KR102461509B1 - 히팅필름 - Google Patents

Abstract

고분자 수지 재질의 베이스층; 베이스층에 서로 이격되도록 배치된 복수의 전극라인; 전극라인들의 사이에 배치되고, 열전도성 재질로 형성되며, 메쉬 형상으로 성형된 지지층; 및 양단부가 각각 전극라인에 연결되며, 전력이 공급될 경우 복사열을 방출하는 탄소복합재 재질의 발열층;을 포함하는 히팅필름이 소개된다.

Description

히팅필름 {HEATING FILM}

본 발명은 플렉서블한 필름 타입으로써 차량의 내장재 등에 적용이 용이하고, 제조시 형상이 변형되지 않아 품질이 우수하며, 발열이 전체 면적에 대하여 균일하게 발생되고, 사용자의 터치 등을 인식하여 제어됨으로써 안전성도 향상된 히팅필름에 관한 것이다.

탄소를 활용한 복사열히터의 경우 직접적인 전도나 대류 열전달이 아닌 복사열을 활용하는 것이고, 원적외선을 통한 난방을 수행하기 때문에 가깝게 이격된 거리에 있는 신체를 국부적으로 가열하는데 유리하다.

최근 자율주행차량 등이 개발되고, 차량의 실내 공간의 다양한 활용 가능성이 예상되면서 차량의 실내에도 복사열히터가 적용되고 있다.

이러한 복사열히터의 경우 차량의 내장재 표면에 장착되어 자연스럽게 내장재가 발열이 일어나도록 하고, 차량의 메인 공조장치를 통하여 가열이 어려운 신체 부위를 원적외선으로 가열하기 위한 기술이 필요하다.

이를 위해서는 히터를 필름타입으로 제작하여 내장재의 표면에 설치하여야 하는데, 아직까지는 복사열 히터를 필름 타입으로 제작하여 적용한 사례를 찾아보기 어려운 문제가 있었다.

상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.

KR 10-1987415 B1

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 플렉서블한 필름 타입으로써 차량의 내장재 등에 적용이 용이하고, 제조시 형상이 변형되지 않아 품질이 우수하며, 발열이 전체 면적에 대하여 균일하게 발생되고, 사용자의 터치 등을 인식하여 제어됨으로써 안전성도 향상된 히팅필름을 제공하고자 함이다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 히팅필름은, 고분자 수지 재질의 베이스층; 베이스층에 서로 이격되도록 배치된 복수의 전극라인; 전극라인들의 사이에 배치되고, 열전도성 재질로 형성되며, 메쉬 형상으로 성형된 지지층; 및 양단부가 각각 전극라인에 연결되며, 전력이 공급될 경우 복사열을 방출하는 탄소복합재 재질의 발열층;을 포함한다.

베이스층의 상부에 전극라인, 지지층 및 발열층이 배치되고, 최상단에 고분자 수지 재질의 커버층이 배치될 수 있다.

발열층은 지지층을 덮는 형상이고, 발열층의 테두리를 따라 전극라인이 배치될 수 있다.

전극라인의 테두리를 따라 터치센서라인이 배치될 수 있다.

베이스층의 일측에는 제1연장부가 형성되고, 제1연장부에는 전극연결부가 형성되며, 전극라인은 전극연결부로부터 발열층의 테두리까지 연장되며, 전극라인은 전극연결부를 통해 전력을 공급받을 수 있다.

베이스층의 타측에는 제2연장부가 형성되며, 제2연장부에는 센서연결부가 형성되며, 터치센서라인은 센서연결부로부터 전극라인의 테두리까지 연장될 수 있다.

발열층은 사각형 형상일 수 있다.

지지층은 제1파트와 제2파트로 구분되고, 제1파트는 제2파트보다 메쉬의 사이즈가 더 크며, 제1파트는 발열층의 하부에 배치될 수 있다.

제2파트는 발열층이 배치되지 않은 지점에서 전극라인들의 사이에 배치되며, 제2파트와 인접한 발열층은 일부 구간이 중첩되어 발열층으로부터 제2파트로 열전달이 이루어질 수 있다.

히팅필름의 온도를 측정하는 온도센서;가 더 포함되고, 온도센서는 지지층의 메쉬 형상을 이루는 격자들 중 일부 격자의 중앙에 매칭되도록 배치될 수 있다.

온도센서는 히팅필름 후방의 단열층에 형성된 장착홈에 안착될 수 있다.

