WO2022197010A2 - 발열체 - Google Patents

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WO2022197010A2
WO2022197010A2 PCT/KR2022/003364 KR2022003364W WO2022197010A2 WO 2022197010 A2 WO2022197010 A2 WO 2022197010A2 KR 2022003364 W KR2022003364 W KR 2022003364W WO 2022197010 A2 WO2022197010 A2 WO 2022197010A2
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layer
heating element
heating
electrode layer
width direction
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박일우
김용환
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Dongwoo Fine Chem Co Ltd
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Dongwoo Fine Chem Co Ltd
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    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00—Ohmic-resistance heating
    • H05B3/20—Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional [2D] plane, e.g. plate-heater
    • H05B3/22—Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional [2D] plane, e.g. plate-heater non-flexible
    • H05B3/28—Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional [2D] plane, e.g. plate-heater non-flexible heating conductor embedded in insulating material
    • H05B3/30—Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional [2D] plane, e.g. plate-heater non-flexible heating conductor embedded in insulating material on or between metallic plates
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00—Ohmic-resistance heating
    • H05B3/02—Details
    • H05B3/03—Electrodes

Definitions

  • the present invention relates to a heating element.
  • the present invention relates to a heating element that can block or minimize the occurrence of thermal imbalance in the heating layer due to differential cooling of the heating element according to the difference in exposure environment.
  • the heating element generates heat by using electricity, and there are various types such as a linear heating element and a planar heating element.
  • the planar heating element is configured in the form of a plate to generate heat from the entire surface, and is widely used in heating pads, car side mirrors, bathroom mirrors, roads, etc. for heating, anti-fog, and anti-icing.
  • a conventional heating element is usually composed of a base layer, an electrode layer, an insulating layer, a heating layer, a protective layer, a lead wire, and the like.
  • the heating layer is formed with a substantially uniform thickness along the width direction. In this case, when differential cooling occurs in the heating layer according to the exposure environment of the heating element, thermal imbalance occurs in the heating layer, thereby reducing the efficiency of the heating element and shortening the lifespan of the heating element.
  • a conventional heating element utilizes a semiconductor process such as an etching process when forming an electrode layer or the like on a base material layer.
  • the photoresist may remain in the electrode layer in the process, or the surface of the electrode layer may be oxidized in the process of removing the photoresist. This phenomenon may increase the interface resistance between the electrode layer and the heating element, thereby reducing the heating efficiency of the heating element.
  • the conventional heating element goes through a process of stacking and pressing a plurality of heating elements in order to increase the bonding strength of the laminated structure and reduce the thickness. Separately performing the lamination pressing process may complicate the manufacturing process and increase the manufacturing cost.
  • An object of the present invention is to provide a heating element capable of offsetting the occurrence of thermal imbalance in the heating layer due to differential cooling of the heating element according to the difference in exposure environment.
  • An object of the present invention is to provide a heating element capable of blocking foreign substances from remaining on the surface of an electrode layer or from oxidation of the electrode layer.
  • an object of the present invention is to provide a heating element capable of reducing the process, facilitating the process, reducing the cost, etc. by excluding the process of laminating and pressing (compressing) the heating element.
  • the heating element of the present invention for achieving this object may include a base layer, an electrode layer, a heating layer, and the like.
  • the electrode layer may be formed to be spaced apart from the base layer.
  • the heating layer may be formed in the spaced apart space of the electrode layer and a portion of the upper surface, and may include a depression in the upper surface central region.
  • the recessed portion may be configured in the form of a line having a predetermined width.
  • the depression may be symmetrical in the width direction.
  • the recessed portion may have a width smaller than the spacing between the electrode layers.
  • the lower end of the depression may be located higher than the upper surface of the electrode layer.
  • the heating layer may have the same volume along the width direction.
  • heating element includes a base layer, an electrode layer, a heating layer, and the like, wherein the heating layer is formed in the spaced apart space and part of the upper surface of the electrode layer, and may have a plurality of through portions in the central region.
  • the penetrating portions may be spaced apart in an island shape and symmetrical in the width direction.
  • the penetrating portion may be located between the spacing between the electrode layers.
  • the penetrating portion may penetrate up to the base layer.
  • the volume of the outer region of the heating layer may be greater than that of the central region in the width direction.
  • Another type of heating element according to the present invention includes a base layer, an electrode layer, a heating layer, and the like, wherein the heating layer is formed in the spaced apart space and part of the upper surface of the electrode layer, and may have a plurality of penetrating portions in the electrode layer region.
  • the penetrating portions may be spaced apart in an island shape and symmetrical in the width direction.
  • the penetrating portion may penetrate to the electrode layer and the base layer.
  • the volume of the outer region of the heating layer may be smaller than that of the central region in the width direction.
  • the heating element described above may include a protective layer formed on the heating layer.
  • the electrode layer may be formed by a roll-to-roll lamination or printing method.
  • the heating layer may be formed by a roll-to-roll coating method.
