加熱元件及其制造方法

專利名稱：加熱元件及其制造方法
技術領域：
本申請要求2011年I月13日向韓國專利局提交的韓國專利申請第10-2011-0003475號的優先權，該申請全文引入作為參考。本發明涉及一種加熱元件及其制備方法。更具體的是，本發明涉及一種容易控制各個部分的發熱量的加熱元件及其制備方法。
背景技術：
在冬季或者雨天，由于車輛內外溫差造成車窗結霜。另外，在室內滑雪場，由于斜坡內、外部之間的溫差，造成露水凝結。為了解決上述問題，研發出加熱玻璃。該加熱玻璃利用了在將加熱線附接到玻璃表面或者在玻璃表面上形成加熱線之后，通過向加熱線兩端施加電流使加熱線產生熱量的概念，來提高玻璃表面的溫度。用于車輛或建筑物的加熱玻璃需要具有低電阻，以便均勻產生熱量，并且不應妨礙眼睛。為此，已經提出了制備已知透明加熱玻璃的方法，該方法通過透明導電材料(氧化銦錫(IT0)或銀薄膜)進行濺射過程來形成加熱層，然后將電極連接到前端。然而，這種方法制備的加熱玻璃由于其高表面電阻，難以被40V或以下的低電壓驅動。相應的，為了在40V或以下的電壓下進行加熱，正在嘗試使用金屬線。同時，在已知的加熱元件中，嘗試了一種利用一對與電源相連的母線或者利用兩對彼此并聯的母線，通過母線之間的間隙控制發熱量的方法。在這種情況下，當母線之間的間隙固定時，需要控制母線之間的加熱元件的表面電阻，以便控制各個部分的發熱量。為了控制加熱元件的表面電阻，控制構成加熱層的導電材料的厚度，或者在使用金屬圖案作為加熱圖案的情況下，則控制金屬圖案的密度。然而，如果導電材料的厚度或者加熱圖案的密度是不同的，則會由于各個部分透射率不同而導致容易觀察到加熱元件出問題。

發明內容
技術問題本發明旨在提供一種加熱元件及其制備方法，所述加熱元件能夠容易地控制每個部分的發熱量并且防止使用者的視線被遮擋。技術方案本發明的示例性實施例提供一種加熱元件，包括:兩個或更多加熱單元，所述加熱單元包括兩根母線以及與所述兩根母線電連接的導電加熱裝置，其中，所述加熱單元的所述母線相互串聯，并且所述加熱元件中每個加熱單元的每單位面積上的電能隨著所述母線的長度增加而減少。本發明的另一個示例性實施例提供一種加熱元件的制備方法，包括:形成兩個或更多加熱單元，所述加熱單元包括在透明襯底上的兩根母線以及與所述兩根母線電連接的導電加熱裝置；以及將所述加熱單元的所述母線串聯，其中，所述加熱元件中每個加熱單元的每單位面積上的電能隨著所述母線的長度增加而減少。
技術效果根據本發明的示例性實施例，因為通過將兩個或更多加熱單元的母線串聯，由母線的長度能夠使一個加熱單元中每單位面積上的電能固定，所以通過控制每個加熱單元的母線長度，能夠容易地控制每個部分的發熱量，由此提供一種加熱單元之間的透射率或表面電阻沒有偏差的加熱元件。


圖1是圖示現有技術中兩個加熱單元相互并聯狀態的例示圖。圖2是圖示根據本發明示例性實施例的兩個加熱單元相互串聯狀態的例示圖。圖3是圖示根據本發明另一示例性實施例的五個加熱單元相互串聯狀態的例示圖。圖4是圖示在向圖3所示的加熱元件施加電壓之前以及在施加電壓之后20分鐘時的加熱狀態的照片。圖5是圖示根據本發明另一示例性實施例的加熱元件的構造的例示圖。圖6是圖示根據本發明另一示例性實施例的加熱元件的加熱單元中的加熱裝置短路狀態的例示圖。圖7是圖示根據本發明第一示例性實施例的母線長度W與溫度上升之間關系的圖表。圖8是圖示根據本發明另一示例性實施例的六個加熱單元相互串聯狀態的例示圖。圖9是圖示在向圖8所示的加熱元件施加電壓之前以及在施加電壓之后20分鐘時的加熱狀態的照片。圖10是圖示根據本發明第一示例性實施例的母線之間的間隙L與溫度上升之間關系的圖表。
具體實施例方式下文中，將詳細描述本發明的示例性實施例。根據本發明的加熱元件包括:兩個或多個加熱單元，其包括兩根母線和與該兩根母線電連接的導電加熱裝置，其中該加熱單元的母線相互串聯，并且加熱元件中的每個加熱單元每單位面積上的電能隨著母線長度增加而降低。在本發明中，該加熱元件滿足加熱單元每單位面積上的電能隨著母線長度增加而降低的關系，但是每個加熱單元每單位面積上的電能與每個加熱單元中兩根母線之間的間隙可以沒有明確的相關性。特別是，在加熱元件中每個加熱單元中兩根母線之間的間隙固定的情況下，通過控制母線的長度，可以滿足每個加熱單元每單位面積上的電能隨著母線長度增加而降低的關系。此外，即使在該加熱元件中加熱單元的母線長度固定的情況下，每個加熱單元每單位面積上的電能與每個加熱單元中兩根母線之間的間隙仍可以沒有明確的相關性。在本發明中，當導電加熱裝置與母線電連接并且向母線施加電壓時，該導電加熱裝置是指由自身電阻和熱傳導率生熱的裝置。可以將以平面形狀或者線形形狀形成的導電材料用作加熱裝置。在該加熱裝置具有平面形狀的情況下，該加熱裝置可以由諸如ITO、ZnO等透明導電材料制成，或者可以由不透明導電材料的薄膜形成。在加熱裝置具有線形形狀的情況下，該加熱裝置可以由透明或者不透明導電材料制成。