KR20090109807A

KR20090109807A - 발열 판재 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR20090109807A
Application number: KR1020080035221A
Authority: KR
Inventors: 김상식; 조경아; 임기주
Original assignee: 임기주
Priority date: 2008-04-16
Filing date: 2008-04-16
Publication date: 2009-10-21
Anticipated expiration: 2028-04-16
Also published as: JP5068777B2; KR100955540B1; EP2112868A3; JP2009259784A; EP2112868A2

Abstract

발열 판재 및 그 제조 방법에 관해 개시한다.

발열성 판재는: 베이스; 와 베이스에 국소적 또는 전체적으로 형성되는 것으로 나노입자 발열층(nanoparticle resistance layer);과 상기 발열층을 보호하는 보호층; 그리고 상기 발열층에 전력(electric power)을 공급하기 위한 급전부(power feeding portion); 를 구비한다. 발열성 판재의 제조는: 용매에 나노파티클이 분산되어 있는 분산액(nanopartcle dispersion)을 판상 베이스에 코팅하는 단계; 분산액을 건조시키는 단계; 상기 베이스에 잔류하는 나노파티클을 열처리하여 전기적으로 연계시켜 적어도 하나의 전기적 경로를 가지는 발열층을 형성하는 단계; 그리고, 상기 발열층을 보호하는 보호층을 형성하는 단계; 를 포함한다.

발열, 판재, 나노파티클, 발열층

Description

발열 판재 및 그 제조방법{heat generation sheet and fabrication method thereof}

본 발명은 발열 판재 및 그 제조방법에 관한 것으로, 상세히는 나노파티클 발열층을 가지는 발열 판재 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 냉동 진열장의 유리, 자동차 유리, 욕실의 거울 등과 같이 양질의 시인성 확보가 요구되는 구조물은 온도 차에 따른 김서림 또는 성애의 발생을 완화하거나 이를 속히 제거할 필요가 있다.

유리나 거울에 발생하는 김서림 또는 성에를 제거하기 위하여 일반적으로 별도의 온풍기 또는 유리 표면에 부착된 열선이 주로 이용되며, 계면 활성제에 의한 김서림 방지용 코팅 막을 이용하기도 한다.

열선에 의한 성에 제거 구조로서 자동차용 유리가 대표적이다. 자동차용 유리 즉 발열 판재는 투명 베이스에 불투명 또는 반투명의 선형 저항선(또는 열선)이 형성된 구조를 가진다. 이러한 발열 판재의 저항선은 고르지 못한 저항을 가지기 때문에 국소적인 열 편차를 가진다. 또한, 저항선은 시야를 가릴 뿐 아니라 저항선을 따라서 발열이 이루어지므로 저항선이 없는 부분에는 열전달이 늦고 따라서 예 를 들어 성에 제거시 전체적으로 고르게 성에를 제거할 수 없다.

이상과 같은 저항선의 문제, 즉 시야의 방해 및 고르지 못한 발열 등의 문제를 개선할 수 있는 것이 투명 도전 막에 의한 발열구조이다. 투명 도전 막은 일반적으로 산화 주석, 산화 인듐 등의 화합물 박막, 귀금속이나 구리 등의 금속 박막 등이 있다.

그러나 종래 발열성 박막은 열적 증착, 물리적 증착, 화학적 증착 등에 의한 하기 때문에 대면적화가 어려울 뿐 아니라 그 공정수도 매우 많아서 제조 단가가 높다.

본 발명의 예시적 실시 예는 나노파티클을 이용하는 발열 판재 및 그 제조방법에 관련된다.

본 발명의 예시적 실시 예에 따르면, 대면화가 용이하고 낮은 발열산포 및 적은 소비전력을 갖는 발열 판재가 제공된다.

본 발명의 다른 예시적 실시 예에 따르면, 대면적의 발열층의 형성이 용이하고 품질이 좋은 발열 판재를 제조하는 제조방법이 제공된다.

본 발명의 한 유형에 따르면,

제1면과 제2면을 가지는 판상 베이스; 와

상기 베이스의 제1면에 형성되는 것으로, 다수의 도전성 나노파티클이 물리적으로 연계(necking)된 발열층; 과

발열층을 보호하는 보호층; 그리고

상기 발열층에 전력을 공급하는 급전부; 를 포함하는 발열 판재가 제공된다.

본 발명의 다른 유형에 따르면,

제1면과 제2면을 가지는 판상 베이스; 와

상기 베이스의 제1면에 정의되는 다수 영역 중 적어도 어느 하나의 영역에 형성되는 것으로, 다수의 도전성 나노파티클이 물리적으로 연계(necking)된 발열층; 과

상기 발열층을 보호하는 보호층; 그리고

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 발열층과 베이스의 사이에 접착력 강화층이 더 마련될 수 있다.

