加热元件及其制造方法

专利名称：加热元件及其制造方法
技术领域：
本申请要求2011年I月13日向韩国专利局提交的韩国专利申请第10-2011-0003475号的优先权，该申请全文引入作为参考。本发明涉及一种加热元件及其制备方法。更具体的是，本发明涉及一种容易控制各个部分的发热量的加热元件及其制备方法。
背景技术：
在冬季或者雨天，由于车辆内外温差造成车窗结霜。另外，在室内滑雪场，由于斜坡内、外部之间的温差，造成露水凝结。为了解决上述问题，研发出加热玻璃。该加热玻璃利用了在将加热线附接到玻璃表面或者在玻璃表面上形成加热线之后，通过向加热线两端施加电流使加热线产生热量的概念，来提高玻璃表面的温度。用于车辆或建筑物的加热玻璃需要具有低电阻，以便均匀产生热量，并且不应妨碍眼睛。为此，已经提出了制备已知透明加热玻璃的方法，该方法通过透明导电材料(氧化铟锡(IT0)或银薄膜)进行溅射过程来形成加热层，然后将电极连接到前端。然而，这种方法制备的加热玻璃由于其高表面电阻，难以被40V或以下的低电压驱动。相应的，为了在40V或以下的电压下进行加热，正在尝试使用金属线。同时，在已知的加热元件中，尝试了一种利用一对与电源相连的母线或者利用两对彼此并联的母线，通过母线之间的间隙控制发热量的方法。在这种情况下，当母线之间的间隙固定时，需要控制母线之间的加热元件的表面电阻，以便控制各个部分的发热量。为了控制加热元件的表面电阻，控制构成加热层的导电材料的厚度，或者在使用金属图案作为加热图案的情况下，则控制金属图案的密度。然而，如果导电材料的厚度或者加热图案的密度是不同的，则会由于各个部分透射率不同而导致容易观察到加热元件出问题。

发明内容
技术问题本发明旨在提供一种加热元件及其制备方法，所述加热元件能够容易地控制每个部分的发热量并且防止使用者的视线被遮挡。技术方案本发明的示例性实施例提供一种加热元件，包括:两个或更多加热单元，所述加热单元包括两根母线以及与所述两根母线电连接的导电加热装置，其中，所述加热单元的所述母线相互串联，并且所述加热元件中每个加热单元的每单位面积上的电能随着所述母线的长度增加而减少。本发明的另一个示例性实施例提供一种加热元件的制备方法，包括:形成两个或更多加热单元，所述加热单元包括在透明衬底上的两根母线以及与所述两根母线电连接的导电加热装置；以及将所述加热单元的所述母线串联，其中，所述加热元件中每个加热单元的每单位面积上的电能随着所述母线的长度增加而减少。
技术效果根据本发明的示例性实施例，因为通过将两个或更多加热单元的母线串联，由母线的长度能够使一个加热单元中每单位面积上的电能固定，所以通过控制每个加热单元的母线长度，能够容易地控制每个部分的发热量，由此提供一种加热单元之间的透射率或表面电阻没有偏差的加热元件。


图1是图示现有技术中两个加热单元相互并联状态的例示图。图2是图示根据本发明示例性实施例的两个加热单元相互串联状态的例示图。图3是图示根据本发明另一示例性实施例的五个加热单元相互串联状态的例示图。图4是图示在向图3所示的加热元件施加电压之前以及在施加电压之后20分钟时的加热状态的照片。图5是图示根据本发明另一示例性实施例的加热元件的构造的例示图。图6是图示根据本发明另一示例性实施例的加热元件的加热单元中的加热装置短路状态的例示图。图7是图示根据本发明第一示例性实施例的母线长度W与温度上升之间关系的图表。图8是图示根据本发明另一示例性实施例的六个加热单元相互串联状态的例示图。图9是图示在向图8所示的加热元件施加电压之前以及在施加电压之后20分钟时的加热状态的照片。图10是图示根据本发明第一示例性实施例的母线之间的间隙L与温度上升之间关系的图表。
具体实施例方式下文中，将详细描述本发明的示例性实施例。根据本发明的加热元件包括:两个或多个加热单元，其包括两根母线和与该两根母线电连接的导电加热装置，其中该加热单元的母线相互串联，并且加热元件中的每个加热单元每单位面积上的电能随着母线长度增加而降低。在本发明中，该加热元件满足加热单元每单位面积上的电能随着母线长度增加而降低的关系，但是每个加热单元每单位面积上的电能与每个加热单元中两根母线之间的间隙可以没有明确的相关性。特别是，在加热元件中每个加热单元中两根母线之间的间隙固定的情况下，通过控制母线的长度，可以满足每个加热单元每单位面积上的电能随着母线长度增加而降低的关系。此外，即使在该加热元件中加热单元的母线长度固定的情况下，每个加热单元每单位面积上的电能与每个加热单元中两根母线之间的间隙仍可以没有明确的相关性。在本发明中，当导电加热装置与母线电连接并且向母线施加电压时，该导电加热装置是指由自身电阻和热传导率生热的装置。可以将以平面形状或者线形形状形成的导电材料用作加热装置。在该加热装置具有平面形状的情况下，该加热装置可以由诸如ITO、ZnO等透明导电材料制成，或者可以由不透明导电材料的薄膜形成。在加热装置具有线形形状的情况下，该加热装置可以由透明或者不透明导电材料制成。