KR101606320B1 - 아조벤젠 결합 pvdf필름을 이용하는 필름 스피커 및 그 제조방법 - Google Patents
아조벤젠 결합 pvdf필름을 이용하는 필름 스피커 및 그 제조방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 아조벤젠 결합 PVDF필름을 이용하는 필름 스피커 및 그 제조방법에 대한 것이다. 본 발명의 일예와 관련된 필름스피커는 압전필름상에 전도성 물질을 코팅하여 이루어지는 필름스피커유니트와 상기 필름스피커유니트를 구동하기 위한 스피커구동수단을 포함하는 필름스피커에 있어서, 상기 필름스피커유니트와 상기 스피커구동수단은 액자형상의 고정부재에 고정되고, 상기 압전필름은 아조벤젠 및 PVDF가 결합된 PVDF-아조벤젠 폴리머 필름일 수 있다.
Description
본 발명은 아조벤젠 결합 PVDF필름을 이용하는 필름 스피커 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 높은 강유전성을 갖는 β상의 PVDF필름 이용하는 압전스피커를 용이하게 제조하기 위해 아조벤젠을 이용하는 제조방법 및 그 제조방법에 따라 제조된 압전스피커에 관한 것이다.
일반적으로 압전 소자는 전기적 에너지와 기계적 에너지를 서로 간에 변화시킬 수 있는 특성을 지닌 소자를 말하며, 압전 스피커는 이러한 압전 소자의 기계적 움직임을 음향적으로 변환시켜서 원하는 주파수 대역의 음향을 발생시키는 음향 부품의 대표적인 제품이다.
스피커는 기존의 VCM(Voice Coil Motor)스피커에 비해 얇고 가벼우며 전력소모가 적은 장점이 있어 휴대단말기, PDA와 같은 휴대전자기기등의 응용이 늘고 있는 추세이다.
종래의 압전 스피커에는 금속 진동판 상부에 압전체를 덧붙여 제작하는 방식의 압전 스피커와, PVDF(Polyvinylidene Fluoride)와 같은 압전 재료를 필름 형태로 제조한 필름형 압전 스피커 등이 있다.
이 중, 금속 진동판을 이용하는 압전 스피커는, 대한민국공개특허 10-2001-0030510에 제시된 바와 같이, 금속진동판 상부에 압전체가 부착된 구조이다. 이러한 종래의 압전 스피커는 진동판이 금속으로 이루어져 있기 때문에, 출력 음압 레벨(sound pressure level)이 낮고, 저주파수대의 음을 재생하기 어려운 문제가 있다. 또한, 진동판을 지지하는 프레임으로부터 불필요한 공진 또는 반진동이 발생되며, 이에 높은 전고주파왜곡(THD: total harmonic distortion) 문제가 발생된다.
또한, 필름형 압전 스피커의 경우, 압전성을 띄는 PVDF 필름을 사용해야 하므로 β상의 PVDF 필름이 필요하다.
현재까지 β-상의 PVDF 필름을 가장 용이하게 얻는 방법으로는 용융공정을 거쳐 제조된 α-결정 필름을 일축 또는 이축으로 연신하는 방법이 이용되고 있다. 그러나, 실제 공정에서는 연신비가 한계가 있기 때문에 β-상만을 함유한 시료를 제조하는 것은 매우 어려운 문제가 있다. 또한, 현재까지의 연구에서는 연신하지 않은 PVDF 시료가 β-상을 갖게하는 것은 거의 불가능한 것으로 알려져 있고, PVDF 시료를 강유전고분자메모리로 사용하기 위해서, 두께 200 nm 이하의 박막으로 제조하는 경우에는 연신공정을 통하여 β-상을 갖게 할 수 없는 문제가 있다.
한편, 최근 β-상을 증가시키는 방법이 보고된 바 있으며, PVDF의 극성유기용액에 AgNO3를 첨가하는 방법(A.Tawansi, A. H. Oraby, S. I. Badr, and I. S. Elashmawi, Polym. Int., 53, 370 (2004)), 클레이를 첨가하는 방법 (K. P. Pramoda, A. Mohamed, I. Y. Phang, and T. Liu, Polym Int., 54, 226(2005); J. Buckley, etal, Polymer, 47, 2411 (2006)), TBAC(tetrabutyl ammonium chloride)를 첨가하는 방법 (W. A. Yee,M.Kotaki, Y. Liu, and X. Lu, Polymer, 48, 512 (2007)), 극성용제를 사용하여 용액주조 온도를 70 ℃ 이하로 하는 방법 (R. Gregorio, Jr., J. Appl. Polym. Sci., 100, 3272 (2006)) 등이 있고, PVDF계 공중합체 고분자를 이용하는 방법 등이 보고된 바 있다.
그러나, 상기 방법들은 첨가제 비용이 크거나, 첨가제를 필름에서 제거하기 어렵고, 재현성 있는 결과를 얻기 어려운 문제가 있다. 또한, 상기 첨가제를 제거하지 않는 경우에는 PVDF 필름의 전기적, 물리적 성질이 저하될 수 있는 문제가 있다.
이에, 본 발명자는 트랜스형 β-상의 PVDF 필름을 효율적으로 제조하기 위해 기하 이성질체를 갖는 아조벤젠을 이용하여 β-상 PVDF로 필름을 용이하게 제조하고 이러한 PVDF 필름을 이용하는 필름 스피커를 제안하고자 한다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 우수한 압전성을 가지는 β-상의 PVDF 필름를 용이하게 제조하기 위해 아조벤젠을 이용하고, 이와 같이 제조된 PVDF-아조벤젠 폴리머 필름을 이용하는 필름 스피커를 사용자에게 제공하는 데 그 목적이 있다.
또한, 조사되는 빛에 따라 출력 특성이 바뀌는 필름 스피커를 사용자에게 제공하는 데 그 목적이 있다.
한편, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 과제를 실현하기 위한 본 발명의 일예와 관련된 필름스피커는 압전필름상에 전도성 물질을 코팅하여 이루어지는 필름스피커유니트와 상기 필름스피커유니트를 구동하기 위한 스피커구동수단을 포함하는 필름스피커에 있어서, 상기 필름스피커유니트와 상기 스피커구동수단은 액자형상의 고정부재에 고정되고, 상기 압전필름은 아조벤젠 및 PVDF가 결합된 PVDF-아조벤젠 폴리머 필름일 수 있다.
또한, 상기 PVDF-아조벤젠 폴리머 필름은 PVDF와 아조벤젠인 용해된 용액의 용매가 증발되어 제조될 수 있다.
또한,상기 용매는 극성 용매일 수 있다.
또한,상기 극성 용매는 에틸아세테이트, THF(Tetrahydrofuran), 부틸 알콜(butyl alcohol), IPA(isopropyl antipyrine), 아세톤(acetone) 및 또한,아세토니트릴(acetonitrile) 중 적어도 어느 하나 수 있다.
또한,상기 용액은 탄소나노튜브(CNT)를 더 포함할 수 있다.
또한,상기 탄소나노튜브는 상기 용액에 대하여 0.01 내지 0.1 중량%로 포함될 수 있다.
또한,상기 용액은 메탈 파티클을 더 포함할 수 있다.
또한,상기 용매가 증발될 시 상기 용액 위로 기체의 유동이 형성될 수 있다.
