JP5330546B2 - 発熱体およびその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は発熱体およびその製造方法に関する。具体的には、本発明は、目障りにならず、低電圧において発熱性能が優れ、光の回折と干渉を最小化することができるパターンを含み、パターン印刷時の交点部周辺の線幅減少を最小化することができる発熱体およびその製造方法に関する。
本出願は２００９年０１月２１日に韓国特許庁に提出された韓国特許出願第１０−２００９−０００５２２２号の出願日の利益を主張し、その内容の全ては本明細書に含まれる。
冬季や雨が降る日には、自動車の外部と内部の温度差によって自動車のガラスに霜が発生する。また、室内スキー場の場合、スロープがある内部とスロープ外部の温度差によって結露現象が発生する。これを解決するために発熱ガラスが開発された。発熱ガラスはガラスの表面に熱線シートを付着したり、ガラスの表面に直接熱線を形成した後に熱線の両端子に電気を印加して熱線から熱を発生させ、これによってガラス表面の温度を上げる概念を用いる。自動車用または建築用の発熱ガラスは、熱を円滑に発生させるために低い抵抗を有することも重要であるが、人間の目障りにならないものでなければならない。このために既存の透明発熱ガラスは、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）やＡｇ薄膜のような透明導電材料を用いてスパッタリング（Ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）工程を通じて発熱層を形成した後、電極を前末端に連結して製造する方法が提案されたが、高い面抵抗によって４０Ｖ以下の低電圧においては駆動し難いという問題があった。
前述した従来技術の問題を解決するために、本発明は、目障りにならず、日没後に単一光源の回折と干渉による副作用を最小化することができ、低電圧において発熱性能が優れ、パターン印刷時の交点部周辺の線幅減少を最小化することができる発熱体およびその製造方法を提供することを目的とする。
前記目的を達成するために、本発明は、ａ）透明基材、およびｂ）前記透明基材の少なくとも一面に備えられたボロノイダイアグラム（Ｖｏｒｏｎｏｉ ｄｉａｇｒａｍ）をなす図形の境界線形態の導電性発熱パターンとして、２以上の境界線が互いに接する点である境界線の交点部が曲線（ｃｕｒｖｅ）形態を有する導電性発熱パターンを含む発熱体を提供する。この発熱体は、ｃ）前記導電性発熱パターンの両末端に位置したバスバーをさらに含み、ｄ）前記バスバーと連結された電源部をさらに含むことができる。
また、本発明は、透明基材の一面に、ボロノイダイアグラムをなす図形の境界線形態の導電性発熱パターンを形成するが、２以上の境界線が互いに接する点である境界線の交点部が曲線（ｃｕｒｖｅ）形態を有する導電性発熱パターンを形成するステップを含む発熱体の製造方法を提供する。この方法は、前記導電性発熱パターンの両端にバスバー（ｂｕｓ ｂａｒ）を形成するステップ、および前記バスバーと連結された電源部を備えるステップをさらに含むことができる。
また、本発明は、ａ）透明基材、ｂ）前記透明基材の少なくとも一面に備えられたボロノイダイアグラムをなす図形の境界線形態の導電性発熱パターンとして、２以上の境界線が互いに接する点である境界線の交点部が曲線（ｃｕｒｖｅ）形態を有する導電性発熱パターン、およびｃ）前記導電性発熱パターン上に備えられたガラスを含む発熱ガラス積層体を提供する。前記発熱ガラス積層体は、前記ａ）透明基材と前記ｃ）ガラスとの間に前記導電性発熱パターンの両末端に位置したｄ）バスバーをさらに含むことができ、前記ｄ）バスバーと連結されたｅ）電源部をさらに含むことができる。前記ｃ）ガラスと前記ｂ）導電性発熱パターンとの間に接合フィルムが備えられることができる。
また、本発明は、透明基材の一面に、ボロノイダイアグラムをなす図形の境界線形態の導電性発熱パターンを形成するが、２以上の境界線が互いに接する点である境界線の交点部が曲線（ｃｕｒｖｅ）形態を有する導電性発熱パターンを形成するステップ、および前記透明基材の導電性発熱パターンが形成された面にガラスを積層して合着するステップを含む発熱ガラス積層体の製造方法を提供する。この方法は、前記導電性発熱パターンの形成後、ガラスの積層前に前記導電性発熱パターンの両端にバスバーを形成するステップをさらに含むことができる。また、前記方法は、ガラスを合着した後、前記バスバーと連結された電源部を備えるステップをさらに含むことができる。前記ガラスの合着時に導電性発熱パターンとガラスとの間に接合フィルムを介在させることができる。
本発明に係る発熱体または発熱ガラス積層体において、前記導電性発熱パターンは、非対称構造の図形からなるパターン面積が全体導電性発熱パターン面積に対して１０％以上であることが好ましい。