본 발명의 에 따르면, 플렉서블한 필름 타입으로써 차량의 내장재 등에 적용이 용이하고, 제조시 형상이 변형되지 않아 품질이 우수하며, 발열이 전체 면적에 대하여 균일하게 발생되고, 사용자의 터치 등을 인식하여 제어됨으로써 안전성도 향상된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 히팅필름의 구조도.
도 2는 도 1에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 히팅필름에 발열층이 배치된 상태를 나타낸 도면.
도 3은 도 2에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 히팅필름의 A부분의 확대 단면도.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 히팅필름의 구조도이고, 도 2는 도 1에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 히팅필름에 발열층이 배치된 상태를 나타낸 도면이며, 도 3은 도 2에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 히팅필름의 A부분의 확대 단면도이다.

먼저 도 1 내지 2를 참고하여 본 발명의 히팅필름을 설명한다. 본 발명에 따른 히팅필름은, 고분자 수지 재질의 베이스층(100); 베이스층(100)에 서로 이격되도록 배치된 복수의 전극라인(300); 전극라인(300)들의 사이에 배치되고, 열전도성 재질로 형성되며, 메쉬 형상으로 성형된 지지층(700); 및 양단부가 각각 전극라인(300)에 연결되며, 전력이 공급될 경우 복사열을 방출하는 탄소복합재 재질의 발열층(1000);을 포함한다.

본 발명은 플렉서블 PCB를 제조하는 공법을 기반으로 하여 필름타입의 면상발열체를 제조하는 것에 관한 것이다. 그리고 본 발명의 히팅필름은 탄소(예를들어 CNT 복합체)를 기반으로 한 발열체로서 원적외선을 이용한 근거리의 복사열 히팅을 수행한다.

그에 따라 플렉서블한 필름의 구현을 위해 베이스층(100)의 경우 고분자 수지 재질로 박막 형태로 제조한다. 베이스층(100)은 플렉서블하고 절연성이 있어야 하기 때문에 고분자 수지 재질이고, 실시예로는 폴리이미드(PI) 계열의 수지를 예로 들 수 있다.

한편, 베이스층(100)의 상부에는 히팅을 위한 구성들이 배치된다. 구체적으로, 전류를 인가하기 위한 전극이 설치된다. 도시된 바와 같이 전극은 양극과 음극의 두가지의 전극이 설치된다. 전극라인(300)은 FPBC와 같이 라인의 형태로 설치된다. 그리고 양극라인(320)과 음극라인(340)의 사이에 발열층(1000)이 배치되어야 하기 때문에 전극라인이 최대한 베이스층(100)의 테두리를 따라 배치된다.

도시된 바와 같이 전극라인(300)은 베이스층(100)에 서로 이격되도록 배치된다. 일 예로 양극라인(320)은 베이스층(100)에서 상방으로 절곡되어 상단 테두리를 따라 연장되고 다시 하방으로 절곡되어 되돌아오도록 형성한다. 그리고 음극라인(340)은 하방으로 절곡되어 베이스층(100)의 하단을 따라 연장되도록 한다. 그리고 도시된 것과 같이 양극라인(320)과 음극라인(340)이 서로 마주보며 배치되도록 여러 갈래로 분기되어 연장되도록 한다.

이러한 전극라인(300)들의 사이에는 발열층(1000)이 배치된다. 도 2는 발열층(1000)이 배치된 상태를 나타낸 것으로서, 발열층(1000)은 양단부가 각각 전극라인(300)에 연결되어 양극과 음극의 사이에서 전류가 흐르며 발열을 하게 된다. 발열이 각각의 발열층(1000)에서 균일하게 일어나도록 하기 위해 발열층(1000)에 결합되는 전극라인(300)의 부분은 직선을 형성하고, 발열층(1000)은 사각형의 형태를 가지고 있으며, 발열층(1000)을 기준으로 마주하는 양극라인(320)과 음극라인(340)은 서로 평행을 이루도록 한다.

이를 통하여 일부 지점에 가열이 집중되는 현상을 방지하여 제품의 안전성을 높이고 골고루 전체 면적에서 균일하게 열이 방출되도록 하여 상품성을 증대시킨다.

이와 같이 수지 재질의 베이스층(100)에 전극과 발열층 등을 모두 설치하고 추가적으로 상단에 커버층(120)을 설치하는데, 제품의 생산을 위한 가열과 냉각과정에서 서로 다른 열팽창계수의 특성으로 인하여 생산 후 제품이 절곡되거나 휘어지는 문제가 발생된다. 이를 해결하기 위하여 본 발명의 경우 직접적으로 전류가 흐르지는 않지만 제품의 평면 형상을 유지하기 위한 강성을 부여하고, 제품의 전체 면적에 고르게 열을 전도시키도록 지지층(700)을 설치한다.