在本發明中，在加熱裝置具有線形形狀的情況下，即使該材料是諸如金屬的不透明材料，如下所述，通過控制圖案的線寬度和均勻度，仍可以使該加熱裝置被構造為不會遮擋視線。在本發明中，為了方便，在平面形狀的情況下，將加熱裝置稱作導電加熱表面，而在線形形狀的情況下，將加熱裝置稱作導電加熱線。在利用加熱元件進行加熱的情況下，通過每單位面積上的電能確定溫度升高的幅度。如圖1所示，當包括一對母線和設置于該母線之間的導電加熱裝置的兩個或多個加熱單元相互并聯時，通過母線之間的間隙La和Lb確定每單位面積上的電能。在圖1中，綠色表示的兩端表示母線，布置在母線之間的區域表示具有導電加熱裝置的區域。詳細地，可以如下計算圖1的區域A和區域B每單位面積上的電能。區域 A:V2/ (Rs X La/ffa) / (La X ffa) = V2/ (Rs X La2)區域B:V2/ (Rs X Lb/ffb) / (Lb Xffb) = V2/ (Rs X Lb2)在等式中，V是電源單元施加的電壓，Rs是加熱元件的表面電阻(歐姆/平方)。然而，如圖2所示，當兩個或多個加熱單元相互串聯時，通過母線的長度Wa和Wb確定每單位面積上的電能。類似的是，在圖2中，同樣綠色表示的兩端表示母線，布置在母線之間的區域表示具有導電加熱裝置的區域。詳細地，可以如下計算圖2的區域A和區域B每單位面積上的電能。區域A:1 2 X Rs (La/ffa) /(LaXffa) = i 2 X Rs/ffa2區域B:12XRs(Lb/Wb)/(LbXWb) = i2XRs/ffb2在等式中，V是電源單元施加的電壓，Rs是加熱元件的表面電阻(歐姆/平方米)，并且i是如下算出的常數。i = V/Rs (La/ffa + Lb/ffb)在需要控制各個部分的發熱量的情況下，并聯模式需要控制母線之間的間隙La和Lb。利用并聯模式將多個加熱單元相互連接以同時生熱。此外，還可以通過將一個產品中的加熱單元分開來控制各個部分的發熱量。例如，在車窗或者顯示設備中，控制母線的長度Wa和Wb比控制母線之間的間隙La和Lb更好。相應的，在本發明中，通過將兩個或多個加熱單元串聯，通過控制母線長度Wa和Wb，可容易地控制各個部分的發熱量。當在一個產品中布置多個加熱單元時，加熱單元之間的距離可以是2cm或更小，優選是0.5cm或更小。當加熱單元之間的距離大于2cm時，加熱單元之間的空間中的加熱會變差。在本發明中，加熱單元的發熱量可以為每平方米700W或更小、300W或更小以及IOOff或更大。因為根據本發明的加熱元件即使在例如30V或更小或者20V或更小的低電壓下仍然具有非常出色的加熱性能，所以該加熱元件也可以有效用于車輛等。在本發明中，加熱單元當中的至少兩個加熱單元的母線長度可以是互不相同的。在本發明中，加熱單元當中的至少兩個加熱單元的發熱量可以是互不相同的。在本發明中，因為可以通過控制每個加熱單元的母線長度來控制每個加熱單元中的發熱量，所以也可以將加熱單元之間的發熱量控制為彼此不同，或者控制在相同范圍內。然而，即使如上所述那樣控制發熱量，也可以將加熱單元之間的表面電阻或者透射率的偏差控制在20%、10%或5%之內。在根據本發明示例性實施例的加熱元件中，圖5中示出了加熱單元相互串聯的實例。在圖5中，因為母線的長度彼此相同，所以加熱單元的發熱量也可以是相同的。相應的，即使根據本發明的加熱元件所應用的對象需要按照諸如車輛側窗等預定形式來配置，母線長度也可以配置為彼此相同，使得各個部分的發熱量可以是一致的，并且導電加熱表面的表面電阻或者導電加熱線的圖案密度也可以是一致的。當導電加熱線的圖案密度一致時，可以防止導電加熱線的圖案遮擋視線。例如，根據本發明，當加熱單元中的溫度偏差在20%或10%之內時，可以將加熱單元之間表面電阻或透射率的偏差控制在20%、10%或5%之內。當加熱單元中導電加熱線的圖案密度不同時，由于各個部分的透射率差異，使得導電加熱線圖案容易被觀察到，但是如上所述，加熱單元之間圖案密度差異被配置得小，使得導電加熱線圖案不會被觀察到。在說明書中，描述了加熱單元之間發熱量沒有差別的實例，但是利用相同的工作原理，當加熱單元之間的發熱量彼此不同時，仍可以將加熱單元之間的表面電阻或透射率的偏差控制在20%、10%或5%之內。在本發明中，所述導電加熱線可以是直線，但也可以進行不同修改，例如曲線、波浪線、Z形線等。在本發明中，兩個或多個加熱單元中每一個所包含的導電加熱線的整個圖案可以一起確定為下述圖案形狀。導電加熱線的圖案可以設置為諸如帶形、菱形、方格、圓形、波浪圖案、網格、2D網格等，并且不限于預定形狀，但是優選的是，導電加熱線設計成防止從預定光源發出的光由于衍射和干涉而影響光學屬性。也就是說，為了使圖案的規則性最小化，導電加熱線還可以采用波浪圖案、正弦波圖案、網格結構的井網圖案以及線的厚度不規則的圖案。如果需要，導電加熱線圖案的形狀可以是兩種或多種圖案的組合。