KR20120090791A

KR20120090791A - 발열체 및 이의 제조방법

Info

Publication number: KR20120090791A
Application number: KR20120004268A
Authority: KR
Inventors: 최현; 김수진; 김기환; 홍영준
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2011-01-13
Filing date: 2012-01-13
Publication date: 2012-08-17
Also published as: WO2012096540A3; EP2665336A2; US20130153559A1; CN103141157A; EP2665336A4; WO2012096540A2; US9029735B2

Abstract

본 발명은 2개의 버스 바 및 상기 2개의 버스 바에 전기적으로 연결된 전도성 발열 수단을 포함하는 발열 유닛을 2개 이상 포함하고, 상기 발열 유닛들의 버스 바가 서로 직렬로 연결되는 발열체이며, 상기 발열체 내에서 상기 각각의 발열 유닛의 단위면적당 파워는 버스 바의 길이가 증가할수록 감소하는 관계를 가지는 것을 특징으로 하는 발열체 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

Description

발열체 및 이의 제조방법{HEATING ELEMENT AND METHOD FOR PREPARING THE SAME}

본 출원은 2011년 1월 13일에 한국특허청에 제출된 한국 특허 출원 제10-2011-0003475호의 출원일의 이익을 주장하며, 그 내용 전부는 본 명세서에 포함된다.

본 발명은 발열체 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 더욱 구체적으로, 부위별 발열량의 조절이 용이한 발열체 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

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 의하여 제조된 발열유리는 높은 면저항으로 인하여 40V 이하의 저전압에서 구동되기 힘든 문제가 있었다. 따라서, 40V 이하의 전압에서 발열을 하고자 할 때에는 금속선을 이용하고자 하는 시도가 이루어지고 있다.

한편, 기존 발열체에서는 전원과 연결되는 1쌍의 버스 바를 사용하거나, 병렬 연결된 2쌍 이상의 버스 바를 사용하여, 버스 바 사이의 간격에 의하여 발열량을 조절하는 방법이 시도된 바 있다. 이 경우 버스 바 사이의 간격이 고정된 경우 부위별로 발열량을 조절하기 위해서는 버스 바 사이의 발열체의 면저항을 조절하여야 한다. 발열체의 면저항을 조절하기 위해서는 발열층을 이루는 전도성 물질의 두께를 조절하거나 발열 패턴으로서 금속 패턴을 이용하는 경우 금속 패턴의 밀도를 조절한다. 그런데, 전도성 물질의 두께 또는 발열 패턴의 밀도가 상이한 경우, 부위별 투과도 차이에 의하여 눈에 잘 띄는 문제가 있다.

본 발명은 전술한 종래기술의 문제를 해결하기 위하여 부위별 발열량의 조절이 용이하고 시야를 방해하지 않는 발열체 및 이의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 2개의 버스 바 및 상기 2개의 버스 바에 전기적으로 연결된 전도성 발열 수단을 포함하는 발열 유닛을 2개 이상 포함하고, 상기 발열 유닛들의 버스 바가 서로 직렬로 연결되는 발열체이며, 상기 발열체 내에서 상기 각각의 발열 유닛의 단위면적당 파워는 버스 바의 길이가 증가할수록 감소하는 관계를 가지는 것을 특징으로 하는 발열체를 제공한다.

본 발명은 투명 기재 상에 2개의 버스 바 및 상기 2개의 버스 바에 전기적으로 연결된 전도성 발열 수단을 포함하는 발열 유닛을 2개 이상 형성하는 단계; 및 상기 발열 유닛들의 버스 바를 서로 직렬로 연결하는 단계를 포함하는 발열체의 제조방법이고, 상기 발열체 내에서 상기 각각의 발열 유닛의 단위면적당 파워는 버스 바의 길이가 증가할수록 감소하는 관계를 가지는 것을 특징으로 하는 발열체의 제조방법을 제공한다.

본 발명에서는 2개 이상의 발열 유닛들의 버스 바를 직렬로 연결함으로써, 하나의 발열 유닛 내의 단위면적당 파워는 버스 바의 길이에 의하여 고정될 수 있으므로, 발열 유닛별로 버스 바의 길이를 조절함으로써 부위별 발열량을 용이하게 조절할 수 있으며, 이에 의하여 발열 유닛간 투과도 또는 면저항의 차이가 없는 발열체를 제공할 수 있다.

도 1은 종래 기술에 따라 2개의 발열 유닛이 병렬로 연결되어 있는 상태를 예시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시상태에 따라 2개의 발열 유닛이 직렬로 연결되어 있는 상태를 예시한 것이다.
도 3은 본 발명의 또 하나의 실시상태에 따라 5개의 발열 유닛을 직렬로 연결한 상태를 예시한 것이다.
도 4는 도 3에 도시한 발열체에 전압 인가 전과 전압 인가 후 20분 후의 발열 상태를 나타내는 사진이다.
도 5는 본 발명의 또 하나의 실시상태에 따른 발열체의 구성을 예시한 것이다.
도 6은 본 발명의 또 하나의 실시상태에 따른 발열체의 발열 유닛 내에서 발열 수단을 단락시킨 예를 도시한 것이다.
도 7은 본 발명의 실시예 1에 따른 버스 바의 길이(W)와 승온온도 사이의 관계를 나타낸 도이다.
도 8은 본 발명의 또 하나의 실시상태에 따라 6개의 발열 유닛을 직렬로 연결한 상태를 예시한 것이다.
도 9는 도 8에 도시한 발열체에 전압 인가 전과 전압 인가 후 20분 후의 발열 상태를 나타내는 사진이다.
도 10은 본 발명의 실시예 1에 따른 버스 바간 간격(L)과 승온온도 사이의 관계를 나타낸 도이다.

이하에서 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 발열체는 2개의 버스 바 및 상기 2개의 버스 바에 전기적으로 연결된 전도성 발열 수단을 포함하는 발열 유닛을 2개 이상 포함하고, 상기 발열 유닛들의 버스 바가 서로 직렬로 연결되는 발열체이며, 상기 발열체 내에서 상기 각각의 발열 유닛의 단위면적당 파워는 버스 바의 길이가 증가할수록 감소하는 관계를 가지는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 발열체 내에서 상기 각각의 발열 유닛의 단위면적당 파워는 버스 바의 길이가 증가할수록 감소하는 관계를 만족시키나, 상기 각각의 발열 유닛의 단위면적당 파워는 각각의 발열 유닛 내 2개의 버스 바간의 간격과는 특정한 상관관계가 없을 수 있다.

