WO2013162178A1 - 발열체 및 이의 제조방법 - Google Patents

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WO2013162178A1
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heating element
pattern
vertices
conductive heating
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최현
김기환
김수진
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주식회사 엘지화학
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    • B60S1/02—Cleaning windscreens, windows or optical devices
    • B60S1/023—Cleaning windscreens, windows or optical devices including defroster or demisting means
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    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49002—Electrical device making
    • Y10T29/49082—Resistor making
    • Y10T29/49083—Heater type

Definitions

  • the present invention relates to a heating element and a method of manufacturing the same. More specifically, the present invention relates to a heating element in which the amount of heat generated for each region is controlled and a method of manufacturing the same.
  • a heating glass may be used.
  • the heating glass utilizes the concept of attaching a hot wire sheet to the glass surface or forming a hot wire directly on the glass surface, and applying heat to both terminals of the hot wire to generate heat from the hot wire, thereby raising the temperature of the glass surface.
  • the heating glass In order to manufacture the heating glass, methods for connecting the electrode to the front end after forming a front heating layer through a sputtering process using a transparent conductive material such as indium tin oxide (ITO) or Ag thin film have been proposed.
  • ITO indium tin oxide
  • the heating glass manufactured by such a method has a problem that it is difficult to be driven at low voltage due to high sheet resistance. Therefore, an attempt has been made to use a heating wire such as a metal wire when heat is generated at a low voltage.
  • the heating element may be required to control the amount of heat generated for each region according to the use.
  • the heating element may be required to have a property that can adjust the amount of heat generated for each region without being visible in the user's field of view.
  • the inventors of the present invention have repeatedly studied the heating element whose heat generation amount is controlled for each area or the heating element that is not visible in the user's field of view while controlling the heat generation amount for each area in order to satisfy the above-described required characteristics.
  • a heating element comprising a substrate, a conductive heating pattern provided on the substrate, and two bus bars provided to apply voltage to both ends of the conductive heating pattern, respectively.
  • the conductive heating pattern may include an edge shape of a closed figure, and the average area of the closed figure is controlled according to a distance from the bus bar or in a longitudinal direction of the bus bar in at least a portion of the conductive heating pattern.
  • a heating element Provided is a heating element.
  • the manufacturing method of the heating element comprising the step of forming two bus bars on the substrate to apply a voltage to each end of the conductive heating pattern, respectively,
  • the conductive heating pattern may include an edge shape of a closed figure, and the average area of the closed figure may be controlled in at least a portion of the conductive heating pattern according to a distance from the bus bar or along a longitudinal direction of the bus bar. It provides a method for producing a heating element.
  • the heating element in which the heating amount is controlled for each region.
  • the heat generation amount can be controlled for each region and a heating element that is not visible to the user can be provided.
  • FIG. 1 illustrates a form in which the average area of the closed figure constituting the conductive heating pattern is controlled according to the distance from the bus bar.
  • Figure 2 illustrates a pattern consisting of a border of a regular hexagon.
  • FIG. 3 illustrates a manner of modifying a regular hexagon.
  • FIG. 4 illustrates the shape of a pattern modified from a regular hexagon.
  • FIG 5 illustrates an example in which the pattern is modified in consideration of the inclination of the windshield when the heating element according to the present invention is applied to the windshield.
  • Figure 6 shows an example of the heating element according to the invention designed for the windshield.
  • FIG. 7 illustrates an example in which the average area of the closed figure is adjusted in the heating element according to the exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 illustrates a basic figure for calculating the aperture ratio of a pattern.
  • the heating element is a heating element including a substrate, a conductive heating pattern provided on the substrate, and two bus bars provided to apply voltage to both ends of the conductive heating pattern, respectively, the conductive heating pattern Includes a border shape of a closed figure, and the average area of the closed figure is controlled according to a distance from the bus bar or in a longitudinal direction of the bus bar in at least a portion of the conductive heating pattern.
  • the amount of heat generated can be controlled according to the distance or along the longitudinal direction of the bus bar.
  • the resistance value between the two busbars is determined by the average area of the edge of the closed figure constituting the conductive heating pattern, and by controlling the average area of the closed figure, it is possible to provide a heating element having a different heating amount for each region. have.
  • the shape of the conductor heating pattern of the heating element according to the exemplary embodiment of the present invention is illustrated in FIG. 1.
  • the closed figure is not particularly limited as long as it is a form that can calculate an average area.
  • the closed figure may be a polygon having at least three vertices or a figure deformed therefrom. The modification method will be described later.
  • the conductive heating pattern may include only edges of the closed figure of the same shape, but may include two or more types of closed edges different from each other.
  • the conductive heating pattern may include only edge shapes of four closed figures.
  • the conductive heating pattern may include only the edge shape of the closed figures having six vertices.
  • the conductive heating pattern may include an edge shape of the closed figures in a state in which two or more closed figures of the closed figures having three to eight vertices are mixed.
  • the conductive heating pattern is an average of the closed figure according to the distance from the bus bar or in the longitudinal direction of the bus bar of the pattern including the shape of the border of the closed figure having four or six vertices.
  • the area has a controlled pattern.
  • the conductive heating pattern may include a rectangular, square, rectangular, or regular hexagon, or a shape of a border of a figure deformed from these figures, and may vary according to the distance from the busbar or the length of the busbar. Accordingly, the average area of the figures can be adjusted. Polygons such as squares, rectangles, regular hexagons, or rectangular hexagons may be modified in position of vertices or degree of curvature of lines.
  • the conductive heating pattern prefferably includes a pattern having regularity rather than a regular pattern to prevent diffraction problems caused by single light.
  • a method for designing a pattern with limited regularity a method of modifying the position of the vertex of the polygon having at least three vertices or the degree of curvature of the lines can be used.
  • FIG. 3 A specific example is illustrated in FIG. 3.
  • a polygon having three or more vertices may be used to design a closed figure having three or more vertices. You can design the deformed figure by randomly changing the position of the vertices in the shape of the polygon.
  • the lines constituting the edge of the polygon may be modified in various forms.
  • the lines may simply be straight lines, curved lines or zigzag lines, or a combination thereof.
  • the lines of the figures of FIGS. 3A and 3B may be modified in various forms.
  • the line can be transformed into the circumference of a circle passing through two adjacent vertices of the polygon.
  • the angle ⁇ c formed by the two straight lines is selected, and then each vertex is connected along the circumference of the circle.
  • the pattern can be designed as in c).
  • FIG. 4 An example of a pattern that can be made based on what is shown in FIG. 3 has been shown step by step in FIG. 4.
  • (A), (b) and (c) of FIG. 4 are designed in the same manner as in (a), (b) and (c) of FIG. 3, respectively.
  • the conductive heating line pattern may be formed in the shape of a border of figures constituting the Voronoi diagram. In this case, by reducing the regularity of the pattern, it is possible to prevent moiré and minimize side effects due to diffraction and interference of light.
  • a Voronoi diagram is a Voronoi diagram generator that uses the Voronoi diagram generator to place each point in the area to be filled with a pattern, and the distance from the point to the point relative to other points. Is a pattern formed in such a way as to fill the nearest area. For example, suppose that a large discount store in the country is displayed as a dot and consumers go to the nearest large discount store.
  • the honeycomb structure may be the conductive heating line pattern.
  • the conductive heating line pattern is formed by using the Voronoi diagram generator, it is possible to easily determine a complex pattern shape that can minimize side effects caused by diffraction and interference of light.
  • a pattern derived from the regular hexagon may be used by regularly or irregularly positioning the positions of the reference points when forming the Voronoi diagram.
