KR100619538B1

KR100619538B1 - 자동차 내장재 적용 전기발광(el) 시트 제조방법

Info

Publication number: KR100619538B1
Application number: KR1020040040262A
Authority: KR
Inventors: 곽성복; 정동훈; 이종훈; 황태선; 남재도
Original assignee: 덕양산업주식회사; 남재도
Priority date: 2004-06-03
Filing date: 2004-06-03
Publication date: 2006-09-19
Also published as: KR20050115024A

Abstract

본 발명은 자동차의 후막 EL 시트의 제조방법에 관한 것으로, 본 발명의 특징은 소형의 사이즈로서 각종 기기의 디스플레이 후면 발광체로 사용되고 있는 EL 시트를 스크린 인쇄방법을 이용하여 자동차의 적용에 가능한 EL 시트를 제공하는 것으로서, 특히 발광효율과 휘도(Brightness)가 향상된 후막형 EL 시트의 생산성과 재현성과 굴절도가 향상된 자동차 내장재 적용 EL 시트 제조방법에 관한 것이다.

본 발명은, 투명 전도막내에 불순물 등을 제거하여 인듐틴옥사이드(ITO)가 도포된 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 필름을 5~10초 동안 세척한 후, 증류수 중성세제 혼합액으로 1분간 초음파 세척하고, 5~10초 동안 40℃의 증류수로 스프레이하여 1분간 초음파 세척한 다음 수분을 제거한 후 100℃의 온도로 5~10분간 건조하며, 다시 140℃에서 40분간 건조하는 인듐틴옥사이드 필름의 전처리 단계와,

상기 투명전극인 인듐틴옥사이드 필름에 전면전극(ITO film + Bus bar)을 실버패이스트 (Silver paste)로 실크스크린 인쇄하고, 건조오븐에서 130℃의 온도로 약 30분간 건조하여 건조후의 두께가 8~16㎛ 정도 유지되도록 하는 단계와,

형광층(Phosphor layer) 빛의 밝기와 수명단축을 방지하기 위해 형광입자를 규소로 봉합한 파우더를 300~400rpm으로 90분간 섞어 실크스크린 인쇄를 하고 IR 130℃ 온도로 3m/min로 건조하여 두께가 38~40㎛이 되도록 하는 단계와,

티탄산바륨(BaTiO₃)을 이용하여 유전층(Dielectric layer)을 인쇄하되, 두 번 인쇄후 10분간 자연방치 후 한 번 인쇄하는 과정을 2회 반복하며, 다음으로 두 번째 인쇄와 같은 방법으로 2회 인쇄하여 모든 인쇄를 마친 두께는 10~15㎛이 되도록 하되, 상기 유전층은 전면전극 공정에서 인쇄된 실버라인을 덮게 인쇄하며, 형광층의 외곽까지 인쇄하여 배면전극과 전면전극의 이동을 방지하는 단계와,

스크린 인쇄법을 이용하여 실버패이스트를 인쇄하여 전면전극 공정과 같은 라인을 형성시키되, 8~16㎛의 두께로 인쇄하여 건조오븐에서 130℃의 온도로 30분동안 건조시키는 배면전극(Rear electrode) 단계와,

상기 배면전극 위에 보호층(Protecting layer)을 실크스크린으로 인쇄하되, 인쇄는 IR 잉크와 경화제 비율 100g : 2g의 비율로 섞어 인쇄하며, 상기 IR 인쇄는 130℃의 조건에서 2.5m/min의 조건으로 건조하는 단계와,

폭 3~8mm의 구리 테이프를 전면전극과 배면전극 위 양단에 부착하고, 졸-겔 공정(Sol-gel Process)을 이용한 규소/폴리염화비닐리덴을 혼합하여 1~2시간 교반해준 후 EL 시트에 코팅한 후 50℃~70℃의 온도에서 1~3시간 동안 건조오븐에서 건조하는 단계와,

자동차 내장재 가공 공정중 하나인 인스트루먼트 판넬 제작공정에 우레탄 발포 공정의 조건을 견딜 수 있게 제작하였다. 공정의 조건을 살펴보면 압력은 1~1.5kg/cm², 온도는 폴리우레탄액 온도는 23~26℃, 금형온도는 40~45℃이지만 폴리우레탄액이 금형안에서 발포과정을 거칠때는 화학반응에 의한 발열로 내부온도는 80~90℃정도로 상승하게 된다. 이러한 조건과 폴리우레탄액의 수분함유(100중량부 기준 0.1~0.5%)로 인한 침입을 방지한 자동차 내장재 적용 전기발광(EL) 시트 제조방법이다.