在本发明中，在加热装置具有线形形状的情况下，即使该材料是诸如金属的不透明材料，如下所述，通过控制图案的线宽度和均匀度，仍可以使该加热装置被构造为不会遮挡视线。在本发明中，为了方便，在平面形状的情况下，将加热装置称作导电加热表面，而在线形形状的情况下，将加热装置称作导电加热线。在利用加热元件进行加热的情况下，通过每单位面积上的电能确定温度升高的幅度。如图1所示，当包括一对母线和设置于该母线之间的导电加热装置的两个或多个加热单元相互并联时，通过母线之间的间隙La和Lb确定每单位面积上的电能。在图1中，绿色表示的两端表示母线，布置在母线之间的区域表示具有导电加热装置的区域。详细地，可以如下计算图1的区域A和区域B每单位面积上的电能。区域 A:V2/ (Rs X La/ffa) / (La X ffa) = V2/ (Rs X La2)区域B:V2/ (Rs X Lb/ffb) / (Lb Xffb) = V2/ (Rs X Lb2)在等式中，V是电源单元施加的电压，Rs是加热元件的表面电阻(欧姆/平方)。然而，如图2所示，当两个或多个加热单元相互串联时，通过母线的长度Wa和Wb确定每单位面积上的电能。类似的是，在图2中，同样绿色表示的两端表示母线，布置在母线之间的区域表示具有导电加热装置的区域。详细地，可以如下计算图2的区域A和区域B每单位面积上的电能。区域A:1 2 X Rs (La/ffa) /(LaXffa) = i 2 X Rs/ffa2区域B:12XRs(Lb/Wb)/(LbXWb) = i2XRs/ffb2在等式中，V是电源单元施加的电压，Rs是加热元件的表面电阻(欧姆/平方米)，并且i是如下算出的常数。i = V/Rs (La/ffa + Lb/ffb)在需要控制各个部分的发热量的情况下，并联模式需要控制母线之间的间隙La和Lb。利用并联模式将多个加热单元相互连接以同时生热。此外，还可以通过将一个产品中的加热单元分开来控制各个部分的发热量。例如，在车窗或者显示设备中，控制母线的长度Wa和Wb比控制母线之间的间隙La和Lb更好。相应的，在本发明中，通过将两个或多个加热单元串联，通过控制母线长度Wa和Wb，可容易地控制各个部分的发热量。当在一个产品中布置多个加热单元时，加热单元之间的距离可以是2cm或更小，优选是0.5cm或更小。当加热单元之间的距离大于2cm时，加热单元之间的空间中的加热会变差。在本发明中，加热单元的发热量可以为每平方米700W或更小、300W或更小以及IOOff或更大。因为根据本发明的加热元件即使在例如30V或更小或者20V或更小的低电压下仍然具有非常出色的加热性能，所以该加热元件也可以有效用于车辆等。在本发明中，加热单元当中的至少两个加热单元的母线长度可以是互不相同的。在本发明中，加热单元当中的至少两个加热单元的发热量可以是互不相同的。在本发明中，因为可以通过控制每个加热单元的母线长度来控制每个加热单元中的发热量，所以也可以将加热单元之间的发热量控制为彼此不同，或者控制在相同范围内。然而，即使如上所述那样控制发热量，也可以将加热单元之间的表面电阻或者透射率的偏差控制在20%、10%或5%之内。在根据本发明示例性实施例的加热元件中，图5中示出了加热单元相互串联的实例。在图5中，因为母线的长度彼此相同，所以加热单元的发热量也可以是相同的。相应的，即使根据本发明的加热元件所应用的对象需要按照诸如车辆侧窗等预定形式来配置，母线长度也可以配置为彼此相同，使得各个部分的发热量可以是一致的，并且导电加热表面的表面电阻或者导电加热线的图案密度也可以是一致的。当导电加热线的图案密度一致时，可以防止导电加热线的图案遮挡视线。例如，根据本发明，当加热单元中的温度偏差在20%或10%之内时，可以将加热单元之间表面电阻或透射率的偏差控制在20%、10%或5%之内。当加热单元中导电加热线的图案密度不同时，由于各个部分的透射率差异，使得导电加热线图案容易被观察到，但是如上所述，加热单元之间图案密度差异被配置得小，使得导电加热线图案不会被观察到。在说明书中，描述了加热单元之间发热量没有差别的实例，但是利用相同的工作原理，当加热单元之间的发热量彼此不同时，仍可以将加热单元之间的表面电阻或透射率的偏差控制在20%、10%或5%之内。在本发明中，所述导电加热线可以是直线，但也可以进行不同修改，例如曲线、波浪线、Z形线等。在本发明中，两个或多个加热单元中每一个所包含的导电加热线的整个图案可以一起确定为下述图案形状。导电加热线的图案可以设置为诸如带形、菱形、方格、圆形、波浪图案、网格、2D网格等，并且不限于预定形状，但是优选的是，导电加热线设计成防止从预定光源发出的光由于衍射和干涉而影响光学属性。也就是说，为了使图案的规则性最小化，导电加热线还可以采用波浪图案、正弦波图案、网格结构的井网图案以及线的厚度不规则的图案。如果需要，导电加热线图案的形状可以是两种或多种图案的组合。导电加热线图案可以包括不规则图案。