KR100887336B1 - 코로나 방식을 이용한 전대역 필름형 스피커 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 코로나 방식을 이용한 필름형 스피커에 관한 것으로서, 상기 코로나 방식을 이용한 필름형 스피커는, 코로나 방식을 이용하여 표면처리된 압전소자 필름; 전도성 고분자 0.5~50 중량부와 접착용 바인더(binder) 10~30 중량부 및 용매 20~89.5 중량부로 구성된 전도성 고분자 용액이 상기 압전소자 필름의 양면에 도포됨으로써 형성되어 50Ω ~ 2000Ω 범위 중 소정의 저항값을 가지면서 상기 압전소자 필름에 전원을 공급하는 고분자 전도체막; 상기 고분자 전도체막의 테두리를 따라 연장되어 형성되는 전극; 및 상기 전극으로부터 상기 고분자 전도체막의 외측으로 연장되어 형성되는 단자를 포함하여 이루어진다.
본 발명에 따르면, 압전소자 필름의 접착력이 향상되어 고분자 전도체막의 형성이 쉽다는 장점 및 압전소자 필름의 표면에 일정한 두께의 고분자 전도체막이 형성되어 균일한 음압의 음을 출력하게 된다는 장점이 있다. 또한, 기존의 필름형 스피커는 저음부분에서 재생이 어려웠으나 전도성고분자의 전도도를 획기적으로 낮춤으로서 400hz 이하에서도 평탄한 음압을 재생할 수 있다는 장점이 있다.
코로나 방전, 필름형 스피커, 압전 스피커, 평판 스피커, 두루마리스피커

Description

코로나 방식을 이용한 전대역 필름형 스피커{Film speaker using corona method}
도 1은 종래기술에 따른 필름 스피커의 전면도.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 코로나 방식을 이용한 필름형 스피커의 전면도.
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 코로나 방식을 이용한 필름형 스피커의 분해사시도.
도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 코로나 방식을 이용한 필름형 스피커의 고분자 전도체막의 저항값에 따른 주파수별 음압을 도시한 그래프.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
100 : 압전소자 시트 102 : 고분자 전도체막
104 : 동선 테이프 전극 106 : 동선 테이프 단자
200 : 압전소자 필름 202 : 고분자 전도체막
204 : 전극 206 : 단자
208 : 보강 테이프
본 발명은 코로나 방식을 이용한 필름형 스피커에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 접착성을 향상시키기 위해 코로나 방식을 이용하여 표면처리된 압전소자를 이용한 필름형 스피커 및 이를 이용한 음향장치에 관한 것이다.
근래에 들어 가전제품의 소형화, 박막화 추세에 따라 기존의 방식을 이용한 스피커를 대신하여 얇은 압전소자를 이용한 필름형 스피커가 개발되기 시작하였다. 필름형 스피커란, 전압을 가할 경우 기계적 진동을 일으키게 되는 압전소자의 특성을 이용하여 음향신호를 재생할 수 있도록 구성된 스피커를 말한다.
도 1은 종래기술에 따른 필름형 스피커의 전면도이다. 도 1에 도시된 바와 같이 종래기술에 의한 필름형 스피커는 전압에 의하여 기계적 진동을 일으키는 압전소자 시트(100)와 압전소자 시트(100) 양면에 도포된 고분자 전도체막(102)과 압전소자 시트(100) 양면에 도포된 각 고분자 전도체막(102)의 일측면에 형성된 동선 테이프 전극(104) 및 동선 테이프 단자(106)로 구성되어 있다. 따라서 동선 테이프로 형성된 단자(106)에 출력전압을 공급하게 되면, 동선 테이프 전극(104)이 고분자 전도체막(102)에 출력전압을 공급하고, 각 고분자 전도체막(102)의 전위차에 의해 전압차가 발생하며, 이러한 전압에 따라 압전소자 시트(100)가 진동되면서 고유의 음을 발생시키게 되는 것이다. 그러나 이러한 구성을 가진 종래기술에 따른 필름형 스피커의 압전소자 시트(100)는 그 화학적 특성으로 인하여 압전소자 시 트(100)에 전도성 고분자를 도포하여 고분자 전도체막(102)을 형성하기 힘들다는 문제점이 있었다. 또한, 전도성 고분자가 고르게 도포 되지 않아 불균일한 고분자 전도체막(102)이 형성되어 필름형 스피커의 출력이 일정하지 않으며, 일정한 수준의 음질이 보장되지 않는다는 문제점이 있었다. 또한, 기존의 필름형 스피커는 400Hz 이하에서 스피커로서 활용할 수 없는 문제점이 있었다.