KR20230142148A - 발열체, 발열체의 제조 방법 및 발열체를 포함하는 에어로졸 발생 장치 - Google Patents

발열체, 발열체의 제조 방법 및 발열체를 포함하는 에어로졸 발생 장치 Download PDF

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KR20230142148A
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beads
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generating device
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이원경
선우준
이문상
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주식회사 케이티앤지
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Abstract

다양한 실시 예들에 따른 발열체는 표면 플라즈몬 공명에 의해 열을 발생시키기 위한 발열체로서, 제 1 면 및 상기 제 1 면에 반대되는 제 2 면을 포함하는 기판, 및 상기 제 1 면 상에 보이드 영역을 적어도 부분적으로 형성하도록 상기 제 1 면 상에 위치된 제 1 금속 프리즘을 포함할 수 있다.

Description

발열체, 발열체의 제조 방법 및 발열체를 포함하는 에어로졸 발생 장치{HEATING STRUCTURE, METHOD FOR FABRICATION OF HEAETING STRUCTURE AND AEROSOL GENERATING DEVICE COMPRISING HEAETING STRUCTURE}
아래의 다양한 실시 예들은 발열체, 발열체의 제조 방법 및 발열체를 포함하는 에어로졸 발생 장치에 관한 것이다.
열을 발생시켜 타겟을 가열하는 기술이 개발되고 있다. 일 예로, 전기 저항성 요소에 전기 에너지가 공급됨으로써 열이 발생할 수 있다. 다른 예로, 코일 및 서셉터 사이의 전자기적 커플링에 의해 열이 발생할 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 표면 플라즈몬 공명(surface plasmon resonance, SPR)을 이용하여 열을 발생시키는 발열체, 발열체의 제조 방법 및 발열체를 포함하는 에어로졸 발생 장치가 제공될 수 있다.
다양한 실시 예들에 따른 발열체는 표면 플라즈몬 공명에 의해 열을 발생시키기 위한 발열체로서, 제 1 면 및 상기 제 1 면에 반대되는 제 2 면을 포함하는 기판, 및 상기 제 1 면 상에 보이드 영역을 적어도 부분적으로 형성하도록 상기 제 1 면 상에 위치된 제 1 금속 프리즘을 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 제 1 금속 프리즘은, 상기 제 1 면을 대면하는 제 1 베이스 면, 상기 제 1 베이스 면에 반대되는 제 2 베이스 면, 및 상기 제 1 베이스 면 및 상기 제 2 베이스 면 사이의 복수 개의 사이드 면들을 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 제 1 베이스 면 및 상기 제 2 베이스 면 사이의 거리는 0 nm 초과 내지 약 10 nm 이하의 범위에 있을 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 제 1 사이드 면 및/또는 상기 제 2 사이드 면은 실질적으로 곡면으로 형성될 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 보이드 영역은 약 300 nm 내지 약 600 nm의 범위에 있는 직경을 가질 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 제 1 금속 프리즘은 약 380 nm 내지 약 780 nm 사이의 범위에 있는 파장의 광과 공명하도록 구성된 금속 입자들을 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 발열체는 상기 제 1 금속 프리즘과 함께 상기 보이드 영역을 적어도 부분적으로 형성하는 제 2 금속 프리즘을 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 제 1 금속 프리즘 및 상기 제 2 금속 프리즘은 서로 분리되어 있을 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 제 1 금속 프리즘은 상기 보이드 영역의 둘레의 전체를 규정할 수 있다.
다양한 실시 예들에 따른 방법은 표면 플라즈몬 공명에 의해 열을 발생시키기 위한 발열체를 제조하기 위한 방법으로서, 기판을 제공하는 동작, 상기 기판 상에 복수 개의 비드들을 도포하는 동작, 상기 기판 상에 금속 프리즘을 형성하도록 상기 기판 상으로 복수 개의 금속 입자들을 증착하는 동작, 및 상기 기판 상에 상기 금속 프리즘에 의해 둘러싸인 보이드 영역을 형성하도록 상기 복수 개의 비드들을 제거하는 동작을 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 금속 프리즘이 0 nm 초과 내지 약 10 nm 이하의 범위에 있는 두께를 갖도록 상기 복수 개의 금속 입자들이 증착될 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 복수 개의 비드들은 약 300 nm 내지 약 600 nm의 범위에 있는 직경을 가질 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 방법은 상기 복수 개의 비드들을 식각하는 동작을 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 복수 개의 비드들이 약 300 nm 내지 약 400 nm의 범위에 있는 직경을 갖도록 상기 복수 개의 비드들이 식각될 수 있다.
다양한 실시 예들에 따른 에어로졸 발생 장치는, 광원, 및 상기 광원으로부터 광을 수신하도록 구성된 발열체를 포함하고, 상기 발열체는 표면 플라즈몬 공명에 의해 열을 발생시키기 위한 발열체로서, 제 1 면 및 상기 제 1 면에 반대되는 제 2 면을 포함하는 기판, 및 상기 제 1 면 상에 보이드 영역을 적어도 부분적으로 형성하도록 상기 제 1 면 상에 위치된 제 1 금속 프리즘을 포함할 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 실질적으로 동일한 정도로 자유 전자들이 여기(excitation)됨으로써 발열체로부터 균일하게 열이 발생할 수 있다. 다양한 실시 예들에 따르면, 발열체가 타겟(들)을 가열하는데 적용되는 경우, 타겟이 국부적으로 가열되거나, 복수 개의 타겟들 중 적어도 일부의 타겟(들)이 가열될 수 있다. 다양한 실시 예들에 따른 발열체, 발열체의 제조 방법 및 발열체를 포함하는 에어로졸 발생 장치의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1 내지 도 3은 다양한 실시 예들에 따른 에어로졸 발생 장치에 에어로졸 발생 물품이 삽입된 예들을 도시한 도면들이다.
도 4 및 도 5는 다양한 실시 예들에 따른 에어로졸 발생 물품의 예들을 도시한 도면들이다.
도 6은 다양한 실시 예들에 따른 에어로졸 발생 장치의 블록도이다.
도 7 내지 도 10은 일 실시 예에 따른 발열체의 제조 방법을 나타낸 도면들이다.
도 11은 일 실시 예에 따른 발열체의 사시도이다.
도 12는 일 실시 예에 따른 발열체의 평면도이다.
도 13은 도 12의 발열체를 13-13라인을 따라 바라본 단면도이다.
도 14는 다른 실시 예에 따른 발열체의 평면도이다.
도 15는 광원의 출력에 따른 다양한 발열체들의 승온을 비교한 그래프이다.
도 16은 일 실시 예에 따른 에어로졸 발생 장치의 도면이다.
실시 예들에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.
명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "...모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 상세히 설명한다.
도 1 내지 도 3은 에어로졸 발생 장치에 에어로졸 발생 물품이 삽입된 예들을 도시한 도면들이다.
도 1을 참조하면, 에어로졸 발생 장치(1)는 배터리(11), 제어부(12) 및 히터(13)를 포함한다. 도 2 및 도 3을 참조하면, 에어로졸 발생 장치(1)는 증기화기(14)를 더 포함한다. 또한, 에어로졸 발생 장치(1)의 내부 공간에는 에어로졸 발생 물품(2)(예: 궐련)이 삽입될 수 있다.
도 1 내지 도 3에 도시된 에어로졸 발생 장치(1)에는 본 실시 예와 관련된 구성요소들이 도시되어 있다. 따라서, 도 1 내지 도 3에 도시된 구성요소들 외에 다른 범용적인 구성요소들이 에어로졸 발생 장치(1)에 더 포함될 수 있음을 본 실시 예와 관련된 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다.
또한, 도 2 및 도 3에는 에어로졸 발생 장치(1)에 히터(13)가 포함되어 있는 것으로 도시되어 있으나, 필요에 따라, 히터(13)는 생략될 수도 있다.
도 1에는 배터리(11), 제어부(12) 및 히터(13)가 일렬로 배치된 것으로 도시되어 있다. 또한, 도 2에는 배터리(11), 제어부(12), 증기화기(14) 및 히터(13)가 일렬로 배치된 것으로 도시되어 있다. 또한, 도 3에는 증기화기(14) 및 히터(13)가 병렬로 배치된 것으로 도시되어 있다. 그러나, 에어로졸 발생 장치(1)의 내부 구조는 도 1 내지 도 3에 도시된 것에 한정되지 않는다. 다시 말해, 에어로졸 발생 장치(1)의 설계에 따라, 배터리(11), 제어부(12), 히터(13) 및 증기화기(14)의 배치는 변경될 수 있다.
에어로졸 발생 물품(2)이 에어로졸 발생 장치(1)에 삽입되면, 에어로졸 발생 장치(1)는 히터(13) 및/또는 증기화기(14)를 작동시켜, 에어로졸을 발생시킬 수 있다. 히터(13) 및/또는 증기화기(14)에 의하여 발생된 에어로졸은 에어로졸 발생 물품(2)을 통과하여 사용자에게 전달된다.
필요에 따라, 에어로졸 발생 물품(2)이 에어로졸 발생 장치(1)에 삽입되지 않은 경우에도 에어로졸 발생 장치(1)는 히터(13)를 가열할 수 있다.
배터리(11)는 에어로졸 발생 장치(1)가 동작하는데 이용되는 전력을 공급한다. 예를 들면, 배터리(11)는 히터(13) 또는 증기화기(14)가 가열될 수 있도록 전력을 공급할 수 있고, 제어부(12)가 동작하는데 필요한 전력을 공급할 수 있다. 또한, 배터리(11)는 에어로졸 발생 장치(1)에 설치된 디스플레이, 센서, 모터 등이 동작하는데 필요한 전력을 공급할 수 있다.
제어부(12)는 에어로졸 발생 장치(1)의 동작을 전반적으로 제어한다. 구체적으로, 제어부(12)는 배터리(11), 히터(13) 및 증기화기(14)뿐 만 아니라 에어로졸 발생 장치(1)에 포함된 다른 구성들의 동작을 제어한다. 또한, 제어부(12)는 에어로졸 발생 장치(1)의 구성들 각각의 상태를 확인하여, 에어로졸 발생 장치(1)가 동작 가능한 상태인지 여부를 판단할 수도 있다.
제어부(12)는 적어도 하나의 프로세서를 포함한다. 프로세서는 다수의 논리 게이트들의 어레이로 구현될 수도 있고, 범용적인 마이크로 프로세서와 이 마이크로 프로세서에서 실행될 수 있는 프로그램이 저장된 메모리의 조합으로 구현될 수도 있다. 또한, 다른 형태의 하드웨어로 구현될 수도 있음을 본 실시 예가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다.
히터(13)는 배터리(11)로부터 공급된 전력에 의하여 가열될 수 있다. 예를 들면, 에어로졸 발생 물품이 에어로졸 발생 장치(1)에 삽입되면, 히터(13)는 에어로졸 발생 물품의 외부에 위치할 수 있다. 따라서, 가열된 히터(13)는 에어로졸 발생 물품 내의 에어로졸 생성 물질의 온도를 상승시킬 수 있다.
히터(13)는 전기 저항성 히터일 수 있다. 예를 들면, 히터(13)에는 전기 전도성 트랙(track)을 포함하고, 전기 전도성 트랙에 전류가 흐름에 따라 히터(13)가 가열될 수 있다. 그러나, 히터(13)는 상술한 예에 한정되지 않으며, 희망 온도까지 가열될 수 있는 것이라면 제한 없이 해당될 수 있다. 여기에서, 희망 온도는 에어로졸 발생 장치(1)에 기 설정되어 있을 수도 있고, 사용자에 의하여 원하는 온도로 설정될 수도 있다.