EL 시트, 전면전극, 배면전극, 전기저항, ITO. 유전층, 보호층, 인스트루먼트 판넬, 자동차 내장재,

Description

자동차 내장재 적용 전기발광(EL) 시트 제조방법{The Automobile Interior Part applied EL(Electro Luminescence) Sheet Manufacturing Method}

본 발명은 자동차의 후막 전기발광(EL : Electro Luminescence. 이하 "EL"이라 통일하여 지칭함) 시트의 제조방법에 관한 것으로, 본 발명의 특징을 더욱 구체적으로 살펴보면 소형의 사이즈로서 각종 기기의 디스플레이 후면 발광체로 사용되고 있는 EL 시트를 스크린 인쇄방법을 이용하여 자동차 내장재 부분에 다양한 형상 적용이 가능한 EL 시트를 제공하는 것으로서, 특히 발광효율과 휘도(Brightness)가 향상된 후막형 EL 시트의 생산성과 재현성과 굴절도가 향상되고, 내장재 제작 공정에 견딜수 있는 자동차 내장재 적용 EL 시트 제조방법에 관한 것이다.

통상 기존에 사용되는 EL 소재는 전기/전자 분야의 발광효과를 발휘하는 분야에 적용되어 제품으로 생산 적용되고 있다.

상기와 같은 소재에 있어서, EL의 작동원리를 대략적으로 살펴보면, EL의 발 광은 전기장에 의한 여기(들뜸)발광(勵起發光)으로, 형광체는 발광효율이 뛰어나고 전기장에 들뜸이 쉽게 일어나야 하는데, 이러한 조건을 만족하는 물질은 그다지 많지 않으며, 이러한 전기 에너지가 전자에 에너지를 가해서 불안정한 들뜬상태로 올라가고 곧바로 바닥상태로 떨어지면서 가지고 있는 에너지를 빛으로 방출하게 된다.

EL은 발광 메커니즘에 따라 여러가지로 분류하나, 유전매질(誘電媒質)에 분산된 적당한 형광체 분말이 발광하는 현상으로 교류전기장(AC)에 의해서만 발광하게 된다.

이러한 발광 메커니즘은 황아연계(ZnS)의 형광체가 대표적인 것이고, 첨가되는 활성제의 종류에 따라 색이 달라지는데, 예를 들면 구리(Cu)는 청색, 염소(Cl)는 청록색을 만든다.

2종류의 발광중심을 가진 염소를 첨가한 것에서는 걸어준 교류전압의 진동수가 낮을 때에는 녹색이고, 높을 때에는 청색이 된다.

이러한 기존 EL 소재는 많은 응용분야로 확장되어 가는 추세로 자동차 인테리어 분야에서 내장 소재로서 다양하게 사용되고, 전기/전자 발광을 요하는 숫자나 글씨, 화면을 제외하고는 자동차 내장 소재와의 융합을 통해 발광효과를 발휘함으로 고급스러움을 연출할 수 있고, 디자인 활용을 원활하게 할 수 있으며, 자동차 내장재로의 응용범위는 인스트루먼트 패널(Instrument Panel)이나 도어 트림 패널(Door Trim Panel), 헤드 라이닝(Head Lining), 콘솔(Console) 등으로 확장 가능한 바, 이러한 기존의 자동차 내장재 적용 EL 시트는 최대 크기가 10cm×20cm로 카본을 인쇄한 후 실버를 이용하여 창문 모양으로 배면전극(Rear electrode)을 처리함으로서 전기저항이 대단히 높아지므로 인해 소형 EL 시트의 생산은 가능하나, 대형의 EL 시트의 생산이 불가능하여 극히 제한적인 범위내에서만 이용이 가능한 등의 문제점이 있었다.