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여, 전도성 고분자 물질과의 결합력을 증대시키고, 고분자 전도체의 저항을 획기적으로 낮춤으로 400Hz 이하의 저음영역에서도 활용될 수 있는 필름형 스피커를 제공함을 목적으로 한다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 코로나 방식을 이용하여 표면처리된 압전소자 필름; 전도성 고분자 0.5~50 중량부와 접착용 바인더(binder) 10~30 중량부 및 용매 20~89.5 중량부로 구성된 전도성 고분자 용액이 상기 압전소자 필름의 양면에 도포됨으로써 형성되어 50Ω ~ 2000Ω 범위 중 소정의 저항값을 가지면서 상기 압전소자 필름에 전원을 공급하는 고분자 전도체막; 상기 고분자 전도체막의 테두리를 따라 연장되어 형성되는 전극; 및 상기 전극으로부터 상기 고분자 전도체막의 외측으로 연장되어 형성되는 단자를 포함하여 이루어지되, 상기 전도성 고분자는 polyaniline polythiophene, PEDOT, polypyrrole 및 PPV로 이루어진 그룹에서 선택된 어느 하나로 이루어지고, 상기 바인더는 아크릴, 우레탄, 에테르, 에스터, 에폭시, 아미드 및 이미드로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상의 관능기가 포함되며, 상기 용매는 메틸알콜, 에틸알콜, 이소프로필알콜, 노르말부탄올, 물, 톨루엔, 자일렌, 1-메틸-2-피롤리디논, 클로로포름, 에틸아세테이트, 2-메톡시에탄올, 에틸렌 글리콜, 폴리에틸렌 글리콜 및 디메틸술폭사이드로 이루어진 그룹에서 선택된 어느 하나가 또는 둘 이상이 혼합 사용되는 것을 특징으로 하는 코로나 방식을 이용한 필름형 스피커가 제공된다.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 에 대한 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 코로나 방식을 이용한 필름형 스피커의 전면도이고, 도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 코로나 방식을 이용한 필름형 스피커의 분해 사시도이다. 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 코로나 방식을 이용한 필름형 스피커에 대하여 상세히 설명한다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 코로나 방식을 이용한 필름형 스피커는 압전소자 필름(200), 고분자 전도체막(202), 전극(204) 및 단자(206)를 포함할 수 있다. 또한, 보다 바람직하게 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 코로나 방식을 이용한 필름형 스피커는 보강 테이프(208)를 더 포함할 수 있다.
압전소자 필름(200)은 입력되는 전압에 따라 기계적으로 진동하여 전압에 상응하는 음향을 출력하게 된다. 압전소자 필름(200)은 압전소자의 역압전 현상을 이용한 것으로서, 역압전 현상이란 압전성을 가지는 결정판에 고주파 전압을 걸면 판이 주기적으로 신축하며, 특히 전압의 주파수를 판의 고유진동수에 맞추면 공진하여 판이 강하게 진동하게 되어 음이 발생되는 현상을 말한다. 본 발명에서는 압전소자 필름(200)으로서 이소불화비닐(Poly Vinylidene Fluoride, PVDF) 필름을 이용하고 있으나, 이 이외에도 다양한 압전소자 필름이 사용될 수 있음은 당업자에게 자명할 것이다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 압전소자 필름(200)은 균일한 표면처리 및 접착력의 향상을 위하여 코로나 방식으로 표면처리된다. 코로나 방식(코로나 표면처리 방식)이란 코로나 방전기술을 이용하여 처리대상이 되는 필름의 표면의 접착력을 향상시키는 기술을 말한다. 통상적으로 압전소자 필름(200)으로 사용되는 PVDF 필름은 고유의 화학적 특성 및 낮은 표면 에너지로 인해 전도성 고분자 물질과의 접착성, 즉, 임계표면장력이 매우 낮은 특성을 가지게 된다. 이러한 압전소자 필름(200)을 코로나로 처리하게 되면, 코로나 내의 전하를 띤 입자들이 필름표면에 충돌함으로써 필름 표면이 산화된다. 따라서 표면산화에 의해 생성된 극성그룹, 예컨대 C=O, C-O-H, COOH, -COO-, -CO- 등에 의해 필름의 표면에너지가 증가되어 전도성 고분자 물질과의 친화력이 향상되어 필름의 접착성이 향상되게 된다.
