KR101764986B1

KR101764986B1 - 압전 재료 시트 적층 구조체, 이를 이용한 스피커 및 이의 구동 방법

Info

Publication number: KR101764986B1
Application number: KR1020150189316A
Authority: KR
Inventors: 정영훈; 조정호; 윤지선; 백종후
Original assignee: 한국세라믹기술원
Priority date: 2015-12-30
Filing date: 2015-12-30
Publication date: 2017-08-10
Also published as: KR20170079111A

Abstract

본 발명은 압전 재료 시트 적층 구조체에 관한 것이고, 또한 이를 이용한 압전 스피커에 관한 것이며, 이러한 압전 스피커를 구동하기 위한 방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 압전 재료 시트 적층 구조체를 이용한 스피커는 두 개의 압전 재료 시트가 서로 위아래로 겹쳐 있고, 상기 두 개의 압전 재료 시트의 윗면, 아랫면, 그리고 사이면에 전극 패턴들이 배치되며, 상기 두 개의 압전 재료 시트의 윗면 또는 아랫면에 진동판이 배치되고, 상기 전극 패턴들은 제 1 전극 패턴 및 제 2 전극 패턴으로 이루어져 있으며, 상기 제 1 전극 패턴 및 제 2 전극 패턴은 전기적으로 절연되어 있고, 각각 서로 맞물리는(interdigitated) 전극 패턴을 형성하는 복수의 전극을 포함하고, 상기 전극 패턴들은 상하 방향으로 서로 동일한 형태로 투영되도록 배치되며, 상기 두 압전 재료 시트의 압전 활성 영역의 분극 방향은 서로 반대이다. 특히, 본 발명에 따른 압전 재료 시트 적층 구조체 및 이를 이용한 압전 스피커는 웨어러블 장치나 자동차, 액츄에이터(actuator) 등에 적용될 수 있다.

Description

압전 재료 시트 적층 구조체, 이를 이용한 스피커 및 이의 구동 방법 {PIEZOELECTRIC SHEET STACTED STRUCTURE, PIEZOELECTRIC SPEAKER THEREOF, AND METHOD OF DRIVING THEREOF}

본 발명은 압전 재료 시트 적층 구조체에 관한 것이고, 또한 이를 이용한 압전 스피커에 관한 것이며, 이러한 압전 스피커를 구동하기 위한 방법에 관한 것이다.

최근에는, 전자 기기의 슬림화 및 박형화와 휴대성에 대한 수요자의 요구가 증가하고 있다. 이에 따라, 스마트폰이나 박형 디스플레이 장치, 휴대용 컴퓨터 등에 적용하는 스피커 또한 그 크기나 두께에 대한 소형화 요구가 있다.

이를 만족시키기 위해서, 기존의 보이스 코일 모터형 스피커에 비해 얇고 가벼우며 소비전력이 적고 응답속도가 상대적으로 우수한 압전 스피커를 적용하고 있다. 압전 스피커의 압전체로 이용되는 재료로는, 제조가 용이하고 저가인 세라믹이 주로 이용된다. 그러나 세라믹 압전체는 충격에 약하여 크랙(crack)이 생길 가능성이 높고 휘어지지 않으며 취성이 강하여(brittle) 깨지기 쉽다는 단점이 있고, 특히, 플렉서블 전자소자(flexible electronic device)에는 압전 세라믹 스피커가 적용되기 매우 어렵다. 또한, 압전 스피커는 압전 원리를 이용한 음향소자의 구동을 위한 별도의 구동 전원을 구비해야하므로 소형화시키기 어렵고, 휴대성 문제를 해결하기가 쉽지 않다.

