WO2011122854A2 - 발열체 및 이의 제조방법 - Google Patents

발열체 및 이의 제조방법 Download PDF

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WO2011122854A2
WO2011122854A2 PCT/KR2011/002190 KR2011002190W WO2011122854A2 WO 2011122854 A2 WO2011122854 A2 WO 2011122854A2 KR 2011002190 W KR2011002190 W KR 2011002190W WO 2011122854 A2 WO2011122854 A2 WO 2011122854A2
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conductive heating
conductive
heating
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김기환
홍영준
최현
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주식회사 엘지화학
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    • Y10T29/49099—Coating resistive material on a base

Definitions

  • the present invention relates to a heating element and a method of manufacturing the same.
  • frost occurs on the glass of the car due to temperature differences between the outside and inside of the car.
  • dew condensation occurs due to temperature differences between the slope and the outside of the slope.
  • a heating glass has been developed.
  • the heating glass uses the concept of attaching a hot wire sheet to the glass surface or forming a hot wire directly on the glass surface and then applying electricity to both terminals of the hot wire to generate heat from the hot wire, thereby raising the temperature of the glass surface.
  • Low heat resistance is important for automotive or building heating glass to generate heat smoothly, but it should not be distracting to human eyes.
  • the conventional heating glass was manufactured by forming a heating layer through a sputtering process using a transparent conductive material such as ITO (Indium Tin Oxide) or Ag thin film, and then connecting the electrode to the front end.
  • the micro pattern may be manufactured by photo lithography.
  • the conductive fine pattern may be manufactured and applied to various fields, such as a heating element and a conductor. In this case, the visibility or optical characteristics may be poor depending on the line width, pitch, or pattern of the pattern.
  • An object of the present invention is to provide a heating element and a method of manufacturing the same, which includes a conductive heating pattern that is not visible and can minimize side effects caused by diffraction and interference of light.
  • the present invention is a) a transparent substrate, b) a conductive heating pattern provided on at least one surface of the transparent substrate, the average line spacing in the longitudinal direction is wider than the average line spacing in the transverse direction
  • a heating element including a conductive heating pattern.
  • the present invention provides a method for manufacturing a heating element comprising the step of forming a conductive heating pattern having a form having a wider average line spacing in the longitudinal direction than an average line spacing in the transverse direction as a conductive heating pattern on one surface of the transparent substrate.
  • the heating element including the pattern according to the present invention can not only minimize side effects caused by diffraction and interference of light, but also can be manufactured as an inconspicuous heating element with excellent heat generation performance at low voltage.
  • Figure 1 illustrates a conductive heating pattern of the heating element according to the first embodiment of the present invention.
  • Figure 2 relates to the measurement result of Example 1 which is an embodiment of the present invention, and shows a photograph of the interference fringe of the light passing through the heating element manufactured in Example 1.
  • FIG. 3 illustrates a conductive heating pattern of the heating element according to Comparative Example 1.
  • FIG. 4 relates to the measurement result of Comparative Example 1, and shows a photograph of an interference fringe of light passing through a heating element manufactured in Comparative Example 1.
  • FIG. 4 relates to the measurement result of Comparative Example 1, and shows a photograph of an interference fringe of light passing through a heating element manufactured in Comparative Example 1.
  • FIG. 5 is a schematic diagram of an apparatus for measuring the intensity of light passing through a heating element according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • Figure 6 illustrates a conductive heating pattern of the heating element according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 illustrates the placement of a Delaunay pattern generator in accordance with one embodiment of the present invention.
  • the heating element according to the present invention includes a) a transparent substrate, b) a conductive heating pattern provided on at least one surface of the transparent substrate, the conductive heating pattern having a form in which the average line spacing in the longitudinal direction is wider than the average line spacing in the transverse direction. Characterized in that.
  • the transverse direction and the longitudinal direction are based on the direction in which the user of the end-use product looks at the heating element when the heating element is applied to the end use, the horizontal direction and the vertical direction in the vertical direction It is done.
  • the heating element is applied to the vehicle glass
  • the user faces the heating element while sitting in the vehicle, so that the direction horizontal to the ground where the vehicle is stopped is the horizontal direction, and the direction perpendicular to the ground is the longitudinal direction.
  • the mean line spacing in the transverse direction or the longitudinal direction means an average value of values obtained by measuring all the line spacing in a specific direction.
  • the heating element according to the present invention may further include c) a bus bar electrically connected to both ends of the conductive heating pattern and d) a power supply part connected to the bus bar in addition to the a) the transparent substrate and the b) the conductive heating pattern.
  • the substrate to which the pattern is to be applied corresponds to a case in which the direction of diffraction and interference of the light can be directional, in particular, the product to be applied, such as a windshield of an automobile, is inclined at an angle or the light is directional.
  • the substrate it is necessary to increase the effect in one direction in the direction of diffraction and interference of light.
  • the diffraction and interference effects of light can be greatly reduced by using a form in which the average line spacing in the longitudinal direction is wider than the line spacing in the transverse direction.
  • the average line spacing in the longitudinal direction is preferably 1 to 10 times, more preferably 2 to 5 times the average line spacing in the transverse direction. That is, the diffraction of the light and the direction of the interference shape may be adjusted according to the purpose of applying the conductive heating pattern.
  • the windshield when applied to a windshield of an automobile, the windshield is inclined about 30 degrees with respect to the ground, so when the average line spacing in the transverse direction and the longitudinal direction is similar, the transverse mean line between the light sources Compared to the interval, the average line spacing in the longitudinal direction is felt small. Therefore, in this case, the diffraction and interference effects of light appear to be large in the longitudinal direction.
  • intentionally making the average line spacing in the longitudinal direction wider than the transverse direction for example, about 2 times in the design stage of the pattern, can eliminate the diffraction and interference effects of the directional light.
  • An example of the conductive heating pattern is illustrated in FIG. 1, but the scope of the present invention is not limited thereto.
  • FIG. 1 illustrates a conductive heating pattern according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the heating pattern of FIG. 1 has a form in which the average line spacing in the longitudinal direction is twice the average line spacing in the lateral direction, and the result of taking the photo with the pattern at an angle of about 30 degrees of the camera is shown in FIG. 2.
  • Figure 2 it can be seen that the light does not spread in any direction but spread in all directions, it can be seen that according to the present invention can minimize the side effects due to the diffraction and interference of the light.
  • the conductive heating pattern included in the heating element according to the present invention may have various forms without being particularly limited, as long as the average line spacing in the longitudinal direction is wider than the average line spacing in the transverse direction as described above.
  • the heating line of the heating pattern may be a straight line, various modifications such as curved lines, wavy lines, zigzag lines are possible.
  • a regular pattern may be used as the conductive heating pattern, or an irregular pattern may be used.
  • a very regular pattern such as a grid or linear method may be used as the conductive heating pattern.
  • the irregular pattern is preferably provided in 30% or more, preferably 70% or more, and more preferably 90% or more of the total area of the transparent substrate.
  • a conductive heating pattern when a straight line intersecting the conductive heating pattern is drawn, a ratio of the standard deviation to the average value of the distances between the straight line and the adjacent intersection points of the conductive heating pattern (distance)
  • the pattern whose distribution ratio) is 2% or more can be used.
  • Such a pattern can prevent side effects due to diffraction and interference of a light source that can be visually detected in the dark.
  • the intersecting straight line means a line having a smallest deviation of the closest distance of the intersection point of the pattern generated by the line. Or it may be a line perpendicular to an arbitrary tangent line.
  • the straight line intersecting with the conductive heating pattern is preferably a line having the smallest standard deviation of the distance between the intersection points with the conductive heating pattern.
  • the straight line crossing the conductive heating pattern may be a straight line extending in a direction perpendicular to the tangent of any one of the conductive heating patterns.
  • the intersection with the conductive heating line is preferably 80 or more.
  • the ratio (distance distribution ratio) of the standard deviation with respect to the average value of the distance between the straight line crossing the conductive heating pattern and the adjacent intersection points of the conductive heating pattern is 2% or more, more preferably 10% or more, 20 Even more preferred is more than%.
  • the heat generation pattern as described above may be provided on at least a part of the surface of the transparent substrate in a conductive heat generation pattern of another form.
  • the distribution is composed of continuous closed figures, and the ratio of the standard deviation (area distribution ratio) to the average value of the areas of the closed figures is 2% or more. Can be used.
  • At least 100 such closed figures are present.
  • the ratio of the standard deviation (area distribution ratio) to the average value of the areas of the closed figures is preferably 2% or more, more preferably 10% or more, and even more preferably 20% or more.