또한,상기 기체는 불활성 기체일 수 있다.
또한,상기 고정부재는 필름스피커유니트를 고정하는 프레임과, 상기 프레임을 지지하는 지지대를 포함하고, 상기 프레임의 상측에는 수납홈이 구비될 수 있다.
한편, 상술한 과제를 실현하기 위한 본 발명의 일예와 관련된 필름스피커 제조방법은 압전필름을 구비하는 단계; 상기 압전필름의 양면에 전도성 물질을 코팅하는 단계; 및 상기 코팅된 양 전도성 물질 상에 전극을 형성하는 단계;를 포함하되, 상기 압전필름은 PVDF-아조벤젠 폴리머 필름이고, 상기 압전필름을 구비하는 단계는, PVDF와 아조벤젠을 중합하여 PVDF-아조벤젠 폴리머 용액을 제조하는 제 1 단계; 상기 PVDF-아조벤젠 폴리머 용액을 기판 상에 도포하는 제 2 단계; 상기 PVDF-아조벤젠 폴리머 용액의 용매를 증발시켜 PVDF-아조벤젠 폴리머 필름을 형성하는 제 3 단계; 및 상기 기판을 상기 PVDF-아조벤젠 폴리머 필름으로부터 분리하는 제 4 단계;를 포함할 수 있다.
또한, 제 1 단계는, PVDF 용액과 아조벤젠 용액을 혼합하는 방법, PVDF 용액에 아조벤젠을 분산시키는 방법 및 아조벤젠 용액에 PVDF를 분산시키는 방법 중 어느 하나의 방법을 사용할 수 있다.
또한, 상기 PVDF 용액의 용매는 MIBK (methyl isobutyl ketone), MEK (methyl ethyl ketone),NMP(N-Methyl-2-pyrrolidone), DMF (dimethylformamide) 및 DME(dimethyl ether) 중 적어도 어느 하나일 수 있다.
또한, 상기 아조벤젠 용액의 용매는, 극성 용매일 수 있다.
또한, 상기 아조벤젠 용액의 용매는, 에틸아세테이트, THF(Tetrahydrofuran), 부틸 알콜(butyl alcohol), IPA(isopropyl antipyrine), 아세톤(acetone) 및 아세토니트릴(acetonitrile) 중 적어도 어느 하나일 수 있다.
또한, 상기 제 1 단계는, 상기 PVDF-아조벤젠 폴리머 용액에 탄소나노튜브(CNT)를 분산시키는 것을 포함할 수 있다.
또한, 상기 탄소나노튜브는 상기 PVDF-아조벤젠 폴리머 용액에 대하여 0.01 내지 0.1 중량%일 수 있다.
또한, 상기 제 1 단계는, 상기 PVDF-아조벤젠 폴리머 용액에 메탈 파티클(metal particle)을 분산시키는 것을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제 1 단계 후,상기 PVDF-아조벤젠 폴리머 용액에 가시광선을 조사하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
또한, 제 2 단계에서, 어플리케이터를 사용하는 방법, 바코터를 사용하는 방법 및 스핀 코팅 방법 중 적어도 하나의 방법을 사용할 수 있다.
또한, 상기 기판은 친수성 코팅 처리된 재질로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 기판은 유리 또는 폴리머로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 제 3 단계에서, 상기 PVDF-아조벤젠 폴리머 용액 위로 기체의 유동을 만들어 상기 용매의 균일한 휘발을 유도할 수 있다.
또한, 상기 기체는 불활성 기체일 수 있다.
또한, 상기 제 3 단계 후, 상기 PVDF-아조벤젠 폴리머 필름에 지지막을 접합하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 지지막은 실리콘 일래스토머(silicone elastomer) 및 PDMS(polydimethylsiloxane) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 상기 지지막은 PET(polyethylene terephthalate) 필름 상에 실리콘 일래스토머(silicone elastomer) 및 PDMS(polydimethylsiloxane) 중 적어도 하나를 코팅하여 형성될 수 있다.
또한, 상기 제 4 단계 전, 상기 PVDF-아조벤젠 폴리머 필름과 상기 기판 사이의 접착력을 약화시키는 단계;를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 PVDF-아조벤젠 폴리머 필름과 상기 기판 사이의 접착력을 약화시키는 단계에서,상기 기판과 상기 PVDF-아조벤젠 폴리머 필름에 습윤 환경을 제공할 수 있다.
또한, 상기 습윤 환경은 물, 증류수(distilled water), 탈이온수(deionized water) 또는 IPA(isopropyl alcohol)을 사용할 수 있다.
또한, 상기 제 4 단계 후, 풀림(annealing) 공정을 더 수행할 수 있다.
또한, 상기 제 4 단계 후, 폴링(electrical poling) 공정을 더 수행할 수 있다.
본 발명은 우수한 압전성을 가지는 β-상의 PVDF 필름를 용이하게 제조하기 위해 아조벤젠을 이용하고, 이와 같이 제조된 PVDF-아조벤젠 폴리머 필름을 이용하는 필름 스피커를 사용자에게 제공할 수 있다.
또한, 조사되는 빛에 따라 출력 특성이 바뀌는 필름 스피커를 사용자에게 제공할 수 있다.
한편, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 일실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석 되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 필름스피커의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 필름스피커의 형상을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 필름스피커유니트의 구성을 나타내는 분리사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시례에 따른 PVDF-아조벤젠 폴리머 필름 제조방법을 나타낸 순서도이다.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 일 실시례에 따라 PVDF-아조벤젠 폴리머 용액을 제조하는 것을 나타낸 그림이다.
도 6a는 트랜스형 아조벤젠의 화학구조를 나타내고, 도 6b는 시스형 아조벤젠의 화학구조를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 일 실시례에 따라 PVDF-아조벤젠 폴리머 용액에 가시광선을 조사하는 것을 나타낸 그림이다.
도 8a는 본 발명의 일 실시례에 따라 기판에 PVDF-아조벤젠 폴리머 용액이 도포된 것을 나타내고, 도 8b는 본 발명의 일 실시례에 따라 어플리케이터를 사용하여 PVDF-아조벤젠 폴리머 용액을 균일한 두께로 형성하는 것을 나타낸다.
도 9는 본 발명의 일 실시례에 따라 PVDF-아조벤젠 폴리머 용액의 용매가 증발되는 것을 나타낸다.
도 10은 본 발명의 일 실시례에 따라 지지막이 PVDF-아조벤젠 필름위에 지지막이 접합된 것을 나타낸다.
도 11은 본 발명의 일 실시례에 따라 필름을 분리하기 위해 습윤 환경을 조성한 것을 나타낸다.
도 12a는 본 발명의 일 실시례에 따라 PVDF-아조벤젠 폴리머 필름이 기판으로부터 분리되는 것을 나타낸다.
도 12b는 본 발명의 일 실시례에 따라 제조된 PVDF-아조벤젠 폴리머 필름이 접합된 전사막(TF)을 나타낸다.
도 13은 본 발명의 일 실시례에 따라 제조한 PVDF-아조벤젠의 화학구조이다.
도 14는 본 발명의 일 실시례에 따라 제조한 PVDF-아조벤젠의 다른 화학구조이다.
