어 있다. 제1 접착층(45)은 보호 필름(42)과 발열체(20)와의 사이에서 보호 필름(42) 및 발열체(20)에 접촉하고 있다. 도 4에 나타내는 바와 같이, 히터(1d)도 저굴절률층(40)을 갖고 있지만, 저굴절률층(40)은 제1 접착층(45)과 접촉하고 있는 보호 필름(42)의 주면의 반대측의 주면에 형성되어 있다.
히터(1d)에 의하면, 보호 필름(42)이 비교적 높은 굴절률을 갖는 경우에도, 히터(1d)에서의 파장 780∼1500nm의 근적외선의 반사율을 낮게 억제할 수 있다. 저굴절률층(40)은 바람직하게는 보호 필름(42)이 갖는 굴절률보다도 낮은 굴절률을 갖는다.
히터(1e)는 히터(1c)를 추가로 변형한 것으로서, 특별히 설명하는 경우를 제외하고 히터(1c)와 동일하게 구성되어 있다. 도 5에 나타내는 바와 같이, 히터(1e)는 세퍼레이터(60)와 제2 접착층(65)을 더 구비하고 있다. 세퍼레이터(60)는 제3 주면(13)보다도 제4 주면(14)의 가까이에 배치되어 있다. 제3 주면(13)은 발열체(20)가 접촉하고 있는 지지체(10)의 주면이다. 제4 주면(14)은 제3 주면(13)의 반대측에 위치하는 지지체(10)의 주면이다. 제2 접착층(65)은 세퍼레이터(60)와 지지체(10)와의 사이에서 세퍼레이터(60) 및 지지체(10)에 접촉하고 있다. 세퍼레이터(60)를 박리함으로써 제2 접착층(65)이 노출된다. 그 후, 제2 접착층(65)을 피착재에 압압(pressing)함으로써, 세퍼레이터(60)가 제거된 히터(1e)를 피착재에 첩부할 수 있다. 또한, 히터(1a), 히터(1b) 및 히터(1d)가 동일하게 변형되어도 된다.
세퍼레이터(60)는, 전형적으로는 제2 접착층(65)을 덮고 있을 때에 제2 접착층(65)의 접착력을 유지할 수 있고, 또한, 제2 접착층(65)으로부터 용이하게 박리할 수 있는 필름이다. 세퍼레이터(60)는 예컨대, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 등의 폴리에스테르 수지제의 필름이다.
제2 접착층(65)은 예컨대, 아크릴계 점착제 등의 공지의 광학용 점착제에 의해 형성되어 있다.
히터(1f)는 히터(1c)를 추가로 변형한 것으로서, 특별히 설명하는 경우를 제외하고 히터(1c)와 동일하게 구성되어 있다. 도 6에 나타내는 바와 같이, 히터(1f)는 성형체(80)와 제2 접착층(65)을 더 구비하고 있다. 성형체(80)는 제3 주면(13)보다도 제4 주면(14)의 가까이에 배치되어 있다. 제3 주면(13)은 발열체(20)가 접촉하고 있는 지지체(10)의 주면이다. 제4 주면(14)은 제3 주면(13)의 반대측에 위치하는 지지체(10)의 주면이다. 제2 접착층(65)은 성형체(80)와 지지체(10)와의 사이에서 성형체(80) 및 지지체(10)에 접촉하고 있다. 또한, 히터(1a), 히터(1b) 및 히터(1d)는 동일하게 변형되어도 된다.
성형체(80)는 예컨대, 파장 780∼1500nm의 근적외선을 투과시키는 부품이다. 예컨대, 성형체(80)의 표면에 안개, 서리 및 눈 등의 부착물이 부착되면, 성형체(80)를 투과해야 할 근적외선이 차단되어 버린다. 그러나, 히터(1f)의 한 쌍의 급전용 전극(30)에 전압을 가하고 발열체(20)를 발열시켜 성형체(80)의 표면에 부착된 안개, 서리 및 눈 등의 부착물을 제거할 수 있다. 이에 의해, 히터(1f)가 파장 780∼1500nm의 근적외선을 투과시키는 특성을 유지할 수 있다.
제2 접착층(65)은 특별히 한정되지 않지만, 예컨대 아크릴계 점착제 등의 공지의 광학용 점착제에 의해 형성되어 있다.