  • the conductive heating line pattern is formed in the shape of the border of the figures constituting the Voronoi diagram, in order to solve the problem of visual perception as described above, regularity and irregularity may be properly balanced when generating reference points. 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. By using this method, the visibility of the pattern can be compensated by preventing the distribution of the pattern at any one point.
  • the average area of the closed figure may be adjusted by adjusting the size of the basic unit.
  • An example of adjusting the average area of the closed figure is illustrated in FIG. 7.
  • the number of reference points in the basic unit may be adjusted to consider the visibility of the pattern or to adjust the exothermic density.
  • the base unit is 5 cm when adjusting the number of reference points in the base unit. 2 It is preferable that it is less than 1cm 2 It is more preferable that it is below.
  • the number of reference points in the basic unit is 25-2,500 pieces / cm 2 You can choose within 100-2,000 pcs / cm 2 You can choose from.
  • the average area of the closed figure can be controlled differently according to the distance from the bus bar or along the longitudinal direction of the bus bar.
  • the average area of the closed figure per unit area may include two or more regions or three or more regions different from each other.
  • the basic unit for controlling the average area of the closed figure is preferably designed to 0.025 to 4 mm 2 .
  • the ratio of the average area of the closed figure per unit area between the two or more regions is between 1.1 and 4 in the conductive heating pattern.
  • the ratio is a ratio of a value of a large average area of the closed figure per unit area to a value of a small average area of the closed figure per unit area.
  • the ratio is 4 or less, by preventing the variation in the aperture ratio due to the pattern density to increase, it is possible to prevent the density difference of the pattern from appearing in the visual field.
  • the ratio is 1.1 or more, it is advantageous to achieve the object of the present invention by preventing the deviation of the calorific value from becoming small.
  • the windshield may be the case of implementing a pattern having the same line width as the conductive heating pattern on the windshield of the car, and installing bus bars on the top and bottom of the windshield, respectively.
  • the upper portion of the windshield may be heated faster.
  • the heating element when the heating element is applied to the windshield of the vehicle, it is possible to design the shape of the conductive heating pattern to remove the defrost or frost first in the driver's field of view.
  • the conductive heating pattern may be designed from a regular hexagon.
  • the resistance value between the busbars is determined by the area of the regular hexagon. That is, when current flows due to the voltage applied between the busbars, the larger the area of the regular hexagon, the higher the resistance, and the smaller the area of the regular hexagon, the smaller the resistance.
  • the pattern shown in FIG. 1 can be obtained by changing the average area of the regular hexagon at a ratio of 9: 16: 9 (A: B: C area).
  • FIG. 1 an example including three regions is described, but the present invention is not limited to the case including three regions. Even if it includes two or four or more regions, it is included in the scope of the present invention.
  • a value obtained by converting an area not occupied by the pattern including the edge shape of the closed figure into a ratio with respect to the total area may be defined as the aperture ratio.
  • the aperture ratio a value obtained by converting an area not occupied by the pattern including the edge shape of the closed figure into a ratio with respect to the total area.
  • the aperture ratio in the regular hexagonal structure of FIG. 2 can be calculated as follows. As shown in Figure 8, is one that when the line width w a and d the length of the line a, a regular hexagon the two area is 3/2 a 2 3/2, line (red display), three area 3wa. Therefore, the opening ratio (%) is 100 * [1- (6/3 3/2 ) w / a], and the area according to the length (a) and line width (w) of the line constituting the edge of the closed figure according to these equations.
  • Table 1 When calculating the difference in the aperture ratio is shown in Table 1 below. In Table 1 below, the area with the smallest closed figure is designated as A area, area 1.1 times larger than area A and area 4 times larger than area B, respectively.
  • the value of the aperture ratio was described to the first decimal place for the sake of convenience, but the difference in the aperture ratio was calculated using the entire calculated value.
  • the number of vertices of the closed figures included in each of the regions may be identically designed.
  • the length of the lines constituting the edge of the closed figure is preferably 100 ⁇ m to 800 ⁇ m.
  • the line width of the lines constituting the conductive heating pattern preferably has a value of 0.1 ⁇ m to 30 ⁇ m, more specifically 3 ⁇ m to 8 ⁇ m.
  • the transmittance variation in the heating element can be adjusted to be within 20%, within 10%, or within 5%.
  • the heating element may have a transmittance deviation of 10% or less or 5% or less for any circle having a diameter of 20 cm.
  • 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 since the heating element according to the present invention is not visible, it may be applied to the windshield or side glass of a vehicle such as a vehicle unlike the prior art.
  • the windshield In the case of windshields, the windshield itself is arranged to have a tilt. In recent years, the inclination of the windshield becomes smaller and smaller to minimize air resistance during vehicle operation. In order to prevent the problem that the pattern may be distorted up and down due to the inclination of the windshield, when using the conductive heating pattern of the above-described form, it is advantageous to increase the pattern up and down according to the inclination.
  • the closed figure may be designed to have a shape in which the average line spacing in the longitudinal direction is longer than the average line spacing in the transverse direction. In one example, the average line spacing in the longitudinal direction may be 1 to 10 times wider than the average line spacing in the transverse direction of the closed figure.
  • the conductive heating pattern is twice the length. An example of this is shown in FIG. 5.
  • the average area of the closed figure can be controlled according to the area partitioned as follows according to the standard.
  • frost and castle elimination criteria are proposed by designating the driver's field of view as 'a' and the passenger seat as 'b'.
  • the pattern shown in FIG. 6 may be used.
  • the heights of the lines constituting the conductive heating pattern may be 0.2 ⁇ m to 20 ⁇ m.
  • the line spacing of the lines constituting the conductive heating pattern may be designed according to a use, and may be, for example, 50 ⁇ m to 30 mm.
  • the substrate is preferably transparent. At this time, the substrate has a visible light transmittance of 50% or more, preferably 75% or more.
  • glass may be used as the substrate, and a plastic substrate or a plastic film may be used.
  • a plastic film after forming a conductive heating pattern, it is preferable to bond a glass substrate or a plastic substrate to at least one surface of a base material. At this time, it is more preferable to bond the glass substrate or the plastic substrate to the surface on which the conductive heating pattern of the 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 it is 12.5 micrometers-500 micrometers, and, as for the thickness of the said plastic film, it is preferable that it is 30 micrometers-250 micrometers.
  • the substrate may have a shape forming a curved surface according to the use.
  • the conductive heating pattern may be made of a conductive material.
  • the conductive heating pattern may be made of metal wires.
  • the conductive heating pattern preferably includes a metal having excellent thermal conductivity.
  • the specific resistance value of the conductive heating material is preferably 1 microOhm cm or more and 200 microOhm cm or less.
  • copper, silver, carbon nanotubes (CNT), copper coated with silver, or the like may be used.
  • the total opening ratio of the conductive heating pattern is 90% or more.
  • the conductive heating pattern of the heating element according to the present invention may have a total aperture ratio of 90% or more and an aperture ratio deviation of 2% or less.
  • the heating element according to the present invention may be connected to a power source for heat generation, in which the heat generation amount is preferably 100 to 1,000W, preferably 200 to 700W per m 2 .
  • the heating element according to the present invention has excellent heat generating performance even at low voltage, for example, 30V or less, preferably 20V or less, and thus may be usefully used in automobiles and the like.
  • the resistance in the heating element is 2 ohms / square or less, preferably 1 ohms / square or less, preferably 0.5 ohms / square or less. The resistance obtained at this time has the same meaning as the sheet resistance.
  • a black pattern may be formed to conceal the bus bar.
  • the black pattern may be printed using a paste containing cobalt oxide.