도 15a 내지 도 15c는 본 발명의 일 실시예에 따른 여러 형태의 필름스피커유니트를 나타낸다.
도 16 및 도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 필름스피커의 형상을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 필름스피커의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 필름스피커의 형상을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 필름스피커유니트의 구성을 나타내는 분리사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시례에 따른 PVDF-아조벤젠 폴리머 필름 제조방법을 나타낸 순서도이다.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 일 실시례에 따라 PVDF-아조벤젠 폴리머 용액을 제조하는 것을 나타낸 그림이다.
도 6a는 트랜스형 아조벤젠의 화학구조를 나타내고, 도 6b는 시스형 아조벤젠의 화학구조를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 일 실시례에 따라 PVDF-아조벤젠 폴리머 용액에 가시광선을 조사하는 것을 나타낸 그림이다.
도 8a는 본 발명의 일 실시례에 따라 기판에 PVDF-아조벤젠 폴리머 용액이 도포된 것을 나타내고, 도 8b는 본 발명의 일 실시례에 따라 어플리케이터를 사용하여 PVDF-아조벤젠 폴리머 용액을 균일한 두께로 형성하는 것을 나타낸다.
도 9는 본 발명의 일 실시례에 따라 PVDF-아조벤젠 폴리머 용액의 용매가 증발되는 것을 나타낸다.
도 10은 본 발명의 일 실시례에 따라 지지막이 PVDF-아조벤젠 필름위에 지지막이 접합된 것을 나타낸다.
도 11은 본 발명의 일 실시례에 따라 필름을 분리하기 위해 습윤 환경을 조성한 것을 나타낸다.
도 12a는 본 발명의 일 실시례에 따라 PVDF-아조벤젠 폴리머 필름이 기판으로부터 분리되는 것을 나타낸다.
도 12b는 본 발명의 일 실시례에 따라 제조된 PVDF-아조벤젠 폴리머 필름이 접합된 전사막(TF)을 나타낸다.
도 13은 본 발명의 일 실시례에 따라 제조한 PVDF-아조벤젠의 화학구조이다.
도 14는 본 발명의 일 실시례에 따라 제조한 PVDF-아조벤젠의 다른 화학구조이다.
도 15a 내지 도 15c는 본 발명의 일 실시예에 따른 여러 형태의 필름스피커유니트를 나타낸다.
도 16 및 도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 필름스피커의 형상을 나타낸다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 쉽게 실시할 수 있는 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 필름스피커의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 제1 실시예에 따른 필름스피커는 필름스피커유니트(100)와 이 필름스피커유니트(100)를 구동하기 위한 스피커구동수단(200)을 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 스피커구동수단(200)은 기본적으로 필름스피커구동을 위한 구동전원을 공급하는 전원부(210)를 포함하여 구성된다. 또한, 상기 스피커구동수단(200)은 도1에 도시된 바와 같이, 음향기기(A)로부터 입력되는 신호를 소정 레벨 증폭하는 증폭부(220) 및, 상기 증폭부(220)를 통해 인가되는 신호에 대한 임피던스 매칭을 수행하여 상기 필름스피커유니트(100)로 제공하는 트랜스포머(230)를 포함하여 구성될 수 있다.
즉, 음향기기로부터 제공되는 음성신호가 증폭부(220)를 통해 증폭된 후, 이 증폭된 음성신호가 트랜스포머(230)를 거치면서 음성신호에 대응되도록 전압이 증폭되어 필름스피커유니트(200)를 미세하게 진동시킴으로써, 필름스피커가 동작되게 된다.
또한, 상기 필름스피커유니트(100)와 스피커구동수단(200)은 도2에 도시된 바와 같이 고정부재(300)에 의해 고정유지되도록 구성된다.
이때, 상기 고정부재(300)는 액자형상으로 그 내측에 필름스피커유니트(100)가 고정결합되는 프레임(310)과 상기 프레임(310)을 지지하기 위한 지지대(320)를 구비하여 구성된다.
또한, 상기 프레임(310)은 일측, 바람직하게는 상측에 그림이나 사진 등을 수납할 수 있도록 수납홈(311)이 형성되어 구성될 수 있다. 이는 사용자가 자신이 원하는 그림이나 사진 등을 수납홈(311)을 통해 수납하여 필름스피커유니트(100)의 전면에 위치시킴으로써, 필름스피커를 인테리어 소품으로 이용할 수 있도록 하기 위함이다.
또한, 상기 지지대(320)의 내측에는 상기 필름스피커유니트(100)와 전기적으로 결합되는 스피커구동수단(200)이 구비될 수 있다.
한편, 상기 필름스피커유니트(100)는 절연체인 필름에 고주파 처리를 한 후, 그 일면 또는 양면에 전도성 물질을 코팅하고, 전도성물질의 상측에 전극을 형성하여 이루어진다.
도 3은 필름스피커유니트(100)의 구성을 예시한 도면으로, 필름스피커유니트(100)의 분리사시도이다.
도 3에 도시된 바와 같이 필름스피커유니트(100)는 압전필름(110)의 양측 표면에 전도성물질(120)이 각각 도포되고, 압전필름(110)의 양측에 형성된 전도성물질(120)에는 전극(130)이 각각 형성되며, 각 전극(130)의 일단에는 스피커구동수단(200)으로부터 인가되는 전원과 연결되는 단자(140)가 결합된다. 이때, 상기 압전필름(110)의 일측에 형성된 단자(140)에는 전원의 양극이 연결되고, 타측에 형성된 단자(140)에는 전원의 음극이 연결되어 압전필름(110)의 양측에 전원차를 형성하여 전압을 공급하게 된다.
또한, 상기 전극(130)은 전도성물질(120)의 테두리를 따라 연장형성되어 전도성물질(120)에 전원을 공급한다.
이때, 상기 전극(130)은 동선테이프를 이용하거나, 또는 실버페이스트나 전도성 혼합잉크를 프린팅하여 형성하는 다양한 방법으로 형성될 수 있다.
여기서, 상기 전도성물질(120)은 압전필름(110)의 테두리로부터 내측으로 소정 거리 이격하여 형성될 수 있다. 이는 압전필름(110)의 전도성물질(120)이 도포된 부분은 전압에 의해 진동하게 되지만, 전도성물질(120)이 도포되지 않은 부분은 전압의 공급을 받지 않게 되어 음이 압전필름(110)의 테두리부분에서 깨지는 현상을 방지하기 위함이다.
한편, 필름스피커유니트(100)를 구성하는 압전필름(110)으로는 PVDF 필름이 사용될 수 있다. 이러한 압전필름(110)은 압전성을 띄어야 공급되는 전원에 의해 음향출력을 낼 수 있다.
하지만 전술한 바와 같이 압전성을 띄는 β-상의 PVDF 필름을 제조하는 것은 어렵다. 이하에서는 β-상의 PVDF 필름을 용이하게 형성하기 위해 아조벤젠을 이용하는 PVDF-아조벤젠 폴리머 필름 제조 방법을 설명한다.
강유전 폴리머인 PVDF(polyvinylidene fluoride)는 전기장에 의해서 반복적으로 변환될 수 있는 쌍안정 잔류분극(bistable remanent polarization)을 가지기 때문에 압전스피커에 매우 유용하게 적용될 수 있다.
