HEATING ELEMENT AND MANUFACTURING METHOD THEREOF

07-07-2011 дата публикации
Номер:
KR2011081456A2
Принадлежит:
Контакты:
Номер заявки: KR95-00-201015
Дата заявки: 29-12-2010

발열체 및 이의 제조방법
[1]

본 발명은 발열체 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 눈에 잘 띠지 않고, 저전압에서 발열 성능이 우수하며, 빛의 회절과 간섭을 최소화할 수 있는 패턴과 상기 패턴 위에 형성된 코팅막을 포함하는 발열체 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 본 출원은 2009년 12월 29일에 한국특허청에 제출된 한국 특허 출원 제10-2009-0132681호의 출원일의 이익을 주장하며, 그 내용 전부는 본 명세서에 포함된다.

[2]

겨울철이나 비 오는 날에는 자동차 외부와 내부의 온도 차이에 의해 자동차 유리에 성에가 발생한다. 또한 실내 스키장의 경우 슬로프가 있는 내부와 슬로프 외부의 온도 차이에 의해 결로 현상이 발생한다. 이를 해결하기 위하여 발열 유리가 개발되었다. 발열 유리는 유리 표면에 열선 시트를 부착하거나 유리 표면에 직접 열선을 형성한 후 열선의 양 단자에 전기를 인가하여 열선으로부터 열을 발생시키고 이에 의하여 유리 표면의 온도를 올리는 개념을 이용한다. 자동차용 또는 건축용 발열 유리는 열을 원활히 발생시키기 위하여 낮은 저항을 갖는 것도 중요하지만, 사람 눈에 거슬리지 않아야 한다. 이 때문에 기존의 투명 발열 유리는 ITO (Indium Tin Oxide)나 Ag 박막과 같은 투명 도전 재료를 스퍼터링(Sputtering) 공정을 통해 발열층을 형성한 후에 전극을 앞 끝단에 연결하여 제조하는 방법들이 제안이 되었다. 그러나, 이와 같은 방법에 따른 발열유리는 높은 면저항으로 인하여 40V이하의 저전압에서 구동되기 힘든 문제가 있었다.

[3]

340V 이하의 저전압에서 구동되면서 유리 표면의 온도 상승을 통한 성에 및 서리를 제거하기 위해서는 1 오옴/스퀘어 이하의 저항값을 가지는 발열체를 필요로 하며 이를 구현하기 위한 방법은 현재 금속 열선을 형성하는 방법 밖에는 없다. 현재 금속 열선을 형성하는 방법은 3가지 방식으로 나눌 수 있다. 첫번째 방법은 인쇄법을 이용하여 금속 페이스트를 투명기재에 형성한 후 열소성을 하는 방법이다. 두번째 방법은 을 접착층을 이용하여 라미네이션 한 투명 기재 위에 에칭저항막을 패터닝 한 후, 을 식각하는 방식이다. 세번째 방법은 은염이 코팅된 투명 기재 위에 포토그래프(photograph) 방식을 이용하여 은 패턴을 형성한 후, 도금을 통하여 원하는 면저항을 얻을 때까지 패턴 두께를 높이는 방식이다.

[4]

첫번째와 세번째 방식의 경우, 금속 패턴의 두께를 3 ㎛이상으로 형성하기 위해서는 공정적으로 힘들거나 시간이 오래 걸리는 단점이 있는 반면에 둘째 방식의 경우 10 ㎛의 금속 박막을 라미네이션 함으로써 원하는 두께를 바로 형성할 수 있다는 장점이 있다.

[5]

이 때 두번째 방식에서는 금속 박막을 접착층을 통하여 바로 투명 기재에 바로 라미네이션 하는데 이때 사용하는 금속 박막으로서 롤 방식에 의해서 만든 제품을 주로 사용한다. 상기 금속 박막은 롤공정의 특징 상 롤이 구르는 방향으로 롤 자국이 형성되어 있다. 상기 라미네이션 공정 중에 금속 박막에 형성된 롤 자국은 신축성이 있는 접착층에 전사되게 되고, 접착층에 한 방향으로 전사된 자국은 에칭 공정 후에도 그대로 남게 된다. 한 방향으로 정렬된 자국은 자동차의 헤드램프와 같은 단일광원과 만나게 되면 회절/간섭 현상으로 인하여 상기 정렬된 자국과 수직인 방향으로 빛을 산란시키게 됨으로써 제품의 적용을 힘들게 하는 문제가 있다.

[6]

접착층의 거칠기에 의한 탁도 개선을 위하여 접착층과 굴절율이 비슷한 접착층이 있는 제품으로 라미네이션을 한번 더 하는 경우가 제시되어 있으나 이를 통하여 상기 산란 문제를 개선하지 못하는 문제가 있다.

[7]

전술한 종래기술의 문제를 해결하기 위하여, 본 발명은 눈에 잘 띠지 않고 일몰 후에 단일 광원에서의 회절과 간섭에 의한 부작용을 최소화할 수 있으며 저전압에서 발열 성능이 우수한 패턴과 상기 패턴 위에 형성된 코팅막을 구비한 발열체 및 이의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

[8]

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 하나의 실시상태는 투명기재, 상기 투명기재의 적어도 일면에 구비된 접착제층, 상기 접착제층 상에 구비된 전도성 발열선, 상기 전도성 발열선 및 상기 발열선에 의하여 덮여있지 않은 접착제층의 상면을 캡슐화하는 코팅막, 상기 전도성 발열선과 전기적으로 연결된 버스 바 및 상기 버스 바와 연결된 전원부를 포함하는 발열체를 제공한다.

[9]

본 발명의 또 하나의 실시상태는 투명기재 상에 접착제층을 이용하여 금속 박막을 라미네이션하는 단계; 에칭 저항 패턴을 이용하여 상기 금속 박막을 식각함으로써 전도성 발열선을 형성하는 단계, 상기 발열선 및 상기 발열선에 의하여 덮여있지 않은 접착제층의 상면을 캡슐화하는 코팅막을 형성하는 단계, 상기 전도성 발열선과 전기적으로 연결된 버스바를 형성하는 단계 및 상기 버스바와 연결된 전원부를 형성하는 단계를 포함하는 발열체의 제조방법을 제공한다. 상기 에칭 저항 패턴은 포토리소그래피(photolithography) 또는 인쇄법을 이용하여 형성할 수 있다.