히터(1f)는 예컨대, 히터(1e)의 세퍼레이터(60)를 박리하여 노출된 제2 접착층(65)을 성형체(80)에 압압하여, 세퍼레이터(60)가 제거된 히터(1e)를 성형체(80)에 첩부함으로써 제작할 수 있다.
[실시예]
이하, 실시예에 의해 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 또한, 본 발명은 이하의 실시예에 한정되지 않는다. 우선, 실시예 및 비교예에 관한 평가 방법 및 측정 방법에 대하여 설명한다.
[두께 측정]
X선 회절 장치(리가쿠사 제조, 제품명: RINT2200)를 이용하여, X선 반사율법에 의해 각 실시예 및 각 비교예에 따른 히터의 투명 도전막(발열체)의 두께를 측정하였다. 결과를 표 1에 나타낸다. 또한, X선 회절 장치를 이용하여, 투명 도전막에 대한 X선 회절 패턴을 얻었다. X선으로서는 CuKα 선을 이용하였다. 얻어진 X선 회절 패턴으로부터 투명 도전막이 다결정 상태인지 비정질 상태인지를 확인하였다. 또한, 촉침식 표면 형상 측정기(ULVAC사 제조, 제품명: Dektak8)를 이용하여, 각 실시예 및 각 비교예에 따른 히터의 급전용 전극의 단부의 높이를 계측하여, 각 실시예 및 각 비교예에 따른 히터의 급전용 전극의 두께를 측정하였다. 각 실시예 및 각 비교예에 따른 히터의 급전용 전극의 두께는 20㎛이었다.
[시트 저항 및 비저항]
비접촉식 저항 측정 장치(냅슨사 제조, 제품명: NC-80MAP)를 이용하여, 일본 공업 규격(JIS)Z 2316:2014에 준거하여 와전류(eddy current) 측정법에 의해 각 실시예 및 각 비교예에 따른 히터의 투명 도전막(발열체)의 시트 저항을 측정하였다. 결과를 표 1에 나타낸다. 또한, 두께 측정에 의해 얻어진 투명 도전막(발열체)의 두께와 투명 도전막(발열체)의 시트 저항과의 곱을 구하여, 각 실시예 및 각 비교예에 따른 히터의 투명 도전막(발열체)의 비저항을 결정하였다. 결과를 표 1에 나타낸다.
[캐리어 밀도]
홀 효과 측정 장치(나노메트릭스사 제조, 제품명: HL5500PC)를 이용하여, 각 실시예 및 각 비교예에 따른 투명 도전막 부착 필름 대하여, 반 데어 파우법에 따라 홀 효과 측정을 행하였다. 홀 효과 측정의 결과로부터, 각 실시예 및 각 비교예에 따른 히터의 투명 도전막(발열체)의 캐리어 밀도를 구하였다. 결과를 표 1에 나타낸다.
[결정 그레인의 사이즈]
각 실시예 및 일부 비교예에 따른 투명 도전막 부착 필름으로부터 관찰용 시료를 제작하였다. 투과형 전자 현미경(히타치하이테크놀로지즈사 제조, 제품명: H-7650)을 이용하여 각 실시예 및 각 비교예에 따른 관찰용 시료를 관찰하고, 결정 그레인의 윤곽이 명확한 화상을 얻었다. 이 화상에서의 100개 이상의 결정 그레인에 대하여, 각 결정 그레인의 투영 면적과 동등한 면적을 갖는 진원의 직경을 각 결정 그레인의 사이즈로 정하였다. 그 후, 100개 이상의 결정 그레인에 대한 평균 사이즈를 구하였다. 결과를 표 1에 나타낸다.
[아르곤 원자의 농도]
이온빔 분석 시스템(National Electrostics Corporation제조, 제품명: Pelletron 3SDH)을 이용하여, 각 실시예 및 일부의 비교예에 따른 투명 도전막 부착 필름으로부터 제작한 시료에 대하여, 러더포드 후방 산란 분광 분석(Rutherford backscattering spectroscopy: RBS)의 측정을 행하였다. 이 측정 결과로부터, 투명 도전막에서의 아르곤 원자의 질량 기준의 농도를 구하였다. 결과를 표 1에 나타낸다.
