KR101635815B1 - 압전 스피커용 적층형 압전 세라믹 필름 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
세라믹 고분자 복합체층과 전도성 고분자 전극층을 상호 교대로 적층할 시 세라믹 고분자 복합체층과 전도성 고분자 전극층 간의 융착 및 용착을 용이하게 하고, 접촉면의 특성에 따라 달라질 수 있는 결함이나 박리 현상을 최소화할 수 있는 압전 스피커용 적층형 압전 세라믹 필름 및 그 제조 방법에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 압전 스피커용 적층형 압전 세라믹 필름은 적어도 둘 이상이 적층되며, 각각 압전 세라믹 및 제1 고분자 바인더로 형성된 세라믹 고분자 복합체층; 및 상기 세라믹 고분자 복합체층과 상호 교대로 적어도 둘 이상이 적층되며, 전도성 물질 및 제2 고분자 바인더로 형성된 전도성 고분자 전극층;을 포함하며, 상기 제1 및 제2 고분자 바인더는 상호 동일한 물질로 형성하여 세라믹 고분자 복합체층과 전도성 고분자 전극층 간의 융착 및 용착이 용이한 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 압전 스피커용 적층형 압전 세라믹 필름은 적어도 둘 이상이 적층되며, 각각 압전 세라믹 및 제1 고분자 바인더로 형성된 세라믹 고분자 복합체층; 및 상기 세라믹 고분자 복합체층과 상호 교대로 적어도 둘 이상이 적층되며, 전도성 물질 및 제2 고분자 바인더로 형성된 전도성 고분자 전극층;을 포함하며, 상기 제1 및 제2 고분자 바인더는 상호 동일한 물질로 형성하여 세라믹 고분자 복합체층과 전도성 고분자 전극층 간의 융착 및 용착이 용이한 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 적층형 압전 세라믹 필름 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 세라믹 고분자 복합체층과 전도성 고분자 전극층을 상호 교대로 적층할 시 세라믹 고분자 복합체층과 전도성 고분자 전극층 간의 융착 및 용착을 용이하게 하고, 접촉면의 특성에 따라 달라질 수 있는 결함이나 박리 현상을 최소화할 수 있는 압전 스피커용 적층형 압전 세라믹 필름 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
최근, 전자부품의 소형화 및 박막화의 추세에 따라 종래의 자기구동 방식을 이용한 스피커를 대신하여, 압전소자를 이용한 필름형 압전 스피커가 개발되기 시작하였다.
전기신호를 음파로 변환하는 스피커는 주로 자석 진동판 및 코일 등으로 구성된 자기구동 방식인데, 이의 두께를 줄이고 경량화 및 제작공정을 간단히 하고자 함에 있어서 자석의 두께를 줄이면, 자기장의 크기가 함께 줄어들어 축소의 한계를 갖는다.
이에 따라, 세라믹스 압전 재료를 이용하여 전압을 가하면 기계적 진동을 일으키게 되는 압전 소자의 특성을 이용하여 음향신호를 재생시킬 수 있도록 구성된 비자기 구동방식의 압전형 스피커가 소개되었으나, 금속 진동판과 강력한 접착방법이 요구되고 가공이 까다로우며 압전소자가 깨지거나 접착 시 접착의 균일도 등의 문제로 많은 제약을 받고 있다.
이러한 단점을 보완하고자 고분자 압전체인 PVDF(polyvinylidenedifluoride)를 이용한 필름형 압전 스피커의 개발이 시도되고 있다. 이러한 필름형 압전 스피커는 필름자체가 종래의 스피커의 자석과 울림통 역할을 동시에 수행할 수 있어서 구조를 변경하고 두께를 줄이는데 자유로운 장점이 있으나, 낮은 음압, 고가의 재료비에 따른 높은 제조원가, 높은 동작 전압 등의 단점을 가지고 있다.
필름형 압전 스피커는 다양한 두께의 필름 양면에 전극을 형성하고 고전압으로 분극 처리를 실시함으로써 제조되며, 공기를 밀어내는 다이아프램과 구동부가 하나의 유닛으로 구성된다. 이러한 필름형 압전 스피커는 필름 상에 형성된 전극을 통해 AC전류를 인가하는 매우 단순한 구조로 되어 있으며, 필름의 형상, 지지 구조의 조절을 통하여 성능을 크게 향상시킬 수 있다.