[10]

본 발명에 따른 발열체는 일몰 후에 단일광원의 회절과 간섭에 의한 부작용을 최소화할 수 있을 뿐만 아니라 저전압에서 발열 성능이 우수하고, 눈에 띄지 않는 발열체로서 제조될 수 있다.

[11]

도 1은 패턴이 있는 투명기재의 면저항을 측정하기 위한 모식도 이다.

[12]

도 2 내지 3은 본 발명의 일 실시상태에 따라 보로노이 다이어그램 제너레이터를 이용한 패턴 형성을 예시한 것이다.

[13]

도 4 내지 6은 본 발명에 따른 발열체의 전도성 발열선의 패턴을 예시한 것이다.

[14]

도 7은 본 발명의 일 실시상태에 따라 델로니 패턴 제너레이터를 이용한 패턴 형성을 예시한 것이다.

[15]

도 8 내지 도 10은 본 발명에 따른 발열체의 전도성 발열선의 패턴을 예시한 것이다.

[16]

도 11은 본 발명의 일 실시상태에 따라 델로니 패턴 제너레이터의 배치를 예시한 것이다.

[17]

도 12 및 도 13은 본 발명의 일 실시 상태에 따른 발열체의 수직 단면 모식도 이다.

[18]

도 14는 본 발명에 따른 발열체를 통과한 빛의 강도의 측정을 위한 장치 구성을 도식화한 것이다.

[19]

도 15는 실시예 및 비교예에서 사용된 발열선 패턴을 나타낸 것이다.

[20]

도 16 및 도 17은 실시예 및 비교예에서 제조된 발열체에 의한 간섭 무늬의 사진을 나타낸 것이다.

[21]

이하 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

[22]

본 발명에 따른 발열체는 투명기재, 상기 투명기재의 적어도 일면에 구비된 접착제층, 상기 접착제층 상에 구비된 전도성 발열선, 상기 전도성 발열선 및 상기 발열선에 의하여 덮여있지 않은 접착제층의 상면을 캡슐화하는 코팅막, 상기 전도성 발열선과 전기적으로 연결된 버스 바 및 상기 버스 바와 연결된 전원부를 포함하는 발열체를 갖는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따른 발열체는 상기 전도성 발열선을 형성하기 위한 금속 박막을 상기 투명기재에 접착하기 위한 접착제층을 투명기기재 상에 구비한다.

[23]

배경기술에 기재한 바와 같이 발열체의 전도성 발열선이 금속 박막이 접착제층에 의해서 라미네이션된 투명기재를 이용하여 형성되는 경우, 금속 박막에 형성된 롤 자국이 접착제층으로 전사되기 때문에 접착층에 굴곡이 생긴다. 상기 접착제층에 생기는 굴곡은 롤의 회전에 의하여 발생하는 것이므로, 일반적으로 규칙적인 형상으로 나타난다. 상기 규칙적인 굴곡으로 형성된 계면상의 굴절율 차이에 의하여 빛의 회절 및 간섭 무늬가 나타날 수 있다. 상기 무늬들은 자동차의 헤드라이트나 가로등과 같이 일몰 후에 존재하는 단일 광원에 의하여 그 효과가 극대화된다. 따라서, 상기 굴곡을 갖는 발열체를 자동차 앞유리에 적용하는 경우 상기와 같은 빛의 회절 및 간섭 무늬는 운전자의 안전과 피로도를 심화시킬 수 있다는 문제가 있다. 상기의 회절 및 간섭 무늬는 상기 기재 위에 PVB와 같은 수지 필름을 이용한 접합공정 이나 다른 접착층이 구비된 필름과의 라미네이션 공정으로는 제거될 수 없다.

[24]

본 발명에서는 1 마이크로미터 이상, 바람직하게는 3 마이크로미터 내지 12 마이크로미터, 더 바람직하게는 5 마이크로미터 이상의 두께를 가지는 금속 박막을 투명 기재 상에 접착제로 라미네이션된 제품을 기반으로 제조된다. 상기 금속 박막의 두께의 상한은 상기 발열체의 최종 용도에 따라 결정될 수 있으며, 그 두께에 특별히 한정되는 것은 아니다.

[25]

금속 박막의 재료로는 구리 또는 알루미늄을 사용하는 것이 바람직하나 이에 한정되는 것은 아니다. 접착제층으로는 접착필름을 사용할 수도 있고 기재 위에 접착성분이 코팅된 제품을 사용할 수도 있다.

[26]

본 발명에 있어서, 상기 투명기재로는 특별히 한정되지 않으나, 빛투과율이 50 % 이상, 바람직하게는 75 % 이상인 것이 바람직하다. 구체적으로, 상기 투명기재로는 유리를 사용할 수도 있고, 플라스틱 기판 또는 플라스틱 필름을 사용할 수 있다. 플라스틱 필름을 사용하는 경우에는 전도성 발열선 패턴을 형성한 후, 기재의 적어도 일면에 유리를 합착하는 것이 바람직하다. 이 때 투명기재의 전도성 발열선 패턴이 형성된 면에 유리 또는 플라스틱 기판을 합착하는 것이 더욱 바람직하다. 상기 플라스틱 기판 또는 필름으로는 당기술분야에 알려져 있는 재료를 사용할 수 있으며, 예컨대 PET(Polyethylene terephthalate), PVB(polyvinylbutyral), PEN(polyethylene naphthalate), PES(polyethersulfon), PC(polycarbonate), 아세틸 셀룰로이드와 같은 가시광 투과율 80 % 이상의 필름이 바람직하다. 상기 플라스틱 필름의 두께는 12.5 내지 500 마이크로미터인 것이 바람직하고, 30 내지 150 마이크로미터인 것이 바람직하다.