본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 상기 접착력 강화층은 도전성 나노파티클을 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 상기 베이스는 투명성 재료로 형성되며, 나아가서는 투명 유리로 형성될 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 상기 베이스는 상기 제1면과 제2면이 나란하고 평탄한 평판형일 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 상기 베이스는 상기 제1면과 제2면이 만곡된 곡면형일 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 상기 급전부는 상기 발열층에 전기적으로 연결되는 단자 층을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 상기 단자 층은 상기 발열층과 베이스의 사이에 개재될 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 상기 발열층은 다수의 단위 발열층에 의한 다층 구조를 가질 수 있다.

본 발명의 다른 유형에 따르면,

제1면과 제2면을 가지는 베이스의 제1면에, 용매에 도전성 나노파티클이 분 산된 분산액을 코팅하는 단계;

상기 용매를 제거하여 상기 베이스에 나노파티클 층을 형성하는 단계;

상기 나노파티클 층을 열처리하여 다수 나노파티클이 물리적으로 연계된 발열층을 형성하는 단계; 그리고

상기 발열층 위에 절연성 보호층을 형성하는 단계; 를 포함하는 발열 판재의 제조방법이 제공된다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 제조방법은 상기 분산액을 코팅하는 단계 전에 접착력 강화층을 형성하는 단계를 더 포함한다.

본 발명의 다른 실시 예 따른 제조방법은 상기 접착력 강화층은 도전성 나노파티클을 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 제조방법은 상기 분산액을 코팅하는 단계로 부터 상기 발열층을 형성하는 단계까지의 과정을 다수회 반복할 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 제조방법은 상기 발열층에 전기적으로 접촉되는 단자부를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 제조방법은 상기 보호층을 형성하는 단계와 발열층을 형성하는 단계의 사이에 상기 단자부를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 제조방법에서, 상기 베이스는 상기 제1면과 제2면이 나란하고 평탄한 평판형일 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 제조방법에서, 상기 베이스는 상기 제1 면과 제2면이 만곡된 곡면형일 수 있다.

이와 같은 본 발명의 투명 면상 히터 및 그 제조방법은 종래의 투명 면상 히터와는 달리 투명 발열체로서 나노파티클을 이용한 박막을 이용하게 되므로 그 제조 공정이 간단하면서도 대면적 상에 도전성 나노 박막 발열체를 용이하게 형성할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 대면적의 투명 면상 히터를 이용하여 욕실 거울 표면의 수증기를 제거할 수 있고 자동차의 전면, 후면, 측면 유리 또는 후면경의 표면의 수증기를 용이하게 제거할 수 있으며, 건축물의 외벽을 구성하는 유리 벽면의 수증기를 용이하게 제거할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 김서림이 육안으로 확인되기 전에 투명 면상 히터를 작동시킴으로써 김서림을 방지할 수 있는 효과가 있다. 이로써, 광투과성을 필요로 하지만 김서림 등에 의하여 광투과성이 방해되는 베이스 상에 본 발명의 대면적 투명 면상 히터를 채용하는 경우 광투과성을 유지하면서도 베이스의 온도를 제어할 수 있으므로 김서림 이나 성애 등을 효과적으로 제거할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서, 본 발명의 실시 예들에 따른 발열 판재와 그 제조방법을 설명하다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 발열 판재의 기본적 구조를 보인다.

도 1에 도시된 바와 같이, 베이스(10)의 일측면인 제1면에 발열층(11)과 보 호층(12)이 순서대로 적층되어 있다.

상기 베이스(10)는 투명, 불투명, 반투명 재료로 형성될 수 있으며, 바람직하게는 투명재로서 유리로 형성될 수 있다. 상기 발열층(11)은 실리카 또는 산화물반도체 등으로 된 다수의 도전성 나노파티클이 물리적으로 연계(necking)된 성긴 조직(loose texture) 구조를 가질 수 있다. 이는 후술되는 제조공정에서 열처리 조건에 따르는 것으로 치밀한 조직(Close-Packed Texture)을 가지게 할 수 도 있고, 다른 실시 예에 따르면 완전한 막 상태를 가질 수 도 있다.

상기 보호층(12)은 상기 발열층(11)을 전기, 물리적으로 보호하는 것으로 절연성물질로 형성된다.

상기 발열층(11)은 단일 층으로 형성될 수 도 있으나, 도 2에 도시된 바와 같이 다수의 단위 발열층(11a)이 하나로 집적된 적층 구조를 가질 수 있다. 이는 하나의 발열층으로부터 발열 판재에 필요한 물리적 특성이나 전기적 특성을 얻을 수 없는 경우에 적용할 수 있다.

한편, 상기 발열층(11)과 베이스(10)의 사이에는 발열층(11)을 베이스(10)에 확고히 고정하기 위한 접착력 강화층(13)이 마련될 수 있다. 이 접착력 향상 층(12)은 실리카 나 폴리머로 형성될 수 있으며, 여기에 도전성 입자, 예를 들어 나노파티클이 포함될 수 있다. 접착력 강화층(13)이 도전체로서 전기적 저항을 가지며, 따라서 발열층의 한 요소로서의 기능을 가질 수 있다. 이러한 접착력 향상 층(12)은 선택적인 요소로서 이하의 설명에서 경우에 따라 설명 및 도면에서 생략된다.