특히, 상기 발열체 내에서 상기 각각의 발열 유닛 내 2개의 버스 바간의 간격이 고정되는 경우에는 버스 바의 길이를 조절함으로써, 상기 각각의 발열 유닛의 단위면적당 파워는 버스 바의 길이가 증가할수록 감소하는 관계를 만족할 수 있다. 또한, 상기 발열체 내에서 상기 발열 유닛의 버스 바의 길이가 고정되는 경우에도 상기 각각의 발열 유닛의 단위면적당 파워는 각각의 발열 유닛 내 2개의 버스 바간의 간격과는 특정한 상관관계가 없을 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 전도성 발열 수단은 상기 버스 바에 전기적으로 연결되어, 상기 버스 바에 전압이 인가되는 경우, 그 자체가 갖는 저항 및 열전도성에 의하여 발열을 할 수 있는 수단을 의미한다. 상기 발열 수단으로는 면상 또는 선상으로 이루어진 전도성 재료가 사용될 수 있다. 상기 발열 수단이 면상인 경우 투명 전도성 재료, 예컨대 ITO, ZnO 등으로 이루어지거나, 불투명 전도성 재료의 박막으로 이루어질 수 있다. 상기 발열 수단이 선상인 경우 투명 또는 불투명한 전도성 재료로 이루어질 수 있다. 본 발명에서는, 상기 발열 수단이 선상인 경우, 그 재료가 금속과 같이 불투명한 재료인 경우에도 후술하는 바와 같이 선폭 및 패턴의 균일도를 조절함으로써, 시야를 방해하지 않도록 구성할 수 있다.

본 명세서에서는 편의상 상기 발열 수단이 면상인 경우 전도성 발열면, 선상인 경우 전도성 발열선이라고 언급한다.

발열체를 이용한 발열의 경우, 온도의 상승 폭은 단위면적당 파워(power)에 의하여 결정된다.

도 1에 도시한 바와 같이, 1쌍의 버스 바 및 그 사이에 구비된 전도성 발열 수단을 포함하는 2 이상의 발열 유닛이 병렬로 연결되는 경우, 단위면적당 파워는 버스 바 사이의 거리(La, Lb)에 의하여 결정된다. 도 1에 있어서, 녹색으로 표시된 양측 단부가 버스 바를 나타내고, 그 사이의 영역이 전도성 발열 수단이 구비된 영역을 나타낸다. 구체적으로, 도 1의 A 영역과 B 영역의 단위면적당 파워는 하기와 같이 계산될 수 있다.

A 영역: V² / (Rs × La/Wa) / (La × Wa) = V² / (Rs × La²)

B 영역: V² / (Rs × Lb/Wb) / (Lb × Wb) = V² / (Rs × Lb²)

상기 식에서, V는 전원부에 의하여 인가된 전압이고, Rs는 발열체의 면저항(Ohm/square)이다.

그러나, 도 2에 도시한 바와 같이 2 이상의 발열 유닛이 직렬로 연결되는 경우 단위면적당 파워는 버스 바의 길이(Wa, Wb)에 의하여 결정된다. 도 2에서도 마찬가지로, 녹색으로 표시된 양측 단부가 버스 바를 나타내고, 그 사이의 영역이 전도성 발열 수단이 구비된 영역을 나타낸다. 구체적으로, 도 2의 A 영역과 B 영역의 단위면적당 파워는 하기와 같이 계산될 수 있다.

A 영역: i² × Rs (La/Wa) / (La × Wa) = i² × Rs / Wa²

B 영역: i² × Rs (Lb/Wb) / (Lb × Wb) = i² × Rs / Wb²

상기 식에서 V는 전원부에 의하여 인가된 전압이고, Rs는 발열체의 면저항(Ohm/square)이며, i는 하기와 같이 계산되는 상수이다.

i = V / Rs (La / Wa + Lb / Wb)

부위별로 발열량을 조절하여야 하는 경우, 병렬 연결 방식은 버스 바 사이의 거리(La, Lb)를 조절하여야 한다.

상기의 병렬 연결 방식을 이용하면 다수의 발열 유닛을 연결하여 동시에 발열을 시킬 수 있는 장점이 있다. 또한, 한 가지 제품 내에서 발열 유닛을 나누어서 부위별 발열량을 조절할 수도 있다. 예를 들어, 자동차 유리 또는 디스플레이 장치에서는 버스 바 사이의 거리(La, Lb)를 조절하는 것 보다는 버스 바의 길이(Wa, Wb)를 조절하는 것이 용이하다. 따라서, 본 발명에서는 2 이상의 발열 유닛을 직렬로 연결함으로써, 버스 바의 길이(Wa, Wb)의 조절을 통하여 부위별로 발열량을 용이하게 조절할 수 있다. 한 가지 제품 내에 다수의 발열 유닛을 배치하는 경우, 각 발열 유닛 사이의 간격은 2cm 이하일 수 있고, 바람직하게는 0.5cm 이하일 수 있다. 상기 발열 유닛 간의 간격이 2cm를 초과하는 경우에는 발열 유닛 사이 공간의 발열이 저하되는 문제가 발생할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 발열 유닛의 발열량은 m²당 700W 이하일 수 있고, 300W 이하일 수 있으며, 100W 이상일 수 있다. 본 발명에 따른 발열체는 저전압, 예컨대 30V 이하 또는 20V 이하에서도 발열성능이 우수하므로, 자동차 등에서도 유용하게 사용될 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 발열 유닛들 중 적어도 2개의 발열 유닛의 버스 바의 길이는 서로 상이할 수 있다. 또한, 상기 발열 유닛들 중 적어도 2개의 발열 유닛의 발열량은 서로 상이할 수 있다.

본 발명에서는 각 발열 유닛의 버스 바의 길이를 조절함으로써 각 발열 유닛에서의 발열량을 조절할 수 있으므로, 발열 유닛들간의 발열량을 서로 다르게 조절할 수도 있고, 모두 동등한 범위 내로 조절할 수도 있다. 다만, 발열량을 상기와 같이 조절하면서도 발열 유닛들 간의 면저항 또는 투과율 편차가 20% 이내, 10% 이내, 또는 5% 이내가 되도록 조절할 수 있다.

본 발명의 일 실시상태에 따른 발열체에서 발열 유닛들이 직렬로 연결된 예를 도 5에 도시하였다. 도 5에서는 버스 바들의 길이를 동일하게 함으로써 각 발열 유닛들에서의 발열량을 동일하게 할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 발열체가 적용되는 대상이 자동차의 옆유리와 같이 특정 형태로 구성되어야 하는 경우에도, 버스 바의 길이를 동일하게 구성함으로써, 부위별 발열량을 균일하게 하면서도, 전도성 발열면의 면저항 또는 전도성 발열선의 패턴 밀도를 균일할 수 있다. 전도성 발열선의 패턴 밀도를 균일하게 하는 경우 전도성 발열선 패턴이 시야를 가리지 않도록 할 수 있다. 예컨대, 본 발명에 따르면 발열 유닛 내의 온도 편차가 20% 이내, 또는 10% 이내이면서, 발열 유닛들 간의 면저항 또는 투과율 편차가 20% 이내, 10% 이내, 또는 5% 이내가 되도록 조절할 수 있다. 전도성 발열선의 패턴 밀도가 발열 유닛간에 상이한 경우에는 부위별 투과율 차이에 의하여 상기 전도성 발열선 패턴이 시야에 잘 띄는 문제가 있으나, 본 발명에서는 상기와 같이 발열 유닛간 패턴 밀도의 차이가 적게 구성함으로써 전도성 발열선 패턴이 눈에 띄지 않도록 할 수 있다.

상기에서는 발열 유닛간의 발열량의 차이가 없도록 구성한 예를 설명하였지만, 같은 작용원리를 이용하여 발열 유닛간의 발열량이 다르면서도 발열 유닛들 간의 면저항 또는 투과율 편차가 20% 이내, 10% 이내, 또는 5% 이내가 되도록 조절할 수 있다.