  • screen printing is suitable for screen printing, and the thickness may be set to 10 ⁇ m to 100 ⁇ m.
  • the pattern line and the bus bar may be formed before or after the black pattern is formed, respectively.
  • the heating element according to the present invention may include an additional substrate provided on the side provided with the conductive heating pattern of the substrate. This description may be the same as the description of the above description.
  • the bonding film may be sandwiched between the conductive heating pattern and the additional substrate upon bonding of the additional substrate. Temperature and pressure can be controlled during the bonding process.
  • the adhesive film is inserted between the substrate with the conductive heating pattern and the additional substrate, and put it in a vacuum bag to increase the temperature under reduced pressure, or raise the temperature using a hot roll to remove air.
  • primary bonding is performed.
  • the pressure, temperature and time is different depending on the type of the adhesive film, but usually 300 to 700 torr, the temperature can be raised gradually from room temperature to 100 °C. At this time, it is preferable to make time normally 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 about 140bar or more and 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 slowly cooling, and reduced to 100 ° C. ( ⁇ 5 mbar), and then pressurized ( ⁇ 1,000 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 micrometers-800 micrometers.
  • the present invention also includes forming a conductive heating pattern on a substrate;
  • a heating element comprising the step of forming two bus bars to apply a voltage at each end of the conductive heating pattern on the substrate, wherein the conductive heating pattern comprises a closed shape of the border, the conductive Provided is a method of manufacturing a heating element that is formed so that the average area of the closed figure is controlled in accordance with the distance from the bus bar in at least a portion of the heating pattern or along the longitudinal direction of the bus bar.
  • the conductive heating pattern may be formed by first printing directly on the substrate and then drying or baking, and secondly, laminating the metal thin film on the substrate and then patterning the metal thin film.
  • it may be formed using a method of increasing the thickness of the line until the desired sheet resistance through plating.
  • a paste containing a thermally conductive material can be printed on the substrate by the printing method.
  • Using the printing method is not only relatively low in cost, but also simple in the manufacturing process, thin line width and precise pattern lines can be formed.
  • the printing method is not particularly limited, and printing methods such as offset printing, screen printing, and gravure printing may be used.
  • offset printing may be performed by filling a paste on a patterned intaglio and then performing a primary transfer with a silicone rubber called a blanket, and then performing a secondary transfer by bringing the blanket and glass into close contact with each other. It is not limited only.
  • the intaglio may be manufactured by precisely etching soda-lime glass engraved with the desired pattern line, and may be metal or DLC (Diamond-like Carbon) coating on the glass surface for durability.
  • the intaglio may be produced by etching a metal plate.
  • the offset printing method is most preferable in order to realize more precise pattern lines.
  • the thermally conductive material it is preferable to use a metal having excellent thermal conductivity.
  • a metal having excellent thermal conductivity For example, copper, silver, carbon nanotubes (CNT), copper coated with silver, or the like may be used.
  • the thermally conductive material may be used in the form of particles.
  • the paste may further include an organic binder in addition to the above-described thermally conductive material to facilitate a printing process.
  • the organic binder may have a volatilization property in a sintering process.
  • the organic binders include polyacrylic resins, polyurethane resins, polyester resins, polyolefin resins, polycarbonate resins, cellulose resins, polyimide resins, polyethylene naphthalate resins, and modified epoxies. It is not limited only to.
  • the paste may further comprise glass frit.
  • the glass frit may be selected from commercially available products, but it is preferable to use glass frit free of environmentally friendly lead components.
  • the glass frit used should have an average aperture of 2 micrometers or less and a maximum aperture of 50 micrometers or less.
  • a solvent may be further added to the paste.
  • the solvent may include butyl carbitol acetate, carbitol acetate, cyclohexanone, cellosolve acetate, terpineol, and the like. The scope of the present invention is not limited.
  • the weight ratio of each component is 50 to 90% by weight of the conductive material, 1 to 20% by weight of the organic binder, and 0.1 to 10 glass frit. Wt% and solvent 1-20 wt%.
  • the paste may further include a glass frit. If necessary, more solvent may be added.
  • the paste may be printed such that the line width of the printed pattern after firing is 30 ⁇ m or less, specifically 0.1 ⁇ m to 30 ⁇ m or less. In addition, it can be printed so that the line spacing of the print pattern after firing is 50 ⁇ m to 30mm. In addition, the height of the line from the surface of the substrate may be printed so that the 0.2 to 20 ⁇ m.
  • a method of laminating the metal thin film may use various methods.
  • the metal thin film may be adhered to the substrate using an adhesive, or the metal thin film may be formed on the substrate using a vacuum deposition method.
  • the etching protective layer may be patterned and then formed by etching portions other than the protective layer.
  • the etching protection layer may be formed using a photolithography method or may be formed using an offset printing process.
  • a Cu layer having a thickness of 2 ⁇ m was formed on a polyethylene terephthalate (PET) film through vapor deposition.
  • PET polyethylene terephthalate
  • a conductive heating pattern region having a metal pattern having a line width of 5 to 8 ⁇ m and a line height of 2 ⁇ m was formed through the etching process.
  • the conductive heating pattern has a width of 20 cm and a length of 15 cm, and is formed at 5 cm per area shown in FIG. 1 and then expanded twice as long as in FIG. 5 to 20 ⁇ 10 cm 2 for each area. Bus bars are formed above and below the conductive heating pattern, and as shown in FIG. 1, the a value shown in FIG.

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Abstract

본 명세서는 영역별로 발열량이 제어된 발열체 또는 영역별로 발열량이 제어됨과 동시에 시야에 띄지 않는 발열체 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

Description

발열체 및 이의 제조방법
본 출원은 2012년 4월 23일에 한국특허청에 제출된 한국 특허 출원 제10-2012-0042123호의 출원일의 이익을 주장하며, 그 내용 전부는 본 명세서에 포함된다.
본 발명은 발열체 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 더욱 구체적으로, 영역별 발열량이 제어된 발열체 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
자동차의 외부 온도와 내부 온도에 차이가 있는 경우에는 자동차 유리에 습기 또는 성에가 발생한다. 또한, 실내 스키장의 경우 슬로프가 있는 내부와 외부의 온도 차이에 의해 결로 현상이 발생한다. 이를 해결하기 위하여 발열 유리가 사용될 수 있다. 발열 유리는 유리 표면에 열선 시트를 부착하거나 유리 표면에 직접 열선을 형성하고, 열선의 양 단자에 전기를 인가하여 열선으로부터 열을 발생시키고 이에 의하여 유리 표면의 온도를 올리는 개념을 이용한다.
발열 유리를 제조하기 위하여, ITO(Indium Tin Oxide)나 Ag 박막과 같은 투명 도전 재료를 이용하여 스퍼터링(Sputtering) 공정을 통하여 전면 발열층을 형성한 후에 전극을 앞 끝단에 연결하는 방법들이 제안되었다. 그러나, 이와 같은 방법에 의하여 제조된 발열 유리는 높은 면저항으로 인하여 저전압에서 구동되기 힘든 문제가 있다. 따라서, 저전압에서 발열을 하고자 할 때에는 금속선과 같은 열선을 이용하는 시도가 제안되고 있다.
발열체는 용도에 따라 영역별로 발열량이 제어될 것이 요구될 수 있다. 또한, 발열체는 용도에 따라 사용자의 시야에 띄지 않으면서 영역별로 발열량을 조절할 수 있는 특성이 요구될 수 있다. 본 발명자들은 상기와 같은 요구 특성을 만족하기 위하여 영역별로 발열량이 제어된 발열체 또는 영역별로 발열량이 제어됨과 동시에 사용자의 시야에 띄지 않는 발열체에 대하여 거듭 연구한 끝에 본 발명에 이르렀다.