  • At least a part of the surface of the transparent substrate provided with the above-described heating pattern having a ratio of the standard deviation (area distribution ratio) to the average value of the area may be provided in another type of conductive heating pattern.
  • the distribution of the irregular shape pattern is uniform. It is desirable to make it.
  • the opening ratio of a conductive heating pattern is provided uniformly in a unit area.
  • the conductive heating pattern preferably has a transmittance deviation of 5% or less for any circle having a diameter of 20 cm. In this case, not only the visibility of the conductive heating pattern can be lowered, but also local heating of the heating element can be prevented.
  • the heating element preferably has a standard deviation of less than 20% of the surface temperature of the transparent substrate after the heating.
  • the conductive heating pattern may be in the form of a boundary line of figures constituting a Voronoi diagram. At least one of the figures constituting the pattern within the unit area may have a shape different from the remaining figures.
  • each point fills the area closest to the point compared to the other points. Pattern in a way.
  • the conductive heating pattern is formed using the Voronoi diagram generator, there is an advantage in that a complex pattern shape that can minimize side effects due to diffraction and interference of light can be easily determined.
  • Voronoi diagram generator When creating a Voronoi diagram generator, you can properly balance regularity and irregularity. For example, after designating an area of a certain size as a basic unit for the area to be patterned, a point is generated so that the distribution of points in the basic unit is irregular, and then a Voronoi pattern may be manufactured. Using this method, the visual distribution can be compensated by preventing the distribution of lines from being concentrated at any one point.
  • the opening ratio of the pattern is constant in the unit area for uniform heating and visibility of the heating element.
  • the unit area when borough uniformly control the number per unit area of the noise diagram generator is preferably 5cm 2 or less and, more preferably not more than 1cm 2.
  • Number per unit area of the Voronoi diagram generator is 25-2500 pieces / cm 2 is not preferred, and is more preferably from 100-2000 pieces / cm 2.
  • the problem of the conventional conductive heating pattern can be solved by forming a pattern having irregularities after generating a certain distribution of the points where the lines of the pattern gather. That is, in the case of using a pattern having irregularities, when the light passes through the pattern, it can be made to go in all directions instead of in one direction, and it can reduce the diffraction and interference effects of the light much compared to the regular pattern. .
  • the conductive heating pattern may have a boundary line shape of figures formed of at least one triangle constituting a Delaunay pattern.
  • the shape of the conductive heating pattern may be in the form of a boundary line of triangles constituting the Delaunay pattern, or in the form of a boundary line of figures consisting of at least two triangles constituting the Delaunay pattern, or a combination thereof.
  • Delaunay pattern is a pattern that is called the Delaunay pattern generator in the area to fill the pattern and connects three surrounding points to form a triangle, but includes all the vertices of the triangle.
  • a pattern is formed by drawing a triangle so that no other point exists in the circle. In order to form such a pattern, Delaunay triangulation and circulation may be repeated based on the Delaunay pattern generator.
  • the Delaunay triangulation can be performed in such a way as to avoid the skinny triangle by maximizing the minimum angle of all angles of the triangle.
  • the concept of the Delaunay pattern was proposed in 1934 by Boris Delaunay. 6 illustrates an example of the Delroni pattern, but the scope of the present invention is not limited thereto.
  • the pattern in the form of a boundary line of figures consisting of at least one triangle constituting the Delaunay pattern may use a pattern derived from the generator by regularly or irregularly positioning the location of the Delaunay pattern generator.
  • the conductive heating pattern is formed using the Delaunay pattern generator, there is an advantage in that a complex pattern shape that can minimize side effects due to diffraction and interference of light can be easily determined.
  • the conductive heating pattern is formed in the form of a boundary line of figures consisting of at least one triangle constituting the Delaunay pattern
  • regularity and irregularity when generating the Delaunay pattern generator Can be appropriately harmonized. For example, first, create an irregular and homogeneous reference point in the area where the pattern will be placed.
  • irregularity means that the distance between each point is not constant
  • homogeneity means that the number of points included per unit area is the same.
  • the method of generating irregular and homogeneous reference points as described above is as follows. As shown in Fig. 7, a random point is generated in the entire area. Then, the spacing of the generated points is measured, and the points are removed when the spacing of the points is smaller than the preset value. In addition, a Delaunay triangle pattern is formed based on the points, and when the area of the triangle is larger than the preset value, a point is added inside the triangle. Repeating the above process generates irregular and homogeneous reference points as shown in FIG. 6. Next, we create a Delaunay triangle that contains the generated reference points one by one. This step can be accomplished using a Delaunay pattern. Using this method, the visual distribution can be compensated by preventing the distribution of lines from being concentrated at any one point.
  • the unit area is preferably 10 cm 2 or less.
  • the number per unit area of the Delaunay pattern generator is preferably 10 to 2500 pieces / cm 2 , more preferably 10 to 2,000 pieces / cm 2 .
  • At least one of the figures constituting the pattern within the unit area may have a shape different from the remaining figures.
  • the transparent base material is not particularly limited, but the light transmittance is preferably 50% or more, preferably 75% or more.
  • glass may be used as the transparent substrate, or a plastic substrate or a plastic film may be used.
  • a plastic film as a transparent base material, after forming a conductive heating pattern, it is preferable to bond glass to at least one surface of the transparent base material. At this time, it is more preferable to bond the glass or plastic substrate to the surface on which the conductive heating pattern of the transparent substrate is formed.
  • plastic substrate or film materials known in the art may be used, for example, polyethylene terephthalate (PET), polyvinylbutyral (PVB), polyethylene naphthalate (PEN), polyethersulfon (PES), polycarbonate (PC), acetyl celluloid, and the like.
  • PET polyethylene terephthalate
  • PVB polyvinylbutyral
  • PEN polyethylene naphthalate
  • PS polyethersulfon
  • PC polycarbonate
  • acetyl celluloid acetyl celluloid, and the like.
  • the film of 80% or more of the same visible light transmittance is preferable. It is preferable that the thickness of the said plastic film is 12.5-500 micrometers, and it is preferable that it is 30-150 micrometers.
  • At least 30%, preferably at least 70%, more preferably at least 90% of the total area of the transparent substrate as described above is a straight line intersecting the irregularly generated conductive heating pattern, for example, the conductive heating pattern.
  • the ratio of the standard deviation (distance distribution ratio) to the average value of the distance between the straight lines and the adjacent intersection points of the conductive heating pattern has a pattern of 2% or more, whereby the light source can be visually detected in the dark. Side effects due to diffraction and interference can be prevented.
  • the heating line of the conductive heating pattern may be blackened.
  • the conductive heating pattern may be formed such that the pattern area consisting of figures of asymmetric structure is 10% or more with respect to the total pattern area.
  • the conductive heating pattern is formed in the form of a boundary line of the Voronoi diagram, at least one of the lines connecting the center point of one figure constituting the Voronoi diagram with the center point of the adjacent figure forming the boundary with the figure is connected to the other lines.
  • the areas of figures having different lengths may be formed to be 10% or more with respect to the total conductive heating pattern area.
  • the conductive heating pattern is formed as a Delaunay pattern
  • at least one side constituting the figure consisting of at least one triangle constituting the Delaunay pattern is a pattern area consisting of figures different in length from the other side of the conductive heating pattern It can be formed so that it may become 10% or more with respect to this formed area.
  • a large area pattern may be manufactured by using a method of designing a pattern in a limited area and then repeatedly connecting the limited area.
  • the repetitive patterns may be connected to each other by fixing the positions of the points of each quadrangle.
  • the limited area preferably has an area of 10 cm 2 or more, and more preferably 100 cm 2 or more.
  • the line width of the heating line of the above-described conductive heating pattern may be formed to be 100 micrometers or less, preferably 30 micrometers or less, more preferably 25 micrometers or less.
  • the interval between the lines of the conductive heating wire is preferably 30 mm or less, preferably 50 micrometers to 10 mm, and preferably 200 micrometers to 0.65 mm.
  • the height of the heating wire is 1 to 100 micrometers, more preferably 3 micrometers.
  • the average line spacing in the lateral direction of the heat generation pattern is preferably 30 mm or less, and more preferably 10 mm or less.
  • the average line spacing in the longitudinal direction is preferably 1 to 10 times, more preferably 2 to 5 times the average line spacing in the transverse direction.
  • the present invention by irregularizing the heating pattern as described above, it is possible to provide a heating element from which interference fringes generated when the light from the light source passes through the heating element is removed, which can be visually detected in a dark place. Side effects due to diffraction and interference of the light source can be prevented.