도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 발열 판재를 도시한다. 베이스(10) 위에 발열층(11)이 형성되고 그 양측에 전극(14a), 배선(14b), 접속부 또는 단자(14c)를 포함하는 급전부(14)가 마련된다. 도 4에서 급전부를 대표하는 것으로 전극(14a)은 발열층(11)에 직접 접촉되며, 배선(14b)는 외부 회로에 발열층(11)을 연결하며, 단자(14c)는 배선(14b)이 전극(14a)에 안정적으로 고정시킨다. 상기 발열층(11) 위에는 보호층(12)이 마련되는데, 이는 발열층(10) 양측의 전극(14a)을 포함하는 급전부(14)를 덮으며, 다른 실시 예에 따르면 덮지 않을 수 도 있다. 이하의 도면에서는 급전부(14)의 전극(14a)을 상징적으로 도시하며, 나머지 부분은 도면의 복잡성을 피하기 위하여 생략된다.

도 5a, 5b는 본 발명의 또 다른 실시 예들에 따른 발열 판재를 도시한다. 기본적인 구조는 도 4에 도시된 실시 예의 발열 판재와 동일한 구조를 가지며, 다만 온도와 습도를 검출하는 온도센서, 습도센서 또는 온/습도 센서(15a, 15b)를 구비한다. 도 5a에 도시된 발열 판재는 베이스(10)의 제1면 측에 센서(15a)가 마련되고, 도 5b에 도시된 발열 판재는 베이스(10)의 타 측면인 제2면에 센서(15b)가 마련되는 구조를 가진다.

전술한 실시 예에서는 베이스(10)의 전체 면에 발열층이 형성되는 전면 발열구조의 발열 판재가 설명되었다. 그러나 본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 베이스(10)의 제1면이 다수의 영역으로 분할 또는 획정(defined)되고, 이렇게 획정된 다수 영역 중 어느 하나의 영역 또는 선택된 복수의 영역에만 형성될 수도 있다.

도 6a은 베이스(10)의 제1면이 중앙의 사각 영역과 그 둘레의 테두리 영역으 로 획정되었을 때, 중앙의 사각영역에만 발열층(11)이 형성된 실시 예의 발열 판재를 도시한다. 여기에서 발열층(11)이 형성되지 않는 테두리 영역의 폭 조절에 의해 발열층(11)의 영역이 크게 확장될 수 있으며, 이 경우 기능적으로 발열이 필요 없고 오히려 타 구조물에 고정하기 위한 고정부분으로서 테두리 부분을 남겨야 할 필요가 있을 때 효과적이다.

도 6b는 베이스(10)의 제1면이 격자 형태로 배치되는 획정 선에 의해 바둑판 형태의 영역이 마련되고 발열층(11)이 다이아몬드 또는 마름모 형태로 배열된 구조를 갖는 발열 판재를 도시한다. 이는 베이스(10)의 제1면이 다수의 영역으로 분할 또는 획정되고, 그리고 전체 영역 중에 선택적으로 발열층(11)이 형성될 수 있음을 상징적으로 예시하는 것이다.

상기와 같은 구조의 발열 판재는 다양한 분야에 응용될 수 있다. 예를 들어, 건축물의 외부 유리, 창호, 욕실 거울, 자동차용 좌우 전후 차창에 적용할 수 있고, 실외에 설치되는 디스플레이의 표면 보호용 스크린 등에 적용할 수 있다. 이러한 발열 판재는 응용대상에 따라 투명, 반투명, 불투명성의 베이스를 이용할 수 있다. 또한, 발열층 및 보호층 역시 응용대상에 따라 투명, 반투명, 불투명의 구조를 가지게 할 수 있다. 베이스는 다양한 형태의 판재를 이용할 수 있는데, 판상의 형태를 가질 수 도 있는데, 만곡된 형태 예를 들어 반원통, 반구면 등의 다양한 형태를 가질 수 도 있으며, 본 발명의 기술적 범위는 어느 특정 형태에 국한되지 않는다.

이하, 본 발명의 실시 예들에 따른 발열 판재의 제조방법을 설명한다.

상기 베이스(10)는 판재로서 평판형, 반원통형, 반구면형 등으로 투명, 반투명, 불투명 재료로 형성된다. 사용가능한 물질은 플라스틱이나 유리 등이 있다.

베이스(10) 위에 형성되는 발열층(11)은 전술한 바와 같이 적어도 하나의 단위 발열층(11a)을 포함하며, 바람직하게는 그 하부에 베이스(10)와의 접착력이 우수한 재료로 된 접착력 강화층(13)이 형성된다.

상기 접착력 강화층(13)은 상기 베이스(10)와 접착력이 우수한 나노파티클 분산액으로 스프레이 코팅, 스핀 코팅, 디핑 방법, 브러슁(Brushing) 또는 기타 습식 코팅 방법에 의해 형성될 수 있다.

