WO2016108656A1 - 투명 면상 발열체 - Google Patents

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metal
pattern
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김동규
송상민
김상균
한송이
김예슬
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    • H05B3/84—Heating arrangements specially adapted for transparent or reflecting areas, e.g. for demisting or de-icing windows, mirrors or vehicle windshields

Definitions

  • the present application relates to a transparent planar heating element excellent in uniformity and heat generation characteristics.
  • planar heating element which is recently emerging in line with this trend, is capable of reducing electric power by about 20% to about 40% than the electric heating element that is generally used, and is expected to have a large electric energy saving and economic ripple effect.
  • the surface heating element is easy to control the temperature by using the radiant heat generated by the electric current, and does not pollute the air has advantages in terms of hygiene and noise has been widely used in bedding, such as heating mats or pads.
  • the planar heating element is a heating device of various industrial sites, such as floor heating of houses, industrial heating of offices and workplaces, painting and drying, vinyl house or barn, agricultural equipment, automotive rearview mirror, freezing prevention device of parking lot, equipment for winterization for leisure, It is widely used in home appliances.
  • planar heating element in various ways, research on the application of new applications, for example, clothing or picture frame stove, etc. in addition to the above-mentioned applications are continuously made.
  • new applications for example, clothing or picture frame stove, etc.
  • materials that express transparency and conductivity at the same time is expanding the application to the field requiring transparency, such as windows and mirrors.
  • a transparent conductive thin film which is widely used for a conventional touch screen panel (TSP) may be used as a planar heating element, and indium tin oxide (ITO) is a representative material.
  • ITO thin film manufacturing basically requires a vacuum process, which requires expensive processing costs, and indium used for ITO is expected to be depleted as rare metal and the raw material itself is expensive. .
  • the flexible display element is bent or folded, there is a disadvantage that the service life is shortened by the breakage of the thin film.
  • carbon nanotubes, graphene, metal nanowires, and metal mesh grids have been developed as conductive materials for transparent conductive films.
  • a metal nanowire or carbon nanotube having a one-dimensional structure forms an electrical network and constitutes a conductive film
  • a film having high electrical conductivity may be manufactured.
  • the material having a one-dimensional structure has a diameter of several nm to several tens nm, it is excellent in dispersibility and thus, when a film is made, a transmittance of 85% or more can be obtained in the visible light region.
  • the conductive material having a constant aspect ratio such as metal nanowires or carbon nanotubes
  • agglomeration between the conductive materials may occur during the coating and drying process on the substrate.
  • the applied current does not flow uniformly, locally high heat is generated, and uneven heat generation or disconnection occurs.
  • Korean Patent No. 10-1222639 discloses a transparent heating element including graphene, but the transparent heating element also does not have good uniformity in the process of forming graphene on the substrate, locally high heat on the graphene There is a problem that occurs.
  • the present application is to solve the above problems, a transparent planar heating element including a substrate on which a pattern is formed; A transparent planar heating element having a protective layer including pores; And a plurality of transparent planar heating elements connected in series or in parallel to provide a transparent planar heating element system.
  • a first aspect of the present application the substrate; A pattern layer formed on the substrate; A heating layer formed on the pattern layer and including a conductive material; And an electrode connected on the heat generating layer.
  • the substrate may be transparent, but is not limited thereto.
  • the substrate may include a silicon substrate, a glass substrate, or a polymer substrate, but is not limited thereto.
  • the pattern layer may be formed of a curable resin, but is not limited thereto.
  • the pattern layer may include a shape selected from the group consisting of intaglio, embossed, and combinations thereof, but is not limited thereto.
  • the pattern layer may include a regular or atypical pattern, but is not limited thereto.
  • the pattern layer may include a pattern having an interval of about 1 ⁇ m to about 500 ⁇ m, but is not limited thereto.
  • the conductive material may include one selected from the group consisting of metal oxides, metal nanowires, carbon nanostructures, metal pastes, metal nanoparticles, and combinations thereof, but is not limited thereto. It is not.
  • the metal oxide may be indium tin oxide (ITO), zinc tin oxide (ZTO), indium gallium zinc oxide (IGZO), zinc aluminum oxide (ZAO), indium zinc oxide (IZO), znO (zinc oxide),
  • the metal nanowires are silver, gold, platinum, copper, nickel, aluminum, titanium, palladium, cobalt, cadmium, rhodium, and combinations thereof
  • the carbon nanostructures may include one selected from the group consisting of graphene, carbon nanotubes, fullerene, carbon black, and combinations thereof
  • the metal paste may include a metal selected from the group consisting of silver, gold,
  • the heating layer may have a thickness of about 10 nm to about 500 nm, but is not limited thereto.
  • the protective layer formed on the heating layer may be further included, but is not limited thereto.
  • the heating layer may include one formed according to the pattern shape of the pattern layer, but is not limited thereto.
  • the protective layer may have a thickness of 50 nm to 200 ⁇ m, but is not limited thereto.
  • the protective layer may include pores, but is not limited thereto.
  • the pores of the protective layer may be one having a size of 5 nm to 10 ⁇ m, but is not limited thereto.
  • heat may be generated in the heating layer when power is applied through the electrode, but is not limited thereto.
  • the electrode may include a transparent electrode, but is not limited thereto.
  • the electrode is silver, gold, platinum, aluminum, copper, chromium, vanadium, magnesium, titanium, tin, lead, palladium, tungsten, nickel, alloys thereof, ITO, metal nanowires, carbon Nanostructures, and combinations thereof may be selected from the group consisting of, but is not limited thereto.
  • the electrode may be one or more pairs, but is not limited thereto.
  • the substrate A heating layer formed on the substrate and including a conductive material; An electrode connected on the heating layer; And a protective layer formed on the heat generating layer, wherein the protective layer includes pores.
  • the substrate may be transparent, but is not limited thereto.
  • the substrate may include a silicon substrate, a glass substrate, or a polymer substrate, but is not limited thereto.
  • the conductive material may include one selected from the group consisting of metal oxides, metal nanowires, carbon nanostructures, metal pastes, metal nanoparticles, and combinations thereof, but is not limited thereto. It is not.
  • the metal oxide may be indium tin oxide (ITO), zinc tin oxide (ZTO), indium gallium zinc oxide (IGZO), zinc aluminum oxide (ZAO), indium zinc oxide (IZO), znO (zinc oxide),
  • the metal nanowires are silver, gold, platinum, copper, nickel, aluminum, titanium, palladium, cobalt, cadmium, rhodium, and combinations thereof
  • the carbon nanostructures may include one selected from the group consisting of graphene, carbon nanotubes, fullerene, carbon black, and combinations thereof
  • the metal paste may include a metal selected from the group consisting of silver, gold,
  • the heating layer may have a thickness of about 10 nm to about 500 nm, but is not limited thereto.
  • the protective layer may have a thickness of 50 nm to 200 ⁇ m, but is not limited thereto.
  • the pores of the protective layer may be one having a size of 5 nm to 10 ⁇ m, but is not limited thereto.
  • heat may be generated in the heating layer when power is applied through the electrode, but is not limited thereto.
  • the electrode may include a transparent electrode, but is not limited thereto.
  • the electrode is silver, gold, platinum, aluminum, copper, chromium, vanadium, magnesium, titanium, tin, lead, palladium, tungsten, nickel, alloys thereof, ITO, metal nanowires, carbon Nanostructures, and combinations thereof may be selected from the group consisting of, but is not limited thereto.
  • the electrode may be one or more pairs, but is not limited thereto.
  • the third aspect of the present application provides a transparent planar heating element system, which is formed by connecting a plurality of transparent planar heating elements according to the first or second aspect of the present application in series or in parallel.
  • the pattern layer is formed on the substrate of the transparent planar heating element, thereby physically preventing the aggregation phenomenon occurring between the conductive materials in the heating layer including the conductive material, thereby improving the uniformity of the conductive material in the heating layer.
  • the transparent plane heater according to the present invention exhibits low resistance and high transmittance, there is an effect that can be applied to various applications.
  • the projection meditation heating element according to the present invention can improve the thermal insulation effect by minimizing the loss of heat generated in the heating layer by including pores in the air gap and the protective layer formed between the heating layer and the protective layer.
  • FIG. 1 is a structural diagram of a transparent planar heating element according to an embodiment of the present application.
  • FIG. 2 is a structural diagram of a transparent plane heater according to an embodiment of the present application.
  • FIG 3 is a structural diagram of a transparent planar heating element according to an embodiment of the present application.
  • FIG. 4 is a structural diagram of a transparent planar heating element according to an embodiment of the present application.
  • the term "combination of these" included in the expression of the makushi form refers to one or more mixtures or combinations selected from the group consisting of the components described in the expression of the makushi form, wherein the constituents It means to include one or more selected from the group consisting of.
  • the first aspect of the present application the substrate 100; A pattern layer 200 formed on the substrate; A heating layer 300 formed on the pattern layer and including a conductive material; And an electrode 400 connected on the heat generating layer.
  • FIGS. 1 to 3 are structural diagrams of a transparent planar heating element on which a pattern layer 200 is formed according to one embodiment of the present application.
  • the transparent planar heating element includes a substrate 100.
  • the substrate 100 may be transparent.
  • the substrate 100 may include, but is not limited to, a substrate that can be commonly used, for example, a silicon substrate, a glass substrate, or a polymer substrate.
  • the silicon substrate may include a single silicon substrate or a p-Si substrate
  • the glass substrate may include, for example, alkali silicate glass, alkali free glass, or quartz glass.
  • the polymer substrate may include, for example, polyimide, polyethersulfone, polyetheretherketone, polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polycarbonate, polyacrylate, or polyurethane.
  • the present invention is not limited thereto.
  • the pattern layer 200 is formed on the substrate 100.
  • the pattern layer 200 includes a pattern including a concave-convex shape of a concave portion and a convex portion, and the shape of the pattern is, for example, a shape selected from a group consisting of an intaglio, an embossment, and combinations thereof. It may be, but is not limited thereto.
  • the pattern may include, but is not limited to, a regular pattern having a regular arrangement or an atypical pattern having an irregular arrangement.
  • the conductive material included in the heating layer 300 formed on the pattern layer 200 may be uniformly dispersed in the heating layer 300 corresponding to the pattern to physically prevent aggregation of the conductive material. Accordingly, the uniformity of the conductive material included in the heating layer 300 is improved.
  • a current applied to the heat generating layer 300 may flow uniformly throughout the heat generating layer 300, thereby generating heat generation efficiency and heat generation of the transparent planar heating element. It can improve the service life.
  • the pattern layer 200 may be formed by directly patterning the substrate 100, or may be formed by a curable resin formed on the substrate 100.
  • the curable resin can be used without limitation as long as the pattern can be formed by heat or light irradiation such as ultraviolet (UV).
  • thermosetting resin which can be pattern-formed by heat, for example, 1, 6- hexanediol (meth) acrylate, ethylene glycol diacrylate, neopentyl glycol di (meth) acrylate, trimethylol propane tri (meth) acryl
  • the photocurable resin which can be patterned by light irradiation such as UV is, for example, polyester acrylate, epoxy acrylate, urethane acrylate, polyether acrylate, silicone acrylate, alicyclic epoxy resin, glycidyl It may be selected from the group consisting of ether epoxy resin, epoxy acrylate, vinyl ether, and combinations thereof, but is not limited thereto.
  • the pattern layer may be to include a pattern of the interval of about 1 ⁇ m to about 500 ⁇ m, but is not limited thereto.
  • the spacing of the pattern is about 10 ⁇ m to about 400 ⁇ m, about 50 ⁇ m to about 300 ⁇ m, about 100 ⁇ m to about 200 ⁇ m, about 1 ⁇ m to about 400 ⁇ m, about 1 ⁇ m to about 300 ⁇ m, about 1 ⁇ m to about 200 ⁇ m, about 1 ⁇ m to about 100 ⁇ m, about 1 ⁇ m to about 50 ⁇ m, about 1 ⁇ m to about 30 ⁇ m, about 1 ⁇ m to about 20 ⁇ m, about 1 ⁇ m to about 10 ⁇ m, about 10 ⁇ m To about 500 ⁇ m, about 50 ⁇ m to about 500 ⁇ m, about 100 ⁇ m to about 500 ⁇ m, about 200 ⁇ m to about 500 ⁇ m, about 300 ⁇ m to about 500 ⁇ m, about 400 ⁇ m to about 500 ⁇ m, about
  • the transmittance decreases, and the haze (Hz), which is the ratio of scattered light / transmitted light, is increased.
  • the interval of the pattern is less than about 1 ⁇ m, the conductive material is not evenly dispersed. The effect of this invention cannot be exhibited.
  • the heating layer 300 includes a conductive material.
  • the conductive material may be an inkable material capable of a low cost process, but is not limited thereto.
  • the heating layer 300 may be formed by applying a solution containing the conductive material on the pattern layer 200 to form a film or a thin film.
  • the heating layer 300 formed by application of a solution containing the conductive material has one surface of the heating layer 300 formed on the pattern layer 200 according to a pattern shape, and the other One surface may be formed in a flat shape without a pattern shape.
  • the heating layer 300 may include one formed according to the pattern shape of the pattern layer 200, but is not limited thereto.
  • the heating layer 300 may be formed by depositing a material including the conductive material on the pattern layer 200 in the form of a film or a thin film according to the pattern shape.
  • the heating layer 300 formed by the deposition of a material including the conductive material is formed on both sides of the heating layer 300 according to a pattern shape on the pattern layer 200. Can be.
