KR101696786B1 - 압전 스피커 - Google Patents

Abstract

본 발명은 압전층이 진폭조절판의 상면에 직접 부착되고 압전층의 둘레에 링형 돌출부가 형성되어 압전층에서 발생되는 진동이 음향 진동판으로 원활하면서 적절하게 전달되도록 하는 압전 스피커에 관한 것으로, 본 압전 스피커는 상하변이 상대적으로 길고 좌우변이 상대적으로 짧은 직사각형 형태로 형성되는 음향 진동판과; 상기 음향 진동판의 상면과 하면 둘레를 따라 부착되는 한 쌍의 프레임과; 상기 프레임의 내측으로 상기 음향 진동판의 상면에 부착되고, 상하변이 상대적으로 길고 좌우변이 상대적으로 짧은 직사각형 형태로 형성되며, 종이 재질로 성형되어 형성되는 진폭조절판과; 상기 진폭조절판의 상면에 부착되고, 인가되는 전기 신호를 진동으로 변환하여 음향을 출력하는 압전층과; 상기 압전층의 외측 둘레로 상기 진폭조절판의 상면을 따라 사각 링 형태로 돌출되게 형성되고, 상기 진폭조절판과 동일한 재질로 일체로 성형되어 형성되는 링형 돌출부를; 포함한다.

Description

압전 스피커{Piezoelectric Speaker}

본 발명은 압전 스피커에 관한 것으로, 보다 상세하게는 압전층이 진폭조절판의 상면에 직접 부착되고 압전층의 둘레에 링형 돌출부가 형성되어 압전층에서 발생되는 진동이 음향 진동판으로 원활하면서 적절하게 전달되도록 하는 압전 스피커에 관한 것이다.

최근에 휴대폰, 스마트폰 및 노트북 등의 휴대 단말기를 비롯하여 LCD TV, LED TV 등을 포함하는 TV 제품의 슬림화가 가속됨에 따라, 기존의 자석 코일을 이용한 다이나믹 스피커의 대안으로 압전 스피커가 주목을 받고 있다.

일반적으로 압전 스피커는 기존의 다이나믹 스피커에 비하여 얇고 가벼우며 전력소모가 적은 장점을 가지고 있어 미래 선도형 스피커 기술로 부각되고 있다.

그러나 압전 스피커는 상기 장점에도 불구하고 종래의 다이나믹 스피커에 비해 출력음압이 낮고 저주파 재생이 어렵다는 단점이 있어 상용화에 어려움을 겪고 있다.

종래의 압전형 스피커에는 압전 진동자를 이용하거나, 금속 진동판 상부에 압전 디스크를 덧붙여 제작하는 방식의 압전 스피커, PVDF(Polyvinylidene Fluoride)와 같은 필름형 압전 스피커, 실리콘 MEMS(Mechanical Electronic Micromachined System) 공정을 이용하여 제작하는 방식의 초소형 압전 스피커 등이 있다.

압전 필름 소재를 이용한 필름형 압전 스피커는 PVDF와 같은 압전 필름 소재를 이용하여 상하부에 전극을 형성하고 전압을 인가하여 음을 발생시키는 원리를 이용한다. 필름형 압전 스피커는 압전 필름의 양측면에 고분자 전도체막을 형성하고, 그 테두리를 따라 연장된 형태로 전극을 형성한 후 전극에 전압을 인가하기 위한 단자를 형성하는 구조로 제작된다.

종래의 필름형 압전 스피커의 일예를 도 7 및 도 8에 도시하여 그 구성과 작동 관계를 설명하면 다음과 같다. 종래의 압전 스피커는 음향 진동판(10)과, 상기 음향 진동판(10)의 상면과 하면 둘레를 따라 부착되는 한 쌍의 프레임(20)과, 상기 음향 진동판(10)의 상면에 부착되고 합성수지 재질로 형성되는 제1 진폭조절판(30)과, 상기 제1 진폭조절판(30)의 상면에 부착되고 합성수지 재질로 형성되는 제2 진폭조절판(40)과, 상기 제2 진폭조절판(40)의 상면에 부착되고 인가되는 전기 신호를 진동으로 변환하여 음향을 출력하는 압전층(50)을 포함한다.

