KR101022747B1 - 이어폰의 진동판 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이어폰의 진동판에 관한 것으로서, 이어폰의 진동판에 있어서, 베이스층; 상기 베이스층의 일 측면을 덮도록 형성되는 패턴층;을 포함하며, 상기 패턴층의 노출된 측면에는 돌출형성된 다수 개의 하이브리드패턴이 배열되는 것을 특징 한다. 이에 의하여, 진동판을 서로 다른 두께의 영역으로 구획하도록 하이브리드패턴을 형성하여 재생주파수 대역이 확장되는 이어폰의 진동판이 제공된다.

진동판, 다이어프램, 하이브리드패턴, 이어폰, 마이크로 스피커

Description

이어폰의 진동판{Diaphragm for Earphone}

본 발명은 이어폰의 진동판에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 이어폰의 내측에 설치되어 공기를 밀어내도록 운동하는 진동판의 일 측면에 하이브리드패턴을 형성하여 음향출력이 향상되고, 재생주파수 대역을 확장할 수 있으며, 특정 주파수의 음향적 특성을 변화시킬 수 있는 이어폰의 진동판에 관한 것이다.

일반적으로, 스피커에 설치되어 공기를 진동시키는 진동판은 그 재료의 물성에 따라 성능이 달라진다고 알려져 있으며, 대표적인 재료의 물성으로는 탄성계수, 밀도 및 내부손실이 있다.

탄성계수와 질량이 큰 진동판의 경우에는, 관성이 크기 때문에 음향발생을 위해 음향임피던스(acoustic impedance)를 크게 해 줘야 하는데 이 경우 변환되는 음향 효율이 낮아지는 문제점이 있다.

따라서, 진동판의 질량을 동일하게 하면서도 음향출력과 재생주파수 대역을 확장시킬 수 있는 좋은 진동판을 제조하는 것은 이어폰 음향기술의 또 다른 중요과제라 할 것이다.

이러한 진동판의 음향임피던스(ρc)를 공기의 음향임피던스(ρ₀c₀, ρ₀는 공기의 밀도, c₀은 공기 중에서 음속)에 최대한 가깝도록 최소화시키는 것이 바람직한 것이다. 여기서 음향임피던스는 ρc로 정의되며, ρ는 진동판의 밀도이고 c는 음속을 말한다.

한편, 종래 스피커에 구비되는 진동판의 경우에는 콘형으로 제작되었으나, 최근 휴대기기의 발달로 이어폰이 각광받으면서 이어폰에 구비되는 진동판은 이어폰 하우징의 물리적 크기의 제약으로 인해 박판형으로 제작되는 추세이다.

그런데, 이 같은 박판형 진동판은 종래 콘형 진동판에 비해 재생주파수 대역이 작고 낮은 음압을 나타내는 등 일반적으로 낮은 성능을 보이는 한계가 있다.

이에 따라, 박판형 진동판을 3층 이상의 형태로 제조하여 재생주파수 대역 등을 확장하고자 하였으나 재질적 한계로 인해 재생주파수 대역을 확장하는데 한계가 있었다.

또한, 박판형 진동판을 여러 개의 층을 갖는 형태(multi-layer)로 제조하여 특정 주파수대의 음향해상도를 높이는 방법이 사용되고 있으나, 범위가 좁고 특히 저음역대에서의 해상도를 향상시키는데는 큰 영향을 끼치지 못한다.

따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 진동판을 서로 다른 두께의 영역으로 구획하도록 하이브리드패턴을 형성하여 종래의 이어폰이 가진 음향적 특성을 향상시킬 수 있는 이어폰의 진동판을 제공함에 있다.

상기 목적은, 본 발명에 따라, 이어폰의 진동판에 있어서, 베이스층; 상기 베이스층의 일 측면을 덮도록 형성되는 패턴층;을 포함하며, 상기 패턴층의 노출된 측면에는 돌출형성된 다수 개의 하이브리드패턴이 배열되는 것을 특징으로 하는 이어폰의 진동판에 의해 달성된다.

여기서, 상기 하이브리드패턴은 연속적으로 형성되는 연속패턴 또는 불연속적으로 형성되는 불연속패턴 중 적어도 어느 하나로 형성되어 다수 개가 이격되어 배열될 수 있다.