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

본 발명에 있어서, 상기 2 이상의 발열 유닛 내에 각각 포함되는 전도성 발열선의 전체의 패턴을 후술하는 패턴의 형태로 한꺼번에 결정할 수 있다.

상기 전도성 발열선은 스트라이프(Stripe), 마름모, 정사각형 격자, 원형, 웨이브(wave) 패턴, 그리드, 2차원 그리드 등의 패턴으로 구비될 수 있으며, 특정 형태로 제한되는 것은 아니나, 일정 광원에서 나오는 빛이 회절과 간섭에 의해서 광학적 성질을 저해하지 않도록 설계되는 것이 바람직하다. 즉, 패턴의 규칙성을 최소화하기 위해 물결무늬, 사인 곡선(Sine wave) 및 격자 구조의 스페이싱과 선의 두께를 불규칙하게 구성한 패턴을 사용할 수도 있다. 필요한 경우, 전도성 발열선 패턴의 형태는 2 이상의 패턴의 조합일 수 있다.

상기 전도성 발열선의 패턴은 불규칙 패턴을 포함할 수 있다.

상기 불규칙 패턴은 상기 전도성 발열선과 교차하는 직선을 그렸을 때, 상기 직선과 상기 전도성 발열선의 인접하는 교점들간의 거리의 평균값에 대한 표준 편차의 비율(거리 분포 비율)이 2% 이상인 패턴을 포함할 수 있다.

상기 전도성 발열선과 교차하는 직선은 상기 직선과 전도성 발열선의 인접하는 교점들간의 거리의 표준 편차가 가장 작은 선일 수 있다. 또는, 상기 전도성 발열선과 교차하는 직선은 상기 전도성 발열선의 어느 한 점의 접선에 대하여 수직한 방향으로 연장된 직선일 수 있다. 이와 같은 전도성 발열선 패턴을 이용함으로써, 광원의 회절과 간섭에 의한 부작용 및 모아레를 방지할 수 있다.

상기 전도성 발열선과 교차하는 직선은 상기 전도성 발열선과의 교점이 80개 이상일 수 있다.

상기 전도성 발열선과 교차하는 직선과 상기 전도성 발열선의 인접하는 교점들간의 거리의 평균값에 대한 표준 편차의 비율(거리 분포 비율)이 2% 이상일 수 있고, 10% 이상일 수 있으며, 20% 이상일 수 있다.

상기와 같은 발열선 패턴이 구비된 투명기재의 표면의 적어도 일부에는 다른 형태의 전도성 발열선 패턴에 구비될 수도 있다.

본 발명의 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 불규칙 패턴은 분포가 연속적인 폐쇄 도형들로 이루어지고, 상기 폐쇄 도형들의 면적의 평균값에 대한 표준 편차의 비율(면적 분포 비율)이 2% 이상인 패턴을 포함할 수 있다. 이와 같은 전도성 발열선 패턴을 이용함으로써, 광원의 회절과 간섭에 의한 부작용 및 모아레를 방지할 수 있다.

상기 폐쇄도형은 적어도 100개 존재할 수 있다.

상기 폐쇄 도형들의 면적의 평균값에 대한 표준 편차의 비율(면적 분포 비율)이 2% 이상일 수 있고, 10% 이상일 수 있으며, 20% 이상일 수 있다.

상기 폐쇄 도형들의 면적의 평균값에 대한 표준 편차의 비율(면적 분포 비율)이 2% 이상인 상기와 같은 발열선 패턴이 구비된 투명기재의 표면의 적어도 일부에는 다른 형태의 전도성 발열선 패턴에 구비될 수도 있다.

패턴들이 완전하게 불규칙한 경우 선의 분포에 있어서 소한 곳과 밀한 곳의 차이가 생길 수 있다. 이러한 선의 분포는 선폭이 아무리 얇더라도 눈에 띌 수 있는 문제가 생길 수 있다. 이와 같은 시각적인 인지성의 문제를 해결하기 위하여, 본 발명에서는 발열선을 형성할 때 규칙성과 불규칙성을 적절히 조화시킬 수 있다. 예컨대, 발열선이 눈에 띄거나 국부 발열이 발생하지 않도록 기본 단위를 정하고, 그 기본 단위 내에서 발열선을 불규칙적인 패턴으로 형성할 수 있다. 이와 같은 방법을 이용하면 선의 분포가 어느 한 지점에 몰리지 않게 함으로써 시각성을 보완할 수 있다.

본 발명의 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 불규칙 패턴은 보로노이 다이어그램을 이루는 도형들의 경계선 형태의 전도성 발열선 패턴을 포함할 수 있다.

상기 전도성 발열선 패턴을 보로노이 다이어그램을 이루는 도형들의 경계선 형태로 형성함으로써 모아레를 방지하고, 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.

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

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.

전술한 바와 같이, 발열선의 시각성을 고려하거나, 표시장치에서 요구되는 발열 밀도를 맞추기 위하여 보로노이 다이어그램 제너레이터의 단위면적당 개수를 조절할 수 있다. 이 때, 보로노이 다이어그램 제너레이터의 단위면적당 개수를 조절시 상기 단위면적은 5 cm² 이하일 수 있고, 1 cm² 이하일 수 있다. 상기 보로노이 다이어그램 제너레이터의 단위면적당 개수는 25 ~ 2,500 개/cm² 내에서 선택할 수 있으며, 100 ~ 2,000 개/cm² 내에서 선택할 수 있다.

상기 단위면적 내의 패턴을 구성하는 도형들 중 적어도 하나는 나머지 도형들과 상이한 형태를 가질 수 있다.

본 발명의 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 불규칙 패턴은 델로니 패턴을 이루는 적어도 하나의 삼각형으로 이루어진 도형들의 경계선 형태의 전도성 발열선 패턴을 포함할 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.

상기 전도성 발열선 패턴을 델로니 패턴을 이루는 적어도 하나의 삼각형으로 이루어진 도형들의 경계선 형태로 형성함으로써 모아레 현상 및 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 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, 복잡한 패턴 형태를 용이하게 결정할 수 있는 장점이 있다.

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.

발열선의 시각성을 고려하거나, 표시장치에서 요구되는 발열 밀도를 맞추기 위하여, 델로니 패턴 제너레이터의 단위면적당 개수를 조절할 수 있다. 이 때, 델로니 패턴 제너레이터의 단위면적당 개수를 조절시 상기 단위면적은 5 cm² 이하일 수 있고, 1 cm² 이하일 수 있다. 상기 델로니 패턴 제너레이터의 단위면적당 개수는 25 ~ 2,500 개/cm² 내에서 선택할 수 있으며, 100 ~ 2,000 개/cm² 내에서 선택할 수 있다.

발열체의 균일한 발열 및 시각성을 위하여 전도성 발열선 패턴의 개구율이 단위면적에서 일정할 수 있다. 상기 발열체는 직경 20㎝의 임의의 원에 대한 투과율 편차가 5% 이하일 수 있다. 이 경우, 상기 발열체는 국부 발열을 방지할 수 있다. 또한, 상기 발열체는 발열 후 투명기재의 표면 온도의 표준 편차가 20% 이내일 수 있다. 다만, 특정 목적을 위하여, 발열체에서 온도편차가 발생하도록 전도성 발열선을 배치할 수도 있다.