본 발명의 일 실시상태는,
기재, 상기 기재 상에 구비된 전도성 발열 패턴, 상기 전도성 발열 패턴의 양 말단에 각각 전압을 인가하도록 구비된 2개의 버스바를 포함하는 발열체에 있어서,
상기 전도성 발열 패턴은 폐쇄 도형의 테두리 형태를 포함하고, 상기 전도성 발열 패턴의 적어도 일부 영역에서 상기 버스바로부터의 거리에 따라 또는 상기 버스바의 길이방향을 따라 상기 폐쇄 도형의 평균 면적이 제어된 것을 특징으로 하는 발열체를 제공한다.
본 발명의 또 하나의 실시상태는
기재 상에 전도성 발열 패턴을 형성하는 단계; 및
상기 기재 상에 상기 전도성 발열 패턴의 양 말단에 각각 전압을 인가하도록 2개의 버스바를 형성하는 단계를 포함하는 발열체의 제조방법에 있어서,
상기 전도성 발열 패턴은 폐쇄 도형의 테두리 형태를 포함하고, 상기 전도성 발열 패턴의 적어도 일부 영역에서 상기 버스바로부터의 거리에 따라 또는 상기 버스바의 길이방향을 따라 상기 폐쇄 도형의 평균 면적이 제어되도록 형성되는 것인 발열체의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면 영역별로 발열량이 제어된 발열체를 제공할 수 있다. 또한, 본 발명의 또 하나의 실시상태에 따르면 영역별로 발열량이 제어됨과 동시에 사용자의 시야에 띄지 않는 발열체를 제공할 수 있다.
도 1은 버스바로부터의 거리에 따라 전도성 발열 패턴을 구성하는 폐쇄 도형의 평균 면적이 제어된 형태를 예시한 것이다.
도 2는 정육각형의 테두리 형태로 이루어진 패턴을 예시한 것이다.
도 3은 정육각형을 변형하는 방식을 예시한 것이다.
도 4는 정육각형으로부터 변형된 패턴의 형태를 예시한 것이다.
도 5는 본 발명에 따른 발열체를 자동차 앞유리에 적용시, 자동차 앞유리의 기울기를 고려하여 패턴을 변형한 예를 도시한 것이다.
도 6은 본 발명에 따른 발열체를 자동차 앞유리용으로 설계한 예를 도시한 것이다.
도 7은 본 발명의 일 실시상태에 따른 발열체에서 폐쇄 도형의 평균 면적을 조절한 예를 도시한 것이다.
도 8은 패턴의 개구율을 계산하기 위한 기본 도형을 예시한 것이다.
이하에서 본 발명에 대하여 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명의 일 실시상태에 따른 발열체는 기재, 상기 기재 상에 구비된 전도성 발열 패턴, 상기 전도성 발열 패턴의 양 말단에 각각 전압을 인가하도록 구비된 2개의 버스바를 포함하는 발열체로서, 상기 전도성 발열 패턴은 폐쇄 도형의 테두리 형태를 포함하고, 상기 전도성 발열 패턴의 적어도 일부 영역에서 상기 버스바로부터의 거리에 따라 또는 상기 버스바의 길이방향을 따라 상기 폐쇄 도형의 평균 면적이 제어된 특징으로 한다.
본 발명에서는 폐쇄 도형의 테두리 형태를 포함하는 전도성 발열 패턴 중 적어도 일부 영역에서 상기 버스바로부터의 거리에 따라 또는 상기 버스바의 길이방향을 따라 상기 폐쇄 도형의 평균 면적을 달리함으로써, 버스바로부터의 거리에 따라 또는 버스바의 길이방향을 따라 발열량을 제어할 수 있다. 구체적으로, 2개의 버스바들 사이의 저항값은 전도성 발열 패턴을 구성하는 폐쇄 도형의 테두리의 평균 면적에 의하여 정해지며, 상기 폐쇄 도형의 평균 면적을 제어함으로써 영역별로 다른 발열량을 갖는 발열체를 제공할 수 있다. 본 발명의 일 실시상태에 따른 발열체의 전도체 발열 패턴의 형태를 도 1에 예시하였다.
상기 폐쇄 도형은 평균 면적을 계산할 수 있는 형태이면 특별히 한정되지 않는다. 예컨대, 상기 폐쇄 도형은 적어도 3개의 꼭지점을 갖는 다각형 또는 이들로부터 변형된 도형일 수 있다. 변형 방식에 대하여는 후술한다.
본 발명에 있어서, 상기 전도성 발열 패턴은 동일한 형태의 폐쇄 도형의 테두리들만을 포함할 수도 있지만, 서로 상이한 2종 이상의 폐쇄 도형의 테두리들을 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 전도성 발열 패턴은 꼭지점이 4개인 폐쇄 도형들의 테두리 형태만을 포함할 수도 있다. 또 다른 예로서는, 상기 전도성 발열 패턴은 꼭지점이 6개인 폐쇄 도형들의 테두리 형태만을 포함할 수 있다. 또 다른 예로서는, 상기 전도성 발열 패턴은 꼭지점의 개수가 3개 내지 8개인 폐쇄 도형들 중 2종 이상의 폐쇄 도형들이 혼합 배치된 상태에서의 상기 폐쇄 도형들의 테두리 형태를 포함할 수 있다.
하나의 예로서, 상기 전도성 발열 패턴은 꼭지점이 4개 또는 6개인 폐쇄 도형의 테두리의 형태를 포함하는 패턴 중 상기 버스바로부터의 거리에 따라 또는 상기 버스바의 길이방향을 따라 상기 폐쇄 도형의 평균 면적이 제어된 패턴을 갖는다.
또 다른 예로서, 상기 전도성 발열 패턴은 직사각형, 정사각형, 직육각형 또는 정육각형이나, 이들 도형으로부터 변형된 도형의 테두리의 형태를 포함할 수 있으며, 버스바로부터의 거리에 따라 또는 버스바의 길이방향을 따라 상기 도형들의 평균 면적이 조절될 수 있다. 상기 정사각형, 직사각형, 정육각형 또는 직육각형과 같은 다각형은 꼭지점의 위치, 또는 선의 굴곡도가 변형될 수 있다.
상기 전도성 발열 패턴은 규칙적인 패턴보다는 규칙성이 제한된 패턴을 포함하는 것이 단일광에 의한 회절 문제를 방지하는 데 유리하다. 따라서, 규칙성이 제한된 패턴을 설계하기 위한 방법으로서 적어도 3개의 꼭지점을 갖는 다각형의 꼭지점의 위치 또는 선들의 굴곡도를 변형하는 방법이 사용될 수 있다.
구체적인 예를 도 3에 예시하였다.
하나의 예로서, 꼭지점이 3개 이상인 폐쇄 도형을 설계하기 위하여 꼭지점이 3개 이상인 다각형을 이용할 수 있다. 다각형의 형태에서 꼭지점의 위치를 무작위로 변경함으로써 변형된 도형을 설계할 수 있다.
추가로, 꼭지점의 변경된 위치가 다른 꼭지점의 위치와 같게 되는 것을 방지하기 위하여, 도 3의 (a)에 도시한 바와 같이 각 꼭지점이 위치를 변경시킬 수 있는 단위 영역을 정한 후에, 도 3의 (b)와 같이 각 꼭지점을 각 단위 영역 안에서 임의의 점으로 이동시킨다.