한편, 다른 예로, 히터(13)는 유도 가열식 히터일 수 있다. 구체적으로, 히터(13)에는 에어로졸 발생 물품을 유도 가열 방식으로 가열하기 위한 전기 전도성 코일을 포함할 수 있으며, 에어로졸 발생 물품은 유도 가열식 히터에 의해 가열될 수 있는 서셉터를 포함할 수 있다.
예를 들면, 히터(13)는 관 형 가열 요소, 판 형 가열 요소, 침 형 가열 요소 또는 봉 형의 가열 요소를 포함할 수 있으며, 가열 요소의 모양에 따라 에어로졸 발생 물품(2)의 내부 또는 외부를 가열할 수 있다.
또한, 에어로졸 발생 장치(1)에는 히터(13)가 복수 개 배치될 수도 있다. 이때, 복수 개의 히터(13)들은 에어로졸 발생 물품(2)의 내부에 삽입되도록 배치될 수도 있고, 에어로졸 발생 물품(2)의 외부에 배치될 수도 있다. 또한, 복수 개의 히터(13)들 중 일부는 에어로졸 발생 물품(2)의 내부에 삽입되도록 배치되고, 나머지는 에어로졸 발생 물품(2)의 외부에 배치될 수 있다. 또한, 히터(13)의 형상은 도 1 내지 도 3에 도시된 형상에 한정되지 않고, 다양한 형상으로 제작될 수 있다.
증기화기(14)는 액상 조성물을 가열하여 에어로졸을 생성할 수 있으며, 생성된 에어로졸은 에어로졸 발생 물품(2)을 통과하여 사용자에게 전달될 수 있다. 다시 말해, 증기화기(14)에 의하여 생성된 에어로졸은 에어로졸 발생 장치(1)의 기류 통로를 따라 이동할 수 있고, 기류 통로는 증기화기(14)에 의하여 생성된 에어로졸이 에어로졸 발생 물품을 통과하여 사용자에게 전달될 수 있도록 구성될 수 있다.
예를 들면, 증기화기(14)는 액체 저장부(예: 저장소), 액체 전달 수단 및 가열 요소를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 액체 저장부, 액체 전달 수단 및 가열 요소는 독립적인 모듈로서 에어로졸 발생 장치(1)에 포함될 수도 있다.
액체 저장부는 액상 조성물을 저장할 수 있다. 예를 들면, 액상 조성물은 휘발성 담배 향 성분을 포함하는 담배 함유 물질을 포함하는 액체일 수 있고, 비 담배 물질을 포함하는 액체일 수도 있다. 액체 저장부는 증기화기(14)로부터 탈/부착될 수 있도록 제작될 수도 있고, 증기화기(14)와 일체로서 제작될 수도 있다.
예를 들면, 액상 조성물은 물, 솔벤트, 에탄올, 식물 추출물, 향료, 향미제, 또는 비타민 혼합물을 포함할 수 있다. 향료는 멘솔, 페퍼민트, 스피아민트 오일, 각종 과일향 성분 등을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 향미제는 사용자에게 다양한 향미 또는 풍미를 제공할 수 있는 성분을 포함할 수 있다. 비타민 혼합물은 비타민 A, 비타민 B, 비타민 C 및 비타민 E 중 적어도 하나가 혼합된 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 또한, 액상 조성물은 글리세린 및 프로필렌 글리콜과 같은 에어로졸 형성제를 포함할 수 있다.
액체 전달 수단은 액체 저장부의 액상 조성물을 가열 요소로 전달할 수 있다. 예를 들면, 액체 전달 수단은 면 섬유, 세라믹 섬유, 유리 섬유, 다공성 세라믹과 같은 심지(wick)가 될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
가열 요소는 액체 전달 수단에 의해 전달되는 액상 조성물을 가열하기 위한 요소이다. 예를 들면, 가열 요소는 금속 열선, 금속 열판, 세라믹 히터 등이 될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 또한, 가열 요소는 니크롬선과 같은 전도성 필라멘트로 구성될 수 있고, 액체 전달 수단에 감기는 구조로 배치될 수 있다. 가열 요소는, 전류 공급에 의해 가열될 수 있으며, 가열 요소와 접촉된 액체 조성물에 열을 전달하여, 액체 조성물을 가열할 수 있다. 그 결과, 에어로졸이 생성될 수 있다.
예를 들면, 증기화기(14)는 카토마이저(cartomizer) 또는 무화기(atomizer)로 지칭될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
한편, 에어로졸 발생 장치(1)는 배터리(11), 제어부(12), 히터(13) 및 증기화기(14) 외에 범용적인 구성들을 더 포함할 수 있다. 예를 들면, 에어로졸 발생 장치(1)는 시각 정보의 출력이 가능한 디스플레이 및/또는 촉각 정보의 출력을 위한 모터를 포함할 수 있다. 또한, 에어로졸 발생 장치(1)는 적어도 하나의 센서(퍼프 감지 센서, 온도 감지 센서, 에어로졸 발생 물품 삽입 감지 센서 등)를 포함할 수 있다. 또한, 에어로졸 발생 장치(1)는 에어로졸 발생 물품(2)이 삽입된 상태에서도 외부 공기가 유입되거나, 내부 기체가 유출될 수 있는 구조로 제작될 수 있다.
도 1 내지 도 3에는 도시되지 않았으나, 에어로졸 발생 장치(1)는 별도의 크래들과 함께 시스템을 구성할 수도 있다. 예를 들면, 크래들은 에어로졸 발생 장치(1)의 배터리(11)의 충전에 이용될 수 있다. 또는, 크래들과 에어로졸 발생 장치(1)가 결합된 상태에서 히터(13)가 가열될 수도 있다.
에어로졸 발생 물품(2)은 일반적인 연소형 궐련과 유사할 수 있다. 예를 들면, 에어로졸 발생 물품(2)은 에어로졸 생성 물질을 포함하는 제 1 부분과 필터 등을 포함하는 제 2 부분으로 구분될 수 있다. 또는, 에어로졸 발생 물품(2)의 제 2 부분에도 에어로졸 생성 물질이 포함될 수도 있다. 예를 들면, 과립 또는 캡슐의 형태로 만들어진 에어로졸 생성 물질이 제 2 부분에 삽입될 수도 있다.
에어로졸 발생 장치(1)의 내부에는 제 1 부분의 전체가 삽입되고, 제 2 부분은 외부에 노출될 수 있다. 또는, 에어로졸 발생 장치(1)의 내부에 제 1 부분의 일부만 삽입될 수도 있고, 제 1 부분의 전체 및 제 2 부분의 일부가 삽입될 수도 있다. 사용자는 제 2 부분을 입으로 문 상태에서 에어로졸을 흡입할 수 있다. 이때, 에어로졸은 외부 공기가 제 1 부분을 통과함으로써 생성되고, 생성된 에어로졸은 제 2 부분을 통과하여 사용자의 입으로 전달된다.
일 예로서, 외부 공기는 에어로졸 발생 장치(1)에 형성된 적어도 하나의 공기 통로를 통하여 유입될 수 있다. 예를 들면, 에어로졸 발생 장치(1)에 형성된 공기 통로의 개폐 및/또는 공기 통로의 크기는 사용자에 의하여 조절될 수 있다. 이에 따라, 무화량, 끽연감 등이 사용자에 의하여 조절될 수 있다. 다른 예로서, 외부 공기는 에어로졸 발생 물품(2)의 표면에 형성된 적어도 하나의 구멍(hole)을 통하여 에어로졸 발생 물품(2)의 내부로 유입될 수도 있다.
이하, 도 4 및 도 5를 참조하여 에어로졸 발생 물품(2)의 예들을 설명한다.
도 4 및 도 5는 에어로졸 발생 물품의 예들을 도시한 도면들이다.
도 4를 참조하면, 에어로졸 발생 물품(2)은 담배 로드(21) 및 필터 로드(22)를 포함한다. 도 1 내지 도 3을 참조하여 상술한 제 1 부분(21)은 담배 로드(21)를 포함하고, 제 2 부분(22)은 필터 로드(22)를 포함한다.
도 4에는 필터 로드(22)가 단일 세그먼트로 도시되어 있으나, 이에 한정되지 않는다. 다시 말해, 필터 로드(22)는 복수의 세그먼트들로 구성될 수도 있다. 예를 들면, 필터 로드(22)는 에어로졸을 냉각하는 세그먼트 및 에어로졸 내에 포함된 소정의 성분을 필터링하는 세그먼트를 포함할 수 있다. 또한, 필요에 따라, 필터 로드(22)에는 다른 기능을 수행하는 적어도 하나의 세그먼트를 더 포함할 수 있다.
에어로졸 발생 물품(2)의 직경은 5 mm 내지 9 mm의 범위 이내이고, 길이는 약 48 mm일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 담배 로드(21)의 길이는 약 12 mm, 필터 로드(22)의 제 1 세그먼트의 길이는 약 10 mm, 필터 로드(22)의 제 2 세그먼트의 길이는 약 14 mm, 필터 로드(22)의 제 3 세그먼트의 길이는 약 12 mm일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
에어로졸 발생 물품(2)은 적어도 하나의 래퍼(24)에 의하여 포장될 수 있다. 래퍼(24)에는 외부 공기가 유입되거나 내부 기체가 유출되는 적어도 하나의 구멍(hole)이 형성될 수 있다. 일 예로서, 에어로졸 발생 물품(2)은 하나의 래퍼(24)에 의하여 포장될 수 있다. 다른 예로서, 에어로졸 발생 물품(2)은 2 이상의 래퍼(24)들에 의하여 중첩적으로 포장될 수도 있다. 예를 들면, 제 1 래퍼(241)에 의하여 담배 로드(21)가 포장되고, 래퍼들(242, 243, 244)에 의하여 필터 로드(22)가 포장될 수 있다. 그리고, 단일 래퍼(245)에 의하여 에어로졸 발생 물품(2) 전체가 재포장될 수 있다. 만약, 필터 로드(22)가 복수의 세그먼트들로 구성되어 있다면, 각각의 세그먼트가 래퍼들(242, 243, 244)에 의하여 포장될 수 있다.
제 1 래퍼(241) 및 제 2 래퍼(242)는 일반적인 필터 권지로 제작될 수 있다. 예를 들면, 제 1 래퍼(241) 및 제 2 래퍼(242)는 다공질 권지 또는 무다공질 권지일 수 있다. 또한, 제 1 래퍼(241) 및 제 2 래퍼(242)는 내유성을 갖는 종이류 및/또는 알루미늄 합지 포장제로 제작될 수 있다.
제 3 래퍼(243)는 하드 권지로 제작될 수 있다. 예를 들면, 제 3 래퍼(243)의 평량은 88 g/m2 내지 96 g/m2의 범위 내에 포함될 수 있고, 바람직하게는 90 g/m2 내지 94 g/m2의 범위 내에 포함될 수 있다. 또한, 제 3 래퍼(243)의 두께는 120 ㎛ 내지 130 ㎛의 범위 내에 포함될 수 있고, 바람직하게는 125 ㎛일 수 있다.
제 4 래퍼(244)는 내유성 하드 권지로 제작될 수 있다. 예를 들면, 제 4 래퍼(244)의 평량은 88 g/m2 내지 96 g/m2의 범위 내에 포함될 수 있고, 바람직하게는 90 g/m2 내지 94 g/m2의 범위 내에 포함될 수 있다. 또한, 제 4 래퍼(244)의 두께는 120 ㎛ 내지 130 ㎛의 범위 내에 포함될 수 있고, 바람직하게는 125 ㎛일 수 있다.