또한, 상기 하이브리드패턴이 연속패턴인 경우, 상기 연속패턴의 높이와 폭이 상기 패턴층의 내측방향 또는 외측방향으로 순차적으로 커지거나 작아지도록 형성되며, 상기 하이브리드패턴이 불연속패턴인 경우, 상기 불연속패턴의 높이와 단면적이 상기 패턴층의 내측방향 또는 외측방향으로 순차적으로 커지거나 작아지도록 형성될 수 있다.

또한, 상기 패턴층은 두 영역으로 구획되며, 각 영역에는 상기 하이브리드패턴이 연속패턴으로 형성되되 일 영역의 연속패턴의 높이와 폭은 타 영역의 연속패턴의 높이와 폭이 서로 다르게 형성될 수 있다.

또한, 상기 패턴층은 두 영역으로 구획되며, 각 영역에는 상기 하이브리드패턴이 불연속패턴으로 형성되되 일 영역의 불연속패턴의 높이와 단면적은 타 영역의 불연속패턴의 높이와 단면적이 서로 다르게 형성될 수 있다.

한편, 상기 패턴층은 두 영역으로 구획되고, 각 영역에는 상기 하이브리드패턴 중 연속패턴과 불연속패턴이 각각 형성되되, 일 영역의 연속패턴의 높이와 폭은 타 영역의 연속패턴의 높이와 폭이 서로 다르게 형성되고, 일 영역 불연속패턴의 높이와 단면적은 타 영역의 불연속패턴의 높이와 단면적이 서로 다르게 형성될 수 있다.

이때, 상기 베이스층과 상기 패턴층은 동일한 재질로 마련되거나 서로 다른 재질로 마련될 수 있다.,

또한, 상기 베이스층과 상기 패턴층은 폴리머, 압전물질, 메탈(metal) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

또한, 상기 압전물질은 BaTiO_{3 ,} KNbO₃, Ba₂NaNb₅O₅, LiNbO₃, SrTiO₃, Pb(ZrTi)O₃, Pb₂KNb₅O₁₅, LiTaO₃, BiFeO₃, NaxWO₃, ZnO, PVDF(Polyvinylidene fluoride) 중 적어도 어느 하나일 수 있다.

또한, 상기 메탈(metal)은 Au, Ag, Al, Cu, Ti, Zn, Fe, Mn, Cr 중 적어도 어느 하나일 수 있다.

한편, 상기 하이브리드패턴은 포토리소그래피법 또는 임프린트 리소그래피법으로 형성될 수 있다.

본 발명에 따르면, 진동판을 서로 다른 두께의 영역으로 구획하는 하이브리드패턴을 형성하여 재생주파수 대역이 확장되는 이어폰의 진동판이 제공된다.

설명에 앞서, 여러 실시예에 있어서, 동일한 구성을 가지는 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 사용하여 대표적으로 제1실시예에서 설명하고, 그 외의 실시예에서는 제1실시예와 다른 구성에 대해서 설명하기로 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 제1실시예에 따른 이어폰의 진동판에 대하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 이어폰의 진동판의 사시도이고, 도 2는 도 1의 Ⅰ-Ⅰ'의 단면도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 이어폰의 진동판(100)은 베이스층(10)과 패턴층(20)을 포함하여 구성된다.

상기 베이스층(10)은 0.3㎛ ~ 50㎛의 두께를 가진 박판형태로 마련되며, 재생주파수 중 효과를 증대시키고자 하는 음역대의 구현에 유리하도록 재질을 결정한다.

여기서 이용되는 재질은 재생주파수 중 중간 음역대를 구현하는 폴리머와 압 전물질 또는 고음의 특정 음역대를 구현하는 메탈 중 하나 이상을 포함할 수 있다.

즉, 폴리머는 PMMA(Poly Methyl MethAcrylate), PUA(Poly Urethane Acrylate), PVA(Poly Vinyl Alcohol), 폴리에스테르(PET), 폴리프로필렌(PP), 폴리카보네이트(PC), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리에테르 에테르 케톤(PEEK), 폴리메틸펜텐(TPX), 폴리이미드(PI), 폴리에테르 이미드(PEI), 액정 폴리머(LCP) 등에서 선택될 수 있다.

또한, 압전물질은 BaTiO_{3 ,} KNbO₃, Ba₂NaNb₅O₅, LiNbO₃, SrTiO₃, Pb(ZrTi)O₃, Pb₂KNb₅O₁₅, LiTaO₃, BiFeO₃, NaxWO₃, ZnO, PVDF(Polyvinylidene fluoride) 등에서 선택될 수 있고, 메탈(metal)은 Au, Ag, Al, Cu, Ti, Zn, Fe, Mn, Cr 등에서 선택될 수 있다.