導電加熱線圖案可以包括不規則圖案。當畫出與導電加熱線相交的直線時，該不規則圖案可以包括直線與導電加熱線的相鄰交點之間距離的平均值與標準偏差之比(距離分布比)為2%或更大的圖案。與導電加熱線相交的直線可以是直線與導電加熱線相鄰交點之間距離的標準偏差最小的線。或者，與導電加熱線相交的直線可以是沿著與導電加熱線任意一點的切線相垂直的方向延伸的直線。如上所述，利用導電加熱線圖案可以防止由于光源的衍射和干涉造成的副作用和莫爾條紋。與導電加熱線相交的直線與導電加熱線的交點數量可以是80個或更多。與導電加熱線相交的直線與該導電加熱線的相鄰交點之間距離的標準偏差與平均值之比(距離分布比)可以為2%或更大、10%或更大以及20%或更大。可以在具有如上所述的加熱線圖案的透明基板的至少一部分表面上設置具有不同形狀的導電加熱線圖案。根據本發明的另一示例性實施例，可以通過連續分布閉合圖形來配置該不規則圖案，并且該不規則圖案包括閉合圖形面積的標準偏差與平均值之比(面積分布比)為2%或更大的圖案。如上所述，利用導電加熱線圖案，可以防止由于光源的衍射和干涉造成的副作用和莫爾條紋。閉合圖形的數量可以為至少100個。閉合圖形面積的標準偏差與平均值之比(面積分布比)可以是2%或更大、10%或更大以及20%或更大。還可以在包括閉合圖形面積的標準偏差與平均值之比(面積分布比)為2%或更大的加熱線圖案的透明基板的至少一部分表面上設置具有不同形狀的導電加熱線圖案。當圖案完全不規則時，在稀疏部分與稠密部分之間的線分布會產生差異。問題在于無論線寬度多么小，該線分布都會被觀察到。為了解決可見的問題，在本發明中，當形成加熱線時，可以適當協調規則度和不規則度。例如，設置基本單元，使得加熱線不會被觀察到或者不會發生局部加熱，并且加熱線可以不規則地形成在所設置的基本單元中。如果使用以上方法，通過防止線分布集中在任意一個位置，可以抵消可視性。根據本發明的另一示例性實施例，不規則圖案可以包括構成Voronoi圖的邊界形式圖形的導電加熱線圖案。通過以構成Voronoi圖的圖形的邊界輪廓形成導電加熱線圖案，可以防止由于光衍射和干涉造成的莫爾現象并且使副作用最小化。Voronoi圖是利用以下方法構成的圖案，該方法是當被稱作Voronoi圖生成器的點被布置在要填充的區域中時，填充每個點與相應點之間與相對于其他點相比距離最短的區域。例如，當由點表示整個國家中大型折扣商店并且顧客找到最近的大型折扣商店時，可以例示表示每個折扣商店的商業區的圖案。也就是說，當用規則六邊形填充空間，并且選擇該規則六邊形的點作為VOTonoi圖生成器時，蜂窩結構可以是導電加熱線圖案。在本發明中，當利用Voronoi圖生成器形成導電加熱線圖案時，優點在于容易確定復雜的圖案形狀以使由于光衍射和干涉造成的副作用最小化。在本發明中，將該VOTonoi圖生成器規則或不規則放置，以利用由該生成器獲得的圖案。即使如上所述以構成Voronoi圖的圖形的邊界輪廓來形成導電加熱線圖案，為了解決被觀察到的問題，當生成VOTonoi圖生成器時，可以適當協調規則性和不規則性。例如，當在設置有圖案的區域中將具有預定尺寸的區域設定為基本單元時，生成所述點使得點在該基本單元中的分布具有不規則性，由此產生Voronoi圖案。如果使用以上方法，則可以通過防止線的分布集中在任意一個位置來抵消可視性。如上所述，為了考慮加熱線的可視性或者調整顯示設備中所需的加熱密度，可以控制每單位面積上的VOTonoi圖生成器的數量。在這種情況下，當控制了每單位面積上Voronoi圖生成器的數量時，該單位面積可以是5cm2或更小以及Icm2或更小。每單位面積上Voronoi圖生成器的數量可以在25至2500/cm2的范圍內和100至2000/cm2的范圍內選擇。在單位面積中構成所述圖案的圖形中的至少一個可以具有與其他圖形不同的形狀。根據本發明的又一示例性實施例，所述不規則圖案可以包括由構成Delaunay圖案的至少一個三角形形成的圖形的邊界輪廓的導電加熱線圖案。詳細地，導電加熱線圖案的形狀是構成Delaunay圖案的三角形的邊界輪廓、由構成Delaunay圖案的至少兩個三角形形成的圖形的邊界輪廓，或者其組合形式。通過以由構成Delaunay圖的至少一個三角形形成的圖形的邊界輪廓來形成導電加熱線圖案，可以使由于光衍射和折射造成的莫爾現象和副作用最小化。Delaunay圖案是指通過畫出三角形而形成的圖案，使得當被稱作Delaunay圖案生成器的點被布置于要填充圖案的區域中、將三個相鄰點相互連接以畫出三角形，并且畫出包括該三角形全部頂點的外接圓時，該外接圓中不存在其他點。為了形成該圖案，可以根據Delaunay圖案生成器重復Delaunay三角剖分和循環(circulation)。可以由通過使三角形的全部角中的最小角度最大化來避免細小三角形的方法，進行Delaunay三角剖分。Delaunay圖案的概念是Boris Delaunay 于 1934 年提出的。