[27]

상기 금속 박막이 접착제층에 의하여 라미네이션된 투명기재 위에 에칭 저항 패턴 형성을 위하여 인쇄 방식과 포토리소그래피 방식을 사용할 수 있다. 인쇄 방식으로는 5~100 ㎛의 선폭을 인쇄할 수 있는 리버스 오프셋 인쇄(reverse offset printing) 방식 또는 그라비어 오프셋(gravure offset) 방식을 사용할 수 있다. 상기의 에칭 저항층은 노블락 계열, 아크릴 계열, 실리콘 계열의 물질을 사용할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 포토리소그래피를 이용하는 경우, 포토레지스트(Photoresist) 물질을 이용하여 에칭 저항 패턴을 형성할 수 있으며, 특히 롤 공정에 적용하기 위하여 드라이 필름 레지스트(Dry film resist)를 사용할 수도 있다.

[28]

상기 에칭 저항 패턴은 단일광원에 의한 회절/간섭을 최소화 하기 위하여 불규칙적인 패턴이 유리하나 직경 20 cm의 임의의 원에 대한 투과율 편차가 5% 이하를 가지는 패턴 밀도를 가지는 것이 바람직하다. 또한 웨이브 패턴(wave pattern)과 같은 규칙 패턴의 경우, 패턴을 이루는 선들 간의 간격이 2 ㎜ 이상 인 것이 바람직하다.

[29]

상기 금속 박막을 식각하여 전도성 발열선을 형성하는 공정은 당기술분야에 알려져 있는 식각 방법을 이용하여 수행할 수 있다. 예컨대, 상기 에칭 저항 패턴을 구비한 금속 박막이 있는 투명 기재를 에칭액에 침지하여 금속 박막을 식각한다. 상기 에칭액은 산성용액을 사용할 수 있다. 산성용액으로는 염산, 질산, 황산, 인산과 같은 강산과 포믹산(Formic acid), 부티르산(Butyric acid), 라틱산(Lactic acid), 소르빈산(Sorbic acid), 포마르산(Fumaric acid), 말릭산(Malic acid), 타르타르산(Tartaric acid), 시트르산(Citric acid)과 같은 유기산을 사용할 수 있으며 상기 용액에 과산화수소수 및 기타 첨가제를 더 첨가할 수 있다.

[30]

본 발명에 있어서, 상기 전도성 발열선의 선폭은 100 마이크로미터 이하, 바람직하게는 70 마이크로미터 이하, 더욱 바람직하게는 50 마이크로미터 이하, 더더욱 바람직하게는 30 마이크로미터 이하인 것이 바람직하다. 특히, 상기 선폭을 30 마이크로미터 이하, 바람직하게는 0.1 마이크로미터 이상 30 마이크로미터 이하로 하는 경우에는 전도성 발열 패턴이 시각적으로 거의 눈에 띄지 않아 시야를 확보하는데 유리하다.

[31]

상기의 과정을 거쳐 얻은 금속 발열선이 구비된 기재를 10㎝×10㎝로 재단한 후 도 1과 같이 한 변에 전극 라인을 형성하여 저항을 측정하였을 때 1 오옴[ohm] 이하, 바람직하게는 0.5 오옴을 가지는 것이 바람직하다. 이때 얻은 저항값은 면저항과 같은 의미를 지닌다.

[32]

발열체의 균일한 발열 및 시각성을 위하여 패턴의 개구율이 단위면적에서 일정한 것이 바람직하다. 상기 발열체는 직경 20 ㎝의 임의의 원에 대한 투과율 편차가 5% 이하인 것이 바람직하다. 이 경우, 상기 발열체는 국부 발열을 방지할 수 있다. 또한, 상기 발열체는 발열 후 투명기재의 표면 온도의 표준 편차가 20% 이내인 것이 바람직하다.

[33]

본 발명에 있어서, 상기 발열선은 직선일 수도 있으나, 곡선, 물결선, 지그재그선 등 다양한 변형이 가능하다.

[34]

도 2은 본 발명의 일 실시상태에 따른 전도성 발열선의 패턴을 예시한 것이다. 이와 같은 패턴의 면적 분포 비율은 20% 이상, 예컨대 20%~35%이다.

[35]

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 전도성 발열선의 패턴은 보로노이 다이어그램(Voronoi diagram)을 이루는 도형들의 경계선 형태일 수 있다.

[36]

본 발명에 있어서, 상기 전도성 발열선을 보로노이 다이어그램을 이루는 도형들의 경계선 형태로 형성함으로써 빛의 회절 및 간섭에 의한 부작용을 최소화할 수 있다. 보로노이 다이어그램(Voronoi diagram)이란, 채우고자 하는 영역에 보로노이 다이어그램 제너레이터(Voronoi diagram generator)라는 점들을 배치하면, 각 점들이 다른 점들로부터의 거리에 비하여 해당 점과의 거리가 가장 가까운 영역을 채우는 방식으로 이루어진 패턴이다. 예를 들어, 전국의 대형 할인점을 점으로 표시하고 소비자들은 가장 가까운 대형 할인점을 찾아간다고 할 때, 각 할인점의 상권을 표시하는 패턴을 예로 들 수 있다. 즉, 정육각형으로 공간을 채우고 정육각형들의 각점들을 보로노이 제너레이터로 선정하면 벌집(honeycomb) 구조가 상기 전도성 발열선 패턴이 될 수 있다. 본 발명에서 보로노이 다이어그램 제너레이터를 이용하여 전도성 발열선 패턴을 형성하는 경우, 빛의 회절 및 간섭에 의한 부작용을 최소화할 수 있는 복잡한 패턴 형태를 용이하게 결정할 수 있는 장점이 있다. 도 3에 보로노이 다이어그램 제너레이터를 이용한 패턴 형성이 나타나 있다. 상기 전도성 발열선 패턴의 일 예를 도 4 내지 도 6에 도시하였으나, 본 발명의 범위가 이에만 한정되는 것은 아니다.