이때, 필름형 압전 스피커가 완전히 동작하려면, 압전 플라스틱 양쪽으로 전기가 흐를 수 있도록 금속이나 산화물 전도체 등 전극 물질을 부착시켜야 한다. 그러나, 압전 필름과 같은 고분자 재료는 소수성이라는 특성을 지니는데, 소수성 때문에 필름 상에 전극 물질을 붙이기가 쉽지 않은 문제가 있다.
이에 플라즈마 이온공법을 응용한 표면개질 기술을 이용하여 재료의 표면을 변화시켜 금속이나 전도성 물질이 쉽게 부착되도록 하는 방법이 소개되고 있으나, 이러한 방법은 필름 내 입자들의 전기적 특성을 변형시킬 위험이 있다.
또한, 종래에는 전극 재료로 주로 Ag, Pt, Pd, Ag-Pd 합금 등을 사용하였으나, 압전 필름의 전극면적이 상당히 넓기 때문에 고가의 백금류 금속을 사용할 경우, 원가에 큰 부담을 줄 수 있다.
관련 선행 문헌으로는 대한민국 공개특허 제10-2008-0075303호(2008.08.18. 공개)가 있으며, 상기 문헌에는 압전 폴리머 스피커 및 그의 제조 방법이 기재되어 있다.
본 발명의 목적은 세라믹 고분자 복합체층과 전도성 고분자 전극층을 상호 교대로 적층할 시 접촉면의 특성에 따라 달라질 수 있는 결함이나 박리 현상을 최소화할 수 있는 압전 스피커용 적층형 압전 세라믹 필름 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 압전 스피커용 적층형 압전 세라믹 필름은 적어도 둘 이상이 적층되며, 각각 압전 세라믹 및 제1 고분자 바인더로 형성된 세라믹 고분자 복합체층; 및 상기 세라믹 고분자 복합체층과 상호 교대로 적어도 둘 이상이 적층되며, 전도성 물질 및 제2 고분자 바인더로 형성된 전도성 고분자 전극층;을 포함하며, 상기 제1 및 제2 고분자 바인더는 상호 동일한 물질로 형성하여 세라믹 고분자 복합체층과 전도성 고분자 전극층 간의 융착 및 용착이 용이한 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 압전 스피커용 적층형 압전 세라믹 필름 제조 방법은 (a) 압전 세라믹 분말, 제1 고분자 바인더 및 제1 용매를 혼합한 후, 제1 분산제 및 제1 가소제를 첨가하여 세라믹 고분자 복합 슬러리를 형성하는 단계; (b) 전도성 물질, 제2 고분자 바인더 및 제2 용매를 혼합한 후, 제2 분산제 및 제2 가소제를 첨가하여 전도성 고분자 전극 슬러리를 형성하는 단계; (c) 상기 세라믹 고분자 복합 슬러리를 이형지 필름 상에 도포한 후, 건조시켜 세라믹 고분자 복합체층을 형성하는 단계; (d) 상기 전도성 고분자 전극 슬러리를 이형지 필름 상에 도포한 후, 건조시켜 전도성 고분자 복합체층을 형성하는 단계; (e) 상기 형성된 세라믹 고분자 복합체층과 전도성 고분자 복합체층을 상호 교대로 적층하여 적어도 하나 이상의 내부 전극층을 갖는 압전 세라믹 필름을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 압전 스피커용 적층형 압전 세라믹 필름 및 그 제조 방법은 세라믹 고분자 복합체층의 바인더인 제1 고분자 바인더와 전도성 고분자 전극층의 바인더인 제2 고분자 바인더의 재질로 동일한 폴리머를 이용함으로써, 상호 교대로 적층되는 세라믹 고분자 복합체층과 전도성 고분자 전극층 간의 융착 및 용착을 용이하게 하고, 접합 부분에서의 결함이나 박리현상을 최소화할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 압전 스피커용 적층형 압전 세라믹 필름 및 그 제조 방법은 전도성 고분자 전극층으로 전도성 물질 및 제2 고분자 바인더를 이용함으로써, 전극 형성 영역에 대응하여 선택적으로 전도성 물질을 충진하면 되기 때문에 전도성 물질의 사용량을 최소화할 수 있을 뿐만 아니라, 세라믹 고분자 복합체층과 전도성 고분자 전극층이 동일한 평면적을 가져 우수한 내구성을 확보할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 압전 스피커용 적층형 압전 세라믹 필름을 나타낸 분해 사시도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 압전 스피커용 적층형 압전 세라믹 필름을 나타낸 결합 단면도.