제 5 래퍼(245)는 멸균지(MFW)로 제작될 수 있다. 여기에서, 멸균지(MFW)는 인장 강도, 내수도, 평활도 등이 일반 종이보다 증진되도록 특수하게 제조된 종이를 의미한다. 예를 들면, 제 5 래퍼(245)의 평량은 57 g/m2 내지 63 g/m2의 범위 내에 포함될 수 있고, 바람직하게는 60 g/m2일 수 있다. 또한, 제 5 래퍼(245)의 두께는 64 ㎛ 내지 70 ㎛의 범위 내에 포함될 수 있고, 바람직하게는 67 ㎛일 수 있다.
제 5 래퍼(245)는 소정의 물질이 내첨될 수 있다. 여기에서, 소정의 물질의 예로서는 실리콘이 해당될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 실리콘은 온도에 따른 변화가 적은 내열성, 산화되지 않는 내산화성, 각종 약품에 대한 저항성, 물에 대한 발수성, 또는 전기 절연성 등의 특성을 갖는다. 다만, 실리콘이 아니더라도, 상술한 특성들을 갖는 물질이라면 제한 없이 제 5 래퍼(245)에 도포(또는, 코팅)될 수 있다.
제 5 래퍼(245)는 에어로졸 발생 물품(2)이 연소되는 현상을 방지할 수 있다. 예를 들면, 담배 로드(210)가 히터(13)에 의하여 가열되면, 에어로졸 발생 물품(2)이 연소될 가능성이 있다. 구체적으로, 담배 로드(310)에 포함된 물질들 중 어느 하나의 발화점 이상으로 온도가 상승될 경우, 에어로졸 발생 물품(2)이 연소될 수 있다. 이러한 경우에도, 제 5 래퍼(245)는 불연성 물질을 포함하므로, 에어로졸 발생 물품(2)이 연소되는 현상이 방지될 수 있다.
또한, 제 5 래퍼(245)는 에어로졸 발생 물품(2)에서 생성되는 물질들에 의하여 홀더(1)가 오염되는 것을 방지할 수 있다. 사용자의 퍼프에 의하여, 에어로졸 발생 물품(2) 내에서 액체 물질들이 생성될 수 있다. 예를 들면, 에어로졸 발생 물품(2)에서 생성된 에어로졸이 외부 공기에 의하여 냉각됨으로써, 액체 물질들(예를 들면, 수분 등)이 생성될 수 있다. 제 5 래퍼(245)가 에어로졸 발생 물품(2)을 포장함에 따라, 에어로졸 발생 물품(2) 내에서 생성된 액체 물질들이 에어로졸 발생 물품(2)의 외부로 새어 나가는 것이 방지될 수 있다.
담배 로드(21)는 에어로졸 생성 물질을 포함한다. 예를 들면, 에어로졸 생성 물질은 글리세린, 프로필렌 글리콜, 에틸렌 글리콜, 디프로필렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 트리에틸렌 글리콜, 테트라에틸렌 글리콜 및 올레일 알코올 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 또한, 담배 로드(21)는 풍미제, 습윤제 및/또는 유기산(organic acid)과 같은 다른 첨가 물질을 함유할 수 있다. 또한, 담배 로드(21)에는, 멘솔 또는 보습제 등의 가향액이, 담배 로드(21)에 분사됨으로써 첨가할 수 있다.
담배 로드(21)는 다양하게 제작될 수 있다. 예를 들면, 담배 로드(21)는 시트(sheet)로 제작될 수도 있고, 가닥(strand)으로 제작될 수도 있다. 또한, 담배 로드(21)는 담배 시트가 잘게 잘린 각초로 제작될 수도 있다. 또한, 담배 로드(21)는 열 전도 물질에 의하여 둘러싸일 수 있다. 예를 들면, 열 전도 물질은 알루미늄 호일과 같은 금속 호일일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 일 예로, 담배 로드(21)를 둘러싸는 열 전도 물질은 담배 로드(21)에 전달되는 열을 고르게 분산시켜 담배 로드에 가해지는 열 전도율을 향상시킬 수 있으며, 이로 인해 담배 맛을 향상시킬 수 있다. 또한, 담배 로드(21)를 둘러싸는 열 전도 물질은 유도 가열식 히터에 의해 가열되는 서셉터로서의 기능을 할 수 있다. 이때, 도면에 도시되지는 않았으나, 담배 로드(21)는 외부를 둘러싸는 열 전도 물질 이외에도 추가의 서셉터를 더 포함할 수 있다.
필터 로드(22)는 셀룰로오스 아세테이트 필터일 수 있다. 한편, 필터 로드(22)의 형상에는 제한이 없다. 예를 들면, 필터 로드(22)는 원기둥 형(type) 로드일 수도 있고, 내부에 중공을 포함하는 튜브 형(type) 로드일 수도 있다. 또한, 필터 로드(22)는 리세스 형(type) 로드일 수도 있다. 만약, 필터 로드(22)가 복수의 세그먼트들로 구성된 경우, 복수의 세그먼트들 중 적어도 하나가 다른 형상으로 제작될 수도 있다.
필터 로드(22)의 제 1 세그먼트는 셀룰로오스 아세테이트 필터일 수 있다. 예를 들면, 제 1 세그먼트는 내부에 중공을 포함하는 튜브 형태의 구조물일 수 있다. 제 1 세그먼트에 의하여 히터(13)가 삽입되는 경우에 담배 로드(210)의 내부 물질이 뒤로 밀리는 현상을 방지할 수도 있고, 에어로졸의 냉각 효과도 발생될 수 있다. 제 1 세그먼트에 포함된 중공의 직경은 2 mm 내지 4.5 mm의 범위 내에서 적절한 직경이 채용될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
제 1 세그먼트의 길이는 4 mm 내지 30 mm의 범위 내에서 적절한 길이가 채용될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 바람직하게는, 제 1 세그먼트의 길이는 10 mm가 될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
제 1 세그먼트의 제조 시에 가소제의 함량을 조절함으로써 제 1 세그먼트의 경도가 조정될 수 있다. 또한, 제 1 세그먼트는 내부(예를 들면, 중공)에 동일 혹은 이형의 재질의 필름, 튜브 등의 구조물을 삽입하여 제조될 수 있다.
필터 로드(22)의 제 2 세그먼트는 히터(13)가 담배 로드(21)를 가열함으로써 생성된 에어로졸을 냉각시킨다. 따라서, 사용자는 적당한 온도로 냉각된 에어로졸을 흡입할 수 있다.
제 2 세그먼트의 길이 또는 직경은 에어로졸 발생 물품(2)의 형태에 따라 다양하게 결정될 수 있다. 예를 들면, 제 2 세그먼트의 길이는 7 mm 내지 20 mm의 범위 내에서 적절하게 채용될 수 있다. 바람직하게는, 제 2 세그먼트의 길이는 약 14 mm가 될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
제 2 세그먼트는 폴리머 섬유를 직조하여 제작될 수 있다. 이 경우, 폴리머로 제조된 섬유에 가향액을 도포할 수도 있다. 또는, 가향액이 도포된 별도의 섬유와 폴리머로 제조된 섬유를 함께 직조하여 제 2 세그먼트를 제작할 수도 있다. 또는, 제 2 세그먼트는 권축된 폴리머 시트에 의하여 형성될 수 있다.
예를 들면, 폴리머는 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리염화비닐(PVC), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리젖산(PLA), 셀룰로오스 아세테이트(CA) 및 알루미늄 호일으로 이루어진 군으로부터 선택된 재료로 제작될 수 있다.
제 2 세그먼트가 직조된 폴리머 섬유 또는 권축된 폴리머 시트에 의하여 형성됨에 따라, 제 2 세그먼트는 종 방향으로 연장되는 단수 또는 복수의 채널들을 포함할 수 있다. 여기에서, 채널은 기체(예를 들면, 공기 또는 에어로졸)가 통과하는 통로를 의미한다.
예를 들면, 권축된 폴리머 시트로 이루어진 제 2 세그먼트는 약 5 ㎛와 약 300 ㎛ 사이, 예를 들면 약 10 ㎛와 약 250 ㎛ 사이의 두께를 가지는 재료로부터 형성될 수 있다. 또한, 제 2 세그먼트의 전 표면적은 약 300 mm2/mm와 약 1000 mm2/mm 사이가 될 수 있다. 또한, 에어로졸 냉각 요소는 비표면적이 약 10 mm2/mg와 약 100 mm2/mg 사이의 재료로부터 형성될 수 있다.
한편, 제 2 세그먼트에는 휘발성 향미 성분을 함유하는 스레드(thread)가 포함될 수 있다. 여기에서, 휘발성 향미 성분은 멘톨일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 예를 들면, 스레드에는, 1.5 mg 이상의 멘톨을 제 2 세그먼트에 제공하기 위해서, 충분한 양의 멘톨이 충진될 수 있다.
필터 로드(22)의 제 3 세그먼트는 셀룰로오스 아세테이트 필터일 수 있다. 제 3 세그먼트의 길이는 4 mm 내지 20 mm의 범위 내에서 적절하게 채용될 수 있다. 예를 들면, 제 3 세그먼트의 길이는 약 12 mm가 될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
제 3 세그먼트를 제작하는 과정에서, 제 3 세그먼트에 가향액을 분사함으로써 향미가 발생되도록 제작될 수도 있다. 또는, 가향액이 도포된 별도의 섬유를 제 3 세그먼트의 내부에 삽입할 수도 있다. 담배 로드(21)에서 생성된 에어로졸은 필터 로드(22)의 제 2 세그먼트를 통과함에 따라 냉각되고, 냉각된 에어로졸이 제 3 세그먼트를 통하여 사용자에게 전달된다. 따라서, 제 3 세그먼트에 가향 요소가 첨가되는 경우, 사용자에게 전달되는 향미의 지속성이 증진되는 효과가 발생될 수 있다.
또한, 필터 로드(22)에는 적어도 하나의 캡슐(23)이 포함될 수 있다. 여기에서, 캡슐(23)은 향미를 발생시키는 기능을 수행할 수도 있고, 에어로졸을 발생시키는 기능을 수행할 수도 있다. 예를 들면, 캡슐(23)은 향료를 포함하는 액체를 피막으로 감싼 구조일 수 있다. 캡슐(23)은 구형 또는 원통형의 형상을 가질 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
도 5를 참조하면, 에어로졸 발생 물품(3)은 전단 플러그(33)를 더 포함할 수 있다. 전단 플러그(33)는 담배 로드(31)에 있어서, 필터 로드(32)에 대향하는 일 측에 위치할 수 있다. 전단 플러그(33)는 담배 로드(31)가 외부로 이탈하는 것을 방지할 수 있으며, 흡연 중에 담배 로드(31)로부터 액상화된 에어로졸이 에어로졸 발생 장치(도 1 내지 도 3)로 흘러 들어가는 것을 방지할 수 있다.
필터로드(32)는 제 1 세그먼트(321) 및 제 2 세그먼트(322)를 포함할 수 있다. 여기에서, 제 1 세그먼트(321)는 도 4의 필터 로드(22)의 제 1 세그먼트에 대응될 수 있고, 제 2 세그먼트(322)는 도 4의 필터 로드(22)의 제 3 세그먼트에 대응될 수 있다.