본 발명은 위에서 언급한 문제점을 해결하기 위한 발명으로서, 본 발명의 일 목적은 신규한 구조의 압전 소자(압전 재료 시트 적층 구조체)를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 외부 응력에 의한 손상을 최소화시키고 유연성을 확보하면서도, 슬림(slim)화를 구현하고 휴대성과 음향성능이 향상된 압전 스피커를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 압전 재료 시트 적층 구조체는, 두 개의 압전 재료 시트가 서로 위아래로 겹쳐 있고, 상기 두 개의 압전 재료 시트의 윗면, 아랫면, 그리고 사이면에 전극 패턴들이 배치되며, 상기 전극 패턴들은 제 1 전극 패턴 및 제 2 전극 패턴으로 이루어져 있으며, 상기 제 1 전극 패턴 및 제 2 전극 패턴은 전기적으로 절연되어 있고, 각각 서로 맞물리는(interdigitated) 전극 패턴을 형성하는 복수의 전극을 포함하고, 상기 전극 패턴들은 상하 방향으로 서로 동일한 형태로 투영되도록 배치되며, 상기 두 압전 재료 시트의 압전 활성 영역의 분극 방향은 서로 반대이다.

상기 압전 재료 시트 적층 구조체에 교류 전압이 인가되는 경우 상기 압전 재료 시트의 분극 방향과 동일 또는 반대 극성의 전압의 인가에 따라 상기 압전 재료 시트 적층 구조체가 휘어진다. 분극 과정에서 인가된 전압과 반대 극성의 전압이 인가되는 경우 해당 압전 재료 시트는 수평 방향으로 수축되고, 분극 과정에서 인가된 전압과 동일 극성의 전압이 인가되는 경우 해당 압전 재료 시트는 수평 방향으로 연신된다.

상기 압전 재료 시트는, 압전 세라믹 또는 세라믹/폴리머 복합체로 형성된 것이 바람직하다. 상기 제1 및 제2 전극 패턴들은, 증착/식각, 레이저 플레이팅, 스크린 프린팅, 잉크젯 프린팅 또는 스퍼터링에 의해 형성된 것이 바람직하다.

본 발명의 일 실시예에 따른 압전 재료 시트 적층 구조체를 이용한 스피커는 두 개의 압전 재료 시트가 서로 위아래로 겹쳐 있고, 상기 두 개의 압전 재료 시트의 윗면, 아랫면, 그리고 사이면에 전극 패턴들이 배치되며, 상기 두 개의 압전 재료 시트의 윗면 또는 아랫면에 진동판이 배치되고, 상기 전극 패턴들은 제 1 전극 패턴 및 제 2 전극 패턴으로 이루어져 있으며, 상기 제 1 전극 패턴 및 제 2 전극 패턴은 전기적으로 절연되어 있고, 각각 서로 맞물리는(interdigitated) 전극 패턴을 형성하는 복수의 전극을 포함하고, 상기 전극 패턴들은 상하 방향으로 서로 동일한 형태로 투영되도록 배치되며, 상기 두 압전 재료 시트의 압전 활성 영역의 분극 방향은 서로 반대이다.

상기 압전 재료 시트 적층 구조체에 교류 전압이 인가되는 경우 상기 압전 재료 시트의 분극 방향과 동일 또는 반대 극성의 전압의 인가에 따라 상기 압전 재료 시트 적층 구조체 및 상기 진동판이 휘어진다. 분극 과정에서 인가된 전압과 반대 극성의 전압이 인가되는 경우 해당 압전 재료 시트는 수평 방향으로 수축되고, 분극 과정에서 인가된 전압과 동일 극성의 전압이 인가되는 경우 해당 압전 재료 시트는 수평 방향으로 연신된다.