도 3은 도 1의 전도성 고분자 전극층을 나타낸 평면도.
도 4는 도 3의 Ⅳ-Ⅳ'선을 따라 절단하여 나타낸 단면도.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 압전 스피커용 적층형 압전 세라믹 필름 제조 방법을 나타낸 공정 순서도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 압전 스피커용 적층형 압전 세라믹 필름을 나타낸 결합 단면도.
도 3은 도 1의 전도성 고분자 전극층을 나타낸 평면도.
도 4는 도 3의 Ⅳ-Ⅳ'선을 따라 절단하여 나타낸 단면도.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 압전 스피커용 적층형 압전 세라믹 필름 제조 방법을 나타낸 공정 순서도.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 압전 스피커용 적층형 압전 세라믹 필름 및 그 제조 방법에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 압전 스피커용 적층형 압전 세라믹 필름을 나타낸 분해 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 압전 스피커용 적층형 압전 세라믹 필름을 나타낸 결합 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 압전 스피커용 적층형 압전 세라믹 필름(100)은 세라믹 고분자 복합체층(120) 및 전도성 고분자 전극층(140)을 포함한다.
세라믹 고분자 복합체층(120)은 적어도 둘 이상이 적층되며, 각각 압전 세라믹 및 제1 고분자 바인더로 형성된다.
이때, 압전 세라믹으로는 높은 압전상수를 갖는 Pb(ZrxTi1-x)O3계 압전체가 이용될 수 있다.
제1 고분자 바인더로는 PVDF(polyvinylidenedifluoride), PVDF-TrFE(polyvinylidenefluoride-co-trifluoroethylene) 등 고분자 압전체, EPDM(Ethylene Propylene Terpolymers), PDMS(polydimethylsiloxane), 에폭시 수지를 포함하는 열경화성 수지, 폴리에스터 수지, 아크릴 수지 및 폴리우레탄 수지를 포함하는 열가소성 수지 등에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 이와 같이, 제1 고분자 바인더로 고분자 수지를 이용하는 것에 의해 기계적 및 화학적 물성과 함께 높은 신율 및 탄성을 갖게 되어 플렉서블한 특성을 확보할 수 있게 된다.
이러한 세라믹 고분자 복합체층(120)은 10 ~ 100㎛의 두께를 갖는 것이 바람직한데, 이는 세라믹 고분자 복합체층(120)의 두께가 상기의 범위를 벗어나 너무 얇거나 두꺼울 경우 취급하는 데 어려움이 따를 수 있기 때문이다.
전도성 고분자 전극층(140)은 세라믹 고분자 복합체층(120)과 상호 교대로 적어도 둘 이상이 적층되며, 전도성 물질 및 제2 고분자 바인더로 형성된다. 이때, 상하로 적층되는 세라믹 고분자 복합체층(120)의 사이에 배치되는 전도성 고분자 전극층(140)은 내부 전극으로 사용하고, 세라믹 고분자 복합체층(120)의 상부 및 하부 외측에 각각 적층되는 전도성 고분자 전극층(140)은 외부 전극으로 사용될 수 있다.
이러한 전도성 고분자 전극층(140)은 10 Ω·cm 이하의 체적 저항률을 갖는 것이 바람직하다.