에어로졸 발생 물품(3)의 직경 및 전체 길이는 도 4의 에어로졸 발생 물품(2)의 직경 및 전체 길이에 대응될 수 있다. 예를 들면, 전단 플러그(33)의 길이는 약 7 mm, 담배 로드(31)의 길이는 약 15 mm, 제 1 세그먼트(321)의 길이는 약 12 mm, 제 2 세그먼트(322)의 길이는 약 14 mm일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
에어로졸 발생 물품(3)은 적어도 하나의 래퍼(35)에 의하여 포장될 수 있다. 래퍼(35)에는 외부 공기가 유입되거나 내부 기체가 유출되는 적어도 하나의 구멍(hole)이 형성될 수 있다. 예를 들면, 제 1 래퍼(351)에 의하여 전단 플러그(33)가 포장되고, 제 2 래퍼(352)에 의하여 담배 로드(31)가 포장되고, 제 3 래퍼(353)에 의하여 제 1 세그먼트(321)가 포장되고, 제 4 래퍼(354)에 의하여 제 2 세그먼트(322)가 포장될 수 있다. 그리고, 제 5 래퍼(355)에 의하여 에어로졸 발생 물품(3) 전체가 재포장될 수 있다.
또한, 제 5 래퍼(355)에는 적어도 하나의 천공(36)이 형성될 수 있다. 예를 들면, 천공(36)은 담배 로드(31)를 둘러싸는 영역에 형성될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 천공(36)은 도 2 및 도 3에 도시된 히터(13)에 의하여 형성된 열을 담배 로드(31)의 내부로 전달하는 역할을 수행할 수 있다.
또한, 제 2 세그먼트(322)에는 적어도 하나의 캡슐(34)이 포함될 수 있다. 여기에서, 캡슐(34)은 향미를 발생시키는 기능을 수행할 수도 있고, 에어로졸을 발생시키는 기능을 수행할 수도 있다. 예를 들면, 캡슐(34)은 향료를 포함하는 액체를 피막으로 감싼 구조일 수 있다. 캡슐(34)은 구형 또는 원통형의 형상을 가질 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
제 1 래퍼(351)는 일반적인 필터 권지에 알루미늄 호일과 같은 금속 호일이 결합된 것일 수 있다. 예를 들면, 제 1 래퍼(351)의 전체 두께는 45 ㎛ 내지 55 ㎛의 범위 내에 포함될 수 있고, 바람직하게는 50.3 ㎛일 수 있다. 또한, 제 1 래퍼(351)의 금속 호일의 두께는 6 ㎛ 내지 7 ㎛의 범위 내에 포함될 수 있고, 바람직하게는 6.3 ㎛일 수 있다. 또한, 제 1 래퍼(351)의 평량은 50 g/m2 내지 55 g/m2의 범위 내에 포함될 수 있고, 바람직하게는 53 g/m2일 수 있다.
제 2 래퍼(352) 및 제 3 래퍼(353)는 일반적인 필터 권지로 제작될 수 있다. 예를 들면, 제 2 래퍼(352) 및 제 3 래퍼(353)는 다공질 권지 또는 무다공질 권지일 수 있다.
예를 들면, 제 2 래퍼(352)의 다공도는 35000 CU일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 또한, 제 2 래퍼(352)의 두께는 70 ㎛ 내지 80 ㎛의 범위 내에 포함될 수 있고, 바람직하게는 78 ㎛일 수 있다. 또한, 제 2 래퍼(352)의 평량은 20 g/m2 내지 25 g/m2의 범위 내에 포함될 수 있고, 바람직하게는 23.5 g/m2일 수 있다.
예를 들면, 제 3 래퍼(353)의 다공도는 24000 CU일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 또한, 제 3 래퍼(353)의 두께는 60 ㎛ 내지 70 ㎛의 범위 내에 포함될 수 있고, 바람직하게는 68 ㎛일 수 있다. 또한, 제 3 래퍼(353)의 평량은 20 g/m2 내지 25 g/m2의 범위 내에 포함될 수 있고, 바람직하게는 21 g/m2일 수 있다.
제 4 래퍼(354)는 PLA 합지로 제작될 수 있다. 여기에서, PLA 합지는 종이 층, PLA 층 및 종이 층을 포함하는 3겹의 종이를 의미한다. 예를 들면 제 4 래퍼(354)의 두께는 100 ㎛ 내지 120 ㎛의 범위 내에 포함될 수 있고, 바람직하게는 110 ㎛일 수 있다. 또한, 제 4 래퍼(354)의 평량은 80 g/m2 내지 100 g/m2의 범위 내에 포함될 수 있고, 바람직하게는 88 g/m2일 수 있다.
제 5 래퍼(355)는 멸균지(MFW)로 제작될 수 있다. 여기에서, 멸균지(MFW)는 인장 강도, 내수도, 평활도 등이 일반 종이보다 증진되도록 특수하게 제조된 종이를 의미한다. 예를 들면, 제 5 래퍼(355)의 평량은 57 g/m2 내지 63 g/m2의 범위 내에 포함될 수 있고, 바람직하게는 60 g/m2일 수 있다. 또한, 제 5 래퍼(355)의 두께는 64 ㎛ 내지 70 ㎛의 범위 내에 포함될 수 있고, 바람직하게는 67 ㎛일 수 있다.
제 5 래퍼(355)는 소정의 물질이 내첨될 수 있다. 여기에서, 소정의 물질의 예로서는 실리콘이 해당될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 실리콘은 온도에 따른 변화가 적은 내열성, 산화되지 않는 내산화성, 각종 약품에 대한 저항성, 물에 대한 발수성, 또는 전기 절연성 등의 특성을 갖는다. 다만, 실리콘이 아니더라도, 상술한 특성들을 갖는 물질이라면 제한 없이 제 5 래퍼(355)에 도포(또는, 코팅)될 수 있다.
전단 플러그(33)는 셀룰로오스 아세테이트로 제작될 수 있다. 일 예로서, 전단 플러그(33)는 셀룰로오스 아세테이트 토우에 가소제(예를 들면, 트리아세틴)을 가하여 제작될 수 있다. 셀룰로오스 아세테이트 토우를 구성하는 필라멘트의 모노 데니어(mono denier)는 1.0 내지 10.0의 범위 내에 포함될 수 있고, 바람직하게는 4.0 내지 6.0의 범위 내에 포함될 수 있다. 더 바람직하게는, 전단 플러그(33)의 필라멘트의 모노 데니어는 5.0일 수 있다. 또한, 전단 플러그(33)를 구성하는 필라멘트의 단면은 Y자 형일 수 있다. 전단 플러그(33)의 토탈 데니어(total denier)는 20000 내지 30000의 범위 내에 포함될 수 있고, 바람직하게는 25000 내지 30000의 범위 내에 포함될 수 있다. 더 바람직하게는, 전단 플러그(33)의 토탈 데니어는 28000일 수 있다.
또한, 필요에 따라, 전단 플러그(33)는 적어도 하나의 채널을 포함할 수 있고, 채널의 단면 형상은 다양하게 제작될 수 있다.
담배 로드(31)는 도 4를 참조하여 상술한 담배 로드(21)와 대응될 수 있다. 따라서, 이하에서는 담배 로드(31)에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
제 1 세그먼트(321)는 셀룰로오스 아세테이트로 제작될 수 있다. 예를 들면, 제 1 세그먼트는 내부에 중공을 포함하는 튜브 형태의 구조물일 수 있다. 제 1 세그먼트(321)는 셀룰로오스 아세테이트 토우에 가소제(예를 들면, 트리아세틴)을 가하여 제작될 수 있다. 예를 들면, 제 1 세그먼트(321)의 모노 데니어 및 토탈 데니어는 전단 플러그(33)의 모노 데니어 및 토탈 데니어와 동일할 수 있다.
제 2 세그먼트(322)는 셀룰로오스 아세테이트로 제작될 수 있다. 제 2 세그먼트(322)를 구성하는 필라멘트의 모노 데니어(mono denier)는 1.0 내지 10.0의 범위 내에 포함될 수 있고, 바람직하게는 8.0 내지 10.0의 범위 내에 포함될 수 있다. 더 바람직하게는, 제 2 세그먼트(322)의 필라멘트의 모노 데니어는 9.0일 수 있다. 또한, 제 2 세그먼트(322)의 필라멘트의 단면은 Y자 형일 수 있다. 제 2 세그먼트(322)의 토탈 데니어(total denier)는 20000 내지 30000의 범위 내에 포함될 수 있고, 바람직하게는 25000일 수 있다.
도 6은 다른 실시 예에 따른 에어로졸 발생 장치(400)의 블록도이다.
에어로졸 발생 장치(400)는 제어부(410), 센싱부(420), 출력부(430), 배터리(440), 히터(450), 사용자 입력부(460), 메모리(470) 및 통신부(480)를 포함할 수 있다. 다만, 에어로졸 발생 장치(400)의 내부 구조는 도 6에 도시된 것에 제한되지 않는다. 즉, 에어로졸 발생 장치(400)의 설계에 따라, 도 6에 도시된 구성 중 일부가 생략되거나 새로운 구성이 더 추가될 수 있음을 본 실시 예와 관련된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다.
센싱부(420)는 에어로졸 발생 장치(400)의 상태 또는 에어로졸 발생 장치(400) 주변의 상태를 감지하고, 감지된 정보를 제어부(410)에 전달할 수 있다. 제어부(410)는 상기 감지된 정보에 기초하여, 히터(450)의 동작 제어, 흡연의 제한, 에어로졸 발생 물품(예: 궐련, 카트리지 등)의 삽입 여부 판단, 알림 표시 등과 같은 다양한 기능들이 수행되도록 에어로졸 발생 장치(400)를 제어할 수 있다.
센싱부(420)는 온도 센서(422), 삽입 감지 센서(424) 및 퍼프 센서(426) 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
온도 센서(422)는 히터(450)(또는, 에어로졸 생성 물질)가 가열되는 온도를 감지할 수 있다. 에어로졸 발생 장치(400)는 히터(450)의 온도를 감지하는 별도의 온도 센서를 포함하거나, 히터(450) 자체가 온도 센서의 역할을 수행할 수 있다. 또는, 온도 센서(422)는 배터리(440)의 온도를 모니터링하도록 배터리(440)의 주위에 배치된 것일 수도 있다.
삽입 감지 센서(424)는 에어로졸 발생 물품의 삽입 및/또는 제거를 감지할 수 있다. 예를 들면, 삽입 감지 센서(424)는 필름 센서, 압력 센서, 광 센서, 저항성 센서, 용량성 센서, 유도성 센서 및 적외선 센서 중 적어도 하나를 포함할 수 있고, 에어로졸 발생 물품이 삽입 및/또는 제거됨에 따른 신호 변화를 감지할 수 있다.
퍼프 센서(426)는 기류 통로 또는 기류 채널의 다양한 물리적 변화에 기초하여 사용자의 퍼프를 감지할 수 있다. 예를 들면, 퍼프 센서(426)는 온도 변화, 유량(flow) 변화, 전압 변화 및 압력 변화 중 어느 하나에 기초하여 사용자의 퍼프를 감지할 수 있다.
센싱부(4120)는 전술한 센서(422 내지 426) 외에, 온/습도 센서, 기압 센서, 지자기 센서(magnetic sensor), 가속도 센서(acceleration sensor), 자이로스코프 센서, 위치 센서(예컨대, GPS), 근접 센서, 및 RGB 센서(illuminance sensor) 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다. 각 센서들의 기능은 그 명칭으로부터 통상의 기술자가 직관적으로 추론할 수 있으므로, 구체적인 설명은 생략될 수 있다.
출력부(430)는 에어로졸 발생 장치(400)의 상태에 대한 정보를 출력하여 사용자에게 제공할 수 있다. 출력부(430)는 디스플레이부(432), 햅틱부(434) 및 음향 출력부(436) 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 디스플레이부(432)와 터치 패드가 레이어 구조를 이루어 터치 스크린으로 구성되는 경우, 디스플레이부(432)는 출력 장치 이외에 입력 장치로도 사용될 수 있다.