PVDF는 상당히 저렴하고, 화학적으로 불활성이며, 높은 온도에서 견딜 수 있으나, 4개(α,β,γ,δ)의 서로 다른 결정상 중 트랜스형의 β상만이 가장 좋은 강유전성을 나타낸다.
일반적으로, PVDF는 상온에서 만들어지고, 이 물질은 비극성상 속에서 결정화되기 때문에 상당히 거칠고 강유전 성질을 갖지 못한다. 따라서 트리플루오르에틸렌(trifluoroethylene)을 가진 PVDF 공중합체 (PVDF-TrFE))를 이용하는데, 이 물질은 만들기가 어렵고, 매우 비용이 많이 들며, 80℃ 이상의 온도에서 강유전성을 잃어버려 메모리 소자로써의 기능을 하지 못한다.
한편, 아조벤젠은 2개의 벤젠고리가 -N=N- 결합으로 연결된 분자이다. 질소의 비공유 전자쌍 때문에 아조벤젠은 시스형과 트랜스형의 두 가지 기하이성질체(geometric isomer)가 존재한다. 열역학적으로 상온에서는 트랜스형 아조벤젠이 상대적으로 더 안정하기 때문에 트랜스형 아조벤젠이 일반적인 상태에서 우세하게 존재한다. 하지만 트랜스형 아조벤젠에 자외선 영역의 빛을 조사하면 시스형 아조벤젠으로 이성질화가 일어난다. 이는 전이상태에서 시스형 아조벤젠이 더 안정하기 때문이다. 이러한 이성질화 반응은 빛에 의해 가역적으로 일어나는 특징을 가지고 있다.
따라서, 본 발명에서는 강유전체층으로 사용하기 위한 강유전성을 나타내는 트랜스형의 β상 PVDF 필름을 형성하기 위해서 기하이성질체를 갖는 아조벤젠을 이용한다. 즉, 일반적인 방법으로는 구현하기 어려운 강유전성 PVDF 필름을 아조벤젠을 이용함으로써 손쉽게 강유전체 필름을 제조하는 방법을 제안하고자 한다.
즉, 아조벤젠과 폴리머를 형성하는 PVDF를 제조하며, 상온에서 트랜스형 구조를 가지는 아조벤젠을 이용하여 PVDF가 트랜스형 구조가 되도록 하는 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시례에 따른 PVDF-아조벤젠 폴리머 필름 제조방법을 나타낸 순서도이다.
PVDF-아조벤젠 폴리머 용액(111)을 제조한다(S110).
PVDF-아조벤젠 폴리머 용액(111)을 제조하기 위해서 (i) PVDF 용액(111a)과 아조벤젠 용액(111b)을 혼합하는 방법, (ii) PVDF 용액(111a)에 아조벤젠을 분산시키는 방법 및 (iii) 아조벤젠 용액(111b)에 PVDF를 분산시키는 방법 중 어떠한 방법이든 사용할 수 있다.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 일 실시례에 따라 PVDF-아조벤젠 폴리머 용액을 제조하는 것을 나타낸 그림이다.
먼저, 도 5a는 (i) PVDF 용액(111a)과 아조벤젠 용액(111b)을 혼합하는 것으로서, PVDF를 용매에 용해시킨 용액과 아조벤젠을 용매에 용해시킨 용액을 따로 제조하여 두 용액을 혼합하는 것이다.
다음으로, 도 5b는 (ii) PVDF 용액(111a)에 아조벤젠을 분산시키는 것으로서, 아조벤젠을 용매에 용해시킨 용액에 PVDF 파우더 또는 펠릿 등을 분산시키는 것이다.
그리고 도 5c는 (iii) 아조벤젠 용액(111b)에 PVDF를 분산시키는 것으로서, PVDF를 용매에 용해시킨 용액에 아조벤젠 파우더 또는 펠릿 등을 분산시키는 것이다.
PVDF 용액(111a)을 만들기 위한 용매로는 MIBK (methyl isobutyl ketone), MEK (methyl ethyl ketone),NMP(N-Methyl-2-pyrrolidone), DMF (dimethylformamide) 및 DME(dimethyl ether) 등을 사용할 수 있다.
또한, 아조벤젠 용액(111b)을 만들기 위한 용매로는 헥산(n-hexane), 사이클로헥산(cyclohexane), 디옥산(1,4-dioxane), 벤젠(benzene), 톨루엔(toluene), 에틸에테르(ethyl ether), 에틸아세테이트, THF(Tetrahydrofuran), 부틸 알콜(butyl alcohol), IPA(isopropyl antipyrine), 아세톤(acetone) 및 아세토니트릴(acetonitrile) 등을 사용할 수 있다.
그런데 논문(아조벤젠 유도체의 이성질화 반응속도에 관한 연구, 대한화학회지, 1994)에 따르면 밀고-당기는 아조벤젠(pull-push azobenzene)은 시스형에서 트랜스형으로의 이성질화 반응이 극성 용매에서 더욱 빠르게 일어난다.
PVDF-아조벤젠은 pull-push 아조벤젠에 해당하므로 아조벤젠 용매를 사용할 때에는 극성용매를 사용하는 것이 바람직하고, 극성 용매로는 에틸아세테이트, THF(Tetrahydrofuran), 부틸 알콜(butyl alcohol), IPA(isopropyl antipyrine), 아세톤(acetone) 및 아세토니트릴(acetonitrile) 등이 있다.
이러한 극성 용매를 사용한다면 시스형으로 이루어진 아조벤젠은 더욱 빠르게 트랜스형으로 이성질화 할 것이다. 결과적으로, 아조벤젠이 트랜스형으로 형성되면 아조벤젠과 결합한 PVDF 또한 트랜스형으로 형성될 것이므로, 극성 용매를 사용하는 것이 트랜스형 아조벤젠을 제조하는 데 유리하다.
한편, PVDF-아조벤젠 용액(111b)에 탄소나노튜브(CNT)를 첨가할 수 있다. 일반적으로 전기 전도도 등의 전기적 특성이 우수한 것으로 알려진 탄소나노튜브(CNT)는 PVDF 필름에 첨가제로 첨가되는 경우, 압전특성을 향상시킬 수 있는 것으로 알려져 있다. 또한, 탄소나노튜브 뿐만 아니라 메탈 파티클(Metal Particle)을 첨가하는 경우에도 압전 특성을 향상시킬 수 있다.
따라서 PVDF-아조벤젠 용액(111b)에 탄소나노튜브(CNT) 또는 메탈 파티클을 첨가하면 압전특성이 향상된 PVDF-아조벤젠 폴리머 필름(113)을 얻을 수 있다.
한편, 탄소나노튜브는 PVDF-아조벤젠 용액(111b)에 대하여 0.01 내지 0.1 중량%의 비율로 분산되는 것이 바람직하다. 탄소나노튜브가 PVDF-아조벤젠 용액(111b)에 대하여 0.01 중량% 미만의 비율로 분산되는 경우에는 탄소나노튜브의 첨가로 인한 압전특성 향상효과가 미흡한 문제가 있고, 탄소나노튜브가 용액에 대하여 0.1 중량%를 초과하는 비율로 첨가되는 경우에는 상부전극과 하부전극간에 CNT를 통한 도통(THROUGH-HOLE)으로 인하여 압전 특성을 얻기 어려운 문제가 있다.