当画出与导电加热线相交的直线时，该不规则图案可以包括直线与导电加热线的相邻交点之间距离的平均值与标准偏差之比(距离分布比)为2%或更大的图案。与导电加热线相交的直线可以是直线与导电加热线相邻交点之间距离的标准偏差最小的线。或者，与导电加热线相交的直线可以是沿着与导电加热线任意一点的切线相垂直的方向延伸的直线。如上所述，利用导电加热线图案可以防止由于光源的衍射和干涉造成的副作用和莫尔条纹。与导电加热线相交的直线与导电加热线的交点数量可以是80个或更多。与导电加热线相交的直线与该导电加热线的相邻交点之间距离的标准偏差与平均值之比(距离分布比)可以为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热线图案的透明基板的至少一部分表面上设置具有不同形状的导电加热线图案。根据本发明的另一示例性实施例，可以通过连续分布闭合图形来配置该不规则图案，并且该不规则图案包括闭合图形面积的标准偏差与平均值之比(面积分布比)为2%或更大的图案。如上所述，利用导电加热线图案，可以防止由于光源的衍射和干涉造成的副作用和莫尔条纹。闭合图形的数量可以为至少100个。闭合图形面积的标准偏差与平均值之比(面积分布比)可以是2%或更大、10%或更大以及20%或更大。还可以在包括闭合图形面积的标准偏差与平均值之比(面积分布比)为2%或更大的加热线图案的透明基板的至少一部分表面上设置具有不同形状的导电加热线图案。当图案完全不规则时，在稀疏部分与稠密部分之间的线分布会产生差异。问题在于无论线宽度多么小，该线分布都会被观察到。为了解决可见的问题，在本发明中，当形成加热线时，可以适当协调规则度和不规则度。例如，设置基本单元，使得加热线不会被观察到或者不会发生局部加热，并且加热线可以不规则地形成在所设置的基本单元中。如果使用以上方法，通过防止线分布集中在任意一个位置，可以抵消可视性。根据本发明的另一示例性实施例，不规则图案可以包括构成Voronoi图的边界形式图形的导电加热线图案。通过以构成Voronoi图的图形的边界轮廓形成导电加热线图案，可以防止由于光衍射和干涉造成的莫尔现象并且使副作用最小化。Voronoi图是利用以下方法构成的图案，该方法是当被称作Voronoi图生成器的点被布置在要填充的区域中时，填充每个点与相应点之间与相对于其他点相比距离最短的区域。例如，当由点表示整个国家中大型折扣商店并且顾客找到最近的大型折扣商店时，可以例示表示每个折扣商店的商业区的图案。也就是说，当用规则六边形填充空间，并且选择该规则六边形的点作为VOTonoi图生成器时，蜂窝结构可以是导电加热线图案。在本发明中，当利用Voronoi图生成器形成导电加热线图案时，优点在于容易确定复杂的图案形状以使由于光衍射和干涉造成的副作用最小化。在本发明中，将该VOTonoi图生成器规则或不规则放置，以利用由该生成器获得的图案。即使如上所述以构成Voronoi图的图形的边界轮廓来形成导电加热线图案，为了解决被观察到的问题，当生成VOTonoi图生成器时，可以适当协调规则性和不规则性。例如，当在设置有图案的区域中将具有预定尺寸的区域设定为基本单元时，生成所述点使得点在该基本单元中的分布具有不规则性，由此产生Voronoi图案。如果使用以上方法，则可以通过防止线的分布集中在任意一个位置来抵消可视性。如上所述，为了考虑加热线的可视性或者调整显示设备中所需的加热密度，可以控制每单位面积上的VOTonoi图生成器的数量。在这种情况下，当控制了每单位面积上Voronoi图生成器的数量时，该单位面积可以是5cm2或更小以及Icm2或更小。每单位面积上Voronoi图生成器的数量可以在25至2500/cm2的范围内和100至2000/cm2的范围内选择。在单位面积中构成所述图案的图形中的至少一个可以具有与其他图形不同的形状。根据本发明的又一示例性实施例，所述不规则图案可以包括由构成Delaunay图案的至少一个三角形形成的图形的边界轮廓的导电加热线图案。详细地，导电加热线图案的形状是构成Delaunay图案的三角形的边界轮廓、由构成Delaunay图案的至少两个三角形形成的图形的边界轮廓，或者其组合形式。通过以由构成Delaunay图的至少一个三角形形成的图形的边界轮廓来形成导电加热线图案，可以使由于光衍射和折射造成的莫尔现象和副作用最小化。Delaunay图案是指通过画出三角形而形成的图案，使得当被称作Delaunay图案生成器的点被布置于要填充图案的区域中、将三个相邻点相互连接以画出三角形，并且画出包括该三角形全部顶点的外接圆时，该外接圆中不存在其他点。为了形成该图案，可以根据Delaunay图案生成器重复Delaunay三角剖分和循环(circulation)。可以由通过使三角形的全部角中的最小角度最大化来避免细小三角形的方法，进行Delaunay三角剖分。Delaunay图案的概念是Boris Delaunay 于 1934 年提出的。