  • the present invention uses a 100 W incandescent lamp as a reference light source.
  • the light intensity is measured through a digital camera.
  • the shooting conditions of the camera are, for example, F (aperture value) 3.5, shutter speed 1/100, ISO 400 and monochrome image.
  • the light intensity may be quantified through image analysis.
  • the light source when measuring the intensity of the light, the light source is located in the center of a black box 30 cm wide, 15 cm long and 30 cm high, and a circle 12.7 mm in diameter is opened 7.5 cm before the center of the light source.
  • Device was used. It adopts the light source part of the dual phase measuring device defined in KS L 2007 standard.
  • the digital image obtained using the above conditions is stored at 1600 ⁇ 1200 pixels, the light intensity per pixel is represented by 0 to 255, and the area in the light source region per pixel is 0.1-0.16 mm 2.
  • the position of the center pixel of the light source is obtained based on the sum of the left, right, and top and bottom intensities based on the light intensity per pixel of the digital image.
  • the sum of the light intensity values of pixels corresponding to an angle of 5 degrees with respect to the center pixel of the light source is divided by the number of pixels to obtain an average value of the light intensity for each 5 degrees.
  • the pixel used in the calculation is not used 1200 ⁇ 1600 pixels, only the pixel that is less than the distance 500 from the light source center pixel when one pixel is viewed as distance 1 by converting the pixel into a coordinate value. Since the average value is calculated one value per 5 degrees, the average value is 72 values when converted to 360 degrees. Therefore, the standard deviation calculated in the present invention is a value corresponding to the 72 standard deviations.
  • the measurement of the light intensity is preferably performed in the dark room.
  • the apparatus configuration is shown in FIG.
  • the pixel of light intensity of 10 or less is black, the pixel of light intensity of 25 or more is white, the pixel of light intensity between 10 and 25 is gray (Gray scale) can be displayed.
  • the shape of the light source in the image obtained by the above method is formed in a longitudinally long oval shape.
  • the shape of the light source is observed without being deformed and intact. Therefore, when the shape of the light source is not deformed in the image of the light passing through the heating element, it is defined as substantially no interference fringe.
  • the interference fringe when the light from the light source 7 m away from the heating element passes through the heating element, the interference fringe does not substantially occur in the circumferential direction of the light source.
  • the heating element according to the present invention is inclined 30 degrees with respect to the vertical line of the ground, the interference fringe does not substantially occur in the circumferential direction of the light source when the light from the light source 7 m away from the heating element passes through the heating element. desirable.
  • the present invention provides a method for manufacturing a heating element including a step of forming a conductive heating pattern having a shape having a wider average line spacing in the longitudinal direction than a line spacing in the transverse direction as a conductive heating pattern on one surface of the transparent substrate.
  • the method of manufacturing a heating element according to the present invention may further include forming a bus bar electrically connected to both ends of the conductive heating pattern, and providing a power unit connected to the bus bar.
  • the bus bar may be formed simultaneously with the formation of the conductive heating pattern or may be formed using the same or different printing method after forming the pattern.
  • the conductive heating pattern may be formed by offset printing, and then bus bars may be formed through screen printing.
  • the thickness of the bus bar is preferably 1 to 100 micrometers, preferably 10 to 50 micrometers. If it is less than 1 micrometer, the contact resistance between the conductive heating pattern and the bus bar increases, which may result in local heat generation of the contacted portion. If it exceeds 100 micrometers, the electrode material cost increases.
  • the connection between the bus bar and the power supply can be made through physical contact with the structure, which has good soldering and conductive heat generation.
  • a black pattern may be formed.
  • the black pattern may be printed using a paste containing cobalt oxide.
  • screen printing is suitable for screen printing, and a thickness of 10-100 micrometers is appropriate.
  • the conductive heating pattern and the bus bar may be formed before or after forming the black pattern, respectively.
  • the heating element according to the present invention may include an additional transparent substrate provided on the surface provided with the conductive heating pattern of the transparent substrate.
  • a bonding film may be sandwiched between the conductive heating pattern and the additional transparent substrate. Temperature and pressure can be controlled during the bonding process.
  • the adhesive film is inserted between the transparent substrate on which the conductive heating pattern is formed and the additional transparent substrate, and put it in a vacuum bag to increase the temperature under reduced pressure, or raise the temperature using a hot roll,
  • the primary junction is achieved by removing the air.
  • the pressure, temperature and time is different depending on the type of adhesive film, but usually 300 ⁇ 700torr pressure, can gradually raise the temperature from room temperature to 100 °C.
  • the time is usually preferably within 1 hour.
  • the pre-bonded laminate is subjected to the secondary bonding process by the autoclaving process of applying pressure in the autoclave and raising the temperature. Secondary bonding is different depending on the type of adhesive film, it is preferable to perform a slow cooling after 1 hour to 3 hours, preferably about 2 hours at a pressure of 140bar or more and a temperature of about 130 ⁇ 150 °C.
  • a method of bonding in one step using a vacuum laminator device may be used.
  • the temperature can be gradually reduced to 80 to 150 ° C. while being cooled slowly, and the pressure can be reduced to 100 ° C. ( ⁇ 5 mbar), and then pressurized ( ⁇ 1000 mbar) to join.
  • any material having adhesion and becoming transparent after bonding can be used.
  • PVB film, EVA film, PU film and the like can be used, but is not limited to these examples.
  • the said bonding film is not specifically limited, It is preferable that the thickness is 100-800 micrometers.
  • the additional transparent substrate to be bonded may be made of only a transparent substrate, or may be a transparent substrate having a conductive heating pattern manufactured as described above.
  • the heating element according to the present invention may be connected to a power source for heat generation, and the heating value is preferably 100 to 700 W, preferably 200 to 300 W per m 2 .
  • the heating element according to the present invention has excellent heat generating performance even at low voltage, for example, 30 V or less, preferably 20 V or less, and thus may be usefully used in automobiles and the like.
  • the resistance in the heating element is 1 ohm / square or less, preferably 0.5 ohm / square or less.
  • the heating element according to the present invention may have a shape forming a curved surface.
  • the opening ratio of the conductive heating pattern that is, the ratio of the area of the glass not covered by the pattern is preferably 70% or more.
  • the heating element according to the present invention has an excellent heat generation property that can increase the temperature while maintaining a temperature deviation of 10% or less within 5 minutes after the heating operation while the aperture ratio is 70% or more.
  • the heating element according to the present invention may be applied to glass used in various transportation means such as automobiles, ships, railways, high speed trains, airplanes, or houses or other buildings.
  • the heating element according to the present invention not only has excellent heating characteristics even at low voltage, but also minimizes side effects due to diffraction and interference of light, and can be formed inconspicuously with the above-described line width.
  • it can be applied to the windshield of vehicles such as automobiles.
  • the average line spacing in the longitudinal direction is 1 to 10 times the average line spacing in the transverse direction. More preferably, it is 2 to 5 times.
  • the average line spacing in the longitudinal direction is preferably 1 to 3 times the average line spacing in the transverse direction, and more preferably 1 to 2 times.
  • the pattern was produced twice as large as the average line spacing in the longitudinal direction compared to the average line spacing in the transverse direction, and the heating pattern is shown in FIG. 1.
  • the pattern was photographed at an angle of about 30 degrees to the camera using the KS L 2007 automotive safety glass double phase test method. It was confirmed that light did not spread in any direction but spread in all directions. The measurement results are shown in FIG. 2.
  • the pattern was made to have the same average line spacing in the longitudinal and transverse directions, and the heating pattern is shown in FIG. 3.
  • the pattern was photographed at an angle of about 30 degrees to the camera using the KS L 2007 automotive safety glass double phase test method. It was confirmed that the light is distorted and spread in some longitudinal directions.
  • the measurement results are shown in FIG. 4.
  • the heating element including the pattern according to the present invention is not only conspicuous as compared with the conventional heating element, and has excellent heat generation performance at low voltage, and is effective in diffraction and interference of light. It can be seen that the effect that can minimize the side effects caused by.

Landscapes

  • Surface Heating Bodies (AREA)
  • Specific Sealing Or Ventilating Devices For Doors And Windows (AREA)

Abstract

본 발명은 발열체 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 a) 투명기재, b) 상기 투명기재의 적어도 일면에 구비된 전도성 발열 패턴으로서, 횡 방향의 평균 선간 간격보다 종 방향의 평균 선간 간격이 넓은 형태를 갖는 전도성 발열 패턴을 포함하는 발열체 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 따르면 빛의 회절 및 간섭 현상에 의한 부작용을 최소할 수 있을 뿐만 아니라, 저전압에서 발열 성능이 우수하고, 눈에 띄지 않는 발열체를 제조할 수 있다.