상기 패턴층(20)은 베이스층(10)과 같이 폴리머, 압전물질 및 메탈 중 하나 이상의 성분을 포함하며, 필요에 따라 베이스층(10)에 포함되는 재질과 동일한 재질 또는 서로 다른 재질로 마련될 수 있다.

이 같이 마련된 성분을 레진(resin)과 혼합하여 베이스층(10)의 일 측면에 0.3㎛ ~ 50㎛의 두께를 가지도록 도포하고, 포토리소그래피법(photo-lithograhpy) 또는 한국등록특허 제894736호에 개시된 임프린트 리소그래피법 등을 포함한 마이크로 크기의 형상을 제작하는 방법 등을 이용하여 패턴층(20)의 노출된 측면에 소정의 스탬프를 이용하여 돌출형성되는 다수 개의 하이브리드패턴(21)을 배열시킨다.

이때, 하이브리드패턴(21)은 연속적으로 형성되는 연속패턴 또는 불연속적으로 형성되는 불연속패턴 중 적어도 어느 하나 이상을 포함하여 형성될 수 있으며, 본 실시예에서는 일(一)자 형상의 연속패턴으로 형성된 하이브리드패턴(21)이 일정간격으로 이격되어 다수 개가 배열된 것이 도시되어 있다.

여기서, 하이브리드패턴(21)에 메탈이 함유되는 경우, 함유농도와 패턴의 크기에 따라 저음 또는 고음의 특정 음역대에서의 패턴의 국부적 고유진동수가 질량에 따라 변화하여 특정 파장대에서 공진 효과를 발생시켜 음향효과가 향상될 수 있다.

이를 통해, 패턴층(20)은 패턴부(a)과 비패턴부(b) 즉, 서로 다른 두께를 가진 두 영역으로 구획된다.

따라서, 서로 다른 두께로 구획된 두 영역을 가진 진동판(100)이 소정의 구동력을 인가받아, 진동시에 패턴부(a)는 비패턴부(b)에 비해 상대적으로 두꺼운 두께로 형성되어 진동수가 적게 되고, 이에 따라 저음역대의 주파수로 진동을 하게 된다.

아울러, 비패턴부(b)는 패턴부(a)에 비해 상대적으로 얇은 두께로 형성되어 진동수가 많게 되고, 이에 따라 패턴부(a)에 비해 상대적으로 고음역대의 주파수로 진동을 하게 된다.

즉, 두 층의 물성이 같을 경우에는 하이브리드패턴(21)에 의한 두께 차로 인해 저음역대 및 고음역대의 재생주파수를 구현할 수 있으며, 두 층의 물성이 다른 경우에는 두께 차이로부터 나타나는 재생주파수 대역의 확장 뿐만 아니라 서로 다른 물성으로 인해 나타나는 특징으로 인해 재생주파수 대역이 다양하게 확장될 수 있다.

이는, 종래의 다층구조의 박판형태로 마련된 진동판이 단일 두께로 형성됨에 따라 각 층의 물성변화를 통한 재생주파수 대역을 확장하는데 한계가 있었던 것과 비교하여, 두께 또는 재질이 다른 영역이 생성될 수 있도록 패턴이 형성될 경우 패턴부분에서 국부적으로 질량이 증가하고, 그 증가의 폭에 따라 저음영역 또는 특정 음역대의 재생주파수를 가질 수 있게 되어 음의 해상도가 증가되고, 낮은 음압으로도 저음 또는 특정 음을 잘 재생할 수 있게 된다.

다음, 본 발명의 제2실시예에 따른 이어폰의 진동판에 대해 설명한다. 상술한 제1실시예에서의 하이브리드패턴은 가장 단순한 형태로서, 제2실시예에서는 베이스층과 패턴층이 형성되는 것은 동일하되, 하이브리드패턴이 불연속적인 불연속패턴으로 형성된다.

도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 이어폰의 진동판의 개략도이고, 도 4는 도 3의 Ⅰ-Ⅰ'의 단면도이다.

제2실시예의 베이스층(10)과 패턴층(20)은 상술한 제1실시예와 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 제2실시예의 하이브리드패턴(21a)은 불연속적으로 형성된 불연속패턴의 다수 개가 이격되어 배열된다.

제2실시예에서의 하이브리드패턴(21a)은 불연속패턴으로 형성되되, 상부 일부가 곡면을 포함하도록 형성된다. 아울러, 배열시에는 다양한 형태로 배열될 수 있으나 일정한 간격으로 배열되되 패턴층(20)의 내측방향으로 높이와 단면적이 순차적으로 증가하도록 형성되어 다수 개가 배열된다.