由構成Delaunay圖案的至少一個三角形形成的圖形的邊界輪廓的圖案可以使用通過規則或不規則地放置Delaunay圖案生成器而由所述生成器獲得的圖案。在本發明中，當利用Delaunay圖案生成器形成導電加熱線圖案時，具有容易確定復雜的圖案形狀的優點。即使在如上所述導電加熱線圖案以由構成Delaunay圖案的至少一個三角形形成的圖形的邊界輪廓形成的情況下，為了解決可見的問題，當生成Delaunay圖案生成器時，可以適當地協調規則度和不規則度。如上所述，為了考慮加熱線的可視性或者調整顯示設備所需的加熱密度，可以控制每單位面積上的Delaunay圖案生成器的數量。在這種情況下，當控制每單位面積上的Delaunay圖案生成器的數量時，該單位面積可以是5cm2或更小以及Icm2或更小。每單位面積上的Delaunay圖案生成器的數量可以在25-2500/cm2的范圍內以及100-2000/cm2的范圍內選擇。在單位面積中構成所述圖案的圖形中的至少一個可以具有與其他圖形不同的形狀。為了加熱元件的均勻加熱和可見性，在單位面積中導電加熱線圖案的開口比率可以是恒定的。對于直徑為20cm的任意圓形而言，加熱元件可以具有5%或更小的透射率偏差。在這種情況下，可以防止加熱元件局部加熱。此外，在加熱元件中，加熱之后透明襯底的表面溫度的標準偏差可以在20%以內。然而，為了特定目的，還可以將導電加熱線布置成使得在加熱元件中出現溫度偏差。為了防止莫爾現象或者使由于光衍射和折射造成的副作用最小化的效果最大化，導電加熱線圖案可以形成為由非對稱圖形形成的圖案的面積相對于整個圖案面積為10%或更大。此外，導電加熱線圖案可以形成為使得圖形的面積占整個導電加熱線圖案面積的10%或更大，在所述圖形中將構成Voronoi圖的任意一個圖形的中心點與形成該圖形邊界的相鄰圖形的中心點相連接的至少一條線具有與其他線不同的長度。此外，導電加熱線圖案可以形成為使得由圖形形成的圖案的面積占整個導電加熱線圖案面積的10%或更大，在該圖形中，由構成Delaunay圖案的至少一個三角形形成的圖形的至少一邊與其他邊的長度不同。當制備加熱線圖案時，還可以通過利用在設計了限定區域中的圖案之后反復連接限定區域的方法來制備大面積圖案。為了反復連接所述圖案，可以通過固定每條邊的點的位置而使重復的圖案相互連接。在這種情況下，限定區域的面積可以是Icm2或更大以及IOcm2或更大，以便使由于重復造成的莫爾現象和光衍射和干涉最小化。在本發明中，首先，在確定希望的圖案形狀之后，可以通過利用印刷方法、光刻方法、照相方法、使用掩模的方法、濺射方法、噴墨方法等，在透明襯底上形成細線寬度和精確的導電加熱線圖案。可以利用Voronoi圖發生點或者Delaunay圖案發生點來確定圖案形狀，因此，可以容易地確定復雜的圖案形狀。本文中，Voronoi圖發生點和Delaunay圖案發生點分別是指布置用來形成如上所述的Voronoi圖和Delaunay圖案的點。然而，本發明的范圍不限于此，還可以利用其它方法來確定所需的圖案形狀。可以通過在透明襯底上將包括導電加熱線材料的膏以所需圖案形狀轉移并燒制，執行印刷方法。轉移方法不是具體限制，可以通過在諸如凹版或者絲網的圖案轉移介質上形成圖案并且利用所形成的圖案將所需的圖案轉移到透明襯底上。在圖案轉移介質上形成圖案形式的方法可以使用本領域中已知的方法。印刷方法不是具體限制的，可以使用諸如膠版印刷方法、絲網印刷方法、凹版印刷方法等。此外，可以通過首先在具有雕刻圖案的凹雕中填充膏并按壓之后將凹雕(其具有被稱作覆蓋層的硅橡膠)轉印，通過按壓覆蓋層和透明襯底再次轉印凹雕，進行膠版印刷。可以通過將膏通過中空絲網直接放置到襯底上，同時在具有圖案的絲網上放置了膏之后施力擠壓，進行絲網印刷方法。可以通過在輥上卷繞雕刻有圖案的覆蓋層，并且在將要轉印到透明襯底的圖案中填充膏，進行凹版印刷方法。在本發明中，除了這些方法之外，還可以將這些方法組合使用。而且，也可以使用本領域已知的其它印刷方法。在采用膠版印刷方法的情況下，因為覆蓋層的釋放特性使得膏幾乎轉移到諸如玻璃的透明襯底上，所以無需單獨的覆蓋層清潔過程。通過精確刻蝕其上刻有所需的導電加熱線圖案的玻璃，可以制備出凹版，并且為了耐久性，還可以在玻璃表面上涂布金屬或者類金剛石碳(DLC)。也可以通過刻蝕金屬板來制備凹版。在本發明中，為了實現更加精確的導電加熱線圖案，可以采用膠版印刷方法。該膠版印刷方法可以這樣進行:通過利用刮刀在凹版圖案中填充膏，然后通過在第一步驟旋轉覆蓋層進行首次轉移，通過在第二步驟旋轉覆蓋層而在透明襯底表面上進行二次轉印。本發明不限于以上印刷方法，還可以使用光刻過程。例如，光刻過程可以這樣進行:在透明襯底的整個表面上形成導電加熱線圖案材料層、在導電加熱線圖案材料層上形成光致抗蝕劑層、通過選擇性曝光和顯影過程對光致抗蝕劑層進行圖案化、利用被圖案化的光致抗蝕劑層作為掩模來刻蝕導電加熱線圖案材料層以對導電加熱線進行圖案化，然后去除該光致抗蝕劑層。