또한, 코로나 처리에 의해 상기와 같은 화학적 극성그룹 이외에도 폴리머 분자 간의 가교구조가 형성되어 접착성의 향상이 얻어질 수도 있다. 코로나 표면처리는 통상적으로 코로나 방전이 이루어지는 양 전극 사이에 압전소자 필름(200)을 위치시키고, 양 전극에 일정한 전력을 공급하여 코로나 방전을 일으키는 방식으로 이루어진다. 코로나 표면처리에 대해서는 이미 공지된 기술을 이용하고 있으므로 더 이상의 상세한 설명은 생략한다.
고분자 전도체막(202)은 압전소자 필름(200)의 양측 표면에 형성되어 압전소자 필름(200)에 전압을 공급하게 된다. 고분자 전도체막(202)은 전도성 고분자로 구성되어 있으며, 이러한 특성으로 인하여 외부로부터 인가되는 전압을 압전소자 필름(200) 전체에 고르게 공급할 수 있게 된다.
도 3에 도시된 바와 같이 고분자 전도체막(202)은 압전소자 필름의 양측 표면에 전도성 고분자가 도포 되어 형성된다. 즉, 하나의 압전소자 필름(200)에 2개의 고분자 전도체막(202)이 형성되며, 일측의 고분자 전도체막(202)은 전원의 양극에 연결되고 타측의 고분자 전도체막(202)은 전원의 음극에 연결되어 압전소자 필름(200)에 양측에 전위차를 형성하여 전압을 공급하게 된다. 보다 바람직하게 본 발명에 따른 고분자 전도체막(202)은 압전소자 필름(200)의 테두리로부터 내측으로 소정 거리 이격되어 형성될 수 있다. 즉, 압전소자 필름(200)의 테두리로부터 내측으로 소정 거리를 이격하여 전도성 고분자를 도포하여, 고분자 전도체막(202)이 형성되지 않은 압전소자 필름(200)이 고분자 전도체막(202)이 형성된 압전소자 필름(200)의 사면 테두리를 둘러싸고 있는 형태로 고분자 전도체막(202)을 형성하게 되는 것이다. 이러한 방식으로 고분자 전도체막(202)이 형성되면, 고분자 전도체막(202)이 형성된 압전소자 필름(200)은 형성되는 전압에 의하여 진동하게 되지만, 고분자 전도체막(202)이 형성되지 않은 압전소자 필름(200)은 전압을 공급받지 아니하므로 진동을 하지 않게 된다. 따라서 고분자 전도체막(202)이 형성되지 않은 압전소자 필름(200)이 진동하는 고분자 전도체막(202)이 형성된 압전소자 필름(200)의 테두리 역할을 하게 되며, 이에 따라서 음이 압전소자 필름(200)의 테두리 부분에서 깨지는 현상이 방지될 수 있는 것이다.
또한, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 고분자 전도체막(202)은 20Ω ~ 2,000Ω 사이의 범위에서 특정한 저항값을 가지도록 구성될 수 있다. 통상적으로 고분자 전도체막(202)은 Polyaniline polythiophene, PEDOT, polypyrrole, PPV 등의 전도성 고분자로 구성되는데, 이러한 전도성 고분자를 다양한 방식으로 조합하거나, 또는, 전도성 고분자 이외에 일정한 저항성 물질을 첨가함으로써, 고분자 전도체막(202)의 저항값을 다양하게 변경할 수 있다. 이를 보다상세하게 설명하며, 고분자 전도체막(202)은 필요한 저항값에 따라 전도성 고분자 및 접착용 바인더를 일정 비율로 혼합한 전도성 고분자 용액을 기재 필름에 코팅함으로써 형성되며, 이때 상기 전도성 고분자 용액은 전도성 고분자 0.5 ~ 50 중량부, 접착용 바인더 10 ~ 30 중량부 및 용매 20 ~ 89.5 중량부로 구성된다. 이때 바인더는 압전소자 필름(200)과 고분자 전도체막(202)과의 밀착력 및 접착력을 향상시키는 역할을 하는데, 상기 바인더는 아크릴, 우레탄, 에테르, 에스터, 에폭시, 아미드, 이미드 등에서 선택된 하나이상의 관능기를 포함한다.