디스플레이부(432)는 에어로졸 발생 장치(400)에 대한 정보를 사용자에게 시각적으로 제공할 수 있다. 예를 들면, 에어로졸 발생 장치(400)에 대한 정보는 에어로졸 발생 장치(400)의 배터리(440)의 충/방전 상태, 히터(450)의 예열 상태, 에어로졸 발생 물품의 삽입/제거 상태 또는 에어로졸 발생 장치(400)의 사용이 제한되는 상태(예: 이상 물품 감지) 등의 다양한 정보를 의미할 수 있고, 디스플레이부(432)는 상기 정보를 외부로 출력할 수 있다. 디스플레이부(432)는 예를 들면, 액정 디스플레이 패널(LCD), 유기 발광 디스플레이 패널(OLED) 등일 수 있다. 또한, 디스플레이부(432)는 LED 발광 소자 형태일 수도 있다.
햅틱부(434)는 전기적 신호를 기계적인 자극 또는 전기적인 자극으로 변환하여 에어로졸 발생 장치(400)에 대한 정보를 사용자에게 촉각적으로 제공할 수 있다. 예를 들면, 햅틱부(434)는 모터, 압전 소자, 또는 전기 자극 장치를 포함할 수 있다.
음향 출력부(436)는 에어로졸 발생 장치(400)에 대한 정보를 사용자에게 청각적으로 제공할 수 있다. 예를 들면, 음향 출력부(436)는 전기 신호를 음향 신호로 변환하여 외부로 출력할 수 있다.
배터리(440)는 에어로졸 발생 장치(400)가 동작하는데 이용되는 전력을 공급할 수 있다. 배터리(440)는 히터(450)가 가열될 수 있도록 전력을 공급할 수 있다. 또한, 배터리(440)는 에어로졸 발생 장치(400) 내에 구비된 다른 구성들(예: 센싱부(420), 출력부(430), 사용자 입력부(460), 메모리(470) 및 통신부(480))의 동작에 필요한 전력을 공급할 수 있다. 배터리(440)는 충전이 가능한 배터리이거나 일회용 배터리일 수 있다. 예를 들면, 배터리(440)는 리튬폴리머(LiPoly) 배터리일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
히터(450)는 배터리(440)로부터 전력을 공급받아 에어로졸 생성 물질을 가열할 수 있다. 도 6에 도시되지는 않았으나, 에어로졸 발생 장치(400)는 배터리(440)의 전력을 변환하여 히터(450)에 공급하는 전력 변환 회로(예: DC/DC 컨버터)를 더 포함할 수 있다. 또한, 에어로졸 발생 장치(400)가 유도 가열 방식으로 에어로졸을 생성하는 경우, 에어로졸 발생 장치(400)는 배터리(440)의 직류 전원을 교류 전원으로 변환하는 DC/AC 컨버터를 더 포함할 수 있다.
제어부(410), 센싱부(420), 출력부(430), 사용자 입력부(460), 메모리(470) 및 통신부(480)는 배터리(440)로부터 전력을 공급받아 기능을 수행할 수 있다. 도 6에 도시되지는 않았으나, 배터리(440)의 전력을 변환하여 각각의 구성요소들에 공급하는 전력 변환 회로, 예를 들면 LDO(low dropout) 회로 또는 전압 레귤레이터 회로를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 히터(450)는 임의의 적합한 전기 저항성 물질로 형성될 수 있다. 예를 들면, 적합한 전기 저항성 물질은 타이타늄, 지르코늄, 탄탈럼, 백금, 니켈, 코발트, 크로뮴, 하프늄, 나이오븀, 몰리브데넘, 텅스텐, 주석, 갈륨, 망간, 철, 구리, 스테인리스강, 니크롬 등을 포함하는 금속 또는 금속 합금일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 또한, 히터(130)는 금속 열선(wire), 전기 전도성 트랙(track)이 배치된 금속 열판(plate), 세라믹 발열체 등으로 구현될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
다른 실시 예에서, 히터(450)는 유도 가열 방식의 히터일 수 있다. 예를 들면, 히터(450)는 코일에 의해 인가된 자기장을 통해 발열하여, 에어로졸 생성 물질을 가열하는 서셉터를 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 히터(450)는 복수의 히터를 포함할 수 있다. 예를 들면, 히터(450)는 에어로졸 발생 물품을 가열하기 위한 제 1 히터 및 액상을 가열하기 위한 제 2 히터를 포함할 수 있다.
사용자 입력부(460)는 사용자로부터 입력된 정보를 수신하거나, 사용자에게 정보를 출력할 수 있다. 예를 들면, 사용자 입력부(460)는 키 패드(key pad), 돔 스위치 (dome switch), 터치 패드(접촉식 정전 용량 방식, 압력식 저항막 방식, 적외선 감지 방식, 표면 초음파 전도 방식, 적분식 장력 측정 방식, 피에조 효과 방식 등), 조그 휠, 조그 스위치 등이 있을 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 도 6에 도시되지는 않았으나, 에어로졸 발생 장치(400)는 USB(universal serial bus) 인터페이스 등과 같은 연결 인터페이스(connection interface)를 더 포함하고, USB 인터페이스 등과 같은 연결 인터페이스를 통해 다른 외부 장치와 연결하여 정보를 송수신하거나, 배터리(440)를 충전할 수 있다.
메모리(470)는 에어로졸 발생 장치(400) 내에서 처리되는 각종 데이터들을 저장하는 하드웨어로서, 제어부(410)에서 처리된 데이터들 및 처리될 데이터들을 저장할 수 있다. 메모리(470)는 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드디스크 타입(hard disk type), 멀티미디어 카드 마이크로 타입(multimedia card micro type), 카드 타입의 메모리(예를 들면 SD 또는 XD 메모리 등), 램(RAM, random access memory) SRAM(static random access memory), 롬(ROM, read-only memory), EEPROM(electrically erasable programmable read-only memory), PROM(programmable read-only memory), 자기 메모리, 자기 디스크, 광디스크 중 적어도 하나의 타입의 저장매체를 포함할 수 있다. 메모리(470)는 에어로졸 발생 장치(400)의 동작 시간, 최대 퍼프 횟수, 현재 퍼프 횟수, 적어도 하나의 온도 프로 파일 및 사용자의 흡연 패턴에 대한 데이터 등을 저장할 수 있다.
통신부(480)는 다른 전자 장치와의 통신을 위한 적어도 하나의 구성 요소를 포함할 수 있다. 예를 들면, 통신부(480)는 근거리 통신부(482) 및 무선 통신부(484)를 포함할 수 있다.
근거리 통신부(short-range wireless communication unit)(482)는 블루투스 통신부, BLE(Bluetooth Low Energy) 통신부, 근거리 무선 통신부(Near Field Communication unit), WLAN(와이파이) 통신부, 지그비(Zigbee) 통신부, 적외선(IrDA, infrared Data Association) 통신부, WFD(Wi-Fi Direct) 통신부, UWB(ultra-wideband) 통신부, Ant+ 통신부 등을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
무선 통신부(484)는 셀룰러 네트워크 통신부, 인터넷 통신부, 컴퓨터 네트워크(예: LAN 또는 WAN) 통신부 등을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 무선 통신부(484)는 가입자 정보(예: 국제 모바일 가입자 식별자(IMSI)를 이용하여 통신 네트워크 내에서 에어로졸 발생 장치(400)를 확인 및 인증할 수도 있다.
제어부(410)는 에어로졸 발생 장치(400)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다. 일 실시 예에서, 제어부(410)는 적어도 하나의 프로세서를 포함할 수 있다. 프로세서는 다수의 논리 게이트들의 어레이로 구현될 수도 있고, 범용적인 마이크로 프로세서와 이 마이크로 프로세서에서 실행될 수 있는 프로그램이 저장된 메모리의 조합으로 구현될 수도 있다. 또한, 다른 형태의 하드웨어로 구현될 수도 있음을 본 실시 예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다.
제어부(410)는 배터리(440)의 전력을 히터(450)에 공급하는 것을 제어함으로써 히터(450)의 온도를 제어할 수 있다. 예를 들면, 제어부(410)는 배터리(440)와 히터(450) 사이의 스위칭 소자의 스위칭을 제어함으로써 전력 공급을 제어할 수 있다. 다른 예에서, 제어부(410)의 제어 명령에 따라 가열직접회로가 히터(450)에 대한 전력 공급을 제어할 수도 있다.
제어부(410)는 센싱부(420)에 의해 감지된 결과를 분석하고, 이후 수행될 처리들을 제어할 수 있다. 예를 들면, 제어부(410)는 센싱부(420)에 의해 감지된 결과에 기초하여, 히터(450)의 동작이 개시 또는 종료되도록 히터(450)에 공급되는 전력을 제어할 수 있다. 다른 예를 들면, 제어부(410)는 센싱부(420)에 의해 감지된 결과에 기초하여, 히터(450)가 소정의 온도까지 가열되거나 적절한 온도를 유지할 수 있도록 히터(450)에 공급되는 전력의 양 및 전력이 공급되는 시간을 제어할 수 있다.
제어부(410)는 센싱부(420)에 의해 감지된 결과에 기초하여, 출력부(430)를 제어할 수 있다. 예를 들면, 퍼프 센서(426)를 통해 카운트 된 퍼프 횟수가 기 설정된 횟수에 도달하면, 제어부(410)는 디스플레이부(432), 햅틱부(434) 및 음향 출력부(436) 중 적어도 하나를 통해 사용자에게 에어로졸 발생 장치(400)가 곧 종료될 것을 예고할 수 있다.
일 실시 예에서, 제어부(410)는 센싱부(420)에 의해 감지된 에어로졸 발생 물품의 상태에 따라 히터(450)에 대한 전력 공급 시간 및/또는 전력 공급량을 제어할 수 있다. 예를 들면, 에어로졸 발생 물품이 과습 상태인 경우에, 제어부(410)는 유도 코일에 대한 전력 공급 시간을 제어하여, 에어로졸 발생 물품이 일반적인 상태인 경우보다 예열 시간을 증가시킬 수 있다.
일 실시 예는 컴퓨터에 의해 실행되는 프로그램 모듈과 같은 컴퓨터에 의해 실행가능한 명령어를 포함하는 기록 매체의 형태로도 구현될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 가용 매체일 수 있고, 휘발성 및 비휘발성 매체, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 또한, 컴퓨터 판독가능 매체는 컴퓨터 저장 매체 및 통신 매체를 모두 포함할 수 있다. 컴퓨터 저장 매체는 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈 또는 기타 데이터와 같은 정보의 저장을 위한 임의의 방법 또는 기술로 구현된 휘발성 및 비휘발성, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 통신 매체는 전형적으로 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈과 같은 변조된 데이터 신호의 기타 데이터, 또는 기타 전송 메커니즘을 포함하며, 임의의 정보 전달 매체를 포함한다.
도 7 내지 도 10은 일 실시 예에 따른 발열체의 제조 방법을 나타낸 도면들이다. 발열체를 제조하는 동작들의 순서는 본 문서에서 설명되는 순서에 제한되지 아니하고, 동작들 사이에 적어도 하나의 추가적인 동작이 포함되거나, 설명된 동작들 중 어느 하나의 동작이 생략되거나, 일부 동작들의 순서가 달라질 수 있다.
도 7을 참조하면, 발열체(550)를 제조하는 방법은 기판(551)을 제공하는 동작을 포함할 수 있다. 기판(551)은 서로 반대되는 면들(예: +Z방향으로 배향된 면 및 -Z방향으로 배향된 면)을 갖는 플레이트 형상을 가질 수 있다. 기판(551)의 적어도 하나의 면(예: +Z방향으로 배향된 면)은 실질적으로 플랫한 면으로 형성될 수 있다.