나노파티클은 용매에 분산되어 있으므로 대면적 베이스(10)에 도포하기 용이하고 그 층수의 조절에 의해 총 두께의 조절이 용이하다. 또한, 분산액 중의 나노파티클의 농도를 조절함으로써 발열층(11)의 도전성을 용이하게 조절할 수 있다.

광투과가 요구되는 발열 판재의 경우에 있어서, 밴드갭 에너지가 3.3eV 이상인 물질로 된 접착력 강화층(13) 및 발열층(11)은 400 내지 700㎚의 가시광선은 흡수하지 않으므로 밴드갭 에너지가 3.3eV 이상인 물질을 이용하여 접착력 강화층(13) 및 발열층(11)을 형성하는 것이 바람직하다.

상기 접착력 강화층(13)과 발열층(11)은, 나노파티클 분산액을 베이스(10)의 표면 전체 또는 일부분에 도포하고 열처리함으로써 얻어진다. 이러한 분산액의 도포 및 열처리 과정은 1회 이상 실시할 수 있으며, 따라서 이를 통해 다층구조의 발열층을 얻을 수 있다. 상기 발열층(11)을 얻기 위한 도전성 나노파티클 분산액은 스프레이 코팅, 스핀 코팅, 디핑 방법, 브러슁 또는 기타 습식 코팅 방법에 의해 형성될 수 있다. 나노파티클 분산액에 의한 막은 열처리를 통해 건조되며, 건조 후 잔류하는 나노파티클은 나노파티클의 융점 가까이 까지 가열됨으로써 소결되어 성긴 조직 또는 치밀한 조직의 접착력 강화층(13)과 발열층(11)이 얻어진다. 열처리 온도는 나노파티클의 입경에 의존하며 입경이 작아질수록 열처리 온도도 낮아진다.

이러한 나노파티클의 분산액을 코팅한 후 이를 열처리함으로써 발열층을 얻는 본원의 제조방법은 종래의 금속 박막 형성 방법에 비해 상대적으로 낮은 온도의 열처리가 가능한 이점을 가진다.

상기 베이스(10)의 나노파티클 분산액에 의한 코팅층 또는 나노파티클 층의 열처리는 발열플레이트(hot plate) 또는 오븐(oven)을 이용해 진행할 수 있으며, 이때에 온도는 200~500℃의 범위가 바람직하다. 발열플레이트를 이용한 열처리에서는 발열플레이트를 베이스(10)의 상하에 위치시켜 베이스의 양면으로 복사열이 도달되도록 한다.

상기 발열층(11)의 총 두께는 가시광선의 투과를 고려하여 100nm 이하가 되도록 조절함으로써 가시광선에 대해 투명한 발열층을 얻을 수 있게 된다.

급전부(14a, 14b)에 포함되는 전극 또는 단자는 도전성 물질로서 금속 재료, 전도성 에폭시, 전도성 페이스트, 솔더, 전도성 필름 등에 의해 형성될 수 있다. 금속재료 전극은 증착 방법에 의해 얻어지며, 전도성 에폭시 또는 전도성 페이스트에 의한 전극은 스크린 프린팅, 솔더는 솔더링 방법, 전도성 필름은 라미네이팅 방법에 의해 얻어질 수 있다.

상기 배선(14b)은 상기 전극(14a)에 접속되도록 와이어 본딩, 솔더링 방법 등에 의해서도 형성될 수 있다.

상기 보호층(12)은 상기 베이스(10) 상에 형성된 발열층(11), 상기 전극(14a)을 포함하는 급전부(14) 위에 형성되어 이들을 외부로부터 보호한다.

상기 보호층(18)은 유전체 산화물, 페릴린, 나노입자, 고분자 필름 등으로 형성되며, 유전체 산화물 또는 페릴린 등에 의한 보호층(12)은 증착법에 의해 형성 되고, 나노파티클을 포함하는 보호층(12)은 스프레이 코팅, 스핀 코팅, 디핑 방법, 브러슁 또는 기타 습식 코팅 방법에 의해 형성될 수 있다.

전술한 온도, 습도 또는 온습도 센서(15a, 15b)는 검출된 신호를 별도의 피드백 회로로 송출하여 발열층(11)에 의한 발열이 피드백 제어되도록 하여, 온도나 습도의 변화에 따라 적절한 발열이 일어나도록 하여, 김서림과 성에를 제거한다.

한편, 베이스(10) 상의 급전부는 접착력 강화층(13)과 발열층(11)의 사이에 마련될 수 있는데, 이 경우 접착력 강화층(13)에 급전부(14a, 14b)의 전극을 형성하고, 이 이후에 발열층(11)을 형성한다. 이때에 차후 단자 및 배선의 형성을 위해 발열층(11)은 상기 급전부(14a, 14a)를 벗어나 부분에만 형성되게 할 수 있다.

도 7은 본 발명에 따른 발열 판재 제조방법의 기본적 과정을 보인다.

S100 단계:

베이스의 크리닝이 요구된다. 크리닝은 베이스의 재료에 상응하는 공지의 솔벤트 또는 에쳔트 등을 이용할 수 있다.