由构成Delaunay图案的至少一个三角形形成的图形的边界轮廓的图案可以使用通过规则或不规则地放置Delaunay图案生成器而由所述生成器获得的图案。在本发明中，当利用Delaunay图案生成器形成导电加热线图案时，具有容易确定复杂的图案形状的优点。即使在如上所述导电加热线图案以由构成Delaunay图案的至少一个三角形形成的图形的边界轮廓形成的情况下，为了解决可见的问题，当生成Delaunay图案生成器时，可以适当地协调规则度和不规则度。如上所述，为了考虑加热线的可视性或者调整显示设备所需的加热密度，可以控制每单位面积上的Delaunay图案生成器的数量。在这种情况下，当控制每单位面积上的Delaunay图案生成器的数量时，该单位面积可以是5cm2或更小以及Icm2或更小。每单位面积上的Delaunay图案生成器的数量可以在25-2500/cm2的范围内以及100-2000/cm2的范围内选择。在单位面积中构成所述图案的图形中的至少一个可以具有与其他图形不同的形状。为了加热元件的均匀加热和可见性，在单位面积中导电加热线图案的开口比率可以是恒定的。对于直径为20cm的任意圆形而言，加热元件可以具有5%或更小的透射率偏差。在这种情况下，可以防止加热元件局部加热。此外，在加热元件中，加热之后透明衬底的表面温度的标准偏差可以在20%以内。然而，为了特定目的，还可以将导电加热线布置成使得在加热元件中出现温度偏差。为了防止莫尔现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，导电加热线图案可以形成为由非对称图形形成的图案的面积相对于整个图案面积为10%或更大。此外，导电加热线图案可以形成为使得图形的面积占整个导电加热线图案面积的10%或更大，在所述图形中将构成Voronoi图的任意一个图形的中心点与形成该图形边界的相邻图形的中心点相连接的至少一条线具有与其他线不同的长度。此外，导电加热线图案可以形成为使得由图形形成的图案的面积占整个导电加热线图案面积的10%或更大，在该图形中，由构成Delaunay图案的至少一个三角形形成的图形的至少一边与其他边的长度不同。当制备加热线图案时，还可以通过利用在设计了限定区域中的图案之后反复连接限定区域的方法来制备大面积图案。为了反复连接所述图案，可以通过固定每条边的点的位置而使重复的图案相互连接。在这种情况下，限定区域的面积可以是Icm2或更大以及IOcm2或更大，以便使由于重复造成的莫尔现象和光衍射和干涉最小化。在本发明中，首先，在确定希望的图案形状之后，可以通过利用印刷方法、光刻方法、照相方法、使用掩模的方法、溅射方法、喷墨方法等，在透明衬底上形成细线宽度和精确的导电加热线图案。可以利用Voronoi图发生点或者Delaunay图案发生点来确定图案形状，因此，可以容易地确定复杂的图案形状。本文中，Voronoi图发生点和Delaunay图案发生点分别是指布置用来形成如上所述的Voronoi图和Delaunay图案的点。然而，本发明的范围不限于此，还可以利用其它方法来确定所需的图案形状。可以通过在透明衬底上将包括导电加热线材料的膏以所需图案形状转移并烧制，执行印刷方法。转移方法不是具体限制，可以通过在诸如凹版或者丝网的图案转移介质上形成图案并且利用所形成的图案将所需的图案转移到透明衬底上。在图案转移介质上形成图案形式的方法可以使用本领域中已知的方法。印刷方法不是具体限制的，可以使用诸如胶版印刷方法、丝网印刷方法、凹版印刷方法等。此外，可以通过首先在具有雕刻图案的凹雕中填充膏并按压之后将凹雕(其具有被称作覆盖层的硅橡胶)转印，通过按压覆盖层和透明衬底再次转印凹雕，进行胶版印刷。可以通过将膏通过中空丝网直接放置到衬底上，同时在具有图案的丝网上放置了膏之后施力挤压，进行丝网印刷方法。可以通过在辊上卷绕雕刻有图案的覆盖层，并且在将要转印到透明衬底的图案中填充膏，进行凹版印刷方法。在本发明中，除了这些方法之外，还可以将这些方法组合使用。而且，也可以使用本领域已知的其它印刷方法。在采用胶版印刷方法的情况下，因为覆盖层的释放特性使得膏几乎转移到诸如玻璃的透明衬底上，所以无需单独的覆盖层清洁过程。通过精确刻蚀其上刻有所需的导电加热线图案的玻璃，可以制备出凹版，并且为了耐久性，还可以在玻璃表面上涂布金属或者类金刚石碳(DLC)。也可以通过刻蚀金属板来制备凹版。在本发明中，为了实现更加精确的导电加热线图案，可以采用胶版印刷方法。该胶版印刷方法可以这样进行:通过利用刮刀在凹版图案中填充膏，然后通过在第一步骤旋转覆盖层进行首次转移，通过在第二步骤旋转覆盖层而在透明衬底表面上进行二次转印。本发明不限于以上印刷方法，还可以使用光刻过程。例如，光刻过程可以这样进行:在透明衬底的整个表面上形成导电加热线图案材料层、在导电加热线图案材料层上形成光致抗蚀剂层、通过选择性曝光和显影过程对光致抗蚀剂层进行图案化、利用被图案化的光致抗蚀剂层作为掩模来刻蚀导电加热线图案材料层以对导电加热线进行图案化，然后去除该光致抗蚀剂层。