이때, 전도성 물질은 Ni, Ag, Pt, Pd 및 이들의 합금을 포함하는 금속 나노입자와, 카본 블랙(carbon black), 케첸 블랙(ketjen black), 카본 나노튜브 및 그라파이트를 포함하는 탄소재료와, PEDOT(Poly3,4-Ethylenedioxythiophene), 폴리아닐린(polyaniline), 폴리티오펜(polythiophene), 폴리피롤(polypyrrole), 폴리 p-페닐린(poly p-phenylene), 폴리 페닐린 비닐린(polyphenylene vinylene) 및 폴리스틸렌 설포네이트(polystylene sulfonate)를 포함하는 전도성 고분자 등에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
그리고, 제2 고분자 바인더는 PVDF(polyvinylidenedifluoride), PVDF-TrFE(polyvinylidenefluoride-co-trifluoroethylene) 등 고분자 압전체, EPDM(Ethylene Propylene Terpolymers), PDMS(polydimethylsiloxane), 에폭시 수지를 포함하는 열경화성 수지, 폴리에스터 수지, 아크릴 수지 및 폴리우레탄 수지를 포함하는 열가소성 수지 등에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
특히, 제1 및 제2 고분자 바인더는 상호 동일한 물질로 형성되는 것이 바람직하다. 이와 같이, 세라믹 고분자 복합체층(120)의 바인더인 제1 고분자 바인더와 전도성 고분자 전극층(140)의 바인더인 제2 고분자 바인더의 재질로 동일한 폴리머를 이용할 경우, 세라믹 고분자 복합체층(120)과 전도성 고분자 전극층(140)을 상호 교대로 적층할 시, 상호 간의 접합 부분에 동일한 폴리머가 접하게 되므로, 세라믹 고분자 복합체층(120)과 전도성 고분자 전극층(140) 간의 융착 및 용착이 용이하고, 접촉면 소재의 특성에 따라 발생하는 결함이나 박리현상 등을 최소화할 수 있게 된다.
일반적으로, 현재까지 주로 사용되고 있는 압전 스피커용 압전 세라믹 필름은 단판 압전 세라믹 필름형으로 높은 교류 전압을 인가해 주어야 하는 단점이 있었다. 이와 달리, 본 발명에 따른 압전 스피커용 적층형 압전 세라믹 필름(100)은 단판 압전 세라믹 필름 타입이 아닌 적층형 압전 세라믹 필름 타입이 적용됨으로써, 낮은 교류 입력 전압에서도 단판 압전 세라믹 필름과 같은 특성을 가질 수 있다.
한편, 도 3은 도 1의 전도성 고분자 전극층을 나타낸 평면도이고, 도 4는 도 3의 Ⅳ-Ⅳ'선을 따라 절단하여 나타낸 단면도로, 이를 참조하여 전도성 고분자 전극층에 대하여 보다 구체적으로 설명하도록 한다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 전도성 고분자 전극층(140)은 전도성 물질(142) 및 제2 고분자 바인더(144)로 형성된다. 이와 같이, 전도성 고분자 전극층(140)으로 전도성 물질(142) 및 제2 고분자 바인더(144)로 형성할 경우, 전극 형성 영역에 대응하여 선택적으로 전도성 물질(142)을 충진하면 되기 때문에 전도성 물질(142)의 사용량을 최소화할 수 있게 된다.
특히, 전도성 고분자 전극층(140)은 유기용매에 잘 용해되는 특성을 가지므로, 스크린 프린팅, 잉크젯 프린팅, 닥터블레이드, 테이프케스팅 등에서 선택된 어느 하나의 방법을 적용하는 것이 가능하여, 공정단가가 낮고, 유연하며 가벼운 소자를 대면적으로 제작할 수 있는 장점이 있다.
본 발명에서와 같이, 전도성 고분자 전극층(140)으로 전도성 물질(142) 및 제2 고분자 바인더(144)로 형성하는 것에 의해, 세라믹 고분자 복합체층(120)과 전도성 고분자 전극층(140)은 동일한 평면적을 가짐으로써, 내구성을 향상시킬 수 있게 된다.
전술한 본 발명의 실시예에 따른 압전 스피커용 적층형 압전 세라믹 필름은 세라믹 고분자 복합체층의 바인더인 제1 고분자 바인더와 전도성 고분자 전극층의 바인더인 제2 고분자 바인더의 재질로 동일한 폴리머를 이용함으로써, 상호 교대로 적층되는 세라믹 고분자 복합체층과 전도성 고분자 전극층 간의 접합 부분에서의 결함이나 박리현상을 최소화할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 압전 스피커용 적층형 압전 세라믹 필름은 전도성 고분자 전극층으로 전도성 물질 및 제2 고분자 바인더를 이용함으로써, 전극 형성 영역에 대응하여 선택적으로 전도성 물질을 충진하면 되기 때문에 전도성 물질의 사용량을 최소화할 수 있을 뿐만 아니라, 세라믹 고분자 복합체층과 전도성 고분자 전극층이 동일한 평면적을 가져 우수한 내구성을 확보할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 압전 스피커용 적층형 압전 세라믹 필름 제조 방법에 대하여 설명하도록 한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 압전 스피커용 적층형 압전 세라믹 필름 제조 방법을 나타낸 공정 순서도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 압전 스피커용 적층형 압전 세라믹 필름 제조 방법은 세라믹 고분자 복합 슬러리 형성 단계(S210), 전도성 고분자 전극 슬러리 형성 단계(S220), 세라믹 고분자 복합체층 형성 단계(S230), 전도성 고분자 전극층 적층 형성 단계(S240) 및 복합체층과 전극층 적층 형성 단계(S250)를 포함한다.