S110 단계:

상기 크리닝과는 별도로 나노파티클 분산액을 조제(준비)한다. S110 단계는 베이스 크리닝과 병행되며 일반적으로는 베이스 크리닝에 비해 선행될 수 있다. 용매로서는 메탄올과 수산화 칼슘의 혼합액, 메탄올과 수산화칼슘이 혼합된 혼합액, 벤젠(benzene) 단일 물질이 이용되며, 나노파티클로서는 도핑 된 산화물 반도체로서 ZnO, SnO, MgO, InO 중의 적어도 어느 하나와 실리카 중 적어도 어느 하나가 이용될 수 있다. 도펀트로는 In, Sb, Al, Ga, C, Sn 중에 적어도 어느 하나가 이용된다. 분산액을 조제하는 과정에서 용매를 50~200℃로 가열한 상태에서 전구체로서 위에 언급된 산화물 반도체 나노파티클을 첨가한다.

S120 단계:

크리닝된 베이스에 나노파티클 분산액을 코팅한다. 코팅법은 전술한 바와 같은 다양한 방법이 이용될 수 있으며, 그 코팅 영역은 베이스의 전체 또는 베이스에서 획정된 적어도 어느 한 영역이다.

S130 단계:

나노파티클 분산액이 코팅된 후 열처리에 의해 나노파티클에 의한 발열층을 형성한다. 이때에 열처리에 의해 나노파티클이 분산되어 있는 용매의 증발(건조)가 수반된다. 어떤 경우에는 용매의 증발이 별도로 수행될 수 있으나, 일반적으로는 열처리에 수반하여 동시에 진행될 수 있다. 그러나 열처리시 건조가 먼저 진행되고 그 후에 잔류하는 나노파티클에 대한 소결이 이루어져 나노파티클이 물리적으로 연계(necking)된 발열층을 얻을 수 있게 된다.

S140 단계:

발열층의 상부에 전극을 형성된다. 전극은 금속, 전도성 에폭시, 전도성 페이스트, 솔더, 전도성 필름 등으로 형성할 수 있다. 금속 전극은 증착 방법에 의해 형성되고, 전도성 에폭시 또는 전도성 페이스트 전극은 공지의 스크린 프린팅, 솔더는 솔더링 방법으로 형성되고, 그리고 전도성 필름은 라미네이팅 방법에 의해 형성될 수 있다.

S150 단계:

전술한 바와 같은 방법에 의해 배선을 연결한다. 배선은 전극에 대해 와이어 본딩, 솔더링 방법 등에 의해 형성될 수 있다.

S160 단계:

최종적으로 보호층을 상기 발열층 위에 형성한다. 보호층은 유전체 산화물, 페릴린 나노입자, 고분자 필름 등을 사용하여 형성되며, 나노 입자, 유전체 산화물 또는 페릴린 보호층은 증착 방법으로 형성되며, 나노파티클 보호층은 스프레이 코팅, 스핀 코팅 또는 디핑 방법 등에 의해 형성될 수 있다.

위에서 설명된 단계에서 상기 S120 단계와 S130 단계가 복수 회 반복 실시함으로써 다층 구조의 발열층을 얻을 수 있게 된다. 한편, 본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 상기 전극을 형성하는 S140 단계는 S120 단계보다 선행될 수 있으며, 이 경우 전극은 발열층의 하부에 위치한 상태에서 발열층에 전기적으로 접속될 수 있다.

도 8은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 발열 판재의 제조방법을 보인다.

S200 단계:

크리닝이 된 베이스에 별도로 조제된 나노파티클이 분산되어 있는 제 1 분산액을 코팅한 후 이를 건조/ 열처리하여 접착력 강화층을 형성한다. 용매로서는 메탄올과 수산화 칼슘의 혼합액, 메탄올과 수산화칼슘이 혼합된 혼합액, 벤젠(benzene) 단일 물질이 이용되며, 나노파티클로는 산화물 반도체로서 ZnO, SnO, MgO, InO 중의 어느 하나, 또는 실리카가 이용될 수 있다. 이러한 산화물 반도체에는 도펀트를 포함할 수 있는데, 도펀트로는 In, Sb, Al, Ga, C, Sn 중에 적어도 어느 하나가 이용될 수 있다. 분산액을 조제하는 과정에서 용매를 50~200℃로 가열한 상태에서 전구체로서 위에 언급된 산화물 반도체 나노파티클을 첨가한다.

S210 단계:

상기 접착력 강화층 위에 나노파티클이 분산되어 있는 제 2 분산액을 코팅한 후 이를 건조/열처리함으로써 발열층을 형성한다. 제 2 분산액은 제1분산액과 다른 나노파티클을 포함할 수 있으며, 용매도 다를 수 있다. 용매로는 제 1 분산액과 마찬가지로, 메탄올과 수산화 칼슘의 혼합액, 메탄올과 수산화칼슘이 혼합된 혼합액, 벤젠(benzene) 단일 물질이 이용되며, 나노파티클로는 산화물 반도체로서 ZnO, SnO, MgO, InO 등 중의 적어도 어느 하나, 또는 실리카가 이용될 수 있다. 이러한 산화물 반도체에는 도펀트를 포함할 수 있는데, 도펀트로는 In, Sb, Al, Ga, C, Sn 중에 적어도 어느 하나가 이용될 수 있다. 분산액을 조제하는 과정에서 용매를 50~200℃로 가열한 상태에서 전구체로서 위에 언급된 산화물 반도체 나노파티클을 첨가한다.