还可以通过利用粘附层在透明衬底上层压例如铜、铝和银的金属薄膜来形成导电加热线图案材料层。此外，该导电加热线图案材料层还可以是利用溅射或物理汽相沉积方法在透明衬底上形成的金属层。在这种情况下，该导电加热线图案材料层还可以形成为具有良好导电性的金属(例如铜、铝和银)和具有与衬底良好附着性且为暗色的金属(例如Mo、NiXr和Ti)的多层结构。在这种情况下，金属薄膜的厚度可以是20微米或更小以及10微米或更小。在本发明中，在光刻过程中，还可以通过利用印刷过程取代光刻过程来形成光致抗蚀剂层。此外，本发明还可以利用照相方法。例如，在将包含卤化银的感光材料涂布到透明衬底上之后，通过使该感光材料选择性地曝光和显影，也可以形成图案。更具体的实例如下。首先，在衬底上涂布负性感光材料，以形成图案。在这种情况下，可以采用诸如PET、乙酰赛璐珞(acetyl celluloid)等聚合物膜作为衬底。本文中将涂布有感光材料的聚合物膜部件称作膜。负性感光材料通常可以由少量AgI与AgBr混合的卤化银构成，其对光的反应非常敏感和有规则性。因为在拍摄通用负性光敏材料之后显影的图像是与物体相反的负像，所以可以利用具有所要形成的图案形状的掩模来进行拍摄，该图案形状优选的是不规则图案形状。为了提高利用光刻和照相过程形成的加热线图案的导电性，可以进一步进行镀工艺。可以利用无电镀方法进行镀，镀层材料可以采用铜或镍，在实施镀铜之后，可以在其上镀镍，但是本发明的范围并不限于此。此外，本发明还可以采用利用掩模的方法。例如，在衬底附近放置了具有加热线图案形状的掩模之后，利用沉积方法在衬底上对加热线图案材料进行图案化。在这种情况下，沉积方法可以采用利用热或电子束的热沉积方法、诸如溅射的物理汽相沉积(PVD)方法以及利用有机金属材料的化学汽相沉积(CVD)方法。在本发明中，可以在透明衬底上设置加热元件。对该透明衬底没有具体的限制，但是其光透射率可以为50%或更大以及75%或更大。详细地，该透明衬底可以使用玻璃、塑料衬底或者塑料膜。在使用塑料膜的情况下，在形成了导电加热线图案之后，可以将玻璃附接到衬底的至少一个表面上。在这种情况下，可以将玻璃或者塑料衬底附接到透明衬底的具有导电加热线图案的表面上。可以将本领域中已知的材料用作塑料衬底或薄膜，例如可以是可见光透射率为80%或更大的膜，诸如聚对苯二甲酸乙二醇酯(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)以及乙酰赛璐珞。塑料膜的厚度可以是12.5-500微米以及50-250微米。在本发明中，作为导电加热线材料，可以采用热传导性出色的金属。此外，导电加热线材料的电阻值可以为Iu Qcm或更大到200 ii Qcm或更小。作为导电加热线材料的具体实例，可以使用铜、银、碳纳米管(CNT)等，并且最优选的是银。可以使用微粒形式的导电加热线材料。在本发明中，可以使用涂布有银的铜微粒作为导电加热线材料。在本发明中，当利用使用膏的印刷过程制备导电加热线时，膏除了前述的导电加热线材料之外，还可以包括有机粘合剂，以便有助于该印刷过程。有机粘合剂在烧制过程过程中可以具有挥发性。有机粘合剂可以包括聚丙烯酸树脂、聚氨基甲酸酯树脂、聚酯树脂、丙烯烃树脂、聚碳酸酯树脂、纤维素树脂、聚酰亚胺树脂、聚萘二甲酸乙二醇酯树脂、改性环氧树脂等，但仅不限于此。为了改善膏与诸如玻璃的透明衬底的粘附，膏还可以包括玻璃粉。可以从工业品中选择玻璃粉，但最好采用不含铅的环保玻璃粉。在这种情况下，所使用的玻璃粉的尺寸可以具有2微米或更小的平均孔径，并且可以具有50微米或更小的最大孔径。如果需要，还可以向膏中添加溶剂。溶剂包括二甘醇一丁醚乙酸酯、二甘醇一乙醚乙酸酯、环己酮、乙酸溶纤剂(cellosolve acetate)、松油醇等，但本发明的范围不限于上述实例。在本发明中，当使用包含导电加热线材料、有机粘合剂、玻璃粉和溶剂的膏时，各种成分的重量比可以是:50-90wt%的导电加热线材料，l-20wt%的有机粘合剂，0.l-10wt%的玻璃粉以及l_20wt%的溶剂。
在本发明中，在使用前述膏的情况下，在印刷了膏之后，通过烧制过程形成具有导电性的加热线。在这种情况下，对烧制温度没有具体限制，但可以是500-800°C以及600-7000C。当形成加热线图案的透明衬底是玻璃时，如果需要，在烧制过程中，可以对玻璃进行模制，从而使其适用于所需的用途，例如建筑物、车辆等。例如，当将用于车辆的玻璃模制成曲面表面时，也可以对膏进行烧制。而且，如果将塑料衬底或膜用作形成导电加热线图案的透明衬底，则可以在相对较低温度下进行烧制。例如，可以在50-350°C下进行烧制。