또한, 제품의 형상과 규격(Size)이 작은 전기/전자 분야는 용이하게 적용이 가능하지만, 자동차 내장재 분야의 인스트루먼트 패널(Instrument Panel)이나 도어 트림 패널(Door Trim Panel), 헤드 라이닝(Head Lining), 콘솔(Console) 등과 같이 그 형상이 복잡하고, 규모가 큰 내장재에 사용되는 EL 시트의 제작에는 어려움이 많았다.

한편, 자동차 내장재의 가공 공정을 거쳐 EL이 발광할 수 있도록 만들기 위한 어려움도 따랐으며, 특히 수분에 취약한 형광체에 의한 수명단축과 고른 휘도(Brightness)의 발휘에 많은 문제점이 따랐다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 자동차 내장 분야로의 적용이 가능한 EL 시트 소재를 개발하여 다양하게 적용 가능하고, 인듐틴옥사이드(ITO:Indium Tin Oxide) 필름 위에 실버를 이용하여 전면전극을 인쇄함으로서 저항을 줄일 수 있어서 대형 사이즈의 EL 시트를 생산할 수 있도록 한 것에 특징이 있는 바, 본 발명은 전기저항이 높게 상승함으로서 대형 사이즈의 생산이 불가능한 문제점을 해소하여 대형 사이즈의 생산이 가능토록 함으로서 산업전반에 걸쳐 범용화 할 수 있으며, 또한 수분차단 특성이 우수한 고분자인 폴리염화비닐리덴(PVDC)을 졸-겔 공법(Sol-gel Process)으로 무기/유기 혼성박막을 형성시켜 수분차단 특성이 우수하고 그에 따른 수분향상과 고른 휘도를 나타내는 EL 시트를 제조할 수 있게 한 것이다.

즉, 본 발명은 자동차의 내장재로 사용되는 인스트루먼트 패널 등의 내부에 EL 시트를 적용하여 심미성과 야간에 디스플레이(Display)로서의 기능을 접목시키고자 하는 것으로, 이의 제조방법을 살펴보면 자동차의 구조물 위에 EL 시트를 올려놓은 다음 그 위에 우레탄 폼을 접착하고 마지막으로 EL 빛이 투과할 수 있는 스킨을 적용하게 되면 인스트루먼트 패널의 적용에서 중요한 사항인 EL 시트의 적절한 휘도와 두께 그리고 굴절도 및 EL 빛이 투과가능한 우레탄 폼 스킨과 TPO 필름 스킨을 제조할 수 있는 것이다.

이하 본 발명의 상기한 목적을 달성하기 위한 기술과 제조방법을 보다 상세히 살펴보기로 한다.

통상, EL은 여러층의 인쇄를 통해서 얻어지게 되는데 간단한 구성을 살펴보면 EL의 기본적인 구조는 전면전극(ITO film + Bus bar), 형광층(Phosphor layer), 유전층(Dielectric layer), 배면전극(Rear electrode), 보호층(Protecting layer)으로 구성된다.

통상적으로 EL의 구동에 필요한 교류(AC) 전류를 얻기 위해서는 인버터(Inverter)를 사용하며, 통상 110Volt/400Hz을 표준으로 사용한다.

본 발명에서 사용되는 인버터는 EL 시트에 전류를 제공해주는 기계장치로서 직류(DC)를 교류(AC)로 전환해주며, EL의 발광소자가 빛을 안정적으로 발산할 수 있도록 해 준다.

상기 직류/교류전압 및 태양전지에서 모두 작동하며, 동작전압은 교류(AC) 30V~240V, 직류(DC) 9V~24V이다.

주파수 대역은 대략 50Hz~3000Hz이며, 용도에 따라 3000Hz 이상도 사용가능하다.

참고로 높은 전압과 높은 주파수는 녹색 발광 형광체를 파랑색 발광 형광체로 변환시키고 형광체의 수명을 단축시키는 원인이 된다.

그리고 전압과 주파수는 적용대상의 발광방법, 시간, 발광기간 등을 고려해야 하고, 인버터의 동작범위 내에서 전압과 주파수를 조정함에 따라 다양한 휘도(Brightness)와 점멸방식, 속도 등을 변화시킬 수 있다.