상기 접착력 강화층과 발열층의 코팅 영역은 베이스의 전체 또는 베이스에서 획정된 적어도 어느 한 영역이 될 수 있으며, 접착력 강화층과 발열층과 일치하지 않을 수 있으며, 예를 들어 접착력 강화층은 베이스의 전체 또는 그 일부에 코팅되고 발열층은 접착력 강화층의 전체 또는 그 일부에서 선택된 적어도 어느 한 영역에 형성될 수 있다.

코팅된 제 2 분산액을 열처리하면 나노파티클이 분산되어 있는 용매의 증발(건조)가 수반된다. 어떤 경우에는 용매의 증발이 별도로 수행될 수 있으나, 일반적으로는 열처리에 수반하여 동시에 진행될 수 있다. 그러나 열처리시 건조가 먼저 진행되고 그 후에 잔류하는 나노파티클에 대한 소결이 이루어져 나노파티클이 물리적으로 연계(necking)된 발열층을 얻을 수 있게 된다. 이때에 발열층에는 나노파티클 간의 연계에 따른 물리적 연결 구조를 가지게 되며, 그 조직에 보이드(void)가 존재할 수 도 있으며, 어떤 경우에는 보이드가 없는 완전히 치밀한 조직이 얻어질 수 있다.

S220 단계:

S230 단계:

전극에 연결되는 배선을 형성한다. 배선은 전극에 대해 와이어 본딩, 솔더링 방법 등에 의해 형성될 수 있다.

S240 단계:

위에서 설명된 단계에서 상기 S200 단계와 210 단계가 각각 복수 회 반복 실시함으로써 다층 구조의 접합력 강화층 및 발열층을 얻을 수 있게 된다. 한편, 본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 상기 전극을 형성하는 S220 단계는 S210 단계보다 선행될 수 있으며, 이 경우 전극은 발열층의 하부에 위치한 상태에서 발열층에 전기적으로 접속될 수 있다.

도 9는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 발열 판재의 제조방법을 보인다.

S300 단계:

크리닝이 된 베이스에 전술한 바와 같은 조건으로 조제된 나노파티클이 분산되어 있는 제 1 분산액을 이용해 접착력 강화층을 형성한다. 본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 접착력 강화층은 단일 층 또는 복 층의 구조를 가질 수 있다. 여기에서 접착력 강화층은 본 발명의 다른 실시 예에 따라 실리카나 폴리머로 형성될 수 있으며 여기에 나노파티클이 포함될 수 도 있으며, 그리고 증착이나 스핀 코팅 등 다양한 기존의 방법에 의해 형성될 수 있다. 또한, 접착력 강화층은 투명, 불투 명, 반투명 물질에 의해서도 형성될 수 있다.

S310 단계:

접착력 강화층 상부 양측에 전극을 형성된다. 전극은 금속, 전도성 에폭시, 전도성 페이스트, 솔더, 전도성 필름 등으로 형성할 수 있다. 금속 전극은 증착 방법에 의해 형성되고, 전도성 에폭시 또는 전도성 페이스트 전극은 공지의 스크린 프린팅, 솔더는 솔더링 방법으로 형성되고, 그리고 전도성 필름은 라미네이팅 방법에 의해 형성될 수 있다.

S320 단계:

상기 접착력 강화층과 전극 위에 전술한 바와 같은 조건의 제 2 분산액을 코팅한 후 이를 건조/열처리함으로써 발열층을 형성한다. 이러한 발열층의 형성은 복 수회 반복 실시될 수 있으며 반복 과정에서 사용되는 나노파티클이나 용매를 다르게 적용할 수 도 있다.

S330 단계:

S340 단계:

위에서 설명된 단계에서 상기 S300 단계와 320 단계가 각각 복수 회 반복 실시함으로써 다층 구조의 접합력 강화층 및 발열층을 얻을 수 있게 된다. 한편, 본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 상기 전극을 형성하는 S310 단계는 S300 단계보다 선행될 수 있으며, 이 경우 전극은 접착력 강화층의 하부에 위치한 상태에서 발열층에 전기적으로 접속될 수 있다.

전술한 바와 같은 실시 예에 있어서, 다층구조의 발열층은 서로 다른 나노파티클에 의한 단위 적층을 포함할 수 도 있다. 그리고 최종 보호층이 형성된 후에는, 보호층 상에 또는 상기 베이스 반대 면에 온습도센서 및 피드백 회로를 마련하는 단계가 추가될 수 있다. 그러나 이러한 온습도센서 및 피드백 회로는 선택적인 요소로서 본 발명의 기술적 범위를 제한하지 않는다. 또한, 발열층에 전력을 공급하는 급전부의 구체적인 형태, 예를 들어 전극의 위치 및 형태, 배선의 형태 및 배치는 매우 다양한 형태로 구현될 수 있는데, 이는 발열층에 성공적으로 전력을 공급할 수 있는 어떠한 형태로의 변형이 가능하며, 이 또한 본 발명의 기술적 범위를 제한하지 않는다.