导电加热线的线宽度可以为100微米或更小以及30微米或更小，优选的是25微米或更小以及10微米或更小，更优选的是7微米或更小以及5微米或更小。导电加热线的线宽度可以是0.1微米或更大以及0.2微米或更大。导电加热线的线间距离可以是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。
所述加热线的线高度可以是100微米或更小、10微米或更小以及2微米或更小。在本发明中，利用前述方法可以使所述加热线的线宽度和线高度均匀。
在本发明中，加热线的均匀度，对线宽度而言可以在±3微米的范围内，对线高度而言可以在± I微米范围内。
在本发明中，导电加热表面可以由透明导电材料形成。作为透明导电材料的实例，可以包括基于ITO和ZnO的透明导电氧化物。可以通过溅射方法、溶胶-凝胶法以及气相沉积方法来形成透明导电氧化物，并且透明导电氧化物可以具有IO-1OOOnm的厚度。此外，还可以通过涂布厚度为1-1OOnm的不透明导电材料来形成透明导电氧化物。不透明导电材料可以包括Ag、Au、Cu、Al和碳纳米管。
根据本发明的加热元件还可以包括与母线相连的电源单元。在本发明中，可以通过利用本领域中已知的方法来形成母线和电源单元。例如，可以在形成导电加热装置的同时形成母线，也可以在形成了导电加热装置之后，通过利用相同或不同的印刷方法来形成母线。例如，在通过利用胶版印刷方法形成了导电加热线之后，可以通过丝网印刷来形成母线。在这种情况下，母线的厚度可以为1-100微米以及10-50微米。当厚度小于I微米时，因为导电加热装置与母线之间的接触电阻增大，所以会在接触部分局部生热，并且当厚度大于100微米时，会增加电极材料的成本。可以通过焊接并与具有良好导热性的结构物理接触来实现母线与电源单元之间的连接。
为了覆盖母线，可以形成黑图案。可以利用包含氧化钴的膏来印刷黑图案。在这种情况下，优选使用丝网印刷作为印刷方法，并且厚度优选为10-100微米。也可以在形成黑图案之前或之后形成导电加热装置和母线。
根据本发明的加热元件还可以包括在透明衬底的具有导电加热装置的表面上设置的附加透明衬底。如上所述，该附加的透明衬底可以使用玻璃、塑料衬底或者塑料膜。在附接该附加的透明衬底过程中，可以将粘合剂膜插置于导电加热装置与附加的透明衬底之间。在粘附过程中可以控制温度和压力。
具有粘性并且在粘附之后变为透明的任何材料都可以用作粘合剂膜的材料。例如，所述材料可以使用PVB膜、EVA膜、PU膜等，但是并不限于这些实例。对于粘合剂膜没有具体的限制，但是其厚度可以为100-800微米。
在一个具体的示例性实施例中，通过在具有导电加热装置的透明衬底与附加透明衬底之间插入粘合剂膜，然后通过将它们放置在真空袋中并减压来提高温度或者使用热辊来提高温度由此去除空气，从而进行首次粘附。在这种情况下，压力、温度和时间根据粘合剂膜的种类而变化，但是一般而言，可以在300-700ton.的压力下逐渐将温度从室温提高至IJ100°C。在这种情况下，一般而言，时间可以在I个小时以内。通过高压过程对完成了首次粘附之后已经预粘附的层叠体进行二次粘附，该高压过程是通过在压热器中施加压力并提高温度来进行的。二次粘附根据粘合剂膜的种类而变化，但是可以在140bar或更大的压力和大约130-150°C的温度下进行I个小时到3个小时或大约2个小时，然后可以进行缓慢冷却。
在另一详细的示例性实施例中，与前述的两步粘附过程不同，可以通过利用真空覆膜设备来使用一步粘附方法。在温度逐步升高到80-150°C并缓慢冷却的同时，可以通过降低压力(到5mbar)直到100°C，然后增大压力(到IOOOmbar)来进行粘附。
根据本发明的加热元件可以具有形成曲面表面的形状。
在根据本发明的加热元件中，当加热装置为线性形状时，导电加热线图案的开口比率，即未被图案覆盖的区域比可以是70%或更大。根据本发明的加热元件具有出色的加热特性，其能够在升高温度的同时，在加热操作之后的5分钟内，使开口比率为70%或更大并且使温度偏差保持在10%或更小。
可以将根据本发明的加热元件连接到电源用于加热，在这种情况下，发热量可以是700W/m2或更小、300W/m2或更小以及100W/m2或更小。因为根据本发明的加热元件即使在例如30V或更小或者20V或更小的低电压下仍具有出色的加热性能，所以该加热元件特别适用于车辆等。加热元件的电阻可以为5欧姆/平方/或更小、I欧姆/平方或更小以及0.5欧姆/平方或更小。根据本发明的加热元件可以应用于各种交通工具，诸如汽车、轮船、火车、高速列车、飞机等，以及房屋或其他建筑物中使用的玻璃或者显示设备中。具体地，因为根据本发明的加热元件即使在低电压下也具有出色的加热特性，所以能够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线宽度而不可见，所以与现有技术不同，该加热元件还可用于诸如汽车的交通工具的前窗。
此外，根据本发明的加热元件可应用于显示设备。