일 실시 예에서, 기판(551)은 다양한 재질로 형성될 수 있다. 예를 들면, 기판(551)은, 글래스, 실리콘(Si), 실리콘옥사이드(SiO2), 사파이어, 폴리스티렌, 폴리메틸메타크릴레이트 및/또는 기타 열 전도에 적합한 임의의 재질로 형성될 수 있다. 어떤 실시 예에서, 기판(551)은 글래스, 실리콘(Si), 실리콘옥사이드(SiO2) 및 사파이어 중 어느 하나 또는 이들의 조합으로 형성될 수 있다. 어떤 실시 예에서, 기판(551)은 상대적으로 낮은 열 전달 계수를 갖는 재질을 포함할 수 있다. 이는 기판(551) 상의 일부 영역에 국소적으로 열이 전달되게 할 수 있다.
일 실시 예에서, 기판(551)은 전기 전도성을 나타낼 수 있다. 다른 실시 예에서, 기판(551)은 전기 절연성을 나타낼 수도 있다.
일 실시 예에서, 기판(551)은 발열체(550)가 배치되는 환경에 사용하기에 적합한 임의의 열 전도율을 갖는 재질로 형성될 수 있다. 예를 들면, 기판(551)은, 1bar의 압력 및 25℃의 온도에서, 약 0.6 W/mK 이하, 약 1 W/mK 내지 약 2 W/mK, 약 2 W/mK 내지 약 5 W/mK, 약 5 W/mK 내지 약 10 W/mK, 약 10 W/mK 내지 약 100 W/mK, 약 100 W/mK 내지 약 200 W/mK의 열 전도율을 가질 수 있다. 어떤 실시 예에서, 기판(551)은, 1bar의 압력 및 25℃의 온도에서, 약 0.6 W/mK 이하, 약 1.3 W/mK, 약 148 W/mK 또는 약 46.06 W/mK의 열 전도율을 가질 수 있다.
도 8을 참조하면, 발열체(550)를 제조하는 방법은 기판(551)의 일 면(예: +Z 방향으로 배향된 면) 상으로 복수 개의 비드(552)들을 도포(apply)하는 동작을 포함할 수 있다. 복수 개의 비드(552)들은 기판(551)의 일 면 상에 모노 레이어(즉, 실질적으로 단일의 레이어)로 패터닝(patterning)될 수 있다.
일 실시 예예서, 복수 개의 비드(552)들은 임의의 적합한 방식으로 기판(551) 상에 증착될 수 있다. 예를 들면, 복수 개의 비드(552)들은, 물리 기상 증착(physical vapor deposition), 화학 기상 증착(chemical vapor deposition), 원자층 증착(atomic layer deposition) 및/또는 기타 임의의 적합한 방식으로 증착될 수 있다. 어떤 실시 예에서, 복수 개의 비드(552)들은 물리 기상 증착 방식으로 증착될 수 있다.
일 실시 예에서, 복수 개의 비드(552)들은 실질적으로 낮은 내열 온도로 도포될 수 있다. 일 예로, 복수 개의 비드(552)들은 약 110℃이하, 약 100℃이하, 약 90℃이하, 약 80℃이하, 약 70℃이하, 약 60℃이하, 약 50℃이하, 약 40℃이하 또는 약 30℃이하의 내열 온도로 도포될 수 있다. 일 예로, 복수 개의 비드(552)들은 약 20℃이상, 약 30℃이상, 약 40℃이상, 약 50℃이상, 약 60℃이상, 약 70℃이상 또는 약 80℃이상의 내열 온도로 도포될 수 있다. 어떤 예로, 복수 개의 비드(552)들은 상온(약 25℃)에 가까운 내열 온도로 도포될 수 있다.
일 실시 예에서, 복수 개의 비드(552)들은 실질적으로 곡면을 갖는 구조체를 가질 수 있다. 예를 들면, 복수 개의 비드(552)들은 원형 또는 타원형의 단면 형상을 갖는 구체로 각각 형성될 수 있다. 다른 실시 예에서, 복수 개의 비드(552)들은 다각형의 단면 형상을 갖는 입체로 형성될 수도 있다.
일 실시 예에서, 복수 개의 비드(552)들 중 일부의 비드(552)들은 서로 접촉하며 배열될 수 있다. 일 실시 예에서, 복수 개의 비드(552)들은 인접한 일부(예: 3개)의 비드(552)들 사이에 영역을 형성하며 배열될 수 있다.
일 실시 예에서, 복수 개의 비드(552)들은 규칙적인 배열로 기판(551) 상에 도포될 수 있다. 예를 들면, 복수 개의 비드(552)들은, 기판(551)의 제 1 방향(예: +/-X 방향)으로 배열된 복수 개의 제 1 비드(552A)들, 및 복수 개의 제 1 비드(552A)들로부터 기판(551)의 제 1 방향에 교차하는 제 2 방향(예: +/-Y 방향)으로 위치되고 기판(551)의 제 1 방향으로 배열된 복수 개의 제 2 비드(552B)들을 포함할 수 있다. 어떤 실시 예에서, 복수 개의 제 1 비드(552A)들의 중심 및 복수 개의 제 2 비드(552B)들의 중심이 기판(551)을 일 방향(예: +/-Y 방향)으로 볼 때 일치하지 않도록 복수 개의 제 1 비드(552A)들 및 복수 개의 제 2 비드(552B)들이 배열될 수 있다.
일 실시 예에서, 복수 개의 비드(552)들은, 스티렌계 수지, (메타)아크릴계 수지, 이미드계 수지 및/또는 이들의 공중합체로 형성될 수 있다. 어떤 실시 예에서, 복수 개의 비드(552)들은, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리에틸메타크릴레이트, 폴리n-부틸메타크릴레이트, 폴리sec-부틸메타크릴레이트, 폴리tert-부틸메타크릴레이트, 폴리메틸아크릴레이트, 폴리이소프로필아크릴레이트, 폴리시클로헥실메타크릴레이트, 폴리2-메틸시클로헥실메타크릴레이트, 폴리디시클로펜타닐옥시에틸메타크릴레이트, 폴리이소보닐메타크릴레이트, 폴리시클로헥실아크릴레이트, 폴리2-메틸시클로헥실아크릴레이트, 폴리디시클로펜테닐아크릴레이트, 폴리디시클로펜타닐아크릴레이트, 폴리디시클로펜테닐메타크릴레이트, 폴리디시클로펜타닐메타크릴레이트, 폴리디시클로펜타닐옥시에틸아크릴레이트, 폴리이소보닐아크릴레이트, 폴리페닐메타크릴레이트, 폴리페닐아크릴레이트, 폴리벤질아크릴레이트, 폴리벤질메타크릴레이트, 폴리2-히드록시에틸메타크릴레이트, 폴리스티렌, 폴리α-메틸스티렌, 폴리m-메틸스티렌, 폴리p-메틸스티렌, 비닐톨루엔, 1,3-부타디엔, 이소프렌, 2,3-디메틸 1,3-부타디엔, 폴리이미드, 및/또는 이들의 조합으로 형성될 수 있다. 어떤 실시 예에서, 복수 개의 비드(552)들은 폴리스티렌 또는 실리카로 형성될 수 있다. 어떤 실시 예에서, 복수 개의 비드(552)들은 폴리스티렌으로 형성될 수 있다.
일 실시 예에서, 복수 개의 비드(552)들은, 약 10 nm 이상, 약 50 nm 이상, 약 90 nm 이상, 약 100 nm 이상, 약 150 nm 이상, 약 200 nm 이상, 약 300 nm 이상, 약 450 nm 이상 또는 약 500 nm 이상의 평균 최대 직경을 가질 수 있다. 어떤 실시 예에서, 복수 개의 비드(552)들은 약 450 nm 이상의 평균 최대 직경을 가질 수 있다.
일 실시 예에서, 복수 개의 비드(552)들은, 약 1,000 nm 이하, 약 900 nm 이하, 약 800 nm 이하, 약 700 nm 이하, 약 600 nm 이하 또는 약 550 nm 이하의 평균 최대 직경을 가질 수 있다. 어떤 실시 예에서, 복수 개의 비드(552)들은 약 600 nm 이하의 평균 최대 직경을 가질 수 있다.
도 9를 참조하면, 발열체(550)를 제조하는 방법은 기판(551)의 일 면(예: +Z 방향으로 배향된 면) 상으로 복수 개의 금속 입자(553)들을 증착하는 동작을 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 복수 개의 금속 입자(553)들은 나노 스케일의 크기를 가질 수 있다. 예를 들면, 복수 개의 금속 입자(553)들은 약 1 ㎛ 이하의 평균 최대 직경을 가질 수 있다. 어떤 실시 예에서, 복수 개의 금속 입자(553)들은 약 700 nm 이하, 약 600 nm 이하, 약 500 nm 이하, 약 400 nm 이하, 약 300 nm 이하, 약 200 nm 이하, 약 150 nm 이하 또는 약 100 nm 이하의 평균 최대 직경을 가질 수 있다.
일 실시 예에서, 복수 개의 금속 입자(553)들은 임의의 적합한 증착 방식으로 기판(551) 및/또는 복수 개의 비드(552)들 상에 증착될 수 있다. 예를 들면, 복수 개의 금속 입자(553)들은, 스퍼터링, 이온빔 증착, 열 증착, 화학적 증착, 플라즈마 증착 및/또는 기타 임의의 적합한 증착 방식에 의해 증착될 수 있다.
일 실시 예에서, 복수 개의 금속 입자(553)들은, 기판(551)의 일 면 상에 위치된 복수 개의 비드(552)들의 각각의 노출된 영역을 포함하는 제 1 증착 영역(A1), 및 기판(551)의 일 면의 적어도 일부의 영역 및/또는 복수 개의 비드(552)들 사이의 영역을 포함하는 제 2 증착 영역(A2) 상에 증착될 수 있다. 어떤 실시 예에서, 기판(551)은 복수 개의 비드(552)들이 위치되지 않는 영역으로서 복수 개의 금속 입자(553)들이 증착되지 않는 비증착 영역(A3)을 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 복수 개의 금속 입자(553)들은 열을 발생시키기에 적합한 임의의 재질로 형성될 수 있다. 예를 들면, 복수 개의 금속 입자(553)들은, 금, 은, 구리, 팔라듐, 백금, 알루미늄, 티타늄, 니켈, 크롬, 철, 코발트, 망간, 로듐 및 루테늄 중 적어도 하나 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 복수 개의 금속 입자(553)들은 정해진 파장 대역(예: 가시광선 파장 대역, 즉 약 380 nm 내지 약 780 nm)의 광과 상호 작용하여 열을 발생시키기에 적합한 임의의 재질로 형성될 수 있다. 예를 들면, 복수 개의 금속 입자(553)들은, 금, 은, 구리, 팔라듐 및 백금 중 적어도 하나 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
어떤 실시 예에서, 복수 개의 금속 입자(553)들은 평균 최대 흡광도를 갖는 금속 재질로 형성될 수 있다. 여기서, 평균 최대 흡광도는 파장 대역에 따른 실질적으로 피크를 갖는 흡광도로 규정될 수 있다. 상기 흡광도에 대응하는 파장 대역은 복수 개의 금속 입자(553)들이 공명하는 파장 대역으로 이해될 수 있다. 예를 들면, 복수 개의 금속 입자(553)들은, 약 430 nm 내지 약 450 nm 사이, 약 480 nm 내지 약 500 nm 사이, 약 490 nm 내지 약 510 nm 사이, 약 500 nm 내지 약 520 nm 사이, 약 550 nm 내지 약 570 nm 사이, 약 600 nm 내지 약 620 nm 사이, 약 620 nm 내지 약 640 nm 사이, 약 630 nm 내지 약 650 nm 사이, 약 640 nm 내지 약 660 nm 사이, 약 680 nm 내지 약 700 nm 사이 또는 약 700 nm 내지 약 750 nm 사이의 파장 대역에서 평균 최대 흡광도를 갖는 금속 재질로 형성될 수 있다. 복수 개의 금속 입자(553)들의 평균 최대 흡광도는 금속 재질 외에도 기판(551)의 종류, 복수 개의 금속 입자(553)들이 형성하는 구조체(예: 금속 프리즘)의 크기 및/또는 구조체의 형상에 따라 달라질 수 있다.