  • the heat generating layer 300 includes a pattern including a concave-convex shape of the concave portion and the convex portion, and the shape of the pattern is selected from the group consisting of, for example, intaglio, embossed, and combinations thereof. It may be a shape, but is not limited thereto. In addition, the pattern may be a regular pattern having a regular arrangement or an atypical pattern having an irregular arrangement, but is not limited thereto.
  • Applying or depositing a solution or material comprising the conductive material may be performed by various methods known in the art. For example, as the method, spray coating, bar coating, dip coating, spin coating, slit die coating, curtain coating, gravure coating, reverse gravure coating, roll coating, or impregnation may be used, but is not limited thereto. .
  • the solution containing the conductive material is a solution in which the conductive material is dispersed in a solvent such as water or alcohol in a range of about 0.1 wt% to about 1.5 wt%.
  • the solution of less than about 0.1% by weight may not form a sufficient surface resistance between the conductive materials after coating, the sheet resistance may not come out, the solution of more than about 1.5% by weight agglomeration of the conductive material in the solution caused a large amount of coating After the clumping still remains, it may affect the optical properties, and the increase in viscosity may not be effective for pattern formation.
  • the conductive material may be selected from the group consisting of metal oxides, metal nanowires, carbon nanostructures, metal pastes, metal nanoparticles, and combinations thereof, but is not limited thereto.
  • the metal oxide may be, for example, indium tin oxide (ITO), zinc tin oxide (ZTO), or indium gallium zinc oxide (IGZO).
  • Metal oxides selected from the group consisting of zinc aluminum oxide (ZAO), indium zinc oxide (IZO), zinc oxide (ZnO), and combinations thereof. It may be, but is not limited thereto.
  • the metal nanowires may include, but are not limited to, for example, metal nanowires selected from the group consisting of silver, gold, platinum, copper, aluminum, titanium, and combinations thereof.
  • the transparency and the conductivity are excellent, and when the voltage is applied to the film including the silver nanowires, the heat generation efficiency is excellent.
  • the carbon nanostructure may include, for example, one selected from the group consisting of graphene, carbon nanotubes, fullerene, carbon black, and combinations thereof, but is not limited thereto.
  • the metal paste or the metal nanoparticle may be, for example, a paste of a metal selected from the group consisting of silver, gold, platinum, copper, aluminum, titanium, and combinations thereof, or nanoparticles of a metal, but is not limited thereto. It doesn't happen.
  • a heat generating layer 300 having a film or a thin film shape may be formed.
  • the heating layer 300 having a film or thin film shape may be formed.
  • the heating layer 300 may have a thickness of about 10 nm to about 500 nm, but is not limited thereto.
  • the thickness of the heating layer 300 is about 10 nm to about 400 nm, about 50 nm to about 300 nm, about 100 nm to about 200 nm, about 10 nm to about 300 nm, and about 10 nm to About 200 nm, about 10 nm to about 100 nm, about 10 nm to about 50 nm, about 10 nm to about 30 nm, about 10 nm to about 20 nm, about 10 nm to about 500 nm, about 50 nm to about 500 nm, about 100 nm to about 500 nm, about 200 nm to about 500 nm, about 300 nm to about 500 nm, about 400 nm to about 500 nm, about 100 nm to about 400 nm, or about 200 nm to about 300 nm It may
  • the thickness When the thickness is greater than 500 nm, the resistance is low but transmittance is lowered, and optical properties such as haze (Hz) and yellowness index (YI) are increased, and when the thickness is less than 10 nm, a high resistance value is obtained.
  • the thickness may be about 30 nm to about 300 nm.
  • the transparent planar heating element according to the present application may further include a protective layer 500 formed on the heating layer 300 to protect the heating layer 300.
  • the protective layer 500 may be, for example, a transparent polymer resin, but may be a film or a thin film, but is not limited thereto.
  • the transparent planar heating element has a protective layer (not shown) formed on the heating layer 300 formed by the application of a solution containing the conductive material, or by the deposition of a material containing the conductive material
  • the protective layer 500 may be formed on the formed heating layer 300.
  • the transparent planar heating element as shown in Figure 3, the air gap (600) formed between the protective layer 500 and the heating layer 300 formed according to the pattern shape ) May be additionally included.
  • heat is generated in the heat generating layer 300 when power is applied through the electrode 400.
  • An air gap 600 formed between the protective layer 500 and the heating layer 300 formed according to the pattern shape may improve heat insulation by minimizing heat loss generated by the heating layer 300.
  • the protective layer 500 may be to include pores (not shown).
  • the pores may be formed in the protective layer 500, trap the air in the micropores by the pores in the protective layer, the convection of the air trapped in the micropores is suppressed in the heat generating layer 300 It is possible to improve the thermal insulation effect by minimizing the loss of heat generated.
  • the protective layer 500 may have a thickness of about 50 nm to about 300 nm or a thickness of about 50 nm to about 200 ⁇ m, but is not limited thereto.
  • the protective layer 500 may have a thickness of about 70 nm to about 200 ⁇ m, about 100 nm to about 200 ⁇ m, about 200 nm to about 200 ⁇ m, about 300 nm to about 200 ⁇ m, and about 400 nm to About 200 ⁇ m, about 500 nm to about 200 ⁇ m, about 750 nm to about 200 ⁇ m, about 1 ⁇ m to about 200 ⁇ m, about 10 ⁇ m to about 200 ⁇ m, about 100 ⁇ m to about 200 ⁇ m, about 150 ⁇ m to about 200 ⁇ m, about 50 nm to about 150 ⁇ m, about 50 nm to about 100 ⁇ m, about 50 nm to about 10 ⁇ m, about 50 nm to about 1 ⁇ m, about 50 nm to about
  • the pores of the protective layer may have a size of about 5 nm to about 10 ⁇ m, but is not limited thereto.
  • the pore size of the protective layer is, for example, about 5 nm to about 10 ⁇ m, about 10 nm to about 10 ⁇ m, about 50 nm to about 10 ⁇ m, about 100 nm to about 10 ⁇ m, about 500 nm to about 10 ⁇ m, about 1 ⁇ m to about 10 ⁇ m, about 5 ⁇ m to about 10 ⁇ m, about 5 nm to about 5 ⁇ m, about 10 nm to about 1 ⁇ m, about 50 nm to about 900 nm, about 100 nm to about 800 nm, About 200 nm to about 700 nm, about 300 nm to about 600 nm, or about 400 nm to about 500 nm, but is not limited thereto. More preferably, when the pore size is similar to the wavelength of light, the coating layer becomes opaque, and thus the pore size of the
  • the protective layer 500 including the pores may have a porosity of about 20% to about 70%, but is not limited thereto.
  • the porosity may be about 20% to about 70%, about 30% to about 70%, about 40% to about 70%, about 50% to about 70%, about 60% to about 70%, about 20% To about 60%, about 20% to about 50%, about 20% to about 40%, or about 20% to about 30%, but is not limited thereto.
  • the porosity of the protective layer is less than about 20%, the thermal insulation effect may be lowered, and when the porosity of the protective layer is greater than about 70%, the protective layer may be opaque to deteriorate optical properties of the transparent planar heating element.
  • heat is generated in the heat generating layer 300 when power is applied through the electrode 400.
  • the electrode 400 is not particularly limited as long as it is a conductive material, and may be transparent, but is not limited thereto.
  • the electrode is, for example, silver, gold, platinum, aluminum, copper, chromium, vanadium, magnesium, titanium, tin, lead, palladium, tungsten, nickel, alloys thereof, ITO, metal nanowires, carbon nanostructures, And combinations thereof may be selected from the group consisting of, but is not limited thereto.
  • the metal nanowires may include, but are not limited to, for example, metal nanowires selected from the group consisting of silver, gold, platinum, copper, aluminum, titanium, and combinations thereof.
  • the carbon nanostructure may include, for example, one selected from the group consisting of graphene, carbon nanotubes, fullerene, carbon black, and combinations thereof, but is not limited thereto.
  • the electrode 400 may be formed on the heating layer 300 or the protective layer 500, but is not limited thereto.
  • the electrode 400 may be one or more pairs.
  • the electrode 400 may be formed by various wet coating and dry coating processes. For example, gravure printing, plaxo printing, comma printing, slit coating, spray coating, screen printing, offset printing, laminate, lift-off method, sputtering, ion plating, chemical vapor deposition, plasma chemical vapor deposition, thermal vapor deposition, It may be formed by laser molecular beam deposition, pulsed laser deposition, or atomic layer deposition, but is not limited thereto.
  • the substrate 100 A heating layer 300 formed on the substrate and including a conductive material; An electrode 400 connected on the heating layer; And a protective layer 500 formed on the heat generating layer, wherein the protective layer includes pores 700.
  • FIG 4 is a structural diagram of a transparent planar heating element having a protective layer 500 including pores 700 according to one embodiment of the present application.
  • the transparent planar heating element includes a substrate 100.
  • the substrate 100 may be transparent.
  • the substrate 100 may include, but is not limited to, a substrate that can be commonly used, for example, a silicon substrate, a glass substrate, or a polymer substrate.
  • the silicon substrate may include a single silicon substrate or a p-Si substrate
  • the glass substrate may include, for example, alkali silicate glass, alkali free glass, or quartz glass.
  • the polymer substrate may include, for example, polyimide, polyethersulfone, polyetheretherketone, polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polycarbonate, polyacrylate, or polyurethane.
  • the present invention is not limited thereto.
  • the heating layer 300 is formed on the substrate 100.
  • the conductive material included in the heating layer 300 formed on the substrate 100 is uniformly dispersed, the conductive material may be physically prevented from agglomerating, and thus, the conductive material included in the heating layer 300 may be Uniformity is improved.
  • a current applied to the heat generating layer 300 may flow uniformly throughout the heat generating layer 300, thereby generating heat generation efficiency and heat generation of the transparent planar heating element. It can improve the service life.
  • the heating layer 300 includes a conductive material.
  • the conductive material may be an inkable material capable of low cost process, but is not limited thereto.
  • the heating layer 300 may be formed as a film or a thin film by applying or depositing a solution or material containing the conductive material on the substrate 100.
  • coating or depositing a solution or material including the conductive material may be performed by various methods known in the art.
  • spray coating, bar coating, dip coating, spin coating, slit die coating, curtain coating, gravure coating, reverse gravure coating, roll coating, or impregnation may be used, but is not limited thereto. .
  • the solution containing the conductive material is a solution in which the conductive material is dispersed in a solvent such as water or alcohol in a range of about 0.1 wt% to about 1.5 wt%.
  • the solution of less than about 0.1% by weight may not form a sufficient surface resistance between the conductive materials after coating, the sheet resistance may not come out, the solution of more than about 1.5% by weight agglomeration of the conductive material in the solution caused a large amount of coating After the clumping still remains, it may affect the optical properties, and the increase in viscosity may not be effective for pattern formation.
  • the conductive material may be selected from the group consisting of metal oxides, metal nanowires, carbon nanostructures, metal pastes, metal nanoparticles, and combinations thereof, but is not limited thereto.
  • the metal oxide may be, for example, indium tin oxide (ITO), zinc tin oxide (ZTO), indium gallium zinc oxide (IGZO), zinc aluminum oxide (ZAO), indium zinc oxide (IZO), or zinc oxide (ZnO). And, and may include a metal oxide selected from the group consisting of, but is not limited thereto.
  • the metal nanowire may include, for example, metal nanowires selected from the group consisting of silver, gold, platinum, copper, nickel, aluminum, titanium, palladium, cobalt, cadmium, rhodium, and combinations thereof. However, it is not limited thereto. In the case of the silver nanowires, the transparency and the conductivity are excellent, and when the voltage is applied to the film including the silver nanowires, the heat generation efficiency is excellent. By applying or depositing a solution or material including the metal nanowires on the substrate 100, a heating layer 300 having a film or a thin film shape may be formed.
  • the carbon nanostructure may include, for example, one selected from the group consisting of graphene, carbon nanotubes, fullerene, carbon black, and combinations thereof, but is not limited thereto.
  • the metal paste or the metal nanoparticle is, for example, a paste of a metal selected from the group consisting of silver, gold, platinum, copper, nickel, aluminum, titanium, palladium, cobalt, cadmium, rhodium, and combinations thereof. Nanoparticles of the metal may be, but are not limited thereto.
  • the heating layer 300 By applying or depositing the metal paste on the substrate 100, the heating layer 300 in the form of a film or a thin film may be formed.
  • a heating layer 300 having a film or a thin film shape may be formed.
  • the heating layer 300 may have a thickness of about 10 nm to about 500 nm, but is not limited thereto.
  • the thickness of the heating layer 300 is about 10 nm to about 400 nm, about 50 nm to about 300 nm, about 100 nm to about 200 nm, about 10 nm to about 300 nm, and about 10 nm to About 200 nm, about 10 nm to about 100 nm, about 10 nm to about 50 nm, about 10 nm to about 30 nm, about 10 nm to about 20 nm, about 10 nm to about 500 nm, about 50 nm to about 500 nm, about 100 nm to about 500 nm, about 200 nm to about 500 nm, about 300 nm to about 500 nm, about 400 nm to about 500 nm, about 100 nm to about 400 nm, or about 200 nm to about 300 nm It may
  • the thickness When the thickness is more than 500 nm, the resistance is low but transmittance is decreased, and optical properties such as haze (Hz) and yellowness index (YI) are increased, and when the thickness is less than 10 nm, a high resistance value is obtained.
  • the thickness may be about 30 nm to about 300 nm.
  • the transparent planar heating element is a protective layer 500 for protecting the heating layer 300 is formed on the heating layer 300, the protective layer 500 is a pore 700 ) Is included.