세라믹 고분자 복합 슬러리 형성
세라믹 고분자 복합 슬러리 형성 단계(S210)에서는 압전 세라믹 분말, 제1 고분자 바인더 및 제1 용매를 혼합한 후, 제1 분산제 및 제1 가소제를 첨가하여 세라믹 고분자 복합 슬러리를 형성한다.
이때, 압전 세라믹으로는 높은 압전상수를 갖는 Pb(ZrxTi1-x)O3계 압전체가 이용될 수 있다. 그리고, 제1 고분자 바인더로는 PVDF(polyvinylidenedifluoride), PVDF-TrFE(polyvinylidenefluoride-co-trifluoroethylene)등 고분자 압전체, EPDM(Ethylene Propylene Terpolymers), PDMS(polydimethylsiloxane), 에폭시 수지를 포함하는 열경화성 수지, 폴리에스터 수지, 아크릴 수지 및 폴리우레탄 수지를 포함하는 열가소성 수지 등에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
또한, 제1 용매로는 증류수, 벤젠, 톨루엔, 자일렌, 메탄올, 에탄올, 이소프로판올, 부탄올, 아세톤, 메틸에틸케톤, 디이소부틸케톤 및 메틸포름아미드(DMF) 중 1종 이상을 포함할 수 있다.
그리고, 제1 분산제는 BYK111이 이용될 수 있고, 제1 가소제는 DBP(dibutyl phthalate)가 이용될 수 있다.
전도성 고분자 전극 슬러리 형성
전도성 고분자 전극 슬러리 형성 단계(S220)에서는 전도성 물질, 제2 고분자 바인더 및 제2 용매를 혼합한 후, 제2 분산제 및 제2 가소제를 첨가하여 전도성 고분자 전극 슬러리를 형성한다.
이때, 전도성 물질은 Ni, Ag, Pt, Pd 및 이들의 합금을 포함하는 금속 나노입자와, 카본 블랙(carbon black), 케첸 블랙(ketjen black), 카본 나노튜브 및 그라파이트를 포함하는 탄소재료와, PEDOT(Poly3,4-Ethylenedioxythiophene), 폴리아닐린(polyaniline), 폴리티오펜(polythiophene), 폴리피롤(polypyrrole), 폴리 p-페닐린(poly p-phenylene), 폴리 페닐린 비닐린(polyphenylene vinylene) 및 폴리스틸렌 설포네이트(polystylene sulfonate)를 포함하는 전도성 고분자 등에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
그리고, 제2 고분자 바인더는 PVDF(polyvinylidenedifluoride), PVDF-TrFE(polyvinylidenefluoride-co-trifluoroethylene), EPDM(Ethylene Propylene Terpolymers) 등 고분자 압전체, PDMS(polydimethylsiloxane), 에폭시 수지를 포함하는 열경화성 수지, 폴리에스터 수지, 아크릴 수지 및 폴리우레탄 수지를 포함하는 열가소성 수지 등에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
특히, 제1 및 제2 고분자 바인더는 상호 동일한 물질로 형성되는 것이 바람직하다. 이와 같이, 세라믹 고분자 복합체층의 바인더인 제1 고분자 바인더와 전도성 고분자 전극층의 바인더인 제2 고분자 바인더의 재질로 동일한 폴리머를 이용할 경우, 세라믹 고분자 복합체층과 전도성 고분자 전극층을 상호 교대로 적층할 때, 상호 간의 접합 부분에 동일한 폴리머가 접하게 되므로, 접촉면 소재의 특성에 따라 발생하는 결함이나 박리현상 등을 최소화할 수 있게 된다.