[내부 응력]
X선 회절 장치(리가쿠사 제조, 제품명: RINT2200)를 이용하여, 40kV 및 40mA의 광원으로부터 Cu-Kα선(파장 λ: 0.1541nm)을 평행 빔 광학계를 통과시켜 시료에 조사하고, sin2Ψ법의 원리로 각 실시예 및 일부 비교예에서의 투명 도전막의 내부 응력(압축 응력)을 평가하였다. sin2Ψ법은, 다결정 박막의 결정 격자 왜곡의 각도(Ψ)에 대한 의존성으로부터 박막의 내부 응력을 구하는 수법이다. 상기의 X선 회절 장치를 이용하여. θ/2θ 스캔 측정에 의해 2θ=29.8°∼31.2°의 범위에서 0.02°마다 회절 강도를 측정하였다. 각 측정점에서의 적산 시간은 100초로 설정하였다. 얻어진 X선 회절(ITO의(222)면의 피크)의 피크 각 2θ와, 광원으로부터 조사된 X선의 파장 λ으로부터 각 측정 각도(Ψ)에서의 ITO 결정 격자면 간격 d를 산출하고, 결정 격자면 간격 d로부터 하기의 식(1) 및 식(2)의 관계로부터 결정 격자 왜곡 ε을 산출하였다. λ는 광원으로부터 조사된 X선(Cu-Kα 선)의 파장이고, λ=0.1541nm이다. d0는 무응력 상태의 ITO의 격자면 간격이고, d0=0.2910nm이다. d0의 값은 ICDD(International Centre for Diffraction Data)의 데이터베이스에 기재된 값이다.
2dsinθ=λ (1)
ε=(d-d0)/d0 (2)
도 7에 나타내는 바와 같이, 투명 도전막의 시료 Sa의 주면에 대한 법선과 ITO 결정 Cr의 결정면의 법선이 이루는 각도(Ψ)가 45°, 52°, 60°, 70° 및 90°인 각각의 경우에서, 상기의 X선 회절 측정을 행하고, 각각의 각도(Ψ)에서의 결정 격자 왜곡 ε을 산출하였다. 그 후, 투명 도전막의 면내 방향의 잔류 응력(내부 응력) σ을, sin2Ψ와 결정 격자 왜곡 ε과의 관계를 플로트한 직선의 기울기로부터 하기 식(3)에 의해 구하였다. 결과를 표 1에 나타낸다.
ε={(1+ν)/E}σsin2Ψ-(2ν/E)σ (3)
상기의 식(3)에서, E는 ITO의 영률(116GPa)이고, ν는 포아송 비(0.35)이다. 이들의 값은 D.G.Neerinck and T.J.Vink, "Depth Profiling of thin ITO films by grazing incidence X-ray diffraction", Thin Solid Films, 278(1996), P12-17에 기재되어 있는 값이다. 도 7에서, 검출기(100)는 X선 회절을 검출한다.
[둘러감기 시험]
각 실시예 및 각 비교예에 따른 투명 도전막 부착 필름을 20mm×100mm의 스트립 형상(strip shape)으로 절취하여 시험편을 제작하였다. 이 시험편을 상이한 직경을 갖는 실린더형 봉(cylinderical rod)에 둘러감은 후에 시험편의 양단에 100g의 추를 고정하고, 추를 10초간 매달았다. 또한, 투명 도전막(발열체)보다도 지지체가 실린더형 봉의 가까이에 위치하도록 투명 도전막 부착 필름을 실린더형 봉에 둘러감았다. 그 후, 투명 도전막에서의 크랙의 발생 유무를 광학 현미경에 의해 확인하였다. 각 실시예 및 각 비교예에 따른 투명 도전막 부착 필름 대하여, 투명 도전막에서 크랙이 발생한 투명 도전막 부착 필름이 둘러감아져 있는 실린더형 봉의 직경의 최대치를 특정하였다. 결과를 표 2에 나타낸다.
[찰상 시험]
각 실시예 및 각 비교예에 따른 투명 도전막 부착 필름을 50mm×150mm의 스트립 형상으로 절취하여 시험편을 제작하였다. 투명 도전막 부착 필름에서의 지지체의 투명 도전막이 형성된 면과 반대 면을 25㎛의 두께를 갖는 점착제층을 개재하여 1.5mm 두께의 글래스판에 첩합하여, 찰상 시험용 시료를 제작하였다. 10연식 펜 시험기를 이용하여, 스틸 울(제품명: 본스타, 등급: #0000)로 1kg의 하중을 가하면서, 글래스판 위에 고정한 투명 도전막의 노출된 면의 100mm 길이 범위를 10회 왕복하여 긁었다. 또한, 긁은 후의 시료의 환경을 85℃ 및 85% RH에 100시간 유지한 후, 투명 도전막의 변색의 유무를 육안으로 확인하였다. 결과를 표 2에 나타낸다.