就最近推出的基于液晶的3D电视而言，由于双眼像差实现了 3D图像。最为常用的产生双眼像差的方法是使用具有与液晶显示器的读取频率相同步的快门的眼镜。在该方法中，当需要在液晶显示器中交替显示左眼和右眼图像时，并且在这种情况下，液晶的改变速度缓慢，会出现左眼图像和右眼图像的重叠。由于重叠以及由此造成的眩晕等，使得观看者体验的不是自然的3D效果。
液晶显示器中使用的液晶的运动速度可以根据环境温度而变化。也就是说，当在低温下驱动该液晶显示器时，液晶的改变速度变慢，而当在高温下驱动该液晶显示器时，液晶的改变速度变快。当前，就使用液晶显示器的3D电视而言，由背光单元产生的热会影响液晶速度。具体地，如果将称作LED电视的产品的背光单元仅布置在显示器的边缘，由于背光单元产生的热仅提高了背光单元周围的温度，因此会出现液晶驱动速度的偏差，由此使得3D图像的不理想程度更加严重。
因此，在本发明中，将前述加热元件应用于显示设备，特别是液晶显示器中，使得即使在低温下的初始驱动时也可以呈现出色的显示特性，并且即使在如同将诸如侧光型光源的光源布置在侧边处那样，在整个显示屏中由于光源的位置造成温度偏差的情况下，仍然可以在整个显示屏幕上提供一致的显示特性。具体地，由于液晶显示器被赋予加热功能，液晶的环境温度提高了，因此实现了液晶的高改变速度，从而使得3D显示设备中发生的3D图像失真最小化。
当显示设备中包括根据本发明的加热元件时，该显示设备可以包括显示面板和设置于该显示面板至少一侧上的加热元件。如果该显示设备包括边缘型光源，则加热元件中靠近光源布置的加热单元具有相对较长的母线，远离光源布置的加热单元具有相对较短的母线，由此抵消光源造成的温度偏差。如上所述，局部地进行加热，以便抵消温度偏差，并且使导电加热表面的表面电阻或者导电加热线的图案密度在显示设备的整个显示屏幕单元中变得均匀，由此确保可视性。
加热元件可以设置在附加透明衬底上，也可以设置在显示面板的一个组成元件上或者显示设备的其他组成元件上。
例如，该显示面板可以包括两片衬底和包括密封在衬底之间的液晶材料的液晶盒，并且加热元件可以设置于至少一个衬底的内侧或外侧。此外，显示面板可以包括分别设置在液晶盒两侧的偏光板，并且加热元件可以设置于液晶盒与至少一个偏光板之间设置的延迟膜上。如果偏光板包括偏光膜和至少一个保护膜，则加热元件也可以设置于保护膜的至少一侧上。
此外，该显示设备可以包括背光单元。该背光单元可以包括直下型光源或者侧光型光源。在背光单元可以包括侧光型光源的情况下，该背光单元还可以包括导光板。光源可以布置在导光板的一个或多个边缘处。例如，可以将光源仅布置在导光板的一侧，也可以将光源布置在两个或四个边缘。可以在背光单元的前方或后方设置加热元件。此外，也可以在导光板的前方或后方设置加热元件。
如果在附加的透明衬底上设置加热元件，则加热元件可以设置在显示面板的前方或后方，可以设置在液晶盒与至少一个偏光板之间，并且可以设置在显示面板与光源之间以及导光板的前方或后方。
如果加热元件的加热装置具有线形形状，则导电加热线图案可以包括不规则图案。该不规则图案可以防止显示设备出现莫尔现象。
显示设备包括加热元件，并且可以控制加热元件的构造，从而防止电子产品过热和功耗过高。详细地，可以控制根据本发明的显示设备中包含的加热膜的构造，使得功耗、电压和发热量处于下面描述的范围之内。
当包含在根据本发明的显示设备中的加热元件与电源相连时，可以采用100W或更小的功耗。如果采用大于100W的功耗，则改善了由于温度升高导致的3D图像失真，但由于功耗的增加，会影响产品的节能性能。此外，根据本发明的显示设备的加热元件可以使用20V或更低的电压以及12V或更低的电压。当电压超过20V时，因为短路导致发生电击的风险，所以可以使用尽可能低的电压。
将根据本发明的使用加热元件的显示设备的表面温度控制在40°C或更低。当温度升高到超过40°C时，可以使3D图像的失真最小，但是功耗会大于100W。当加热元件与电源相连时，发热量可以为400W/m2或更低以及200W/m2或更低。
根据本发明的使用加热元件的显示设备包括前述的加热元件，并且可以包括用于控制表面温度的控制器，以便实现当前电子产品中所缺乏的节能产品。如上所述，控制器可以将显示设备的表面温度控制在40°C或更低。利用定时器还可以使控制器具有仅加热预定时间的功能，以及通过将温度传感器附接到显示设备的表面，也可以使控制器具有仅将温度升高到最佳温度并且切断电源的功能。控制器可以执行将显示设备的功耗最小化的功倉泛。
在根据本发明的加热元件中，如果将至少一个加热单元的至少一根母线对角地布置，则加热单元的导电加热装置包括电流短路部分，使得电流朝母线之间距离最短的对角线集中，由此防止发生局部加热。例如，在根据本发明的加热元件中，为了均等地控制加热单元之间的母线长度，例如在如图5所示的对角地布置母线的情况下，电流会朝加热单元中母线之间距离最短的对角线集中，并且因此会在该最短距离的对角线附近发生局部加热。为了防止上述问题，在对角地布置母线的区域中，也可以使导电加热装置沿着母线以0.l-20mm的间隔电短路。如上所述，图6示出了导电加热装置被电短路的实例。在这种情况下，为了实现电流短路，在加热表面的情况下，可以利用激光去除导电膜，而在加热线的情况下，还可以在初始图案化过程中使加热线断开。