또한, 제2 용매로는, 제1 용매와 동일하게, 증류수, 벤젠, 톨루엔, 자일렌, 메탄올, 에탄올, 이소프로판올, 부탄올, 아세톤, 메틸에틸케톤, 디이소부틸케톤 및 메틸포름아미드(DMF) 중 1종 이상을 포함할 수 있다.
그리고, 제2 분산제는, 제1 분산제와 마찬가지로, BYK111이 이용될 수 있고, 제2 가소제는, 제1 가소제와 마찬가지로, DBP(dibutyl phthalate)가 이용될 수 있다.
세라믹 고분자 복합체층 형성
세라믹 고분자 복합체층 형성 단계(S230)에서는 세라믹 고분자 복합 슬러리를 이형지 필름 상에 도포한 후, 건조시켜 세라믹 고분자 복합체층을 형성한다.
이때, 세라믹 고분자 복합체층은 이형지 필름 상에 세라믹 고분자 복합 슬러리를 스크린 프린팅, 잉크젯 프린팅, 닥터블레이드 및 테이프케스팅 중 어느 하나의 방법으로 10 ~ 100㎛의 두께로 도포한 후, 30 ~ 100℃에서 1 ~ 12시간 동안 건조하는 것에 의해 형성될 수 있다.
전도성 고분자 전극층 형성
전도성 고분자 전극층 형성 단계(S240)에서는 전도성 고분자 전극 슬러리를 이형지 필름 상에 도포한 후, 건조시켜 전도성 고분자 전극층을 형성한다.
이때, 전도성 고분자 전극층은 이형지 필름 상에 전도성 고분자 복합 슬러리를 스크린 프린팅, 잉크젯 프린팅, 닥터블레이드 및 테이프케스팅 중 어느 하나의 방법으로 10 ~ 100㎛의 두께로 도포한 후, 30 ~ 100℃에서 1 ~ 12시간 동안 건조하는 것에 의해 형성될 수 있다.
복합체층과 전극층 적층 형성
복합체층과 전극층 적층 형성 단계(S250)에서는 세라믹 고분자 복합체층과 전도성 고분자 전극층을 상호 교대로 적층하여 적어도 하나 이상의 내부 전극을 갖는 압전 세라믹 필름을 형성한다.
이때, 적층형 압전 세라믹 필름은 라미네이션-플레스, 핫-플레스 중 어느 하나의 방법으로 50 ~ 150℃에서 1 ~ 30분 동안 열 압착하는 것에 의해 형성될 수 있다.
상기의 과정(S210 ~ S250)으로 제조되는 압전 스피커용 적층형 압전 세라믹 필름은 세라믹 고분자 복합체층의 바인더인 제1 고분자 바인더와 전도성 고분자 전극층의 바인더인 제2 고분자 바인더의 재질로 동일한 폴리머를 이용함으로써, 상호 교대로 적층되는 세라믹 고분자 복합체층과 전도성 고분자 전극층 간의 융착 및 용착을 용이하게 하고, 접합 부분에서의 결함이나 박리현상을 최소화할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 방법으로 제조되는 압전 스피커용 적층형 압전 세라믹 필름은 전도성 고분자 전극층으로 전도성 물질 및 제2 고분자 바인더를 이용함으로써, 전극 형성 영역에 대응하여 선택적으로 전도성 물질을 충진하면 되기 때문에 전도성 물질의 사용량을 최소화할 수 있을 뿐만 아니라, 세라믹 고분자 복합체층과 전도성 고분자 전극층이 동일한 평면적을 가져 우수한 내구성을 확보할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 기술자의 수준에서 다양한 변경이나 변형을 가할 수 있다. 이러한 변경과 변형은 본 발명이 제공하는 기술 사상의 범위를 벗어나지 않는 한 본 발명에 속한다고 할 수 있다. 따라서 본 발명의 권리범위는 이하에 기재되는 청구범위에 의해 판단되어야 할 것이다.