Description

발열체 및 이의 제조방법
본 발명은 발열체 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 본 출원은 2010년 4월 1일에 한국특허청에 제출된 한국 특허출원 제10-2010-0030030호의 출원일의 이익을 주장하며, 그 내용 전부는 본 명세서에 포함된다.
겨울철이나 비 오는 날에는 자동차 외부와 내부의 온도 차이에 의해 자동차 유리에 성에가 발생한다. 또한 실내 스키장의 경우 슬로프가 있는 내부와 슬로프 외부의 온도 차이에 의해 결로 현상이 발생한다. 이를 해결하기 위하여 발열유리가 개발되었다.
발열유리는 유리 표면에 열선 시트를 부착하거나 유리 표면에 직접 열선을 형성한 후 열선의 양 단자에 전기를 인가하여 열선으로부터 열을 발생시키고 이에 의하여 유리 표면의 온도를 올리는 개념을 이용한다. 자동차용 또는 건축용 발열유리는 열을 원활히 발생시키기 위하여 낮은 저항도 중요하지만, 사람 눈에 거슬리지 않아야 한다. 이 때문에 기존의 발열유리는 ITO(Indium Tin Oxide)나 Ag 박막과 같은 투명도전재료를 이용하여 스퍼터링(Sputtering) 공정을 통해 발열층을 형성한 후에 전극을 앞 끝단에 연결하여 제조하였다. 또 다른 방법으로는 사람이 인식하지 못할 정도의 미세 패턴을 포토리소그래피(Photo Lithography) 방식으로 제조할 수도 있다. 상기와 같이 전도성의 미세 패턴을 제작하여 발열체 및 전도체 등 여러 분야에 적용할 수 있는데, 이 때 상기 패턴의 선폭이나 피치 또는 패턴의 형태에 따라 시인성이나 광학 특성이 좋지 못한 문제점이 발생한다.
본 발명은 눈에 잘 띄지 않고 빛의 회절과 간섭 현상에 의한 부작용을 최소화할 수 있는 전도성의 발열 패턴을 포함하는 발열체 및 이의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 a) 투명기재, b) 상기 투명기재의 적어도 일면에 구비된 전도성 발열 패턴으로서, 횡 방향의 평균 선간 간격보다 종 방향의 평균 선간 간격이 넓은 형태를 갖는 전도성 발열 패턴을 포함하는 발열체를 제공한다.
또한, 본 발명은 투명기재의 일면에 전도성 발열 패턴으로서, 횡 방향의 평균 선간 간격보다 종 방향의 평균 선간 간격이 넓은 형태를 갖는 전도성 발열 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 발열체의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따른 패턴을 포함하는 발열체는 빛의 회절 및 간섭 현상에 의한 부작용을 최소할 수 있을 뿐만 아니라, 저전압에서 발열 성능이 우수하고, 눈에 띄지 않는 발열체로서 제조될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예인 실시예 1에 따른 발열체의 전도성 발열 패턴을 예시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예인 실시예 1의 측정 결과에 관한 것으로, 실시예 1에서 제조된 발열체를 통과한 빛의 간섭 무늬의 사진을 나타낸 것이다.
도 3은 비교예 1에 따른 발열체의 전도성 발열 패턴을 예시한 것이다.
도 4는 비교예 1의 측정 결과에 관한 것으로, 비교예 1에서 제조된 발열체를 통과한 빛의 간섭 무늬의 사진을 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시상태에 따른 발열체를 통과한 빛의 강도의 측정을 위한 장치 구성을 도식화한 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시상태에 따른 발열체의 전도성 발열 패턴을 예시한 것이다.
도 7은 본 발명의 일 실시상태에 따라 델로니 패턴 제너레이터의 배치를 예시한 것이다.
이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명에 따른 발열체는 a) 투명기재, b) 상기 투명기재의 적어도 일면에 구비된 전도성 발열 패턴으로서, 횡 방향의 평균 선간 간격보다 종 방향의 평균 선간 간격이 넓은 형태를 갖는 전도성 발열 패턴을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 횡 방향과 종 방향은 상기 발열체가 최종 용도에 적용되었을 때 최종 용도의 제품의 사용자가 상기 발열체를 바라보는 방향을 기준으로, 좌우 방향을 횡 방향으로 하고, 상하 방향을 종 방향으로 한다. 예컨대, 상기 발열체가 자동차 유리에 적용되는 경우, 사용자는 자동차 내에 앉은 상태에서 상기 발열체를 바라보게 되므로 자동차가 정차된 지면에 대하여 수평인 방향이 횡 방향이고, 지면에 대하여 수직인 방향이 종 방향이다. 본 발명에 있어서, 횡 방향 또는 종 방향에서의 평균 선간 간격이란, 특정 방향으로의 모든 선간 간격을 측정한 값들의 평균값을 의미한다.
본 발명에 따른 발열체는 상기 a) 투명기재 및 상기 b) 전도성 발열 패턴 이외에 c) 상기 전도성 발열 패턴 양 끝단에 전기적으로 연결된 버스 바 및 d) 상기 버스 바와 연결된 전원부를 더 포함할 수 있다.
그러나, 패턴을 적용하는 곳에 따라 빛의 회절과 간섭 방향을 한 방향으로 효과를 높일 필요가 있다. 즉, 패턴을 적용하고자 하는 기재가 빛의 회절 및 간섭 방향이 방향성을 가질 수 있는 경우에 해당하는 때, 특히 자동차의 앞 유리 등과 같이 적용하고자 하는 제품이 각도를 가지고 기울어져 있거나 빛이 방향성을 가지게 하는 기재일 경우에는 빛의 회절과 간섭 방향을 한 방향으로 효과를 높일 필요가 있다.
따라서, 상기와 같은 경우 종 방향의 평균 선간 간격이 횡 방향의 선간 간격에 비하여 넓은 형태를 갖는 형태를 사용함으로써 빛의 회절 및 간섭 효과를 크게 줄일 수 있다. 이 경우 종 방향의 평균 선간 간격은 횡 방향의 평균 선간 간격의 1배 내지 10배인 것이 바람직하며, 2배 내지 5배인 것이 더욱 바람직하다. 즉, 전도성 발열 패턴을 적용하는 목적에 따라 빛의 회절과 간섭 모양의 방향성을 조절할 수 있다.
예를 들어, 자동차의 앞 유리에 적용할 경우에는 앞 유리는 지면에 대해 약 30도 정도 기울여져 있기 때문에 횡 방향과 종 방향의 평균 선간 간격이 비슷할 경우에는 외부 광원의 입장에서는 횡 방향의 평균 선간 간격에 비해 종 방향의 평균 선간 간격이 작게 느껴지게 된다. 따라서, 이 경우 빛의 회절과 간섭 효과는 종 방향으로 크게 나타나게 된다. 이 때, 패턴의 설계 단계에서 의도적으로 종 방향의 평균 선간 간격을 횡 방향보다 넓게, 예를 들어 2배 정도로 넓혀서 제작하면, 방향성을 가진 빛의 회절과 간섭 효과를 없앨 수 있다. 상기 전도성 발열 패턴의 일 예를 도 1에 도시하였으나, 본 발명의 범위가 이에만 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시상태에 따른 전도성 발열 패턴을 예시한 것이다. 도 1의 발열 패턴은 종 방향의 평균 선간 간격이 횡 방향의 평균 선간 간격의 2배인 형태를 가지는 것으로서, 이러한 패턴을 사진기의 약 30도 각도에 두고 사진을 찍은 결과를 도 2에 나타내었다. 도 2를 살펴보면, 빛이 어떤 한 방향으로 퍼지지 않고 사방으로 퍼지는 것을 확인할 수 있어, 본 발명에 따르면 빛의 회절 및 간섭에 의한 부작용을 최소화할 수 있음을 알 수 있다.
본 발명에 따른 발열체에 포함되는 전도성 발열 패턴은 전술한 바와 같이 횡 방향의 평균 선간 간격 보다 종 방향의 평균 선간 간격이 넓다면, 특별히 제한되지 않고 다양한 형태를 가질 수 있다. 본 발명에 있어서, 상기 발열 패턴의 발열선은 직선일 수도 있으나, 곡선, 물결선, 지그재그선 등 다양한 변형이 가능하다.