또한, 용매로는 메틸알콜, 에틸알콜, 이소프로필알콜, 노르말부탄올, 물, 톨루엔, 자일렌, 1-메틸-2-피롤리디논, 클로로포름, 에틸아세테이트, 2-메톡시에탄올, 에틸렌 글리콜, 폴리에틸렌 글리콜, 디메틸술폭사이드 중에서 선택된 1종류를 사용하거나 또는 상기 용매를 2종류 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
특히 에틸렌 글리콜, 폴리에틸렌 글리콜, 디메틸술폭사이드 등의 용매를 사용하여 전도성 고분자 용액을 제조할 경우에는 전도성 고분자의 저항값을 보다 낮출 수 있기 때문에 효과적이다. 또한, 상기 전도성 고분자 용액은 저항값을 낮추 기 위해서 금속 분말이나 카본블랙 또는 카본 나노튜브등을 일정함량 혼합하여 사용할 수 있다.
고분자 전도체막(202)의 저항값 변화에 따른 주파수별 음압 특성은 이후에 도 4를 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
전극(204)은 각 고분자 전도체막(202)의 테두리를 따라 연장되어 형성되어 고분자 전도체막(202)에 전원을 공급하게 된다. 보다 바람직하게 본 발명에 따른 전극(204)은 실버페이스트(Silver-Paste) 또는 전도성 혼합잉크를 고분자 전도체막(202)의 테두리를 따라 프린팅하여 형성된다. 통상적으로 필름형 스피커의 전극은 동선 테이프 이용하여 구성되었으나, 상술한 바와 같이 동선 테이프가 전도성 고분자막에 완전히 밀착되지 하기 때문에 동선 테이프 전극과 전도성 고분자막의 접점부분에 단락이 발생하는 문제점이 있었다. 본 발명에서는 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 동보다 전도율이 뛰어난 은이 포함된 실버페이스트 또는 전도성 혼합잉크를 나노기술을 이용하여 고분자 전도체막(202)에 프린팅함으로써 전극(204)을 고분자 전도체막(202)에 완전히 밀착시켜 형성하게 된다.
단자(206)는 전극(204)으로부터 고분자 전도체막(202)의 외측으로 연장되어 형성되며, 외부 전원공급원에 연결되어 전극(204)을 통하여 고분자 전도체막(202)에 전압을 공급하게 된다. 본 발명에 따른 단자(206)는 전극(204)의 대략 중앙부 또는 전극(204)의 모서리부분에 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 필름형 스피커는 단자(206)의 일측면에 형성되어 단자(206)를 지지하고, 단자(206)의 일측면을 절연하는 보강 테이프(208)를 더 포함할 수 있다. 단자(206)는 고분자 전도체막(202)의 외측으로 연장되어 형성되므로, 단자(206)의 양면이 모두 전도성을 띠고 있기 때문에 이로 인한 합선이나 누전 등을 방지하기 위하여 단자의 일측면을 절연시킬 수 있는 보강 테이프(208)를 부착하게 된다.
또한, 보강 테이프(208)는 단자(206)의 형태가 변형되지 않도록 단자를 지지하게 된다.
도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 코로나 방식을 이용한 필름형 스피커의 고분자 전도체막 저항값에 따른 주파수별 음압을 도시한 그래프이다. 도 4를 보다 상세하게 설명하면, 도 4는 고분자 전도체막(202)의 저항이 각각 60Ω, 100Ω, 400Ω, 800Ω, 1500Ω, 3000Ω, 5000Ω, 7000Ω인 경우, 본 발명에 따른 필름형 스피커로부터 출력되는 주파수별 음압을 도시한 그래프이다.