  • the heating element of the present invention having such a configuration can block or minimize the thermal imbalance of the heating layer due to differential cooling of the heating element by controlling the volume by changing the shape of the heating layer.
  • the heating element of the present invention can block foreign substances from remaining on the surface of the electrode layer or oxidation of the electrode layer by forming the electrode layer by lamination (attaching tape, etc.) or printing method instead of an etching process. Through this, in the heating element of the present invention, it is possible to prevent a decrease in heating efficiency caused by an increase in interfacial resistance between the electrode layer and the heating element.
  • the heating element of the present invention by forming an electrode layer, a heating layer, an insulating layer, a protective layer, etc. in a roll-to-roll method, the pressing process can be performed in advance in the process of forming each component.
  • the heating element of the present invention does not need to separately perform a process of laminating and pressing (compressing) a plurality of heating elements, so that process reduction, process easiness, cost reduction, and the like can be achieved.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view and a plan view of a heating element of one embodiment according to the present invention.
  • FIGS. 2A and 2B are perspective/cross-sectional views illustrating a process of manufacturing a heating element of one type according to the present invention.
  • FIG 3 is a cross-sectional view and a plan view of another type of heating element according to the present invention.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view and a plan view of another type of heating element according to the present invention.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view and a plan view of a heating element of one embodiment according to the present invention.
  • a heating element of one type may include a base layer 110 , an electrode layer 120 , a heating layer 130 , and the like.
  • the base layer 110 is a base material of the heating element, for example, cyclo-olefin polymer (COP), polycarbonate, polyethylene terephthalate (PET), polymethyl methacrylate, polyimide, polyethylene naphthalate, poly It can be composed of an insulating material such as ethersulfone.
  • COP cyclo-olefin polymer
  • PET polyethylene terephthalate
  • PET polymethyl methacrylate
  • polyimide polyethylene naphthalate
  • poly It can be composed of an insulating material such as ethersulfone.
  • the electrode layer 120 may be formed to be spaced apart from the base layer 110 .
  • the electrode layer 120 may be made of a conductive material, for example, silver (Ag), gold (Au), copper (Cu), nickel (Ni), platinum (Pt), palladium (Pd), aluminum (Al), or the like. have.
  • the electrode layer 120 may have a thin film shape. To this end, the electrode layer 120 is formed by attaching a thin conductive metal in the form of a tape onto the base layer 110 in a laminate method, or by using a paste ink containing a conductive material such as silk screen, gravure offset, imprinting, etc. can be printed through
  • the electrode layer 120 when the heating element is configured to have a width of 2,000 mm (may be the same as when the width of the base layer 110 is formed to be 2,000 mm, and the width of 2,000 mm is an exemplary size of the heating element), each exceeds 5 It can be formed with a width of less than 997.5 mm.
  • the width of the electrode layer 120 is 5 mm or less, electrical connection with the heating layer 130 or the leader line may be poor.
  • the electrode layer 120 when the width of the electrode layer 120 is 5 mm or less, when the electrode layer 120 is laminated on the base layer 110 in the form of a tape, the electrode layer 120 may be broken or distorted.
  • the width of the electrode layers 120 is 997.5 mm or more, the distance between the electrode layers 120 is narrowed to within 5 mm, so that a short may occur between the electrode layers 120 .
  • the width of the electrode layer 120 is 997.5 mm or more, the cost of the electrode layer 120 may be excessively high compared to the heating efficiency.
  • the heating layer 130 may be formed in the spaced space of the electrode layer 120 and a portion of the upper surface while electrically connecting the spaced apart electrode layers 120 .
  • the heating layer 130 may be made of a material that can generate heat when electricity is applied, for example, carbon nanotubes (CNT), carbon black, graphene, conductive metal nanowires, conductive oxides (ITO, etc.). have.
  • CNT carbon nanotubes
  • ITO conductive oxides
  • the heating layer 130 may include a depression R in the central region of the upper surface.
  • the depression R may offset or block the thermal imbalance of the heating layer 130 due to differential cooling of the heating element by adjusting the heating volume of the heating layer 130 .
  • the recessed portion R may be formed in the form of a line having a predetermined width formed along the longitudinal direction.
  • the recessed portion R may be formed symmetrically in the width direction with respect to the center line in the width direction. Through this, the heat generated in the heating layer 130 may cause the same change in the width direction.
  • the recessed portion R may have a width smaller than the spacing between the electrode layers 120 . By limiting the width, it is possible to block the decrease in the volume of the heating layer 130 in the electrode layer 120 region, thereby preventing the reverse occurrence of heat imbalance.
  • the depression R may be configured such that the lower end of the depression is located higher than the upper surface of the electrode layer 120 . Through this, it is possible to block or minimize the decrease in the heating efficiency of the heating layer 130 by tunneling both electrode layers 120 in the spaced apart space of the electrode layer 120 .
  • the heating layer 130 may be configured to have the same volume along the width direction through the formation of the depression R. Through this, the same amount of heat may be generated in the heating layer 130 along the width direction.