또 하나의 예로서, 다각형의 테두리를 구성하는 선들을 다양한 형태로 변형할 수 있다. 예컨대, 상기 선들은 단순히 직선이 될 수도 있고, 곡선 또는 지그재그선이 될 수도 있으며, 이들의 조합이 될 수도 있다. 예컨대, 도 3의 (a)나 (b)의 도형의 선들을 다양한 형태로 변형할 수 있다.
곡선을 만드는 방식을 예시로 들면 하기와 같다. 예컨대, 다각형의 인접한 2개의 꼭지점을 통과하는 원의 원주 형태로 선을 변형할 수 있다. 이 때, 원의 원점으로부터 다각형의 2개의 꼭지점에 각각 직선으로 그었을 때, 2개의 직선이 이루는 각도(θc)가 일정한 원을 선택한 후, 상기 원의 원주를 따라 각 꼭지점을 연결함으로써 도 3의 (c)와 같이 패턴을 설계할 수 있다.
도 3에서 도시한 바를 토대로 만들 수 있는 패턴의 예를 도 4에서 단계별로 도시하여 보았다. 도 4의 (a), (b) 및 (c)는 각각 도 3의 (a), (b) 및 (c)와 같은 방식으로 설계한 것이다.
상기 전도성 발열선 패턴을 보로노이 다이어그램을 이루는 도형들의 테두리 형태로 형성할 수 있다. 이 경우, 패턴의 규칙성을 낮춤으로써 모아레를 방지하고, 빛의 회절 및 간섭에 의한 부작용을 최소화할 수 있다. 보로노이 다이어그램(Voronoi diagram)이란, 보로노이 다이어그램 제너레이터(Voronoi diagram generator)를 이용하여, 패턴을 채우고자 하는 영역에 각 점들을 배치하고, 이 점들이 다른 점들로부터의 거리에 비하여 해당 점과의 거리가 가장 가까운 영역을 채우는 방식으로 형성되는 패턴이다. 예를 들어, 전국의 대형 할인점을 점으로 표시하고 소비자들은 가장 가까운 대형 할인점을 찾아간다고 할 때, 각 할인점의 상권을 표시하는 패턴을 예로 들 수 있다. 즉, 정육각형으로 공간을 채우고 정육각형들의 각 점들을 기준점으로 선정하면 벌집(honeycomb) 구조가 상기 전도성 발열선 패턴이 될 수 있다. 보로노이 다이어그램 제너레이터를 이용하여 전도성 발열선 패턴을 형성하는 경우, 빛의 회절 및 간섭에 의한 부작용을 최소화할 수 있는 복잡한 패턴 형태를 용이하게 결정할 수 있는 장점이 있다.
본 발명에서는 보로노이 다이어그램 형성시 기준점들의 위치를 규칙 또는 불규칙하게 위치시킴으로써 상기 정육각형으로부터 파생된 패턴을 이용할 수 있다.
전도성 발열선 패턴을 보로노이 다이어그램을 이루는 도형들의 테두리 형태로 형성하는 경우에도, 전술한 바와 같은 시각적인 인지성의 문제를 해결하기 위하여, 기준 점들을 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 패턴의 분포가 어느 한 지점에 몰리지 않게 함으로써 시각성을 보완할 수 있다.
상기 기본 단위의 크기를 조절함으로써 폐쇄 도형의 평균 면적을 조절할 수 있다. 폐쇄 도형의 평균 면적을 조절한 예를 도 7에 예시하였다.
전술한 바와 같이, 패턴의 시각성을 고려하거나, 발열 밀도를 조절하기 위하여 기본 단위 내의 기준 점들의 개수를 조절할 수 있다. 이 때, 기본 단위 내의 기준 점들의 개수를 조절시 상기 기본 단위는 5 cm2 이하인 것이 바람직하고, 1 cm2 이하인 것이 더욱 바람직하다. 기본 단위 내의 상기 기준 점들의 개수는 25-2,500 개/cm2 내에서 선택할 수 있으며, 100-2,000 개/cm2 내에서 선택할 수 있다.
본 발명에서는 버스바로부터의 거리에 따라 또는 버스바의 길이방향을 따라 폐쇄 도형의 평균 면적을 영역별로 다르게 제어할 수 있다. 예컨대, 단위면적당 폐쇄 도형의 평균 면적이 서로 상이한 2 이상의 영역, 또는 3 이상의 영역을 포함할 수 있다. 여기서, 폐쇄 도형의 평균 면적을 제어하기 위한 기본 단위는 0.025 내지 4 mm2으로 설계하는 것이 바람직하다.
이 때, 전도성 발열 패턴은 상기 2 이상의 영역들 사이에서의 단위면적당 폐쇄 도형의 평균 면적의 비는 1.1 내지 4 사이의 값을 가지는 것이 바람직하다. 이 때, 상기 비는 단위면적당 폐쇄 도형의 평균 면적이 작은 값에 대한 단위면적당 폐쇄 도형의 평균 면적이 큰 값의 비이다. 상기 비가 4 이하인 경우 패턴 밀도에 의한 개구율의 편차가 커지는 것을 방지함으로써, 패턴의 밀도 차이가 시야에 띄는 것을 방지할 수 있다. 또한, 상기 비가 1.1 이상인 경우 발열량의 편차가 작아지는 것을 방지함으로써, 본 발명의 목적을 달성하는데 유리하다.
예컨대, 자동차 앞유리에 전도성 발열 패턴으로서 동일한 선폭을 갖는 패턴을 구현하고, 자동차 앞유리의 상단과 하단에 각각 버스바를 설치하는 경우를 들 수 있다. 이 경우, 자동차 앞유리의 상단의 길이가 하단의 길이보다 짧기 때문에 자동차 앞유리의 상단부위가 더 빨리 발열이 될 수 있다. 하지만, 자동차 앞유리의 경우, 운전자 시야 확보를 위해서는 운전자 시야 영역을 먼저 발열시키는 것이 유리하다. 예를 들어, 자동차 앞유리에서 서리 및 성에 제거를 위한 송풍구의 위치는 상기 문제를 위하여 운전자 시야영역으로 위치시키고 있다.
따라서, 자동차 앞유리에 발열체를 적용하는 경우, 운전자의 시야 영역에 먼저 제상이나 서리를 제거할 수 있도록 전도성 발열 패턴의 형태를 설계할 수 있다.
구체적인 하나의 예로서, 전도성 발열 패턴은 정육각형으로부터 설계될 수 있다. 도 2에 표시된 정육각형을 포함하는 벌집구조에서 버스바 간의 저항값은 정육각형의 면적에 의해 결정된다. 즉, 버스바 간의 인가되는 전압에 의해서 전류가 흐르게 될 때, 정육각형의 면적이 크면 저항이 증가하고 정육각형의 면적이 작아지면 저항이 감소하게 된다.
도 2에 표시된 패턴에서 영역을 3개로 나눈 후, 정육각형의 평균 면적을 9 : 16 : 9(A : B : C 영역)의 비율로 변화함으로써 도 1에 표시된 패턴을 얻을 수 있다.
도 1에 표시된 3개의 영역의 면저항값의 비율은 정육각형 면적의 제곱근과 비례 관계를 가지며 3개 영역은 직렬 연결이 되므로, 전류치가 같기 때문에, 영역별 면적당 발열량의 비율은 3 : 4 : 3를 가지게 된다.
도 1에서는 3개의 영역을 포함하는 예를 설명하였으나, 본 발명은 3개의 영역을 포함하는 경우로만 한정되는 것은 아니다. 2개 또는 4개 이상의 영역을 포함하는 경우에도, 본 발명의 범위에 포함된다.