이를 통해, 진동판(100) 전체는 다양한 두께를 가짐으로써 고유진동수가 변화하여 특정음역대의 음향효과가 증가하게 됨과 아울러 재생주파수 음역대가 실질적으로 확장될 수 있다.

한편, 제2실시예에서는 불연속패턴이 일 부분이 곡면을 포함하도록 형성된 것을 설명하고 있으나, 필요에 따라 원기둥 또는 각기둥의 형태로도 형성될 수 있고, 내측방향 뿐만 아니라 외측방향으로도 높이와 단면적이 순차적으로 증가하도록 형성될 수 있다.

여기서, 상기 불연속패턴은 곡면을 포함하는 형태만이 선택적으로 형성된 것을 설명하였으나 각기둥, 원기둥 등의 형태가 혼합되어 배열될 수도 있다.

또한, 불연속패턴의 높이와 단면적이 일정한 방향성 없이 산포된 상태로 형성될 수도 있다.

아울러, 제1실시예에서와 같은 연속패턴으로 형성시에도 제2실시예에의 불연속패턴으로 형성시와 같이 패턴층의 내측방향 또는 외측방향으로 높이와 폭이 순차적으로 증가하거나 감소하도록 형성되어 배열될 수 있다.

다음, 본 발명의 제3실시예에 따른 이어폰의 진동판에 대해 설명한다. 도 5는 본 발명의 제3실시예에 따른 이어폰의 진동판의 개략도이다.

도 5를 참조하면, 제3실시예에서는 패턴층이 좌우 두 영역으로 구획되고, 패턴층 전면에 걸쳐 하이브리드패턴(21b)이 불연속패턴으로 형성되어 이격배열되되, 좌측영역의 불연속패턴의 단면적은 우측영역의 불연속패턴의 단면적보다 크게 형성된다.

이때, 불연속패턴의 높이 또한 서로 다르게 형성될 수 있다. 즉, 두 영역에 형성되는 불연속패턴의 단면적이 서로 다르게 형성됨으로써 진동판(100) 전체는 각 영역에서 고유진동수가 서로 다르게 됨으로써 특정음역대의 음향효과가 증가하게 됨과 아울러 재생주파수 음역대가 확장된다.

상술한 바는, 불연속패턴에 대해서 설명하였으나, 연속패턴으로 형성하여 다수 개를 배열할 수 있다.

다음, 본 발명의 제4실시예에 따른 이어폰의 진동판에 대해 설명한다. 도 6은 본 발명의 제4실시예에 따른 이어폰의 진동판의 개략도이다.

도 6을 참조하면, 제4실시예에서는 패턴층이 좌우 두 영역으로 구획되고, 각 영역에는 하이브리드패턴(21c)이 형성되되 연속패턴과 불연속패턴이 각각 형성된다.

이때, 좌측영역의 연속패턴(21c1)의 폭은 우측영역의 연속패턴(21c1')의 폭보다 작게 형성된다. 즉, 두 영역의 연속패턴의 폭은 서로 다르게 형성된다.

아울러, 좌측영역의 불연속패턴(21c2)의 단면적은 우측영역의 단면적(21c2')보다 작게 형성된다. 즉, 두 영역의 불연속패턴의 단면적 또한 서로 다르게 형성된다.

또한, 각 영역의 연속패턴 및 불연속패턴의 높이 또한 서로 다르게 형성되어 이격배열될 수 있다.

이를 통해, 각 영역별로 고유진동수가 다르게 되어 재생주파수가 확장될 수 있다.

한편, 도시된 바는 연속패턴의 사이에 불연속패턴이 도시된 것을 나타내고 있으나, 연속패턴의 외측에 불연속패턴이 형성될 수도 있다.

본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.

본 발명은 국가연구개발사업인 지식경제부 산업기술융합산업원천기술개발사업의 지원하에 수행된 연구로서, 연구사업명은 플랫폼 기술개발사업이고, 연구과제명은 비노광 기반 나노구조체 제작기술이며, 한국기계연구원의 주관으로 수행된 연구결과이다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 이어폰의 진동판의 사시도,

도 2는 도 1의 Ⅰ-Ⅰ'의 단면도이다.