본 발명에서는 전도성 발열 패턴으로서 규칙적인 패턴을 이용할 수도 있고, 불규칙적인 패턴을 이용할 수도 있다. 예컨대, 전도성 발열 패턴으로서 전도성 발열 패턴의 형태로서 그리드(Grid) 방식 또는 리니어(linear) 방식과 같은 매우 규칙적인 패턴을 사용할 수 있다.
본 발명에서는 상기 전도성 발열 패턴으로서 불규칙적인 패턴을 사용하는 것이 바람직하다. 불규칙적인 패턴을 이용하는 경우, 전도성 발열 패턴과 유리의 굴절률 차이에 의한 빛의 회절 및 간섭 무늬를 최소화할 수 있다. 불규칙적인 패턴들은 자동차의 헤드라이트나 가로등과 같이 일몰 후에 존재하는 단일 광원에 의하여 빛의 회절 및 간섭 무늬 효과를 최소화한다. 이에 의하여 운전자의 안전과 피로도가 심화되는 것을 방지할 수 있다. 본 발명에서는 상기 불규칙적인 형태의 전도성 발열 패턴이 상기 투명 기재의 전체 면적의 30% 이상, 바람직하게는 70% 이상, 더욱 바람직하게는 90% 이상에 구비되는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 전도성 발열 패턴으로서, 상기 전도성 발열 패턴과 교차하는 직선을 그렸을 때, 상기 직선과 상기 전도성 발열 패턴의 인접하는 교점들간의 거리의 평균값에 대한 표준 편차의 비율(거리 분포 비율)이 2% 이상인 패턴을 이용할 수 있다. 이와 같은 패턴에 의하여 어두운 곳에서 육안으로 감지할 수 있는 광원의 회절과 간섭에 의한 부작용을 방지할 수 있다.
상기의 교차하는 직선은 선에 의해 생성된 패턴의 교차점의 최인접 거리 편차가 작은 선을 의미한다. 혹은 임의의 한점의 접선에 대해 수직한 방향의 선일 수도 있다.
상기 전도성 발열 패턴과 교차하는 직선은 상기 전도성 발열 패턴과의 인접하는 교점들간의 거리의 표준 편차가 가장 작은 선인 것이 바람직하다. 또는, 상기 전도성 발열 패턴과 교차하는 직선은 상기 전도성 발열 패턴의 어느 한 점의 접선에 대하여 수직한 방향으로 연장된 직선인 것이 바람직하다.
상기 전도성 발열 패턴과 교차하는 직선은 상기 전도성 발열선과의 교점이 80개 이상인 것이 바람직하다.
상기 전도성 발열 패턴과 교차하는 직선과 상기 전도성 발열 패턴의 인접하는 교점들간의 거리의 평균값에 대한 표준 편차의 비율(거리 분포 비율)이 2% 이상인 것이 바람직하고, 10% 이상인 것이 더욱 바람직하고, 20% 이상인 것이 더더욱 바람직하다.
상기와 같은 발열 패턴이 투명기재의 표면의 적어도 일부에는 다른 형태의 전도성 발열 패턴에 구비될 수도 있다.
본 발명의 또 하나의 실시상태에 따르면, 전도성 발열 패턴으로서, 분포가 연속적인 폐쇄 도형들로 이루어지고, 상기 폐쇄 도형들의 면적의 평균값에 대한 표준 편차의 비율(면적 분포 비율)이 2% 이상인 패턴을 이용할 수 있다.
상기 폐쇄도형은 적어도 100개 존재하는 것이 바람직하다.
상기 폐쇄 도형들의 면적의 평균값에 대한 표준 편차의 비율(면적 분포 비율)이 2% 이상인 것이 바람직하고, 10% 이상인 것이 더욱 바람직하고, 20% 이상인 것이 더더욱 바람직하다.
면적의 평균값에 대한 표준 편차의 비율(면적 분포 비율)이 2% 이상인 상기와 같은 발열 패턴이 구비된 투명기재의 표면의 적어도 일부에는 다른 형태의 전도성 발열 패턴에 구비될 수도 있다.
한편, 전도성 발열 패턴을 불규칙 패턴으로 형성하는 경우, 선의 분포에 있어서 소한 곳과 밀한 곳의 차이에 의하여 패턴이 눈에 띌 수 있는 문제를 방지하기 위하여, 본 발명에서는 불규칙한 형태의 패턴의 분포를 균일하게 하는 것이 바람직하다. 예컨대, 패턴 분포를 균일하게 하기 위하여, 전도성 발열 패턴의 개구율이 단위면적에서 일정하게 구비되는 것이 바람직하다. 상기 전도성 발열 패턴은 직경 20 ㎝의 임의의 원에 대한 투과율 편차가 5% 이하인 것이 바람직하다. 이 경우, 전도성 발열 패턴의 시인성을 낮출 수 있을 뿐만 아니라 발열체의 국부 발열을 방지할 수 있다. 상기 발열체는 발열 후 투명기재의 표면 온도의 표준 편차가 20% 이내인 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 전도성 발열 패턴은 보로노이 다이어그램(Voronoi diagram)을 이루는 도형들의 경계선 형태일 수 있다. 상기 단위면적 내의 패턴을 구성하는 도형들 중 적어도 하나는 나머지 도형들과 상이한 형태를 갖는 것이 바람직하다.
보로노이 다이어그램(Voronoi diagram)이란, 채우고자 하는 영역에 보로노이 다이어그램 제너레이터(Voronoi diagram generator)라는 점들을 배치하면, 각 점들이 다른 점들로부터의 거리에 비하여 해당 점과의 거리가 가장 가까운 영역을 채우는 방식으로 이루어진 패턴이다. 본 발명에서 보로노이 다이어그램 제너레이터를 이용하여 전도성 발열 패턴을 형성하는 경우, 빛의 회절 및 간섭에 의한 부작용을 최소화할 수 있는 복잡한 패턴 형태를 용이하게 결정할 수 있는 장점이 있다.
보로노이 다이어그램 제너레이터를 생성할 때 규칙성과 불규칙성을 적절히 조화시킬 수 있다. 예를 들어, 패턴이 들어갈 면적에 일정크기의 면적을 기본 단위(unit)로 지정한 후, 기본 단위 안에서의 점의 분포가 불규칙성을 갖도록 점을 생성한 후 보로노이 패턴을 제작할 수도 있다. 이와 같은 방법을 이용하면 선의 분포가 어느 한 지점에 몰리지 않게 함으로써 시각성을 보완할 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명에서는 발열체의 균일한 발열 및 시각성을 위하여 패턴의 개구율이 단위면적에서 일정한 것이 바람직하다. 이를 위하여 보로노이 다이어그램 제너레이터의 단위면적당 개수를 조절하는 것이 바람직하다. 이 때, 보로노이 다이어그램 제너레이터의 단위면적당 개수를 균일하게 조절 시 상기 단위면적은 5cm2 이하인 것이 바람직하고, 1cm2 이하인 것이 더욱 바람직하다. 상기 보로노이 다이어그램 제너레이터의 단위면적당 개수는 25-2,500개/cm2인 것이 바람직하고, 100-2,000개/cm2인 것이 더욱 바람직하다.
상기에서 살펴본 바와 같이, 패턴의 선이 모이는 점의 분포를 어느 정도 일정하게 생성한 후 불규칙성을 가지는 패턴을 형성함으로써 종래의 전도성 발열 패턴의 문제점을 해결할 수 있음을 알 수 있다. 즉, 불규칙성을 가지는 패턴을 사용하는 경우에는 빛이 패턴을 통과할 때 어느 한 방향으로 나아가지 않고 사방으로 모두 나아가도록 할 수 있고, 규칙적인 패턴에 비하여 빛의 회절과 간섭효과를 많이 줄일 수 있다.
본 발명의 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 전도성 발열 패턴은 델로니 패턴(Delaunay pattern)을 이루는 적어도 하나의 삼각형으로 이루어진 도형들의 경계선 형태일 수 있다. 구체적으로, 상기 전도성 발열 패턴의 형태는 델로니 패턴을 구성하는 삼각형들의 경계선 형태이거나, 델로니 패턴을 구성하는 적어도 2개의 삼각형들로 이루어진 도형들의 경계선 형태이거나, 이들의 조합 형태이다.