  • the protective layer 500 may be, for example, a transparent polymer resin, but may be a film or a thin film, but is not limited thereto.
  • the protective layer 500 is to include a pore (700).
  • the pores 700 may be formed in the protective layer 500, trap the air in the micropores by the pores 700 in the protective layer, the convection of the air trapped in the micropores is suppressed Insulating effect may be improved by minimizing heat loss generated in the heat generating layer 300.
  • the protective layer 500 may have a thickness of about 50 nm to about 200 ⁇ m, but is not limited thereto.
  • the protective layer 500 may have a thickness of about 70 nm to about 200 ⁇ m, about 100 nm to about 200 ⁇ m, about 200 nm to about 200 ⁇ m, about 300 nm to about 200 ⁇ m, and about 400 nm to About 200 ⁇ m, about 500 nm to about 200 ⁇ m, about 750 nm to about 200 ⁇ m, about 1 ⁇ m to about 200 ⁇ m, about 10 ⁇ m to about 200 ⁇ m, about 100 ⁇ m to about 200 ⁇ m, about 150 ⁇ m to about 200 ⁇ m, about 50 nm to about 150 ⁇ m, about 50 nm to about 100 ⁇ m, about 50 nm to about 10 ⁇ m, about 50 nm to about 1 ⁇ m, about 50 nm to about 800 nm, about 50 nm to about 600 nm
  • the pore 700 of the protective layer may have a size of about 5 nm to about 10 ⁇ m, but is not limited thereto.
  • the pore 700 size of the protective layer is, for example, about 5 nm to about 10 ⁇ m, about 10 nm to about 10 ⁇ m, about 50 nm to about 10 ⁇ m, about 100 nm to about 10 ⁇ m, about 500 nm To about 10 ⁇ m, about 1 ⁇ m to about 10 ⁇ m, about 5 ⁇ m to about 10 ⁇ m, about 5 nm to about 5 ⁇ m, about 10 nm to about 1 ⁇ m, about 50 nm to about 900 nm, about 100 nm to about 800 nm, about 200 nm to about 700 nm, about 300 nm to about 600 nm, or about 400 nm to about 500 nm, but is not limited thereto. More preferably, since the coating layer becomes opaque when the pore size is similar to the wavelength of light,
  • the protective layer 500 including the pores may have a porosity of about 20% to about 70%, but is not limited thereto.
  • the porosity may be about 20% to about 70%, about 30% to about 70%, about 40% to about 70%, about 50% to about 70%, about 60% to about 70%, about 20% To about 60%, about 20% to about 50%, about 20% to about 40%, or about 20% to about 30%, but is not limited thereto.
  • the porosity of the protective layer is less than about 20%, the thermal insulation effect may be lowered, and when the porosity of the protective layer is greater than about 70%, the protective layer may be opaque to deteriorate optical properties of the transparent planar heating element.
  • heat is generated in the heat generating layer 300 when power is applied through the electrode 400.
  • the electrode 400 may be formed on the heating layer 300 or the protective layer 500, but is not limited thereto.
  • the electrode 400 may be one or more pairs.
  • the electrode 400 may be formed by various wet coating and dry coating processes. For example, gravure printing, plaxo printing, comma printing, slit coating, spray coating, screen printing, offset printing, laminate, lift-off method, sputtering, ion plating, chemical vapor deposition, plasma chemical vapor deposition, thermal vapor deposition It may be formed by laser molecular beam deposition, pulsed laser deposition, or atomic layer deposition, but is not limited thereto.
  • the electrode 400 is not particularly limited as long as it is a conductive material, for example, it may be transparent, but is not limited thereto.
  • the electrode 400 is, for example, silver, gold, platinum, aluminum, copper, chromium, vanadium, magnesium, titanium, tin, lead, palladium, tungsten, nickel, alloys thereof, indium-tin-oxide (ITO) ), But may be selected from the group consisting of metal nanowires, carbon nanostructures, and combinations thereof, but is not limited thereto.
  • the metal nanowire may include, for example, metal nanowires selected from the group consisting of silver, gold, platinum, copper, nickel, aluminum, titanium, palladium, cobalt, cadmium, rhodium, and combinations thereof. However, it is not limited thereto.
  • the carbon nanostructure may include, for example, one selected from the group consisting of graphene, carbon nanotubes, fullerene, carbon black, and combinations thereof, but is not limited thereto.
  • the third aspect of the present application provides a transparent planar heating element system, which is formed by connecting a plurality of transparent planar heating elements according to the first or second aspect of the present application in series or in parallel.
  • the transparent planar heating element system according to the third aspect of the present application may apply all of the contents described for the transparent planar heating element according to the first or second aspect of the present application, and detailed descriptions of overlapping portions will be omitted. However, the same may be applied even if the description is omitted.
  • the solution in which the silver nanowires were dispersed in water was stirred for 30 minutes. After preparing a PET substrate having a pattern having a width of 10 ⁇ m and a height of 10 ⁇ m of an intaglio lattice, the dispersed silver nanowire solution was bar coated. The wet nanowire-coated substrate was dried in an 80 ° C. oven for 2 minutes to obtain a silver nanowire film.
  • a 1.0 wt% overcoat solution was barcoated on the silver nanowire film. Thereafter, the film was dried at 100 ° C. and treated at 300 mJ in a UV curing machine to form a polymer film, thereby obtaining a transparent conductive film including a silver nanowire film and an overcoating layer.
  • electrodes were formed by screen printing at both ends of the film.
  • the solution in which the silver nanowires were dispersed in water was stirred for 30 minutes. After preparing a PET substrate having a pattern of embossed lattice width of 10 ⁇ m and a height of 10 ⁇ m, the dispersed silver nanowire solution was bar coated. The wet nanowire-coated substrate was dried in an 80 ° C. oven for 2 minutes to obtain a silver nanowire film.
  • a 1.0 wt% overcoat solution was barcoated on the silver nanowire film. Thereafter, the film was dried at 100 ° C. and treated at 300 mJ in a UV curing machine to form a polymer film, thereby obtaining a transparent conductive film including a silver nanowire film and an overcoating layer.
  • electrodes were formed by screen printing at both ends of the film.
  • the solution in which the silver nanowires were dispersed in water was stirred for 30 minutes. After preparing a PET substrate having a pattern of an intaglio amorphous 10 ⁇ m in width and 10 ⁇ m in height, the dispersed silver nanowire solution was bar coated. The wet nanowire-coated substrate was dried in an 80 ° C. oven for 2 minutes to obtain a silver nanowire film.
  • a 1.0 wt% overcoat solution was barcoated on the silver nanowire film. Thereafter, the film was dried at 100 ° C. and treated at 300 mJ in a UV curing machine to form a polymer film, thereby obtaining a transparent conductive film including a silver nanowire film and an overcoating layer.
  • electrodes were formed by screen printing at both ends of the film.
  • the solution in which the silver nanowires were dispersed in water was stirred for 30 minutes. After preparing a PET substrate having a pattern of the intaglio lattice width of 100 ⁇ m and the height of 100 ⁇ m, the dispersed silver nanowire solution was bar coated. The wet nanowire-coated substrate was dried in an 80 ° C. oven for 2 minutes to obtain a silver nanowire film.
  • a 1.0 wt% overcoat solution was barcoated on the silver nanowire film. Thereafter, the film was dried at 100 ° C. and treated with 300 mJ in a UV curing machine to form a polymer film, thereby obtaining a transparent conductive film including a silver nanowire film and an overcoating layer.
  • electrodes were formed by screen printing at both ends of the film.
  • the carbon nanotubes (CNT) dispersed in water was stirred for 30 minutes. After preparing a PET substrate having a pattern of 10 ⁇ m in width and 10 ⁇ m in height of the intaglio lattice, the dispersed CNT solution was bar coated. The CNT-wet coated substrate was dried in an 80 ° C. oven for 2 minutes to obtain a CNT film.
  • the film was dried at 100 ° C. and treated with 300 mJ in a UV curing machine to form a polymer film, thereby obtaining a transparent conductive film including a CNT film and an overcoating layer on a substrate.
  • electrodes were formed by screen printing at both ends of the film.
  • the solution in which the silver nanowires were dispersed in water was stirred for 30 minutes. After preparing a PET substrate without a pattern, the dispersed silver nanowire solution was bar coated. The wet nanowire-coated substrate was dried in an 80 ° C. oven for 2 minutes to obtain a silver nanowire film.
  • the film was dried at 100 ° C. and treated at 300 mJ in a UV curing machine to form a polymer film, thereby obtaining a transparent conductive film including a silver nanowire film and an overcoating layer.
  • electrodes were formed by screen printing at both ends of the film.
  • the heating resistances obtained in Examples 1 to 5 and Comparative Example 1 were measured using a low resistance meter [loresta-GP MCP-T610 (Mitsuibishi Chemical Corporation)] to measure the surface resistance by 9 points to obtain an average value of the surface resistance (Rs; ⁇ / ⁇ ). Measured. And the uniformity (Rs uniformity;%) of sheet resistance was calculated using the standard deviation value.
  • the heating elements obtained in Examples 1 to 5 and Comparative Example 1 were subjected to an ON / OFF test based on a 12 V applied voltage for evaluating heat generation life. This measures the number of times until disconnection is repeated by repeating 3 minutes On and 2 minutes OFF based on the time when the final temperature is reached.
  • Example 1 88 7.5 30 5 42 2,014
  • Example 2 87 7.4 31 6 42 1,998
  • Example 3 88 7.4 30 5 43 2,007
  • Example 4 86 32 30 9 46 1,778
  • Example 5 80 1.5 35 7 40 2,226 Comparative Example 1 88 2.5 31 10 48 677
  • the solution in which the silver nanowires were dispersed in water was stirred for 30 minutes. After preparing a PET substrate having a pattern having a width of 10 ⁇ m and a height of 10 ⁇ m of an intaglio lattice, the dispersed silver nanowire solution was bar coated. The wet nanowire-coated substrate was dried in an 80 ° C. oven for 2 minutes to obtain a silver nanowire film.
  • a 1.0 wt% overcoat solution was barcoated on the silver nanowire film. Thereafter, the film was dried at 100 ° C. and treated at 300 mJ in a UV curing machine to form a polymer film, thereby obtaining a transparent conductive film including a silver nanowire film and an overcoating layer.
  • electrodes were formed by screen printing at both ends of the film.
  • the solution in which the silver nanowires were dispersed in water was stirred for 30 minutes. After preparing a PET substrate having a pattern of embossed lattice width of 10 ⁇ m and a height of 10 ⁇ m, the dispersed silver nanowire solution was bar coated. The wet nanowire-coated substrate was dried in an 80 ° C. oven for 2 minutes to obtain a silver nanowire film.
  • a 1.0 wt% overcoat solution was barcoated on the silver nanowire film. Thereafter, the film was dried at 100 ° C. and treated at 300 mJ in a UV curing machine to form a polymer film, thereby obtaining a transparent conductive film including a silver nanowire film and an overcoating layer.
  • electrodes were formed by screen printing at both ends of the film.
  • the solution in which the silver nanowires were dispersed in water was stirred for 30 minutes. After preparing a PET substrate having a pattern of an intaglio amorphous width of 10 ⁇ m and a height of 10 ⁇ m, the dispersed silver nanowire solution was bar coated. The wet nanowire-coated substrate was dried in an 80 ° C. oven for 2 minutes to obtain a silver nanowire film.
  • overcoat solution was 1.0% by weight on the silver nanowire film.
  • the film was dried at 100 ° C. and treated at 300 mJ in a UV curing machine to form a polymer film, thereby obtaining a transparent conductive film including a silver nanowire film and an overcoating layer.
  • electrodes were formed by screen printing at both ends of the film.
  • a transparent conductive film was obtained in the same substrate and in the same manner as in Example 6.
  • electrodes were formed by screen printing at both ends of the film.
  • a transparent conductive film was obtained in the same substrate and in the same manner as in Example 6.
  • electrodes were formed by screen printing at both ends of the film.
  • the surface resistance was measured by 9 points using a low resistance meter (loresta-GP MCP-T610, Mitsuibishi Chemical Corporation) to obtain an average value of the surface resistance (Rs; ⁇ / ⁇ ) was measured. And the uniformity (Rs uniformity;%) of sheet resistance was calculated using the standard deviation value.
  • ⁇ T (° C.) (exothermic temperature-atmosphere temperature) was measured based on a 12 V applied voltage.
  • Example 6 88 5.5 30 5 10
  • Example 7 87 5.7 31 4 12
  • Example 8 88 5.8 30 5 13
  • Example 9 86 6.0 30 5 14 Comparative Example 2 88 2.5 31 10 7
  • the solution in which the silver nanowires were dispersed in water was stirred for 30 minutes.
  • the silver nanowire solution dispersed on the PET substrate was bar coated.
  • the silver nanowire-wet coated substrate was dried in an 80 ° C. oven for 2 minutes to obtain a silver nanowire film.
  • a 1.0 wt% overcoat solution was barcoated on the silver nanowire film. Thereafter, the film was dried at 100 ° C. and treated at 300 mJ in a UV curing machine to form a polymer film, thereby obtaining a transparent conductive film including a silver nanowire film and an overcoating layer.
  • electrodes were formed on both ends of the film through screen printing to prepare a transparent heating element.
  • a solution obtained by mixing ethanol and acetone at 6: 4 as a solvent is prepared to prepare a pore film.
  • TEOS tetraethoxysilane
  • hydrochloric acid was used as a catalyst
  • CTB cetyltrimethylammonium bromide
  • di-water was further used.