  • the protective layer protects the heating layer 130 and may be configured to cover the heating layer 130 .
  • any material for coating or film having low electrical conductivity may be used.
  • it may be composed of one or more materials selected from a curable prepolymer, a curable polymer, and a plastic polymer.
  • the protective layer may use a varnish-type material capable of forming a film.
  • varnish-type material examples include polysilicon-based materials such as polydimethylsiloxane (PDMS) and polyorganosiloxane (POS), or polyurethane-based materials such as polyimide-based or spandex.
  • PDMS polydimethylsiloxane
  • POS polyorganosiloxane
  • polyurethane-based materials such as polyimide-based or spandex.
  • These varnish-type materials are flexible insulators, which may increase the extensibility of the heating element and increase the dynamic folding ability.
  • One side of the lead wire may be connected to the electrode layer 120 by bonding and the other side may be connected to a power source (not shown) to supply electricity to the electrode layer 120 from the outside.
  • FIGS. 2A and 2B are perspective/cross-sectional views illustrating a process of manufacturing a heating element of one type according to the present invention.
  • the base layer 110 may be prepared, and the electrode layer 120 may be formed thereon.
  • the base layer 110 may be formed of a film made of polyethylene terephthalate (PET) or the like.
  • the electrode layer 120 may be formed by being spaced apart from the base layer 110 in a laminated manner.
  • a thin conductive tape or the like may be used for lamination of the electrode layer 120 .
  • the thin film conductive tape may be formed by forming a conductive metal in the form of a thin film on a substrate in the form of a film. In this way, when the electrode layer 120 is formed in a lamination (or taping) method, it is possible to block the remaining foreign substances on the electrode layer or oxidation of the electrode layer that may occur in processes such as coating and etching of the conductive metal.
  • the electrode layer 120 when forming the electrode layer 120 on the base layer 110 , if a Roll to Roll method is adopted, the electrode layer 120 may be press-bonded to the base layer 110 . As a result, there is no need to separately perform the lamination pressing (compression bonding) process of the heating element. In addition, the roll-to-roll method can simplify the process and increase the process speed, thereby achieving cost reduction.
  • the heating layer 130 may be formed in the spaced apart space of the electrode layer 120 and a portion of the upper surface.
  • the heating layer 130 may be formed by coating, printing, or the like. In order to simplify the process and omit a separate pressing process, it may be preferable to form the heating layer 130 by a roll-to-roll coating method.
  • a line-shaped depression R may be formed in the central region of the heating layer 130 .
  • the depression R may be formed through a separate compression process after coating the heating layer.
  • Screen printing can adjust the coating thickness by making the mesh of the depression (R) dense.
  • the gravure printing may lower the depth of the offset pattern of the depression (R).
  • the thickness may be adjusted by additionally coating a portion other than the depression (R).
  • the step of forming a protective layer on the heating layer 130 may be additionally performed.
  • the protective layer may electrically, physically, and chemically protect the heating layer 130 .
  • the protective layer may be formed by coating, printing, lamination (tapping), etc., and it may be preferable to form a roll-to-roll lamination (tapping) or coating method in order to simplify the process and omit a separate pressing process.
  • the individual heating element can be formed by cutting it to a desired size.
  • a step of connecting the leader line to the exposed electrode layer 120 may be additionally performed.
  • One side of the leader wire may be bonded to the upper exposed surface of the electrode layer 120 and the other side may be connected to a power source (not shown).
  • FIG 3 is a cross-sectional view and a plan view of another type of heating element according to the present invention.
  • another type of heating element may include a base layer 110 , an electrode layer 120 , a heating layer 130 , and the like.
  • base layer 110 and the electrode layer 120 are the same as the base layer 110 and the electrode layer 120 described above, a detailed description thereof is replaced with the above related description.
  • the heating layer 130 may include a first through portion H1.
  • a plurality of first through portions H1 may be formed in a central region in the width direction of the heating layer 130 .
  • the first through portion H1 may generate more heat in the outer region than in the central region by reducing the volume of the heating layer 130 in the central region in the width direction. Through this, it is possible to offset or block the thermal imbalance of the heating element in an exposed environment in which overcooling occurs in the outer region.
  • the first through portions H1 may be arranged to be spaced apart from each other in an island shape. In this case, it may be preferable to arrange the first through portions H1 symmetrically in the width direction so that the volume change is the same from the center line in the width direction to both sides in the width direction. Through this, the first through portion H1 may have symmetry in the change of generated heat from the center line in the width direction to both sides in the width direction.
  • the first through portion H1 may be positioned between the electrode layers 120 . Through this, the penetration depth of the first through portion H1 may be maximized, and as a result, the effect of changing the volume of the heating layer 130 may be maximized.
  • the first penetrating portion H1 is preferably formed in the heating layer 130 , but may be formed to penetrate up to the base layer 110 for process convenience.