상기 전도성 발열 패턴을 델로니 패턴을 이루는 적어도 하나의 삼각형으로 이루어진 도형들의 경계선 형태로 형성함으로써 빛의 회절 및 간섭에 의한 부작용을 최소화할 수 있다. 델로니 패턴(Delaunay pattern)이란, 패턴을 채우고자 하는 영역에 델로니 패턴 제너레이터(generator)라는 점들을 배치하고, 주변에 위치한 3개의 점들을 서로 연결하여 삼각형을 그리되, 삼각형의 모든 꼭지점을 포함하는 원(circumcircle)을 그렸을 때, 상기 원 내에는 다른 점이 존재하지 않도록 삼각형을 그림으로써 형성된 패턴이다. 이와 같은 패턴을 형성하기 위하여, 델로니 페턴 제너레이터를 바탕으로 델로니 삼각형 분할(Delaunay triangulation)과 원그리기(circulation)를 반복할 수 있다. 상기 델로니 삼각형 분할은 삼각형의 모든 각의 최소 각도를 최대화하여 마른 체형의 삼각형을 피하는 방식으로 수행될 수 있다. 상기 델로니 패턴의 개념은 Boris Delaunay에 의하여 1934년에 제안되었다. 상기 델로니 패턴의 예를 도 6에 도시하였으나, 본 발명의 범위가 이에만 한정되는 것은 아니다.
상기 델로니 패턴을 이루는 적어도 하나의 삼각형으로 이루어진 도형들의 경계선 형태의 패턴은 델로니 패턴 제너레이터의 위치를 규칙 또는 불규칙하게 위치시킴으로써 상기 제너레이터로부터 파생된 패턴을 이용할 수 있다. 본 발명에서 델로니 패턴 제너레이터를 이용하여 전도성 발열 패턴을 형성하는 경우, 빛의 회절 및 간섭에 의한 부작용을 최소화할 수 있는 복잡한 패턴 형태를 용이하게 결정할 수 있는 장점이 있다.
전도성 발열 패턴을 델로니 패턴을 이루는 적어도 하나의 삼각형으로 이루어진 도형들의 경계선 형태로 형성하는 경우에도, 전술한 바와 같은 시각적인 인지성의 문제를 해결하기 위하여, 델로니 패턴 제너레이터를 생성할 때 규칙성과 불규칙성을 적절히 조화시킬 수 있다. 예를 들어, 먼저 패턴이 들어갈 면적에 불규칙하면서 균질한 기준점을 생성한다. 이 때 불규칙하다는 것은 각 점들의 거리가 일정하지 않음을 의미하는 것이고, 균질하다는 것은 단위 면적당 포함되는 점의 개수가 동일함을 의미한다.
상기와 같이 불규칙하면서 균질한 기준점들을 생성하는 방법을 예로 들면 다음과 같다. 도 7에 도시된 바와 같이, 전 면적에 임의의 점을 생성한다. 그런 다음, 생성된 점들의 간격을 측정하여, 점들의 간격이 기 설정된 값보다 작을 경우에는 점들을 제거한다. 또한, 점들을 바탕으로 델로니 삼각형 패턴을 형성하고, 그 삼각형의 면적이 기 설정된 값보다 클 경우에는 삼각형 내부에 점을 추가한다. 상기 과정을 반복적으로 거치면 도 6에 도시된 바와 같이 불규칙하면서도 균질한 기준점들이 생성되게 된다. 다음으로 생성된 기준점들을 하나씩 포함하는 델로니 삼각형을 생성한다. 이 단계는 델로니 패턴을 이용하여 이루어질 수 있다. 이와 같은 방법을 이용하면 선의 분포가 어느 한 지점에 몰리지 않게 함으로써 시각성을 보완할 수 있다.
전술한 바와 같이, 발열체의 균일한 발열 및 시각성을 위하여 패턴의 개구율이 단위면적에서 일정하게 하는 경우, 델로니 패턴 제너레이터의 단위면적당 개수를 조절하는 것이 바람직하다. 이 때, 델로니 패턴 제너레이터의 단위면적당 개수를 균일하게 조절 시 상기 단위면적은 10 cm2이하인 것이 바람직하다. 상기 델로니 패턴 제너레이터의 단위면적당 개수는 10~2,500 개/cm2인 것이 바람직하고, 10~2,000 개/cm2인 것이 더욱 바람직하다.
상기 단위면적 내의 패턴을 구성하는 도형들 중 적어도 하나는 나머지 도형들과 상이한 형태를 갖는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 투명기재로는 특별히 한정되지 않으나, 빛 투과율이 50% 이상, 바람직하게는 75% 이상인 것이 바람직하다. 구체적으로, 상기 투명기재로는 유리를 사용할 수도 있고, 플라스틱 기판 또는 플라스틱 필름을 사용할 수 있다. 투명기재로서 플라스틱 필름을 사용하는 경우에는 전도성 발열 패턴을 형성한 후, 투명기재의 적어도 일면에 유리를 합착하는 것이 바람직하다. 이 때 투명기재의 전도성 발열 패턴이 형성된 면에 유리 또는 플라스틱 기판을 합착하는 것이 더욱 바람직하다. 상기 플라스틱 기판 또는 필름으로는 당 기술분야에 알려져 있는 재료를 사용할 수 있으며, 예컨대 PET(Polyethylene terephthalate), PVB(polyvinylbutyral), PEN(polyethylene naphthalate), PES(polyethersulfon), PC(polycarbonate), 아세틸 셀룰로이드와 같은 가시광 투과율 80 % 이상의 필름이 바람직하다. 상기 플라스틱 필름의 두께는 12.5 내지 500 마이크로미터인 것이 바람직하고, 30 내지 150 마이크로미터인 것이 바람직하다.
본 발명에서는 상기와 같은 투명기재의 전체 면적의 30% 이상, 바람직하게는 70% 이상, 더욱 바람직하게는 90% 이상이, 불규칙적인 형태의 전도성 발열 패턴, 예컨대 상기 전도성 발열 패턴과 교차하는 직선을 그렸을 때, 상기 직선과 상기 전도성 발열 패턴의 인접하는 교점들간의 거리의 평균값에 대한 표준 편차의 비율(거리 분포 비율)이 2% 이상인 패턴을 가짐으로써, 어두운 곳에서 육안으로 감지할 수 있는 광원의 회절과 간섭에 의한 부작용을 방지할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 전도성 발열 패턴의 발열선은 흑화될 수 있다.
상기 빛의 회절 및 간섭에 의한 부작용의 최소화 효과를 극대화하기 위하여, 상기 전도성 발열 패턴을 비대칭 구조의 도형으로 이루어진 패턴 면적이 전체 패턴 면적에 대하여 10% 이상이 되도록 형성할 수 있다. 또한, 전도성 발열 패턴으로서, 보로노이 다이어그램의 경계선 형태로 형성하는 경우, 보로노이 다이어그램을 이루는 어느 한 도형의 중심점을 상기 도형과 경계를 이루는 인접 도형의 중심점과 연결한 선들 중 적어도 하나가 나머지 선들과 길이가 상이한 도형들의 면적이 전체 전도성 발열 패턴 면적에 대하여 10% 이상이 되도록 형성할 수 있다. 또한, 전도성 발열 패턴으로서, 델로니 패턴으로 형성하는 경우, 상기 델로니 패턴을 이루는 적어도 하나의 삼각형으로 이루어진 도형을 이루는 적어도 한 변이 나머지 변과 길이가 상이한 도형들로 이루어진 패턴 면적이 전체 전도성 발열 패턴이 형성된 면적에 대하여 10% 이상이 되도록 형성할 수 있다.
상기 발열 패턴의 제작 시, 제한된 면적에 패턴을 디자인한 후 상기 제한된 면적을 반복적으로 연결하는 방식을 이용하는 방식을 이용함으로써 대면적 패턴을 제작할 수도 있다. 상기 패턴을 반복적으로 연결하기 위해서는 각 사변의 점들의 위치를 고정함으로써 반복적인 패턴이 서로 연결되게 만들 수 있다. 이때 제한된 면적은 반복에 의한 회절 및 간섭을 최소화하기 위하여 10 cm2 이상의 면적을 가지는 것이 바람직하며, 100 cm2 이상의 면적을 가지는 것이 더욱 바람직하다.
전술한 전도성 발열 패턴의 발열선의 선폭은 100 마이크로미터 이하, 바람직하게는 30 마이크로미터 이하, 더욱 바람직하게는 25 마이크로미터 이하가 되도록 형성될 수 있다. 상기 전도성 발열선의 선간 간격은 30 mm이하인 것이 바람직하고, 50 마이크로미터 내지 10 mm인 것이 바람직하며, 200 마이크로미터 내지 0.65 mm인 것이 바람직하다. 상기 발열선의 높이는 1 내지 100 마이크로미터, 더욱 바람직하게는 3 마이크로미터이다. 구체적으로는 발열 패턴의 횡 방향의 평균 선간 간격은 30 mm 이하인 것이 바람직하며, 10mm 이하가 되는 것이 더욱 바람직하다. 또한, 종 방향의 평균 선간 간격은 횡 방향의 평균 선간 간격의 1배 내지 10배인 것이 바람직하며, 2배 내지 5배인 것이 더욱 바람직하다.