また、前記導電性発熱パターンは、ボロノイダイアグラムをなす図形の境界線形態であり、前記ボロノイダイアグラムをなすいずれか１つの図形の中心点を前記図形と境界をなす隣接する図形の中心点と連結した線のうちの少なくとも１つが残りの線と長さが相異なるパターン面積が全体導電性発熱パターン面積に対して１０％以上であることが好ましい。
前記ボロノイダイアグラムをなす図形の境界線形態の導電性発熱パターンが備えられた面積は透明基材の全体面積に対して３０％以上であることが好ましい。前記ボロノイダイアグラムをなす図形の境界線形態の導電性発熱パターンが備えられていない透明基材の表面の少なくとも一部には他の形態の導電性発熱パターンに備えられてもよい。
前記ボロノイダイアグラムをなす図形の境界線形態の導電性発熱パターンをなす線は直線であってもよいが、曲線、波線、ジグザグ線などの様々な変形が可能である。
前記発熱体または発熱ガラス積層体において、前記導電性発熱パターンは、印刷、フォトリソグラフィ工程、フォトグラフィ工程などによって形成することができる。
本発明に係る発熱体および発熱ガラス積層体は、ボロノイダイアグラムをなす図形の境界線形態の導電性発熱パターンを有するものであり、日没後に単一光源の回折と干渉による副作用を最小化することができる。また、前記積層体は、ボロノイダイアグラムをなす図形の境界線形態の導電性発熱パターンは、後述するようにボロノイジェネレータを通じて容易にパターン形状をデザインした後、印刷、フォトリソグラフィ、フォトグラフィ方法などの様々な方法によって形成することができるため、工程も容易で且つ安価である。
また、導電性発熱パターンの２以上の境界線が互いに接する点である境界線の交点部がラウンド処理されて曲線（ｃｕｒｖｅ）形態を有することにより、交点部周辺の線幅減少または断線の問題を解決しつつ、全体的な透過度にはほぼ影響を与えず、交点部そのものの線幅を増加させて面抵抗を下げることができるので発熱特性を向上させることができる。
以下、本発明について詳細に説明する。
本発明に係る発熱体および発熱ガラス積層体は、ボロノイダイアグラム（Ｖｏｒｏｎｏｉ ｄｉａｇｒａｍ）をなす図形の境界線形態の導電性発熱パターンとして、パターンの印刷時に２以上の境界線が互いに接する点である境界線の交点部周辺の線幅減少を最小化するために、境界線の交点部をラウンド処理することによって交点部が曲線（ｃｕｒｖｅ）形態を有する導電性発熱パターンを含むことを特徴とする。
本発明においては、前記導電性発熱パターンを、ボロノイダイアグラムをなす図形の境界線形態に形成することによって、光の回折および干渉による副作用を最小化することができる。ボロノイダイアグラム（Ｖｏｒｏｎｏｉ ｄｉａｇｒａｍ）とは、満たそうとする領域にボロノイダイアグラムジェネレータ（Ｖｏｒｏｎｏｉ ｄｉａｇｒａｍ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）という点を配置すれば、各点が、他の点からの距離に比べ、該当点との距離が最も近い領域を満たす方式でなされるパターンである。例えば、全国の大型割引店を点で示し、消費者らは最も近い大型割引店に行くという時、各割引店の商圏を示すパターンを例に挙げられる。すなわち、正六角形で空間を満たし、正六角形の各点をボロノイジェネレータに選定すれば、ハチの巣（ｈｏｎｅｙｃｏｍｂ）構造が前記導電性発熱パターンとなることができる。
本発明においては、ボロノイダイアグラムジェネレータの位置を規則または不規則に位置させることによって前記ジェネレータから派生したパターンを利用するが、境界線の交点部をラウンド処理することによって交点部が曲線（ｃｕｒｖｅ）形態を有するパターンを用いることにその特徴がある。
ボロノイダイアグラムをなす領域の境界線形態の導電性発熱パターンを印刷する場合、窪み現象が発生して印刷後の配線の線幅減少が発生し得るが、本発明によれば、パターン間境界線の交点部をラウンド処理することによって交点部周囲の窪み現象による線幅減少または断線の問題を解決しつつ、全体的な透過度には影響をほぼ与えず、交点部そのものの線幅を増加させて面抵抗を下げることができるので発熱特性を向上させることができる。
このように交点部がラウンド処理されたパターンを形成する方法として、弧の半径を変化させる方式（図１参照）または弧の半径を固定する方式（図２参照）を例に挙げることができる。このようなパターン製作と関連しては、コンピュータプログラムの変化を通じて図１および図２に示すように実現することができる。
具体的に説明すれば、２つの線の間に交点が存在する。２つの線の間の角度が任意の角度２ａと仮定すれば、２つの線の間に中央線を描くことができる。弧の半径を変化させる場合（図１参照）、交点から中央線に沿って常に一定した距離から他の１つの線に最も近い距離を計算して円を描くことができる。この時、交点に近い弧を選択すれば、これが図１に対するラウンド処理となる。