  • the first through part H1 is formed in a manner in which the base layer 110 , the electrode layer 120 , and the heat generating layer 130 are all formed, and then the heat generating layer 130 and the base layer 110 are punched together. can be formed
  • the recessed part is formed on the upper surface of the heating layer 130 , but the recessed part may not be provided.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view and a plan view of another type of heating element according to the present invention.
  • another type of heating element may include a base layer 110 , an electrode layer 120 , a heating layer 130 , and the like.
  • base layer 110 and the electrode layer 120 are the same as the base layer 110 and the electrode layer 120 described above, a detailed description thereof is replaced with the above related description.
  • the heating layer 130 may include a second through portion H2.
  • a plurality of second through portions H2 may be formed in a region outside the width direction of the heating layer 130 , for example, in the region of the electrode layer 120 , and may be arranged to be spaced apart in an island shape.
  • the second through portion H2 may generate more heat in the central region than in the outer region by reducing the volume of the heating layer 130 in the outer region in the width direction. Through this, it is possible to offset or block the thermal imbalance of the heating element in an exposed environment in which overcooling occurs in the central region.
  • the second through portions H2 may be symmetrically in the width direction so that the volume change becomes the same from the center line in the width direction to both sides in the width direction.
  • the second through portion H2 may have symmetry in the change in heat generated from the center line in the width direction to both ends in the width direction.
  • the second through portion H2 is preferably formed in the heating layer 130 .
  • the electrode layer 120 and the substrate layer 110 may be formed to penetrate.
  • the second through portion H2 may be formed by forming all of the base layer 110 , the electrode layer 120 , and the heating layer 130 , and then punching them all together.
  • the recessed part is formed on the upper surface of the heating layer 130 , but the recessed part may not be provided.
  • heating layer R depression
  • H1, H2 first and second penetration parts

Landscapes

  • Resistance Heating (AREA)

Abstract

발열체는 기재층, 기재층에 이격 형성되는 전극층, 그리고 전극층의 이격 공간 및 상면 일부에 형성되고 상면 중앙 영역에 함몰부를 구비하는 발열층을 포함한다.

Description

발열체
본 발명은 발열체에 관한 것이다. 상세하게는, 본 발명은 노출 환경 차이에 따른 발열체의 차등 냉각으로 발열층에 열적 불균형이 발생하는 것을 차단 내지 최소화할 수 있는 발열체에 관한 것이다.
발열체는 전기를 이용하여 열을 발생하는 것으로, 선상 발열체, 면상 발열체 등 다양한 형태가 있다. 예를 들어, 면상 발열체는 면(Plate) 형태로 구성하여 면 전체에서 열이 발생하게 하는 것으로, 히팅 패드, 자동차 사이드 미러, 욕실 거울, 도로 등에서 난방, 김서리 방지, 결빙 방지 등에 널리 사용되고 있다.
종래의 발열체는 보통 기재층, 전극층, 절연층, 발열층, 보호층, 인출선 등으로 구성하고 있다. 종래기술에서, 발열층은 폭방향을 따라 대체로 균일한 두께로 형성하고 있다. 이 경우, 발열체의 노출 환경에 따라 발열층에 차등 냉각이 발생하면, 발열층에 열적 불균형이 생겨 발열체의 효율이 떨어지고 수명도 단축될 수 있다.
종래의 발열체는 기재층에 전극층 등을 형성할 때 에칭 공정 등의 반도체 공정을 활용하고 있다. 그런데, 공정에서 포토레지스트가 전극층에 잔존하거나, 포토레지스트를 제거하는 과정에서 전극층 표면이 산화될 수 있다. 이러한 현상은 전극층과 발열체 사이의 계면 저항을 증가시켜 발열체의 발열 효율을 떨어뜨릴 수 있다.
또한, 종래의 발열체는 적층 구조의 결합력을 높이고 두께를 줄이기 위해 다수의 발열체를 적층 가압하는 과정을 거친다. 이러한 적층 가압 공정의 별도 수행은 제조 공정을 복잡하게 하고 제조 원가도 증가시킬 수 있다.
본 발명은 노출 환경 차이에 따른 발열체의 차등 냉각으로 발열층에 열적 불균형이 발생하는 것을 상쇄시킬 수 있는 발열체를 제공하고자 한다.
본 발명은 전극층 표면에 이물질이 잔존하거나 전극층이 산화되는 것을 차단할 수 있는 발열체를 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 발열체를 적층 가압(압착)하는 공정을 제외함으로써 공정 축소, 공정 용이, 원가 절감 등을 도모할 수 있는 발열체를 제공하고자 한다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 발열체는 기재층, 전극층, 발열층 등을 포함할 수 있다.
전극층은 기재층에 이격 형성될 수 있다.
발열층은 전극층의 이격 공간 및 상면 일부에 형성되고 상면 중앙 영역에 함몰부를 구비할 수 있다.
본 발명의 발열체에서, 함몰부는 일정 폭을 갖는 라인 형태로 구성할 수 있다.
본 발명의 발열체에서, 함몰부는 폭방향으로 대칭될 수 있다.