下文中，将参照实例更详细地描述本发明。然而，以下实例仅仅例示本发明，本发明的范围不限于以下实例。
实例
实例I
加热单元以图3所示的结构布置在透明衬底上。在这种情况下，加热单元之间的距离为1mm，并且母线的长度W按下表I配置。每个加热单元的母线之间设置的导电加热线的表面电阻为0.33Ω/πι2,电压和电流分别为21.6V和3.8A，功率为82.1W，母线之间的长度L 为 70cm。
图4和表I中示出了实例I中制备的加热元件在施加电压之前以及在施加电压之后20分钟时测得的平均温度。此外，图7示出了母线的长度W与温度上升之间的关系。
表I
权利要求
1.一种加热元件，包括: 两个或更多加热单元，所述加热单元包括两根母线以及与所述两根母线电连接的导电加热装置， 其中，所述加热单元的所述母线相互串联，并且该加热元件中的每个加热单元的每单位面积上的电能随着所述母线的长度增加而减少。
2.根据权利要求1所述的加热元件，其中，所述加热元件中的每个加热单元的每单位面积上的电能与每个所述加热单元中的所述两根母线之间的间隙无关。
3.根据权利要求1所述的加热元件，其中，在该加热元件中，所述加热单元中所述两根母线之间的间隙是固定的，并且每 个所述加热单元的每单位面积上的电能随所述母线长度增加而减少。
4.根据权利要求1所述的加热元件，其中，在该加热元件中，所述加热单元的所述母线长度是固定的，并且每个所述加热单元中的每单位面积上的电能与每个所述加热单元中的所述两根母线之间的间隙不相关。
5.根据权利要求1所述的加热元件，其中，所述加热单元之间的间隙为2cm或更小。
6.根据权利要求1所述的加热元件，其中，所述导电加热装置是导电加热表面或者导电加热线。
7.根据权利要求1所述的加热元件，其中，所述加热单元中的温度偏差在20%以内，所述加热单元之间的方块电阻或者透射率的偏差在20%以内。
8.根据权利要求1所述的加热元件，其中，所述加热单元中至少两个加热单元的母线长度是互不相同的。
9.根据权利要求1所述的加热元件，其中，所述加热单元中至少两个加热单元的发热量是互不相同的。
10.根据权利要求6所述的加热元件，其中，所述导电加热线被布置成具有不规则图案。
11.根据权利要求10所述的加热元件，其中，所述不规则图案包括形成VOTonoi图的边界形式图形或者由构成Delaunay图案的至少一个三角形构成的边界形式图形。
12.根据权利要求1所述的加热元件，其中，所述加热元件包括具有所述母线和所述导电加热装置的透明衬底。
13.根据权利要求12所述的加热元件，其中，所述加热元件还包括布置于所述透明衬底的具有所述母线和所述导电加热装置的表面上的透明衬底。
14.根据权利要求6所述的加热元件，其中，所述导电加热线是金属线。
15.根据权利要求6所述的加热元件，其中，所述该导电加热线的线宽是100微米或更小，所述线之间的距离为30mm或更小，所述线的高度为100微米或更小。
16.根据权利要求6所述的加热元件，其中，所述导电加热表面是由透明导电材料制成的膜或者由不透明导电材料制成的薄膜。
17.根据权利要求1所述的加热元件，其中，至少一个所述加热单元的至少一根母线对角地布置，并且所述加热单元的所述导电加热装置包括电流短路部分。
18.根据权利要求1所述的加热元件，还包括: 电源单元。
19.一种加热元件的制备方法，包括: 形成两个或更多加热单元，所述加热单元包括在透明衬底上的两根母线以及与所述两根母线电连接的导电加热线；以及将所述加热单元的所述母线串联， 其中所述加热元件中每个加热单元的每单位面积上的电能随着所述母线的长度增加而减少。
20.根据权利要求19所述的加热元件的制备方法，还包括: 将附加的透明衬底粘附到具有所述母线和所述导电加热线的所述表面上。
21.一种用于车辆或建筑物的加热元件，包括权利要求1至18中任一项所述的加热元件。
22.—种显示设备，包括权利要求1至18中任一项所述的加热元件。
23.根据权利要求22所述的显示设备，还包括: 表面温度控制器。
24.根据权利要求22所述的显示设备，其中，所述显示设备是3D显示设备。
全文摘要
本发明涉及一种加热元件，其包括至少两个加热单元，所述加热单元包括两根母线以及与该两根母线电连接的导电加热装置，其中该加热单元的母线相互串联，并且其中所述加热元件中每个加热单元的每单位面积上的电能随着所述母线的长度增加而减少。本发明还涉及一种制造该加热元件的方法。
文档编号H05B3/84GK103141157SQ201280002996
公开日2013年6月5日 申请日期2012年1月13日 优先权日2011年1月13日
发明者崔贤, 金秀珍, 金起焕, 洪瑛晙 申请人:Lg化学株式会社