ラウンド処理において、半径を固定化してラウンド処理をすることができる。この場合、交点を作る２つの線の間の角度が大きい時にラウンド処理が過度になる問題がある。そこで、交点と交点を作る２つの線の中央線をひき、交点から一定距離にある中央線の点を通る円を作る方式でラウンド処理をすることができる。すなわち、交点を作る２つの線がなす角度が大きければ円の半径を小さくなるようにし、角度が小さくなれば半径を大きくする方式でラウンド処理をすることもできる。
図２の場合、弧の半径が一定であるので中央線に沿って点を動かし、他の１つの線に対する距離が与えられた半径と一致する瞬間にその点を中心に円を描き、交点に近い弧を選択すれば、図２に対するラウンド処理となる。
図１と２に対し、２つの交線に対して説明したが、コンピュータで繰り返し計算すれば、全て交点と関連した交線に対して計算することができる。
また、ここで、ラウンドとは、交点部がパターン線幅の０．１倍〜５倍の曲率半径を有する曲線形状を意味する。前記範囲の曲率半径を有する曲線形状である場合、印刷時の交点部の窪みによる印刷物焼成後の高い面抵抗を防止し、同一の透過度と反射度の効果を得ることができる。
一方、従来の導電性発熱パターンは、グリッド（Ｇｒｉｄ）方式またはリニア（ｌｉｎｅａｒ）方式のような非常に規則的なパターンだけを利用した。上記のように規則的なパターンだけを用いる場合、導電性発熱パターンとガラスの屈折率差によって光の回折および干渉縞が現れる。前記縞は自動車のヘッドライトや街灯のように日没後に存在する単一光源によってその効果が極大化される。このような現象は運転者の安全と疲労度を深化させるという問題がある。その反面、パターンが完全に不規則である場合、線の分布において、疎なところと密なところの差が生じ得る。このような線の分布は、線幅がいくら小さくても目障りになるという問題が生じる。
前述したような視覚的な認知性の問題を解決するために、本発明においては、ボロノイダイアグラムジェネレータを生成する時に規則性と不規則性を適切に調和させることができる。例えば、パターンが入る面積に一定大きさの面積を基本単位（ｕｎｉｔ）に指定した後、基本単位内の点の分布が不規則性を有するように点を生成した後、ボロノイパターンを製作することもできる。このような方法を利用すれば、線の分布がある１地点に偏らないので視覚性を補完することができる。
前述したように、発熱体または発熱ガラス積層体の均一な発熱および視覚性のために、パターンの開口率が単位面積において一定であることが好ましい。このために、ボロノイダイアグラムジェネレータの単位面積当たり個数を調節することが好ましい。この時、ボロノイダイアグラムジェネレータの単位面積当たり個数を均一に調節する時、前記単位面積は５ｃｍ2以下であることが好ましく、１ｃｍ2以下であることがより好ましい。前記ボロノイダイアグラムジェネレータの単位面積当たり個数は２５〜２，５００個／ｃｍ2であることが好ましく、１００〜２，０００個／ｃｍ2であることがより好ましい。
前記単位面積内のパターンを構成する図形のうちの少なくとも１つは残りの図形とは相異なる形態を有することが好ましい。
また、前記導電性発熱パターンを、非対称構造の図形からなるパターン面積が全体パターン面積に対して１０％以上になるように形成するか、ボロノイダイアグラムをなすいずれか１つの図形の中心点を前記図形と境界をなす隣接する図形の中心点と連結した線のうちの少なくとも１つが残りの線と長さが相異なるパターン面積が全体導電性発熱パターン面積に対して１０％以上になるように形成することにより、光の回折および干渉による副作用の最小化効果を極大化することができる。
本発明においては、先ず、ボロノイダイアグラムジェネレータを利用して目的とするパターン形態を決定した後、印刷法、フォトリソグラフィ法、フォトグラフィ法などを利用することによって、透明基材上に線幅が小さくて精密な導電性発熱パターンを形成することができる。前記ボロノイダイアグラムジェネレータとは、前述したように、ボロノイダイアグラムを形成することができるように配置された点を意味する。
前記印刷法は、導電性発熱材料を含むペーストを目的とするパターン形態で透明基材上に転写した後に焼成する方式で行われる。前記転写方法は特に限定されないが、凹版またはスクリーンなどのパターン転写媒体に前記パターン形態を形成し、これを利用して所望のパターンを透明基材に転写することができる。前記パターン転写媒体にパターン形態を形成する方法としては当技術分野に知られている方法を利用することができる。
前記印刷法は特に限定されず、オフセット印刷、スクリーン印刷、グラビア印刷などの印刷法を利用することができる。オフセット印刷は、パターンが彫られた凹版にペーストを満たした後、ブランケット（ｂｌａｎｋｅｔ）と呼ばれるシリコンゴムに１次転写をした後、ブランケットと透明基材を密着させて２次転写をする方式で行われる。スクリーン印刷は、パターンのあるスクリーン上にペーストを位置させた後、スキージを押しながら、空間が空いているスクリーンを通して直接的に基材にペーストを位置させる方式で行われる。グラビア印刷は、ロール上にパターンが彫られたブランケットを巻き、ペーストをパターンの中に満たした後、透明基材に転写させる方式で行われる。本発明においては、前記方式だけでなく、前記方式を複合的に利用することもできる。また、その他の当業者らに知られた印刷方式を利用することもできる。