본 발명의 발열체에서, 함몰부는 전극층의 이격 간격보다 작은 폭을 가질 수 있다.
본 발명의 발열체에서, 함몰부는 함몰 하단이 전극층의 상면보다 높게 위치할 수 있다.
본 발명의 발열체에서, 발열층은 폭방향을 따라 동일 체적을 가질 수 있다.
본 발명에 따른 다른 형태의 발열체는 기재층, 전극층, 발열층 등을 포함하되, 발열층은 전극층의 이격 공간 및 상면 일부에 형성되고 중앙 영역에 다수의 관통부를 구비할 수 있다.
본 발명에 따른 다른 형태의 발열체에서, 관통부는 섬 형태로 이격되고 폭방향으로 대칭될 수 있다.
본 발명에 따른 다른 형태의 발열체에서, 관통부는 전극층의 이격 간격 사이에 위치할 수 있다.
본 발명에 따른 다른 형태의 발열체에서, 관통부는 기재층까지 관통할 수 있다.
본 발명에 따른 다른 형태의 발열체에서, 발열층은 폭방향을 따라 중앙 영역보다 외측 영역의 체적이 클 수 있다.
본 발명에 따른 또다른 형태의 발열체는 기재층, 전극층, 발열층 등을 포함하되, 발열층은 전극층의 이격 공간 및 상면 일부에 형성되고 전극층 영역에 다수의 관통부를 구비할 수 있다.
본 발명에 따른 또다른 형태의 발열체에서, 관통부는 섬 형태로 이격되고 폭방향으로 대칭될 수 있다.
본 발명에 따른 또다른 형태의 발열체에서, 관통부는 전극층 및 기재층까지 관통할 수 있다.
본 발명에 따른 또다른 형태의 발열체에서, 발열층은 폭방향을 따라 중앙 영역보다 외측 영역의 체적이 작을 수 있다.
위에서 설명한 발열체는 발열층에 형성되는 보호층을 포함할 수 있다.
위에서 설명한 발열체에서, 전극층은 롤투롤 라미네이트 또는 인쇄 방식으로 형성할 수 있다.
위에서 설명한 발열체에서, 발열층은 롤투롤 코팅 방식으로 형성할 수 있다.
이러한 구성을 갖는 본 발명의 발열체는 발열층의 형상 변경을 통해 체적을 조절함으로써 발열체의 차등 냉각에 따른 발열층의 열적 불균형을 차단 내지 최소화할 수 있다.
본 발명의 발열체는 에칭 공정이 아닌 라미네이트(테이프 부착 등) 또는 인쇄 방식으로 전극층을 형성함으로써 전극층 표면에 이물질이 잔존하거나 전극층이 산화되는 것을 차단할 수 있다. 이를 통해, 본 발명의 발열체는 전극층과 발열체 사이에서 계면 저항이 증가하여 발생하는 발열 효율 저하를 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 발열체는 롤투롤 방식으로 전극층, 발열층, 절연층, 보호층 등을 형성함으로써 각 구성요소의 형성 과정에서 가압 공정을 선행적으로 수행할 수 있다. 그 결과, 본 발명의 발열체는 다수의 발열체를 적층 가압(압착)하는 공정을 별도로 수행할 필요가 없어, 공정 축소, 공정 용이, 원가 절감 등을 달성할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 일 형태의 발열체의 단면도 및 평면도이다.
도 2a,2b는 본 발명에 따른 일 형태의 발열체를 제조하는 과정을 도시하는 공정 사시/단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 다른 형태의 발열체의 단면도 및 평면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 또다른 형태의 발열체의 단면도 및 평면도이다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 일 형태의 발열체의 단면도 및 평면도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 일 형태의 발열체는 기재층(110), 전극층(120), 발열층(130) 등을 포함할 수 있다.
기재층(110)은 발열체의 기재로서, 예를 들어 시클로올레핀폴리머(cyclo-olefin polymer: COP), 폴리카보네이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리이미드, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리에테르설폰 등의 절연물로 구성할 수 있다.
전극층(120)은 기재층(110)에 이격되어 형성될 수 있다. 전극층(120)은 도전성 재질, 예를 들어 은(Ag), 금(Au), 구리(Cu), 니켈(Ni), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 알루미늄(Al) 등으로 구성할 수 있다. 전극층(120)은 박막 필름 형상으로 구성할 수 있다. 이를 위해서, 전극층(120)은 테이프(tape) 형태의 박막 도전 금속을 라미네이트(laminate) 방식으로 기재층(110) 상에 부착하거나 도전성 재질을 포함하는 페이스트 잉크로 실크 스크린, 그라비아 옵셋, 임프린팅 등을 통하여 인쇄할 수 있다.
전극층(120)은, 발열체를 2,000mm 폭으로 구성하는 경우(기재층(110)의 폭을 2,000mm로 형성하는 경우와 동일할 수 있고, 2,000mm 폭은 발열체의 예시 크기임), 각각 5 초과 997.5 ㎜ 미만의 폭으로 형성할 수 있다.