본 명세서에서는 상기 폐쇄 도형의 테두리 형태를 포함하는 패턴이 차지하지 않는 면적을 전체 면적 대비 비율로 환산한 값을 개구율로 정의할 수 있다. 상기와 같이 버스바로부터의 거리에 따라 또는 버스바의 길이방향을 따라 폐쇄 도형의 평균 면적을 제어할 때 영역별 개구율 차이가 5% 이하, 바람직하게는 3% 이하가 되도록 제어할 수 있다. 이 경우, 영역별로 균일한 발열 특성을 달성함으로써 발열량이 큰 영역부터 제상 및 서리 제거가 가능할 뿐만 아니라, 영역간의 개구율 차이에 의한 경계선이 사용자에게 인지되는 것을 방지할 수 있다. 특히, 전도성 발열 패턴을 금속선으로 구성하는 경우에도, 상기와 같이 개구율 차이를 조절함으로써 패턴이 눈에 띌 수 있는 문제를 최소화할 수 있다.
예컨대, 도 2의 정육각형 구조에서 개구율은 다음과 같이 계산될 수 있다. 도 8에 도시된 바와 같이, 한 선의 길이를 a라 하고 선폭을 w라고 할 때, 정육각형 2개의 면적은 33/2a2/2이고, 선(적색 표시) 3개의 면적은 3wa이다. 따라서, 개구율(%)은 100*[1-(6/33/2)w/a]로, 이들 식에 따라 폐쇄 도형의 테두리를 구성하는 선의 길이(a)와 선폭(w)에 따른 영역별 개구율 차이를 계산하면 하기 표 1과 같다. 하기 표 1에서는 폐쇄 도형이 가장 작은 영역을 A 영역, A 영역 대비 면적이 1.1배인 영역과 4배인 영역을 각각 B 영역 및 C 영역이라고 지정하였다. 또한, 하기 표 1에서 개구율의 값은 계산값 중 편의상 소수점 첫번째 자리까지 기재하였으나, 개구율의 차이는 계산값 전체를 이용하여 계산하였다.
[표 1]
Figure PCTKR2013002354-appb-I000001
본 발명에 있어서, 상기 각 영역 내에서는 폐쇄 도형이 50개 이상 존재하는 것이 바람직하다.
각 영역들에 포함되는 폐쇄 도형들의 꼭지점의 개수는 동일하게 설계될 수 있다.
본 발명에서 정육각형 구조를 기반으로 전도성 발열 패턴을 설계하는 경우, 폐쇄 도형의 테두리를 구성하는 선들의 길이는 100㎛ 내지 800㎛의 값을 가지는 것이 바람직하다. 또한, 전도성 발열 패턴을 구성하는 선들의 선폭은 0.1㎛ 내지 30㎛, 더 구체적으로 3㎛ 내지 8㎛의 값을 가지는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 발열체 내의 투과율 편차가 20% 이내, 10% 이내, 또는 5% 이내가 되도록 조절할 수 있다. 또한, 상기 발열체는 직경 20㎝의 임의의 원에 대한 투과율 편차가 10% 이하 또는 5% 이하일 수 있다.
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 시야에 띄지 않으므로, 종래기술과 달리 자동차와 같은 운송수단의 앞유리 또는 옆유리에 적용할 수도 있다.
자동차 앞유리의 경우, 앞유리 자체가 기울기를 갖도록 배치된다. 최근 차량 운행시 공기 저항을 최소화하기 위하여 앞유리의 기울기가 점점 더 작아지는 추세에 있다. 앞유리의 기울기로 인하여 패턴이 상하로 찌그러져 보일 수 있는 문제를 방지하기 위하여, 전술한 형태의 전도성 발열 패턴을 사용하는 경우, 기울기에 따라 패턴을 상하로 늘려주는 것이 유리하다. 예컨대, 상기 폐쇄 도형은 횡 방향의 평균 선간 간격보다 종 방향의 평균 선간 간격이 긴 형태를 갖도록 설계될 수 있다. 한 예에 있어서, 상기 폐쇄 도형의 횡 방향의 평균 선간 간격보다 종 방향의 평균 선간 간격이 1배 내지 10배 더 넓도록 설계될 수 있다.
예를 들어, 앞유리의 기울기가 30도인 경우, 전도성 발열 패턴을 상하로 2배의 길이로 늘려주는 것이 바람직하다. 이에 대한 예를 도 5에 도시하였다.
하나의 예에 있어서, 본 발명에 따른 발열체가 자동차 앞유리에 적용되는 경우, 규격에 따라 하기와 같이 구획된 영역에 따라 상기 폐쇄 도형의 평균 면적이 제어될 수 있다.
자동차 안전기준에 관한 규칙 제109조에 따르면 운전석 시야부분을 '가' 부분, 조수석까지 포함하는 부분을 '나' 부분으로 지정하여 서리 및 성에 제거 기준을 제시하고 있다. 본 발명에서는 '가' 부분의 발열량을 더 높게 설정할 수 있는 방법을 제시할 수 있다. 예컨대, 도 6과 같은 패턴을 사용할 수 있다.
본 발명에 있어서, 전도성 발열 패턴을 구성하는 선들의 높이는 0.2㎛ 내지 20㎛ 일 수 있다. 전도성 발열 패턴을 구성하는 선들의 선간 간격은 용도에 따라 설계될 수 있으며, 예컨대 50㎛ 내지 30mm 일 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 기재는 투명한 것이 바람직하다. 이 때, 상기 기재는 가시광선 투과율이 50% 이상, 바람직하게는 75% 이상인 것이 바람직하다. 구체적으로, 상기 기재로는 유리를 사용할 수도 있고, 플라스틱 기판 또는 플라스틱 필름을 사용할 수 있다. 플라스틱 필름을 사용하는 경우에는 전도성 발열 패턴을 형성한 후, 기재의 적어도 일면에 유리 기판 또는 플라스틱 기판을 합착하는 것이 바람직하다. 이 때, 기재의 전도성 발열 패턴이 형성된 면에 유리 기판 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㎛인 것이 바람직하고, 30㎛ 내지 250㎛인 것이 바람직하다.
상기 기재는 용도에 따라 곡면을 이루는 형태일 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 전도성 발열 패턴은 전도성 재료로 이루어질 수 있다. 예컨대, 상기 전도성 발열 패턴은 금속선으로 이루어질 수 있다. 구체적으로, 상기 전도성 발열 패턴은 열전도도가 우수한 금속을 포함하는 것이 바람직하다. 상기 전도성 발열 재료의 비저항 값은 1 microOhm cm 이상 200 microOhm cm 이하인 것이 좋다. 전도성 발열 패턴 재료의 구체적인 예로서, 구리, 은(silver), 탄소나노튜브(CNT), 은으로 코팅된 구리 등이 사용될 수 있다.
상기 전도성 발열 패턴의 전체 개구율이 90% 이상인 것이 바람직하다. 또한, 전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 발열체의 전도성 발열 패턴은 전체 개구율이 90% 이상이면서, 개구율 편차가 2% 이하일 수 있다.
본 발명에 따른 발열체는 발열을 위하여 전원에 연결될 수 있으며, 이 때 발열량은 m2 당 100 내지 1,000W, 바람직하게는 200 내지 700W인 것이 바람직하다. 본 발명에 따른 발열체는 저전압, 예컨대 30V 이하, 바람직하게는 20V 이하에서도 발열성능이 우수하므로, 자동차 등에서도 유용하게 사용될 수 있다. 상기 발열체에서의 저항은 2 오옴/스퀘어 이하, 바람직하게는 1 오옴/스퀘어 이하, 바람직하게는 0.5 오옴/스퀘어 이하이다. 이 때 얻은 저항값은 면저항과 같은 의미를 지닌다.