상기와 같은 구조 및 제조방법에 의해 얻어지는 발열 판재는 구조가 간단하고 저비용을 제조할 수 있다. 특히 낮은 소비 전력으로 구동되므로 효율적인 발열을 할 수 있으며, 온습도 센서를 가짐으로써 김서림등이 육안으로 확인되기 전에 자동으로 작동을 시킬 수 있다.

본 발명은 상기 실시 형태에 한정되는 것이 아니라 청구의 범위 및 명세서 전체로부터 파악되는 발명의 요지 또는 사상에 반하지 않는 범위에서 적절히 변경이 가능하고, 그와 같은 변경을 동반하는 모든 실시 형태가 본 발명의 기술적 범위에 포함되는 것이다.

이하에서는 본 발명에 따른 발열 판재의 성능 및 그 실시 가능성을 판단하기 위한 실제 제작 및 그 결과를 보인다.

나노파티클이 포함된 ITO(Indium Tin Oxide) 졸(sol)을 D263(Schott사 제품명) 유리 위에 2,500rpm, 30sec 의 조건으로 스핀 코팅을 한 후 80℃에서 건조를 해서 ITO 층을 형성하였다. 상기 과정을 15회 반복함으로써 면저항이 200K옴 정도인 다층 구조의 ITO 층을 얻을 수 있었다. 이 ITO 층을 200℃에서 5분간 열처리 후 가시광 투과율 90% 이상(유리 기준), 면저항 600옴 정도의 발열층을 제작하였다. 최종적으로 얻어진 발열층에 프린팅 방식으로 실버 전극을 형성하고 히터(발열층)의 특성을 확인하였다.

그 결과, 인가전압 30V에서, 소비전력 1W/cm2 에서 230℃의 온도를 얻을 수 있었다. 인가 전압 20V에서는 소비전력 0.8W/cm2 에서 90℃ 의 히팅온도를 얻었다. 그리고, 인가전압 10V에서 소비전력 0.5W/cm² 일 때 히팅 온도가 45℃ 로 나타났다.

도 10a는 위의 다층 구조의 ITO 층의 열처리 전(as dep.)과 열처리 후의 열처리 온도(200℃, 300℃, 400℃)별 투과 파장의 투과도의 변화를 보이는 그래프이며, 도 10b는 400℃로 열처리된 다층의 ITO 발열층에 대한 인가 전압(10V, 20V, 30V)별 시간-발열온도의 변화를 보인다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 발열 판재의 개략적 단면 구조를 보인다.

도 2는 도 1에 도시된 본 발명에 따른 발열 판재의 발열층의 구체적인 적층 구조의 일례를 도시한다.

도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 발열 판재의 적층 구조를 보인다.

도 4는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 발열 판재의 적층 구조를 보인다.

도 5a 및 도 5b은 온습도 센서를 가지는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 발열 판재의 적층 구조를 보인다.

도 6a, 6b은 본 발명의 또 다른 실시 예들에 따른 발열 판재에서 베이스에 대한 발열층의 평면적 배치 형태를 예시한다.

도 7은 본 발명의 한 실시 예에 따른 발열 판재의 제조 공정 흐름도이다.

도 8은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 발열 판재의 제조 공정 흐름도이다.

도 9는 본 발명의 또 실시 예에 따른 발열 판재의 제조 공정 흐름도이다.

도 10a, 10b는 본 발명에 따라 실제 제작된 발열층의 광학적, 전기적 특성을 보이는 그래프이다.

Claims

제1면과 제2면을 가지는 베이스; 와

상기 베이스의 제1면의 적어도 어느 일부 영역에 형성되는 것으로, 다수의 도전성 나노파티클이 물리적으로 연계(necking)된 발열층; 과

상기 발열층을 보호하는 보호층; 그리고

상기 발열층에 전력을 공급하는 급전부; 를 포함하는 발열 판재.
제 1 항에 있어서,

상기 베이스의 제1면과 제2면이 상호 나란하고 평탄한 것을 특징으로 하는 발열 판재.
제 1 항에 있어서,

상기 베이스의 제1면과 제2면이 만곡된 곡면형인 것을 특징으로 하는 발열 판재.
제 1 항에 있어서,

상기 나노파티클은 산화물반도체물질로 형성된 것을 특징으로 하는 발열 판재.
제 1 항에 있어서,

상기 나노파티클은 ZnO, SnO, MgO, InO 중의 적어도 어느 하나의 산화물과 실리카 중의 적어도 어느 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 발열 판재.
제 5 항에 있어서,