본 발명에서는 전술한 바와 같은 발열 패턴을 불규칙하게 함으로써, 상기 광원으로부터 나온 빛이 상기 발열체를 통과했을 때 발생하는 간섭 무늬가 제거된 발열체를 제공할 수 있으며, 어두운 곳에서 육안으로 감지할 수 있는 단일 광원의 회절과 간섭에 의한 부작용을 방지할 수 있다.
상기 광원의 종류에 따라 편차가 존재할 수 있으므로, 본 발명에서는 기준이 되는 광원으로서 100W 백열전구를 사용한다. 상기 빛의 강도는 디지털 카메라를 통하여 측정한다. 카메라의 촬영 조건은 예컨대 F(조리개 값) 3.5, 셔터 속도(shutter speed) 1/100, ISO 400 및 흑백이미지로 설정한다. 상기와 같이 카메라를 이용하여 이미지를 얻은 후, 이미지 분석(image analysis)를 통하여 빛의 강도를 수치화시킬 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 빛의 강도의 측정 시, 상기 광원은 가로 30 ㎝, 세로 15 ㎝, 높이 30 ㎝의 검정색 상자 안 중앙에 위치하며, 광원의 중심으로부터 7.5 ㎝ 앞에 지름 12.7 ㎜의 원이 열려있는 장치를 이용하였다. 이는 KS L 2007 규격에서 정하는 이중상 측정 장치의 광원 부분을 채용하였다. 상기 조건을 이용하여 얻은 디지털 영상은 1600 × 1200 픽셀로 저장되며, 각 픽셀(pixel) 당 빛의 강도는 0 내지 255 수치로 표현되고, 각 픽셀 당 광원영역에서의 면적은 0.1-0.16 ㎟의 값을 가진다.
상기 디지털 영상의 픽셀 당 빛의 강도를 기준으로 좌우/상하의 강도의 합산을 기준으로 광원의 중심 픽셀의 위치를 얻는다. 상기 광원의 중심 픽셀을 기준으로 5도의 각도에 해당하는 픽셀의 빛의 강도 값의 합을 픽셀의 개수로 나누어서 각 5도별 빛의 강도의 평균값을 얻었다. 상기 계산에 이용되는 픽셀은 1200 × 1600 픽셀이 다 사용되는 것은 아니고 픽셀을 좌표 값으로 환산하여 픽셀 하나를 거리 1로 보았을 때 광원 중심 픽셀에서 거리 500 이하로 들어와 있는 픽셀 만을 사용하였다. 상기 평균값은 5도당 하나의 값이 계산되므로, 360도로 환산하면 72개의 값이 된다. 따라서, 본 발명에서 계산되는 표준편차는 상기 72개의 표준편차에 해당하는 값이다. 상기 빛의 강도의 측정은 암실에서 수행되는 것이 바람직하다. 도 5에 상기 장치 구성을 도식화하였다.
상기 방식으로 얻은, 발열체를 통과한 빛의 이미지를, 빛의 강도가 10 이하인 픽셀은 검정색으로, 빛의 강도가 25 이상인 픽셀은 흰 색으로, 빛의 강도가 10과 25사이인 픽셀은 회색계열(Gray scale)로 표시할 수 있다. 도 2와 도 4에서 보여지듯이, 종래기술에 의하여 얻어질 수 있는 제품(도 4)에서는 상기와 같은 방법으로 얻은 이미지에서 광원의 형태가 세로방향으로 긴 타원형으로 형성된다. 하지만, 본 발명에 따른 제품(도 2)에서는 광원의 형태가 변형되지 않고 원형 그대로 관찰된다. 따라서, 발열체를 통과한 빛의 이미지에서 광원의 형태가 변형되지 않을 때를 실질적으로 간섭무늬가 없을 때로 정의한다. 다시 말하면, 본 발명에 있어서, 상기 발열체와 7 m 떨어진 광원으로부터 나온 빛이 상기 발열체를 통과했을 때, 광원의 원주 방향으로 간섭 무늬가 실질적으로 발생하지 않는다는 것은, 상기 발열체를 통과한 빛 중 빛의 강도가 25 이상인 빛의 이미지가 광원의 형태에서 변형되지 않은 것을 의미한다. 예컨대, 본 발명에 따른 발열체는 지면의 수직선에 대하여 30도 기울였을 때, 상기 발열체와 7 m 떨어진 광원으로부터 나온 빛이 상기 발열체를 통과했을 때 광원의 원주 방향으로 간섭 무늬가 실질적으로 발생하지 않는 것이 바람직하다.
본 발명은 투명기재의 일면에 전도성 발열 패턴으로서, 횡 방향의 평균 선간 간격보다 종 방향의 평균 선간 간격이 넓은 형태를 갖는 전도성 발열 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 발열체의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따른 발열체의 제조방법은 상기 전도성 발열 패턴의 양단에 전기적으로 연결된 버스 바(bus bar)를 형성하는 단계, 및 상기 버스 바와 연결된 전원부를 마련하는 단계를 더 수행할 수 있다. 이들 단계는 당 기술분야에 알려져 있는 방법을 이용할 수 있다. 예컨대, 버스 바는 상기 전도성 발열 패턴의 형성과 동시에 형성할 수도 있으며 상기 전도성 발열 패턴을 패턴을 형성한 후 동일 또는 상이한 프린팅 방법을 사용하여 형성할 수도 있다. 예를 들어 상기 전도성 발열 패턴을 오프셋 인쇄(offset printing) 방식으로 형성한 후, 스크린 프린팅을 통하여 버스 바를 형성할 수 있다. 이때 버스 바의 두께는 1 내지 100 마이크로미터가 적당하며, 바람직하게는 10 내지 50 마이크로미터이다. 1 마이크로미터 미만이 되면 상기 전도성 발열 패턴과 버스 바 사이의 접촉 저항이 증가하게 되어 접촉된 부분의 국부적인 발열이 될 수 있으며 100 마이크로미터를 초과하면 전극 재료 비용이 증가하게 된다. 버스 바와 전원 사이의 연결은 납땜, 전도성 발열이 좋은 구조체와의 물리적인 접촉을 통하여 할 수 있다.
상기 전도성 발열 패턴과 버스 바를 은폐하기 위하여 블랙 패턴을 형성할 수 있다. 상기 블랙 패턴은 코발트 산화물을 함유한 페이스트를 이용하여 프린트할 수 있다. 이때 프린팅 방식은 스크린 프린팅이 적당하며, 두께는 10-100 마이크로미터가 적당하다. 상기 전도성 발열 패턴과 버스 바는 각기 블랙 패턴 형성 전이거나 후에 형성할 수도 있다.
본 발명에 따른 발열체는 상기 투명기재의 전도성 발열 패턴이 구비된 면에 구비된 추가의 투명기재를 포함할 수 있다. 상기 추가의 투명기재의 합착 시 전도성 발열 패턴과 추가의 투명기재 사이에 접합 필름을 끼워 넣을 수 있다. 접합하는 과정에서 온도 및 압력을 조절할 수 있다.
하나의 구체적인 실시상태에 있어서, 전도성 발열패턴이 형성되어 있는 투명기재와 추가의 투명기재 사이에 접착필름을 삽입하고, 이를 진공백에 넣어 감압하며 온도를 올리거나, 핫롤을 이용하여 온도를 올려, 공기를 제거함으로써 1차 접합을 하게 된다. 이때 압력, 온도 및 시간은 접착필름의 종류에 따라 차이가 있지만 보통 300~700torr의 압력으로, 상온에서 100℃까지 온도를 점진적으로 올릴 수 있다. 이때 시간은 보통 1 시간 이내로 하는 것이 바람직하다. 1차 접합을 마친 예비 접합된 적층체는 오토클레이브에서 압력을 가하며 온도를 올리는 오토클레이빙 과정에 의하여 2차 접합 과정을 거치게 된다. 2차 접합은 접착필름의 종류에 따라 차이가 있지만, 140bar 이상의 압력과 130~150℃ 정도의 온도에서 1 시간 내지 3 시간, 바람직하게는 약 2시간 수행한 후 서냉하는 것이 바람직하다.