[승온 특성]
키쿠스이전자공업사 제조의 직류 정전압 전원을 이용하여, 각 실시예 및 각 비교예에 따른 히터의 한 쌍의 급전용 전극에 12V의 전압을 인가하여, 히터의 투명 도전막(발열체)에 전류를 흘리는 통전 시험을 행하였다. 통전 시험의 기간 중에, 플리어(FLIR) 시스템즈사 제조의 서모그래피를 이용하여, 투명 도전막(발열체)의 표면 온도를 측정하고, 승온 속도를 산출하였다. 각 실시예 및 각 비교예에 따른 히터의 승온 특성을 승온 속도에 기초하여 하기의 기준에 따라 평가하였다. 결과를 표 2에 나타낸다.
AA: 승온 속도가 100℃/분 이상이다.
A: 승온 속도가 30℃/분 이상 100℃/분 미만이다.
X: 승온 속도가 30℃/분 미만이다.
<실시예 1>
125㎛의 두께를 갖는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 필름의 한쪽의 주면 위에, 산화 인듐 주석(ITO)(산화 주석의 함유율: 10중량%)을 타겟재로서 이용하여, 당해 타겟재의 표면에서의 수평 자장의 자속 밀도가 100mT(밀리테슬라)의 고자장이고, 미량의 아르곤 가스가 존재하는 상태에서, DC 마그네트론 스퍼터법에 의해 50nm의 두께의 ITO 막을 형성하였다. ITO 막을 형성한 후의 PET 필름을 150℃의 대기 중에 3시간 두고, 어닐링 처리를 행하였다. 이에 의해, ITO를 결정화시켜 투명 도전막(발열체)을 형성하였다. 이와 같이 하여 실시예 1에 따른 투명 도전막 부착 필름을 얻었다.
투명 도전막 부착 필름을 스트립 형상(단변: 30mm×장변: 50mm)으로 절취하고, 서로 대향하면서 길이 방향으로 연장되어 있는 투명 도전막의 한 쌍의 단부가 노출되도록 마스킹 필름으로 투명 도전막의 일부를 덮었다. 한 쌍의 단부의 각각은 2mm의 폭을 갖고 있었다. 이 상태에서, 투명 도전막 및 마스킹 필름 위에 100nm의 두께를 갖는 Cu 박막을 DC 마그네트론 스퍼터법에 의해 형성하였다. 또한, Cu 박막에 대하여, 습식 도금 처리를 행하여 Cu막의 두께를 20㎛까지 증가시켰다. 그 후, 마스킹 필름을 제거하여 투명 도전막의 한 쌍의 단부에 상당하는 부분에 한 쌍의 급전용 전극을 형성하였다. 또한, 투명 도전막의 PET 필름과 접촉하고 있는 주면과 반대측의 주면에서의 한 쌍의 급전용 전극의 사이 부분에 50㎛의 두께를 갖는 PET 필름을 점착제에 의해 첩부하여, 도전막을 보호하였다. 이와 같이 하여 실시예 1에 따른 히터를 제작하였다.
<실시예 2>
투명 도전막의 두께가 25nm가 되도록 DC 마그네트론 스퍼터법의 조건을 변경한 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여 실시예 2에 따른 투명 도전막 부착 필름을 얻었다. 실시예 1에 따른 투명 도전막 부착 필름 대신에 실시예 2에 따른 투명 도전막 부착 필름을 이용한 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여 실시예 2에 따른 히터를 제작하였다.
<실시예 3>
투명 도전막의 두께가 80nm가 되도록 DC 마그네트론 스퍼터법의 조건을 변경한 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여 실시예 3에 따른 투명 도전막 부착 필름을 얻었다. 실시예 1에 따른 투명 도전막 부착 필름 대신에 실시예 3에 따른 투명 도전막 부착 필름을 이용한 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여 실시예 3에 따른 히터를 제작하였다.
<실시예 4>
산화 인듐 주석(ITO)(산화 주석의 함유율: 5중량%)을 타겟재로서 이용한 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여 실시예 4에 따른 투명 도전막 부착 필름을 얻었다. 실시예 1에 따른 투명 도전막 부착 필름 대신에 실시예 4에 따른 투명 도전막 부착 필름을 이용한 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여 실시예 4에 따른 히터를 제작하였다.