<실시예>

제1공정 : 인듐틴옥사이드(ITO:Indium Tin Oxide) 필름의 전처리

먼지 등 기타 이물질을 제거하여 투명 저도막내에 핀홀(Pinhole)이나 불순물 이온을 제거하여 소자의 안정성을 유지하기 위해 인듐틴옥사이드(ITO:Indium Tin Oxide)가 상면에 균일하게 도포되어 있는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET: Polyethylene Terephthalate) 필름을 5~10초 동안 물로 세척한 후, 다시 증류수와 중성세제를 혼합한 혼합액으로 1분간 초음파 세척하고, 5~10초 동안 증류수로 스프레이하고, 40℃의 증류수로 1분간 초음파 세척하고, 이를 질소가스로 건조시켜 수분을 제거한 후 100℃의 건조오븐에서 5~10분간 건조한다.

또한 실크 인쇄시 인듐틴옥사이드(ITO:Indium Tin Oxide)면과 인쇄 물질과의 접착성 향상과 고온 축소 방지를 위해서 140℃에서 40분간 건조오븐에서 건조한다.

제2공정 : 전면전극(ITO film + Bus bar)

투명전극인 인듐틴옥사이드(ITO:Indium Tin Oxide) 필름의 전도성을 증대시켜 전류의 원활한 흐름을 유도하기 위한 전면전극(Bus bar)을 전도성이 좋은 실버패이스트(Silver paste)로 실크스크린 인쇄법(Silk screen print)를 사용하여 인쇄를 하고, 건조오븐에서 130℃의 온도로 약 30분간 건조하며, 이때 건조후의 두께는 대략 8~16㎛ 정도가 적당하다.

제3공정 : 형광층(Phosphor layer)

형광층의 인쇄는 가장 핵심이 되는 부분이며, EL 램프의 성능 및 수명과 직결되는 부분이다.

상기 형광층이 수분에 노출되었을 때 빛의 밝기와 수명이 단축되므로 이러한 현상을 방지하기 위해서는 형광입자를 규소(Silica)로 봉합(Encapsulating)한 파우더를 사용한다.

한편, 균일한 빛의 효과를 나타내기 위해 형광입자의 분산이 잘 이루어져야 하므로, 인쇄전 임펠러를 사용하여 300~400rpm으로 90분간 섞어준다.

높은 속도의 회전시 형광체의 입자에 손상이 발생할 수 있으므로 이것을 주 의해야 한다.

상기 형광층(Phosphor layer)의 두께가 25~30㎛ 이하이면 작동시 나뭇결 무늬를 띤 흐린 빛을 보이며, 50㎛ 이상일 경우는 잉크의 낭비뿐만 아니라 도전성 판을 더 멀리 떨어지게 하여 형광내의 에너지 전환율을 낮게 해 램프(Lamp)의 효율이 떨어지게 된다.

그러므로 실크스크린 인쇄법으로 인쇄를 하고 IR 130℃의 온도로 3m/min 조건으로 건조를 하고 건조후 두께 는 38~40㎛이 되도록 한다.

제4공정 : 유전층(Dielectric layer)

티탄산바륨(BaTiO₃)을 이용하여 유전층(Dielectric layer)을 인쇄하는 것이다.

실크스크린 인쇄법으로 인쇄를 하는데 두 번 인쇄후 10분간 자연방치후 제3공정의 건조방법으로 건조를 한 후 반복해서 한 번 인쇄하고 10분간 자연방치 후 같은 방법으로 건조하며, 다음으로 두 번째 인쇄와 같은 방법으로 두 번 더 인쇄한다.

자연방치 후 건조하는 것과 반복적으로 인쇄하는 것은 핀홀(Pinhole) 때문에 발생하는 쇼트의 위험성을 제거하기 위한 것이고, 마지막으로 인쇄의 모든 공정을 마친 두께는 10~15㎛이 되도록 한다.

상기 유전층(Dielectric layer)은 제2공정에서 인쇄된 실버라인을 덮게 인쇄하여야 하며, 형광층(Phosphor layer)의 외곽까지 인쇄하여야 하는 것으로, 이것은 전기적 안정성을 주며 배면전극(Rear electrode)과 전면전극(Bus bar)의 이동(Migration)을 방지한다.