[37]

본 발명에서는 보로노이 다이어그램 제너레이터의 위치를 규칙 또는 불규칙하게 위치시킴으로써 상기 제너레이터로부터 파생된 패턴을 이용할 수 있다.

[38]

전도성 발열선 패턴을 보로노이 다이어그램을 이루는 도형들의 경계선 형태로 형성하는 경우에도, 전술한 바와 같은 시각적인 인지성의 문제를 해결하기 위하여, 보로노이 다이어그램 제너레이터를 생성할 때 규칙성과 불규칙성을 적절히 조화시킬 수 있다. 예를 들어, 패턴이 들어갈 면적에 일정크기의 면적을 기본 단위(unit)로 지정한 후, 기본 단위 안에서의 점의 분포가 불규칙성을 갖도록 점을 생성한 후 보로노이 패턴을 제작할 수도 있다. 이와 같은 방법을 이용하면 선의 분포가 어느 한 지점에 몰리지 않게 함으로써 시각성을 보완할 수 있다.

[39]

전술한 바와 같이, 발열체의 균일한 발열 및 시각성을 위하여 패턴의 개구율이 단위면적에서 일정하게 하는 경우 보로노이 다이어그램 제너레이터의 단위면적당 개수를 조절할 수 있다. 이 때, 보로노이 다이어그램 제너레이터의 단위면적당 개수를 균일하게 조절시 상기 단위면적은 10 cm2이하인 것이 바람직하다. 상기 보로노이 다이어그램 제너레이터의 단위면적당 개수는 10-2,500 개/cm2인 것이 바람직하고, 10~2,000 개/cm2인 것이 더욱 바람직하다.

[40]

상기 단위면적 내의 패턴을 구성하는 도형들 중 적어도 하나는 나머지 도형들과 상이한 형태를 갖는 것이 바람직하다.

[41]

본 발명의 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 전도성 발열선의 패턴은 델로니 패턴을 이루는 적어도 하나의 삼각형으로 이루어진 도형들의 경계선 형태일 수 있다. 구체적으로, 상기 전도성 발열선 패턴의 형태는 델로니 패턴을 구성하는 삼각형들의 경계선 형태이거나, 델로니 패턴을 구성하는 적어도 2개의 삼각형들로 이루어진 도형들의 경계선 형태이거나, 이들의 조합 형태이다.

[42]

상기 전도성 발열선 패턴을 델로니 패턴을 이루는 적어도 하나의 삼각형으로 이루어진 도형들의 경계선 형태로 형성함으로써 빛의 회절 및 간섭에 의한 부작용을 최소화할 수 있다. 델로니 패턴(Delaunay pattern)이란, 패턴을 채우고자 하는 영역에 델로니 패턴 제너레이터(generator)라는 점들을 배치하고, 주변에 위치한 3개의 점들을 서로 연결하여 삼각형을 그리되, 삼각형의 모든 꼭지점을 포함하는 원(circumcircle)을 그렸을 때, 상기 원 내에는 다른 점이 존재하지 않도록 삼각형을 그림으로써 형성된 패턴이다. 이와 같은 패턴을 형성하기 위하여, 델로니 페턴 제너레이터를 바탕으로 델로니 삼각형 분할(Delaunay triangulation)과 원그리기(circulation)를 반복할 수 있다. 상기 델로니 삼각형 분할은 삼각형의 모든 각의 최소 각도를 최대화하여 마른 체형의 삼각형을 피하는 방식으로 수행될 수 있다. 상기 델로니 패턴의 개념은 Boris Delaunay에 의하여 1934년에 제안되었다. 상기 델로니 패턴의 형성 예를 도 7에 도시하였다. 또한, 델로니 패턴의 예를 도 8 내지 도 10에 도시하였다. 그러나, 본 발명의 범위가 이에만 한정되는 것은 아니다.

[43]

상기 델로니 패턴을 이루는 적어도 하나의 삼각형으로 이루어진 도형들의 경계선 형태의 패턴은 델로니 패턴 제너레이터의 위치를 규칙 또는 불규칙하게 위치시킴으로써 상기 제너레이터로부터 파생된 패턴을 이용할 수 있다. 본 발명에서 델로니 패턴 제너레이터를 이용하여 전도성 발열선 패턴을 형성하는 경우, 빛의 회절 및 간섭에 의한 부작용을 최소화할 수 있는 복잡한 패턴 형태를 용이하게 결정할 수 있는 장점이 있다.

[44]

전도성 발열선 패턴을 델로니 패턴을 이루는 적어도 하나의 삼각형으로 이루어진 도형들의 경계선 형태로 형성하는 경우에도, 전술한 바와 같은 시각적인 인지성의 문제를 해결하기 위하여, 델로니 패턴 제너레이터를 생성할 때 규칙성과 불규칙성을 적절히 조화시킬 수 있다. 예를 들어, 먼저 패턴이 들어갈 면적에 불규칙하면서 균질한 기준점을 생성한다. 이 때 불규칙하다는 것은 각 점들의 거리가 일정하지 않음을 의미하는 것이고, 균질하다는 것을 단위 면적당 포함되는 점의 개수가 동일함을 의미한다.

[45]

상기와 같이 불규칙하면서 균질한 기준점들을 생성하는 방법을 예로 들면 다음과 같다. 도 11의 1에 도시된 바와 같이, 전 면적에 임의의 점을 생성한다. 그런 다음, 생성된 점들의 간격을 측정하여, 점들의 간격이 기 설정된 값보다 작을 경우에는 점들을 제거한다. 또한, 점들을 바탕으로 델로니 삼각형 패턴을 형성하고, 그 삼각형의 면적이 기 설정된 값보다 클 경우에는 삼각형 내부에 점을 추가한다. 상기 과정을 반복적으로 거치면 도 11의 2에 도시된 바와 같이 불규칙하면서도 균질한 기준점들이 생성되게 된다. 다음으로 생성된 기준점들을 하나씩 포함하는 델로니 삼각형을 생성한다. 이 단계는 델로니 패턴을 이용하여 이루어질 수 있다. 이와 같은 방법을 이용하면 선의 분포가 어느 한 지점에 몰리지 않게 함으로써 시각성을 보완할 수 있다.