상기 음향 진동판(10)은 상기 프레임(20)의 내측에 장착되는 것으로, 상기 압전층(50)의 진동에 따라 진동되면서 음향을 출력하는 역할을 한다. 상기 프레임(20)은 상하 한 쌍으로 구비되고 상기 음향 진동판(10)의 상면과 하면 둘레를 따라 부착되는 것으로, 상기 음향 진동판(10)을 상하로 맞물어서 견고히 고정시키는 역할을 한다.

상기 제1 진폭조절판(30)은 상기 음향 진동판(10)의 상면에 부착되고 합성수지 재질로 형성되는 것으로, 상기 압전층(50)에 대한 상기 음향 진동판(10)의 진폭을 조절하여 불특정하게 강한 음압의 발생을 저감시키는 역할을 한다. 아울러, 상기 제2 진폭조절판(40)은 상기 제1 진폭조절판(30)의 상면에 부착되고 합성수지 재질로 형성되는 것으로, 상기 제1 진폭조절판(30)과 함께 상기 압전층(50)에 대한 상기 음향 진동판(10)의 진폭을 조절하여 불특정하게 강한 음압의 발생을 저감시키는 역할을 한다.

상기 압전층(50)은 상기 제2 진폭조절판(40)의 상면에 부착되는 것으로, 인가되는 전기 신호를 진동으로 변환하여 음향을 출력하는 역할을 한다.

그런데, 상기와 같은 종래 기술에는 다음과 같은 문제점이 있었다.

종래의 압전 스피커는 상기 음향 진동판의 상면과 상기 압전층의 하면 사이에 상기 제1 진폭조절판과 제2 진폭조절판이 적층되게 부착됨으로써, 상기 압전층과 음향 진동판 사이에 합성수지 재질의 진폭조절판이 상대적으로 두껍게 구비되어 상기 압전층에서 발생되는 진동이 상기 음향 진동판으로 원활하면서 적절하게 전달되지 못하여 진동 불균형, 즉 진동 왜곡(vibration distortion)이 발생하고, 그에 따라 음질이 현저히 저하되는 문제점이 있었다.

등록특허 제10-1521171호 "압전 스피커"(2015. 05. 12)

이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로,

본 발명의 목적은, 압전층이 진폭조절판의 상면에 직접 부착되고 압전층의 둘레에 링형 돌출부가 형성되어 압전층에서 발생되는 진동이 음향 진동판으로 원활하면서 적절하게 전달되도록 하는 압전 스피커를 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 "압전 스피커"는, 상하변이 상대적으로 길고 좌우변이 상대적으로 짧은 직사각형 형태로 형성되는 음향 진동판과; 상기 음향 진동판의 상면과 하면 둘레를 따라 부착되는 한 쌍의 프레임과; 상기 프레임의 내측으로 상기 음향 진동판의 상면에 부착되고, 상하변이 상대적으로 길고 좌우변이 상대적으로 짧은 직사각형 형태로 형성되며, 종이 재질로 성형되어 형성되는 진폭조절판과; 상기 진폭조절판의 상면에 부착되고, 인가되는 전기 신호를 진동으로 변환하여 음향을 출력하는 압전층과; 상기 압전층의 외측 둘레로 상기 진폭조절판의 상면을 따라 사각 링 형태로 돌출되게 형성되고, 상기 진폭조절판과 동일한 재질로 일체로 성형되어 형성되는 링형 돌출부를; 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 "압전 스피커"의 상기 링형 돌출부는, 그 좌측과 우측 상면에 각각 상부측으로 볼록하게 돌출되고 상하로 길게 일체로 형성되는 좌우상쇄부를, 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 "압전 스피커"의 상기 좌우상쇄부는, 적어도 2개 이상이 상부측으로 볼록하게 돌출되는 형상으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 "압전 스피커"의 상기 링형 돌출부는, 그 상부측과 하부측 상면에 상부로 볼록하게 돌출되고 좌우로 길게 일체로 형성되는 상하상쇄부를, 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같은 본 발명은, 압전층이 진폭조절판의 상면에 직접 부착되고 압전층의 둘레에 링형 돌출부가 형성되어 압전층에서 발생되는 진동이 음향 진동판으로 원활하면서 적절하게 전달되고, 그에 따라 진동 불균형, 즉 진동 왜곡이 원활히 방지되어 음질이 현저히 향상되는 효과를 갖는다.