모아레 방지 또는 빛의 회절과 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.

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. 이 때 제한된 면적은 반복에 의한 모아레 현상 및 빛의 회절과 간섭을 최소화하기 위하여 1 cm² 이상의 면적을 가질 수 있고, 10 cm² 이상의 면적을 가질 수 있다.

본 발명에서는 우선 목적하는 패턴 형태를 결정한 후, 인쇄법, 포토리소그래피법, 포토그래피법, 마스크를 이용한 방법, 스퍼터링법, 또는 잉크젯 법 등을 이용함으로써 투명기재 상에 선폭이 얇으며 정밀한 전도성 발열선 패턴을 형성할 수 있다. 상기 패턴 형태의 결정시 보로노이 다이어그램 제너레이터 또는 델로니 패턴 제너레이트를 이용할 수 있으며, 이에 의하여 복잡한 패턴 형태를 용이하게 결정할 수 있다. 여기서, 상기 보로노이 다이어그램 제너레이터 및 델로니 패턴 제너레이터란 각각 전술한 바와 같이 보로노이 다이어그램 및 델로니 패턴을 형성할 수 있도록 배치된 점들을 의미한다. 그러나, 본 발명의 범위가 그것에 한정되는 것은 아니며, 목적하는 패턴 형태의 결정시 그 이외의 방법을 이용할 수도 있다.

상기 인쇄법은 전도성 발열선 재료를 포함하는 페이스트를 목적하는 패턴 형태로 투명기재 상에 전사한 후 소성하는 방식으로 수행될 수 있다. 상기 전사방법으로는 특별히 한정되지 않으나, 요판 또는 스크린 등 패턴 전사 매체에 상기 패턴 형태를 형성하고, 이를 이용하여 원하는 패턴을 투명기재에 전사할 수 있다. 상기 패턴 전사 매체에 패턴 형태를 형성하는 방법은 당 기술분야에 알려져 있는 방법을 이용할 수 있다.

상기 인쇄법으로는 특별히 한정되지 않으며, 오프셋 인쇄, 스크린 인쇄, 그라비아 인쇄 등의 인쇄법이 사용될 수 있다. 오프셋 인쇄는 패턴이 새겨진 요판에 페이스트를 채운 후 블랑킷(blanket)이라고 부르는 실리콘 고무로 1차 전사를 시킨 후, 블랑킷과 투명기재를 밀착시켜 2차 전사를 시키는 방식으로 수행될 수 있다. 스크린 인쇄는 패턴이 있는 스크린 위에 페이스트를 위치시킨 후, 스퀴지를 밀면서 공간이 비워져 있는 스크린을 통하여 직접적으로 기재에 페이스트를 위치시키는 방식으로 수행될 수 있다. 그라비아 인쇄는 롤 위에 패턴이 새겨진 블랑킷을 감고 페이스트를 패턴 안에 채운 후, 투명기재에 전사시키는 방식으로 수행될 수 있다. 본 발명에서는 상기 방식 뿐만 아니라 상기 방식들이 복합적으로 사용될 수도 있다. 또한 그외의 당업자들에게 알려진 인쇄 방식을 사용할 수도 있다.

오프셋 인쇄법의 경우, 블랑킷이 갖는 이형 특성으로 인하여 페이스트가 유리와 같은 투명기재에 거의 대부분 전사되기 때문에 별도의 블랑킷 세정공정이 필요하지 않다. 상기 요판은 목적하는 전도성 발열선 패턴이 새겨진 유리를 정밀 에칭하여 제조할 수 있으며, 내구성을 위하여 유리 표면에 금속 또는 DLC(Diamond-like Carbon) 코팅을 할 수도 있다. 상기 요판은 금속판을 에칭하여 제조할 수도 있다.

본 발명에서는 보다 정밀한 전도성 발열선 패턴을 구현하기 위하여 오프셋 인쇄법을 이용할 수 있다. 오프셋 인쇄방법은, 제1 단계로서 닥터 블레이드(Doctor Blade)를 이용하여 요판의 패턴에 페이스트를 채운 후, 블랑킷을 회전시켜 1차 전사하고, 제2 단계로서 블랑킷을 회전시켜 투명기재의 표면에 2차 전사한다.

본 발명에서는 전술한 인쇄법에 한정되지 않고, 포토리소그래피 공정을 사용할 수도 있다. 예컨대, 포토리소그래피 공정은 투명기재의 전면에 전도성 발열선 패턴 재료층을 형성하고, 그 위에 포토레지스트층을 형성하고, 선택적 노광 및 현상 공정에 의하여 포토레지스트층을 패턴화한 후, 패턴화된 포토레지스트층을 마스크로 이용하여 전도성 발열 패턴 재료층을 에칭함으로써 전도성 발열선을 패턴화하고, 포토레지스트층을 제거하는 방식으로 수행될 수 있다.

상기 전도성 발열선 패턴 재료층은 투명기재 위에 접착층을 이용하여 구리, 알루미늄, 은과 같은 금속 박막을 라미네이션함으로써 형성할 수도 있다. 또한, 상기 전도성 발열선 패턴 재료층은 투명기재 위에 스퍼터링 또는 물리적 증착방법(physical vapor deposition) 방식을 이용하여 형성한 금속층일 수도 있다. 이 때, 상기 전도성 발열선 패턴 재료층은 구리, 알루미늄, 은과 같은 전기전도도가 좋은 금속과 기재와의 부착이 좋고 색상이 어두운 Mo, Ni, Cr, Ti와 같은 금속의 다층 구조로 형성될 수도 있다. 이 때, 금속 박막의 두께는 20 마이크로미터 이하일 수 있고, 10 마이크로미터 이하일 수 있다.

본 발명에서는 상기의 포토리소그래피 공정에서 포토리소그래피 공정 대신 인쇄 공정을 이용하여 포토레지스트층을 형성할 수도 있다.

본 발명은 또한 포토그래피 방법을 이용할 수도 있다. 예를 들어 투명기재 상에 할로겐화은을 포함한 사진 감광재료를 도포한 후, 상기 감광재료를 선택적 노광 및 현상 공정에 의하여 패턴을 형성할 수도 있다. 좀 더 상세한 예를 들면 하기와 같다. 우선, 패턴을 형성하고자 하는 기재 위에 네거티브용 감광재료를 도포한다. 이 때, 기재로는 PET, 아세틸 셀룰로이드 등의 고분자 필름이 사용될 수 있다. 감광재료가 도포된 고분자 필름재를 여기서 필름이라 칭하기로 한다. 상기 네거티브용 감광재료는 일반적으로 빛에 대해 매우 민감하고 규칙적인 반응을 하는 AgBr에 약간의 AgI를 섞은 할로겐화은(Silver Halide)으로 구성할 수 있다. 일반적인 네거티브용 감광재료를 촬영하여 현상 처리된 화상은 피사체와 명암이 반대인 음화이므로, 형성하고자 하는 패턴 형상, 바람직하게는 불규칙한 패턴 형상을 갖는 마스크(mask)를 이용하여 촬영을 진행할 수 있다.