제5공정 : 배면전극(Rear electrode)

스크린 인쇄법을 이용하여 실버패이스트(Silver paste)를 인쇄해준다. 또 다른 방법으로는 카본을 사용하는 방법이 있는데 이 공정시에는 다시 위에 실버패이스트(Silver paste)를 사용하여 제2공정과 같은 라인을 형성시켜준다.

8~16㎛의 두께로 인쇄를 하고, 건조오븐에서 130℃의 온도로 30분동안 건조시킨다.

제6공정 : 보호층(Protecting layer)

배면전극(Rear electrode)을 보호하고 램프(Lamp)를 습기로부터 보호하기 위해 절연성이 좋고 내습성이 우수한 재질을 사용하여 인쇄를 하고, 보호층(Protecting layer)을 실크스크린으로 인쇄하여 준다.

상기 인쇄는 IR 잉크를 사용하는데 IR 잉크 : 경화제 비율 100g : 2g의 비율로 섞어준 후 인쇄하며, 상기 IR 인쇄는 130℃의 조건에서 2.5m/min의 조건으로 건조한다.

제7공정

폭 3~8mm의 구리 테이프를 전면전극(Bus bar)과 배면전극(Rear electrode) 위 양단에 부착하여 전극을 설치한다.

제8공정

졸-겔 공정(Sol-gel Process)을 이용한 규소/폴리염화비닐리덴(Silica/PVDC: Polyvinylidene chloride) 박막을 코팅하여 우수한 수분차단 특성을 부여한다.

졸-겔 공정(Sol-gel Process)은 유기물질과 무기물질을 이용한 혼성 박막을 형성시킬 수 있는 방법으로서 무기물질은 규소(Silica)가 이용되었고, 유기물질은 수분차단 특성이 우수한 폴리염화비닐리덴(PVDC:Polyvinylidene chloride)이 이용되었다.

무기물질의 투명성을 살린 규소(Silica) 네트워크 안에 수분차단 특성이 우수한 폴리염화비닐리덴(PVDC:Polyvinylidene chloride)을 침투시켜 수분차단 특성이 우수한 투명한 박막을 형성시킬 수 있다. 그러므로 자동차 내장재 제작 공법중 우레탄 발포액의 수분(수분함유; 100중량부기준 0.1~0.5%) 침입을 막을 수 있는 것이다.

규소(Silica) 전구체로는 에틸실리케이트(TEOS:Tetraethyl orthosilicate-Si(OC₂H₅)₄)가 사용되었고, 이를 위한 용매로는 1-메틸-2-미로리디이엔(NMP:1-Methyl-2-Pyrrolidiene-C₅H₉NO)와 물(H₂O)이 사용되었고, 산도에 의한 변화를 고려하여 염산(HCl)을 사용하여 산도(PH)를 2로 맞추었다.

유기물질은 폴리염화비닐리덴(PVDC:Polyvinylidene chloride)을 1-메틸-2-미로리디이엔(NMP:1-Methyl-2-Pyrrolidiene-C₅H₉NO)에 5~15wt% 농도를 조절하여 녹인 다음 유기물질과 무기물질을 혼합하여 1~2시간 교반해준 후 EL(Electro Luminescence)에 코팅한 후 50℃~70℃의 온도에서 1~3시간 동안 건조오븐에서 건조시킨다.

이러한 모든 공정을 거쳐서 자동차 내장재 인스트루먼트 판넬 제작 공정의 조건, 즉 우레탄 발포 공정의 조건을 견딜 수 있게 제작하였다. 공정의 조건은 압력은 1~1.5kg/cm², 가공 온도는 우레탄액 온도는 23~26℃, 금형온도는 40~45℃ 이지만 우레탄액이 금형안에서 발포과정을 거칠때는 화학반응에 의한 발열로 내부온도는 80~90℃정도로 상승하게 된다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명은, 인듐틴옥사이드(ITO:Indium Tin Oxide) 필름위에 실버를 이용하여 전면전극(Bus bar)을 인쇄함으로서 저항을 줄일 수 있어서 대형 사이즈의 EL(Electro Luminescence) 제품을 생산할 수 있으며, 위와 같은 일련의 공정을 종래 기술에서 문제점으로 지적되고 있는 전기저항이 높게 상승함으로서 대형 사이즈의 생산이 불가능한 기술적인 종래의 문제점을 해소함으로서 대형 사이즈의 생산, 가공조건이 어려운 공정에 적용이 가능하여 각종의 다양한 산업분야에 걸쳐서 범용화할 수 있을 뿐만 아니라 수분차단 특성이 우수한 고분자인 폴리염화비닐리덴(PVDC: Polyvinylidene chloride)을 졸-겔 공법(Sol-gel Process)을 이용하여 무기/유기 혼성박막을 형성시켜 수분차단 특성이 우수하고 그에 따른 수명향상과 고른 휘도(Brightness)를 나타내는 EL 램프를 제조할 수 있으므로 기대되는 가치가 대단히 우수한 발명이다.

