WO2018043827A1 - 그래핀 발열 장치 - Google Patents

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문진산
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Definitions

  • the present invention relates to a transparent heating device using graphene.
  • the method of wiping the surface of an object is a temporary method and has the disadvantage of wiping off whenever water droplets form on the surface.
  • the method of wiping the surface of an object is a temporary method and has the disadvantage of wiping off whenever water droplets form on the surface.
  • fogging occurs in a position that cannot be easily wiped, such as inside a vehicle lamp, removal of fogging becomes difficult.
  • Another object is to remove water droplets formed on the surface of the heating element or the surface of the object to which the heating element is attached using the transparent heating element.
  • the present invention includes a transparent substrate, an adhesive layer formed on the transparent substrate and a graphene layer formed on the adhesive layer, wherein the graphene layer is the graphene layer when a predetermined voltage is applied. It provides a graphene heating device characterized in that the heat generated by the current flowing along.
  • the power supply may be further configured to apply a voltage to the graphene layer.
  • the adhesive layer may include a moisture absorbent made to absorb moisture.
  • the present invention can prevent the surface fog phenomenon to a certain level, without heating the graphene layer.
  • the substrate may further include a hydrophilic or hydrophobic coating layer disposed under the transparent substrate and a humidity sensor configured to sense humidity, and wherein the power supply unit may have a humidity sensed from the humidity sensor equal to or greater than a reference humidity.
  • a voltage may be applied to the graphene layer.
  • the temperature sensor may further include a temperature sensor configured to sense a temperature, and the power supply unit may apply a voltage to the graphene layer when the temperature sensed by the temperature sensor is equal to or less than a reference temperature.
  • the present invention selectively heats the graphene layer, thereby preventing unnecessary power consumption.
  • the graphene heating device may be disposed in the vehicle lamp.
  • FIG 1 and 2 are cross-sectional views of the graphene heating device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is a cross-sectional view of a graphene heating device including a moisture absorbent.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of a graphene heating device including a hydrophilic or hydrophobic coating layer.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of a vehicle lamp coupled to the graphene heating device according to the present invention.
  • FIG. 6 is an enlarged view illustrating region A of FIG. 5.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of a vehicle lamp coupled to the graphene heating device according to the present invention.
  • FIG. 8 is an enlarged view illustrating region B of FIG. 7.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view of a vehicle lamp coupled to the graphene heating device according to the present invention.
  • FIG. 10 and 11 are conceptual views illustrating the vehicle lamp described in FIG. 9 as viewed in the C direction.
  • the graphene heating device prevents the drop of transparency due to water droplets on the surface of the object requiring transparency or freezing.
  • the graphene heating device of the present invention may itself serve as a transparent body.
  • the graphene heating device of the present invention can be used in place of the glass of the window.
  • the graphene heating device of the present invention may be used in combination with an object requiring transparency.
  • the graphene heating device of the present invention may be used in combination with the inside of an object to remove water droplets that frost inside the vehicle lamp, the inside of the refrigerator made of a light transmissive material, and the surface of the camera lens.
  • the graphene heating device 100 includes a transparent substrate 110, the adhesive layer 120 and the graphene layer 130.
  • a graphene heating device according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
  • FIG 1 and 2 are cross-sectional views of the graphene heating device according to an embodiment of the present invention.
  • the transparent substrate 110 is made of glass or a light transmissive film, and serves to support the graphene thin film.
  • the transparent substrate may be made of all materials having a certain level of transparency.
  • the transparent substrate 110 may be made of an elastic material. Accordingly, at least a part of the graphene heating device according to the present invention may have a curved surface.
  • the graphene heating device 100 according to the present invention can be used as the outer wall of the object made of a curved surface, by coupling to the surface of the object made of the curved surface, it is possible to prevent the formation of water droplets on the surface of the object.
  • the adhesive layer 120 is formed on the transparent substrate.
  • the adhesive layer 120 bonds the graphene layer 130 to the transparent substrate 110.
  • the adhesive layer 120 is made of a material having high light transmittance, so as not to affect the transparency of the graphene heating device.
  • the graphene layer 130 is a thin film and has electrical conductivity. When a voltage is applied to the graphene layer 130, a current flowing along the graphene layer 130 is generated, thereby generating heat.
  • the graphene heating device according to the present invention may further include a protective layer formed to cover the graphene layer 130.
  • the protective layer may be made of a material having high light transmittance.
  • the protective layer may be formed to cover the graphene layer to protect the graphene layer 130 from mechanical friction.
  • the dopant may include a metal dopant and an organic dopant.
  • the protective layer may be made to prevent oxidation or reduction of dopants doped on the graphene layer.
  • the graphene heating device 100 may further include a power supply unit 140 configured to apply a voltage to the graphene layer.
  • the power supply unit 140 does not need to be made of a light transmissive material, and may be disposed at an edge of the heat generating device so as not to impair transparency of the graphene heat generating device 100.
  • the voltage applied to the graphene layer 130 in the power supply 140 may be variable.
  • the power supply 140 may adjust the amount of heat generated by the graphene layer 130 by applying different voltages to the graphene layer 130 according to circumstances.
  • the graphene heating device 100 described above may remove water droplets on the surface of the heating device or the surface of the object to which the heating device is coupled through the heating.
  • the present invention may further include additional components that can maximize the surface water droplet removal effect.