  • the molar ratio of TEOS, ethanol, distilled water, hydrochloric acid, and CTAB is as follows.
  • TEOS was added to the stirred solution and stirred at room temperature for 30 minutes, followed by spin coating on a glass substrate. At this time, the spin speed was 3,000 rpm, it was carried out for 30 seconds.
  • the coated thin film was evaporated at room temperature for one day, and then heat-treated at 150 ° C. to decompose the surfactant to obtain a porous film having a porosity of 30% having a plurality of pores.
  • the prepared porous protective film was laminated on top of the heating element on which the electrode was formed.
  • a transparent heating element was manufactured in the same manner as in Example 10, and a porous film was prepared in the following molar ratio.
  • a porous film having a porosity of about 40% was obtained.
  • the prepared porous protective film was laminated on top of the heating element on which the electrode was formed.
  • a transparent heating element was manufactured in the same manner as in Example 10, and a porous film was prepared in the following molar ratio.
  • a porous film having a porosity of about 50% was obtained.
  • the prepared porous protective film was laminated on top of the heating element on which the electrode was formed.
  • a transparent heating element was manufactured in the same manner as in Example 10, but the porous protective film was not laminated.
  • the surface resistance was measured by measuring 9 points of surface resistance using a low resistance meter (loresta-GP MCP-T610 (Mitsuibishi Chemical Corporation)) before laminating the porous film of the transparent heating element obtained in Examples 10 to 12 and Comparative Example 3.
  • the average value Rs (kV / square) was measured.
  • the uniformity (Rs uniformity;%) of sheet resistance was calculated using the standard deviation value.
  • Visible light transmittance (%) and haze (Hz;%) of the transparent heating elements obtained in Examples 10 to 12 and Comparative Example 3 were measured using a UV spectrometer (Nippon Denshoko, NDH2000).

Landscapes

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Abstract

기재, 상기 기재 상에 형성된 패턴층, 상기 패턴층 상에 형성되고 전도성 물질을 포함하는 발열층, 및 상기 발열층 상에 연결된 전극을 포함하는, 투명 면상 발열체; 기재, 상기 기재 상에 형성되고 전도성 물질을 포함하는 발열층, 상기 발열층 상에 연결된 전극, 및 상기 발열층 상에 형성된 보호층을 포함하며 상기 보호층은 기공을 포함하는 것인, 투명 면상 발열체; 및 상기 투명 면상 발열체의 복수 개를 직렬 또는 병렬로 연결하여 형성되는, 투명 면상 발열체 시스템에 관한 것이다.

Description

투명 면상 발열체
본원은, 균일도 및 발열 특성이 우수한 투명 면상 발열체에 관한 것이다.
에너지 자원의 고갈에 따라 세계 각국은 에너지 절약 연구에 많은 투자를 진행하고 있다. 이러한 흐름에 맞춰 최근 부각되고 있는 면상 발열체는 일반적으로 사용하고 있는 전기 발열체보다 약 20% 내지 약 40%의 전력을 감소시킬 수 있는 제품으로서 전기 에너지 절약 및 경제적 파급효과가 클 것으로 예상된다.
일반적으로 면상 발열체는 전기통전에 의해 발생하는 복사열을 이용하고 있어 온도조절이 용이하고, 공기를 오염시키지 않아 위생과 소음 면에서 장점이 있어 히팅 매트 또는 패드 등의 침구류에 많이 이용되고 있다. 또한, 면상 발열체는 주택의 바닥 난방, 사무실 및 작업장 등의 산업용 난방, 도장 건조 등 각종 산업장의 가열장치, 비닐하우스나 축사, 농업용 설비, 자동차용 백미러, 주차장의 동결방지장치, 레저용 방한용 장비, 가전제품 등에 폭넓게 이용되고 있다.
면상 발열체는 특히 최근에 그 이용이 활발하여 유럽의 주택 난방의 많은 부분을 대체하고 있으며, 주택분야 외에 산업용 건조기, 농산물 건조기, 건강의료 보조제품 및 건축부자재 등으로 응용이 가능한 신소재로서 국내뿐만 아니라 해외에서도 그 사용 가능성이 높을 것으로 예상된다.
또한, 면상 발열체의 구성 및 재질을 다양하게 변화시켜 상기 용도 이외에 새로운 용도, 예를 들어, 의류나 액자 난로 등의 적용에 대한 연구가 지속적으로 이루어지고 있다. 특히 투명성과 전도성을 동시에 발현하는 재료를 사용함으로써 창호 및 거울 등의 투명성이 요구되는 분야로 적용이 확대되고 있다.
이러한 특성상 기존의 터치스크린패널(TSP)용으로 많이 사용된 투명 전도막(transparent conductive thin film)을 면상 발열체로 사용할 수 있는데, 대표적인 물질로 산화인듐주석(ITO)을 들 수 있다. 그러나 TSP용에서와 마찬가지로 ITO의 박막제조를 위해서는 기본적으로 진공상태의 공정이 필요하여 고가의 공정비가 소요될 뿐만 아니라, ITO에 사용되는 인듐은 희귀금속으로 고갈이 예상되고 있고 원료 자체의 가격이 고가이다. 또한 유연한 디스플레이 소자를 구부리거나 접을 경우 박막의 부서짐에 의해 수명이 짧아지는 단점이 있다.
ITO를 대체하기 위해 투명 전도성 필름의 전도성 소재로서 탄소나노튜브, 그래핀, 금속 나노와이어, 금속 메쉬 그리드 등을 응용한 기술이 개발되고 있다. 특히, 1 차원 구조를 갖는 금속 나노와이어 혹은 탄소나노튜브 등이 전기적 네트워크를 형성하며 전도성 필름을 구성하는 경우 높은 전기 전도성을 갖는 필름이 제조될 수 있다. 또한 1 차원 구조의 물질은 그 직경이 수 nm 내지 수십 nm이기 때문에 분산성이 우수하여 필름으로 제조되었을 때 가시광선 영역에서 85% 이상의 투과도를 획득할 수 있다.
그러나 금속 나노와이어나 탄소나노튜브와 같이 일정한 종횡비를 가지는 전도성 물질이 불연속 상으로 분산되어 있는 상태에서 잉크상에서는 균일하게 분산되어 있더라도 기재 상에 코팅되어 건조되는 과정 중에 전도성 물질간의 응집이 발생할 수 있다. 균일도가 좋지 않은 상태에서 인가된 전류는 균일하게 흐르지 않게 되고 국부적으로 높은 열이 발생하게 되며 불균일한 발열이 일어나거나 단선이 되는 경우가 발생하게 된다.
한편, 대한민국 등록특허 제10-1222639호는 그래핀을 포함하는 투명 발열체에 대해 개시하고 있으나, 상기 투명 발열체 또한 기판 상에 그래핀을 형성하는 과정에서 균일도가 좋지 않고, 그래핀 상에서 국부적으로 높은 열이 발생하는 문제점이 있다.
본원은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 패턴이 형성되어 있는 기판을 포함하는 투명 면상 발열체; 기공을 포함하는 보호층이 형성된 투명 면상 발열체; 및 상기 투명 면상 발열체의 복수 개를 직렬 또는 병렬로 연결하여 형성되는, 투명 면상 발열체 시스템을 제공하고자 한다.
그러나, 본원이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본원의 제 1 측면은, 기재; 상기 기재 상에 형성된 패턴층; 상기 패턴층 상에 형성되고, 전도성 물질을 포함하는 발열층; 및 상기 발열층 상에 연결된 전극을 포함하는, 투명 면상 발열체를 제공한다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 기재는 투명한 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 기재는 실리콘 기판, 유리 기판, 또는 고분자 기판을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 패턴층은 경화성 수지에 의해 형성된 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 패턴층은 음각, 양각, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 형상을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 패턴층은 정형 또는 비정형 패턴을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 패턴층은 약 1 ㎛ 내지 약 500 ㎛의 간격의 패턴을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 전도성 물질은 금속 산화물, 금속 나노와이어, 탄소나노구조체, 금속 페이스트, 금속 나노입자, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 금속 산화물은 ITO(indium tin oxide), ZTO(zinc tin oxide), IGZO(indium gallium zinc oxide), ZAO(zinc aluminum oxide), IZO(indium zinc oxide), ZnO(zinc oxide), 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 금속 산화물을 포함하는 것일 수 있고, 상기 금속 나노와이어는 은, 금, 백금, 구리, 니켈, 알루미늄, 티타늄, 팔라듐, 코발트, 카드뮴, 로듐, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 금속 나노와이어를 포함하는 것일 수 있고, 상기 탄소나노구조체는 그래핀, 탄소나노튜브, 플러렌, 카본블랙, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 것을 포함하는 것일 수 있고, 상기 금속 페이스트는 은, 금, 백금, 구리, 니켈, 알루미늄, 티타늄, 팔라듐, 코발트, 카드뮴, 로듐, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 금속을 포함하는 것일 수 있고, 상기 금속 나노입자는 은, 금, 백금, 구리, 니켈, 알루미늄, 티타늄, 팔라듐, 코발트, 카드뮴, 로듐, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 금속을 포함하는 것일 수 있다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 발열층은 약 10 nm 내지 약 500 nm의 두께를 가지는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 발열층 상에 형성된 보호층을 추가 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 발열층은 상기 패턴층의 패턴 형상에 따라 형성된 것을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 보호층과 상기 패턴 형상에 따라 형성된 발열층 사이에 형성된 에어갭을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 보호층은 50 nm 내지 200 ㎛의 두께를 가지는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 보호층은 기공을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 보호층의 기공은 5 nm 내지 10 ㎛의 크기를 가지는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 전극을 통하여 전원 인가 시 상기 발열층에서 열이 발생되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 전극은 투명전극을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 전극은 은, 금, 백금, 알루미늄, 구리, 크롬, 바나듐, 마그네슘, 티타늄, 주석, 납, 팔라듐, 텅스텐, 니켈, 이들의 합금, ITO, 금속 나노와이어, 탄소나노구조체, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 전극은 한 쌍 이상인 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 제 2 측면은, 기재; 상기 기재 상에 형성되고, 전도성 물질을 포함하는 발열층; 상기 발열층 상에 연결된 전극; 및 상기 발열층 상에 형성된 보호층을 포함하며, 상기 보호층은 기공을 포함하는 것인, 투명 면상 발열체를 제공한다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 기재는 투명한 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 기재는 실리콘 기판, 유리 기판, 또는 고분자 기판을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 전도성 물질은 금속 산화물, 금속 나노와이어, 탄소나노구조체, 금속 페이스트, 금속 나노입자, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 금속 산화물은 ITO(indium tin oxide), ZTO(zinc tin oxide), IGZO(indium gallium zinc oxide), ZAO(zinc aluminum oxide), IZO(indium zinc oxide), ZnO(zinc oxide), 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 금속 산화물을 포함하는 것일 수 있고, 상기 금속 나노와이어는 은, 금, 백금, 구리, 니켈, 알루미늄, 티타늄, 팔라듐, 코발트, 카드뮴, 로듐, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 금속 나노와이어를 포함하는 것일 수 있고, 상기 탄소나노구조체는 그래핀, 탄소나노튜브, 플러렌, 카본블랙, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 것을 포함하는 것일 수 있고, 상기 금속 페이스트는 은, 금, 백금, 구리, 니켈, 알루미늄, 티타늄, 팔라듐, 코발트, 카드뮴, 로듐, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 금속을 포함하는 것일 수 있고, 상기 금속 나노입자는 은, 금, 백금, 구리, 니켈, 알루미늄, 티타늄, 팔라듐, 코발트, 카드뮴, 로듐, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 금속을 포함하는 것일 수 있다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 발열층은 약 10 nm 내지 약 500 nm의 두께를 가지는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 보호층은 50 nm 내지 200 ㎛의 두께를 가지는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 보호층의 기공은 5 nm 내지 10 ㎛의 크기를 가지는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 전극을 통하여 전원 인가 시 상기 발열층에서 열이 발생되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 전극은 투명전극을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 전극은 은, 금, 백금, 알루미늄, 구리, 크롬, 바나듐, 마그네슘, 티타늄, 주석, 납, 팔라듐, 텅스텐, 니켈, 이들의 합금, ITO, 금속 나노와이어, 탄소나노구조체, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 전극은 한 쌍 이상인 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 제 3 측면은, 본원의 제 1 측면 또는 제 2 측면에 따른 투명 면상 발열체의 복수 개를 직렬 또는 병렬로 연결하여 형성되는, 투명 면상 발열체 시스템을 제공한다.
본원에 의하면, 투명 면상 발열체의 기재 상에 패턴층이 형성됨으로써 전도성 물질을 포함하는 발열층 내에서 전도성 물질 사이에 발생하는 응집 현상을 물리적으로 방지하여 발열층 내 전도성 물질의 균일도를 향상시킬 수 있고, 또한 투명 면상 발열체의 발열 효율 및 수명을 향상시킬 수 있다. 나아가 본원에 따른 투명 면상 발열체는 저저항, 고투과율의 특성을 나타내기 때문에 다양한 용도에 적용될 수 있는 효과가 있다.
또한, 본원에 따른 투면 명상 발열체는 발열층과 보호층 사이에 형성된 에어갭 및 상기 보호층 내에 기공을 포함함으로써 발열층에서 발생하는 열의 손실을 최소화하여 단열 효과를 향상시킬 수 있다.
도 1은, 본원의 일 구현예에 따른 투명 면상 발열체의 구조도이다.
도 2는, 본원의 일 구현예에 따른 투명 면상 발열체의 구조도이다.
도 3은, 본원의 일 구현예에 따른 투명 면상 발열체의 구조도이다.