포토리소그래피와 포토그래피 공정을 이용하여 형성된 상기 발열선 패턴의 전도도를 높이기 위하여 도금처리를 추가로 수행할 수도 있다. 상기 도금은 무전해 도금 방법을 이용할 수 있으며, 도금 재료로는 구리 또는 니켈을 사용할 수 있으며, 구리도금을 수행한 후 그 위에 니켈 도금을 수행할 수 있으나, 본 발명의 범위가 이들 예로만 한정되는 것은 아니다.

본 발명은 또한 마스크를 이용한 방법을 이용할 수도 있다. 예를 들어 발열선 패턴 형상을 갖는 마스크를 기재 가까이에 위치한 후, 발열선 패턴 재료를 기재에 증착하는 방식을 사용하여 패턴화할 수도 있다. 이 때, 증착을 하는 방식은 열 또는 전자빔에 의한 열 증착법 및 스퍼터(sputter)와 같은 PVD(physical vapor deposition) 방식을 이용할 수도 있고, 유기금속(organometal) 재료를 이용한 CVD(chemical vapor deposition) 방식을 이용할 수도 있다.

본 발명에 있어서, 상기 발열체는 투명기재 상에 구비될 수 있다.

상기 투명 기재는 특별히 한정되지 않으나, 빛투과율이 50% 이상일 수 있고, 75% 이상일 수 있다. 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 합착할 수 있다. 이 때, 투명기재의 전도성 발열선 패턴이 형성된 면에 유리 또는 플라스틱 기판을 합착할 수 있다. 상기 플라스틱 기판 또는 필름으로는 당 기술분야에 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 필름일 수 있다. 상기 플라스틱 필름의 두께는 12.5 내지 500 마이크로미터일 수 있고, 50 내지 250 마이크로미터일 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 전도성 발열선의 재료로는 열전도도가 우수한 금속을 사용할 수 있다. 또한, 상기 전도성 발열선 재료의 비저항 값은 1 microOhm cm 이상 200 microOhm cm 이하의 값을 가질 수 있다. 전도성 발열선 재료의 구체적인 예로서, 구리, 은(silver), 탄소나노튜브(CNT) 등이 사용될 수 있고, 은이 가장 바람직하다. 상기 전도성 발열선 재료는 입자 형태로 사용할 수 있다. 본 발명에 있어서, 전도성 발열선 재료로서 은으로 코팅된 구리 입자도 사용될 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 전도성 발열선을 페이스트를 이용한 인쇄 공정을 이용하여 제조하는 경우, 상기 페이스트는 인쇄 공정이 용이하도록 전술한 전도성 발열선 재료 이외에 유기 바인더를 더 포함할 수도 있다. 상기 유기 바인더는 소성 공정에서 휘발되는 성질을 가질 수 있다. 상기 유기 바인더로는 폴리아크릴계 수지, 폴리우레탄계 수지, 폴리에스테르계 수지, 폴리올레핀계 수지, 폴리카보네이트계 수지, 셀룰로우즈 수지, 폴리이미드계 수지, 폴리에틸렌 나프탈레이트계 수지 및 변성 에폭시 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.

유리와 같은 투명기재에 대한 페이스트의 부착력을 향상시키기 위하여, 상기 페이스트는 글래스 프릿(Glass Frit)을 더 포함할 수 있다. 상기 글래스 프릿은 시판품으로부터 선택할 수 있으나, 친환경적인 납성분이 없는 글래스 프릿을 사용하는 것이 좋다. 이때 사용하는 글래스 프릿의 크기는 평균 구경이 2 마이크로미터 이하이고 최대 구경이 50 마이크로미터 이하의 것이 좋다.

필요에 따라, 상기 페이스트에는 용매가 더 추가될 수 있다. 상기 용매로는 부틸 카르비톨 아세테이트 (Butyl Carbitol Acetate), 카르비톨 아세테이트 (Carbitol acetate), 시클로 헥사논(Cyclohexanon), 셀로솔브 아세테이트 (Cellosolve Acetate) 및 테르피놀(Terpineol) 등이 있으나, 이들 예에 의하여 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.

본 발명에 있어서, 전도성 발열선 재료, 유기 바인더, 글래스 프릿 및 용매를 포함하는 페이스트를 사용하는 경우, 각 성분의 중량비는 전도성 발열선 재료 50 ~ 90 중량%, 유기 바인더 1 ~ 20 중량%, 글래스 프릿 0.1 ~ 10 중량% 및 용매 1 ~ 20 중량%로 하는 것이 좋다.

본 발명에 있어서, 전술한 페이스트를 이용하는 경우, 페이스트를 인쇄한 후 소성 과정을 거치면 전도성을 갖는 발열선이 형성된다. 이 때, 소성온도는 특별히 한정되지 않으나, 500 ~ 800℃일 수 있고, 600 ~ 700℃일 수 있다. 상기 발열선 패턴을 형성하는 투명기재가 유리인 경우, 필요한 경우 상기 소성 단계에서 상기 유리를 건축용 또는 자동차용 등의 목적 용도에 맞도록 성형을 할 수 있다. 예컨대 자동차용 유리를 곡면으로 성형하는 단계에서 상기 페이스트를 소성할 수도 있다. 또한, 상기 전도성 발열선 패턴을 형성하는 투명기재로서 플라스틱 기판 또는 필름을 사용하는 경우에는 비교적 저온에서 소성을 수행할 수 있다. 예컨대, 50 내지 350℃에서 수행할 수 있다.

상기 전도성 발열선의 선폭은 100 마이크로미터 이하일 수 있고, 30 마이크로미터 이하일 수 있으며, 25 마이크로미터 이하일 수 있고, 10 마이크로미터 이하일 수 있으며, 더더욱 바람직하게는 7 마이크로미터 이하일 수 있고, 5 마이크로미터 이하일 수 있다. 상기 전도성 발열선의 선폭은 0.1 마이크로미터 이상, 0.2 마이크로미터 이상일 수 있다. 상기 전도성 발열선의 선간 간격은 30mm 이하일 수 있고, 0.1 마이크로미터 내지 1mm일 수 있으며, 0.2 마이크로미터 내지 600 마이크로미터 이하일 수 있고, 250 마이크로미터 이하일 수 있다.

상기 발열선의 선고는 100 마이크로미터 이하일 수 있고, 10 마이크로미터 이하일 수 있으며, 2 마이크로미터 이하일 수 있다. 본 발명에서는 전술한 방법들에 의하여 발열선의 선폭 및 선고를 균일하게 할 수 있다.

본 발명에서는 발열선의 균일도는 선폭의 경우 ±3 마이크로미터 범위 이내로 할 수 있고, 선고의 경우 ±1 마이크로미터 범위 이내로 할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 전도성 발열면은 투명 전도성 재료로 형성될 수 있다. 투명 전도성 재료로는 ITO, ZnO 계열의 투명 전도성 산화물을 예로 들 수 있다. 상기의 투명 전도성 산화물은 스퍼터링, Sol-gel 방법, 기상증착법으로 형성할 수 있으며, 10 ~ 1,000nm의 두께를 가지는 것이 적당하다. 또한, 불투명한 전도성 소재를 1 ~ 100nm의 두께로 코팅하여 형성할 수도 있다. 상기 불투명 전도성 소재로는 Ag, Au, Cu, Al, 탄소나노튜브(carbon nanotube)를 들 수 있다.