<실시예 5>
산화 인듐 주석(ITO)(산화 주석의 함유율: 15중량%)을 타겟재로서 이용하여, 투명 도전막의 두께가 50nm가 되도록 DC 마그네트론 스퍼터법의 조건을 조정한 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여 실시예 5에 따른 투명 도전막 부착 필름을 얻었다. 실시예 1에 따른 투명 도전막 부착 필름 대신에 실시예 5에 따른 투명 도전막 부착 필름을 이용한 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여 실시예 5에 따른 히터를 제작하였다.
<실시예 6>
PET 필름 대신에 125㎛의 두께를 갖는 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN) 필름을 이용한 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여 실시예 6에 따른 투명 도전막 부착 필름을 얻었다. 실시예 1에 따른 투명 도전막 부착 필름 대신에 실시예 6에 따른 투명 도전막 부착 필름을 이용한 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여 실시예 6에 따른 히터를 제작하였다.
<실시예 7>
PET 필름 대신에 125㎛의 두께를 갖는 투명한 폴리이미드(PI) 필름을 이용한 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여 실시예 7에 따른 투명 도전막 부착 필름을 얻었다. 실시예 1에 따른 투명 도전막 부착 필름 대신에 실시예 7에 따른 투명 도전막 부착 필름을 이용한 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여 실시예 7에 따른 히터를 제작하였다.
<비교예 1>
ITO 막의 어닐링 처리를 수행하지 않은 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여 비교예 1에 따른 투명 도전막 부착 필름을 얻었다. 실시예 1에 따른 투명 도전막 부착 필름 대신에 비교예 1에 따른 투명 도전막 부착 필름을 이용한 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여 비교예 1에 따른 히터를 제작하였다.
<비교예 2>
투명 도전막의 두께가 17nm가 되도록 DC 마그네트론 스퍼터법의 조건을 변경 한 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여 비교예 2에 따른 투명 도전막 부착 필름을 얻었다. 실시예 1에 따른 투명 도전막 부착 필름 대신에 비교예 2에 따른 투명 도전막 부착 필름을 이용한 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여 비교예 2에 따른 히터를 제작하였다.
<비교예 3>
투명 도전막의 두께가 140nm가 되도록 DC 마그네트론 스퍼터법의 조건을 변경한 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여 비교예 3에 따른 투명 도전막 부착 필름을 얻었다. 실시예 1에 따른 투명 도전막 부착 필름 대신에 비교예 3에 따른 투명 도전막 부착 필름을 이용한 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여 비교예 3에 따른 히터를 제작하였다.
<비교예 4>
투명 도전막에서의 아르곤 원자의 농도가 질량 기준으로 4.6ppm이 되도록 DC 마그네트론 스퍼터에서의 수평 자장의 자속 밀도를 30mT로 변경한 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여 비교예 4에 따른 투명 도전막 부착 필름을 얻었다. 실시예 1에 따른 투명 도전막 부착 필름 대신에 비교예 4에 따른 투명 도전막 부착 필름을 이용한 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여 비교예 4에 따른 히터를 제작하였다.
<비교예 5>
폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 필름의 한쪽의 주면 위에 산화 인듐(IO)을 타겟재로서 이용하여, DC 마그네트론 스퍼터법에 의해 40nm 두께의 IO막을 형성하였다. 이어서, 은(Ag)을 타겟재로서 이용하여, DC 마그네트론 스퍼터법에 의해 IO막 위에 13nm의 Ag막을 형성하였다. 이어서, 산화 인듐(IO)을 타겟재로서 이용하여, DC 마그네트론 스퍼터법에 의해 Ag막 위에 40nm의 IO막을 형성하였다. 이와 같이 하여 비교예 5에 따른 투명 도전막 부착 필름을 얻었다. 실시예 1에 따른 투명 도전막 부착 필름 대신에 비교예 5에 따른 투명 도전막 부착 필름을 이용한 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여 비교예 5에 따른 히터를 제작하였다.
<비교예 6>
산화 인듐 주석(ITO)(산화 주석의 함유율: 5중량%)을 타겟재로서 이용하였다. 또한, 투명 도전막의 두께가 400nm가 되도록, 또한, 투명 도전막에서의 아르곤 원자의 농도가 질량 기준으로 5.2ppm이 되도록 DC 마그네트론 스퍼터에서의 수평 자장의 자속 밀도를 30mT로 변경한 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여 비교예 6에 따른 투명 도전막 부착 필름을 얻었다. 실시예 1에 따른 투명 도전막 부착 필름 대신에 비교예 6에 따른 투명 도전막 부착 필름을 이용한 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여 비교예 6에 따른 히터를 제작하였다.