도 1은 본 발명에 따른 압전 스피커의 개략적인 평면도,
도 2는 도 1의 A-A 선의 개략적인 단면도,
도 3은 본 발명에 따른 압전 스피커의 음압 레벨 대 주파수에 대한 그래프,
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 압전 스피커의 개략적인 평면도,
도 5는 도 4의 B-B 선의 개략적인 단면도,
도 6은 도 4의 C-C 선의 개략적인 단면도,
도 7은 종래의 압전 스피커를 보인 개략적인 종단면도,
도 8은 종래의 압전 스피커를 보인 개략적인 평면도.

이하 본 발명의 바람직한 실시예가 도시된 첨부 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다. 그러나 본 발명은 다수의 상이한 형태로 구현될 수 있고, 기술된 실시예에 제한되지 않음을 이해하여야 한다.

도 1은 본 발명에 따른 압전 스피커의 개략적인 평면도이고, 도 2는 도 1의 A-A 선의 개략적인 단면도이며, 도 3은 본 발명에 따른 압전 스피커의 음압 레벨 대 주파수에 대한 그래프이다. 이에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 압전 스피커는 음향 진동판(1)과, 상기 음향 진동판(1)을 둘러싸는 프레임(2)과, 상기 음향 진동판(1)의 상면에 부착되는 진폭조절판(3)과, 상기 진폭조절판(3)의 상면에 부착되는 압전층(4)과, 상기 진폭조절판(3)의 상면에 일체로 형성되는 링형 돌출부(5)를 포함한다.

상기 음향 진동판(1)은 상하변이 상대적으로 길고 좌우변이 상대적으로 짧은 직사각형 형태로 형성되고 상기 프레임(2)의 내측에 장착되는 것으로, 상기 압전층(4)의 진동에 따라 진동되면서 음향을 출력하는 역할을 한다. 이와 같은 역할을 하는 상기 음향 진동판(1)은 합성수지 또는 종이 재질로 형성되고, 특히 상기 합성수지 중에 열가소성 폴리우레탄으로 형성되는 것이 바람직하고, 상기 종이 중에서 한지로 형성되는 것이 바람직하다.

상기 프레임(2)은 상하 한 쌍으로 구비되고 상기 음향 진동판(1)의 상면과 하면 둘레를 따라 부착되는 것으로, 상기 음향 진동판(1)을 상하로 맞물어서 견고히 고정시키는 역할을 한다. 이와 같은 역할을 하는 상기 프레임(2)은 상기 음향 진동판(1)이 진동할 때 내부 손실에 의한 반진동을 최소화하기 위해 금속 재질로 형성되고, 특히 금속 중에 스테인리스강으로 형성되는 것이 바람직하다.

상기 진폭조절판(3)은 상기 음향 진동판(1)의 상면에 부착되고 상하변이 상대적으로 길고 좌우변이 상대적으로 짧은 직사각형 형태로 형성되며 종이 재질로 성형되어 형성되는 것으로, 상기 압전층(4)에 대한 상기 음향 진동판(1)의 진폭을 조절하여 불특정하게 강한 음압의 발생을 저감시키는 역할을 한다.