[46]

전술한 바와 같이, 발열체의 균일한 발열 및 시각성을 위하여 패턴의 개구율이 단위면적에서 일정하게 하는 경우, 델로니 패턴 제너레이터의 단위면적당 개수를 조절하는 것이 바람직하다. 이 때, 델로니 패턴 제너레이터의 단위면적당 개수를 균일하게 조절시 상기 단위면적은 10 cm2이하인 것이 바람직하다. 상기 델로니 패턴 제너레이터의 단위면적당 개수는 10~2,500 개/cm2인 것이 바람직하고, 10~2,000 개/cm2인 것이 더욱 바람직하다.

[47]

상기 단위면적 내의 패턴을 구성하는 도형들 중 적어도 하나는 나머지 도형들과 상이한 형태를 갖는 것이 바람직하다.

[48]

본 발명에 있어서, 전술한 발열선 패턴은 후술하는 방법에 의하여 투명기재상에 형성되기 때문에 선폭 및 선고를 균일하게 할 수 있다. 본 발명의 일 실시상태에 따르면, 인위적으로 상기 전도성 발열선의 패턴의 적어도 일부를 나머지 패턴과 다르게 형성할 수 있다. 이와 같은 구성에 의하여 원하는 발열선 패턴을 얻을 수 있다. 예컨대, 자동차 유리에 있어서 운전자의 정면에 위치하는 영역에서 먼저 시야를 확보하기 위하여, 해당 영역과 나머지 영역의 발열선 패턴을 달리할 수 있다. 발열선 패턴의 적어도 일부를 나머지 인쇄 패턴과 다르게 하기 위하여 인쇄 패턴의 선폭이나 선간격을 다르게 할 수 있다. 이에 의하여 원하는 곳에 더 빨리 또는 효율적으로 발열을 일으킬 수 있다.

[49]

본 발명의 하나의 실시상태에 따르면, 상기 발열체는 전도성 발열선이 형성되지 않은 영역을 포함할 수 있다. 상기 발열체의 적어도 일부가 전도성 발열선이 형성되지 않도록 함으로써, 특정 주파수의 송수신이 가능하여, 내부 공간과 그 외부 공간과의 정보 송수신이 가능할 수 있다. 이때 전도성 발열선이 형성되지 않은 영역은 목적하는 송수신 주파수에 따라 면적이 정해질 수 있다. 예를 들어 GPS에서 사용하는 1.6 GHz의 전자파를 통과시키기 위해서는 장변이 상기 파장의 1/2 (9.4 ㎝) 이상인 영역이 필요하다. 상기 전도성 발열선이 형성되지 않은 영역은 목적하는 주파수를 송수신할 수 있는 면적을 가지면 되고, 그 형태는 특별히 제한되지 않는다. 예컨대 본 발명에서는, 전자파 통과를 위하여, 전도성 발열선이 형성되지 않은 영역은 5~20 ㎝의 지름을 가지는 반원의 영역이 1개 이상 구비된 발열체를 제공할 수 있다.

[50]

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 전도성 발열선은 흑화될 수 있다.

[51]

상기 빛의 회절 및 간섭에 의한 부작용의 최소화 효과를 극대화하기 위하여, 상기 전도성 발열선 패턴을 비대칭 구조의 도형으로 이루어진 패턴 면적이 전체 패턴 면적에 대하여 10 % 이상이 되도록 형성할 수 있다. 또한, 보로노이 다이어그램을 이루는 어느 한 도형의 중심점을 상기 도형과 경계를 이루는 인접 도형의 중심점과 연결한 선들 중 적어도 하나가 나머지 선들과 길이가 상이한 도형들의 면적이 전체 전도성 발열선 패턴 면적에 대하여 10 % 이상이 되도록 형성할 수 있다. 또한, 상기 델로니 패턴을 이루는 적어도 하나의 삼각형으로 이루어진 도형을 이루는 적어도 한 변이 나머지 변과 길이가 상이한 도형들로 이루어진 패턴 면적이 전체 전도성 발열선의 패턴이 형성된 면적에 대하여 10 % 이상이 되도록 형성할 수 있다.

[52]

상기 발열선 패턴의 제작시, 제한된 면적에 패턴을 디자인한 후 상기 제한된 면적을 반복적으로 연결하는 방식을 이용하는 방식을 이용함으로써 대면적 패턴을 제작할 수도 있다. 상기 패턴을 반복적으로 연결하기 위해서는 각 사변의 점들의 위치를 고정함으로써 반복적인 패턴이 서로 연결되게 만들 수 있다. 이때 제한된 면적은 반복에 의한 회절 및 간섭을 최소화하기 위하여 10 cm2 이상의 면적을 가지는 것이 바람직하며, 100 cm2 이상의 면적을 가지는 것이 더욱 바람직하다.

[53]

전술한 전도성 발열선의 선폭이 100 마이크로미터 이하, 바람직하게는 30 마이크로미터 이하, 더욱 바람직하게는 25 마이크로미터 이하가 되도록 형성될 수 있다.

[54]

상기 금속 패턴 위에 코팅막을 형성 한다. 이 때 코팅막은 상기 전도성 발열선이 구비된 기재 중 상기 전도성 발열선에 의하여 덮여있지 않은 기재의 상부 영역에 형성된 접착제층의 굴곡을 매울 수 있어야 한다. 이 때 상기 코팅막은 접착제층과의 굴절율 차이가 1 이하가 되는 것이 바람직하다. 접착제층의 굴곡은 주로 1 마이크로미터 이하의 거칠기를 가지고 있기 때문에, 코팅막의 두께는 1 마이크로미터 이상의 값을 가지고 있는 것이 바람직하다. 상기 코팅막은 도 12에 표시된 바와 같이 전도성 발열선의 두께 이하로 코팅될 수도 있고 전도성 발열선의 두께 이상으로 코팅되어 평탄화된 표면으로 얻어질 수도 있다.