オフセット印刷法の場合、ブランケットが有する離型特性により、ペーストがガラスのような透明基材にほぼ大部分が転写されるため、別途のブランケットの洗浄工程が必要ではない。前記凹版は目的とする導電性発熱パターンが彫られたガラスを精密エッチングして製造することができ、耐久性のためにガラス表面に金属またはＤＬＣ（Ｄｉａｍｏｎｄ−ｌｉｋｅ Ｃａｒｂｏｎ）コーティングを施すこともできる。前記凹版は金属板をエッチングして製造することもできる。
本発明においては、より精密な導電性発熱パターンを実現するためにオフセット印刷法が好ましい。図３はオフセット印刷方法を例示したものである。図３によれば、第１ステップとして、ドクターブレード（Ｄｏｃｔｏｒ Ｂｌａｄｅ）を利用して凹版のパターンにペーストを満たした後、ブランケットを回転させて１次転写し、第２ステップとしてブランケットを回転させてガラス面に２次転写する。
この印刷法を利用してパターンを印刷する場合、パターン間境界線の交点部周辺において、ドクターブレード（Ｄｏｃｔｏｒ ｂｌａｄｅ）で溝部に塗布する時に窪み現象が発生して、印刷後に配線の線幅減少が発生し得る。特に、線幅減少現象は、境界線とドクターブレードが平行した角度に達するほど激しくなる。しかし、本発明によれば、パターン間境界線の交点部をラウンド処理することによって、交点部周囲の窪み現象による線幅減少または断線の問題を解決しつつ、全体的な透過度には影響をほぼ与えず、交点部そのものの線幅を増加させて面抵抗を下げることができるので発熱特性を向上させることができる。
本発明においては、前述した印刷法に限定されず、フォトリソグラフィ工程を利用することもできる。例えば、フォトリソグラフィ工程は、透明基材の全面に導電性発熱パターン材料層を形成し、その上にフォトレジスト層を形成し、選択的露光および現像工程によってフォトレジスト層をパターン化した後、パターン化されたフォトレジスト層をマスクを利用して導電性発熱パターン材料層をパターン化し、フォトレジスト層を除去する方式で行われる。
また、本発明はフォトグラフィ方法を用いることもできる。例えば、透明基材上にハロゲン化銀を含む写真感光材料を塗布した後、前記感光材料を選択的露光および現像工程によってパターン化することもできる。前記発熱パターンの導電度を高めるためにメッキ処理をさらに施すこともできる。前記メッキは無電解メッキ方法を利用することができ、メッキ材料としては銅またはニッケルを用いることができ、銅メッキを施した後、その上にニッケルメッキを施すこともできるが、本発明の範囲がこれらの例だけに限定されるものではない。
本発明において、前記透明基材は特に限定されないが、光透過率が５０％以上、好ましくは７５％以上であることが好ましい。具体的には、前記透明基材としてはガラスを用いることもでき、プラスチックフィルムを用いることもできる。プラスチックフィルムを用いる場合には、導電性発熱パターンを形成した後、基材の少なくとも一面にガラスを合着することが好ましい。この時、透明基材の導電性発熱パターンが形成された面にガラスを合着することがより好ましい。前記プラスチックフィルムとしては当技術分野に知られている材料を用いることができ、例えば、ＰＥＴ（Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）、ＰＶＢ（ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｂｕｔｙｒａｌ）、ＰＥＮ（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ ｎａｐｈｔｈａｌａｔｅ）、ＰＥＳ（ｐｏｌｙｅｔｈｅｒｓｕｌｆｏｎ）、ＰＣ（ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅ）のような可視光透過率８０％以上のフィルムが挙げられ、その厚さが５０〜４５０マイクロメータであることが好ましい。
本発明において、前記導電性発熱材料としては熱伝導度に優れた金属を用いることが好ましい。また、前記導電性発熱材料の比抵抗値は１ｍｉｃｒｏＯｈｍ ｃｍ以上、２００ｍｉｃｒｏＯｈｍ ｃｍ以下の値を有することが好ましい。導電性発熱材料の具体的な例としては銅、銀（ｓｉｌｖｅｒ）などを用いることができ、銀が最も好ましい。前記導電性発熱材料は粒子の形態で用いることができる。本発明において、導電性発熱材料として、銀でコーティングされた銅粒子も用いることができる。