상기 산화물은 도펀트를 포함하는 것을 특징으로 하는 발열 판재.
제 6 항에 있어서,

상기 도펀트는 In, Sb, Al, Ga, C, Sn 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 발열 판재.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 급전부는 상기 발열층에 전기적으로 연결되는 단자 층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발열 판재.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 발열층은 다수의 단위 층에 의한 다층 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 발열 판재.
제 9 항에 있어서,

상기 발열층은 이종의 나노파티클에 의한 단위 발열층을 포함하는 것을 특징으로 하는 발열 판재.
제 1 항 내지 제 7 항 중의 어느 한 항에 있어서,

상기 발열층은 상기 베이스의 제1면에 획정된 다수의 영역 중 적어도 어느 하나의 영역에 형성되는 것을 특징으로 하는 발열 판재.
제 8 항에 있어서,

상기 발열층은 상기 베이스의 제1면에 획정된 다수의 영역 중 적어도 어느 하나의 영역에 형성되는 것을 특징으로 하는 발열 판재.
제 9 항에 있어서,

상기 발열층은 상기 베이스의 제1면에 획정된 다수의 영역 중 적어도 어느 하나의 영역에 형성되는 것을 특징으로 하는 발열 판재.
제 1 항에 있어서,

상기 발열층과 베이스의 사이에 접착력 강화층이 더 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 발열 판재.
제 14 항에 있어서,

상기 접착력 강화층은 상호 연계된 다수의 나노파티클을 포함하는 것을 특징으로 하는 발열 판재.
제 15 항에 있어서,

상기 나노파티클은 ZnO, SnO, MgO, InO 중의 적어도 어느 하나의 산화물과 실리카 중의 적어도 어느 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 발열 판재.
제 15 항에 있어서,

상기 산화물은 도펀트를 포함하는 것을 특징으로 하는 발열 판재.
제 17 항에 있어서,

상기 도펀트는 In, Sb, Al, Ga, C, Sn 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 발열 판재.
제 14 항 내지 제 18 항 중의 어느 한 항에 있어서,

상기 발열층은 상기 베이스의 제1면에 획정된 다수의 영역 중 적어도 어느 하나의 영역에 형성되는 것을 특징으로 하는 발열 판재.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 발열층은 다수의 단위층에 의한 다층 구조를 가지는 것을 특징으로 하 는 발열 판재.
제1면과 제2면을 가지는 베이스의 제1면에 용매에 나노파티클이 분산되어 있는 분산액을 코팅하는 단계;

상기 분산액의 용매를 제거하여 상기 베이스의 제1면에 나노파티클층을 형성하는 단계;

상기 나노파티클층을 열처리하여 나노파티클이 상호 연계(necking)된 발열층을 형성하는 단계; 그리고

상기 발열층을 보호하는 보호층을 형성하는 단계; 를 포함하는 발열 판재의 제조방법.
제 21 항에 있어서,

상기 분산액을 코팅하는 단계로부터 발열층을 형성하는 단계를 복수 주기 반복 실시하여 다층 구조의 발열층을 형성하는 것을 특징으로 하는 발열 판재의 제조방법.
제 22 항에 있어서,

상기 나노파티클 형성단계 전에, 상기 베이스에 대한 발열층의 접착력을 강화하기 위한 접착력 강화층 형성단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발열 판재의 제조방법.
제 23 항에 있어서,

상기 접착력 강화층 형성 단계는:

용매에 나노파티클이 분산된 분산액을 상기 베이스에 코팅하는 단계;

상기 용매를 건조하고 나노파티클은 열처리하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 발열 판재의 제조방법.
제 21 항에 있어서,

상기 나노파티클 형성단계 전에, 상기 베이스에 대한 발열층의 접착력을 강화하기 위한 접착력 강화층 형성단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발열 판재의 제조방법.
제 23 항에 있어서,

상기 접착력 강화층 형성 단계는:

용매에 나노파티클이 분산된 분산액을 상기 베이스에 코팅하는 단계;

상기 용매를 건조하고 나노파티클은 열처리하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 발열 판재의 제조방법.
제 21 항 내지 제 26 항 중의 어느 한 항에 있어서,

상기 나노파티클은 산화물반도체물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 발열 판재의 제조방법.
제 21 항 내지 제 26 항 중의 어느 한 항에 있어서,

상기 나노파티클은 ZnO, SnO, MgO, InO 중의 적어도 어느 하나의 산화물과 실리카 중의 적어도 어느 하나로 된 산화물반도체물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 발열 판재의 제조방법.
제 28 항에 있어서,

상기 산화물반도체물질은 도펀트를 포함하는 것을 특징으로 하는 발열 판재의 제조방법.
제 29 항에 있어서,

상기 도펀트는 In, Sb, Al, Ga, C, Sn 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 발열 판재의 제조방법.
제 21항에 있어서,

상기 나노파티클은 실리카 나노파티클을 포함하는 것을 특징으로 하는 발열 판재의 제조방법.
제 21항에 있어서,

상기 열처리는 200~500℃ 범위의 온도에서 실시하는 것을 특징으로 하는 투명 면상 히터의 제조방법.