[55]

상기 코팅막을 형성하기 위한 조성물은 고형분 60% 이하인 것이 바람직하고 점도 50cps 이하의 값을 가지는 것이 바람직하다. 점도가 50cps를 초과하면 접착층의 평탄화가 용이하지 않다. 상기 코팅막을 형성하기 위한 조성물의 점도의 하한치는 원하는 코팅막의 두께 및 평탄화 정도에 따라 조절될 수 있으며, 0.5 cps 이상의 점도를 갖는 것이 바람직하다.

[56]

또한 평탄화 후의 코팅막의 표면 거칠기는 상기 전도성 발열선에 의하여 덮여있지 않은 접착제층의 상부 영역에서 높낮이 값의 편차가 100 ㎚이하인 것이 바람직하다. 상기 코팅막의 높낮이는 상기 투명기재의 상면 또는 하면으로부터 측정될 수 있다.

[57]

상기 코팅막을 형성하기 위한 조성물은 상기 조건을 만족하는 한 제한되지는 않으나 아크릴레이트(Acrylate), 우레탄(Urethane) 계열의 성분을 포함하는 것이 바람직하다.

[58]

본 발명에서는 전술한 바와 같은 전도성 발열선을 형성하기 위하여 금속 박막을 이용하는 경우에도, 전술한 코팅막에 의하여 금속 박막의 라미네이션시 접착제층에 발생하는 자국에 의한 빛의 회절 및 간섭을 보상할 수 있기 때문에 우수한 광학 특성을 갖는 발열체를 제공할 수 있다. 구체적으로, 상기 발열체와 7 m 떨어진 광원으로부터 나온 빛이 상기 발열체를 통과했을 때 광원의 원주 방향으로 상기 접착층의 롤 자국과 직각인 각도로 발생하는 간섭 무늬가 제거된 발열체를 제공할 수 있다. 이와 같은 물성에 의하여, 어두운 곳에서 육안으로 감지할 수 있는 단일 광원의 회절과 간섭에 의한 부작용을 방지할 수 있다.

[59]

상기 광원의 종류에 따라 편차가 존재할 수 있으므로, 본 발명에서는 기준이 되는 광원으로서 100W 백열전구를 사용한다. 상기 빛의 강도는 디지털 카메라를 통하여 측정한다. 카메라의 촬영 조건은 예컨대 F(조리개 값)3.5, 셔터 속도(shutter speed) 1/100, ISO 400 및 흑백이미지로 설정한다. 상기와 같이 카메라를 이용하여 이미지를 얻은 후, 이미지 분석(image analysis)를 통하여 빛의 강도를 수치화시킬 수 있다.

[60]

본 발명에 있어서, 상기 빛의 강도의 측정시, 상기 광원은 가로 30 ㎝, 세로 15 ㎝, 높이 30 ㎝의 검정색 상자 안 중앙에 위치하며, 광원의 중심으로부터 7.5 ㎝ 앞에 지름 12.7 ㎜의 원이 열려있는 장치를 이용하였다. 이는 KS L 2007 규격에서 정하는 이중상 측정 장치의 광원 부분을 채용하였다. 상기 조건을 이용하여 얻은 디지털 영상은 1600 × 1200 픽셀로 저장되며, 각 픽셀(pixel) 당 빛의 강도는 0 내지 255 수치로 표현되고, 각 픽셀 당 광원영역에서의 면적은 0.1 내지 0.16 ㎟의 값을 가진다.

[61]

상기 빛의 강도의 측정은 암실에서 수행되는 것이 바람직하다. 도 14에 상기 장치 구성을 도식화하였다.

[62]

상기 방식으로 얻은, 발열체를 통과한 빛의 이미지를, 빛의 강도가 10 이하인 픽셀은 검정색으로, 빛의 강도가 25 이상인 픽셀은 흰 색으로, 빛의 강도가 10과 25사이인 픽셀은 회색계열(Gray scale)로 표시할 수 있다. 도 17에서 보여지듯이, 종래기술에 의하여 얻어질 수 있는 제품(비교예 1 및 2)에서는 상기와 같은 방법으로 얻은 이미지에서 아령 모양의 흰색 무늬 사이에 일직선상의 백색 라인이 형성된다. 하지만, 본 발명에 따르면 상기의 아령 모양 또는 일직선 라인의 간섭무늬가 존재하지 않는다. 상기 아령 모양 또는 일직선상의 간섭 무늬가 존재하지 않을 때를 실질적으로 간섭무늬가 없을 때로 정의한다. 다시 말하면, 본 발명에 있어서, 상기 발열체와 7 m 떨어진 광원으로부터 나온 빛이 상기 발열체를 통과했을 때, 광원의 원주 방향으로 간섭 무늬가 실질적으로 발생하지 않는다는 것은, 상기 발열체를 통과한 빛 중 빛의 강도가 25 이상인 빛의 이미지의 원주 방향으로 아령 모양 또는 일직선 라인이 존재하지 않는 것을 의미한다.

[63]

본 발명에 따른 발열체의 제조방법에서는 상기 전도성 발열선과 전기적으로 연결된 버스 바(bus bar)를 형성하는 단계, 및 상기 버스 바와 연결된 전원부를 마련하는 단계를 수행한다. 이들 단계는 당기술분야에 알려져 있는 방법을 이용할 수 있다. 예컨대, 버스 바는 상기 전도성 발열선의 형성과 동시에 형성할 수도 있으며 상기 전도성 발열선을 형성한 후 동일 또는 상이한 방법을 사용하여 형성할 수도 있다. 예를 들어 상기 전도성 발열선을 형성한 후, 스크린 프린팅을 통하여 버스 바를 형성할 수 있다. 이때 버스 바의 두께는 1 내지 100 마이크로미터가 적당하며, 바람직하게는 10 내지 50 마이크로미터이다. 1 마이크로미터 미만이 되면 상기 전도성 발열선과 버스 바 사이의 접촉 저항이 증가하게 되어 접촉된 부분의 국부적인 발열이 될 수 있으며 100 마이크로미터를 초과하면 전극 재료 비용이 증가하게 된다. 버스 바와 전원 사이의 연결은 납땜, 전도성 발열이 좋은 구조체와의 물리적인 접촉을 통하여 할 수 있다.