  • the adhesive layer of the graphene heating device according to the present invention may comprise a moisture absorbent 121 is made to absorb moisture.
  • FIG 3 is a cross-sectional view of a graphene heating device including a moisture absorbent.
  • the moisture absorbent is a material having high light transmittance.
  • the hygroscopic agent is calcium oxide, magnesium oxide, strontium oxide, aluminum oxide, barium oxide, calcium chloride, potassium carbonate, potassium hydroxide, sodium hydroxide, lithium hydroxide, lithium sulfate, sodium sulfate, calcium sulfate, magnesium sulfate, cobalt sulfate, Gallium sulfate, titanium sulfate, nickel sulfate, phosphorus pentoxide and nickel sulfate.
  • the adhesive layer 120 including the moisture absorbent 121 lowers the ambient humidity to prevent the water droplets from forming on the surface of the graphene heating device 100 or the surface of the object to which the graphene heating device 100 is coupled.
  • the moisture absorbent alone can not prevent the formation of water droplets on the surface of the object, by heating the graphene layer 130, it is possible to remove the water droplets formed on the surface of the object.
  • the moisture absorbent can form a separate layer, unlike in FIG. Specifically, the moisture absorbent may be formed by forming a separate layer between the transparent substrate 110 and the adhesive layer 120, between the adhesive layer 120 and the graphene layer 130 and at least one of the upper surface of the graphene layer 130. have.
  • the protective layer may further include a separate protective layer for protecting the absorbent. The protective layer covering the absorbent layer can be made to protect the absorbent layer from mechanical friction and allow moisture to pass through the absorbent layer to absorb moisture.
  • the heating device 100 may further include a coating layer made to remove the surface moisture.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of a graphene heating device including a hydrophilic or hydrophobic coating layer.
  • Hydrophilic or hydrophobic coating layer 150 may be formed on at least one surface of the graphene heating device according to the present invention.
  • the hydrophilic coating layer spreads the water droplets formed on the surface of the coating layer. As a result, the droplets agglomerate with each other, and the larger droplets flow down under their own weight. Thus, the water droplets on the surface are removed.
  • the hydrophobic coating layer prevents water droplets from spreading or spreading on the surface. As a result, the droplets easily fall off the surface.
  • the hydrophilic coating layer may be made of TiO 2, and may include at least one of an ester compound, a silicon compound, a polyoxyethylene compound, and a fatty acid.
  • the hydrophobic coating layer may be made of any one of a urethane silicone and a fluorine-based compound.
  • the present invention is not limited thereto.
  • the hydrophilic coating layer and the hydrophobic coating layer since the hydrophilic coating layer and the hydrophobic coating layer is in direct contact with the water droplets to play a role, it should always be disposed on the outermost surface of the graphene heating device (100). In addition, for the above reason, the hydrophilic coating layer and the hydrophobic coating layer need not be a multilayer structure. However, an adhesive material may be applied to one surface of the coating layer to enhance the adhesive force between the coating layer and the layer in contact with the coating layer.
  • the graphene heating device 100 may remove a certain level of water droplets formed on the surface even if the graphene layer 130 does not generate heat. Accordingly, the graphene layer 130 does not always need to generate heat to remove the surface droplets.
  • the power supply 140 may be configured to apply a voltage to the graphene layer 130 only when a predetermined condition is satisfied.
  • the power supply unit 140 may be configured to supply a voltage to the graphene layer only when the ambient humidity of the graphene heating device 100 according to the present invention is greater than or equal to the reference humidity.
  • the graphene heating device according to the present invention may further include a humidity sensor made to sense the humidity.
  • the humidity sensor senses the humidity around the graphene heating device 100.
  • the power supply unit applies a voltage to the graphene layer when the ambient humidity is higher than the reference humidity based on the sensing value sensed by the humidity sensor.
  • the reference humidity may be set to a humidity at which water droplets may form on an object surface.
  • the power supply unit 140 may apply a voltage to the graphene layer according to the temperature of the surface of the graphene heating device or the surface of the object to which the graphene heating device is attached according to the present invention.
  • the power supply 140 may be configured to supply a voltage to the graphene layer 130.
  • the graphene heating device according to the present invention may further include a temperature sensor made to sense the temperature.
  • the temperature sensor may be located on the surface of the graphene heating device or the surface of the object to which the graphene heating device is coupled.
  • the power supply unit applies a voltage to the graphene layer when freezing occurs on the surface of the object.
  • the graphene heating device 100 selectively heats the graphene layer 130 only in a specific situation, thereby preventing unnecessary power consumption.
  • the graphene heating device according to the present invention can be used in combination inside the vehicle lamp.
  • a vehicle lamp including a plurality of semiconductor light emitting devices has been used.
  • a vehicle lamp including a plurality of semiconductor light emitting devices since the heat generated from the light emitting device is emitted to the rear of the lamp, it is difficult to expect that water droplets formed on the surface of the lamp are removed by the heat generated from the lamp itself.
  • the graphene heating device according to the present invention can be used in combination inside the vehicle lamp.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of a vehicle lamp in which a graphene heating device is coupled according to the present invention
  • FIG. 6 is an enlarged view of region A of FIG. 5.
  • the graphene heating device 100 according to the present invention may remove water droplets formed on the surface of the lamp cover 210 of the vehicle lamp 200. To this end, the graphene heating device according to the present invention is coupled to the surface of the lamp cover 210.