本発明において、前記導電性発熱材料を含むペーストを用いる場合、前記ペーストは、印刷工程が容易になるように前述した導電性発熱材料の他に有機バインダーをさらに含むこともできる。前記有機バインダーは焼成工程で揮発される性質を有することが好ましい。前記有機バインダーとしてはポリアクリル系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、セルロース樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリエチレンナフタレート系樹脂および変性エポキシなどが挙げられるが、これらだけに限定されるものではない。
ペーストとガラスとの付着力を向上させるために、前記ペーストはガラスフリット（Ｇｌａｓｓ Ｆｒｉｔ）をさらに含むことができる。前記ガラスフリットは市販品から選択することができるが、環境に優しい鉛成分のないガラスフリットを用いることが好ましい。この時、用いるガラスフリットの大きさは平均口径が２マイクロメータ以下であり、最大口径が５０マイクロメータ以下であることが好ましい。
必要によっては、前記ペーストには溶媒をさらに追加することができる。前記溶媒としてはブチルカルビトールアセテート（Ｂｕｔｙｌ Ｃａｒｂｉｔｏｌ Ａｃｅｔａｔｅ）、カルビトールアセテート（Ｃａｒｂｉｔｏｌ ａｃｅｔａｔｅ）、シクロヘキサノン（Ｃｙｃｌｏｈｅｘａｎｏｎ）、セロソルブアセテート（Ｃｅｌｌｏｓｏｌｖｅ Ａｃｅｔａｔｅ）およびテルピネオール（Ｔｅｒｐｉｎｅｏｌ）などが挙げられるが、これらの例によって本発明の範囲が限定されるものではない。
本発明において、導電性発熱材料、有機バインダー、ガラスフリットおよび溶媒を含むペーストを用いる場合、各成分の重量比は、導電性発熱材料５０〜９０％、有機バインダー１〜２０％、ガラスフリット０．１〜１０％および溶媒１〜２０％にすることが好ましい。
前述した導電性発熱パターンをなす線の線幅が１００マイクロメータ以下、好ましくは３０マイクロメータ以下、より好ましくは２５マイクロメータ以下になるように形成することができる。
本発明において、前述したペーストを用いる場合、前述したペーストをボロノイダイアグラムをなす図形の境界線形態に印刷した後に焼成過程を経れば、導電性を有する発熱パターンが形成される。この時、焼成温度は特に限定されないが、５００℃〜８００℃、好ましくは６００℃〜７００℃にすることができる。前記発熱パターンを形成する基材がガラスである場合、必要な場合、前記焼成ステップにおいて、前記ガラスを建築用または自動車用などの目的用途に合わせて成形することがができる。例えば、自動車用ガラスを曲面に成形するステップにおいて、前記ペーストを焼成することもできる。また、前記導電性発熱パターンを形成する基材としてプラスチックフィルムを用いる場合には、比較的に低温で焼成を行うことが好ましい。例えば、５０〜３５０℃で遂行することができる。
本発明に係る発熱体の製造方法においては、前記導電性発熱パターンの両端にバスバー（ｂｕｓ ｂａｒ）を形成するステップ、および前記バスバーと連結された電源部を備えるステップをさらに行うことができる。これらのステップは当技術分野に知られている方法を利用することができる。例えば、バスバーは、前記導電性発熱パターンの形成と同時に形成することもでき、前記導電性発熱パターンを形成した後に他の印刷方法を利用して形成することもできる。例えば、前記導電性発熱パターンをオフセット印刷（ｏｆｆｓｅｔ ｐｒｉｎｔｉｎｇ）方式で形成した後、スクリーン印刷によってバスバーを形成することができる。この時、バスバーの厚さは１マイクロメータ〜１００マイクロメータが好適であり、好ましくは、１０マイクロメータ〜５０マイクロメータである。１マイクロメータ未満であれば、前記導電性発熱パターンとバスバーとの間の接触抵抗が増加して、接触した部分の局部的な発熱となり得るし、１００マイクロメータを超過すれば、電極材料費用が増加する。バスバーと電源との間の連結はハンダ付け、導電性発熱の良い構造体との物理的な接触によってなされることができる。
前記導電性発熱パターンとバスバーを隠すためにブラックパターンを形成することができる。前記ブラックパターンは、コバルト酸化物を含有したペーストを利用して印刷することができる。この時、印刷方式としてはスクリーン印刷が好適であり、厚さは１０マイクロメータ〜１００マイクロメータが好適である。前記導電性発熱パターンとバスバーは、各々、ブラックパターンの形成前または後に形成することができる。
本発明に係る発熱ガラス積層体の製造方法は、前述した発熱体の製造方法と同じように導電性発熱パターンを形成し、前記透明基材の導電性発熱パターンが形成された面にガラスを順次積層して合着するステップを含む。この時、合着方法は当技術分野に知られている方法を利用することができる。この時、接合フィルムを利用して前記導電性発熱パターンが備えられた透明基材とガラスを合着することができる。この方法は、バスバーを形成するステップおよび前記バスバーと連結された電源部を備えるステップをさらに含むことができる。