[64]

상기 전도성 발열선과 버스 바를 은폐하기 위하여 블랙 패턴을 형성할 수 있다. 상기 블랙 패턴은 코발트 산화물을 함유한 페이스트를 이용하여 프린트할 수 있다. 이때 프린팅 방식은 스크린 프린팅이 적당하며, 두께는 10-100 마이크로미터가 적당하다. 상기 전도성 발열선과 버스 바는 각기 블랙 패턴 형성 전이거나 후에 형성할 수도 있다.

[65]

본 발명에 따른 발열체는 상기 투명기재의 전도성 발열선이 구비된 면에 구비된 추가의 투명기재를 포함할 수 있다. 상기 추가의 투명기재의 합착시 전도성 발열선과 추가의 투명기재 사이에 접합 필름을 끼워넣을 수 있다. 접합하는 과정에서 온도 및 압력을 조절할 수 있다.

[66]

하나의 구체적인 실시상태에 있어서, 전도성 발열선이 형성되어 있는 투명기재와 추가의 투명기재 사이에 접착필름을 삽입하고, 이를 진공백에 넣어 감압하며 온도를 올리거나, 핫롤을 이용하여 온도를 올려, 공기를 제거함으로써 1차 접합을 하게 된다. 이때 압력, 온도 및 시간은 접착필름의 종류에 따라 차이가 있지만 보통 300~700 토르의 압력으로, 상온에서 100 ℃까지 온도를 점진적으로 올릴 수 있다. 이때 시간은 보통 1 시간 이내로 하는 것이 바람직하다. 1차 접합을 마친 예비 접합된 적층체는 오토클레이브에서 압력을 가하며 온도를 올리는 오토클레이빙 과정에 의하여 2차 접합 과정을 거치게 된다. 2차 접합은 접착필름의 종류에 따라 차이가 있지만, 140 bar 이상의 압력과 130~150 ℃정도의 온도에서 1 시간 내지 3 시간, 바람직하게는 약 2시간 수행한 후 서냉하는 것이 바람직하다.

[67]

또 하나의 구체적인 실시상태에서는 전술한 2단계의 접합 과정과는 달리 진공라미네이터 장비를 이용하여 1 단계로 접합하는 방법을 이용할 수 있다. 80~150 ℃까지 단계적으로 온도를 올리고 서냉하면서, 100 ℃까지는 감압(~5 mbar)을, 그 이후에는 가압(~1000 mbar)을 하여 접합을 할 수 있다.

[68]

상기 접합 필름의 재료로는 접착력이 있고 접합 후 투명하게 되는 어떤 물질이라도 사용할 수 있다. 예컨대 PVB 필름, EVA 필름, PU 필름 등이 사용될 수 있으나, 이들 예로만 한정되는 것은 아니다. 상기 접합 필름은 특별히 한정되지 않으나, 그 두께가 100 내지 800 마이크로미터인 것이 바람직하다.

[69]

상기 방법에서, 합착되는 추가의 투명기재는 투명기재만 이루어질 수도 있고, 전술한 바와 같이 제조된 전도성 발열선이 구비된 투명기재일 수도 있다.

[70]

본 발명에 따른 발열체는 발열을 위하여 전원에 연결될 수 있으며, 이 때 발열량은 m2 당 100 내지 700 W, 바람직하게는 200 내지 300 W인 것이 바람직하다. 본 발명에 따른 발열체는 저전압, 예컨대 30V 이하, 바람직하게는 20 V 이하에서도 발열성능이 우수하므로, 자동차 등에서도 유용하게 사용될 수 있다. 상기 발열체에서의 저항은 1 오옴/스퀘어 이하, 바람직하게는 0.5 오옴/스퀘어 이하이다.

[71]

본 발명에 따른 발열체는 곡면을 이루는 형태일 수 있다.

[72]

본 발명에 따른 발열체에 있어서, 전도성 발열선 패턴의 개구율, 즉 패턴에 의하여 덮여지지 않는 투명 기재 영역의 비율은 70 % 이상인 것이 바람직하다. 본 발명에 따른 발열체는 개구율이 70 % 이상이면서 발열 작동 후 5 분내 온도편차가 10 % 이하를 유지하면서 온도를 상승시킬 수 있는 우수한 발열 특성을 갖는다.

[73]

본 발명에 따른 발열체는 자동차, 선박, 철도, 고속철, 비행기 등 각종 운송 수단 또는 집이나 기타 건축물에 사용되는 유리에 적용될 수 있다. 특히, 본 발명에 따른 발열체는 저전압에서도 발열특성이 우수할 뿐만 아니라, 일몰 후에 단일광원의 회절과 간섭에 의한 부작용을 최소화할 수 있고, 전술한 바와 같은 선폭으로 눈에 띄지 않게 형성할 수 있으므로, 종래기술과 달리 자동차와 같은 운송수단의 앞유리에 적용할 수도 있다.

[74]

이하 실시예를 통하여, 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 그러나, 이하의 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 이들에 의하여 본 발명의 범위가 한정될 것을 의도한 것은 아니다.

[75]

실시예 1

[76]

10 마이크로미터의 두께를 가지는 동박을 125 마이크로미터 두께의 PET 필름 위에 라미네이션 하였다. 상기 기재의 동박 위에 노블락 계열의 드라이 필름 레지스트(Dry film resist)를 라미네이션한 후에 포토리소그래피 공정을 이용하여 선폭 10 내지 15 마이크로미터 두께의 에칭 저항 패턴을 형성하였다. 상기 에칭 저항 패턴이 구비된 동박을 포함하는 PET 필름을 구리 식각액에 침지하여 발열선을 형성하였다. 이때 식각액으로 과산화수소 20%를 포함한 수용액을 사용하였다. 상기 에칭 저항패턴은 도 15와 같이 2 ㎜ × 4 ㎜를 기본 단위안에서 불규칙적인 점을 생성한 후 보로노이 패턴을 생성한 후 선은 곡선을 이용하여 만들었다.