본 발명에 따른 발열체는 상기 버스 바에 연결된 전원부를 추가로 포함할 수 있다. 본 발명에 있어서 버스 바 및 전원부는 당 기술분야에 알려져 있는 방법을 이용하여 형성될 수 있다. 예컨대, 버스 바는 상기 전도성 발열 수단의 형성과 동시에 형성할 수도 있으며 상기 전도성 발열 수단을 형성한 후 동일 또는 상이한 프린팅 방법을 사용하여 형성할 수도 있다. 예를 들어, 상기 전도성 발열선을 오프셋 인쇄(offset printing) 방식으로 형성한 후, 스크린 프린팅을 통하여 버스 바를 형성할 수 있다. 이 때, 버스 바의 두께는 1 내지 100 마이크로미터일 수 있고, 10 내지 50 마이크로미터일 수 있다. 1 마이크로미터 미만이 되면 상기 전도성 발열 수단과 버스 바 사이의 접촉 저항이 증가하게 되어 접촉된 부분의 국부적인 발열이 될 수 있으며 100 마이크로미터를 초과하면 전극 재료 비용이 증가할 수 있다. 버스 바와 전원부 사이의 연결은 납땜, 전도성 발열이 좋은 구조체와의 물리적인 접촉을 통하여 할 수 있다.

상기 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 발열 수단과 버스 바는 각기 블랙 패턴 형성 전이거나 후에 형성할 수도 있다.

본 발명에 따른 발열체는 상기 투명기재의 전도성 발열 수단이 구비된 면에 구비된 추가의 투명기재를 포함할 수 있다. 추가로 구비되는 투명기재로는 전술한 바와 같이 유리, 플라스틱 기판 또는 필름을 사용할 수 있다. 상기 추가의 투명기재의 합착시 전도성 발열 수단과 추가의 투명기재 사이에 접합 필름을 끼워넣을 수 있다. 접합하는 과정에서 온도 및 압력을 조절할 수 있다.

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 마이크로미터일 수 있다.

하나의 구체적인 실시상태에 있어서, 전도성 발열 수단이 형성되어 있는 투명기재와 추가의 투명기재 사이에 접착필름을 삽입하고, 이를 진공백에 넣어 감압하며 온도를 올리거나, 핫롤을 이용하여 온도를 올려, 공기를 제거함으로써 1차 접합을 하게 된다. 이 때 압력, 온도 및 시간은 접착필름의 종류에 따라 차이가 있지만 보통 300 ~ 700 토르의 압력으로, 상온에서 100℃까지 온도를 점진적으로 올릴 수 있다. 이 때, 시간은 보통 1시간 이내일 수 있다. 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, 140bar 이상의 압력과 130 ~ 150℃ 정도의 온도에서 1시간 내지 3시간, 또는 약 2시간 수행한 후 서냉할 수 있다.

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(~1,000 mbar)을 하여 접합을 할 수 있다.

본 발명에 따른 발열체는 곡면을 이루는 형태일 수 있다.

본 발명에 따른 발열체에 있어서, 상기 발열 수단이 선상인 경우, 전도성 발열선 패턴의 개구율, 즉 패턴에 의하여 덮여지지 않는 영역의 비율은 70% 이상일 수 있다. 본 발명에 따른 발열체는 개구율이 70% 이상이면서 발열 작동 후 5분 내 온도편차가 10% 이하를 유지하면서 온도를 상승시킬 수 있는 우수한 발열 특성을 갖는다.

본 발명에 따른 발열체는 발열을 위하여 전원에 연결될 수 있으며, 이 때 발열량은 m²당 700W 이하일 수 있고, 300W 이하일 수 있으며, 100W 이상일 수 있다. 본 발명에 따른 발열체는 저전압, 예컨대 30V 이하, 또는 20V 이하에서도 발열성능이 우수하므로, 자동차 등에서도 유용하게 사용될 수 있다. 상기 발열체에서의 저항은 5 오옴/스퀘어 이하일 수 있고, 1 오옴/스퀘어 이하일 수 있으며, 0.5 오옴/스퀘어 이하일 수 있다. 본 발명에 따른 발열체는 자동차, 선박, 철도, 고속철, 비행기 등 각종 운송 수단 또는 집이나 기타 건축물에 사용되는 유리 또는 표시장치에 적용될 수 있다. 특히, 본 발명에 따른 발열체는 저전압에서도 발열특성이 우수할 뿐만 아니라, 일몰 후에 광원의 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.

또한, 본 발명에 따른 발열체는 표시장치에도 적용될 수 있다.

최근에 등장하고 있는 액정에 기반한 3D TV의 경우, 양안시차에 의한 3D 영상 구현을 하고 있다. 양안시차를 발생하기 위하여 가장 많이 사용되고 있는 방식은 액정 디스플레이의 재생 주파수와 동기화된 셔터가 있는 안경을 사용하는 것이다. 상기 방식에서는 액정 디스플레이에서 좌안과 우안 영상을 번갈아 보여주어야 하는데, 이 때 액정 변화속도가 느린 경우, 좌안 영상과 우안 영상의 겹침 현상이 생길 수 있다. 상기 겹침 현상으로 인하여 시청자는 부자연스러운 3D 영향을 느끼게 되며, 이에 따라 어지러움 현상 등이 발생할 수 있다.

액정 디스플레이에 사용되는 액정의 움직임은 주변 온도에 따라 속도가 바뀔 수 있다. 즉, 낮은 온도에서 액정 디스플레이를 구동하는 경우, 액정 변화 속도는 느려지고, 높은 온도에서 액정 디스플레이를 구동하는 경우, 액정 변화 속도는 빨라진다. 현재 액정 디스플레이를 이용한 3D TV의 경우, 백라이트 유닛에서 발생하는 열이 액정 속도에 영향을 미칠 수 있다. 특히, LED TV로 알려진 제품의 백라이트 유닛이 디스플레이의 엣지(edge)에만 위치한 경우, 백라이트 유닛에서 발생하는 열이 백라이트 유닛 주위의 온도만을 올려줌으로써 액정 구동 속도의 편차를 가져올 수 있으며, 이에 의한 3D 영상의 비이상적인 구현이 심화 될 수 있다.

따라서, 본 발명에서는 전술한 발열체를 표시 장치, 특히 액정 디스플레이에 적용함으로써, 저온에서 초기 구동시에도 우수한 표시 특성을 나타낼 수 있을 뿐만 아니라, 엣지형 광원 등 광원이 측면에 위치하는 경우와 같이 광원의 위치에 따라 표시 화면 전체에서 온도 편차가 발생하는 경우에도 표시 화면 전체에서 균일한 표시 특성을 제공할 수 있다. 특히, 액정 디스플레이에 발열 기능을 부여함으로써 액정 주변 온도를 상승시키고, 이를 통하여 고속의 액정 변화 속도를 구현함으로써 3D 표시장치에서 발생하는 3D 영상 왜곡을 최소화할 수 있다.