  • the surface of the lamp cover 210 means a surface located inside the vehicle lamp 200.
  • the graphene heating device of the present invention may be disposed inside a vehicle lamp, and may be coupled to contact the surface of the lamp cover 210. 5, when the graphene heating device 100 contacts the surface of the lamp cover 210 positioned inside the lamp, moisture may penetrate between the surface of the lamp cover 210 and the graphene heating device 100. It becomes impossible. Accordingly, water droplets are not formed on the surface of the lamp cover 210, and water droplets are formed on only one surface of the graphene heating device 100.
  • the graphene heating device 100 is used to remove water droplets formed on one surface of the graphene heating device 100.
  • the graphene layer 130 is preferably disposed on the side close to the surface of the water droplets.
  • the graphene layer 130 is preferably disposed on the side close to the surface of the water droplets. For example, as illustrated in FIG. 6, when the surface of the lamp cover 210 and the transparent substrate 110 are in contact with each other, water droplets form on one surface of the graphene layer 130.
  • the graphene heating device 100 may further include a protective layer made to cover the graphene layer 130, in this case, water droplets are formed on one surface of the protective layer.
  • the protective layer covering the graphene may be a coating layer described in FIG.
  • the graphene heating device 100 according to the present invention protects the graphene layer 130 and at the same time, the water droplets formed on the surface of the graphene heating device 100 without heating the graphene layer 130. Some can be removed.
  • the graphene heating device 100 When the graphene heating device 100 is coupled to the surface of the lamp cover with the structure shown in FIG. 6, the graphene layer 130 may effectively transfer heat to water droplets formed on the surface.
  • the graphene heating device according to the present invention may further include an adhesive layer 160 disposed on one surface of the transparent substrate 110.
  • the adhesive layer 160 disposed on one surface of the transparent substrate 110 should be made of a material having high light transmittance.
  • the adhesive layer 160 disposed on one surface of the transparent substrate 110 may be made of a material having a lower adhesive strength than the adhesive layer 120 disposed between the transparent substrate 110 and the graphene layer 130.
  • the graphene heating device 100 according to the present invention may be coupled to be detachable to the lamp cover 210 surface.
  • the graphene heating device according to the present invention may be coupled to the lamp cover surface at a predetermined distance.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of a vehicle lamp to which the graphene heating device is coupled according to the present invention
  • FIG. 8 is an enlarged view of region B of FIG. 7.
  • the graphene heating device according to the present invention may be coupled to the surface of the lamp cover 210 at a predetermined distance. Accordingly, water droplets may form on the surface of the lamp cover 210.
  • the graphene layer 130 is preferably disposed on the side close to the surface of the lamp cover 210, the water droplets are formed.
  • the graphene heating device 100 is coupled to the lamp cover 210 at a predetermined distance
  • the graphene layer 130 is disposed at a position adjacent to the surface of the lamp cover 210. Can be.
  • the graphene layer 130 may effectively transfer heat to the surface of the lamp cover 210.
  • the graphene heating device 100 may further include a separate support portion 220 to be coupled to the lamp cover 210 at a predetermined distance.
  • the support part 220 may be positioned at both ends of the graphene heating device 100.
  • the support 220 may not necessarily be made of a light transmissive material.
  • At least one surface of the support 220 may be coated with an adhesive material, through which, the graphene heating device 100 may be coupled to the lamp cover.
  • the present invention is not limited thereto, and the support unit 220 may allow the graphene heating device 100 to be coupled to the lamp cover through mechanical coupling with the vehicle lamp 220 rather than an adhesive material.
  • the graphene heating device according to the present invention may be coupled only to a part of the lamp cover surface.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view of a vehicle lamp to which the graphene heating device according to the present invention is coupled
  • FIGS. 10 and 11 are conceptual views showing the vehicle lamp described in FIG. 9 as viewed in the C direction.
  • the graphene heating device 100 may be coupled only to a part of the surface of the lamp cover 210.
  • the graphene heating device 100 according to the present invention may be disposed at a position where the amount of light emitted from the lamp is relatively small.
  • the graphene heating device 100 may be a portion other than the center portion of the vehicle lamp 200. Can only be combined.
  • the graphene heating device 100 may be disposed only at a lamp cover edge. Through this, the graphene heating device 100 may not absorb the light emitted to the central portion of the vehicle lamp.
  • the graphene heating device 100 may be coupled to the lamp cover in the form of a mesh. Accordingly, some of the light generated by the vehicle lamp is emitted to the outside without passing through the graphene heating device 100. Through this, the present invention can minimize the phenomenon that the brightness of the vehicle lamp is reduced due to the graphene heating device 100.

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Abstract

본 발명은 그래핀을 이용한 투명 발열 장치에 관한 것이다. 상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 투명기판, 상기 투명기판 위에 형성되는 접착층 및 상기 접착층 위에 형성되는 그래핀 층을 포함하고, 상기 그래핀 층은, 소정 전압이 인가되는 경우, 상기 그래핀 층을 따라 흐르는 전류에 의하여 발열되는 것을 특징으로 하는 그래핀 발열 장치를 제공한다. 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 광투과성이 요구되는 물체의 광투과성을 저하시키지 않고, 물체 표면에 발생하는 김 서림 또는 빙결을 제거할 수 있게 된다.