상기 버스바를 은폐하기 위하여 블랙 패턴을 형성할 수 있다. 상기 블랙 패턴은 코발트 산화물을 함유한 페이스트를 이용하여 프린트할 수 있다. 이 때 프린팅 방식은 스크린 프린팅이 적당하며, 두께는 10㎛ 내지 100㎛로 설정할 수 있다. 상기 패턴선과 버스바는 각기 블랙 패턴 형성 전이거나 후에 형성할 수도 있다.
본 발명에 따른 발열체는 상기 기재의 전도성 발열 패턴이 구비된 면에 구비된 추가의 기재를 포함할 수 있다. 이 기재는 전술한 기재에 관한 설명과 동일한 것이 적용될 수 있다.
상기 추가의 기재의 합착시 전도성 발열 패턴과 추가의 기재 사이에 접합 필름을 끼워넣을 수 있다. 접합하는 과정에서 온도 및 압력을 조절할 수 있다.
하나의 구체적인 실시상태에 있어서, 전도성 발열 패턴이 구비된 기재와 추가의 기재 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 ~ 700 토르의 압력으로, 상온에서 100℃까지 온도를 점진적으로 올릴 수 있다. 이 때, 시간은 보통 1시간 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 1시간 내지 3시간, 바람직하게는 약 2시간 수행한 후 서냉하는 것이 바람직하다.
또 하나의 구체적인 실시상태에서는 전술한 2단계의 접합 과정과는 달리 진공라미네이터 장비를 이용하여 1단계로 접합하는 방법을 이용할 수 있다. 80 ~ 150℃까지 단계적으로 온도를 올리고 서냉하면서, 100℃까지는 감압(~5 mbar)하고, 그 이후에는 가압(~1,000mbar)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㎛인 것이 바람직하다.
본 발명은 또한, 기재 상에 전도성 발열 패턴을 형성하는 단계; 상기 기재 상에 상기 전도성 발열 패턴의 양 말단에서 각각 전압을 인가하도록 2개의 버스바를 형성하는 단계를 포함하는 발열체의 제조방법에 있어서, 상기 전도성 발열 패턴은 폐쇄 도형의 테두리 형태를 포함하고, 상기 전도성 발열 패턴의 적어도 일부 영역에서 상기 버스바로부터의 거리에 따라 또는 상기 버스바의 길이방향을 따라 상기 폐쇄 도형의 평균 면적이 제어되도록 형성된 것인 발열체의 제조방법을 제공한다.
상기 전도성 발열 패턴에 관한 기재는 전술한 바와 같다.
상기 전도성 발열 패턴은 첫째 상기 기재 상에 직접 인쇄한 후 건조 또는 소성을 하는 방식을 이용하여 형성될 수도 있고, 둘째 금속 박막을 상기 기재에 라미네이션한 후 상기 금속 박막을 패터닝하는 방법을 이용하여 형성될 수도 있으며, 셋째 은염이 코팅된 기재 위에 포토그래프 방식을 이용하여 은 패턴을 형성한 후, 도금을 통하여 원하는 면저항을 얻을 때까지 선의 두께를 높이는 방식을 이용하여 형성될 수도 있다.
상기 방식 중 첫 번째 방법인 인쇄법을 이용하는 경우, 기재 상에 열전도성 재료를 포함하는 페이스트를 인쇄법에 의하여 인쇄할 수 있다. 인쇄법을 이용하는 경우 비용이 비교적 적게 소요될 뿐만 아니라 제조 공정도 간단하고, 선폭이 얇으며 정밀한 패턴선을 형성할 수 있다.
상기 인쇄법으로는 특별히 한정되지 않으며, 오프셋 인쇄, 스크린 인쇄, 그라비아 인쇄 등의 인쇄법이 사용될 수 있다. 예컨대 오프셋 인쇄는 패턴이 새겨진 요판에 페이스트를 채운 후 블랑킷(blanket)이라고 부르는 실리콘 고무로 1차 전사를 시킨 후, 블랑킷과 유리를 밀착시켜 2차 전사를 시키는 방식으로 수행될 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.
상기 블랑킷이 갖는 이형 특성으로 인하여 페이스트가 유리에 거의 대부분 전사되기 때문에 별도의 블랑킷 세정공정이 필요하지 않다. 상기 요판은 목적하는 패턴선이 새겨진 소다라임 유리를 정밀 에칭하여 제조할 수 있으며, 내구성을 위하여 유리 표면에 금속 또는 DLC(Diamond-like Carbon) 코팅을 할 수도 있다. 상기 요판은 금속판을 에칭하여 제조할 수도 있다.
본 발명에서는 보다 정밀한 패턴선을 구현하기 위하여 오프셋 인쇄법이 가장 바람직하다.
상기 열전도성 재료로는, 열전도도가 우수한 금속을 사용하는 것이 바람직하다. 예컨대, 구리, 은(silver), 탄소나노튜브(CNT), 은으로 코팅된 구리 등이 사용될 수 있다. 본 발명에서는 상기 열전도성 재료는 입자 형태로 사용할 수 있다.
상기 페이스트는 전술한 열전도성 재료 이외에 인쇄 공정이 용이하도록 유기 바인더를 더 포함할 수도 있다. 상기 유기 바인더는 소성 공정에서 휘발되는 성질을 가질 수 있다. 상기 유기 바인더로는 폴리아크릴계 수지, 폴리우레탄계 수지, 폴리에스테르계 수지, 폴리올레핀계 수지, 폴리카보네이트계 수지, 셀룰로우즈 수지, 폴리이미드계 수지, 폴리에틸렌 나프탈레이트계 수지 및 변성 에폭시 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
유리와 같은 기재에 대한 페이스트의 부착력을 향상시키기 위하여, 상기 페이스트는 글래스 프릿(Glass Frit)을 더 포함할 수 있다. 상기 글래스 프릿은 시판품으로부터 선택할 수 있으나, 친환경적인 납 성분이 없는 글래스 프릿을 사용하는 것이 좋다. 이때 사용하는 글래스 프릿의 크기는 평균 구경이 2 마이크로미터 이하이고 최대 구경이 50 마이크로미터 이하의 것이 좋다.
필요에 따라, 상기 페이스트에는 용매가 더 추가될 수 있다. 상기 용매로는 부틸 카르비톨 아세테이트(Butyl Carbitol Acetate), 카르비톨 아세테이트(Carbitol acetate), 시클로 헥사논(Cyclohexanon), 셀로솔브 아세테이트(Cellosolve Acetate) 및 테르피놀(Terpineol) 등이 있으나, 이들 예에 의하여 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 있어서, 전도성 재료, 유기 바인더, 글래스 프릿 및 용매를 포함하는 페이스트를 사용하는 경우, 각 성분의 중량비는 전도성 재료 50 ~ 90 중량%, 유기 바인더 1 ~ 20 중량%, 글래스 프릿 0.1 ~ 10 중량% 및 용매 1 ~ 20 중량%일 수 있다.
또한, 페이스트와 유리와의 부착력을 향상시키기 위하여, 상기 페이스트는 글래스 프릿(Glass Frit)을 더 포함할 수 있다. 필요에 따라, 용매가 더 추가될 수 있다.
상기 페이스트는, 소성 후 인쇄 패턴의 선의 선폭이 30㎛ 이하, 구체적으로 0.1㎛ 내지 30㎛ 이하가 되도록 인쇄될 수 있다. 또한, 소성 후 인쇄 패턴의 선간 간격이 50㎛ 내지 30mm가 되도록 인쇄될 수 있다. 또한, 상기 기재의 표면으로부터 선의 높이가 0.2 내지 20㎛가 되도록 인쇄될 수 있다.