본 발명에 따른 발열체가 표시 장치에 포함되는 경우, 상기 표시 장치는 표시 패널 및 상기 표시 패널의 적어도 일측에 구비된 발열체를 포함할 수 있다. 상기 표시 장치가 엣지형 광원을 포함하는 경우, 상기 발열체 중 광원에 가깝게 배치되는 발열 유닛은 버스 바의 길이를 상대적으로 길게 하고, 광원과 멀게 배치되는 발열 유닛은 버스 바의 길이를 상대적으로 짧게 함으로써 광원에 따른 온도편차를 보상할 수 있다. 이와 같이 온도편차를 보상하도록 국부적인 발열을 하면서도, 표시장치의 전체 표시화면부에서 전도성 발열면의 면저항 또는 전도성 발열선의 패턴 밀도를 균일하게 함으로써 시야성을 확보할 수 있다.

상기 별도의 투명기재상에 구비될 수도 있고, 상기 표시패널의 일 구성요소 또는 그 외 표시장치의 구성요소 상에 구비될 수도 있다.

예컨대, 상기 표시 패널은 2장이 기판, 및 상기 기판들 사이에 봉입된 액정물질을 포함하는 액정셀을 포함할 수 있고, 상기 발열체는 상기 기판 중 적어도 하나의 내측 또는 외측에 구비될 수 있다. 또한, 상기 표시 패널은 상기 액정셀의 양측에 각각 구비된 편광판을 포함할 수 있고, 상기 발열체는 상기 액정셀과 상기 편광판 중 적어도 하나의 사이에 구비된 위상차 보상 필름 상에 구비될 수도 있다. 상기 편광판이 편광막 및 적어도 하나의 보호필름을 포함하는 경우, 상기 발열체는 상기 보호필름의 적어도 일측에 구비될 수도 있다.

또한, 상기 표시장치는 백라이트 유닛을 포함할 수 있다. 상기 백라이트 유닛은 직하형 광원 또는 엣지형 광원을 포함할 수 있다. 상기 백라이트 유닛이 엣지형 광원을 포함하는 경우, 이는 도광판을 더 포함할 수 있다. 상기 광원은 도광판의 하나 이상의 가장자리부에 배치될 수 있다. 예컨대, 상기 광원은 상기 도광판의 일측에만 배치될 수 있고, 2개 내지 4개 가장자리부에 배치될 수 있다. 상기 발열체는 상기 백라이트 유닛의 전면 또는 후면에 구비될 수 있다. 또한, 상기 발열체는 상기 도광판의 전면 또는 후면에 직접 구비될 수도 있다.

상기 발열체가 별도의 투명기재상에 구비되는 경우, 상기 발열체는 표시패널 전면 혹은 후면에 구비될 수도 있고, 상기 액정셀과 적어도 하나의 편광판 사이에 구비될 수도 있고, 상기 표시패널과 광원 사이, 도광판의 전면 혹은 후면에 구비될 수도 있다.

상기 발열체의 발열 수단이 선상인 경우, 상기 전도성 발열선의 패턴이 불규칙 패턴을 포함할 수 있다. 불규칙 패턴에 의하여 표시장치의 모아레 현상을 방지할 수 있다.

상기 표시장치는 상기 발열체를 포함하되, 전자 제품에서 과도한 발열 및 소비전력을 방지할 수 있도록 상기 발열체의 구성을 조절할 수 있다. 구체적으로, 본 발명에 따른 표시장치에 포함되는 발열 필름은 소비전력, 전압, 발열량이 후술하는 바와 같은 범위 내가 되도록 그 구성이 조절될 수 있다.

본 발명에 따른 표시장치에 포함되는 발열체는 전원에 연결되었을 때 100W 이하의 소비전력을 사용할 수 있다. 100W를 초과하는 소비전력을 사용하는 경우, 온도 상승에 의한 3D 영상 왜곡은 개선되지만 소비전력 증가에 따른 제품의 절전성능에 영향을 줄 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 표시 장치의 발열체는 20V 이하의 전압을 사용할 수 있고, 12V 이하의 전압을 사용할 수 있다. 전압이 20V를 초과하는 경우, 누전에 의한 감전의 위험이 있기 때문에 전압은 가능한 낮은 전압을 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 발열체를 이용한 표시장치의 표면 온도는 40℃ 이하에서 조절되는 것을 특징으로 한다. 40℃를 초과하는 온도로 승온하는 것이 3D 영상 왜곡을 최소화할 수 있으나, 전력 소비량이 100W를 초과할 수 있는 문제가 있다. 상기 발열체는 전원에 연결되었을 때 발열량이 m²당 400W 이하일 수 있고, 200W 이하일 수 있다.

본 발명에 따른 발열체를 이용한 표시장치는, 전술한 발열체를 구비하되, 현재 전자 제품들이 추구하는 절전 제품 구현을 위하여, 표면 온도를 제어하기 위한 제어 장치가 구비될 수 있다. 상기 제어 장치는 전술한 바와 같이 표시장치의 표면 온도를 40℃ 이하로 제어할 수 있다. 상기 제어 장치는 타이머를 이용하여 일정시간 동안만 발열하는 기능을 가지고 있을 수도 있으며, 표시장치 표면에 온도센서를 부착하여 적정온도까지만 승온시키고 전원을 차단하는 기능을 가지고 있을 수도 있다. 상기 제어 장치는 표시장치의 소비전력을 최소화하기 위한 기능을 수행할 수 있다.

본 발명에 따른 발열체에 있어서, 상기 발열 유닛 중 적어도 하나의 적어도 하나의 버스 바가 사선으로 배치되는 경우, 상기 발열 유닛의 전도성 발열 수단은 전류가 단락된 부분을 포함함으로써, 전류가 버스 바 사이의 최단거리인 대각선 방향으로 집중되어 국부 발열이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 예컨대, 본 발명에 따른 발열체에 있어서, 발열 유닛 간의 버스 바 길이를 동일하게 조절하기 위하여, 예컨대 도 5와 같이 버스 바를 사선으로 배치하는 경우, 발열 유닛 내에서 전류가 버스 바 사이의 최단 거리인 대각선 방향으로 집중될 수 있으며, 이에 따라 최단거리의 대각선 주변에 국부 발열이 발생할 수 있다. 이를 방지하기 위하여, 버스 바가 사선으로 배치된 영역에서 전도성 발열 수단을 버스 바를 따라 0.1 내지 20mm의 간격을 가지고 단락을 시킬 수도 있다. 이와 같이 전도성 발열 수단을 단락시킨 예를 도 6에 예시하였다. 이 때, 단락을 위하여 발열면인 경우, 레이저를 이용한 전도성 막의 제거가 가능하며, 발열선인 경우 초기 패턴시 단선시킬 수도 있다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 그러나, 이하의 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 이에 의하여 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.

< 실시예 >

< 실시예 1>

투명 기재 상에 도 3과 같은 구조로 발열 유닛을 배치하였다. 이 때, 각 발열 유닛 간의 간격은 1mm이며 버스 바의 길이(W)는 하기 표 1과 같이 구성하였다. 각 발열 유닛의 버스 바 사이에 구비된 전도성 발열선의 면저항은 0.33 ohm/square이었고, 전압/전류는 각각 21.6V 및 3.8A 이었으며, 전력은 82.1W이었고, 버스 바 간 길이(L)는 70cm이었다.