도 4는, 본원의 일 구현예에 따른 투명 면상 발열체의 구조도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 구현예 및 실시예를 상세히 설명한다.
그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 구현예 및 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용되는 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다. 또한, 본원 명세서 전체에서, "~ 하는 단계" 또는 "~의 단계"는 "~를 위한 단계"를 의미하지 않는다.
본원 명세서 전체에서, 마쿠시 형식의 표현에 포함된 "이들의 조합"의 용어는 마쿠시 형식의 표현에 기재된 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 혼합 또는 조합을 의미하는 것으로서, 상기 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 의미한다.
본원 명세서 전체에서, "A 및/또는 B" 의 기재는, "A, B, 또는, A 및 B"를 의미한다.
이하, 본원의 투명 면상 발열체에 대하여 구현예 및 실시예와 도면을 참조하여 구체적으로 설명하도록 한다. 그러나, 본원이 이러한 구현예 및 실시예와 도면에 제한되는 것은 아니다.
본원의 제 1 측면은, 기재(100); 상기 기재 상에 형성된 패턴층(200); 상기 패턴층 상에 형성되고, 전도성 물질을 포함하는 발열층(300); 및 상기 발열층 상에 연결된 전극(400)을 포함하는, 투명 면상 발열체를 제공한다.
도 1 내지 도 3은 본원의 일 구현예에 따른 패턴층(200)이 형성된 투명 면상 발열체의 구조도이다.
상기 투명 면상 발열체는 기재(100)를 포함한다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 기재(100)는 투명한 것일 수 있다. 상기 기재(100)는 통상적으로 사용 가능한 기재, 예를 들어, 실리콘 기판, 유리 기판, 또는 고분자 기판을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 실리콘 기판은, 예를 들어, 단일 실리콘 기판 또는 p-Si 기판을 포함하는 것일 수 있고, 상기 유리 기판은, 예를 들어, 규산알칼리계 유리, 무알칼리계 유리, 또는 석영 유리를 포함하는 것일 수 있고, 상기 고분자 기판은, 예를 들어, 폴리이미드, 폴리에테르설폰, 폴리에테르에테르케톤, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리카보네이트, 폴리아크릴레이트, 또는 폴리우레탄을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 기재(100) 상에 패턴층 (200)이 형성된다.
상기 패턴층(200)은 오목부 및 볼록부의 요철(凹凸) 형상을 포함하는 패턴을 포함하는 것으로서, 상기 패턴의 형상은, 예를 들어, 음각, 양각 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 형상일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 상기 패턴은 규칙적인 배열을 가지는 정형 패턴 또는 불규칙적인 배열을 가지는 비정형 패턴을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 패턴층(200) 상에 형성된 발열층(300) 내에 포함된 전도성 물질은 상기 패턴에 대응하는 상기 발열층(300) 내에 고르게 분산됨으로써 상기 전도성 물질이 응집되는 것을 물리적으로 방지할 수 있고, 이에 따라 상기 발열층(300) 내에 포함된 전도성 물질의 균일도가 향상된다. 상기 발열층(300) 내에 전도성 물질이 균일하게 분산됨으로써, 상기 발열층(300)에 인가된 전류가 상기 발열층(300) 전체에 균일하게 흐를 수 있고, 이에 따라 투명 면상 발열체의 발열 효율 및 발열 수명을 향상시킬 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 패턴층(200)은 상기 기재(100)를 직접 패터닝함으로써 형성된 것일 수 있고, 또는, 상기 기재(100) 상에 형성된 경화성 수지에 의해 형성된 것일 수 있다. 상기 경화성 수지는 열 또는 자외선(UV)과 같은 광 조사에 의해 패턴 형성이 가능한 것이면 제한 없이 사용될 수 있다.
열에 의해 패턴 형성이 가능한 열경화성 수지는, 예를 들어, 1,6-헥산디올(메타)아크릴레이트, 에틸렌 글리콜 디아크릴레이트, 네오펜틸 글리콜 디(메타)아크릴레이트, 트리메틸올프로판 트리(메타)아크릴레이트, 디펜타에리스리톨 헥사(메타)아크릴레이트, 폴리올폴리(메타)아크릴레이트, 다가 알코올, 다가 카르복실산, 및 그 무수물과 아크릴산을 에스테르화 함으로써 얻을 수 있는 폴리에스테르(메타)아크릴레이트, 비스페놀A-디글리시딜 에테르의 디(메타)아크릴레이트, 폴리실록산 폴리아크릴레이트, 우레탄(메타)아크릴레이트, 펜타에리트리톨 테트라메타크릴레이트, 글리세린 트리메타크릴레이트, 불소 함유 에폭시 아크릴레이트, 불소 함유 알콕시실란, 2-(퍼플루오로데실)에틸메타크릴레이트, 3-퍼플루오로옥틸-2-하이드록시프로필 아크릴레이트, 3-(퍼플루오로-9-메틸데실)-1, 2-에폭시프로판, (메타)아크릴산-2,2,2-트리플루오르에틸, 3,3-트리플루오르프로필, (메타)아크릴산-2-트리플루오르메틸, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
UV와 같은 광 조사에 의해 패턴 형성이 가능한 광경화성 수지는, 예를 들어, 폴리에스테르 아크릴레이트, 에폭시 아크릴레이트, 우레탄 아크릴레이트, 폴리에테르 아크릴레이트, 실리콘 아크릴레이트, 지환식 에폭시 수지, 글리시딜 에테르 에폭시 수지, 에폭시 아크릴레이트, 비닐에테르, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 패턴층은 약 1 ㎛ 내지 약 500 ㎛의 간격의 패턴을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한 되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 패턴의 간격은 약 10 ㎛ 내지 약 400 ㎛, 약 50 ㎛ 내지 약 300 ㎛, 약 100 ㎛ 내지 약 200 ㎛, 약 1 ㎛ 내지 약 400 ㎛, 약 1 ㎛ 내지 약 300 ㎛, 약 1 ㎛ 내지 약 200 ㎛, 약 1 ㎛ 내지 약 100 ㎛, 약 1 ㎛ 내지 약 50 ㎛, 약 1 ㎛ 내지 약 30 ㎛, 약 1 ㎛ 내지 약 20 ㎛, 약 1 ㎛ 내지 약 10 ㎛, 약 10 ㎛ 내지 약 500 ㎛, 약 50 ㎛ 내지 약 500 ㎛, 약 100 ㎛ 내지 약 500 ㎛, 약 200 ㎛ 내지 약 500 ㎛, 약 300 ㎛ 내지 약 500 ㎛, 약 400 ㎛ 내지 약 500 ㎛, 약 100 ㎛ 내지 약 400 ㎛, 또는 약 200㎛ 내지 약 300 ㎛일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 패턴의 간격이 약 500 ㎛ 초과인 경우, 투과도가 떨어지고, 산란광/투과된 광의 비율인 헤이즈(Hz)가 상승하게 되며, 상기 패턴의 간격이 약 1 ㎛ 미만인 경우, 전도성 물질이 고르게 분산되지 않아 본 발명의 효과를 발휘할 수 없다.
상기 발열층(300)은 전도성 물질을 포함한다.
상기 전도성 물질은 저가 공정이 가능한 잉크화 가능 물질을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 발열층(300)은 상기 전도성 물질을 포함하는 용액을 상기 패턴층(200) 상에 도포하여 필름 또는 박막 형태로서 형성한 것일 수 있다.
도 1을 참조하여 설명하면, 상기 전도성 물질을 포함하는 용액의 도포에 의해 형성된 발열층(300)은 상기 발열층(300)의 일면이 패턴층(200) 상에 패턴 형상에 따라 형성되고, 다른 일면은 패턴 형상이 없는 평평한 형태로 형성될 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 발열층(300)은 상기 패턴층(200)의 패턴 형상에 따라 형성된 것을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 발열층(300)은 상기 전도성 물질을 포함하는 물질을 상기 패턴층(200) 상에 증착하여 패턴 형상에 따라 필름 또는 박막 형태로서 형성한 것일 수 있다.
도 2 및 도 3을 참조하여 설명하면, 상기 전도성 물질을 포함하는 물질의 증착에 의해 형성된 발열층(300)은 상기 발열층(300)의 양면이 패턴층(200) 상에 패턴 형상에 따라 형성될 수 있다.
상기 발열층(300)은 오목부 및 볼록부의 요철(凹凸) 형상을 포함하는 패턴을 포함하는 것으로서, 상기 패턴의 형상은, 예를 들어, 음각, 양각, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 형상일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 상기 패턴은 규칙적인 배열을 가지는 정형 패턴 또는 불규칙적인 배열을 가지는 비정형 패턴일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 전도성 물질을 포함하는 용액 또는 물질을 도포 또는 증착하는 것은, 당업계에 공지된 다양한 방법에 의해 수행될 수 있다. 예를 들어, 상기 방법으로서, 스프레이 코팅, 바 코팅, 딥 코팅, 스핀 코팅, 슬릿다이 코팅, 커튼 코팅, 그라비아 코팅, 리버스 그라비아 코팅, 롤 코팅, 또는 함침법을 이용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 전도성 물질을 포함하는 용액은 물, 알코올 등의 용매에 상기 전도성 물질이 고형분으로서 약 0.1 중량% 내지 약 1.5 중량% 분산되어 있는 용액이다. 약 0.1 중량% 미만의 용액은 코팅 후에 전도성 물질 사이에 충분한 네트워크 형성이 되지 않아 면저항이 나오지 않을 수 있으며, 약 1.5 중량% 초과의 용액은 용액 내 전도성 물질의 뭉침(aggregation) 현상이 다량 발생하여 코팅 후에도 여전히 뭉침이 남아 광학 물성에 영향을 줄 수 있으며, 점도의 상승으로 패턴 형성에 효과적이지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 전도성 물질은 금속 산화물, 금속 나노와이어, 탄소나노구조체, 금속 페이스트, 금속 나노입자, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 금속 산화물은, 예를 들어, 인듐-주석-옥사이드(indium tin oxide, ITO), 아연-주석-옥사이드(zinc tin oxide, ZTO), 인듐-갈륨-아연-옥사이드(indium gallium zinc oxide, IGZO), 아연-알루미늄-옥사이드(zinc aluminum oxide, ZAO), 인듐-아연-옥사이드(indium zinc oxide, IZO), 아연 옥사이드(zinc oxide, ZnO), 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 금속 산화물을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 금속 산화물을 포함하는 용액 또는 물질을 상기 패턴층(200) 상에 도포 또는 증착함으로써, 필름 또는 박막 형상의 발열층(300)을 형성할 수 있다.
상기 금속 나노와이어는, 예를 들어, 은, 금, 백금, 구리, 알루미늄, 티타늄, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 금속 나노와이어를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 은 나노와이어의 경우, 투명성 및 전도성이 우수하고, 은 나노와이어를 포함하는 필름에 전압을 인가하는 경우 열 발생 효율이 우수하다. 상기 금속 나노와이어를 포함하는 용액 또는 물질을 상기 패턴층(200) 상에 도포 또는 증착함으로써, 필름 또는 박막 형상의 발열층(300)을 형성할 수 있다.
상기 탄소나노구조체는, 예를 들어, 그래핀, 탄소나노튜브, 플러렌, 카본블랙, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 탄소나노구조체를 포함하는 용액 또는 물질을 상기 패턴층(200) 상에 도포 또는 증착함으로써, 필름 또는 박막 형상의 발열층(300)을 형성할 수 있다.