또한, 탄소나노튜브가 분산되는 양, 즉 PVDF-아조벤젠 폴리머 필름(113)으로 첨가되는 탄소나노튜브의 양에 따라 제조된 PVDF-아조벤젠 폴리머 필름(113)의 투명도(투과도)를 조절할 수 있다. 예를 들어, 0.01 중량%의 탄소나노튜브가 첨가되는 경우에는 PVDF 필름의 투명도가 높은 반면, 0.1 중량%의 탄소나노튜브가 첨가되는 경우에는 PVDF 필름의 투과도가 낮아질 수 있다. 따라서, PVDF-아조벤젠 폴리머 필름(113)의 용도에 따라 전기적 특성 및 투명도를 감안하여 탄소나노튜브의 첨가량을 적절히 조절할 수 있다.
이러한 탄소나노튜브를 분산시킬 때에는 초음파처리를 통해 용액에 균질하게 분산시킬 수 있다. 다만, 분산 방법은 이에 한정되는 것은 아니다.
다음으로, PVDF-아조벤젠 폴리머 용액(111)에 가시광선을 조사한다(S120).
도 7은 본 발명의 일 실시례에 따라 PVDF-아조벤젠 폴리머 용액에 가시광선을 조사하는 것을 나타낸 그림으로서, 도 7과 같이 용액에 가시광선을 조사할 수 있다.
전술한 바와 같이 아조벤젠은 빛에 따라 반응하는 감광성을 가진다.
즉, 상온에서 도 6a와 같은 트랜스형 아조벤젠이 우세하게 존재한다. 그러나 이러한 아조벤젠에 자외선을 조사하면 도 6b와 같은 시스형 아조벤젠으로 이성질화 반응이 일어난다. 그리고 시스형 아조벤젠에 가시광선을 조사하면 트랜스형 아조벤젠으로 변한다.
345 내지 380nm의 파장을 갖는 빛의 조사에 의해서는 트랜스형에서 시스형으로 변하고, 400 내지 460nm의 파장을 갖는 빛의 조사에 의하여 트랜스 형태에서 시스 형태로의 이성질화가 일어난다.
본 발명에서는 트랜스형 구조를 갖는 β상의 PVDF를 형성시키는 것이 목적이므로 가시광선을 조사하여 아조벤젠이 트랜스형 구조를 갖게 함으로써 PVDF 또한 트랜스형 구조를 갖도록 할 수 있다.
다음으로, PVDF-아조벤젠 폴리머 용액(111)을 기판(112) 상에 도포한다(S130).
용액이 도포되는 기판(112)은 친수성 코팅 처리된 유리 또는 폴리머로 이루어진 친수성 코팅 처리된 재질로 이루어질 수 있으며, 예를 들어, 유리 또는 폴리머로 이루어질 수 있다.
도 8a는 본 발명의 일 실시례에 따라 기판에 PVDF-아조벤젠 폴리머 용액이 도포된 것을 나타내고, 도 8b는 본 발명의 일 실시례에 따라 어플리케이터를 사용하여 PVDF-아조벤젠 폴리머 용액(111)을 균일한 두께로 형성하는 것을 나타낸다.
전 단계에서 제조한 PVDF-아조벤젠 폴리머 용액(111)을 도 8a와 같이 기판(112) 상에 도포하고 PVDF-아조벤젠 폴리머 용액(111)을 기판(112) 상에 균일한 두께(tw)로 도포하기 위해 어플리케이터(AP)를 사용할 수 있다. 이 뿐만 아니라 바코터(bar-coater)를 사용할 수 있고, 스핀 코팅 공법을 사용하여 도포된 용액이 균일하고 얇은 두께로 도포되도록 할 수 있다.
다음으로, PVDF-아조벤젠 폴리머 용액(111)의 용매를 증발시켜 PVDF-아조벤젠 폴리머 필름(113)을 형성한다(S140).
도 9는 본 발명의 일 실시례에 따라 PVDF-아조벤젠 폴리머 용액의 용매가 증발되는 것을 나타내는 것으로서, 도 9와 같이 용매를 증발시켜 두께 td의 PVDF-아조벤젠 폴리머 필름(113)이 형성된다. 이 때, 기판(112)을 가열하거나 PVDF-아조벤젠 폴리머 용액(111) 위로 기체의 유동을 만들어 용매의 휘발을 유도할 수 있으며, 예를 들어, N2, O2, Ar과 같은 불활성 기체의 일정한 유동을 만들어 용매를 균일하게 휘발시킬 수 있다.
이와 같이 용매가 증발되면 PVDF-아조벤젠 폴리머 필름(113)이 형성되어 필름을 기판(112)으로부터 분리시켜 사용할 수 있다. 다만, 이와 같이 형성된 필름을 분리시키기 위해 다음과 같은 단계를 더 수행할 수 있다.
PVDF-아조벤젠 폴리머 필름(113)에 지지막(114)을 접합한다(S150).
도 10은 본 발명의 일 실시례에 따라 지지막이 PVDF-아조벤젠 필름위에 지지막이 접합된 것을 나타내는 것으로서, 도 10과 같이 필름위에 지지막(114)을 접합시킬 수 있다.
지지막(114)은 실리콘 일래스토머(silicone elastomer) 또는 실리콘 일래스토머(silicone elastomer) 계열인 PDMS(polydimethylsiloxane)로 이루어질 수 있다. 또는, 지지막(114)(130)은 PET (polyethylene terephthalate)와 같은 재질의 폴리머 막 위에 실리콘 일래스토머(silicone elastomer)가 코팅된 형태이거나, PET (polyethyleneterephthalate)와 같은 재질의 폴리머 막 위에 PDMS (polydimethylsiloxane)가 코팅된 형태일 수 있다. 지지막(114)은 라미네이션 (lamination) 방법을 이용하여 PVDF-아조벤젠 폴리머 필름(113) 위에 접합될 수 있다.
다음으로, PVDF-아조벤젠 폴리머 필름(113)과 기판(112) 사이의 접착력을 약화시킨다(S160).
도 11은 본 발명의 일 실시례에 따라 필름을 분리하기 위해 습윤 환경을 조성한 것을 나타내는 것으로서, 필름을 기판(112)으로부터 분리하기 전 필름과 기판(112) 사이의 계면 접합력을 약화시키기 위해 습윤 환경(ME)을 조성할 수 있다. 예를 들어, 도시된 적층구조물을 증류수(distilled water)에 침수시킴으로써 기판(112)과 PVDF-아조벤젠 폴리머 필름(113) 사이의 계면을 따라 물분자가 확산되도록 할 수 있다. 습윤 환경(ME)은 물, 증류수(distilled water), 탈이온수(deionized water) 또는 IPA(isopropyl alcohol)을 사용하여 조성할 수 있다.
다음으로, 기판(112)을 PVDF-아조벤젠 폴리머 필름(113)으로부터 분리한다(S170).
도 12a와 같이 지지막(114)과 PVDF-아조벤젠 폴리머 필름(113)이 기판(112)으로부터 용이하게 분리될 수 있으며, 이에 따라, 도 12b와 같이, 지지막(114) 위에 PVDF-아조벤젠 폴리머 필름(113)이 접합된 전사막(TF)이 제조될 수 있다.