전극층(120)의 폭이 5mm 이하이면, 발열층(130) 또는 인출선과의 전기적 접속이 불량될 수 있다. 특히, 전극층(120)의 폭이 5mm 이하이면, 전극층(120)을 테이프 형태로 기재층(110)에 라미네이트하는 경우에 전극층(120)이 끊어지거나 뒤틀릴 수 있다.
한편, 전극층(120)의 폭이 997.5mm 이상이면, 전극층(120) 사이의 간격이 5mm 이내로 좁아져서 전극층(120) 사이에 쇼트(shortage)가 발생할 수 있다. 또한, 전극층(120)의 폭이 997.5mm 이상이면, 발열 효율에 비해 전극층(120)의 비용이 지나치게 높아질 수 있다.
발열층(130)은 이격된 전극층(120)을 전기적으로 연결하면서 전극층(120)의 이격 공간과 상면 일부에 형성될 수 있다.
발열층(130)은 전기가 인가될 때 열을 발생할 수 있는 재질, 예를 들어 탄소나노튜브(CNT), 카본 블랙, 그래핀, 도전금속 나노와이어, 도전 산화물(ITO 등) 등으로 구성할 수 있다.
발열층(130)은 상면의 중앙 영역에 함몰부(R)를 구비할 수 있다. 함몰부(R)는 발열층(130)의 발열 체적을 조절함으로써, 발열체의 차등 냉각에 따른 발열층(130)의 열적 불균형을 상쇄 또는 차단할 수 있다.
함몰부(R)은 길이방향을 따라 형성되는 일정 폭을 갖는 라인 형태로 구성할 수 있다.
함몰부(R)는 폭방향 중심선에 대해 폭방향으로 대칭되게 형성할 수 있다. 이를 통해, 발열층(130)에서 발생하는 열이 폭방향을 따라 동일한 변화를 야기하게 할 수 있다.
함몰부(R)는 전극층(120)의 이격 간격보다 작은 폭으로 구성할 수 있다. 이러한 폭 제한을 통해, 전극층(120) 영역에서 발열층(130)의 체적이 감소하는 것을 차단함으로써, 열의 불균형이 역 발생하는 것을 차단할 수 있다.
함몰부(R)는 함몰 하단이 전극층(120)의 상면보다 높게 위치하도록 구성할 수 있다. 이를 통해, 전극층(120)의 이격 공간에서 양측 전극층(120)이 터널링됨으로써 발열층(130)의 발열 효율이 떨어지는 것을 차단 내지 최소화할 수 있다.
발열층(130)은 함몰부(R) 형성을 통해 폭방향을 따라 체적이 동일해지도록 구성할 수 있다. 이를 통해, 발열층(130)에서 폭방향을 따라 동일한 양의 열이 발생되게 할 수 있다.
보호층은 발열층(130)을 보호하는 것으로 발열층(130)을 커버하는 형태로 구성할 수 있다. 보호층은 전기 전도도가 낮은 코팅용 또는 필름 재질이면 어떤 것이든 사용할 수 있는데, 예를 들어 경화성 프리폴리머, 경화성 폴리머, 가소성 폴리머에서 선택되는 하나 이상의 물질로 구성할 수 있다.
보호층은 필름화가 가능한 바니쉬(varnish) 타입의 재료를 사용할 수도 있다. 바니쉬 타입의 재료로는 폴리다이메틸실록산(PDMS: polydimethylsiloxane), 폴리오가노실록산(POS: polyorganosiloxane) 등의 폴리실리콘계 또는 폴리이미드계 또는 스판덱스 등의 폴리우레탄계 등이 있다. 이러한 바니쉬 타입의 재료들은 연성 절연물로서 발열체의 연신성을 높이고 다이나믹 폴딩 능력을 높일 수 있다.
인출선은 일측이 전극층(120)에 본딩 접속하고 타측은 전원(미도시)에 접속하여 외부로부터 전기를 전극층(120)에 공급할 수 있다.
도 2a,2b는 본 발명에 따른 일 형태의 발열체를 제조하는 과정을 도시하는 공정 사시/단면도이다.
먼저, 도 2a에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 일 형태의 발열체를 제조하는 방법은, 기재층(110)을 준비하고, 그 위에 전극층(120)을 형성할 수 있다.
기재층(110)은 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethylene terephthalate: PET) 등을 재질로 하는 필름을 사용할 수 있다.
전극층(120)은 기재층(110)에 라미네이트 방식으로 이격시켜 형성할 수 있다. 전극층(120)의 라미네이트에는 박막 도전 테이프 등을 이용할 수 있다. 박막 도전 테이프는 필름 형태의 기재에 도전 금속을 박막 형태로 형성한 것일 수 있다. 이와 같이, 전극층(120)을 라미네이트(또는 테이핑) 방식으로 형성하면, 도전 금속의 코팅, 식각 등의 공정에서 발생할 수 있는 전극층 상의 이물질 잔존이나 전극층 산화를 차단할 수 있다.