Description

그래핀 발열 장치
본 발명은 그래핀을 이용한 투명 발열 장치에 관한 것이다.
공기가 이슬점보다 온도가 낮은 물체의 표면에 닿을 경우, 물체의 표면에 수증기가 응결된다. 수증기가 응결되는 물체의 표면이 광투과성 물질로 이루어지는 경우, 표면에 응결되는 물방울로 인하여 물체의 광투과성이 저하된다.
예를 들어, 창문, 카메라 렌즈, 차량용 램프의 표면 등에 수증기가 응결될 경우, 물체 본래의 기능을 하기 어렵게 된다.
표면 김 서림을 제거하기 위한 방법으로, 물체 표면을 닦아내는 방법은 일시적인 방법이며, 표면에 물방울이 맺힐 때마다 닦아내야 한다는 단점이 있다. 또한, 차량용 램프 내부와 같이 쉽게 닦아낼 수 없는 위치에 김 서림이 발생하는 경우, 김 서림의 제거가 어렵게 된다.
한편, 종래에는 광투과성이 요구되는 물체 표면의 김 서림을 방지하기 위해, 물체 표면에 친수성 또는 소수성 코팅층을 덮어 표면에 맺히는 물방울 자체를 제거하는 방법이 사용되어 왔다. 하지만, 상술한 방법은 일정 습도 이상에서 표면에 맺히는 물방울을 완전히 제거할 수 없다.
이에, 광투과성이 요구되는 물체 표면에 맺히는 물방울을 효과적으로 제거할 수 있는 장치에 대한 수요가 증가하고 있다.
본 발명은 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다. 또 다른 목적은 투명한 발열체를 이용하여 발열체 표면 또는 발열체가 부착된 물체 표면에 맺히는 물방울을 제거할 수 있도록 하는 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 투명기판, 상기 투명기판 위에 형성되는 접착층 및 상기 접착층 위에 형성되는 그래핀 층을 포함하고, 상기 그래핀 층은, 소정 전압이 인가되는 경우, 상기 그래핀 층을 따라 흐르는 전류에 의하여 발열되는 것을 특징으로 하는 그래핀 발열 장치를 제공한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 그래핀 층에 전압을 인가하도록 이루어지는 전원 공급부를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 접착층은 수분을 흡수하도록 이루어지는 흡습제를 포함할 수 있다. 이를 통해, 본 발명은 그래핀 층을 발열시키지 않고도, 표면 김 서림 현상을 일정 수준 막을 수 있게 된다.
일 실시 예에 있어서, 상기 투명기판 아래 배치되고, 친수성 또는 소수성을 띠는 코팅층 및 습도를 센싱하도록 이루어지는 습도 센서를 더 포함하고, 상기 전원 공급부는, 상기 습도 센서로부터 센싱된 습도가 기준 습도 이상인 경우, 상기 그래핀 층에 전압을 인가할 수 있다. 이를 통해, 본 발명은 그래핀 층을 선택적으로 발열 시킴으로써, 불필요한 전력소모를 막을 수 있게 된다.
일 실시 예에 있어서, 온도를 센싱하도록 이루어지는 온도 센서를 더 포함하고, 상기 전원 공급부는, 상기 온도 센서로부터 센싱된 온도가 기준 온도 이하인 경우, 상기 그래핀 층에 전압을 인가할 수 있다. 이를 통해, 본 발명은 그래핀 층을 선택적으로 발열 시킴으로써, 불필요한 전력소모를 막을 수 있게 된다.
일 실시 예에 있어서, 상기 그래핀 발열 장치는, 차량용 램프 내부에 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 광투과성이 요구되는 물체의 광투과성을 저하시키지 않고, 물체 표면에 발생하는 김 서림 또는 빙결을 제거할 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 주변 습도가 기준 습도 이상이거나, 물체 표면에 빙결이 발생된 경우에만 선택적으로, 열을 발생시켜 표면 물방물 또는 빙결을 제거할 수 있게 된다.
도 1 및 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 그래핀 발열 장치의 단면도이다.
도 3은 흡습제를 포함하는 그래핀 발열 장치의 단면도이다.
도 4는 친수성 또는 소수성 코팅층을 포함하는 그래핀 발열 장치의 단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 그래핀 발열 장치가 결합된 차량용 램프의 단면도이다.
도 6은 도 5의 A 영역을 확대한 확대도이다.
도 7은 본 발명에 따른 그래핀 발열 장치가 결합된 차량용 램프의 단면도이다.
도 8은 도 7의 B 영역을 확대한 확대도이다.
도 9는 본 발명에 따른 그래핀 발열 장치가 결합된 차량용 램프의 단면도이다.
도 10 및 11은 도 9에서 설명한 차량용 램프를 C방향으로 바라본 모습을 나타내는 개념도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에 따른 그래핀 발열 장치는 투명성이 요구되는 물체의 표면에 물방울이 맺히거나, 빙결이 발생함으로 인하여, 투명도가 저하되는 것을 방지한다.
이때, 본 발명의 그래핀 발열 장치는 그 자체로 투명체로서의 역할을 할 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 그래핀 발열 장치는 창문의 유리를 대신하여 사용될 수 있다.