도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 이어폰의 진동판의 개략도,

도 4는 도 3의 Ⅰ-Ⅰ'의 단면도

도 5는 본 발명의 제3실시예에 따른 이어폰의 진동판의 개략도,

도 6은 본 발명의 제4실시예에 따른 이어폰의 진동판의 개략도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 베이스층 20 : 패턴층 21, 21a, 21b, 21c : 하이브리드패턴

Claims (11)

1. 이어폰의 진동판에 있어서,

   베이스층;

   상기 베이스층의 일 측면을 덮도록 형성되는 패턴층;을 포함하며,

   상기 패턴층의 노출된 측면에는 돌출형성된 다수 개의 하이브리드패턴이 상호 이격배열되고,

   상기 하이브리드패턴은 연속적으로 형성되는 연속패턴 또는 불연속적으로 형성되는 불연속패턴 중 적어도 어느 하나이며,

   상기 하이브리드패턴이 연속패턴인 경우, 상기 하이브리드패턴의 폭과 높이는 상기 패턴층의 내측방향 또는 외측방향으로 순차적으로 커지거나 작아지도록 형성되고,

   상기 하이브리드패턴이 불연속패턴인 경우, 상기 하이브리드패턴의 단면적과 높이는 상기 패턴층의 내측방향 또는 외측방향으로 순차적으로 커지거나 작아지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 이어폰의 진동판.
2. 이어폰의 진동판에 있어서,

   베이스층;

   상기 베이스층의 일 측면을 덮도록 형성되는 패턴층;을 포함하며,

   상기 패턴층은 두 영역으로 구획되어 각 영역의 상기 패턴층의 노출된 측면에는 돌출형성된 다수 개의 하이브리드패턴이 상호 이격배열되고,

   각 영역의 하이브리드패턴은 연속적으로 형성된 연속패턴으로 배열되되, 일 영역 하이브리드패턴의 폭과 높이는 타 영역 하이브리드패턴의 폭과 높이와는 서로 다르게 배열되는 것을 특징으로 하는 이어폰의 진동판.
3. 이어폰의 진동판에 있어서,

   베이스층;

   상기 베이스층의 일 측면을 덮도록 형성되는 패턴층;을 포함하며,

   상기 패턴층은 두 영역으로 구획되어 각 영역의 상기 패턴층의 노출된 측면에는 돌출형성된 다수 개의 하이브리드패턴이 상호 이격배열되고,

   각 영역의 하이브리드패턴은 불연속적으로 형성된 불연속패턴으로 배열되되, 일 영역 불연속패턴의 높이와 단면적은 타 영역 불연속패턴의 높이와 단면적과는 서로 다르게 형성되는 것을 특징으로 하는 이어폰의 진동판.
4. 이어폰의 진동판에 있어서,

   베이스층;

   상기 베이스층의 일 측면을 덮도록 형성되는 패턴층;을 포함하며,

   상기 패턴층은 두 영역으로 구획되어 각 영역의 상기 패턴층의 노출된 측면에는 돌출형성된 다수 개의 하이브리드패턴이 상호 이격배열되고,

   각 영역의 하이브리드패턴은 연속적으로 형성된 연속패턴과 불연속적으로 형성된 불연속패턴이 함께 배열되되, 일 영역 연속패턴의 높이와 폭은 타 영역 연속패턴의 높이와 폭과는 서로 다르게 형성되고, 일 영역 불연속패턴의 높이와 단면적은 타 영역 불연속패턴의 높이와 단면적과는 서로 다르게 형성되는 것을 특징으로 하는 이어폰의 진동판.
5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 베이스층과 상기 패턴층은 서로 다른 재질로 마련되는 것을 특징으로 하는 이어폰의 진동판.
6. 제 5항에 있어서,

   상기 베이스층과 상기 패턴층은 폴리머, 압전물질, 메탈(metal) 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 이어폰의 진동판.
7. 제 6항에 있어서,

   상기 압전물질은 BaTiO_{3 ,} KNbO₃, Ba₂NaNb₅O₅, LiNbO₃, SrTiO₃, Pb(ZrTi)O₃, Pb₂KNb₅O₁₅, LiTaO₃, BiFeO₃, NaxWO₃, ZnO, PVDF(Polyvinylidene fluoride) 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 이어폰의 진동판.
8. 제 6항에 있어서,

   상기 메탈(metal)은 Au, Ag, Al, Cu, Ti, Zn, Fe, Mn, Cr 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 이어폰의 진동판.
9. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 하이브리드패턴은 포토리소그래피법 또는 임프린트 리소그래피법으로 형성되는 것을 특징으로 하는 이어폰의 진동판.
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11. 삭제

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