還可以通過利用粘附層在透明襯底上層壓例如銅、鋁和銀的金屬薄膜來形成導電加熱線圖案材料層。此外，該導電加熱線圖案材料層還可以是利用濺射或物理汽相沉積方法在透明襯底上形成的金屬層。在這種情況下，該導電加熱線圖案材料層還可以形成為具有良好導電性的金屬(例如銅、鋁和銀)和具有與襯底良好附著性且為暗色的金屬(例如Mo、NiXr和Ti)的多層結構。在這種情況下，金屬薄膜的厚度可以是20微米或更小以及10微米或更小。在本發明中，在光刻過程中，還可以通過利用印刷過程取代光刻過程來形成光致抗蝕劑層。此外，本發明還可以利用照相方法。例如，在將包含鹵化銀的感光材料涂布到透明襯底上之后，通過使該感光材料選擇性地曝光和顯影，也可以形成圖案。更具體的實例如下。首先，在襯底上涂布負性感光材料，以形成圖案。在這種情況下，可以采用諸如PET、乙酰賽璐珞(acetyl celluloid)等聚合物膜作為襯底。本文中將涂布有感光材料的聚合物膜部件稱作膜。負性感光材料通常可以由少量AgI與AgBr混合的鹵化銀構成，其對光的反應非常敏感和有規則性。因為在拍攝通用負性光敏材料之后顯影的圖像是與物體相反的負像，所以可以利用具有所要形成的圖案形狀的掩模來進行拍攝，該圖案形狀優選的是不規則圖案形狀。為了提高利用光刻和照相過程形成的加熱線圖案的導電性，可以進一步進行鍍工藝。可以利用無電鍍方法進行鍍，鍍層材料可以采用銅或鎳，在實施鍍銅之后，可以在其上鍍鎳，但是本發明的范圍并不限于此。此外，本發明還可以采用利用掩模的方法。例如，在襯底附近放置了具有加熱線圖案形狀的掩模之后，利用沉積方法在襯底上對加熱線圖案材料進行圖案化。在這種情況下，沉積方法可以采用利用熱或電子束的熱沉積方法、諸如濺射的物理汽相沉積(PVD)方法以及利用有機金屬材料的化學汽相沉積(CVD)方法。在本發明中，可以在透明襯底上設置加熱元件。對該透明襯底沒有具體的限制，但是其光透射率可以為50%或更大以及75%或更大。詳細地，該透明襯底可以使用玻璃、塑料襯底或者塑料膜。在使用塑料膜的情況下，在形成了導電加熱線圖案之后，可以將玻璃附接到襯底的至少一個表面上。在這種情況下，可以將玻璃或者塑料襯底附接到透明襯底的具有導電加熱線圖案的表面上。可以將本領域中已知的材料用作塑料襯底或薄膜，例如可以是可見光透射率為80%或更大的膜，諸如聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚乙烯丁醛(PVB)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚醚砜(PES)、聚碳酸酯(PC)以及乙酰賽璐珞。塑料膜的厚度可以是12.5-500微米以及50-250微米。在本發明中，作為導電加熱線材料，可以采用熱傳導性出色的金屬。此外，導電加熱線材料的電阻值可以為Iu Qcm或更大到200 ii Qcm或更小。作為導電加熱線材料的具體實例，可以使用銅、銀、碳納米管(CNT)等，并且最優選的是銀。可以使用微粒形式的導電加熱線材料。在本發明中，可以使用涂布有銀的銅微粒作為導電加熱線材料。在本發明中，當利用使用膏的印刷過程制備導電加熱線時，膏除了前述的導電加熱線材料之外，還可以包括有機粘合劑，以便有助于該印刷過程。有機粘合劑在燒制過程過程中可以具有揮發性。有機粘合劑可以包括聚丙烯酸樹脂、聚氨基甲酸酯樹脂、聚酯樹脂、丙烯烴樹脂、聚碳酸酯樹脂、纖維素樹脂、聚酰亞胺樹脂、聚萘二甲酸乙二醇酯樹脂、改性環氧樹脂等，但僅不限于此。為了改善膏與諸如玻璃的透明襯底的粘附，膏還可以包括玻璃粉。可以從工業品中選擇玻璃粉，但最好采用不含鉛的環保玻璃粉。在這種情況下，所使用的玻璃粉的尺寸可以具有2微米或更小的平均孔徑，并且可以具有50微米或更小的最大孔徑。如果需要，還可以向膏中添加溶劑。溶劑包括二甘醇一丁醚乙酸酯、二甘醇一乙醚乙酸酯、環己酮、乙酸溶纖劑(cellosolve acetate)、松油醇等，但本發明的范圍不限于上述實例。在本發明中，當使用包含導電加熱線材料、有機粘合劑、玻璃粉和溶劑的膏時，各種成分的重量比可以是:50-90wt%的導電加熱線材料，l-20wt%的有機粘合劑，0.l-10wt%的玻璃粉以及l_20wt%的溶劑。
在本發明中，在使用前述膏的情況下，在印刷了膏之后，通過燒制過程形成具有導電性的加熱線。在這種情況下，對燒制溫度沒有具體限制，但可以是500-800°C以及600-7000C。當形成加熱線圖案的透明襯底是玻璃時，如果需要，在燒制過程中，可以對玻璃進行模制，從而使其適用于所需的用途，例如建筑物、車輛等。例如，當將用于車輛的玻璃模制成曲面表面時，也可以對膏進行燒制。而且，如果將塑料襯底或膜用作形成導電加熱線圖案的透明襯底，則可以在相對較低溫度下進行燒制。例如，可以在50-350°C下進行燒制。