한편, 본 발명의 그래핀 발열 장치는 투명성이 요구되는 물체에 결합되어 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 그래핀 발열 장치는 차량용 램프 내부, 외벽이 광투광성 재질로 이루어지는 냉장고 내부 및 카메라 렌즈 표면 등에 서리는 물방울을 제거하기 위해, 물체 내부에 결합되어 사용될 수 있다.
이를 위해, 본 발명에 따른 그래핀 발열 장치(100)는 투명기판(110), 접착층(120) 및 그래핀 층(130)을 포함한다. 이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 그래핀 발열 장치에 대하여 설명한다.
도 1 및 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 그래핀 발열 장치의 단면도이다.
투명기판(110)은 유리 또는 광투과성 필름으로 이루어지며, 그래핀 박막을 지지하는 역할을 한다. 투명기판은 일정 수준의 투명도를 가지는 모든 소재들로 이루어 질 수 있다.
한편, 투명기판(110)은 신축성 있는 재질로 이루어질 수 있으며, 이에 따라, 본 발명에 따른 그래핀 발열 장치는 적어도 일부가 곡면으로 이루어질 수 있다. 이를 통해, 본 발명에 따른 그래핀 발열 장치(100)는 곡면으로 이루어지는 물체의 외벽으로 이용될 수 있으며, 곡면으로 이루어지는 물체 표면에 결합하여, 물체 표면에 물방울이 맺히는 것을 막을 수 있게 된다.
투명기판 위에는 접착층(120)이 형성된다. 접착층(120)은 투명기판(110) 위에 그래핀 층(130)을 접착 시킨다. 접착층(120)은 광투과성이 높은 물질로 이루어져, 그래핀 발열 장치의 투명도에 영향을 주지 않도록 해야 한다.
그래핀 층(130)은 박막(thin film)이며, 전기 전도성을 가진다. 그래핀 층(130)에 전압을 인가하는 경우, 그래핀 층(130)을 따라 흐르는 전류가 발생하고, 이에 따라 열이 발생한다.
한편, 본 발명에 따른 그래핀 발열 장치는 도시되지 않았지만, 그래핀 층(130)을 덮도록 형성되는 보호층을 더 포함할 수 있다. 상기 보호층은 광투과성이 높은 물질로 이루어질 수 있다.
구체적으로, 그래핀 층(130)은 경도가 약하기 때문에 반복적으로 기계적 마찰이 일어나는 경우 손상되기 쉽다. 상기 보호층은 그래핀 층(130)을 기계적인 마찰로부터 보호하기 위해 그래핀 층을 덮도록 형성될 수 있다.
한편, 그래핀 층(130)의 면저항을 저감시키기 위해, 다양한 종류의 도판트들이 도핑될 수 있다. 구체적으로, 상기 도판트는 금속계 도판트 및 유기계 도판트를 포함할 수 있다.
이러한 경우, 상기 보호층은 그래핀 층위에 도핑된 도판트들의 산화 또는 환원을 방지하도록 이루어질 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 그래핀 발열 장치(100)는 그래핀 층에 전압을 인가하도록 이루어지는 전원 공급부(140)를 더 포함할 수 있다.
전원 공급부(140)는 광투과성 물질로 이루어질 필요는 없으며, 발열 장치의 테두리에 배치되어, 그래핀 발열 장치(100)의 투명성을 저해하지 않도록 할 수 있다.
한편, 전원 공급부(140)에서 그래핀 층(130)에 인가되는 전압은 가변적일 수 있다. 전원 공급부(140)는 상황에 따라 그래핀 층(130)에 서로 다른 전압을 인가함으로써, 그래핀 층(130)의 발열량을 조절할 수 있게 된다.
상술한 그래핀 발열 장치(100)는 발열을 통해, 발열 장치 표면 또는 발열 장치가 결합된 물체 표면의 물방울을 제거할 수 있다.
한편, 본 발명은 표면 물방울 제거 효과를 최대화할 수 있는 추가적인 구성요소를 더 포함할 수 있다.
먼저, 본 발명에 따른 그래핀 발열 장치의 접착층은 수분을 흡수하도록 이루어지는 흡습제(121)를 포함하여 이루어질 수 있다.
도 3은 흡습제를 포함하는 그래핀 발열 장치의 단면도이다.
여기서, 상기 흡습제는 광투과성이 높은 물질이다. 예를 들어, 상기 흡습제는 산화칼슘, 산화마그네슘, 산화스트론튬, 산화알루미늄, 산화바륨, 염화칼슘, 탄산칼륨, 수산화칼륨, 수산화나트륨, 수산화리튬, 황산리튬, 황산나트륨, 황산칼슘, 황산마그네슘, 황산코발트, 황산갈륨, 황산티탄, 황산니켈, 오산화인 및 황산니켈 중 적어도 하나로 이루어질 수 있다.
흡습제(121)를 포함하는 접착층(120)은 주변 습도를 낮춤으로써, 그래핀 발열 장치(100) 표면 또는 그래핀 발열 장치(100)가 결합된 물체 표면에 물방울이 맺히는 것을 일정 수준 방지한다. 한편, 상기 흡습제만으로는 물체 표면에 물방울이 맺히는 것을 막을 수 없을 때, 그래핀 층(130)을 발열시켜, 물체 표면에 맺힌 물방울을 제거할 수 있다.