다음으로, 풀림(annealing) 공정을 수행한다(S180).
PVDF-아조벤젠 폴리머 필름(113)의 결정도 (crystallinity)를 향상시키기 위해 위의 풀림 (annealing) 공정을 추가할 수 있다. 이러한 풀림 공정의 시간과 온도를 최적화함으로써 PVDF-아조벤젠 폴리머 필름(113)의 구동성능을 향상시킬 수 있다.
또한, PVDF-아조벤젠 폴리머 필름(113)에 대해 폴링(electrical poling) 공정을 추가할 수 있다. 폴링 공정은 압전 물질(piezoelectric materials)의 양단에 고전압을 가하여 전기적으로 분극되어 있는 쌍극자(dipole)들의 집합(domain)을 일정한 방향으로 정렬하는 공정이다. 이러한 폴링 공정에 따라, PVDF-아조벤젠 폴리머 필름(113)의 압전성(piezoelectric characteristic)이 향상될 수 있다.
이하에서는 전술한 방법으로 제조한 PVDF-아조벤젠에 대해서 설명한다.
도 13은 본 발명의 일 실시례에 따라 제조한 PVDF-아조벤젠의 화학구조이다.
전술한 PVDF-아조벤젠 폴리머 필름 제조방법에 따르면 PVDF-아조벤젠은 도 13과 같은 트랜스형 구조를 가지며, PVDF의 결정상은 β상이 되어 좋은 강유전성을 띄게 된다.
또한, PVDF-아조벤젠은 광조사에 의해 시스-트랜스 이성질화 반응이 일어난다. 즉, 도 13과 화학구조를 갖는 PVDF-아조벤젠은 자외선에 노출됨으로 인해 도 14와 같이 화학구조가 바뀔 수 있다.
이로 인해, PVDF-아조벤젠은 도 13과 같은 구조를 가질 때와 다른 성질을 갖게 된다.
따라서 이와 같이 제조된 PVDF-아조벤젠 폴리머 필름을 사용하는 압전 스피커는 조사되는 빛에 따라 압전재료인 PVDF-아조벤젠 폴리머 필름의 특성이 변경되는 것을 이용하여 스피커의 출력특성이 조절될 수 있다.
즉, PVDF-아조벤젠 폴리머 필름에 자외선이 조사되는 경우 아조벤젠의 구조는 트랜스형에서 시스형으로 바뀌게 되고, 이에 따라 트랜스형 구조를 가지던 PVDF의 구조 또한 바뀌며, 이러한 PVDF-아조벤젠 폴리머 필름의 압전성이 바뀌어 압전 스피커의 출력 특성이 변경된다. 이와 같이 조사되는 빛에 따라 압전 스피커의 출력 특성이 변하므로 조사되는 빛에 따라 출력 특성을 변경할 수 있다.
또한, 상기 전도성 물질(120)은 다음과 같은 형태로 이루어질 수 있다.
1. 강유전무기물과 전기석 분말의 혼합.
2. 강유전무기물과 전기석 분말 및 유기물의 혼합.
3. 강유전무기물과 전기석 분말 및 강유전유기물의 혼합.
4. 강유전유기물과 전기석 분말의 혼합.
5. 강유전무기물과 전기석 분말 및 영구자석 분말의 혼합.
6. 강유전무기물과 전기석 분말, 영구자석 분말 및 유기물의 혼합.
7. 강유전무기물과 전기석 분말, 영구자석 분말 및 강유전유기물의 혼합.
8. 강유전유기물과 전기석 분말 및 영구자석 분말의 혼합.
여기서, 상기 혼합되는 물질의 혼합비율은 필요에 따라 적절하게 설정될 수 있다.
또한, 상기 강유전 무기물로서는 β상 PVDF가 될 수 있으며, 이는 PVDF를 제1 β상 형성온도로 상승시킨 후 제2 β상 형성온도로 급속 냉각하는 공정을 통해 이루어질 수 있다. 이때, 상기 β상 PVDF를 형성하는 제1 β상 PVDF 형성 온도는 약 200℃이고, 제2 β상 PVDF 형성온도는 약 65℃로 설정될 수 있다. 이와 같은 종래의 공정을 사용할 수 있을뿐 아니라, 전술한 아조벤젠을 이용하여 β상 PVDF를 형성하는 공정을 사용할 수도 있다.
또한, PVDF의 상태를 β상으로 전이시키기 위한 상전이 공정은 상술한 혼합물질을 필름(110)상에 형성된 상태에서 이루어진다. 이때, 상기한 상전이 공정은 필름(110)상에 강유전 혼합물질을 형성한 후 바로 수행하거나, 또는 필름스피커유니트(100)의 형성이 완료된 후 수행할 수 있다.
한편, 상기 강유전 물질과 전기석 분말의 혼합방법으로는
1. 강유전 물질의 분말과 전기석 분말을 혼합한 후, 이를 용매에 녹여서 혼합용액을 생성.
2. 강유전 물질 용액에 전기석 분말을 용해시켜 혼합용액을 생성.
3. 강유전 물질 용액에 전기석 분말의 용액을 혼합하여 혼합용액을 생성.
4. 강유전 물질의 분말과 전기석 분말을 혼합 및 소결하여 타겟을 생성.
등의 방법을 사용할 수 있다.
이때, 상기 강유전 물질과 전기석 분말의 혼합방식은 강유전 물질과 전기석 분말 및 영구자석 분말의 혼합에 대해서도 동일하게 적용할 수 있다.
또한, 상기 강유전 물질(120)에 혼합되는 강유전 무기물로는 예컨대 PZT가 사용될 수 있다.
한편, 상기 강유전 물질(120)은 다음과 같은 특성을 갖는다.
1. 무기물과 유기물의 혼합 용액을 이용하여 강유전체층을 형성하게 되므로, 잉크젯, 스핀코팅법 또는 스크린 인쇄 등을 이용하여 용이하게 강유전체층을 형성할 수 있게 된다.
2. 강유전체층의 형성온도가 대략 200도 이하로 낮아지게 되므로 유기물이나 종이 등과 같은 다양한 종류의 필름(110)상에 형성할 수 있게 된다.
상기한 강유전 물질(120)은 β상 PVDF를 포함하는 경우, 그 형성 온도가 낮기 때문에 필름으로서 Si, Ge 웨이퍼를 비롯하여, 종이, 파릴렌(Parylene) 등의 코팅재가 도포된 종이, 또는 유연성을 갖는 플라스틱 등의 유기물을 이용할 수 있다. 또한, 이때 이용가능한 유기물로서는 폴리이미드(PI), 폴리카보네이트(PC), 폴리에테르설폰(PES), 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리염화비닐(PVC), 폴리에틸렌(PE), 에틸렌 공중합체, 폴리프로필렌(PP), 프로필렌 공중합체, 폴리(4-메틸-1-펜텐)(TPX), 폴리아릴레이트(PAR), 폴리아세탈(POM), 폴리페닐렌옥사이드(PPO), 폴리설폰(PSF), 폴리페닐렌설파이드(PPS), 폴리염화비닐리덴(PVDC), 폴리초산비닐(PVAC), 폴리비닐알콜(PVAL), 폴리비닐아세탈, 폴리스티렌(PS), AS수지, ABS수지, 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 불소수지, 페놀수지(PF), 멜라민수지(MF), 우레아수지(UF),불포화폴리에스테르(UP), 에폭시수지(EP), 디알릴프탈레이트수지(DAP), 폴리우레탄(PUR), 폴리아미드(PA), 실리콘수지(SI) 또는 이것들의 혼합물 및 화합물을 이용할 수 있다.