본 발명의 일 실시예에 따른 압전 재료 시트 적층 구조체를 이용한 스피커는, 자동차의 내부에 표면이 곡면형인 영역에 그 표면의 형상에 따라 밀착되어 부착될 수 있으며, 또한 사용자의 신체의 일부를 감을 수 있는 밴드와 결합되고, 사용자의 신체에 장착되는 경우에 스피커가 밴드와 함께 휘어질 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 압전 재료 시트 적층 구조체를 이용한 스피커의 구동 방법은, 두 개의 압전 재료 시트가 서로 위아래로 겹쳐 있고, 상기 두 개의 압전 재료 시트의 윗면, 아랫면, 그리고 사이면에 전극 패턴들이 배치되며, 상기 두 개의 압전 재료 시트의 윗면 또는 아랫면에 진동판이 배치되고, 상기 전극 패턴들은 제 1 전극 패턴 및 제 2 전극 패턴으로 이루어져 있으며, 상기 제 1 전극 패턴 및 제 2 전극 패턴은 전기적으로 절연되어 있고, 각각 서로 맞물리는(interdigitated) 전극 패턴을 형성하는 복수의 전극을 포함하며, 상기 전극 패턴들은 상하 방향으로 서로 동일한 형태로 투영되도록 배치된 압전 재료 시트 적층 구조체를 포함한 스피커에서, 상기 윗면 및 사이면 사이에 배치된 전극 패턴들에 제 1 전압을 인가하여 두 개의 압전 재료 시트 중 위에 배치된 압전 재료 시트를 분극시키는 단계; 상기 아랫면 및 사이면 사이에 배치된 전극 패턴들에 제 1 전압과 극성이 반대인 제 2 전압을 인가하여 아래에 배치된 압전 재료 시트를 분극시키는 단계; 및 상기 윗면, 아랫면 및 사이면에 배치된 전극 패턴들에 동일한 극성이 상하 투영되어 나타나도록 전압을 인가하여 구동시키는 단계를 포함한다.

상기 압전 재료 시트를 분극시키는 단계에서는 직류 전압을 인가하고, 상기 구동시키는 단계에서는 교류 전압을 인가한다.

본 발명의 추가적인 실시예에 따른 복수의 압전 재료 시트 적층 구조체는, 2n개의 압전 재료 시트들이 서로 위아래로 겹쳐 있고, 상기 압전 재료 시트들의 윗면, 아랫면, 그리고 각각의 사이면에 전극 패턴들이 배치되며, 상기 전극 패턴들은 제 1 전극 패턴 및 제 2 전극 패턴으로 이루어져 있으며, 상기 제 1 전극 패턴 및 제 2 전극 패턴은 전기적으로 절연되어 있고, 각각 서로 맞물리는(interdigitated) 전극 패턴을 형성하는 복수의 전극을 포함하고, 상기 전극 패턴들은 상하 방향으로 서로 동일한 형태로 투영되도록 배치되며, 상기 압전 재료 시트들 중 위에 배치된 n개의 압전 재료 시트들의 압전 활성 영역의 분극 방향과 아래에 배치된 n개의 압전 재료 시트들의 압전 활성 영역의 분극 방향이 서로 반대이다.

상기 압전 재료 시트 적층 구조체에 교류 전압이 인가되는 경우 상기 압전 재료 시트의 분극 방향과 동일 또는 반대 극성의 전압의 인가에 따라 상기 압전 재료 시트 적층 구조체가 휘어진다.

본 발명의 추가적인 실시예에 따른 복수의 압전 재료 시트 적층 구조체를 이용한 스피커는, 2n개의 압전 재료 시트들이 서로 위아래로 겹쳐 있고, 상기 압전 재료 시트들의 윗면, 아랫면, 그리고 각각의 사이면에 전극 패턴들이 배치되며, 상기 압전 재료 시트들의 윗면 또는 아랫면에 진동판이 배치되고, 상기 전극 패턴들은 제 1 전극 패턴 및 제 2 전극 패턴으로 이루어져 있으며, 상기 제 1 전극 패턴 및 제 2 전극 패턴은 전기적으로 절연되어 있고, 각각 서로 맞물리는(interdigitated) 전극 패턴을 형성하는 복수의 전극을 포함하고, 상기 전극 패턴들은 상하 방향으로 서로 동일한 형태로 투영되도록 배치되며, 상기 압전 재료 시트들 중 위에 배치된 n개의 압전 재료 시트들의 압전 활성 영역의 분극 방향과 아래에 배치된 n개의 압전 재료 시트들의 압전 활성 영역의 분극 방향이 서로 반대이다.