이와 같은 상기 진폭조절판(3)은 종이와 접착제를 혼합하여 성형 경화시켜 제작되는데, 이때 상기 진폭조절판(3)의 상면으로 상기 링형 돌출부(5)가 일체로 성형되어 제작된다. 즉, 상기 진폭조절판(3)과 링형 돌출부(5)는 종이와 접착제의 혼합물을 성형틀에 넣고 성형한 후에 경화시켜 일체로 제작된다.

상기 압전층(4)은 상기 진폭조절판(3)의 상면에 부착되는 것으로, 인가되는 전기 신호를 진동으로 변환하여 음향을 출력하는 역할을 한다. 이와 같은 역할을 하는 상기 압전층(4)은 후막 형태의 압전 세라믹에 대해 연마 공정을 수행하여 얇은 단층 박막으로 형성되거나, 적층 구조의 박막을 증착 또는 코팅하여 형성된다.

또한, 상기 압전층(4)은 PZT와 같은 다결정 세라믹뿐 아니라, PMN-PT, PZN-PT, PIN-PT, PYN-PT 등의 단결정 압전 소재, PVDF, PVDF-TrFE 등의 유연 압전 폴리머 소재, BNT, BZT-BCT 등의 무연 압전 신소재 등을 포함할 수 있다. 아울러, 상기 압전층(4)은 평면상에서 볼 때 사각형뿐만 아니라, 원형, 타원형 및 다각형 등 다양한 형태를 가질 수 있다.

상기 링형 돌출부(5)는 상기 압전층(4)의 외측 둘레로 상기 진폭조절판(3)의 상면을 따라 사각 링 형태로 돌출되게 형성되고 상기 진폭조절판(3)과 동일한 재질로 일체로 성형되어 형성되는 것으로, 상기 진폭조절판(3)과 함께 상기 압전층(4)에 대한 상기 음향 진동판(1)의 진폭을 조절하여 불특정하게 강한 음압의 발생을 저감시키는 역할을 한다.

아울러, 상기 진폭조절판(3)의 상면 둘레에 상기 링형 돌출부(5)가 형성됨으로써, 상기 압전층(4)과 음향 진동판(1) 사이로 상기 진폭조절판(3)만이 구비되어 상대적으로 얇게 형성되고, 그에 따라 상기 압전층(4)의 진동이 상기 음향 진동판(1)으로 원활하면서 안정적으로 전달될 수 있게 된다.

이와 같이 본 압전 스피커는 상기 압전층(4)과 음향 진동판(1)의 사이에 상기 진폭조절판(3)만이 구비되고 상기 진폭조절판(3)의 상면으로 상기 압전층(4)의 둘레에 상기 링형 돌출부(5)가 구비되는 구조로 구성되는데, 이와 같은 구성에 의한 음질의 개선은 도 3에 도시된 그래프를 통해 입증되었다.

즉, 도 3의 그래프에 도시된 바와 같이 본 압전 스피커와 종래의 압전 스피커의 주파수에 대한 음압 레벨(SPL : Sound Pressure Level)을 실험한 결과, 본 발명에 따른 압전 스피커에 해당하는 '신규 특성'(청색의 선으로 표시)이 종래의 압전 스피커인 '자사 특성'(흑색의 선으로 표시)에 비해 특정 주파수에서 불특정하게 강한 음압의 생성이 여러 곳에서 제거(적색 원으로 표시하고 '특성 개선1'과 '특성 개선2'로 기재함)되면서 음질이 균일해지고 향상되는 것을 보인다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 압전 스피커의 개략적인 평면도이고, 도 4는 도 3의 B-B 선의 개략적인 단면도이며, 도 5는 도 3의 C-C 선의 개략적인 단면도이다. 이에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 압전 스피커의 상기 링형 돌출부(5)는 그 좌측과 우측 상면에 각각 상부측으로 볼록하게 돌출되고 상하로 길게 일체로 형성되는 좌우상쇄부(5a)를 더 포함한다.