[77]

상기 구리 발열선이 구비된 기재에 도 1과 같이 버스 라인을 형성하여 저항을 측정하였을 때 0.38 오옴을 가졌다.

[78]

상기 발열선이 구비된 기재 위에 DPHA (dipentaerythritol hexaacrylate)과 광경화제를 포함한 고형분 51%의 코팅액을 바 코팅(bar coating)하였다. 이때 형성된 코팅액의 점도는 5 cps이였으며 코팅두께는 4 마이크로미터, 가시광 투과도 92%, 헤이즈(haze) 1.1%를 가지는 필름을 얻었다.

[79]

상기 필름을 760 마이크로미터 두께의 PVB를 양면에 대고 접합하여 얻은 접합유리에서는 투과도 89%, Haze 1.2%의 값을 나타낸다.

[80]

비교예 1

[81]

코팅막을 형성하는 대신 아크릴레이트 계열의 접착제가 구비된 125 마이크로미터 두께의 PET 필름을 패턴 위에 라미네이션한 것을 제외하고는 실시예 1과 같은 필름과 접합유리를 제조하였다.

[82]

비교예 2

[83]

코팅막을 형성하지 않고 실시예 1과 같이 필름을 제조한 후 접합유리를 제조하였다.

[84]

본 특허에서 설명하였던 바와 같이 도 14의 기구를 이용하여 산란된 빛을 패턴이 없는 영역에서 측정하였다. 이때 사용한 제품은 실시예 1, 비교예 1 및 비교예 2에서 제조된 접합유리를 사용하였다. 그 결과 도 16에 보듯이 접착층의 롤 자국에 의한 빛의 산란 패턴이 실시예 1에서만 제거되는 것을 알 수 있다.

[85]

도 17은 실시예 1, 비교예 1 및 비교예 2에서 제조된 접합유리를 통과한 빛의 이미지를, 빛의 강도가 10 이하인 픽셀은 검정색으로, 빛의 강도가 25 이상인 픽셀은 흰 색으로, 빛의 강도가 10과 25사이인 픽셀은 회색계열(Gray scale)로 표시한 것이다. 도 17에 나타난 바와 같이, 비교예 1 및 2에서는 접합유리를 통과한 빛의 이미지가 아령 모양의 흰색 무늬 사이에 일직선상의 백색 라인이 형성되어 있으나, 실시예 1에서는 상기 아령 모양 또는 일직선상의 간섭 무늬가 존재하지 않는다.



[0000]

The present invention provides a heating element and a manufacturing method thereof, and the heating element comprises: a transparent substrate; an adhesive layer which is equipped on at least one side of the transparent substrate; a conductive heating wire which is equipped on the adhesive layer; a coating film which capsulates the conductive heating wire and an upper side of the adhesive layer that is not covered by the heating wire; a bus bar which is electrically connected with the conductive heating wire; and a power unit which is connected with the bus bar.

[1]



투명기재, 상기 투명기재의 적어도 일면에 구비된 접착제층, 상기 접착제층 상에 구비된 전도성 발열선, 상기 전도성 발열선 및 상기 발열선에 의하여 덮여있지 않은 접착제층의 상면을 캡슐화하는 코팅막, 상기 전도성 발열선과 전기적으로 연결된 버스 바 및 상기 버스 바와 연결된 전원부를 포함하는 발열체.

청구항 1에 있어서, 상기 접착제층은 상기 전도성 발열선의 형성을 위한 금속 박막을 상기 투명기재에 라미네이션하기 위한 것인 발열체.

청구항 1에 있어서, 상기 전도성 발열선의 두께는 5 마이크로미터 이상인 것인 발열체.

청구항 1에 있어서, 상기 전도성 발열선은 직경 20 cm의 임의의 원에 대한 투과율 편차가 5% 이하를 가지도록 구비된 것인 발열체.

청구항 1에 있어서, 상기 투명기재의 개구율은 70% 이상인 것인 발열체.

청구항 1에 있어서, 상기 전도성 발열선은 보로노이 다이어그램을 이루는 도형들의 경계선 형태 또는 델로니 패턴을 이루는 적어도 하나의 삼각형으로 이루어진 도형들의 경계선 형태의 패턴 형태로 구비된 것인 발열체.

청구항 1에 있어서, 상기 전도성 발열선의 선폭은 100 마이크로미터 이하인 것인 발열체.

청구항 1에 있어서, 상기 코팅막의 두께는 1 마이크로미터 이상인 것인 발열체.

청구항 1에 있어서, 상기 코팅막은 점도가 50cps 이하인 조성물을 이용하여 형성된 것인 발열체.

청구항 1에 있어서, 상기 전도성 발열선에 의하여 덮여있지 않은 투명기재 상부 영역에 구비된 코팅막의 높낮이 편차는 100nm 이하인 것인 발열체.

청구항 1에 있어서, 상기 발열체와 7 m 떨어진 광원으로부터 나온 빛이 상기 발열체를 통과했을 때 광원의 원주 방향으로 간섭 무늬가 실질적으로 발생하지 않는 발열체.

청구항 1에 있어서, 상기 코팅막이 구비된 면에 구비된 추가의 투명기재를 포함하는 것인 발열체.

투명기재 상에 접착제층을 이용하여 금속 박막을 라미네이션하는 단계; 에칭 저항 패턴을 이용하여 금속 박막을 식각함으로써 전도성 발열선을 형성하는 단계, 상기 발열선 및 상기 발열선에 의하여 덮여있지 않은 접착제층의 상면을 캡슐화하는 코팅막을 형성하는 단계, 상기 전도성 발열선과 전기적으로 연결된 버스바를 형성하는 단계 및 상기 버스바와 연결된 전원부를 형성하는 단계를 포함하는 발열체의 제조방법.

청구항 13에 있어서, 상기 코팅막을 형성하는 단계는 점도가 50cps 이하인 조성물을 이용하여 형성하는 것인 발열체의 제조방법.



©DocSearch.ru 2020-2024