지지층(700)은 전극라인(300)들의 사이에 배치되고, 열전도성 재질로 형성되며, 메쉬 형상으로 성형된다. 구체적으로, 도 1과 같이 지지층(700)은 각각의 전극라인(300)들의 사이마다 배치되어 지지층(700)의 상방에 도 2와 같은 발열층(1000)이 위치되도록 한다. 즉, 발열층(1000)은 지지층(700)을 덮는 형상이며, 지지층(700)은 내부에서 평판 형상의 히팅필름이 그 형상을 유지하도록 하는 강성을 부여한다. 따라서 지지층(700)은 열이 전달되는 금속성의 재질로 형성함으로써 강성과 열전도성을 모두 보유하는 것이며, 메쉬 형상으로 형성되어 적은 재료로도 강성을 보강할 수 있도록 하여 성능과 중량 저감을 동시에 구현한다.

그리고 이러한 지지층(700)은 제1파트(720)와 제2파트(740)로 구분된다. 제1파트(720)는 제2파트(740)보다 메쉬의 사이즈가 더 크며, 제1파트(720)는 발열층(1000)의 하부에 배치될 수 있다. 그리고 제2파트(740)는 발열층(1000)이 배치되지 않은 지점에서 전극라인(300)들의 사이에 배치될 수 있다. 즉, 발열층(1000)이 위치되는 부분은 메쉬의 격자 크기가 상대적으로 큰 지지층의 제1파트(720)를 배치한다. 그리고 발열층(1000)이 위치되니 않는 테두리의 남는 국소 부위에는 메쉬의 격자 사이즈가 비교적 작은 제2파트(740)를 배치함으로써 열전달의 면적을 증대시켜 구석까지 열이 잘 스프레딩될 수 있도록 하는 것이다. 그리고 제2파트(740)는 인접한 발열층(1000)과 끝단에서 일부 구간이 중첩되어 발열층(1000)으로부터 제2파트(740)로 열전달이 이루어지도록 하는 것이 효과적이다.

도 2와 같이 격자의 크기가 큰 제1파트(720)에는 발열층(1000)이 배치되지만, 격자의 크기가 작은 제2파트(740)에는 발열층이 없는 것을 볼 수 있다. 다만, 제2파트(740)의 끝단 일부 구간은 인접하는 발열층(100)의 끝단과 중첩되도록 하여 열전달을 수행하도록 한다.

아울러, 도 3의 경우는 도 2의 A부분의 단면도이다. 도 3과 같이 베이스층(100)에 전극라인(300)과 제1파트(720)가 배치된 후 그 상부에는 발열층(1000)이 설치되고, 발열층(1000)은 전극라인(300)과 접촉되고 지지층(700)과는 접촉되지 않음을 알 수 있다. 따라서 발열층(1000)에는 전류가 흘러 발열이 일어나고, 지지층(700)은 전류가 흐르지는 않고 열을 전달하여 고르게 스프레딩하는 것을 알 수 있다. 그리고 이러한 구조는 최종적으로 커버층(120)에 의해 보호된다.

즉, 베이스층(100)의 상부에 전극라인(300), 지지층(700) 및 발열층(1000)이 배치되고, 최상단에 고분자 수지 재질의 커버층(120)이 배치될 수 있다. 그리고 발열층(1000)은 지지층(700)을 덮는 형상이고, 발열층(1000)의 테두리를 따라 전극라인(300)이 배치될 수 있다.

한편, 도 1 내지 2와 같이 전극라인(300)의 테두리를 따라 터치센서라인(500)이 배치될 수 있다. 구체적으로, 베이스층(100)의 일측에는 제1연장부(140)가 형성되고, 제1연장부(140)에는 전극연결부(322,342)가 형성되며, 전극라인(300)은 전극연결부(322,342)로부터 발열층(1000)의 테두리까지 연장되며, 전극라인(300)은 전극연결부(322,342)를 통해 전력을 공급받을 수 있다. 그리고 베이스층(100)의 타측에는 제2연장부(160)가 형성되며, 제2연장부(160)에는 센서연결부(520)가 형성되며, 터치센서라인(500)은 센서연결부(520)로부터 전극라인(300)의 테두리까지 연장될 수 있다.

이와 같은 터치센서라인(500)이 형성됨으로써 히팅필름에 신체의 일부가 닿을 경우 신체의 터치를 인식하여 전극라인에 흐르는 전류를 제한함으로써 사용자의 안전사고를 사전에 방지하도록 한다.

한편, 히팅필름의 온도를 측정하는 온도센서(900)가 더 포함되고, 온도센서(900)는 지지층의 메쉬 형상을 이루는 격자들 중 일부 격자의 중앙에 매칭되도록 배치될 수 있다. 그리고 온도센서(900)는 히팅필름 후방의 단열층에 형성된 장착홈에 안착될 수 있다.