Claims

투명 저도막내에 불순물 등을 제거하여 인듐틴옥사이드(ITO)가 도포된 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 필름을 5~10초 동안 세척한 후, 증류수 중성세제 혼합액으로 1분간 초음파 세척하고, 5~10초 동안 40℃의 증류수로 스프레이하여 1분간 초음파 세척한 다음 수분을 제거한 후 100℃의 온도로 5~10분간 건조하며, 다시 140℃에서 40분간 건조하는 인듐틴옥사이드 필름의 전처리 단계와,

상기 투명전극인 인듐틴옥사이드 필름에 전면전극(ITO film + Bus bar)을 실버패이스트 (Silver paste)로 실크스크린 인쇄하고, 건조오븐에서 130℃의 온도로 약 30분간 건조하여 건조후의 두께가 8~16㎛ 정도 유지되도록 하는 단계와,

형광층(Phosphor layer) 빛의 밝기와 수명단축을 방지하기 위해 형광입자를 규소로 봉합한 파우더를 300~400rpm으로 90분간 섞어 실크스크린 인쇄를 하고 IR 130℃ 온도로 3m/min로 건조하여 두께가 38~40㎛이 되도록 하는 단계와,

티탄산바륨(BaTiO₃)을 이용하여 유전층(Dielectric layer)을 인쇄하되, 두 번 인쇄후 10분간 자연방치 후 한 번 인쇄하는 과정을 2회 반복하며, 다음으로 두 번째 인쇄와 같은 방법으로 2회 인쇄하여 모든 인쇄를 마친 두께는 10~15㎛이 되도록 하되, 상기 유전층은 전면전극 공정에서 인쇄된 실버라인을 덮게 인쇄하며, 형광층의 외곽까지 인쇄하여 배면전극과 전면전극의 이동을 방지하는 단계와,

스크린 인쇄법을 이용하여 실버패이스트를 인쇄하여 전면전극 공정과 같은 라인을 형성시키되, 8~16㎛의 두께로 인쇄하여 건조오븐에서 130℃의 온도로 30분동안 건조시키는 배면전극(Rear electrode) 단계와,

상기 배면전극 위에 보호층(Protecting layer)을 실크스크린으로 인쇄하되, 인쇄는 IR 잉크와 경화제 비율 100g : 2g의 비율로 섞어 인쇄하며, 상기 IR 인쇄는 130℃의 조건에서 2.5m/min의 조건으로 건조하는 단계와,

폭 3~8mm의 구리 테이프를 전면전극과 배면전극 위 양단에 부착하고, 졸-겔 공정(Sol-gel Process)을 이용한 규소/폴리염화비닐리덴을 혼합하여 1~2시간 교반해준 후 EL 시트에 코팅한 후 50℃~70℃의 온도에서 1~3시간 동안 건조오븐에서 건조하는 단계를 포함하는 단계로 수분차단 효과를 극대화 시켰으며,

인스트루먼트 판넬 제작공정에 우레탄 발포 공정의 조건, 압력은 1~1.5kg/cm², 온도는 우레탄액 온도는 23~26℃, 금형온도는 40~45℃ 이지만 우레탄액이 금형안에서 발포과정을 거칠때는 화학반응에 의한 발열로 내부온도는 80~90℃정도로 상승해도 견디어 낼수 있는 자동차 내장재 적용 전기발광(EL) 시트 제조방법