도 2a의 단계에서, 기재층(110)에 전극층(120)을 형성할 때, 롤투롤(Roll to Roll) 방식을 채택하면, 기재층(110)에 전극층(120)을 가압 결합할 수 있다. 그 결과, 발열체의 적층 가압(압착) 공정을 별도 수행할 필요가 없다. 또한, 롤투롤 방식은 공정을 단순화하고 공정 속도를 높일 수 있어, 원가 절감도 달성할 수 있다.
다음으로, 도 2b와 같이, 전극층(120)의 이격 공간과 상면 일부에 발열층(130)을 형성할 수 있다.
발열층(130)은 코팅, 인쇄 등의 방식으로 형성할 수 있는데, 공정 간소화, 별도의 가압 공정 생략 등을 위해서는 롤투롤 코팅 방식으로 형성하는 것이 바람직할 수 있다.
도 2b에서, 발열층(130)의 중앙 영역에 라인 형태의 함몰부(R)를 형성할 수 있다. 함몰부(R)는 발열층을 코팅한 후 별도의 압착 공정 등을 통해 형성할 수 있다.
스크린 인쇄는 함몰부(R)의 메쉬를 촘촘히 하여 코팅 두께를 조절할 수 있다. 그라비아 인쇄는 함몰부(R)의 옵셋 패턴의 깊이를 낮게 할 수 있다. 또한, 코팅 방식에서는 함몰부(R) 이외의 부분을 추가 코팅하여 두께를 조절할 수도 있다.
발열층(130)에 보호층을 형성하는 단계를 추가로 수행할 수 있다. 보호층은 발열층(130)을 전기, 물리, 화학적으로 보호할 수 있다.
보호층은 코팅, 인쇄, 라미네이트(테이핑) 등의 방식으로 형성할 수 있는데, 공정 간소화, 별도의 가압 공정 생략 등을 위해서 롤투롤 라미네이트(테이핑) 또는 코팅 방식으로 형성하는 것이 바람직할 수 있다.
보호층을 형성한 발열체가 벌크 형태이면, 원하는 크기로 절단하여 개별 발열체를 형성할 수 있다.
노출된 전극층(120)에 인출선을 연결하는 단계를 추가로 수행할 수 있다. 인출선은 일측이 전극층(120)의 상측 노출면에 본딩되고 타측은 전원(미도시)에 연결될 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 다른 형태의 발열체의 단면도 및 평면도이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 다른 형태의 발열체는 기재층(110), 전극층(120), 발열층(130) 등을 포함할 수 있다.
기재층(110) 및 전극층(120)은 위에서 설명한 기재층(110) 및 전극층(120)과 동일하므로, 이들에 대한 상세한 설명은 위의 관련 설명으로 갈음한다.
다른 형태의 발열체에서, 발열층(130)은 제1 관통부(H1)를 구비할 수 있다.
제1 관통부(H1)는 발열층(130)의 폭방향 중앙 영역에 다수를 형성할 수 있다. 제1 관통부(H1)는 폭방향 중앙 영역에서 발열층(130)의 체적을 감소시킴으로써 중앙 영역보다 외측 영역에서 더 많은 열을 발생시킬 수 있다. 이를 통해, 외측 영역에서 과냉각이 발생하는 노출 환경에서 발열체의 열적 불균형을 상쇄 내지 차단할 수 있다.
제1 관통부(H1)는 섬(island) 형태로 이격 배열할 수 있다. 이 경우, 제1 관통부(H1)는 폭방향으로 대칭되게 배열하여, 폭방향 중심선에서 폭방향 양측으로 가면서 체적 변화가 동일해지도록 구성하는 것이 바람직할 수 있다. 이를 통해, 제1 관통부(H1)는 폭방향 중심선에서 폭방향 양측으로 가면서 발생 열의 변화에 대칭성을 갖게 할 수 있다.
제1 관통부(H1)는 전극층(120)의 이격 간격 사이에 위치할 수 있다. 이를 통해, 제1 관통부(H1)의 관통 깊이를 최대로 할 수 있고, 그 결과 발열층(130)의 체적 변화 효과를 최대화할 수 있다.
도 3에서, 제1 관통부(H1)는 발열층(130)에 형성하는 것이 바람직하나, 공정 편의를 위해 기재층(110)까지 관통되게 형성할 수도 있다. 이 경우, 제1 관통부(H1)는 기재층(110), 전극층(120), 발열층(130)을 모두 형성한 후, 발열층(130)과 기재층(110)을 일괄 타공하는 방식으로 형성할 수 있다.
도 3에서, 발열층(130)의 상면에 함몰부를 형성하는 것으로 도시하고 있으나, 함몰부를 구비하지 않을 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 또다른 형태의 발열체의 단면도 및 평면도이다.
도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 또다른 형태의 발열체는 기재층(110), 전극층(120), 발열층(130) 등을 포함할 수 있다.