표 2에서의 둘러감기 시험의 결과에 의하면, 비교예 3 및 6에서 투명 도전막으로, 크랙이 발생한 히터가 둘러감겨진 실린더형 봉의 직경의 최대치는 각각 28mm 및 32mm로 컸다. 한편, 실시예 1∼7에서, 투명 도전막으로, 크랙이 발생한 히터가 둘러감겨진 실린더형 봉의 직경의 최대치는 12∼18mm로 작았다. 이 때문에, 실시예 1∼7에 따른 히터의 투명 도전막은 굽힘에 대하여 높은 내성을 갖는 것이 시사되었다.
표 2에서의 찰상 시험 결과에 의하면, 비교예 5에서 투명 도전막의 변색이 확인된 것에 대하여, 실시예 1∼7에서 투명 도전막의 변색은 확인되지 않고, 실시예 1∼7에 따른 히터의 투명 도전막은 긁힘에 대하여 높은 내성을 갖는 것이 시사되었다.
표 2에서의 승온 특성의 결과에 의하면, 비교예 1, 2 및 4에 따른 히터의 승온 속도는 낮은 것에 대하여, 실시예 1∼7에 따른 히터의 승온 속도는 높았다.
Claims (12)
- 유기 고분자로 된 시트상의 지지체와,
산화 인듐을 주성분으로서 함유하고 있는 다결정체로 된 투명 도전막인 발열체와,
상기 발열체에 접촉하고 있는 적어도 한 쌍의 급전용 전극을 구비하고,
상기 발열체의 두께는 20nm 초과 100nm 이하이며,
상기 발열체는 1.4×10-4Ω·cm∼3×10-4 Ω·cm의 비저항인
히터. - 제1항에 있어서,
상기 발열체의 캐리어 밀도는 6×1020cm-3∼16×1020cm-3인 히터. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 발열체에서의 인듐 원자의 수 및 주석 원자의 수의 합에 대한 주석 원자의 수의 비는 0.04∼0.15인 히터. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 발열체의 결정 그레인은, 각 결정 그레인의 특정 방향에서의 투영 면적과 동등한 면적을 갖는 진원의 직경을 각 결정 그레인의 사이즈로 가정하였을 때, 150nm∼500nm의 평균 사이즈를 갖는 히터. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 발열체에 포함되는 아르곤 원자의 농도는 질량 기준으로 3.5ppm 이하인 히터. - 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
X선 응력 측정법에 의해 측정되는 상기 발열체의 내부 응력은 20∼650MPa인 히터. - 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 급전용 전극은 1㎛ 이상의 두께를 갖는 히터. - 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 지지체는 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리이 미드, 폴리카보네이트, 폴리올레핀, 폴리에테르에테르케톤 및 방향족 폴리아미드로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나로 되어 있는 히터. - 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 지지체와 접촉하고 있는 상기 발열체의 주면인 제1 주면보다도 상기 제1 주면의 반대측에 위치하는 상기 발열체의 주면인 제2 주면의 가까이에 배치된 보호 필름과,
상기 보호 필름과 상기 발열체와의 사이에서 상기 보호 필름 및 상기 발열체에 접촉하고 있는 제1 접착층을 더 구비한 히터. - 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 발열체가 접촉하고 있는 상기 지지체의 주면인 제3 주면보다도 상기 제3 주면의 반대측에 위치하는 상기 지지체의 주면인 제4 주면의 가까이에 배치된 세퍼레이터와,
상기 세퍼레이터와 상기 지지체와의 사이에서 상기 세퍼레이터 및 상기 지지체에 접촉하고 있는 제2 접착층을 구비한 히터. - 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 발열체가 접촉하고 있는 상기 지지체의 주면인 제3 주면보다도 상기 제3 주면의 반대측에 위치하는 상기 지지체의 주면인 제4 주면의 가까이에 배치된 성형체와,
상기 성형체와 상기 지지체와의 사이에서 상기 성형체 및 상기 지지체에 접촉하고 있는 제2 접착층을 구비한 히터. - 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
파장 780∼1500nm의 범위에 포함되는 근적외선을 이용한 처리를 하는 장치에서, 상기 근적외선의 광로 위에 배치되는 히터.
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