상기 좌우상쇄부(5a)는 상기 압전층(4)에서 생성되어 상기 압전층(4)의 좌우측으로 전달되는 진동 중에서 다소 불균형적으로 생성된 진동, 즉 편진동을 일부 상쇄시켜 진동의 균형을 보다 향상시키는 역할을 한다.

아울러, 상기 좌우상쇄부(5a)는 상기 링형 돌출부(5)의 좌우측을 보강하여 상기 압전층(4)에서 전달되는 진동에 의한 상기 링형 돌출부(5)의 파단 및 파열을 최소화시키는 역할도 한다.

이와 같은 역할을 하는 상기 좌우상쇄부(5a)는 적어도 2개 이상이 상부측으로 볼록하게 돌출되는 형상, 즉 웨이브 형상으로 형성되는 것이 바람직한데, 이는 편진동의 상쇄와 보강이 보다 안정적으로 이루어지도록 하기 위한 것이다.

본 압전 스피커의 상기 링형 돌출부(5)는 그 상부측과 하부측 상면에 각각 상부측으로 볼록하게 돌출되고 좌우로 길게 일체로 형성되는 상하상쇄부(5b)를 더 포함한다.

상기 상하상쇄부(5b)는 상기 압전층(4)에서 생성되어 상기 압전층(4)의 상하부측으로 전달되는 진동 중에서 다소 불균형적으로 생성된 진동, 즉 편진동을 일부 상쇄시켜 진동의 균형을 보다 향상시키는 역할을 한다.

아울러, 상기 상하상쇄부(5b)는 상기 링형 돌출부(5)의 상하부측을 보강하여 상기 압전층(4)에서 전달되는 진동에 의한 상기 링형 돌출부(5)의 파단 및 파열을 최소화시키는 역할도 한다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 다양한 변화와 변경 및 균등물을 사용할 수 있다. 본 발명은 상기 실시예를 적절히 변형하여 동일하게 응용할 수 있음이 명확하다. 따라서 상기 기재 내용은 하기 특허청구범위의 한계에 의해 정해지는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.

한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해서 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함을 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명하다할 것이다.

1 : 음향 진동판
2 : 프레임
3 : 진폭조절판
4 : 압전층
5 : 링형 돌출부
5a : 좌우상쇄부 5b : 상하상쇄부

Claims (4)

1. 상하변이 상대적으로 길고 좌우변이 상대적으로 짧은 직사각형 형태로 형성되는 음향 진동판(1)과;
   상기 음향 진동판(1)의 상면과 하면 둘레를 따라 부착되는 한 쌍의 프레임(2)과;
   상기 프레임(2)의 내측으로 상기 음향 진동판(1)의 상면에 부착되고, 상하변이 상대적으로 길고 좌우변이 상대적으로 짧은 직사각형 형태로 형성되며, 종이 재질로 성형되어 형성되는 진폭조절판(3)과;
   상기 진폭조절판(3)의 상면에 부착되고, 인가되는 전기 신호를 진동으로 변환하여 음향을 출력하는 압전층(4)과;
   상기 압전층(4)의 외측 둘레로 상기 진폭조절판(3)의 상면을 따라 사각 링 형태로 돌출되게 형성되고, 상기 진폭조절판(3)과 동일한 재질로 일체로 성형되어 형성되는 링형 돌출부(5)를;
   포함하는 것을 특징으로 하는 압전 스피커.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 링형 돌출부(5)는,
   그 좌측과 우측 상면에 각각 상부측으로 볼록하게 돌출되고 상하로 길게 일체로 형성되는 좌우상쇄부(5a)를,
   더 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 스피커.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 좌우상쇄부(5a)는,
   적어도 2개 이상이 상부측으로 볼록하게 돌출되는 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 압전 스피커.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 링형 돌출부(5)는,
   그 상부측과 하부측 상면에 상부로 볼록하게 돌출되고 좌우로 길게 일체로 형성되는 상하상쇄부(5b)를,
   더 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 스피커.

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