한편, 상기 흡습제는 도 3과 달리, 별도의 층을 이룰 수 있다. 구체적으로, 상기 흡습제는 투명기판(110)과 접착층(120) 사이, 접착층(120)과 그래핀 층(130)사이 및 그래핀 층(130) 상면 중 적어도 하나에 별도의 층을 이루어 배치될 수 있다. 흡습제가 그래핀 층(130) 상면에 배치되는 경우, 상기 흡습제를 보호하기 위한 별도의 보호층을 더 포함할 수 있다. 흡습제 층을 덮는 보호층은 흡습제 층을 기계적인 마찰로부터 보호하고, 흡습제 층이 수분을 흡수할 수 있도록 수분을 통과시키도록 이루어질 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 발열 장치(100)는 표면 습기를 제거할 수 있도록 이루어지는 코팅층을 더 포함할 수 있다.
도 4는 친수성 또는 소수성 코팅층을 포함하는 그래핀 발열 장치의 단면도이다.
본 발명에 따른 그래핀 발열 장치의 적어도 일면에는 친수성 또는 소수성 코팅층(150)이 형성될 수 있다.
친수성 코팅층은 코팅층 표면에 맺힌 물방울들이 퍼지게 한다. 이에 따라, 작은 물방울들은 서로 뭉치게 되고, 크기가 커진 물방울들은 그 자체의 무게로 아래로 흐르게 된다. 이에 따라, 표면의 물방울이 제거된다.
이와 달리, 소수성 코팅층은 표면의 물방울이 퍼지거나 번지는 것을 방지한다. 이에 따라, 물방울들은 표면에서 쉽게 떨어지게 된다.
한편, 상기 친수성 코팅층은 TiO2으로 이루어질 수 있고, 에스테르계 화합물, 실리콘계 화합물, 폴리옥시에틸렌계 화합물 및 지방산 중 적어도 하나를 포함하여 이루어질 수 있다. 또한, 상기 소수성 코팅층은 우레탄 실리콘 및 플루오르계 화합물 중 어느 하나로 이루어질 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않는다.
한편, 상기 친수성 코팅층 및 소수성 코팅층은 물방울과 직접 접촉하여 그 역할을 하기 때문에, 항상 그래핀 발열 장치(100) 최외각 표면에 배치되어야 한다. 또한, 상술한 이유로, 상기 친수성 코팅층 및 소수성 코팅층은 다층 구조일 필요는 없다. 다만, 코팅층 및 코팅층과 접촉하는 층 간의 접착력을 강화하도록 상기 코팅층 일면에는 접착물질이 도포될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 그래핀 발열 장치(100)는 그래핀 층(130)이 발열 되지 않더라도, 표면에 맺히는 물방울을 일정 수준 제거할 수 있다. 이에 따라, 그래핀 층(130)은 표면 물방울 제거를 위해 항상 열을 발생시킬 필요가 없게 된다.
이하에서는, 특정 상황에서만 선택적으로 발열되는 그래핀 층(130)에 대하여 설명한다.
전원 공급부(140)는 소정 조건을 만족하는 경우에만 그래핀 층(130)에 전압을 인가하도록 이루어질 수 있다.
예를 들어, 전원 공급부(140)는 본 발명에 따른 그래핀 발열 장치(100) 주변 습도가 기준 습도 이상일 경우에만 그래핀 층에 전압을 공급하도록 이루어질 수 있다. 이를 위해, 본 발명에 따른 그래핀 발열 장치는 습도를 센싱하도록 이루어지는 습도 센서를 더 포함할 수 있다.
습도 센서는 그래핀 발열 장치(100) 주변의 습도를 센싱한다. 전원 공급부는 습도 센서로부터 센싱된 센싱 값에 근거하여 주변 습도가 기준 습도보다 높은 경우, 그래핀 층에 전압을 인가한다. 여기서, 상기 기준 습도는 물체 표면에 물방울이 맺힐 수 있는 습도로 설정될 수 있다.
다른 예를 들어, 전원 공급부(140)는 본 발명에 따른 그래핀 발열 장치 표면 또는 그래핀 발열 장치가 부착된 물체의 표면의 온도에 따라 그래핀 층에 전압을 인가할 수 있다.
구체적으로, 전원 공급부(140)는 물체 표면에 빙결이 발생될 정도로 표면 온도가 낮은 경우, 그래핀 층(130)에 전압을 공급하도록 이루어질 수 있다. 이를 위해, 본 발명에 따른 그래핀 발열 장치는 온도를 센싱하도록 이루어지는 온도센서를 더 포함할 수 있다.
여기서, 온도 센서는 그래핀 발열 장치 표면 또는 그래핀 발열 장치가 결합되는 물체 표면에 위치할 수 있다. 온도 센서가 상기 물체 표면에 위치하는 경우, 전원 공급부는 상기 물체 표면에 빙결이 발생하는 경우, 그래핀 층에 전압을 인가한다.
이를 통해, 본 발명에 따른 그래핀 발열 장치(100)는 특정 상황에서만 선택적으로 그래핀 층(130)을 발열 시킴으로써, 불필요한 전력소모를 막을 수 있게 된다.
한편, 본 발명에 따른 그래핀 발열 장치는 차량용 램프 내부에 결합되어 사용될 수 있다.