한편, 본 발명자가 연구한 바에 따르면 상기한 강유전 물질에 대하여 전기석 분말이나 전기석 분말과 영구자석 분말을 혼합하게 되면 그 혼합비율에 따라 강유전물질의 자발분극값이 변동된다는 것이 확인되었다.
즉, 강유전 물질에 전기석 분말이나 전기석 분말과 영구자석 분말을 혼합하여 전도성 물질을 생성하는 경우, 혼합되는 전기석 분말이나 전기석 분말과 영구자석 분말의 중량에 따라 자발분극값이 변동되는 것을 이용하여 필요에 따라 강유전 물질에 혼합되는 전기석 분말이나 전기석 분말과 영구자석 분말의 중량비를 조절할 수 있다.
따라서, 본 발명에 있어서는 강유전물질에 혼합되는 전기석 분말이나 전기석 분말과 영구자석 분말의 중량비를 서로 다르게 설정하여 생성된 적어도 둘 이상의 서로 다른 특성을 갖는 전도성물질을 특정 패턴을 갖도록 필름상에 코팅하여 필름스피커유니트(100)를 구성함으로써, 보다 다양한 주파수대역에 대하여 출력특성이 양호한 필름스피커를 제작할 수 있게 된다.
예컨대, 필름스피커유니트(100)는 도 15a에 도시된 바와 같이 전도성물질(120)을 종방향(1201~120n)으로 순차배치 되도록 코팅하거나, 도 15b에 도시된 바와 같이 전도성물질(120)을 횡방향(1201~120m)으로 순차배치되도록 코팅하거나, 도 154c에 도시된 바와 같이 전도성물질(120)을 원형태(1201~120k)로 순차배치되도록 코팅하여 구성될 수 있다. 이때, 상기 적어도 둘 이상의 전도성물질(120)은 필름상에 순차적으로 인쇄하는 방식으로 코팅될 수 있다.
따라서, 본 발명에 의하면 저주파수대역에서 음원변화가 용이한 특성을 갖는 자발분극값을 갖도록 적절한 중량비의 전기석 분말이나 전기석 분말과 영구자석 분말과 강유전물질을 혼합하여 전도성물질을 구성함으로써, 저음대역에서 양호한 특성을 갖는 필름스피커의 제작이 가능하게 된다.
또한, 강한 음을 출력하기에 적절한 자발분극값을 갖도록 적절한 중량비의 전기석 분말이나 전기석 분말과 영구자석 분말과 강유전물질을 혼합하여 전도성물질을 구성함으로써, 음량이 보다 향상된 필름스피커의 제작이 가능하게 된다.
한편, 도 16은 본 발명의 제2 실시예에 따른 필름스피커의 형상을 도시한 것으로, 도시된 바와 같이 필름스피커유니트(500)는 하측이 개방된 형태의 원뿔형상으로 구성될 수 있다.
이때, 상기 필름스피커유니트(500)는 필름스피커를 구동하기 위한 스피커구동수단(600)을 통해 음향기기(700)와 결합되어 구성된다. 여기서, 상기 스피커구동수단(600)은 필름스피커유니트(500)와 일정 거리 이격된 위치에 배치될 수 있다.
또한, 상기 필름스피커유니트(500)는 상측에 하측 반경보다 작은 반경의 개방구를 형성하도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 필름스피커유니트(500)는 하측이 개방된 형태의 원뿔형상으로 된 지지수단(800)의 내측에 결합되어 구성될 수 있다.
또한, 상기 지지수단(600)의 내측에는 조명부재(900)가 추가로 결합되어 구성될 수 있다. 이때, 상기 조명부재(900)는 조명제어수단(B)을 통해 온/오프 제어된다.
즉, 상기 필름스피커는 예컨대 카페나 식당 등과 같은 테이블이 구비되는 장소에 설치되어 이용될 수 있는 바, 필름스피커유니트(500)와 조명부재(900)을 고정부재(800)를 통해 결합시켜 테이블의 상측에 배치시킴으로써, 조명과 스피커의 설치를 보다 간단히 하는 것이 가능하게 된다.
또한, 본 발명에 있어서는 도 17에 도시된 바와 같이 조명이 구비되는 테이블의 상측에 필름스피커유니트(500)를 배치하고, 해당 테이블의 음량 조절을 위한 음량제어수단(710)이 추가로 구비되어 음향기기(700)와 결합되도록 구성할 수 있다.
이때, 상기 음량제어수단(710)은 도시되지는 않았지만 볼륨 업/볼륨 다운의 음량조절키와 해당 필름스피커유니트(500)에 대한 식별코드를 저장하기 위한 정보저장부를 구비하여 구성된다. 즉, 상기 음량제어수단(710)은 사용자에 의해 선택된 음량조절정보와 필름스피커유니트 식별코드를 음향기기(700)로 제공하고, 이에 대해 음향기기(700)는 스피커구동수단(600)을 통해 해당 필름스피커유니트(500)의 출력음량을 조절하도록 구성된다.
또한, 상기 음량제어수단(710)은 무선모듈(미도시)을 구비하여 음향기기(700)와 무선통신을 수행하도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 음량제어수단(710)은 음향기기(700)와 통신하여 사용자에 의해 선택된 음악이 필름스피커유니트(100)를 통해 출력되도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 음량제어수단(710)은 도시되지는 않았지만 표시창을 구비하도록 구성되어 사용자에 의해 선택된 음량레벨이나 음악 종류 등을 표시출력할 수 있도록 구성되는 것도 가능하다.
또한, 본 발명에 있어서는 상기 원뿔형상의 필름스피커를 실외에 설치되는 파라솔에 적용하여 구성하는 것도 가능하다.
한편, 본 발명은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의해 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 케리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고, 본 발명을 구현하기 위한 기능적인(functional) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있다.