기재층(110) 및 전극층(120)은 위에서 설명한 기재층(110) 및 전극층(120)과 동일하므로, 이들에 대한 상세한 설명은 위의 관련 설명으로 갈음한다.
또다른 형태의 발열체에서, 발열층(130)은 제2 관통부(H2)를 구비할 수 있다.
제2 관통부(H2)는 발열층(130)의 폭방향 외측 영역, 예를 들어 전극층(120) 영역에 다수를 형성할 수 있고, 섬(island) 형태로 이격 배열할 수 있다.
제2 관통부(H2)는 폭방향 외측 영역에서 발열층(130)의 체적을 감소시킴으로써 외측 영역보다 중앙 영역에서 더 많은 열을 발생시킬 수 있다. 이를 통해, 중앙 영역에서 과냉각이 발생하는 노출 환경에서 발열체의 열적 불균형을 상쇄 내지 차단할 수 있다.
제2 관통부(H2)는 폭방향으로 대칭되게 배열하여, 폭방향 중심선에서 폭방향 양측으로 가면서 체적 변화가 동일해지도록 구성하는 것이 바람직할 수 있다. 이를 통해, 제2 관통부(H2)는 폭방향 중심선에서 폭방향 양측 단부로 가면서 발생 열의 변화에 대칭성을 갖게 할 수 있다.
제2 관통부(H2)는 발열층(130)에 형성하는 것이 바람직하다. 다만, 공정 편의를 위해 전극층(120) 및 기재층(110)까지 관통되게 형성할 수도 있다. 이 경우, 제2 관통부(H2)는 기재층(110), 전극층(120), 발열층(130)을 모두 형성한 후, 이들을 일괄 타공하는 방식으로 형성할 수 있다.
도 4에서, 발열층(130)의 상면에 함몰부를 형성하는 것으로 도시하고 있으나, 함몰부를 구비하지 않을 수 있다.
이상, 본 발명을 실시예로서 설명하였는데, 이들은 본 발명을 예증하기 위한 것이다. 통상의 기술자라면 이러한 실시예를 다른 형태로 변형하거나 수정할 수 있을 것이다. 그러나, 본 발명의 권리범위는 아래의 특허청구범위에 의해 정해지므로, 그러한 변형이나 수정은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석될 수 있다.
[부호의 설명]
110 : 기재층 120 : 전극층
130 : 발열층 R : 함몰부
H1,H2 : 제1,2 관통부

Claims (18)

  1. 기재층;
    상기 기재층에 이격 형성되는 전극층;
    상기 전극층의 이격 공간 및 상면 일부에 형성되고, 상면 중앙 영역에 함몰부를 구비하는 발열층을 포함하는, 발열체.
  2. 제1항에 있어서, 상기 함몰부는
    일정 폭을 갖는 라인 형태로 구성되는, 발열체.
  3. 제2항에 있어서, 상기 함몰부는
    폭방향으로 대칭되는, 발열체.
  4. 제2항에 있어서, 상기 함몰부는
    상기 전극층의 이격 간격보다 작은 폭을 갖는, 발열체.
  5. 제2항에 있어서, 상기 함몰부는
    함몰 하단이 상기 전극층의 상면보다 높게 위치하는, 발열체.
  6. 제1항에 있어서, 상기 발열층은
    폭방향을 따라 동일 체적을 갖는, 발열체.
  7. 기재층;
    상기 기재층에 이격 형성되는 전극층;
    상기 전극층의 이격 공간 및 상면 일부에 형성되고, 중앙 영역에 다수의 관통부를 구비하는 발열층을 포함하는, 발열체.
  8. 제7항에 있어서, 상기 관통부는
    섬 형태로 이격되고 폭방향으로 대칭되는, 발열체.
  9. 제8항에 있어서, 상기 관통부는
    상기 전극층의 이격 간격 사이에 위치하는, 발열체.
  10. 제9항에 있어서, 상기 관통부는
    상기 기재층까지 관통하는, 발열체.
  11. 제7항에 있어서, 상기 발열층은
    폭방향을 따라 중앙 영역보다 외측 영역의 체적이 큰, 발열체.
  12. 기재층;
    상기 기재층에 이격 형성되는 전극층;
    상기 전극층의 이격 공간 및 상면 일부에 형성되고, 상기 전극층 영역에 다수의 관통부를 구비하는 발열층을 포함하는, 발열체.
  13. 제12항에 있어서, 상기 관통부는
    섬 형태로 이격되고 폭방향으로 대칭되는, 발열체.
  14. 제13항에 있어서, 상기 관통부는
    상기 전극층 및 기재층까지 관통하는, 발열체.
  15. 제12항에 있어서, 상기 발열층은
    폭방향을 따라 중앙 영역보다 외측 영역의 체적이 작은, 발열체.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 발열층에 형성되는 보호층을 포함하는, 발열체.
  17. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전극층은
    롤투롤 라미네이트 또는 인쇄 방식으로 형성되는, 발열체.
  18. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 발열층은
    롤투롤 코팅 방식으로 형성되는, 발열체.
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