구체적으로, 비오는 날과 같이 습도가 높은 날에는 차량용 램프의 램프 커버에 김이 서리는 현상이 발생한다. 이러한 경우, 램프 커버 표면에 맺힌 물방울로 인하여 램프 커버의 투명도가 감소한다. 이로 인하여, 램프의 광도가 떨어지는 문제가 발생한다.
특히, 최근에는 복수의 반도체 발광소자를 포함하는 차량용 램프가 이용되고 있다. 복수의 반도체 발광소자를 포함하는 차량용 램프의 경우, 발광소자에서 발생되는 열을 램프 후방으로 방출하게 되므로, 램프 자체에서 발생되는 열에 의하여 램프 표면에 맺힌 물방울이 제거되는 것을 기대하기 어렵다.
이러한 문제를 해결하기 위해, 본 발명에 따른 그래핀 발열 장치는 차량용 램프 내부에 결합되어 사용될 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 그래핀 발열 장치가 결합된 차량용 램프의 단면도이고, 도 6은 도 5의 A 영역을 확대한 확대도이다.
본 발명에 따른 그래핀 발열 장치(100)는 차량용 램프(200)의 램프 커버(210) 표면에 맺히는 물방울을 제거할 수 있다. 이를 위해, 본 발명에 따른 그래핀 발열 장치는 램프 커버(210) 표면에 결합된다.
본 명세서에서, 램프 커버(210)의 표면이란, 차량용 램프(200) 내부에 위치하는 표면을 의미한다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 그래핀 발열 장치는 차량용 램프 내부에 배치될 수 있으며, 램프 커버(210) 표면에 접촉하여 결합할 수 있다. 도 5와 같은 구조로 그래핀 발열 장치(100)가 램프 내부에 위치하는 램프 커버(210) 표면에 접촉할 경우, 램프 커버(210) 표면과 그래핀 발열 장치(100)사이에 수분이 침투할 수 없게 된다. 이에 따라, 램프 커버(210) 표면에는 물방울이 맺히지 않게 되며, 그래핀 발열 장치(100)의 일면에만 물방울이 맺히게 된다.
구체적으로, 도 5의 구조에서 물방울은 그래핀 발열 장치(100)의 상면 및 하면 중 램프 커버(210)와 결합하지 않은 일면에만 맺히게 된다. 따라서, 도 5와 같은 구조에서 그래핀 발열 장치(100)는 그래핀 발열 장치(100) 일면에 맺히는 물방울을 제거하기 위해 사용된다.
이때, 그래핀 층(130)은 물방울이 맺히는 표면과 가까운 쪽에 배치되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 도 6과 같이, 램프 커버(210)의 표면과 투명기판(110)이 접촉하여 결합하는 경우, 그래핀 층(130)의 일면에 물방울이 맺히게 된다.
한편, 도시되지 않았지만, 그래핀 발열 장치(100)는 상기 그래핀 층(130)을 덮도록 이루어지는 보호층을 더 포함할 수 있고, 이러한 경우, 물방울은 보호층의 일면에 맺히게 된다.
한편, 상기 그래핀을 덮는 보호층은 도 4에서 설명한 코팅층 일 수 있다. 이를 통해, 본 발명에 따른 그래핀 발열 장치(100)는 그래핀 층(130)을 보호함과 동시에, 그래핀 층(130)을 발열시키지 않고도, 그래핀 발열 장치(100) 표면에 맺히는 물방울을 일부 제거할 수 있게 된다.
그래핀 발열 장치(100)가 도 6에 도시된 구조로 램프 커버 표면에 결합되는 경우, 그래핀 층(130)이 표면에 맺힌 물방울에 효과적으로 열을 전달할 수 있게 된다.
한편, 본 발명에 따른 그래핀 발열 장치는 투명기판(110)의 일면에 배치되는 접착층(160)을 더 포함할 수 있다. 투명기판(110)의 일면에 배치되는 접착층(160)은 광투과성이 높은 물질로 이루어져야 한다.
한편, 투명기판(110)의 일면에 배치되는 접착층(160)은 투명기판(110) 및 그래핀층(130) 사이에 배치되는 접착층(120)보다 접착력이 낮은 물질로 이루어질 수 있다. 이를 통해, 본 발명에 따른 그래핀 발열 장치(100) 램프 커버(210) 표면에 탈착 가능하도록 결합될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 그래핀 발열 장치는 램프 커버 표면과 소정 거리를 두고 결합될 수 있다.
도 7은 본 발명에 따른 그래핀 발열 장치가 결합된 차량용 램프의 단면도이고, 도 8은 도 7의 B 영역을 확대한 확대도이다.
도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 그래핀 발열 장치는 램프 커버(210) 표면과 소정 거리를 두고 결합할 수 있다. 이에 따라, 램프 커버(210) 표면에 물방울이 맺힐 수 있게 된다.
구체적으로, 도 7의 구조에서 물방울은 램프 커버(210) 표면 및 그래핀 발열 장치(100)의 표면에 맺히게 된다. 따라서, 도 7와 같은 구조에서 그래핀 발열 장치(100)는 외부 물체 및 그래핀 발열 장치(100)의 표면에 맺히는 물방울을 제거하기 위해 사용된다.
이때, 그래핀 층(130)은 물방울이 맺히는 램프 커버(210) 표면과 가까운 쪽에 배치되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 도 8과 같이, 그래핀 발열 장치(100)가 소정 거리를 두고 램프 커버(210)와 결합하는 경우, 그래핀 층(130)은 램프 커버(210)의 표면과 인접한 위치에 배치될 수 있다.