일 실시 예에서, 복수 개의 금속 입자(553)들의 증착 두께는 약 20 nm 이하일 수 있다. 바람직한 실시 예에서, 복수 개의 금속 입자(553)들의 증착 두께는 약 10 nm 이하일 수 있다. 복수 개의 금속 입자(553)들을 10 nm를 넘는 두께로 기판(551) 상에 증착하는 경우, 복수 개의 금속 입자(553)들이 형성하는 구조체(예: 금속 프리즘)에서 발열 반응이 감소될 수 있다. 복수 개의 금속 입자(553)들이 형성하는 구조체의 두께가 10 nm를 넘는 것은 발열체(550) 주변에 열을 빼앗길 가능성을 증가시키고 이에 따라 발열체(550)의 열 효율을 감소시킬 수 있다.
도 10을 참조하면, 발열체(550)를 제조하는 방법은 복수 개의 비드(예: 도 8 및 도 9의 비드(552))들을 제거하는 동작을 포함할 수 있다. 복수 개의 비드들이 제거되면, 기판(551) 상에 적어도 하나(예: 복수 개)의 금속 프리즘(554)에 의해 둘러싸인 보이드 영역(VA)이 형성될 수 있다. 보이드 영역(VA)은 비드의 단면 형상에 대응하는 형상(예: 실질적으로 원형 또는 타원형)을 가질 수 있다.
복수 개의 비드들을 제거하는 것은 임의의 적합한 방식으로 수행될 수 있다. 일 실시 예에서, 복수 개의 비드들은 용매에 침지됨으로써 용매에 의해 용해될 수 있다. 예를 들면, 용매는 톨루엔, 아세톤, 벤젠, 페놀, 에테르 및/또는 기타 임의의 적합한 무기 용매 또는 임의의 유기 용매 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 다른 실시 예에서, 복수 개의 비드들은 에칭 공정(예: 반응성 이온 에칭(reactive ion etching, RIE), 이온 밀링 및/또는 기타 임의의 에칭)에 의해 제거될 수도 있다.
일 실시 예에서, 보이드 영역(VA)은 약 10 nm 이상, 약 50 nm 이상, 약 90 nm 이상, 약 100 nm 이상, 약 150 nm 이상, 약 200 nm 이상, 약 300 nm 이상, 약 350 nm 이상, 약 450 nm 이상 또는 약 500 nm 이상의 평균 최대 직경을 가질 수 있다. 어떤 실시 예에서, 보이드 영역(VA)은 약 450 nm 이상의 평균 최대 직경을 가질 수 있다.
일 실시 예에서, 보이드 영역(VA)은 약 1,000 nm 이하, 약 900 nm 이하, 약 800 nm 이하, 약 700 nm 이하, 약 600 nm 이하 또는 약 550 nm 이하의 평균 최대 직경을 가질 수 있다. 어떤 실시 예에서, 보이드 영역(VA)은 약 600 nm 이하의 평균 최대 직경을 가질 수 있다.
일 실시 예에서, 발열체(550)를 제조하는 방법은 복수 개의 비드(예: 도 8 및 도 9의 비드(552))들의 크기를 감소시키는 동작을 포함할 수 있다. 복수 개의 비드들의 적어도 일부는 식각 공정에 의해 크기가 감소될 수 있다. 예를 들면, 반응성 이온 에칭(reactive ion etching, RIE))은 금속 입자들의 자유 전자들이 금속 프리즘(예: 금속 프리즘(654))의 가장자리 영역(edge area)에 집중되는 것을 고려할 때 하나의 유리한 공정으로 선택될 수 있다.
일 실시 예에서, 복수 개의 비드들의 감소된 크기는 약 10 nm 이상, 약 50 nm 이상, 약 90 nm 이상, 약 100 nm 이상, 약 150 nm 이상, 약 200 nm 이상, 약 300 nm 이상, 약 350 nm 이상, 약 450 nm 이상 또는 약 500 nm 이상의 평균 최대 직경을 가질 수 있다. 어떤 실시 예에서, 복수 개의 비드들의 감소된 크기는 약 300 nm 이상의 평균 최대 직경을 가질 수 있다. 어떤 실시 예에서, 복수 개의 비드들의 감소된 크기는 약 350 nm 이상의 평균 최대 직경을 가질 수 있다.
일 실시 예에서, 복수 개의 비드들의 감소된 크기는 약 1,000 nm 이하, 약 900 nm 이하, 약 800 nm 이하, 약 700 nm 이하, 약 600 nm 이하 또는 약 550 nm 이하의 평균 최대 직경을 가질 수 있다. 어떤 실시 예에서, 복수 개의 비드들의 감소된 크기는 약 400 nm 이하의 평균 최대 직경을 가질 수 있다.
도 11은 일 실시 예에 따른 발열체의 사시도이고, 도 12는 일 실시 예에 따른 발열체의 평면도이고, 도 13은 도 12의 발열체를 13-13라인을 따라 바라본 단면도이다.
도 11 내지 도 13을 참조하면, 일 실시 예에 따른 발열체(650)는 표면 플라즈몬 공명에 의해 열을 발생시키도록 구성될 수 있다. "표면 플라즈몬 공명"은 금속 입자들의 매체와의 인터페이스를 따라 전파하는 전자들의 집단적인 진동을 가리킨다. 예를 들면, 금속 입자들의 전자들의 집단적인 진동은 발열체(650)의 외부에서 전파되는 광에 의해 발생될 수 있다. 금속 입자들의 전자들의 여기는 열 에너지를 발생시키고, 발생된 열 에너지는 발열체(650)가 적용되는 환경 내에서 전달될 수 있다.
일 실시 예에서, 발열체(650)는, 제 1 면(651A)(예: 도 13에서 상면) 및 제 1 면(651A)에 반대되는 제 2 면(651B)(예: 도 13에서 하면)을 갖는 기판(651), 및 기판(651)의 제 1 면(651A) 상에 위치된 복수 개(예: 6개)의 금속 프리즘(654)들을 포함할 수 있다. 복수 개의 금속 프리즘(654)들은 기판(651)의 제 1 면(651A) 상에 복수 개의 금속 프리즘(654)들에 의해 둘러싸인 보이드 영역(VA)을 규정할 수 있다. 예를 들면, 보이드 영역(VA)은 실질적으로 원형 또는 타원형의 형상을 가질 수 있으며, 복수 개의 금속 프리즘(654)들은 보이드 영역(VA)의 원주 방향을 따라 배열될 수 있다.
일 실시 예에서, 복수 개의 금속 프리즘(654)들은, 기판(651)의 제 1 면(651A)을 대면하는 제 1 베이스 면(654A)(예: 하부 베이스 면), 제 1 베이스 면(654A)에 반대되는 제 2 베이스 면(654B)(예: 상부 베이스 면), 및 제 1 베이스 면(654A) 및 제 2 베이스 면(654B) 사이의 복수 개의 사이드 면(654C1, 654C2, 654C3)들을 각각 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 제 1 베이스 면(654A) 및 제 2 베이스 면(654B)은 서로 실질적으로 평행할 수 있다.
일 실시 예에서, 제 1 베이스 면(654A) 및/또는 제 2 베이스 면(654B)은 실질적으로 플랫한 면으로 형성될 수 있다.
일 실시 예에서, 제 1 베이스 면(654A) 및 제 2 베이스 면(654B) 사이의 거리(예: 금속 프리즘(654)의 두께)는 약 10 nm 이하일 수 있다. 금속 프리즘(654)이 10 nm를 넘는 두께를 갖는 것은 금속 프리즘(654)을 형성하는 복수 개의 금속 입자들의 발열 반응을 감소시키고 결과적으로 발열체(650)의 열 효율을 감소시킬 수 있다.
일 실시 예에서, 복수 개의 사이드 면(654C1, 654C2, 654C3)들은 서로 다른 방향으로 배향될 수 있다. 예를 들면, 제 1 사이드 면(654C1)은 제 1 방향(예: 제 1 방사상 방향)으로 배향되고, 제 2 사이드 면(654C2)은 제 1 사이드 면(654C1)에 연결되고 제 2 방향(예: 제 2 방사상 방향)으로 배향되고, 제 3 사이드 면(654C3)은 제 1 사이드 면(654C1) 및 제 2 사이드 면(654C3)에 각각 연결되고 제 3 방향(예: 제 3 방사상 방향)으로 배향될 수 있다.
일 실시 예에서, 복수 개의 사이드 면(654C1, 654C2, 654C3)들 중 적어도 하나의 사이드 면은 실질적으로 곡면으로 형성될 수 있다. 어떤 실시 예에서, 복수 개의 사이드 면(654C1, 654C2, 654C3)들은 실질적으로 동일한 곡률을 갖는 곡면으로 형성될 수 있다. 다른 실시 예에서, 복수 개의 사이드 면(654C1, 654C2, 654C3)들 중 어느 하나의 사이드 면의 곡률은 다른 하나의 사이드 면의 곡률과 다를 수도 있다.
일 실시 예예서, 복수 개의 사이드 면(654C1, 654C2, 654C3)들은 금속 프리즘(654)의 중심부를 향해 오목하게 형성된 곡면으로 형성될 수 있다. 다른 실시 예에서, 복수 개의 사이드 면(654C1, 654C2, 654C3)들 중 적어도 하나의 사이드 면은 금속 프리즘(654)의 중심부로부터 볼록하게 형성된 곡면으로 형성될 수도 있다.
다른 실시 예에서, 복수 개의 금속 프리즘(654)들은 2개의 사이드 면들을 포함할 수도 있다. 예를 들면, 금속 프리즘(654)은 실질적으로 반원형 또는 반원형에 가까운 형상을 가질 수 있다.
일 실시 예에서, 복수 개의 금속 프리즘(654)들은 기판(651)의 제 1 면(651A) 상에서 서로 물리적으로 분리되어 위치될 수 있다. 예를 들면, 복수 개의 금속 프리즘(654)들은 보이드 영역(VA)의 둘레(예: 원주)를 따라 정해진 간격으로 서로 오프셋될 수 있다.
일 실시 예에서, 복수 개의 금속 프리즘(654)들은 실질적으로 동일한 간격으로 서로 오프셋될 수 있다. 다른 실시 예에서, 복수 개의 금속 프리즘(654)들 중 어느 인접한 한 쌍의 금속 프리즘(654)들의 간격은 다른 인접한 한 쌍의 금속 프리즘(654)들의 간격과 다를 수도 있다.
도 14는 다른 실시 예에 따른 발열체의 평면도이다.