상기 금속 페이스트 또는 상기 금속 나노입자는, 예를 들어, 은, 금, 백금, 구리, 알루미늄, 티타늄, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 금속의 페이스트 또는 금속의 나노입자일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 금속 페이스트를 상기 패턴층(200) 상에 도포 또는 증착함으로써, 필름 또는 박막 형상의 발열층(300)을 형성할 수 있다. 또는, 상기 금속 나노입자를 포함하는 용액 또는 물질을 상기 패턴층(200) 상에 도포 또는 증착함으로써, 필름 또는 박막 형상의 발열층(300)을 형성할 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 발열층(300)은 약 10 nm 내지 약 500 nm의 두께를 가지는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 발열층(300)의 두께는, 약 10 nm 내지 약 400 nm, 약 50 nm 내지 약 300 nm, 약 100 nm 내지 약 200 nm, 약 10 nm 내지 약 300 nm, 약 10 nm 내지 약 200 nm, 약 10 nm 내지 약 100 nm, 약 10 nm 내지 약 50 nm, 약 10 nm 내지 약 30 nm, 약 10 nm 내지 약 20 nm, 약 10 nm 내지 약 500 nm, 약 50 nm 내지 약 500 nm, 약 100 nm 내지 약 500 nm, 약 200 nm 내지 약 500 nm, 약 300 nm 내지 약 500 nm, 약 400 nm 내지 약 500 nm, 약 100 nm 내지 약 400 nm, 또는 약 200 nm 내지 약 300 nm일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 두께가 500 nm 초과인 경우, 저항은 낮아지나 투과도가 저하되고, 헤이즈(Hz) 및 황색도(Yellow Index, YI)와 같은 광특성이 높아지며, 상기 두께가 10 nm 미만인 경우, 높은 저항 값을 갖게 된다. 바람직하게는, 상기 두께는 약 30 nm 내지 약 300 nm일 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 본원에 따른 투명 면상 발열체는 상기 발열층(300) 상에 상기 발열층(300)을 보호하기 위하여 형성된 보호층(500)을 추가 포함하는 것일 수 있다. 상기 보호층(500)은, 예를 들어, 투명 고분자 수지일 수 있으며, 필름 또는 박막 형태일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
예를 들어, 상기 투명 면상 발열체는, 상기 전도성 물질을 포함하는 용액의 도포에 의해 형성된 발열층(300) 상에 보호층(미도시)이 형성되거나, 상기 전도성 물질을 포함하는 물질의 증착에 의해 형성된 발열층(300) 상에 보호층(500)이 형성된 것을 포함할 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 투명 면상 발열체는, 도 3에 나타낸 바와 같이, 상기 보호층(500)과 상기 패턴 형상에 따라 형성된 발열층(300) 사이에 형성된 에어갭(air gap)(600)을 추가 포함할 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 전극(400)을 통하여 전원 인가 시 상기 발열층(300)에서 열이 발생한다. 상기 보호층(500)과 상기 패턴 형상에 따라 형성된 발열층(300) 사이에 형성된 에어갭(600)에 의하여 상기 발열층(300)에서 발생하는 열의 손실을 최소화하여 단열 효과를 향상시킬 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 보호층(500)은 기공(미도시)을 포함하는 것일 수 있다. 상기 기공은 보호층(500) 내부에 형성되는 것일 수 있으며, 상기 보호층 내의 기공에 의하여 미세 기공 내부에 공기를 트랩하고, 미세 기공에 트랩된 공기의 대류가 억제되어 상기 발열층(300)에서 발생하는 열의 손실을 최소화하여 단열 효과를 향상시킬 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 보호층(500)은 약 50 nm 내지 약 300 nm의 두께 또는 약 50 nm 내지 약 200 ㎛의 두께를 가지는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 보호층(500)의 두께는, 약 70 nm 내지 약 200 ㎛, 약 100 nm 내지 약 200 ㎛, 약 200 nm 내지 약 200 ㎛, 약 300 nm 내지 약 200 ㎛, 약 400 nm 내지 약 200 ㎛, 약 500 nm 내지 약 200 ㎛, 약 750 nm 내지 약 200 ㎛, 약 1 ㎛ 내지 약 200 ㎛, 약 10 ㎛ 내지 약 200 ㎛, 약 100 ㎛ 내지 약 200 ㎛, 약 150 ㎛ 내지 약 200 ㎛, 약 50 nm 내지 약 150 ㎛, 약 50 nm 내지 약 100 ㎛, 약 50 nm 내지 약 10 ㎛, 약 50 nm 내지 약 1 ㎛, 약 50 nm 내지 약 800 nm, 약 50 nm 내지 약 600 nm, 약 50 nm 내지 약 400 nm, 약 50 nm 내지 약 200 nm, 약 50 nm 내지 약 100 nm, 약 70 nm 내지 약 150 ㎛, 약 100 nm 내지 약 100 ㎛, 약 500 nm 내지 약 50 ㎛, 또는 약 1 ㎛ 내지 약 10 ㎛일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 두께가 50 nm 미만인 경우, 상기 발열층을 보호하는 기능이 저하되거나 신뢰성에 문제가 발생할 수 있다. 바람직하게는, 상기 두께는 약 100 nm 내지 약 200 nm일 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 보호층의 기공은 약 5 nm 내지 약 10 ㎛의 크기를 가지는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 보호층의 기공 크기는, 예를 들어, 약 5 nm 내지 약 10 ㎛, 약 10 nm 내지 약 10 ㎛, 약 50 nm 내지 약 10 ㎛, 약 100 nm 내지 약 10 ㎛, 약 500 nm 내지 약 10 ㎛, 약 1㎛ 내지 약 10 ㎛, 약 5 ㎛ 내지 약 10 ㎛, 약 5 nm 내지 약 5 ㎛, 약 10 nm 내지 약 1 ㎛, 약 50 nm 내지 약 900 nm, 약 100 nm 내지 약 800 nm, 약 200 nm 내지 약 700 nm, 약 300 nm 내지 약 600 nm, 또는 약 400 nm 내지 약 500 nm일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 더 바람직하게는 기공의 크기가 빛의 파장과 비슷하면 코팅층이 불투명해짐으로 기공의 크기가 빛의 파장보다 많이 작은 수 백 나노 이하의 기공을 가지는 것일 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 기공을 포함하는 보호층(500)은 약 20% 내지 약 70%의 기공률을 가지는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 기공률은 약 20% 내지 약 70%, 약 30% 내지 약 70%, 약 40% 내지 약 70%, 약 50% 내지 약 70%, 약 60% 내지 약 70%, 약 20% 내지 약 60%, 약 20% 내지 약 50%, 약 20% 내지 약 40%, 또는 약 20% 내지 약 30%일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 보호층의 기공률이 약 20% 미만일 경우, 단열 효과가 저하될 수 있고, 상기 보호층의 기공률이 약 70% 초과일 경우, 보호층이 불투명해져 투명 면상 발열체의 광학 특성이 저하될 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 전극(400)을 통하여 전원 인가 시 상기 발열층(300)에서 열이 발생한다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 전극(400)은 도전성이 있는 재료이면 특별히 제한되지 않으며, 투명한 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 전극은, 예를 들어, 은, 금, 백금, 알루미늄, 구리, 크롬, 바나듐, 마그네슘, 티타늄, 주석, 납, 팔라듐, 텅스텐, 니켈, 이들의 합금, ITO, 금속 나노와이어, 탄소나노구조체, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 금속 나노와이어는, 예를 들어, 은, 금, 백금, 구리, 알루미늄, 티타늄, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 금속 나노와이어를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 탄소나노구조체는, 예를 들어, 그래핀, 탄소나노튜브, 플러렌, 카본블랙, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 전극(400)은 상기 발열층(300) 또는 상기 보호층(500) 상에 형성될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 전극(400)은 한 쌍 이상일 수 있다. 상기 전극(400)은 다양한 습식 코팅 및 건식 코팅 공정에 의해 형성될 수 있다. 예를 들면 그라비아 인쇄, 플락소 인쇄, 콤마 인쇄, 슬릿 코팅, 스프레이 코팅, 스크린 인쇄, 오프셋 인쇄, 라미네이트, 리프트-오프법, 스퍼터링, 이온 플레이팅, 화학기상 증착, 플라즈마 화학기상증착, 열 증착, 레이저 분자빔 증착, 펄스 레이저 증착, 또는 원자층 증착법에 의해 형성될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 제 2 측면은, 기재(100); 상기 기재 상에 형성되고, 전도성 물질을 포함하는 발열층(300); 상기 발열층 상에 연결된 전극(400); 및 상기 발열층 상에 형성된 보호층(500)을 포함하며, 상기 보호층은 기공(700)을 포함하는 것인, 투명 면상 발열체를 제공한다.
도 4는 본원의 일 구현예에 따른 기공(700)을 포함하는 보호층(500)이 형성된 투명 면상 발열체의 구조도이다.
상기 투명 면상 발열체는 기재(100)를 포함한다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 기재(100)는 투명한 것일 수 있다. 상기 기재(100)는 통상적으로 사용 가능한 기재, 예를 들어, 실리콘 기판, 유리 기판, 또는 고분자 기판을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 실리콘 기판은, 예를 들어, 단일 실리콘 기판 또는 p-Si 기판을 포함하는 것일 수 있고, 상기 유리 기판은, 예를 들어, 규산알칼리계 유리, 무알칼리계 유리, 또는 석영 유리를 포함하는 것일 수 있고, 상기 고분자 기판은, 예를 들어, 폴리이미드, 폴리에테르설폰, 폴리에테르에테르케톤, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리카보네이트, 폴리아크릴레이트, 또는 폴리우레탄을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 기재(100) 상에 발열층(300)이 형성된다.
상기 기재(100) 상에 형성된 발열층(300) 내에 포함된 전도성 물질이 고르게 분산됨으로써 상기 전도성 물질이 응집되는 것을 물리적으로 방지할 수 있고, 이에 따라 상기 발열층(300) 내에 포함된 전도성 물질의 균일도가 향상된다. 상기 발열층(300) 내에 전도성 물질이 균일하게 분산됨으로써, 상기 발열층(300)에 인가된 전류가 상기 발열층(300) 전체에 균일하게 흐를 수 있고, 이에 따라 투명 면상 발열체의 발열 효율 및 발열 수명을 향상시킬 수 있다.
상기 발열층(300)은 전도성 물질을 포함한다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 전도성 물질은 저가 공정이 가능한 잉크화 가능 물질을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 발열층(300)은 상기 전도성 물질을 포함하는 용액 또는 물질을 상기 기재(100) 상에 도포 또는 증착하여 필름 또는 박막 형태로서 형성한 것일 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 전도성 물질을 포함하는 용액 또는 물질을 도포 또는 증착하는 것은, 당업계에 공지된 다양한 방법에 의해 수행될 수 있다. 예를 들어, 상기 방법으로서, 스프레이 코팅, 바 코팅, 딥 코팅, 스핀 코팅, 슬릿다이 코팅, 커튼 코팅, 그라비아 코팅, 리버스 그라비아 코팅, 롤 코팅, 또는 함침법을 이용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 전도성 물질을 포함하는 용액은 물, 알코올 등의 용매에 상기 전도성 물질이 고형분으로서 약 0.1 중량% 내지 약 1.5 중량% 분산되어 있는 용액이다. 약 0.1 중량% 미만의 용액은 코팅 후에 전도성 물질 사이에 충분한 네트워크 형성이 되지 않아 면저항이 나오지 않을 수 있으며, 약 1.5 중량% 초과의 용액은 용액 내 전도성 물질의 뭉침(aggregation) 현상이 다량 발생하여 코팅 후에도 여전히 뭉침이 남아 광학 물성에 영향을 줄 수 있으며, 점도의 상승으로 패턴 형성에 효과적이지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 전도성 물질은 금속 산화물, 금속 나노와이어, 탄소나노구조체, 금속 페이스트, 금속 나노입자, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 금속 산화물은, 예를 들어, ITO(indium tin oxide), ZTO(zinc tin oxide), IGZO(indium gallium zinc oxide), ZAO(zinc aluminum oxide), IZO(indium zinc oxide), ZnO(zinc oxide), 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 금속 산화물을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 금속 산화물을 포함하는 용액 또는 물질을 상기 기재(100) 상에 도포 또는 증착함으로써, 필름 또는 박막 형상의 발열층(300)을 형성할 수 있다.
상기 금속 나노와이어는, 예를 들어, 은, 금, 백금, 구리, 니켈, 알루미늄, 티타늄, 팔라듐, 코발트, 카드뮴, 로듐, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 금속 나노와이어를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 은 나노와이어의 경우, 투명성 및 전도성이 우수하고, 은 나노와이어를 포함하는 필름에 전압을 인가하는 경우 열 발생 효율이 우수하다. 상기 금속 나노와이어를 포함하는 용액 또는 물질을 상기 기재(100) 상에 도포 또는 증착함으로써, 필름 또는 박막 형상의 발열층(300)을 형성할 수 있다.
상기 탄소나노구조체는, 예를 들어, 그래핀, 탄소나노튜브, 플러렌, 카본블랙, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 탄소나노구조체를 포함하는 용액 또는 물질을 상기 기재(100) 상에 도포 또는 증착함으로써, 필름 또는 박막 형상의 발열층(300)을 형성할 수 있다.