또한, 상기와 같이 설명된 장치 및 방법은 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
100,500 : 필름스피커유니트
110 : 압전필름
111 : PVDF-아조벤젠 폴리머 용액
111a : PVDF 용액
111b : 아조벤젠 용액
112 : 기판
113 : PVDF-아조벤젠 폴리머 필름
114 : 지지막
120 : 전도성물질
130 : 전극
140 : 단자
200,600 : 스피커구동수단
210 : 전원부
220 : 증폭부
230 : 트랜스포머
300,800 : 고정부재
310 : 프레임
311 : 수납홈
320 : 지지대
700 : 음향기기
110 : 압전필름
111 : PVDF-아조벤젠 폴리머 용액
111a : PVDF 용액
111b : 아조벤젠 용액
112 : 기판
113 : PVDF-아조벤젠 폴리머 필름
114 : 지지막
120 : 전도성물질
130 : 전극
140 : 단자
200,600 : 스피커구동수단
210 : 전원부
220 : 증폭부
230 : 트랜스포머
300,800 : 고정부재
310 : 프레임
311 : 수납홈
320 : 지지대
700 : 음향기기
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- 압전필름을 구비하는 단계;
상기 압전필름의 양면에 전도성 물질을 코팅하는 단계; 및
상기 코팅된 양 전도성 물질 상에 전극을 형성하는 단계;를 포함하되,
상기 압전필름은 PVDF-아조벤젠 폴리머 필름이고,
상기 압전필름을 구비하는 단계는,
PVDF와 아조벤젠을 중합하여 PVDF-아조벤젠 폴리머 용액을 제조하는 제 1 단계;
상기 PVDF-아조벤젠 폴리머 용액을 기판 상에 도포하는 제 2 단계;
상기 PVDF-아조벤젠 폴리머 용액의 용매를 증발시켜 PVDF-아조벤젠 폴리머 필름을 형성하는 제 3 단계; 및
상기 기판을 상기 PVDF-아조벤젠 폴리머 필름으로부터 분리하는 제 4 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 필름스피커 제조 방법. - 제 11 항에 있어서,
제 1 단계는,
PVDF 용액과 아조벤젠 용액을 혼합하는 방법, PVDF 용액에 아조벤젠을 분산시키는 방법 및 아조벤젠 용액에 PVDF를 분산시키는 방법 중 어느 하나의 방법을 사용하는 것을 특징으로 하는 필름스피커 제조 방법. - 제 12 항에 있어서,
상기 PVDF 용액의 용매는 MIBK (methyl isobutyl ketone), MEK (methyl ethyl ketone),NMP(N-Methyl-2-pyrrolidone), DMF (dimethylformamide) 및 DME(dimethyl ether) 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 필름스피커 제조 방법. - 제 12 항에 있어서,
상기 아조벤젠 용액의 용매는, 극성 용매인 것을 특징으로 하는 필름스피커 제조 방법. - 제 14 항에 있어서,
상기 아조벤젠 용액의 용매는, 에틸아세테이트, THF(Tetrahydrofuran), 부틸 알콜(butyl alcohol), IPA(isopropyl antipyrine), 아세톤(acetone) 및 아세토니트릴(acetonitrile) 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 필름스피커 제조 방법. - 제 15 항에 있어서,
상기 제 1 단계는,
상기 PVDF-아조벤젠 폴리머 용액에 탄소나노튜브(CNT)를 분산시키는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 필름스피커 제조 방법. - 제 16 항에 있어서,
상기 탄소나노튜브는 상기 PVDF-아조벤젠 폴리머 용액에 대하여 0.01 내지 0.1 중량%인 것을 특징으로 하는 필름스피커 제조 방법. - 제 11 항에 있어서,
상기 제 1 단계는,
상기 PVDF-아조벤젠 폴리머 용액에 메탈 파티클(metal particle)을 분산시키는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 필름스피커 제조 방법. - 제 11 항에 있어서,
상기 제 1 단계 후,
상기 PVDF-아조벤젠 폴리머 용액에 가시광선을 조사하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 필름스피커 제조 방법. - 제 11 항에 있어서,
제 2 단계에서,
어플리케이터를 사용하는 방법, 바코터를 사용하는 방법 및 스핀 코팅 방법 중 적어도 하나의 방법을 사용하는 것을 특징으로 하는 필름스피커 제조 방법. - 제 11 항에 있어서,
상기 기판은 친수성 코팅 처리된 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 필름스피커 제조 방법. - 제 21 항에 있어서,
상기 기판은 유리 또는 폴리머로 이루어진 것을 특징으로 하는 필름스피커 제조 방법. - 제 11 항에 있어서,
상기 제 3 단계에서,
상기 PVDF-아조벤젠 폴리머 용액 위로 기체의 유동을 만들어 상기 용매의 균일한 휘발을 유도하는 것을 특징으로 하는 필름스피커 제조 방법. - 제 23 항에 있어서,
상기 기체는 불활성 기체인 것을 특징으로 하는 필름스피커 제조 방법. - 제 11 항에 있어서,
상기 제 3 단계 후,
상기 PVDF-아조벤젠 폴리머 필름에 지지막을 접합하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 필름스피커 제조 방법. - 제 25 항에 있어서,
상기 지지막은 실리콘 일래스토머(silicone elastomer) 및 PDMS(polydimethylsiloxane) 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 필름스피커 제조 방법. - 제 26 항에 있어서,
상기 지지막은 PET(polyethylene terephthalate) 필름 상에 실리콘 일래스토머(silicone elastomer) 및 PDMS(polydimethylsiloxane) 중 적어도 하나를 코팅하여 형성되는 것을 특징으로 하는 필름스피커 제조 방법. - 제 11 항에 있어서,
상기 제 4 단계 전,
상기 PVDF-아조벤젠 폴리머 필름과 상기 기판 사이의 접착력을 약화시키는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 필름스피커 제조 방법. - 제 28 항에 있어서,
상기 PVDF-아조벤젠 폴리머 필름과 상기 기판 사이의 접착력을 약화시키는 단계에서,
상기 기판과 상기 PVDF-아조벤젠 폴리머 필름에 습윤 환경을 제공하는 것을 특징으로 하는 필름스피커 제조 방법. - 제 29 항에 있어서,
상기 습윤 환경은 물, 증류수(distilled water), 탈이온수(deionized water) 또는 IPA(isopropyl alcohol)을 사용하는 것을 특징으로 하는 필름스피커 제조 방법. - 제 11 항에 있어서,
상기 제 4 단계 후,
풀림(annealing) 공정을 더 수행하는 것을 특징으로 하는 필름스피커 제조 방법. - 제 11 항에 있어서,
상기 제 4 단계 후,
폴링(electrical poling) 공정을 더 수행하는 것을 특징으로 하는 필름스피커 제조 방법. - 필름스피커 제조 방법을 수행하기 위하여 디지털 처리 장치에 의해 실행될 수 있는 명령어들의 프로그램이 유형적으로 구현되어 있고, 상기 디지털 처리 장치에 의해 판독될 수 있는 기록매체에 있어서,
상기 필름스피커 제조 방법은,
압전필름을 구비하는 단계;
상기 압전필름의 양면에 전도성 물질을 코팅하는 단계; 및
상기 코팅된 양 전도성 물질 상에 전극을 형성하는 단계;를 포함하되,
상기 압전필름은 PVDF-아조벤젠 폴리머 필름이고,
상기 압전필름을 구비하는 단계는,
PVDF와 아조벤젠을 중합하여 PVDF-아조벤젠 폴리머 용액을 제조하는 제 1 단계;
상기 PVDF-아조벤젠 폴리머 용액을 기판 상에 도포하는 제 2 단계;
상기 PVDF-아조벤젠 폴리머 용액의 용매를 증발시켜 PVDF-아조벤젠 폴리머 필름을 형성하는 제 3 단계; 및
상기 기판을 상기 PVDF-아조벤젠 폴리머 필름으로부터 분리하는 제 4 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 기록매체.
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| CN112864200A (zh) * | 2021-01-12 | 2021-05-28 | 武汉华星光电半导体显示技术有限公司 | 显示面板及其制作方法 |
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| KR100869163B1 (ko) * | 2007-05-18 | 2008-11-19 | 한국전기연구원 | 탄소나노튜브와 바인더를 함유하는 투명전도성 필름의제조방법 및 이에 의해 제조된 투명전도성 필름 |
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