導電加熱線的線寬度可以為100微米或更小以及30微米或更小，優選的是25微米或更小以及10微米或更小，更優選的是7微米或更小以及5微米或更小。導電加熱線的線寬度可以是0.1微米或更大以及0.2微米或更大。導電加熱線的線間距離可以是30mm或更小、0.1微米-lmm、0.2微米-600微米或更小以及250微米或更小。
所述加熱線的線高度可以是100微米或更小、10微米或更小以及2微米或更小。在本發明中，利用前述方法可以使所述加熱線的線寬度和線高度均勻。
在本發明中，加熱線的均勻度，對線寬度而言可以在±3微米的范圍內，對線高度而言可以在± I微米范圍內。
在本發明中，導電加熱表面可以由透明導電材料形成。作為透明導電材料的實例，可以包括基于ITO和ZnO的透明導電氧化物。可以通過濺射方法、溶膠-凝膠法以及氣相沉積方法來形成透明導電氧化物，并且透明導電氧化物可以具有IO-1OOOnm的厚度。此外，還可以通過涂布厚度為1-1OOnm的不透明導電材料來形成透明導電氧化物。不透明導電材料可以包括Ag、Au、Cu、Al和碳納米管。
根據本發明的加熱元件還可以包括與母線相連的電源單元。在本發明中，可以通過利用本領域中已知的方法來形成母線和電源單元。例如，可以在形成導電加熱裝置的同時形成母線，也可以在形成了導電加熱裝置之后，通過利用相同或不同的印刷方法來形成母線。例如，在通過利用膠版印刷方法形成了導電加熱線之后，可以通過絲網印刷來形成母線。在這種情況下，母線的厚度可以為1-100微米以及10-50微米。當厚度小于I微米時，因為導電加熱裝置與母線之間的接觸電阻增大，所以會在接觸部分局部生熱，并且當厚度大于100微米時，會增加電極材料的成本。可以通過焊接并與具有良好導熱性的結構物理接觸來實現母線與電源單元之間的連接。
為了覆蓋母線，可以形成黑圖案。可以利用包含氧化鈷的膏來印刷黑圖案。在這種情況下，優選使用絲網印刷作為印刷方法，并且厚度優選為10-100微米。也可以在形成黑圖案之前或之后形成導電加熱裝置和母線。
根據本發明的加熱元件還可以包括在透明襯底的具有導電加熱裝置的表面上設置的附加透明襯底。如上所述，該附加的透明襯底可以使用玻璃、塑料襯底或者塑料膜。在附接該附加的透明襯底過程中，可以將粘合劑膜插置于導電加熱裝置與附加的透明襯底之間。在粘附過程中可以控制溫度和壓力。
具有粘性并且在粘附之后變為透明的任何材料都可以用作粘合劑膜的材料。例如，所述材料可以使用PVB膜、EVA膜、PU膜等，但是并不限于這些實例。對于粘合劑膜沒有具體的限制，但是其厚度可以為100-800微米。
在一個具體的示例性實施例中，通過在具有導電加熱裝置的透明襯底與附加透明襯底之間插入粘合劑膜，然后通過將它們放置在真空袋中并減壓來提高溫度或者使用熱輥來提高溫度由此去除空氣，從而進行首次粘附。在這種情況下，壓力、溫度和時間根據粘合劑膜的種類而變化，但是一般而言，可以在300-700ton.的壓力下逐漸將溫度從室溫提高至IJ100°C。在這種情況下，一般而言，時間可以在I個小時以內。通過高壓過程對完成了首次粘附之后已經預粘附的層疊體進行二次粘附，該高壓過程是通過在壓熱器中施加壓力并提高溫度來進行的。二次粘附根據粘合劑膜的種類而變化，但是可以在140bar或更大的壓力和大約130-150°C的溫度下進行I個小時到3個小時或大約2個小時，然后可以進行緩慢冷卻。
在另一詳細的示例性實施例中，與前述的兩步粘附過程不同，可以通過利用真空覆膜設備來使用一步粘附方法。在溫度逐步升高到80-150°C并緩慢冷卻的同時，可以通過降低壓力(到5mbar)直到100°C，然后增大壓力(到IOOOmbar)來進行粘附。
根據本發明的加熱元件可以具有形成曲面表面的形狀。
在根據本發明的加熱元件中，當加熱裝置為線性形狀時，導電加熱線圖案的開口比率，即未被圖案覆蓋的區域比可以是70%或更大。根據本發明的加熱元件具有出色的加熱特性，其能夠在升高溫度的同時，在加熱操作之后的5分鐘內，使開口比率為70%或更大并且使溫度偏差保持在10%或更小。
可以將根據本發明的加熱元件連接到電源用于加熱，在這種情況下，發熱量可以是700W/m2或更小、300W/m2或更小以及100W/m2或更小。因為根據本發明的加熱元件即使在例如30V或更小或者20V或更小的低電壓下仍具有出色的加熱性能，所以該加熱元件特別適用于車輛等。加熱元件的電阻可以為5歐姆/平方/或更小、I歐姆/平方或更小以及0.5歐姆/平方或更小。根據本發明的加熱元件可以應用于各種交通工具，諸如汽車、輪船、火車、高速列車、飛機等，以及房屋或其他建筑物中使用的玻璃或者顯示設備中。具體地，因為根據本發明的加熱元件即使在低電壓下也具有出色的加熱特性，所以能夠使由于日落之后光源的衍射和干涉造成的副作用最小化，并且如上所述其由于形成有前述線寬度而不可見，所以與現有技術不同，該加熱元件還可用于諸如汽車的交通工具的前窗。
此外，根據本發明的加熱元件可應用于顯示設備。