이를 통해, 그래핀 층(130)은 램프 커버(210) 표면에 효과적으로 열을 전달할 수 있게 된다.
한편, 본 발명에 따른 그래핀 발열 장치(100)는 램프 커버(210)와 소정거리를 두고 결합할 수 있도록 별도의 지지부(220)를 더 포함할 수 있다. 도 7을 참조하면, 상기 지지부(220)는 그래핀 발열 장치(100) 양 단부에 위치할 수 있다. 이러한 경우, 상기 지지부(220)는 반드시 광투과성 물질로 이루어질 필요는 없다.
한편, 지지부(220)의 적어도 일면에는 접착물질이 도포되어 있을 수 있으며, 이를 통해, 그래핀 발열장치(100)는 램프 커버에 결합될 수 있다. 하지만, 이에 한정되지 않고, 상기 지지부(220)는 접착물질이 아닌 차량용 램프(220)와의 기계적인 결합을 통해 그래핀 발열장치(100)가 램프 커버에 결합될 수 있도록 한다.
한편, 본 발명에 따른 그래핀 발열 장치는 램프 커버 표면의 일부에만 결합될 수 있다.
도 9는 본 발명에 따른 그래핀 발열 장치가 결합된 차량용 램프의 단면도이고, 도 10 및 11은 도 9에서 설명한 차량용 램프를 C방향으로 바라본 모습을 나타내는 개념도이다.
도 9를 참조하면, 본 발명에 따른 그래핀 발열 장치(100)는 램프 커버(210) 표면의 일부에만 결합될 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 그래핀 발열 장치(100)는 램프에서 방출되는 빛의 광량이 비교적 적은 위치에 배치될 수 있다. 구체적으로, 차량용 램프(200)의 중앙부분으로 방출되는 빛의 광량이 다른 부분으로 방출되는 빛의 광량 보다 높은 경우, 그래핀 발열 장치(100)는 차량용 램프(200)의 중앙부분 이외의 다른 부분에만 결합될 수 있다.
도 10을 참조하면, 본 발명에 따른 그래핀 발열 장치(100)는 램프 커버 테두리에만 배치될 수 있다. 이를 통해, 그래핀 발열 장치(100)가 차량용 램프 중앙 부분으로 방출되는 빛을 흡수하지 않도록 할 수 있다.
다른 일 실시 예에 있어서, 도 11을 참조하면, 본 발명에 따른 그래핀 발열 장치(100)는 그물망 형태로 램프 커버에 결합될 수 있다. 이에 따라, 차량용 램프에서 발생되는 빛의 일부는 그래핀 발열 장치(100)를 통과하지 않고 외부로 방출된다. 이를 통해, 본 발명은 그래핀 발열 장치(100)로 인하여, 차량용 램프의 광도가 감소하는 현상을 최소화할 수 있게 된다.
본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다.
또한, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

Claims (11)

  1. 투명기판;
    상기 투명기판 위에 형성되는 접착층; 및
    상기 접착층 위에 형성되는 그래핀 층을 포함하고,
    상기 그래핀 층은,
    소정 전압이 인가되는 경우, 상기 그래핀 층을 따라 흐르는 전류에 의하여 발열되는 것을 특징으로 하는 그래핀 발열 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 그래핀 층에 전압을 인가하도록 이루어지는 전원 공급부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 그래핀 발열 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 접착층은 수분을 흡수하도록 이루어지는 흡습제를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 그래핀 발열 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 투명기판 아래 배치되고, 친수성 또는 소수성을 띠는 코팅층; 및
    습도를 센싱하도록 이루어지는 습도 센서를 더 포함하고,
    상기 전원 공급부는,
    상기 습도 센서로부터 센싱된 습도가 기준 습도 이상인 경우, 상기 그래핀 층에 전압을 인가하는 것을 특징으로 하는 그래핀 발열 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    온도를 센싱하도록 이루어지는 온도 센서를 더 포함하고,
    상기 전원 공급부는,
    상기 온도 센서로부터 센싱된 온도가 기준 온도 이하인 경우, 상기 그래핀 층에 전압을 인가하는 것을 특징으로 하는 그래핀 발열 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 그래핀 발열 장치는,
    차량용 램프 내부에 배치되는 것을 특징으로 하는 그래핀 발열 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 그래핀 발열 장치는 상기 차량용 램프의 램프 커버 표면에 접착되는 것을 특징으로 하는 그래핀 발열 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 투명기판 하면에 형성되는 접착층을 더 포함하는 것을 특징으로 하고,
    상기 투명기판 하면에 형성되는 접착층은 상기 램프 커버 표면에 접착되는 것을 특징으로 하는 그래핀 발열 장치.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 그래핀 발열 장치는 상기 차량용 램프의 램프 커버와 소정 거리를 두고 결합되는 것을 특징으로 하는 그래핀 발열 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 그래핀 발열 장치는,
    상기 그래핀 층의 상면이 상기 램프 커버 표면을 향하도록 상기 램프커버 표면과 결합되는 것을 특징으로 하는 그래핀 발열 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 그래핀 발열 장치는,
    상기 램프 커버 표면에 탈착 가능하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 그래핀 발열 장치.
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