첨부된 도 4를 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 코로나 방식을 이용한 필름형 스피커의 저항값 변화에 따른 주파수별 음압특성에 대하여 상세히 설명한다. 일반적으로 스피커로부터 출력되는 음압이 72dB 정도일 때, 사용자에게 좋은 음질의 음향을 제공할 수 있게 된다. 따라서, 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 고분자 전도체막(202)의 저항값을 60Ω 이상 7000Ω 이하의 범위 내의 임의의 값으로 선택한 경우, 본 발명에 따른 필름형 스피커는 일정한 레벨의 음압(즉, 스피커로 이용될 수 있을 정도의 음향출력 특성)을 출력하게 된다. 따라서 필름형 스피커의 용도(저대역, 중대역, 고대역용 등)에 따라, 적절한 주파수대역에서 좋은 출력특성을 나타낼 수 있도록 고분자 전도체막(202)의 저항값을 조절할 수 있다. 즉, 800Hz 부터 2,000Hz 대역의 출력특성을 강화하고자 하는 경우, 고분자 전도체막(202)의 저항값이 400Ω 이상 1500Ω 이내의 범위에 속하도록, 고분자 전도체막(202)을 구성하는 전도성 고분자 및 저항성 물질을 조합하게 되는 것이다. 또한, 저대역 주파수의 응답특성을 향상시키기 위해서 고분자 전도체막(202)의 저항값은 50Ω 이상 200Ω 이내의 범위에 속하도록 구성될 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 고분자 전도체막(202)의 저항값이 50Ω 이상 200Ω 이내의 범위의 소정 저항값으로 구성되는 경우 400Hz 이하의 주파수 대역에서도 일정한 출력이 측정되는 반면, 고분자 전도체막(202)의 저항값이 400Ω으로 구성된 경우 100Hz 미만의 주파수 대역에서는 출력이 측정되지 않는 것을 확인할 수 있다. 따라서 저주파수 대역의 출력을 강화시키고자 하는 경우, 고분자 전도체막(202)의 저항값이 50Ω 이상 200Ω 이내의 범위에서 소정 저항값을 갖도록 고분자 전도체막(202)을 구성하는 것이 바람직하다.
상기한 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대해 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경 및 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청 구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 따르면 압전소자 필름의 접착력이 향상되어 고분자 전도체막의 형성이 쉽다는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따르면 압전소자 필름의 표면에 일정한 두께의 고분자 전도체막이 형성되어 균일한 음압의 음을 출력하게 된다는 장점이 있다.

Claims (7)

  1. 코로나 방식을 이용하여 표면처리된 압전소자 필름;
    전도성 고분자 0.5~50 중량부와 접착용 바인더(binder) 10~30 중량부 및 용매 20~89.5 중량부로 구성된 전도성 고분자 용액이 상기 압전소자 필름의 양면에 도포됨으로써 형성되어 50Ω ~ 2000Ω 범위 중 소정의 저항값을 가지면서 상기 압전소자 필름에 전원을 공급하는 고분자 전도체막;
    상기 고분자 전도체막의 테두리를 따라 연장되어 형성되는 전극; 및
    상기 전극으로부터 상기 고분자 전도체막의 외측으로 연장되어 형성되는 단자를 포함하여 이루어지되,
    상기 전도성 고분자는 polyaniline polythiophene, PEDOT, polypyrrole 및 PPV로 이루어진 그룹에서 선택된 어느 하나로 이루어지고,
    상기 바인더는 아크릴, 우레탄, 에테르, 에스터, 에폭시, 아미드 및 이미드로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상의 관능기가 포함되며,
    상기 용매는 메틸알콜, 에틸알콜, 이소프로필알콜, 노르말부탄올, 물, 톨루엔, 자일렌, 1-메틸-2-피롤리디논, 클로로포름, 에틸아세테이트, 2-메톡시에탄올, 에틸렌 글리콜, 폴리에틸렌 글리콜 및 디메틸술폭사이드로 이루어진 그룹에서 선택된 어느 하나가 또는 둘 이상이 혼합 사용되는 것을 특징으로 하는 코로나 방식을 이용한 필름형 스피커.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 고분자 전도체막은 상기 압전소자 필름의 테두리로부터 내측으로 이격되어 형성되는 것을 특징으로 하는 코로나 방식을 이용한 필름형 스피커.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 압전소자 필름은 이소불화비닐(PVDF, polyvinylidenflouride)로 형성되는 것을 특징으로 하는 코로나 방식을 이용한 필름형 스피커.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 고분자 전도체막은 저항값을 낮추도록 금속 분말, 카본블랙 및 카본 나노튜브로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상이 혼합되는 것을 특징으로 하는 코로나 방식을 이용한 필름형 스피커.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 고분자 전도체막의 저항값은 400Hz이하에서 스피커로 활용할시 50Ω ~ 200Ω 범위에서 소정의 저항값을 갖는 것을 특징으로 하는 코로나 방식을 이용한 필름형 스피커.
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