例えば、合着方法は、導電性発熱パターンが形成された透明基材とガラスとの間に接着フィルムを挿入して接合する工程によってなされる。この時、本発明においては、前記透明基材の少なくとも一面に前述した導電性発熱パターンが印刷されている。接合する過程において温度および圧力を調節することができる。
具体的な一実施状態において、導電性発熱パターンが形成されている透明基材とガラスとの間に接着フィルムを挿入し、これを真空バックに入れて減圧して温度を上げるか、ホットロールを利用して温度を上げ、空気を除去することによって１次接合を行う。この時、圧力、温度および時間は、接着フィルムの種類に応じて異なるが、通常、３００ｔｏｒｒ〜７００ｔｏｒｒの圧力で、常温から１００℃までに温度を漸進的に上げることができる。この時、時間は通常１時間以内にすることが好ましい。１次接合を完了した予備接合された積層体は、オートクレーブで圧力を加えながら温度を上げるオートクレービング過程によって２次接合過程を経る。２次接合は、接着フィルムの種類に応じて異なるが、１４０ｂａｒ以上の圧力と１３０℃〜１５０℃程度の温度で１時間〜３時間、好ましくは、約２時間遂行した後に徐冷することが好ましい。
また具体的な一実施状態においては、上述した２ステップの接合過程とは異なり、真空ラミネータ装置を利用して１ステップだけで接合する方法を利用することができる。８０℃〜１５０℃まで段階的に温度を上げ、徐冷しながら、１００℃までは減圧（〜５ｍｂａｒ）を、その後には加圧（〜１０００ｍｂａｒ）をして接合を行うことができる。
前記接合フィルムの材料としては、接着力があり、接合後に透明になるものであればいずれの物質も用いることができる。例えば、ＰＶＢフィルム、ＥＶＡフィルム、ＰＵフィルムなどを用いることができるが、これらの例だけに限定されるものではない。前記接合フィルムは特に限定されないが、その厚さは１００マイクロメータ〜８００マイクロメータであることが好ましい。
前記方法において、合着されるガラスはガラスだけからなってもよく、前述したように製造された導電性発熱パターンが備えられたガラスであってもよい。
前記発熱体または発熱ガラス積層体の導電性発熱パターンの線幅は１００マイクロメータ以下、好ましくは３０マイクロメータ以下、より好ましくは２５マイクロメータ以下であり、５マイクロメータ以上であることが好ましい。前記導電性発熱パターンの線間の間隔は５０マイクロメータ〜３０ｍｍであることが好ましく、２００マイクロメータ〜１ｍｍであることが好ましい。前記線の高さは１〜１００マイクロメータ、より好ましくは３マイクロメータである。
本発明に係る発熱体または発熱ガラス積層体は発熱のために電源に連結されることができ、この時の発熱量はｍ2当たり１００〜５００Ｗ、好ましくは２００〜３００Ｗである。本発明に係る発熱体または発熱ガラス積層体は低電圧、例えば、３０Ｖ以下、好ましくは２０Ｖ以下においても発熱性能が優れるため、自動車などにも有用に用いることができる。前記発熱体または発熱ガラス積層体における抵抗は５Ω／□以下、好ましくは１Ω／□以下、より好ましくは０．５Ω／□以下である。
本発明に係る発熱体または発熱ガラス積層体は曲面をなす形態であってもよい。
本発明に係る発熱体または発熱ガラス積層体において、導電性発熱パターンの開口率、すなわち、パターンによって覆われないガラスの領域の比率は７０％以上であることが好ましい。本発明に係る発熱ガラスまたは発熱ガラス積層体は開口率が、７０％以上であり、発熱作動後５分内の温度偏差が１０％以下を維持しつつ温度を上昇させられる優れた発熱特性を有する。
本発明に係る発熱体または発熱ガラス積層体は、自動車、船舶、飛行機などの各種運送手段または家やその他の建築物に用いられるガラスに適用することができる。
以下、実施例および比較例を通じて本発明をより詳細に説明する。
［比較例］
０．０９ｍｍ2の正方形を基本単位（ｕｎｉｔ）に指定した後、基本単位の中における点の分布を不規則性を与えて生成した後、ボロノイパターンを製作した。不規則性の程度は、基本単位面積の中心点を基準に１００％の領域から任意の一点を選択する方式で選択された１１１１個／ｃｍ2の密度を有する点をもって、ボロノイパターンを製作した。前記方法によって作られたパターンの図は図４の通りである。
０．０９ｍｍ2の正方形を基本単位（ｕｎｉｔ）に指定した後、基本単位の中における点の分布を不規則性を与えて生成した後、ボロノイパターンを製作した。不規則性の程度は、基本単位面積の中心点を基準に１００％の領域から任意の一点を選択する方式で選択された１１１１個／ｃｍ2の密度を有する点をもって、ボロノイパターンを製作した。前記方法によって作られたパターンの図は図４の通りである。
［実施例］
比較例のボロノイパターンの交点部を連結する２つの線の間に中央線を作り、交点から１８マイクロメータ離れた点を通る円を形成する方式でラウンド処理したパターンを製作した。前記方法によって作られたパターンの図は図５の通りである。