상기 방식 중 두 번째 방식인 금속 박막을 기재에 라미네이션한 후 상기 금속 박막을 패터닝하는 방법에서, 금속 박막을 라미네이션하는 방식은 다양한 방식을 사용할 수 있다. 예를 들어, 금속 박막을 기재에 접착제를 이용하여 접착시킬 수도 있으며, 기재 상에 진공 증착법을 이용하여 금속 박막을 형성할 수도 있다. 금속 박막이 라미네이션된 기재 상에 금속선을 패터닝하는 방식으로는 식각보호층을 패턴한 후에 보호층 이외에 부분을 식각하여 형성할 수도 있다. 식각 보호층은 포토리소그라피 방식을 이용하여 형성할 수도 있고, 오프셋 인쇄 공정을 이용하여 형성할 수도 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 이에 의하여 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.
<실시예>
<실시예 1>
PET(polyethylene terephthalate) 필름 상에 기상증착법을 통하여 2㎛ 두께의 Cu층을 형성하였다. 상기 필름상에 포토리소(photolitho) 공정을 통하여 에칭레지스트 물질을 패터닝한 후, 에칭공정을 통하여 선폭 5 ~ 8㎛, 선고 2㎛의 금속 패턴을 가진 전도성 발열 패턴 영역을 형성하였다. 전도성 발열 패턴은 가로 20cm, 세로 15cm로, 도 1에서 도시된 영역당 5cm로 형성한 후 도 5에서와 같이 세로 길이로 2배 확장하여 각 영역당 20 × 10cm2 이다. 전도성 발열 패턴 상하에 버스바를 형성하고, 도 1에서 도시한 바와 같이 버스바로부터의 거리에 따라 도 8에서 도시된 a 값이 158, 211, 158㎛, 즉 폐쇄도형 면적의 제곱근의 비율이 3 : 4 : 3인 패턴을 형성하였다. 상기 버스바에 5V를 인가하였을 때 5.7A의 전류가 흘렀다. 전압 인가 전과 인가 후 10분에 열화상카메라(FLIR)로 필름의 온도 차이를 측정한 결과 각 영역별로 19.6℃, 26.9℃, 19.2℃가 승온되었다. 승온된 온도는 발열량과 비례관계에 있으므로 버스바로부터 거리에 따라 폐쇄도형 면적의 제곱근의 비율(3 : 4 : 3)과 같은 3 : 4 : 3의 발열량을 나타냄을 알 수 있다. 이 때, 각 영역별 투과도를 측정하였을 때 89.3%, 89.3%, 89.4%를 얻었다.

Claims (19)

  1. 기재, 상기 기재 상에 구비된 전도성 발열 패턴, 상기 전도성 발열 패턴의 양 말단에 각각 전압을 인가하도록 구비된 2개의 버스바를 포함하는 발열체에 있어서,
    상기 전도성 발열 패턴은 폐쇄 도형의 테두리 형태를 포함하고, 상기 전도성 발열 패턴의 적어도 일부 영역에서 상기 버스바로부터의 거리에 따라 또는 상기 버스바의 길이방향을 따라 상기 폐쇄 도형의 평균 면적이 제어된 것을 특징으로 하는 발열체.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 전도성 발열 패턴은, 단위면적당 폐쇄 도형의 평균 면적이 서로 상이한 영역을 적어도 2개 포함하는 것을 특징으로 하는 발열체.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 전도성 발열 패턴은, 단위면적당 폐쇄 도형의 평균 면적이 서로 상이한 영역을 적어도 3개 포함하는 것을 특징으로 하는 발열체.
  4. 청구항 2에 있어서, 상기 영역들 간의 단위면적당 폐쇄 도형의 평균 면적의 비가 1.1 이상 4 미만의 값을 가지는 것을 특징으로 하는 발열체.
  5. 청구항 2에 있어서, 상기 영역간 개구율 차이가 5% 이하인 것을 특징으로 하는 발열체.
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 영역별 개구율은 90% 이상인 것을 특징으로 하는 발열체.
  7. 청구항 2에 있어서, 상기 영역은 자동차 안전기준에 관한 규칙 109조에 따른 '가' 부분 및 '나' 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 발열체.
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 폐쇄 도형의 테두리를 구성하는 선들의 각각의 길이는 100㎛ 내지 800㎛이고, 선폭은 0.1㎛ 내지 30㎛인 것을 특징으로 하는 발열체.
  9. 청구항 1에 있어서, 상기 폐쇄 도형은 횡 방향의 평균 선간 간격보다 종 방향의 평균 선간 간격이 긴 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 발열체.
  10. 청구항 1에 있어서, 상기 전도성 발열 패턴은 금속선으로 이루어진 것을 특징으로 하는 발열체.
  11. 청구항 1에 있어서, 상기 폐쇄 도형은 꼭지점을 3개 갖는 폐쇄 도형, 꼭지점을 4개 갖는 폐쇄 도형, 꼭지점을 5개 갖는 폐쇄 도형, 꼭지점을 6개 갖는 폐쇄 도형, 꼭지점을 7개 갖는 폐쇄 도형 및 꼭지점을 8개 갖는 폐쇄 도형 중 1개 또는 2개 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 발열체.
  12. 청구항 1에 있어서, 상기 폐쇄 도형은 꼭지점을 4개 갖는 폐쇄 도형으로 이루어진 것을 특징으로 하는 발열체.
  13. 청구항 1에 있어서, 상기 폐쇄 도형은 꼭지점을 6개 갖는 폐쇄 도형으로 이루어진 것을 특징으로 하는 발열체.
  14. 청구항 1에 있어서, 상기 폐쇄 도형은 적어도 3개의 꼭지점을 다각형 또는 적어도 3개의 꼭지점을 갖는 다각형의 꼭지점의 위치 및 선들의 굴곡도 중 적어도 하나가 변형된 도형인 것을 특징으로 하는 발열체.
  15. 청구항 1에 있어서, 상기 폐쇄 도형은 다각형의 각 꼭지점의 위치를 특정 단위 영역 내에서 변경시킨 도형, 다각형의 인접한 2개의 꼭지점을 통과하는 원 중 원의 원점과 다각형의 2개의 꼭지점을 각각 잇는 직선들이 이루는 각이 일정하도록 원을 선택하여, 상기 원의 원주를 따라 상기 꼭지점들을 연결한 형태로 다각형의 선을 변형시킨 도형 또는 이들의 조합인 것을 특징으로 하는 발열체.
  16. 청구항 1에 있어서, 상기 폐쇄 도형의 테두리는 직선, 곡선, 지그재그 또는 이들의 조합을 포함하는 것을 특징으로 하는 발열체.
  17. 청구항 1에 있어서, 상기 발열체는 직경 20㎝의 임의의 원에 대한 투과율 편차가 10% 이하인 것을 특징으로 하는 발열체.
  18. 청구항 1 내지 17 중 어느 하나의 항에 따른 발열체를 포함하는 자동차용 앞유리.
  19. 기재 상에 전도성 발열 패턴을 형성하는 단계; 및
    상기 기재 상에 상기 전도성 발열 패턴의 양 말단에 각각 전압을 인가하도록 2개의 버스바를 형성하는 단계를 포함하는 발열체의 제조방법에 있어서,
    상기 전도성 발열 패턴은 폐쇄 도형의 테두리 형태를 포함하고, 상기 전도성 발열 패턴의 적어도 일부 영역에서 상기 버스바로부터의 거리에 따라 또는 상기 버스바의 길이방향을 따라 상기 폐쇄 도형의 평균 면적이 제어되도록 형성되는 것인 청구항 1 내지 17 중 어느 하나의 항에 따른 발열체의 제조방법.
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