상기 금속 페이스트 또는 상기 금속 나노입자는, 예를 들어, 은, 금, 백금, 구리, 니켈, 알루미늄, 티타늄, 팔라듐, 코발트, 카드뮴, 로듐, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 금속의 페이스트 또는 금속의 나노입자일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 금속 페이스트를 상기 기재(100) 상에 도포 또는 증착함으로써, 필름 또는 박막 형상의 발열층(300)을 형성할 수 있다. 또는, 상기 금속 나노입자를 포함하는 용액 또는 물질을 상기 기재(100) 상에 도포 또는 증착함으로써, 필름 또는 박막 형상의 발열층(300)을 형성할 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 발열층(300)은, 약 10 nm 내지 약 500 nm의 두께를 가지는 것일 수 있으나, 이에 제한 되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 발열층(300)의 두께는, 약 10 nm 내지 약 400 nm, 약 50 nm 내지 약 300 nm, 약 100 nm 내지 약 200 nm, 약 10 nm 내지 약 300 nm, 약 10 nm 내지 약 200 nm, 약 10 nm 내지 약 100 nm, 약 10 nm 내지 약 50 nm, 약 10 nm 내지 약 30 nm, 약 10 nm 내지 약 20 nm, 약 10 nm 내지 약 500 nm, 약 50 nm 내지 약 500 nm, 약 100 nm 내지 약 500 nm, 약 200 nm 내지 약 500 nm, 약 300 nm 내지 약 500 nm, 약 400 nm 내지 약 500 nm, 약 100 nm 내지 약 400 nm, 또는 약 200 nm 내지 약 300 nm일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 두께가 500 nm 초과인 경우, 저항은 낮아지나 투과도가 저하되고, 헤이즈(Hz) 및 황색도(Yellow Index, YI)와 같은 광 특성이 높아지며, 상기 두께가 10 nm 미만인 경우, 높은 저항값을 갖게 된다. 바람직하게는, 상기 두께는 약 30 nm 내지 약 300 nm일 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 투명 면상 발열체는 상기 발열층(300) 상에 상기 발열층(300)을 보호하기 위한 보호층(500)이 형성되며, 상기 보호층(500)은 기공(700)을 포함하는 것이다. 상기 보호층(500)은, 예를 들어, 투명 고분자 수지일 수 있으며, 필름 또는 박막 형태일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 보호층(500)은 기공(700)을 포함하는 것이다. 상기 기공(700)은 보호층(500) 내부에 형성되는 것일 수 있으며, 상기 보호층 내의 기공(700)에 의하여 미세 기공 내부에 공기를 트랩하고, 미세 기공에 트랩된 공기의 대류가 억제되어 상기 발열층(300)에서 발생하는 열의 손실을 최소화하여 단열 효과를 향상시킬 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 보호층(500)은 약 50 nm 내지 약 200 ㎛의 두께를 가지는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 보호층(500)의 두께는, 약 70 nm 내지 약 200 ㎛, 약 100 nm 내지 약 200 ㎛, 약 200 nm 내지 약 200 ㎛, 약 300 nm 내지 약 200 ㎛, 약 400 nm 내지 약 200 ㎛, 약 500 nm 내지 약 200 ㎛, 약 750 nm 내지 약 200 ㎛, 약 1 ㎛ 내지 약 200 ㎛, 약 10 ㎛ 내지 약 200 ㎛, 약 100 ㎛ 내지 약 200 ㎛, 약 150 ㎛ 내지 약 200 ㎛, 약 50 nm 내지 약 150 ㎛, 약 50 nm 내지 약 100 ㎛, 약 50 nm 내지 약 10 ㎛, 약 50 nm 내지 약 1 ㎛, 약 50 nm 내지 약 800 nm, 약 50 nm 내지 약 600 nm, 약 50 nm 내지 약 400 nm, 약 50 nm 내지 약 200 nm, 약 50 nm 내지 약 100 nm, 약 70 nm 내지 약 150 ㎛, 약 100 nm 내지 약 100 ㎛, 약 500 nm 내지 약 50 ㎛, 또는 약 1 ㎛ 내지 약 10 ㎛일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 보호층(500)의 두께가 50 nm 미만인 경우, 상기 발열층(300)을 보호하는 기능이 저하되거나 신뢰성에 문제가 발생할 수 있다. 바람직하게는, 상기 두께는 약 100 nm 내지 약 200 nm일 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 보호층의 기공(700)은 약 5 nm 내지 약 10 ㎛의 크기를 가지는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 보호층의 기공(700) 크기는, 예를 들어, 약 5 nm 내지 약 10 ㎛, 약 10 nm 내지 약 10 ㎛, 약 50 nm 내지 약 10 ㎛, 약 100 nm 내지 약 10 ㎛, 약 500 nm 내지 약 10 ㎛, 약 1 ㎛ 내지 약 10 ㎛, 약 5 ㎛ 내지 약 10 ㎛, 약 5 nm 내지 약 5 ㎛, 약 10 nm 내지 약 1 ㎛, 약 50 nm 내지 약 900 nm, 약 100 nm 내지 약 800 nm, 약 200 nm 내지 약 700 nm, 약 300 nm 내지 약 600 nm, 또는 약 400 nm 내지 약 500 nm일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 더 바람직하게는 기공의 크기가 빛의 파장과 비슷하면 코팅층이 불투명해지기 때문에 기공의 크기가 빛의 파장보다 많이 작은 수백 나노 이하의 기공을 가지는 것일 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 기공을 포함하는 보호층(500)은 약 20% 내지 약 70%의 기공률을 가지는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 기공률은 약 20% 내지 약 70%, 약 30% 내지 약 70%, 약 40% 내지 약 70%, 약 50% 내지 약 70%, 약 60% 내지 약 70%, 약 20% 내지 약 60%, 약 20% 내지 약 50%, 약 20% 내지 약 40%, 또는 약 20% 내지 약 30%일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 보호층의 기공률이 약 20% 미만일 경우, 단열 효과가 저하될 수 있고, 상기 보호층의 기공률이 약 70% 초과일 경우, 보호층이 불투명해져 투명 면상 발열체의 광학 특성이 저하될 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 전극(400)을 통하여 전원 인가 시 상기 발열층(300)에서 열이 발생한다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 전극(400)은 상기 발열층(300) 또는 상기 보호층(500) 상에 형성될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 전극(400)은 한쌍 이상일 수 있다. 상기 전극(400)은 다양한 습식 코팅 및 건식 코팅 공정에 의해 형성될 수 있다. 예를 들어, 그라비아 인쇄, 플락소 인쇄, 콤마 인쇄, 슬릿 코팅, 스프레이 코팅, 스크린 인쇄, 오프셋 인쇄, 라미네이트, 리프트-오프법, 스퍼터링, 이온 플레이팅, 화학기상 증착, 플라즈마 화학기상증착, 열 증착, 레이저 분자빔 증착, 펄스 레이저 증착, 또는 원자층 증착법에 의해 형성될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 전극(400)은 도전성이 있는 재료이면 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어, 투명한 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 전극(400)은, 예를 들어, 은, 금, 백금, 알루미늄, 구리, 크롬, 바나듐, 마그네슘, 티타늄, 주석, 납, 팔라듐, 텅스텐, 니켈, 이들의 합금, 인듐-주석-산화물(ITO), 금속 나노와이어, 탄소나노구조체, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 금속 나노와이어는, 예를 들어, 은, 금, 백금, 구리, 니켈, 알루미늄, 티타늄, 팔라듐, 코발트, 카드뮴, 로듐, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 금속 나노와이어를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 탄소나노구조체는, 예를 들어, 그래핀, 탄소나노튜브, 플러렌, 카본블랙, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 제 3 측면은, 상기 본원의 제 1 측면 또는 제 2 측면에 따른 투명 면상 발열체의 복수 개를 직렬 또는 병렬로 연결하여 형성되는, 투명 면상 발열체 시스템을 제공한다.
본원의 제 3 측면에 따른 투명 면상 발열체 시스템은, 상기 본원의 제 1 측면 또는 제 2 측면에 따른 투명 면상 발열체에 대하여 기술된 내용을 모두 적용할 수 있으며, 중복되는 부분들에 대해서는 상세한 설명을 생략하였으나, 그 설명이 생략되었더라도 동일하게 적용될 수 있다.
이하 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하고자 하나, 하기의 실시예는 단지 설명의 목적을 위한 것이며 본원의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다.
[실시예]
[실시예 1]
은 나노와이어가 물에 분산된 용액을 30 분 간 스터링하였다. 음각의 격자 무늬의 폭 10 ㎛, 높이 10 ㎛의 패턴을 갖는 PET 기판을 준비한 후 분산된 은 나노와이어 용액을 바코팅(bar coating)하였다. 은 나노와이어가 웻(wet) 코팅된 기판을 80℃ 오븐에서 2 분간 건조하여 은 나노와이어 막을 획득하였다.
이어서, 상기 은 나노와이어 막 상에, 1.0 중량%인 오버코팅 용액을 바코팅하였다. 그 후, 100℃에서 건조 후 UV 경화기에서 300 mJ로 처리하여 고분자 막을 형성하여, 기판에 은 나노와이어 막과 오버코팅층을 포함하는 투명 전도성 필름을 수득하였다.
이어서, 필름의 양단에 스크린 인쇄를 통해 전극을 형성하였다.
[실시예 2]
은 나노와이어가 물에 분산된 용액을 30 분 간 스터링하였다. 양각의 격자 무늬의 폭 10 ㎛, 높이 10 ㎛의 패턴을 갖는 PET 기판을 준비한 후 분산된 은 나노와이어 용액을 바코팅(bar coating)하였다. 은 나노와이어가 웻(wet) 코팅된 기판을 80℃ 오븐에서 2 분간 건조하여 은 나노와이어 막을 획득하였다.
이어서, 상기 은 나노와이어 막 상에, 1.0 중량%인 오버코팅 용액을 바코팅하였다. 그 후, 100℃에서 건조 후 UV 경화기에서 300 mJ로 처리하여 고분자 막을 형성하여, 기판에 은 나노와이어 막과 오버코팅층을 포함하는 투명 전도성 필름을 수득하였다.
이어서, 필름의 양단에 스크린 인쇄를 통해 전극을 형성하였다.
[실시예 3]
은 나노와이어가 물에 분산된 용액을 30 분 간 스터링하였다. 음각의 무정형의 폭 10 ㎛, 높이 10 ㎛의 패턴을 갖는 PET 기판을 준비한 후 분산된 은 나노와이어 용액을 바코팅(bar coating)하였다. 은 나노와이어가 웻(wet) 코팅된 기판을 80℃ 오븐에서 2 분간 건조하여 은 나노와이어 막을 획득하였다.
이어서, 상기 은 나노와이어 막 상에, 1.0 중량%인 오버코팅 용액을 바코팅하였다. 그 후, 100℃에서 건조 후 UV 경화기에서 300 mJ로 처리하여 고분자 막을 형성하여, 기판에 은 나노와이어 막과 오버코팅층을 포함하는 투명 전도성 필름을 수득하였다.
이어서, 필름의 양단에 스크린 인쇄를 통해 전극을 형성하였다.
[실시예 4]
은 나노와이어가 물에 분산된 용액을 30 분 간 스터링하였다. 음각의 격자 무늬의 폭 100 ㎛, 높이 100 ㎛의 패턴을 갖는 PET 기판을 준비한 후 분산된 은 나노와이어 용액을 바코팅(bar coating)하였다. 은 나노와이어가 웻(wet) 코팅된 기판을 80℃ 오븐에서 2 분간 건조하여 은 나노와이어 막을 획득하였다.
이어서, 상기 은 나노와이어 막 상에, 1.0 중량%인 오버코팅 용액을 바코팅하였다. 그 후, 100℃ 에서 건조 후 UV 경화기에서 300 mJ로 처리하여 고분자 막을 형성하여, 기판에 은 나노와이어 막과 오버코팅층을 포함하는 투명 전도성 필름을 수득하였다.
이어서, 필름의 양단에 스크린 인쇄를 통해 전극을 형성하였다.
[실시예 5]
탄소나노튜브(CNT)가 물에 분산된 용액을 30 분 간 스터링하였다. 음각의 격자 무늬의 폭 10 ㎛, 높이 10 ㎛의 패턴을 갖는 PET 기판을 준비한 후 분산된 CNT 용액을 바코팅(bar coating)하였다. CNT 가 웻(wet) 코팅된 기판을 80℃ 오븐에서 2 분간 건조하여 CNT 막을 획득하였다.
이어서, 상기 CNT 막 상에, 1.0 중량%인 오버코팅 용액을 바코팅하였다. 그 후, 100℃에서 건조 후 UV 경화기에서 300 mJ로 처리하여 고분자 막을 형성하여, 기판에 CNT 막과 오버코팅층을 포함하는 투명 전도성 필름을 수득하였다.
이어서, 필름의 양단에 스크린 인쇄를 통해 전극을 형성하였다.
[비교예 1]
은 나노와이어가 물에 분산된 용액을 30분 간 스터링하였다. 패턴이 없는 PET 기판을 준비한 후 분산된 은 나노와이어 용액을 바코팅(bar coating)하였다. 은 나노와이어가 웻(wet) 코팅된 기판을 80℃ 오븐에 2 분간 건조하여 은 나노와이어 막을 획득하였다.
그 다음 상기 은 나노와이어 막 상에, 1.0 중량%인 오버코팅 용액을 바코팅하였다. 그 후, 100℃에서 건조 후 UV 경화기에서 300 mJ로 처리하여 고분자 막을 형성하여, 기판에 은 나노와이어 막과 오버코팅층을 포함하는 투명 전도성 필름을 얻었다.
이어서, 필름의 양단에 스크린 인쇄를 통해 전극을 형성하였다.
[실험예 1]
상기 실시예 1 내지 5 및 비교예 1에서 얻어진 발열체를 저 저항계 [loresta-GP MCP-T610(Mitsuibishi Chemical Corporation)]를 이용하여 표면저항을 9 Point 측정하여 표면저항 평균값(Rs; Ω/□)을 측정하였다. 그리고 표준편차 값을 이용하여 면저항의 균일도(Rs 균일도; %)를 계산하였다.
[실험예 2]
상기 실시예 1 내지 5 및 비교예 1에서 얻어진 발열체에 대하여 UV분광계 (Nippon Denshoko사, NDH2000)를 이용하여 가시광선 투과도(%) 및 헤이즈(Hz; %)를 측정하였다.
[실험예 3]
상기 실시예 1 내지 5 및 비교예 1에서 얻어진 발열체에 대하여 발열 특성을 평가하기 위하여 12 V 인가 전압을 기준으로 발열 온도(℃)를 측정하였다.
[실험예 4]
상기 실시예 1 내지 5 및 비교예 1에서 얻어진 발열체에 대하여 발열 수명 평가를 위하여 12 V 인가 전압을 기준으로 ON/OFF 테스트를 진행하였다. 이는 최종 온도가 도달되는 시간을 기준으로 3 분 On, 2 분 OFF를 반복하여 단선되기까지의 횟수를 측정한 것이다.
상기 실험예 1 내지 4의 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
구분 투과도(%) Hz(%) Rs(Ω/□) Rs 균일도 (%) 발열온도(℃) ON/OFF
실시예 1 88 7.5 30 5 42 2,014
실시예 2 87 7.4 31 6 42 1,998
실시예 3 88 7.4 30 5 43 2,007
실시예 4 86 32 30 9 46 1,778
실시예 5 80 1.5 35 7 40 2,226
비교예 1 88 2.5 31 10 48 677
상기 표 1 에서 확인할 수 있는 바와 같이, 실시예 1 내지 5에서와 같이 패턴이 형성된 기재를 사용하였을 경우 저항 균일도(Rs)가 패턴이 형성되지 않은 기재를 사용하였을 경우(비교예 1)와 비교하여 매우 큰 폭으로 향상되었고, 이에 따라 발열 특성이 향상되었으며, 및 단선되기까지의 횟수(On/Off)가 크게 증가한 것을 확인할 수 있었다.