도 14를 참조하면, 일 실시 예에 따른 발열체(750)는, 기판(751), 및 기판(751) 상에 위치된 금속 프리즘(754)을 포함할 수 있다. 금속 프리즘(754)은 실질적으로 단일의 구조체로서 복수 개의 보이드 영역(VA)들을 규정할 수 있다. 예를 들면, 금속 프리즘(754)은 복수 개의 보이드 영역(VA)들의 둘레의 전체를 실질적으로 규정할 수 있다. 금속 프리즘(754)은, 보이드 영역(VA)의 둘레(예: 원주) 상의 일 위치에 있는 제 1 프리즘 영역(7541), 보이드 영역(VA)의 둘레(예: 원주) 상의 다른 위치에 있는 제 2 프리즘 영역(7542), 및 제 1 프리즘 영역(7541) 및 제 2 프리즘 영역(7542) 사이의 제 3 프리즘 영역(7543)을 포함할 수 있다. 제 1 프리즘 영역(7541), 제 2 프리즘 영역(7542) 및 제 3 프리즘 영역(7543)은 일체로 심리스하게 연결될 수 있다.
도 15는 광원의 출력에 따른 다양한 발열체들의 승온을 비교한 그래프이다.
도 15를 참조하면, 다양한 발열체들(SP1, SP2, SP3, SP4)에 레이저를 방출하는 광원의 출력을 변화시키면서 발열체들(SP1, SP2, SP3, SP4)의 승온을 비교하는 실험을 수행하였다.
제 1 발열체(SP1)는 글래스 재질의 기판 상에 약 10 nm의 두께를 갖는 금 재질의 삼각형 형상의 복수 개의 프리즘들을 갖도록 약 460 nm의 폴리스티렌 비드들이 적용되어 제조되었다. 제 2 발열체(SP2)는 글래스 재질의 기판 상에 약 50 nm의 두께를 갖는 금 재질의 필름을 갖도록 제조되었다. 제 3 발열체(SP3)는 글래스 재질의 기판 상에 어떠한 구조(예: 프리즘 또는 필름)도 없도록 제조되었다. 제 4 발열체(SP4)는 글래스 재질의 기판 상에 약 10 nm의 두께를 갖는 금 재질의 프리즘을 갖도록 약 460 nm의 폴리스티렌 비드들이 적용되었으며 반응성 이온 에칭(reactive ion etching)에 의해 폴리스티렌 비드들이 식각되어 복수 개의 보이드 영역들의 둘레의 전체를 규정하는 일체형 프리즘 구조가 형성되도록 제조되었다.
그래프에서 확인할 수 있는 바와 같이, 제 2 발열체(SP2) 및 제 3 발열체(SP3)는 레이저 출력을 증가시킴에 따라 낮은 온도 증가를 보였다. 한편, 제 1 발열체(SP1) 및 제 4 발열체(SP4)는 제 2 발열체(SP2) 및 제 3 발열체(SP3)에 비해 레이저 출력 대비 온도 증가율이 높았고 상대적으로 낮은 출력으로 목표 온도에 도달할 수 있음을 보여주었다. 특히, 제 4 발열체(SP4)는 제 1 발열체(SP1)에 비해 더 높은 온도 증가율을 보임으로써 더 높은 목표 온도를 요구하는 발열체에 적용될 수 있음을 보여주었다.
도 16은 일 실시 예에 따른 에어로졸 발생 장치의 도면이다.
도 16을 참조하면, 에어로졸 발생 장치(800)(예: 에어로졸 발생 장치(1, 400))는, 에어로졸 발생 물품(예: 에어로졸 발생 물품(2, 3))을 가열하도록 구성된 적어도 하나의 발열체(850)(예: 히터(13, 450) 및/또는 발열체(550, 650, 750)), 및 적어도 하나의 발열체(850)를 향해 발광하도록 구성된 적어도 하나의 광원(855)을 포함할 수 있다. 한편, 도 15에는 에어로졸 발생 장치(800)에 발열체(850) 및/또는 광원(855)을 제어하도록 구성된 제어부(810)(예: 제어부(12, 410)), 및 제어부(810)에 전기 에너지를 공급하도록 구성된 배터리(840)(예: 배터리(11, 440))가 포함되는 것으로 도시되어 있으나, 다른 구성요소가 포함되거나 생략될 수도 있다.
일 실시 예에서, 에어로졸 발생 장치(800)는 단일의 발열체(850)를 포함할 수 있다. 발열체(850)는 에어로졸 발생 물품이 위치될 수 있는 공동을 적어도 부분적으로 둘러쌀 수 있다. 발열체(850)는, 예를 들면 기판(551, 651, 751)이, 적어도 부분적으로 곡면이 형성된 구조를 가질 수 있다.
다른 실시 예에서, 에어로졸 발생 장치(800)는 복수 개의 발열체(850)들을 포함할 수 있다. 복수 개의 발열체(850)들은 에어로졸 발생 물품이 위치될 수 있는 공동을 기준으로 서로 다른 부분들에 위치될 수 있다. 복수 개의 발열체(850)들에 포함된 금속 프리즘의 금속 재료들은 동일하거나 서로 다를 수 있다.
일 실시 예에서, 광원(855)은 발열체(850)를 향해 정해진 각도로 광 신호를 송신하도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 광원(855)은 발열체(850)의 표면(예: 기판(551, 651, 751)의 표면 및/또는 금속 프리즘(554, 654, 754)의 표면(654B, 654C1, 654C2, 654C3))에서 전반사가 일어날 수 있는 각도로 광 신호를 송신할 수 있다. 다른 실시 예에서, 광원(855)은 발열체(850)를 향해 임의의 각도로 광 신호를 송신할 수도 있다.
일 실시 예에서, 광원(855)은 자외선 대역, 가시광선 대역 및/또는 적외선 대역의 광을 송신하도록 구성될 수 있다. 어떤 실시 예에서, 광원(855)은 가시광선 대역(예: 약 380 nm 내지 약 780 nm)의 광을 송신하도록 구성될 수 있다.
어떤 실시 예에서, 광원(855)은 발열체(850)가 포함하고 금속 프리즘(예: 금속 프리즘(554, 654, 754))의 금속 입자들의 재질에 대응하는 대역의 광을 송신하도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 광원(855)은 금속 입자들의 재질에 따른 평균 최대 흡광도에 대응하는 파장 대역의 광을 송신할 수 있다.
일 실시 예에서, 광원(855)은 발광 다이오드 및/또는 레이저를 포함할 수 있다. 발광 다이오드 및/또는 레이저는 에어로졸 발생 장치(800)에 포함되기에 적합한 종류 및/또는 크기를 가질 수 있다. 일 예로, 레이저는 고체 상태 레이저 및/또는 반도체 레이저를 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 에어로졸 발생 장치(800)는 복수 개의 광원(855)들을 포함할 수 있다. 복수 개의 광원(855)들은 동일한 유형의 광원으로 구현될 수 있다. 다른 실시 예에서, 복수 개의 광원(855)들 중 적어도 일부는 상이한 유형의 광원으로 구현될 수도 있다.
일 실시 예에서, 복수 개의 광원(855)들 중 적어도 하나의 광원(855)은 발열체(850)의 일부를 조사하도록 구성될 수 있다.
일 실시 예에서, 복수 개의 광원(855)들 중 어느 하나의 광원(855)이 조사하는 발열체(850)의 부분은 다른 하나의 광원(855)이 조사하는 발열체(850)의 부분과 다를 수 있다. 예를 들면, 복수 개의 광원(855)들은 단일의 발열체(850)의 서로 다른 부분들을 조사하거나, 복수 개의 발열체(850)들을 각각 조사할 수 있다.
일 실시 예에서, 복수 개의 광원(855)들은 실질적으로 동시에 조사하도록 구성될 수 있다. 다른 실시 예에서, 복수 개의 광원(855)들 중 어느 하나의 광원(855)의 조사 시점은 다른 하나의 광원(855)의 조사 시점과 다를 수도 있다.
일 실시 예에서, 복수 개의 광원(855)들은 실질적으로 동일한 시간 동안 발열체(850)를 조사할 수 있다. 다른 실시 예에서, 복수 개의 광원(855)들 중 어느 하나의 광원(855)의 조사 시간은 다른 하나의 광원(855)의 조사 시간과 다를 수도 있다.
일 실시 예에서, 복수 개의 광원(855)들은 실질적으로 동일한 파장 대역의 광을 송신할 수 있다. 다른 실시 예에서, 복수 개의 광원(855)들 중 어느 하나의 광원(855)이 조사하는 광의 대역은 다른 하나의 광원(855)이 조사하는 광의 대역과 다를 수도 있다.
일 실시 예에서, 복수 개의 광원(855)들은 실질적으로 동일한 조도로 발열체(850)를 조사할 수 있다. 다른 실시 예에서, 복수 개의 광원(855)들 중 어느 하나의 광원(855)의 조도는 다른 하나의 광원(855)의 조도와 다를 수도 있다.

Claims (15)

  1. 표면 플라즈몬 공명에 의해 열을 발생시키기 위한 발열체에 있어서,
    제 1 면 및 상기 제 1 면에 반대되는 제 2 면을 포함하는 기판; 및
    상기 제 1 면 상에 보이드 영역을 적어도 부분적으로 형성하도록 상기 제 1 면 상에 위치된 제 1 금속 프리즘;
    을 포함하는 발열체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 금속 프리즘은, 상기 제 1 면을 대면하는 제 1 베이스 면, 상기 제 1 베이스 면에 반대되는 제 2 베이스 면, 및 상기 제 1 베이스 면 및 상기 제 2 베이스 면 사이의 복수 개의 사이드 면들을 포함하는 발열체.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 베이스 면 및 상기 제 2 베이스 면 사이의 거리는 0 nm 초과 내지 약 10 nm 이하의 범위에 있는 발열체.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 사이드 면 및/또는 상기 제 2 사이드 면은 실질적으로 곡면으로 형성된 발열체.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 보이드 영역은 약 300 nm 내지 약 600 nm의 범위에 있는 직경을 갖는 발열체.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 금속 프리즘은 약 380 nm 내지 약 780 nm 사이의 범위에 있는 파장의 광과 공명하도록 구성된 금속 입자들을 포함하는 발열체.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 금속 프리즘과 함께 상기 보이드 영역을 적어도 부분적으로 형성하는 제 2 금속 프리즘을 더 포함하는 발열체.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 금속 프리즘 및 상기 제 2 금속 프리즘은 서로 분리되어 있는 발열체.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 금속 프리즘은 상기 보이드 영역의 둘레의 전체를 규정하는 발열체.
  10. 표면 플라즈몬 공명에 의해 열을 발생시키기 위한 발열체를 제조하기 위한 방법에 있어서,
    기판을 제공하는 동작;
    상기 기판 상에 복수 개의 비드들을 도포하는 동작;
    상기 기판 상에 금속 프리즘을 형성하도록 상기 기판 및/또는 복수 개의 비드들 상으로 복수 개의 금속 입자들을 증착하는 동작; 및
    상기 기판 상에 상기 금속 프리즘에 의해 둘러싸인 보이드 영역을 형성하도록 상기 복수 개의 비드들을 제거하는 동작;
    을 포함하는 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 금속 프리즘이 0 nm 초과 내지 약 10 nm 이하의 범위에 있는 두께를 갖도록 상기 복수 개의 금속 입자들이 증착되는 방법.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 복수 개의 비드들은 약 450 nm 내지 약 600 nm의 범위에 있는 직경을 갖는 방법.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 복수 개의 비드들을 식각하는 동작을 더 포함하는 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 복수 개의 비드들이 약 300 nm 내지 약 400 nm의 범위에 있는 직경을 갖도록 상기 복수 개의 비드들이 식각되는 방법.
  15. 광원; 및
    상기 광원으로부터 광을 수신하도록 구성된 제 1 항에 따른 발열체;
    를 포함하는 에어로졸 발생 장치.
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