就最近推出的基于液晶的3D電視而言，由于雙眼像差實現了 3D圖像。最為常用的產生雙眼像差的方法是使用具有與液晶顯示器的讀取頻率相同步的快門的眼鏡。在該方法中，當需要在液晶顯示器中交替顯示左眼和右眼圖像時，并且在這種情況下，液晶的改變速度緩慢，會出現左眼圖像和右眼圖像的重疊。由于重疊以及由此造成的眩暈等，使得觀看者體驗的不是自然的3D效果。
液晶顯示器中使用的液晶的運動速度可以根據環境溫度而變化。也就是說，當在低溫下驅動該液晶顯示器時，液晶的改變速度變慢，而當在高溫下驅動該液晶顯示器時，液晶的改變速度變快。當前，就使用液晶顯示器的3D電視而言，由背光單元產生的熱會影響液晶速度。具體地，如果將稱作LED電視的產品的背光單元僅布置在顯示器的邊緣，由于背光單元產生的熱僅提高了背光單元周圍的溫度，因此會出現液晶驅動速度的偏差，由此使得3D圖像的不理想程度更加嚴重。
因此，在本發明中，將前述加熱元件應用于顯示設備，特別是液晶顯示器中，使得即使在低溫下的初始驅動時也可以呈現出色的顯示特性，并且即使在如同將諸如側光型光源的光源布置在側邊處那樣，在整個顯示屏中由于光源的位置造成溫度偏差的情況下，仍然可以在整個顯示屏幕上提供一致的顯示特性。具體地，由于液晶顯示器被賦予加熱功能，液晶的環境溫度提高了，因此實現了液晶的高改變速度，從而使得3D顯示設備中發生的3D圖像失真最小化。
當顯示設備中包括根據本發明的加熱元件時，該顯示設備可以包括顯示面板和設置于該顯示面板至少一側上的加熱元件。如果該顯示設備包括邊緣型光源，則加熱元件中靠近光源布置的加熱單元具有相對較長的母線，遠離光源布置的加熱單元具有相對較短的母線，由此抵消光源造成的溫度偏差。如上所述，局部地進行加熱，以便抵消溫度偏差，并且使導電加熱表面的表面電阻或者導電加熱線的圖案密度在顯示設備的整個顯示屏幕單元中變得均勻，由此確保可視性。
加熱元件可以設置在附加透明襯底上，也可以設置在顯示面板的一個組成元件上或者顯示設備的其他組成元件上。
例如，該顯示面板可以包括兩片襯底和包括密封在襯底之間的液晶材料的液晶盒，并且加熱元件可以設置于至少一個襯底的內側或外側。此外，顯示面板可以包括分別設置在液晶盒兩側的偏光板，并且加熱元件可以設置于液晶盒與至少一個偏光板之間設置的延遲膜上。如果偏光板包括偏光膜和至少一個保護膜，則加熱元件也可以設置于保護膜的至少一側上。
此外，該顯示設備可以包括背光單元。該背光單元可以包括直下型光源或者側光型光源。在背光單元可以包括側光型光源的情況下，該背光單元還可以包括導光板。光源可以布置在導光板的一個或多個邊緣處。例如，可以將光源僅布置在導光板的一側，也可以將光源布置在兩個或四個邊緣。可以在背光單元的前方或后方設置加熱元件。此外，也可以在導光板的前方或后方設置加熱元件。
如果在附加的透明襯底上設置加熱元件，則加熱元件可以設置在顯示面板的前方或后方，可以設置在液晶盒與至少一個偏光板之間，并且可以設置在顯示面板與光源之間以及導光板的前方或后方。
如果加熱元件的加熱裝置具有線形形狀，則導電加熱線圖案可以包括不規則圖案。該不規則圖案可以防止顯示設備出現莫爾現象。
顯示設備包括加熱元件，并且可以控制加熱元件的構造，從而防止電子產品過熱和功耗過高。詳細地，可以控制根據本發明的顯示設備中包含的加熱膜的構造，使得功耗、電壓和發熱量處于下面描述的范圍之內。
當包含在根據本發明的顯示設備中的加熱元件與電源相連時，可以采用100W或更小的功耗。如果采用大于100W的功耗，則改善了由于溫度升高導致的3D圖像失真，但由于功耗的增加，會影響產品的節能性能。此外，根據本發明的顯示設備的加熱元件可以使用20V或更低的電壓以及12V或更低的電壓。當電壓超過20V時，因為短路導致發生電擊的風險，所以可以使用盡可能低的電壓。
將根據本發明的使用加熱元件的顯示設備的表面溫度控制在40°C或更低。當溫度升高到超過40°C時，可以使3D圖像的失真最小，但是功耗會大于100W。當加熱元件與電源相連時，發熱量可以為400W/m2或更低以及200W/m2或更低。
根據本發明的使用加熱元件的顯示設備包括前述的加熱元件，并且可以包括用于控制表面溫度的控制器，以便實現當前電子產品中所缺乏的節能產品。如上所述，控制器可以將顯示設備的表面溫度控制在40°C或更低。利用定時器還可以使控制器具有僅加熱預定時間的功能，以及通過將溫度傳感器附接到顯示設備的表面，也可以使控制器具有僅將溫度升高到最佳溫度并且切斷電源的功能。控制器可以執行將顯示設備的功耗最小化的功倉泛。
在根據本發明的加熱元件中，如果將至少一個加熱單元的至少一根母線對角地布置，則加熱單元的導電加熱裝置包括電流短路部分，使得電流朝母線之間距離最短的對角線集中，由此防止發生局部加熱。例如，在根據本發明的加熱元件中，為了均等地控制加熱單元之間的母線長度，例如在如圖5所示的對角地布置母線的情況下，電流會朝加熱單元中母線之間距離最短的對角線集中，并且因此會在該最短距離的對角線附近發生局部加熱。為了防止上述問題，在對角地布置母線的區域中，也可以使導電加熱裝置沿著母線以0.l-20mm的間隔電短路。如上所述，圖6示出了導電加熱裝置被電短路的實例。在這種情況下，為了實現電流短路，在加熱表面的情況下，可以利用激光去除導電膜，而在加熱線的情況下，還可以在初始圖案化過程中使加熱線斷開。