본 실시예 1에서 제조된 발열체의 전압 인가 전과 전압 인가 후 20분에 측정한 평균 온도를 도 4 및 표 1에 나타내었다. 또한, 버스 바의 길이(W)와 승온온도 사이의 관계를 하기 도 7에 나타내었다.

[표 1]

도 7에 나타난 버스 바의 길이(W)와 승온온도 사이의 관계를 살펴보면 버스 바의 길이가 증가할수록 승온온도가 감소하는 관계가 존재함을 알 수 있다.

< 실시예 2>

투명 기재 상에 도 8과 같은 구조로 점선으로 표시된 사각형에만 발열 유닛을 배치하였다. 이 때, 각 발열 유닛 간의 간격은 1mm이였으며 버스 바의 길이(W)와 버스 바 간의 간격(L)은 표 2와 같이 구성하였다. 각 발열 유닛의 버스 바 사이에 구비된 전도성 발열선의 면저항은 0.33 ohm/square이었고, 전압/전류는 각각 14V 및 2.4A 이었으며, 전력은 33.6W이었다.

본 실시예 2에서 제조된 발열체의 전압 인가 전과 전압 인가 후 20분에 측정한 평균 온도를 도 9 및 표 2에 나타내었다. 또한, 버스 바간 간격(L)과 승온온도 사이의 관계를 하기 도 10에 나타내었다.

[표 2]

도 10에 나타난 버스 바간 간격(L)과 승온온도 사이의 관계를 살펴보면 버스 바 길이가 동일한 경우, 버스 바간 간격과 승온온도 사이에는 상관관계가 없음을 알 수 있다.

전술한 바와 같이, 본 발명에서는 2개 이상의 발열 유닛들의 버스 바를 직렬로 연결함으로써, 하나의 발열 유닛 내의 단위면적당 파워는 버스 바의 길이에 의하여 고정될 수 있으므로, 발열 유닛별로 버스 바의 길이를 조절함으로써 부위별 발열량을 용이하게 조절할 수 있으며, 이에 의하여 발열 유닛간 투과도 또는 면저항의 차이가 없는 발열체를 제공할 수 있다.

Claims

2개의 버스 바 및 상기 2개의 버스 바에 전기적으로 연결된 전도성 발열 수단을 포함하는 발열 유닛을 2개 이상 포함하고, 상기 발열 유닛들의 버스 바가 서로 직렬로 연결되는 발열체이며,
상기 발열체 내에서 상기 각각의 발열 유닛의 단위면적당 파워는 버스 바의 길이가 증가할수록 감소하는 관계를 가지는 것을 특징으로 하는 발열체.
청구항 1에 있어서, 상기 발열체 내에서 상기 각각의 발열 유닛의 단위면적당 파워는 각각의 발열 유닛 내의 2개의 버스 바간의 간격과 상관관계가 없는 것을 특징으로 하는 발열체.
청구항 1에 있어서, 상기 발열체 내에서 상기 발열 유닛 내의 2개의 버스 바간의 간격은 고정되고, 상기 각각의 발열 유닛의 단위면적당 파워는 버스 바의 길이가 증가할수록 감소하는 관계를 가지는 것을 특징으로 하는 발열체.
청구항 1에 있어서, 상기 발열체 내에서 상기 발열 유닛의 버스 바의 길이는 고정되고, 상기 각각의 발열 유닛의 단위면적당 파워는 각각의 발열 유닛 내의 2개의 버스 바간의 간격과 상관관계가 없는 것을 특징으로 하는 발열체.
청구항 1에 있어서, 상기 각각의 발열 유닛 사이의 간격은 2cm 이하인 것을 특징으로 하는 발열체.
청구항 1에 있어서, 상기 전도성 발열 수단은 전도성 발열면 또는 전도성 발열선인 것을 특징으로 하는 발열체.
청구항 1에 있어서, 상기 발열 유닛 내의 온도 편차가 20% 이내이고, 상기 발열 유닛들 간의 면저항 또는 투과율 편차가 20% 이내인 것을 특징으로 하는 발열체.
청구항 1에 있어서, 상기 발열 유닛들 중 적어도 2개의 발열 유닛의 버스 바의 길이는 서로 상이한 것을 특징으로 하는 발열체.
청구항 1에 있어서, 상기 발열 유닛들 중 적어도 2개의 발열 유닛의 발열량은 서로 상이한 것을 특징으로 하는 발열체.
청구항 6에 있어서, 상기 전도성 발열선은 불규칙 패턴을 포함하도록 배치된 것을 특징으로 하는 발열체.
청구항 10에 있어서, 상기 불규칙 패턴은 보로노이 다이어그램을 이루는 도형들의 경계선 형태 또는 델로니 패턴을 이루는 적어도 하나의 삼각형으로 이루어진 도형들의 경계선 형태를 포함하는 것을 특징으로 하는 발열체.
청구항 1에 있어서, 상기 발열체는 상기 버스 바 및 상기 전도성 발열 수단이 구비된 투명기재를 포함하는 것을 특징으로 하는 발열체.
청구항 12에 있어서, 상기 발열체는 상기 투명기재의 상기 버스 바 및 전도성 발열 수단이 구비된 면에 구비된 추가의 투명기재를 포함하는 것을 특징으로 하는 발열체.
청구항 6에 있어서, 상기 전도성 발열선은 금속선인 것을 특징으로 하는 발열체.
청구항 6에 있어서, 상기 전도성 발열선은 선폭이 100 마이크로미터 이하, 선간 간격이 30mm 이하, 선고가 100 마이크로미터 이하인 것을 특징으로 하는 발열체.
청구항 6에 있어서, 상기 전도성 발열면은 투명 전도성 재료로 이루어진 막 또는 불투명 전도성 재료로 이루어진 박막인 것을 특징으로 하는 발열체.
청구항 1에 있어서, 상기 발열 유닛 중 적어도 하나의 적어도 하나의 버스 바가 사선으로 배치되고, 상기 발열 유닛의 전도성 발열 수단은 전류가 단락된 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 발열체.
청구항 1에 있어서, 전원부를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 발열체.
투명 기재 상에 2개의 버스 바 및 상기 2개의 버스 바에 전기적으로 연결된 전도성 발열선을 포함하는 발열 유닛을 2개 이상 형성하는 단계; 및
상기 발열 유닛들의 버스 바를 서로 직렬로 연결하는 단계를 포함하는 발열체의 제조방법이고,
상기 발열체 내에서 상기 각각의 발열 유닛의 단위면적당 파워는 버스 바의 길이가 증가할수록 감소하는 관계를 가지는 것을 특징으로 하는 발열체의 제조방법.
청구항 19에 있어서, 상기 버스 바 및 상기 전도성 발열선이 구비된 면 상에 추가의 투명 기재를 접합하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 발열체의 제조방법.
청구항 1 내지 18 중 어느 하나의 항에 따른 발열체를 포함하는 자동차용 또는 건축용 발열체.
청구항 1 내지 18 중 어느 하나의 항에 따른 발열체를 포함하는 표시장치.
청구항 22에 있어서, 표면온도제어장치를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 표시장치.
청구항 22에 있어서, 상기 표시장치는 3D 표시장치인 것을 특징으로 하는 표시장치.