구체적으로, 온도센서(900)의 경우 히팅필름의 온도를 측정하고, 그 온도값을 통하여 전극라인에 흐르는 전류를 제어하여 원하는 온도를 구현한다. 이러한 온도센서는 발열층(1000)의 메쉬를 이루는 격자의 정 중앙에 배치됨으로써 가장 정확한 온도값을 계측할 수 있다. 그리고 본 발명의 히팅필름은 차량의 내장재 표면을 이루도록 내장재를 감싸는 방식으로 설치가 된다. 따라서 온도센서(900)의 경우 내장재의 단연재 등에 홈을 형성하고, 그 홈에 삽입되며 발열층(1000) 메쉬 격자의 중앙에 위치됨으로써 최종적으로 히팅필름이 감싸지며 설치되더라도 외부로 돌출되는 부분이 없이 히팅필름이 매끈한 표면을 이루도록 하는 것이다.

그리고 앞서 살펴본 제1연장부(140)와 제2연장부(160)의 경우 차량의 내장재를 감싸는 부분의 외측으로 연장되는 형상이기 때문에 히팅필름의 설치가 매우 용이하고 전극연결부와 센서연결부는 별도로 절곡되어 감싸지며 내장재의 내부로 삽입되기 때문에 외부로 노출되거나 돌출되는 일이 없도록 할 수 있다.

본 발명의 에 따르면, 플렉서블한 필름 타입으로써 차량의 내장재 등에 적용이 용이하고, 제조시 형상이 변형되지 않아 품질이 우수하며, 발열이 전체 면적에 대하여 균일하게 발생되고, 사용자의 터치 등을 인식하여 제어됨으로써 안전성도 향상된다.

본 발명의 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

100 : 베이스층 300 : 전극라인
500 : 터치센서라인 700 : 지지층
1000 : 발열층

Claims (11)

1. 고분자 수지 재질의 베이스층;
   베이스층에 서로 이격되도록 배치된 복수의 전극라인;
   전극라인들의 사이에 배치되고, 열전도성 재질로 형성되며, 메쉬 형상으로 성형된 지지층; 및
   양단부가 각각 전극라인에 연결되며, 전력이 공급될 경우 복사열을 방출하는 탄소복합재 재질의 발열층;을 포함하고,
   지지층은 제1파트와 제2파트로 구분되고, 제1파트는 제2파트보다 메쉬의 사이즈가 더 크며, 제1파트는 발열층의 하부에 배치된 것을 특징으로 하는 히팅필름.
2. 청구항 1에 있어서,
   베이스층의 상부에 전극라인, 지지층 및 발열층이 배치되고, 최상단에 고분자 수지 재질의 커버층이 배치된 것을 특징으로 하는 히팅필름.
3. 청구항 1에 있어서,
   발열층은 지지층을 덮는 형상이고, 발열층의 테두리를 따라 전극라인이 배치된 것을 특징으로 하는 히팅필름.
4. 청구항 3에 있어서,
   전극라인의 테두리를 따라 터치센서라인이 배치된 것을 특징으로 하는 히팅필름.
5. 청구항 4에 있어서,
   베이스층의 일측에는 제1연장부가 형성되고, 제1연장부에는 전극연결부가 형성되며, 전극라인은 전극연결부로부터 발열층의 테두리까지 연장되며, 전극라인은 전극연결부를 통해 전력을 공급받는 것을 특징으로 하는 히팅필름.
6. 청구항 4에 있어서,
   베이스층의 타측에는 제2연장부가 형성되며, 제2연장부에는 센서연결부가 형성되며, 터치센서라인은 센서연결부로부터 전극라인의 테두리까지 연장된 것을 특징으로 하는 히팅필름.
7. 청구항 1에 있어서,
   발열층은 사각형 형상인 것을 특징으로 하는 히팅필름.
8. 삭제
9. 청구항 1에 있어서,
   제2파트는 발열층이 배치되지 않은 지점에서 전극라인들의 사이에 배치되며, 제2파트와 인접한 발열층은 일부 구간이 중첩되어 발열층으로부터 제2파트로 열전달이 이루어지는 것을 특징으로 하는 히팅필름.
10. 청구항 1에 있어서,
    히팅필름의 온도를 측정하는 온도센서;가 더 포함되고,
    온도센서는 지지층의 메쉬 형상을 이루는 격자들 중 일부 격자의 중앙에 매칭되도록 배치된 것을 특징으로 하는 히팅필름.
11. 청구항 10에 있어서,
    온도센서는 히팅필름 후방의 단열층에 형성된 장착홈에 안착된 것을 특징으로 하는 히팅필름.

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