100 : 적층형 압전 세라믹 필름
120 : 세라믹 고분자 복합체층
140 : 전도성 고분자 전극층
S210 : 세라믹 고분자 복합 슬러리 형성 단계
S220 : 전도성 고분자 전극 슬러리 형성 단계
S230 : 세라믹 고분자 복합체층 형성 단계
S240 : 전도성 고분자 전극층 형성 단계
S250 : 복합체층과 전극층 적층 형성 단계
120 : 세라믹 고분자 복합체층
140 : 전도성 고분자 전극층
S210 : 세라믹 고분자 복합 슬러리 형성 단계
S220 : 전도성 고분자 전극 슬러리 형성 단계
S230 : 세라믹 고분자 복합체층 형성 단계
S240 : 전도성 고분자 전극층 형성 단계
S250 : 복합체층과 전극층 적층 형성 단계
Claims (18)
- 적어도 둘 이상이 적층된 세라믹 고분자 복합체층; 및
상기 세라믹 고분자 복합체층과 상호 교대로 적어도 둘 이상이 적층된 전도성 고분자 전극층;을 포함하며,
상기 세라믹 고분자 복합체층은 압전 세라믹 및 제1 고분자 바인더로 형성되고, 상기 전도성 고분자 전극층은 전도성 물질 및 제2 고분자 바인더로 형성되며,
상기 제1 및 제2 고분자 바인더는 상호 동일한 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 압전 스피커용 적층형 압전 세라믹 필름.
- 제1항에 있어서,
상기 압전 세라믹은
Pb(ZrxTi1-x)O3계 압전체가 이용되는 것을 특징으로 하는 압전 스피커용 적층형 압전 세라믹 필름.
- 제1항에 있어서,
상기 제1 고분자 바인더는
PVDF(polyvinylidenedifluoride), PVDF-TrFE(polyvinylidenefluoride- co-trifluoroethylene) 등 고분자 압전체, EPDM(Ethylene Propylene Terpolymers), PDMS(polydimethylsiloxane), 에폭시 수지를 포함하는 열경화성 수지, 폴리에스터 수지, 아크릴 수지 및 폴리우레탄 수지를 포함하는 열가소성 수지 중 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 스피커용 적층형 압전 세라믹 필름.
- 제1항에 있어서,
상기 세라믹 고분자 복합체층은
10 ~ 100㎛의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 압전 스피커용 적층형 압전 세라믹 필름.
- 제1항에 있어서,
상기 전도성 물질은
Ni, Ag, Pt, Pd 및 이들의 합금을 포함하는 금속 나노입자와, 카본 블랙(carbon black), 케첸 블랙(ketjen black), 카본 나노튜브 및 그라파이트를 포함하는 탄소재료와, PEDOT(Poly3,4-Ethylenedioxythiophene), 폴리아닐린(polyaniline), 폴리티오펜(polythiophene), 폴리피롤(polypyrrole), 폴리 p-페닐린(poly p-phenylene), 폴리 페닐린 비닐린(polyphenylene vinylene) 및 폴리스틸렌 설포네이트(polystylene sulfonate)를 포함하는 전도성 고분자 중 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 스피커용 적층형 압전 세라믹 필름.
- 제1항에 있어서,
상기 제2 고분자 바인더는
PVDF(polyvinylidenedifluoride), PVDF-TrFE(polyvinylidenefluoride- co-trifluoroethylene) 등 고분자 압전체, EPDM(Ethylene Propylene Terpolymers), PDMS(polydimethylsiloxane), 에폭시 수지를 포함하는 열경화성 수지, 폴리에스터 수지, 아크릴 수지 및 폴리우레탄 수지를 포함하는 열가소성 수지 중 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 스피커용 적층형 압전 세라믹 필름.
- 제1항에 있어서,
상기 전도성 고분자 전극층은
10 Ω·cm 이하의 체적 저항률을 갖는 것을 특징으로 하는 압전 스피커용 적층형 압전 세라믹 필름.
- 제1항에 있어서,
상기 세라믹 고분자 복합체층과 전도성 고분자 전극층은
동일한 평면적을 갖는 것을 특징으로 하는 압전 스피커용 적층형 압전 세라믹 필름.