또 하나의 구체적인 실시상태에서는 전술한 2단계의 접합 과정과는 달리 진공 라미네이터 장비를 이용하여 1 단계로 접합하는 방법을 이용할 수 있다. 80~150 ℃까지 단계적으로 온도를 올리고 서냉하면서, 100℃까지는 감압(~5 mbar)을, 그 이후에는 가압(~1000 mbar)을 하여 접합을 할 수 있다.
상기 접합 필름의 재료로는 접착력이 있고 접합 후 투명하게 되는 어떤 물질이라도 사용할 수 있다. 예컨대 PVB 필름, EVA 필름, PU 필름 등이 사용될 수 있으나, 이들 예로만 한정되는 것은 아니다. 상기 접합 필름은 특별히 한정되지 않으나, 그 두께가 100 내지 800 마이크로미터인 것이 바람직하다.
상기 방법에서, 합착되는 추가의 투명기재는 투명기재만 이루어질 수도 있고, 전술한 바와 같이 제조된 전도성 발열 패턴이 구비된 투명기재일 수도 있다.
본 발명에 따른 발열체는 발열을 위하여 전원에 연결될 수 있으며, 이 때 발열량은 m2 당 100 내지 700 W, 바람직하게는 200 내지 300 W인 것이 바람직하다. 본 발명에 따른 발열체는 저전압, 예컨대 30V 이하, 바람직하게는 20 V 이하에서도 발열성능이 우수하므로, 자동차 등에서도 유용하게 사용될 수 있다. 상기 발열체에서의 저항은 1 오옴/스퀘어 이하, 바람직하게는 0.5 오옴/스퀘어 이하이다.
본 발명에 따른 발열체는 곡면을 이루는 형태일 수 있다.
본 발명에 따른 발열체에 있어서, 전도성 발열 패턴의 개구율, 즉 패턴에 의하여 덮여지지 않는 유리의 영역의 비율은 70% 이상인 것이 바람직하다. 본 발명에 따른 발열체는 개구율이 70% 이상이면서 발열 작동 후 5분 내 온도편차가 10 % 이하를 유지하면서 온도를 상승시킬 수 있는 우수한 발열 특성을 갖는다.
본 발명에 따른 발열체는 자동차, 선박, 철도, 고속철, 비행기 등 각종 운송 수단 또는 집이나 기타 건축물에 사용되는 유리에 적용될 수 있다. 특히, 본 발명에 따른 발열체는 저전압에서도 발열특성이 우수할 뿐만 아니라, 빛의 회절과 간섭에 의한 부작용을 최소화할 수 있고, 전술한 바와 같은 선폭으로 눈에 띄지 않게 형성할 수 있으므로, 종래 기술과 달리 자동차와 같은 운송수단의 앞 유리에 적용할 수도 있다.
상기에서 살펴본 바와 같이, 예를 들어 자동차의 앞 유리의 경우에는 지면에 대하여 약 30도 정도 기울어져 있으므로, 종 방향의 평균 선간 간격이 횡 방향의 평균 선간 간격의 1배 내지 10배인 것이 바람직하며, 2배 내지 5배인 것이 더욱 바람직하다. 또한, 집 기타 건축물에 사용되는 유리의 경우에는 종 방향의 평균 선간 간격이 횡 방향의 평균 선간 간격의 1배 내지 3배인 것이 바람직하며, 1배 내지 2배인 것이 더욱 바람직하다.
본 발명을 하기의 실시예를 통하여 보다 구체적으로 설명한다. 그러나, 하기의 실시예는 단지 예시적인 것일 뿐, 이들에 의하여 본 발명의 기술적 범위가 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
종 방향의 평균 선간 간격을 횡 방향의 평균 선간 간격에 비해 2배 크게 패턴을 제작하였으며, 상기 발열 패턴을 도 1에 나타내었다. KS L 2007 자동차 안전유리 이중상 테스트 법을 이용하여 패턴을 사진기의 약 30도 각도로 두고 사진을 찍었다. 빛이 어떤 한 방향으로 퍼지지 않고 사방으로 퍼지는 것을 확인하였다. 상기 측정 결과를 도 2에 나타내었다.
비교예 1
종 방향과 횡 방향의 평균 선간 간격을 같게 패턴을 제작하였으며, 상기 발열 패턴을 도 3에 나타내었다. KS L 2007 자동차 안전유리 이중상 테스트 법을 이용하여 패턴을 사진기의 약 30도 각도로 두고 사진을 찍었다. 빛이 어떤 세로 방향으로 왜곡되어 퍼지는 것을 확인하였다. 상기 측정 결과를 도 4에 나타내었다.
상기 실시예 및 도 1 내지 4에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 패턴을 포함하는 발열체는 종래의 발열체에 비하여 눈에 띄지 않을 뿐만 아니라, 저전압에서 발열 성능이 우수하고, 빛의 회절 및 간섭 현상에 의한 부작용을 최소할 수 있는 효과를 얻을 수 있음을 알 수 있다.

Claims (19)

  1. a) 투명기재, b) 상기 투명기재의 적어도 일면에 구비된 전도성 발열 패턴으로서, 횡 방향의 평균 선간 간격보다 종 방향의 평균 선간 간격이 넓은 형태를 갖는 전도성 발열 패턴을 포함하는 발열체.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 전도성 발열 패턴의 횡 방향의 평균 선간 간격보다 종 방향의 평균 선간 간격이 1배 내지 10배 더 넓은 것인 발열체.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 발열체는 c) 상기 전도성 발열 패턴 양 끝단에 전기적으로 연결된 버스 바 및 d) 상기 버스 바와 연결된 전원부를 더 포함하는 것인 발열체.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 발열체는 지면의 수직선에 대하여 30도 기울였을 때, 상기 발열체와 7 m 떨어진 광원으로부터 나온 빛이 상기 발열체를 통과했을 때 광원의 원주 방향으로 간섭 무늬가 실질적으로 발생하지 않는 것이 발열체.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 전도성 발열 패턴은 규칙적인 패턴인 것인 발열체.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 전도성 발열 패턴은 불규칙적인 패턴인 것인 발열체.
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 전도성 발열 패턴은 상기 전도성 발열 패턴과 교차하는 직선을 그렸을 때, 상기 직선과 상기 전도성 발열 패턴의 인접하는 교점들간의 거리의 평균값에 대한 표준 편차의 비율(거리 분포 비율)이 2% 이상인 패턴을 포함하는 것인 발열체.
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 전도성 발열 패턴은 분포가 연속적인 폐쇄 도형들로 이루어지고, 상기 폐쇄 도형들의 면적의 평균값에 대한 표준 편차의 비율(면적 분포 비율)이 2% 이상인 패턴을 포함하는 것인 발열체.
  9. 청구항 1에 있어서, 상기 전도성 발열 패턴은 직경 20 ㎝의 임의의 원에 대한 투과율 편차가 5% 이하인 발열체.
  10. 청구항 1에 있어서, 상기 전도성 발열 패턴은 보로노이 다이어그램(Voronoi diagram)을 이루는 도형들의 경계선 형태 또는 델로니 패턴(Delaunay pattern)을 이루는 적어도 하나의 삼각형으로 이루어진 도형들의 경계선 형태의 패턴을 포함하는 것인 발열체.
  11. 청구항 1에 있어서, 상기 전도성 발열 패턴은 선폭이 100 마이크로미터 이하인 것인 발열체.
  12. 청구항 1에 있어서, 상기 전도성 발열 패턴의 횡 방향의 평균 선간 간격은 30 mm 이하인 것인 발열체.
  13. 청구항 1에 있어서, 상기 투명기재의 전도성 발열 패턴이 구비된 면에 추가의 투명기재가 구비된 것인 발열체.
  14. 청구항 1에 있어서, 상기 투명기재는 유리, 플라스틱 기판 또는 필름인 것인 발열체.
  15. 청구항 1에 있어서, 운송수단 또는 건축물 유리용 발열체.
  16. 청구항 1 내지 15 중 어느 하나의 항에 따른 발열체를 포함하는 운송수단 또는 건축물용 유리.
  17. 청구항 16에 있어서, 상기 유리는 자동차용 앞유리인 것인 운송수단 또는 건축물용 유리.
  18. 투명기재의 일면에 전도성 발열 패턴으로서, 횡 방향의 평균 선간 간격보다 종 방향의 평균 선간 간격이 넓은 형태를 갖는 전도성 발열 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 발열체의 제조방법.
  19. 청구항 18에 있어서, 상기 전도성 발열 패턴의 양단에 전기적으로 연결된 버스 바(bus bar)를 형성하는 단계, 및 상기 버스 바와 연결된 전원부를 마련하는 단계를 더 포함하는 발열체의 제조방법.
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