[실시예 6]
은 나노와이어가 물에 분산된 용액을 30 분 간 스터링하였다. 음각의 격자 무늬의 폭 10 ㎛, 높이 10 ㎛의 패턴을 갖는 PET 기판을 준비한 후 분산된 은 나노와이어 용액을 바코팅(bar coating)하였다. 은 나노와이어가 웻(wet) 코팅된 기판을 80℃ 오븐에서 2 분간 건조하여 은 나노와이어 막을 획득하였다.
이어서, 상기 은 나노와이어 막 상에, 1.0 중량%인 오버코팅 용액을 바코팅하였다. 그 후, 100℃에서 건조 후 UV 경화기에서 300 mJ로 처리하여 고분자 막을 형성하여, 기판에 은 나노와이어 막과 오버코팅층을 포함하는 투명 전도성 필름을 수득하였다.
이어서, 필름의 양단에 스크린 인쇄를 통해 전극을 형성하였다.
이어서, 형성된 투명 발열체 상단에 보호 필름을 합지하였다.
[실시예 7]
은 나노와이어가 물에 분산된 용액을 30 분간 스터링하였다. 양각의 격자 무늬의 폭 10 ㎛, 높이 10 ㎛의 패턴을 갖는 PET 기판을 준비한 후 분산된 은 나노와이어 용액을 바코팅(bar coating)하였다. 은 나노와이어가 웻(wet) 코팅된 기판을 80℃ 오븐에서 2 분간 건조하여 은 나노와이어 막을 획득하였다.
이어서, 상기 은 나노와이어 막 상에, 1.0 중량%인 오버코팅 용액을 바코팅하였다. 그 후, 100℃에서 건조 후 UV 경화기에서 300 mJ로 처리하여 고분자 막을 형성하여, 기판에 은 나노와이어 막과 오버코팅층을 포함하는 투명 전도성 필름을 수득하였다.
이어서, 필름의 양단에 스크린 인쇄를 통해 전극을 형성하였다.
이어서, 형성된 투명 발열체 상단에 보호 필름을 합지하였다.
[실시예 8]
은 나노와이어가 물에 분산된 용액을 30 분 간 스터링하였다. 음각의 무정형의 폭 10 ㎛, 높이 10 ㎛ 의 패턴을 갖는 PET 기판을 준비한 후 분산된 은 나노와이어 용액을 바코팅(bar coating)하였다. 은 나노와이어가 웻(wet) 코팅된 기판을 80℃ 오븐에서 2 분간 건조하여 은 나노와이어 막을 획득하였다.
이어서, 상기 은 나노와이어 막 상에, 1.0 중량% 인 오버코팅 용액을 바코팅하였다. 그 후, 100℃에서 건조 후 UV 경화기에서 300 mJ로 처리하여 고분자 막을 형성하여, 기판에 은 나노와이어 막과 오버코팅층을 포함하는 투명 전도성 필름을 수득하였다.
이어서, 필름의 양단에 스크린 인쇄를 통해 전극을 형성하였다.
이어서, 형성된 투명 발열체 상단에 보호 필름을 합지하였다.
[실시예9]
실시예 6과 동일한 기재 및 동일한 방법으로 투명 전도성 필름을 수득하였다.
이어서, 필름의 양단에 스크린 인쇄를 통해 전극을 형성하였다.
이어서, 형성된 투명 발열체 상단에 수백 nm의 기공을 갖는 보호층을 합지하였다.
[비교예 2]
실시예 6과 동일한 기재 및 동일한 방법으로 투명 전도성 필름을 수득하였다.
이어서, 필름의 양단에 스크린 인쇄를 통해 전극을 형성하였다.
[실험예 5]
상기 실시예 6 내지 9 및 비교예 2에서 얻어진 발열체를 다공성 필름을 합지 하기 전에 저 저항계 (loresta-GP MCP-T610, Mitsuibishi Chemical Corporation)를 이용하여 표면저항을 9 Point 측정하여 표면저항 평균값(Rs; Ω/□)을 측정하였다. 그리고, 표준편차 값을 이용하여 면저항의 균일도(Rs 균일도; %)를 계산하였다.
[실험예 6]
상기 실시예 6 내지 9 및 비교예 2에서 얻어진 발열체에 대하여 UV분광계 (Nippon Denshoko사, NDH2000)를 이용하여 가시광선 투과도(%) 및 헤이즈(Hz; %)를 측정하였다.
[실험예 7]
상기 실시예 6 내지 9 및 비교예 2에서 얻어진 발열체에 대하여 발열 특성을 평가하기 위하여 12 V 인가 전압을 기준으로 △T(℃) (발열 온도-대기온도)를 측정하였다.
상기 실험예 5 내지 7의 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
구분 투과도(%) Hz(%) Rs(Ω/□) Rs 균일도(%) △T(℃)
실시예 6 88 5.5 30 5 10
실시예 7 87 5.7 31 4 12
실시예 8 88 5.8 30 5 13
실시예 9 86 6.0 30 5 14
비교예 2 88 2.5 31 10 7
상기 표 2에서 확인할 수 있는 바와 같이, 실시예 6 내지 9와 같이 에어갭 및 기공을 가지고 있는 보호층이 있는 발열체에서 동일 전압에서 보다 높은 발열 특성을 나타내는 것을 확인할 수 있었다.
[실시예 10]
은 나노와이어가 물에 분산된 용액을 30 분간 스터링하였다. PET 기판 위에 분산된 은 나노와이어 용액을 바코팅(bar coating)하였다. 상기 은 나노와이어가 웻(wet) 코팅된 기판을 80℃ 오븐에서 2 분간 건조하여 은 나노와이어 막을 획득하였다.
이어서, 상기 은 나노와이어 막 상에, 1.0 중량%인 오버코팅 용액을 바코팅하였다. 그 후, 100℃에서 건조 후 UV 경화기에서 300 mJ로 처리하여 고분자 막을 형성하여, 기판에 은 나노와이어 막과 오버코팅층을 포함하는 투명 전도성 필름을 수득하였다.
이어서, 상기 필름의 양단에 스크린 인쇄를 통해 전극을 형성하여 투명 발열체를 제조하였다.
이어서, 기공 필름을 제조하기 위하여 용매로서 에탄올과 아세톤을 6:4로 혼합한 용액을 준비한다. 또한, 실리카 전구체로는 TEOS(tetraethoxysilane)를 사용하였고, 촉매로는 염산을 사용하였으며, 계면활성제는 CTAB(cetyltrimethylammonium bromide)를 사용하였고, 증류수(DI-water)를 더 사용하였다. 또한, 상기 TEOS, 에탄올, 증류수, 염산, 및 CTAB의 몰비는 다음과 같다.
TEOS : 에탄올 : 증류수 : 염산 : CTAB = 1 : 20 : 5 : 0.005 : 0.03
에탄올과 아세톤을 혼합한 후 증류수와 염산을 첨가하고, 이어서 70℃에서 미리 녹여놓은 CTAB를 첨가하고 2 시간 동안 교반하였다. 상기 교반된 용액에 TEOS를 넣고 30 분간 상온에서 교반한 후, 유리 기판 위에 스핀 코팅하였다. 이때, 스핀 속도는 3,000 rpm이었고, 30 초간 실시하였다. 상기 코팅된 박막을 하루 동안 상온에서 용매를 증발시키고, 이어서 150℃에서 열처리하여 계면활성제를 분해하여 복수의 기공을 갖는 기공률 30%의 다공성 필름을 수득하였다.
이어서, 전극이 형성된 발열체 상단에 상기 제조된 다공성 보호 필름을 합지하였다.
[실시예 11]
상기 실시예 10과 동일한 방법으로 투명 발열체를 제조하였으며, 하기의 몰비로 다공성 필름을 제조하였다.
TEOS : 에탄올 : 증류수 : 염산 : CTAB = 1 : 20 : 5 : 0.005 : 0.05
기공률 약 40%의 다공성 필름을 수득하였다.
이어서, 전극이 형성된 발열체 상단에 상기 제조된 다공성 보호 필름을 합지하였다.
[실시예 12]
상기 실시예 10과 동일한 방법으로 투명 발열체를 제조하였으며, 하기의 몰비로 다공성 필름을 제조하였다.
TEOS : 에탄올 : 증류수 : 염산 : CTAB = 1 : 20 : 5 : 0.005 : 0.07
기공률 약 50%의 다공성 필름을 수득하였다.
이어서, 전극이 형성된 발열체 상단에 상기 제조된 다공성 보호 필름을 합지하였다.
[비교예 3]
상기 실시예 10과 동일한 방법으로 투명 발열체를 제조하였으나, 다공성 보호 필름은 합지하지 않았다.
[실험예 8]
상기 실시예 10 내지 12, 및 비교예 3에서 수득한 투명 발열체를 다공성 필름을 합지 하기 전에 저 저항계[loresta-GP MCP-T610(Mitsuibishi Chemical Corporation)]를 이용하여 표면저항을 9 Point 측정하여 표면저항 평균값(Rs; Ω/□)을 측정하였다. 그리고 표준편차 값을 이용하여 면저항의 균일도(Rs 균일도; %)를 계산하였다.
[실험예 9]
상기 실시예 10 내지 12, 및 비교예 3에서 수득한 투명 발열체에 대하여 UV 분광계(Nippon Denshoko사, NDH2000)를 이용하여 가시광선 투과도(%) 및 헤이즈(Hz; %)를 측정하였다.
[실험예 10]
상기 실시예 10 내지 12, 및 비교예 3에서 수득한 투명 발열체에 대하여 발열 특성을 평가하기 위하여 12 V 인가 전압을 기준으로 △T(℃) (발열 온도-대기온도)를 측정하였다.
상기 실험예 8 내지 10의 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
구분 투과도(%) Hz(%) Rs(Ω/□) Rs 균일도(%) △T(℃)
실시예 10 88 1.6 30 7 10
실시예 11 87 1.5 31 6 12
실시예 12 87 1.5 30 5 13
비교예 3 88 1.4 31 7 7
상기 표 3에서 확인할 수 있는 바와 같이, 실시예 10 내지 12와 같이 기공을 가지고 있는 보호층이 있는 발열체에서 동일 전압에서 보다 높은 발열 특성을 나타내는 것을 확인할 수 있었다.
이상, 구현예 및 실시예를 들어 본원을 상세하게 설명하였으나, 본원은 상기 구현예 및 실시예들에 한정되지 않으며, 여러 가지 다양한 형태로 변형될 수 있으며, 본원의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 많은 변형이 가능함이 명백하다.
전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수도 있다.
본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위, 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (16)

  1. 기재;
    상기 기재 상에 형성된 패턴층;
    상기 패턴층 상에 형성되고, 전도성 물질을 포함하는 발열층; 및
    상기 발열층 상에 연결된 전극
    을 포함하는, 투명 면상 발열체.
  2. 기재;
    상기 기재 상에 형성되고, 전도성 물질을 포함하는 발열층;
    상기 발열층 상에 연결된 전극; 및
    상기 발열층 상에 형성된 보호층을 포함하며,
    상기 보호층은 기공을 포함하는 것인,
    투명 면상 발열체.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 패턴층은 경화성 수지에 의해 형성된 것인, 투명 면상 발열체.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 패턴층은 음각, 양각, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 형상을 포함하는 것인, 투명 면상 발열체.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 패턴층은 1 ㎛ 내지 500 ㎛의 간격의 패턴을 포함하는 것인, 투명 면상 발열체.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 전도성 물질은 금속 산화물, 금속 나노와이어, 탄소나노구조체, 금속 페이스트, 금속 나노입자, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 것을 포함하는 것인, 투명 면상 발열체.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 금속 산화물은 인듐-주석-옥사이드, 아연-주석-옥사이드, 인듐-갈륨-아연-옥사이드, 아연-알루미늄-옥사이드, 인듐-아연-옥사이드, 아연 옥사이드, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 금속 산화물을 포함하는 것인, 투명 면상 발열체.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 금속 나노와이어는 은, 금, 백금, 구리, 니켈, 알루미늄, 티타늄, 팔라듐, 코발트, 카드뮴, 로듐, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 금속 나노와이어를 포함하는 것인, 투명 면상 발열체.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 탄소나노구조체는 그래핀, 탄소나노튜브, 플러렌, 카본블랙, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 것을 포함하는 것인, 투명 면상 발열체.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 금속 페이스트는 은, 금, 백금, 구리, 니켈, 알루미늄, 티타늄, 팔라듐, 코발트, 카드뮴, 로듐, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 금속을 포함하는 것인, 투명 면상 발열체.
  11. 제 6 항에 있어서,
    상기 금속 나노입자는 은, 금, 백금, 구리, 니켈, 알루미늄, 티타늄, 팔라듐, 코발트, 카드뮴, 로듐, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 금속을 포함하는 것인, 투명 면상 발열체.
  12. 제 2 항에 있어서,
    상기 보호층의 기공은 5 nm 내지 10 ㎛의 크기를 가지는 것인, 투명 면상 발열체.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 발열층 상에 형성된 보호층을 추가 포함하는 것인, 투명 면상 발열체.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 발열층은 상기 패턴층의 패턴 형상에 따라 형성된 것을 추가 포함하는, 투명 면상 발열체.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 보호층과 상기 패턴 형상에 따라 형성된 발열층 사이에 형성된 에어갭을 포함하는 것인, 투명 면상 발열체.
  16. 제 13 항에 있어서,
    상기 보호층은 기공을 포함하는 것인, 투명 면상 발열체.
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