- (a) 압전 세라믹 분말, 제1 고분자 바인더 및 제1 용매를 혼합한 후, 제1 분산제 및 제1 가소제를 첨가하여 세라믹 고분자 복합 슬러리를 형성하는 단계;
(b) 전도성 물질, 제2 고분자 바인더 및 제2 용매를 혼합한 후, 제2 분산제 및 제2 가소제를 첨가하여 전도성 고분자 전극 슬러리를 형성하는 단계;
(c) 상기 세라믹 고분자 복합 슬러리를 이형지 필름 상에 도포한 후, 건조시켜 세라믹 고분자 복합체층을 형성하는 단계;
(d) 상기 전도성 고분자 전극 슬러리를 이형지 필름 상에 도포한 후, 건조시켜 전도성 고분자 전극층을 형성하는 단계; 및
(e) 상기 세라믹 고분자 복합체층과 전도성 고분자 전극층을 상호 교대로 적층하여 적어도 하나 이상의 내부 전극을 갖는 압전 세라믹 필름을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 스피커용 적층형 압전 세라믹 필름 제조 방법.
- 제9항에 있어서,
상기 (a) 단계에서,
상기 압전 세라믹 분말은
Pb(ZrxTi1-x)O3계 압전체가 이용되는 것을 특징으로 하는 압전 스피커용 적층형 압전 세라믹 필름 제조 방법.
- 제9항에 있어서,
상기 제1 및 제2 고분자 바인더는
상호 동일한 물질을 이용하는 것을 특징으로 하는 압전 스피커용 적층형 압전 세라믹 필름 제조 방법.
- 제9항에 있어서,
상기 제1 및 2 고분자 바인더는 각각
PVDF(polyvinylidenedifluoride), PVDF-TrFE(polyvinylidenefluoride- co-trifluoroethylene) 등 고분자 압전체, EPDM(Ethylene Propylene Terpolymers), PDMS(polydimethylsiloxane), 에폭시 수지를 포함하는 열경화성 수지, 폴리에스터 수지, 아크릴 수지 및 폴리우레탄 수지를 포함하는 열가소성 수지 중 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 스피커용 적층형 압전 세라믹 필름 제조 방법.
- 제9항에 있어서,
상기 제1 및 제2 용매는 각각
증류수, 벤젠, 톨루엔, 자일렌, 메탄올, 에탄올, 이소프로판올, 부탄올, 아세톤, 메틸에틸케톤, 디이소부틸케톤 및 메틸포름아미드(DMF) 중 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 스피커용 적층형 압전 세라믹 필름 제조 방법.
- 제9항에 있어서,
상기 전도성 물질은
Ni, Ag, Pt, Pd 및 이들의 합금을 포함하는 금속 나노입자와, 카본 블랙(carbon black), 케첸 블랙(ketjen black), 카본 나노튜브 및 그라파이트를 포함하는 탄소재료와, PEDOT(Poly3,4-Ethylenedioxythiophene), 폴리아닐린(polyaniline), 폴리티오펜(polythiophene), 폴리피롤(polypyrrole), 폴리 p-페닐린(poly p-phenylene), 폴리 페닐린 비닐린(polyphenylene vinylene) 및 폴리스틸렌 설포네이트(polystylene sulfonate)를 포함하는 전도성 고분자 중 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 스피커용 적층형 압전 세라믹 필름 제조 방법.
- 제9항에 있어서,
상기 세라믹 고분자 복합 슬러리 및 전도성 고분자 전극 슬러리는 각각
스크린 프린팅, 잉크젯 프린팅, 닥터블레이드 및 테이프케스팅 중 어느 하나의 방법으로 도포하는 것을 특징으로 하는 압전 스피커용 적층형 압전 세라믹 필름 제조 방법.
- 제9항에 있어서,
상기 (c) 단계에서,
상기 세라믹 고분자 복합체층은
10 ~ 100㎛의 두께로 형성하는 것을 특징으로 하는 압전 스피커용 적층형 압전 세라믹 필름 제조 방법.
- 제9항에 있어서,
상기 (d) 단계에서,
상기 전도성 고분자 전극층은
10 Ω·cm 이하의 체적 저항률을 갖는 것을 특징으로 하는 압전 스피커용 적층형 압전 세라믹 필름 제조 방법.
- 제9항에 있어서,
상기 세라믹 고분자 복합체층과 전도성 고분자 전극층은
동일한 평면적을 갖는 것을 특징으로 하는 압전 스피커용 적층형 압전 세라믹 필름 제조 방법.
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