比較例のボロノイパターンの交点部を連結する２つの線の間に中央線を作り、交点から１８マイクロメータ離れた点を通る円を形成する方式でラウンド処理したパターンを製作した。前記方法によって作られたパターンの図は図５の通りである。
［実験例］
前記実施例と比較例で作られたパターンを基本にガラス基板（３７０ｍｍ×４７０ｍｍ）上に図３に示された方式によってオフセットプリンタを利用してシルバーパターンを形成した後、５８０℃で１０分間ベルト炉（ｂｅｌｔ ｆｕｒｎａｃｅ）で焼成してシルバー線を形成した。この時、形成されたシルバー線の幅は２５マイクロメータ、高さは２．５マイクロメータであった。
前記実施例と比較例で作られたパターンを基本にガラス基板（３７０ｍｍ×４７０ｍｍ）上に図３に示された方式によってオフセットプリンタを利用してシルバーパターンを形成した後、５８０℃で１０分間ベルト炉（ｂｅｌｔ ｆｕｒｎａｃｅ）で焼成してシルバー線を形成した。この時、形成されたシルバー線の幅は２５マイクロメータ、高さは２．５マイクロメータであった。
この時、用いたシルバーペーストは回路基板オフセット印刷に好適な高温焼成型シルバーペーストであって、銀（Ａｇ）粒子（平均粒径＝約２マイクロメータ）８０重量％、ポリエステル樹脂とＢＣＡを１：１で混合して作ったバインダー（ｂｉｎｄｅｒ）１８重量％、およびガラスとの付着力のためのガラスフリット（ｇｌａｓｓ ｆｒｉｔ）を２重量％混ぜた後、３段ロール−ミル（ｒｏｌｌ−ｍｉｌｌ）を利用して３０分間練った。この時、粘度は約１０，０００ｃｐｓ（ｓｐｉｎｄｌｅ ｎｕｍｂｅｒ ５，１ ｒｐｍ）であった。
また、実施例と比較例の比較のために透過度と面抵抗を測定し、印刷および焼成後のパターンの伝導度と透過度を測定して表１に示す。
［物性評価］
１）面抵抗；Ｍｉｔｓｕｂｉｓｈ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎのＬｏｒｅｓｔａ−ＧＰ ＭＣＰ−Ｔ６００で測定した。
１）面抵抗；Ｍｉｔｓｕｂｉｓｈ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎのＬｏｒｅｓｔａ−ＧＰ ＭＣＰ−Ｔ６００で測定した。
２）透過度＠５５０ｎｍ；Ｓｈｉｍａｄｚｕ ＵＶ−３６００ ｕｖ−Ｖｉｓ−ＮＩＲ ｓｐｅｃｔｒｏｐｈｏｔｏｍｅｔｅｒで測定した。
３）反射率＠５５０ｎｍ；Ｓｈｉｍａｄｚｕ ＵＶ−３６００ ｕｖ−Ｖｉｓ−ＮＩＲ ｓｐｅｃｔｒｏｐｈｏｔｏｍｅｔｅｒで測定した。
前記表１から分かるように、比較例による交点部をラウンド処理する前（図４）と、実施例による交点部をラウンド処理した後（図５）の透過度と反射率の変化はほぼ見られなかったが、面抵抗は０．４３Ω／□から０．３３Ω／□に約２５％の改善効果があった。
比較例による交点部をラウンド処理する前（図４）と、実施例による交点部をラウンド処理した後（図５）のパターン回折および干渉効果を測定するために観察者と光源との距離を７ｍ以上にし、印刷された発熱ガラスを観察者と光源との間に位置させた。２つとも光源周辺の強い干渉縞ではないパターンによる弱い散乱が観察された。
Claims (29)
- ａ）透明基材、およびｂ）前記透明基材の少なくとも一面に備えられたボロノイダイアグラム（Ｖｏｒｏｎｏｉ ｄｉａｇｒａｍ）をなす図形の境界線形態の導電性発熱パターンとして、２以上の境界線が互いに接する点である境界線の交点部が曲線（ｃｕｒｖｅ）形態を有し、前記曲線（ｃｕｒｖｅ）形態は、交点部がパターン線幅の０．１倍〜５倍の曲率半径を有する曲線形状である導電性発熱パターンを含む発熱体。
- ｃ）前記導電性発熱パターンの両末端に位置したバスバーおよびｄ）前記バスバーと連結された電源部をさらに含む、請求項１に記載の発熱体。
- 前記導電性発熱パターンは、非対称構造の図形からなるパターン面積を 全体パターン面積に対して１０％以上含む、請求項１または２に記載の発熱体。
- 前記導電性発熱パターンは、ボロノイダイアグラムをなす図形の境界線形態であり、前記ボロノイダイアグラムをなすいずれか１つの図形の中心点を前記図形と境界をなす隣接する図形の中心点と連結した線のうちの少なくとも１つが残りの線と長さが相異なるパターン面積を全体導電性発熱パターン面積に対して１０％以上含む、請求項１〜３のいずれかに記載の発熱体。
- 前記導電性発熱パターンをなす線の少なくとも一部は、直線、曲線、波線およびジグザグ線のうちの少なくとも１つからなる、請求項１〜４のいずれかに記載の発熱体。
- 前記ボロノイダイアグラム（Ｖｏｒｏｎｏｉ ｄｉａｇｒａｍ）をなす図形の境界線形態はボロノイダイアグラムジェネレータによって形成され、５ｃｍ2以下の単位面積当たり前記ボロノイダイアグラムジェネレータの分布が均一になるように調節される、請求項１〜５のいずれかに記載の発熱体。