下文中，將參照實例更詳細地描述本發明。然而，以下實例僅僅例示本發明，本發明的范圍不限于以下實例。
實例
實例I
加熱單元以圖3所示的結構布置在透明襯底上。在這種情況下，加熱單元之間的距離為1mm，并且母線的長度W按下表I配置。每個加熱單元的母線之間設置的導電加熱線的表面電阻為0.33Ω/πι2,電壓和電流分別為21.6V和3.8A，功率為82.1W，母線之間的長度L 為 70cm。
圖4和表I中示出了實例I中制備的加熱元件在施加電壓之前以及在施加電壓之后20分鐘時測得的平均溫度。此外，圖7示出了母線的長度W與溫度上升之間的關系。
表I
權利要求
1.一種加熱元件，包括: 兩個或更多加熱單元，所述加熱單元包括兩根母線以及與所述兩根母線電連接的導電加熱裝置， 其中，所述加熱單元的所述母線相互串聯，并且該加熱元件中的每個加熱單元的每單位面積上的電能隨著所述母線的長度增加而減少。
2.根據權利要求1所述的加熱元件，其中，所述加熱元件中的每個加熱單元的每單位面積上的電能與每個所述加熱單元中的所述兩根母線之間的間隙無關。
3.根據權利要求1所述的加熱元件，其中，在該加熱元件中，所述加熱單元中所述兩根母線之間的間隙是固定的，并且每 個所述加熱單元的每單位面積上的電能隨所述母線長度增加而減少。
4.根據權利要求1所述的加熱元件，其中，在該加熱元件中，所述加熱單元的所述母線長度是固定的，并且每個所述加熱單元中的每單位面積上的電能與每個所述加熱單元中的所述兩根母線之間的間隙不相關。
5.根據權利要求1所述的加熱元件，其中，所述加熱單元之間的間隙為2cm或更小。
6.根據權利要求1所述的加熱元件，其中，所述導電加熱裝置是導電加熱表面或者導電加熱線。
7.根據權利要求1所述的加熱元件，其中，所述加熱單元中的溫度偏差在20%以內，所述加熱單元之間的方塊電阻或者透射率的偏差在20%以內。
8.根據權利要求1所述的加熱元件，其中，所述加熱單元中至少兩個加熱單元的母線長度是互不相同的。
9.根據權利要求1所述的加熱元件，其中，所述加熱單元中至少兩個加熱單元的發熱量是互不相同的。
10.根據權利要求6所述的加熱元件，其中，所述導電加熱線被布置成具有不規則圖案。
11.根據權利要求10所述的加熱元件，其中，所述不規則圖案包括形成VOTonoi圖的邊界形式圖形或者由構成Delaunay圖案的至少一個三角形構成的邊界形式圖形。
12.根據權利要求1所述的加熱元件，其中，所述加熱元件包括具有所述母線和所述導電加熱裝置的透明襯底。
13.根據權利要求12所述的加熱元件，其中，所述加熱元件還包括布置于所述透明襯底的具有所述母線和所述導電加熱裝置的表面上的透明襯底。
14.根據權利要求6所述的加熱元件，其中，所述導電加熱線是金屬線。
15.根據權利要求6所述的加熱元件，其中，所述該導電加熱線的線寬是100微米或更小，所述線之間的距離為30mm或更小，所述線的高度為100微米或更小。
16.根據權利要求6所述的加熱元件，其中，所述導電加熱表面是由透明導電材料制成的膜或者由不透明導電材料制成的薄膜。
17.根據權利要求1所述的加熱元件，其中，至少一個所述加熱單元的至少一根母線對角地布置，并且所述加熱單元的所述導電加熱裝置包括電流短路部分。
18.根據權利要求1所述的加熱元件，還包括: 電源單元。
19.一種加熱元件的制備方法，包括: 形成兩個或更多加熱單元，所述加熱單元包括在透明襯底上的兩根母線以及與所述兩根母線電連接的導電加熱線；以及將所述加熱單元的所述母線串聯， 其中所述加熱元件中每個加熱單元的每單位面積上的電能隨著所述母線的長度增加而減少。
20.根據權利要求19所述的加熱元件的制備方法，還包括: 將附加的透明襯底粘附到具有所述母線和所述導電加熱線的所述表面上。
21.一種用于車輛或建筑物的加熱元件，包括權利要求1至18中任一項所述的加熱元件。
22.—種顯示設備，包括權利要求1至18中任一項所述的加熱元件。
23.根據權利要求22所述的顯示設備，還包括: 表面溫度控制器。
24.根據權利要求22所述的顯示設備，其中，所述顯示設備是3D顯示設備。
全文摘要
本發明涉及一種加熱元件，其包括至少兩個加熱單元，所述加熱單元包括兩根母線以及與該兩根母線電連接的導電加熱裝置，其中該加熱單元的母線相互串聯，并且其中所述加熱元件中每個加熱單元的每單位面積上的電能隨著所述母線的長度增加而減少。本發明還涉及一種制造該加熱元件的方法。
文檔編號H05B3/84GK103141157SQ201280002996
公開日2013年6月5日 申請日期2012年1月13日 優先權日2011年1月13日
發明者崔賢, 金秀珍, 金起煥, 洪瑛晙 申請人:Lg化學株式會社