- 前記ボロノイダイアグラム（Ｖｏｒｏｎｏｉ ｄｉａｇｒａｍ）をなす図形の境界線形態はボロノイダイアグラムジェネレータによって形成され、前記ボロノイダイアグラムジェネレータは５ｃｍ2以下の単位面積内に２５〜２，５００個／ｃｍ2の分布で存在する、請求項１〜６のいずれかに記載の発熱体。
- 前記導電性発熱パターンの線の線幅が１００マイクロメータ以下である、請求項１〜７のいずれかに記載の発熱体。
- 開口率が、７０％以上である、請求項１〜８のいずれかに記載の発熱体。
- 開口率が、７０％以上であり、発熱作動後５分内の温度偏差が１０％以下である、請求項１〜８のいずれかに記載の発熱体。
- 前記導電性発熱パターンは銅または銀を含む、請求項１〜１０のいずれかに記載の発熱体。
- 前記導電性発熱パターンは有機バインダーおよびガラスフリットをさらに含む、請求項１１に記載の発熱体。
- 透明基材の一面に、ボロノイダイアグラムをなす図形の境界線形態の導電性発熱パターンを形成するが、２以上の境界線が互いに接する点である境界線の交点部が曲線（ｃｕｒｖｅ）形態を有し、前記曲線（ｃｕｒｖｅ）形態は、交点部がパターン線幅の０．１倍〜５倍の曲率半径を有する曲線形状である導電性発熱パターンを形成するステップを含む請求項１〜１２のうちのいずれか１項の発熱体の製造方法。
- 前記導電性発熱パターンの両端にバスバー（ｂｕｓ ｂａｒ）を形成するステップ、および前記バスバーと連結された電源部を備えるステップをさらに含む、請求項１３に記載の発熱体の製造方法。
- 前記導電性発熱パターンを形成するステップは、導電性発熱材料を含むペーストをボロノイダイアグラムをなす図形の境界線形態で透明基材上に転写するステップ、および前記導電性発熱材料を焼成するステップを含む、請求項１３または１４に記載の発熱体の製造方法。
- 前記導電性発熱パターンを形成した後にメッキ処理をさらに施す、請求項１３〜１５のいずれかに記載の発熱体の製造方法。
- ａ）透明基材、ｂ）前記透明基材の少なくとも一面に備えられたボロノイダイアグラムをなす図形の境界線形態の導電性発熱パターンとして、２以上の境界線が互いに接する点である境界線の交点部が曲線（ｃｕｒｖｅ）形態を有し、前記曲線（ｃｕｒｖｅ）形態は、交点部がパターン線幅の０．１倍〜５倍の曲率半径を有する曲線形状である導電性発熱パターン、およびｃ）前記導電性発熱パターン上に備えられたガラスを含む発熱ガラス積層体。
- 前記発熱ガラス積層体は、前記ａ）透明基材と前記ｃ）ガラスとの間に前記導電性発熱パターンの両末端に位置したｄ）バスバーおよび前記ｄ）バスバーと連結されたｅ）電源部をさらに含む、請求項１７に記載の発熱ガラス積層体。
- 前記ｃ）ガラスと前記ｂ）導電性発熱パターンとの間に接合フィルムが備えられる、請求項１７または１８に記載の発熱ガラス積層体。
- 前記導電性発熱パターンの線の線幅が１００マイクロメータ以下である、請求項１７〜１９のいずれかに記載の発熱ガラス積層体。
- 開口率が、７０％以上である、請求項１７〜２０のいずれかに記載の発熱ガラス積層体。
- 開口率が、７０％以上であり、発熱作動後５分内の温度偏差が１０％以下である、請求項１７〜２０のいずれかに記載の発熱ガラス積層体。
- 前記導電性発熱パターンは銅または銀を含む、請求項１７〜２２のいずれかに記載の発熱ガラス積層体。
- 前記導電性発熱パターンは、有機バインダーおよびガラスフリットをさらに含む、請求項２３に記載の発熱ガラス積層体。
- 透明基材の一面に、ボロノイダイアグラムをなす図形の境界線形態の導電性発熱パターンを形成するが、２以上の境界線が互いに接する点である境界線の交点部が曲線（ｃｕｒｖｅ）形態を有し、前記曲線（ｃｕｒｖｅ）形態は、交点部がパターン線幅の０．１倍〜５倍の曲率半径を有する曲線形状である導電性発熱パターンを形成するステップ、および前記透明基材の導電性発熱パターンが形成された面にガラスを積層して合着するステップを含む請求項１７〜２４のうちのいずれか１項の発熱ガラス積層体の製造方法。
- 前記ガラスの積層前に前記導電性発熱パターンの両端にバスバーを形成するステップをさらに含み、前記ガラスを積層して合着した後に前記バスバーと連結された電源部を備えるステップをさらに含む、請求項２５に記載の発熱ガラス積層体の製造方法。
- 前記ガラスを積層して合着する時に接合フィルムを用いる、請求項２５または２６に記載のガラス積層体の製造方法。
- 前記導電性発熱パターンを形成するステップは、導電性発熱材料を含むペーストをボロノイダイアグラムをなす図形の境界線形態で透明基材上に転写するステップ、および前記導電性発熱材料を焼成するステップを含む、請求項２５〜２７のいずれかに記載の発熱ガラス積層体の製造方法。
- 前記導電性発熱パターンを形成した後にメッキ処理をさらに施す、請求項２５〜２８のいずれかに記載の発熱ガラス積層体の製造方法。
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