상기 압전 재료 시트 적층 구조체에 교류 전압이 인가되는 경우 상기 압전 재료 시트의 분극 방향과 동일 또는 반대 극성의 전압의 인가에 따라 상기 압전 재료 시트 적층 구조체 및 상기 진동판이 휘어진다.

본 발명의 추가적인 실시예에 따른 압전 재료 시트 적층 구조체를 이용한 스피커는, 자동차의 내부에 표면이 곡면형인 영역에 그 표면의 형상에 따라 밀착되어 부착될 수 있으며, 또한 사용자의 신체의 일부를 감을 수 있는 밴드와 결합되고, 사용자의 신체에 장착되는 경우에 스피커가 밴드와 함께 휘어질 수 있다.

본 발명의 추가적인 실시예에 따른 압전 재료 시트 적층 구조체를 이용한 스피커의 구동 방법은, 2n개의 압전 재료 시트들이 서로 위아래로 겹쳐 있고, 상기 압전 재료 시트들의 윗면, 아랫면, 그리고 각각의 사이면에 전극 패턴들이 배치되며, 상기 압전 재료 시트들의 윗면 또는 아랫면에 진동판이 배치되고, 상기 전극 패턴들은 제 1 전극 패턴 및 제 2 전극 패턴으로 이루어져 있으며, 상기 제 1 전극 패턴 및 제 2 전극 패턴은 전기적으로 절연되어 있고, 각각 서로 맞물리는(interdigitated) 전극 패턴을 형성하는 복수의 전극을 포함하고, 상기 전극 패턴들은 상하 방향으로 서로 동일한 형태로 투영되도록 배치되며, 상기 압전 재료 시트들 중 위에 배치된 n개의 압전 재료 시트들의 압전 활성 영역의 분극 방향과 아래에 배치된 n개의 압전 재료 시트들의 압전 활성 영역의 분극 방향이 서로 반대인, 압전 재료 시트 적층 구조체를 이용한 스피커에서, 상기 압전 재료 시트들 중 위에 배치된 n개의 압전 재료 시트들의 윗면, 각각의 사이면 및 상기 위에 배치된 n개의 시트들 중 맨 아래 시트의 아랫면에 배치된 전극 패턴들에 제 1 전압을 인가하여 위에 배치된 n개의 압전 재료 시트들을 동일하게 분극시키는 단계; 상기 압전 재료 시트들 중 아래에 배치된 n개의 압전 재료 시트들의 아랫면, 각각의 사이면 및 상기 아래에 배치된 n개의 시트들 중 맨 위 시트의 윗면에 배치된 전극 패턴들에 제 1 전압과 극성이 반대인 제 2 전압을 인가하여 아래에 배치된 n개의 압전 재료 시트들을 동일하게 분극시키는 단계; 및 상기 윗면, 아랫면 및 각각의 사이면에 배치된 전극 패턴들에 동일한 극성이 상하 투영되어 나타나도록 전압을 인가하여 구동시키는 단계를 포함한다.

본 발명에 따르면, 유연성, 내구성 및 신뢰성이 높은 컨트랙터(contractor) 타입의 압전 소자를 제공할 수 있다.

또한, 압전 스피커는 컨트랙터 타입의 압전 소자와 일롱게이터(elongator) 타입의 압전 소자를 포함함으로써 외부 응력에 의한 손상을 최소화시키고 유연성을 확보하면서도, 소형화를 구현하고 휴대성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 재료 시트 적층 구조체를 설명하기 위한 사시도이다.
도 2 내지 4는 도 1의 I-I’라인을 따라 절단한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 재료 시트 적층 구조체가 폴링 과정을 거쳐 최종적으로 분극된 방향을 나타내는 도면이다.
도 6은 압전 재료 시트 적층 구조체의 제1 구동예를 설명하기 위한 단면도이다.
도 7은 압전 재료 시트 적층 구조체의 제2 구동예를 설명하기 위한 단면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 재료 시트 적층 구조체를 이용한 스피커의 분해 사시도를 도시한다.
도 9 및 10은 도 8의 I-I’라인을 따라 절단한 단면도를 도시한다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 재료 시트 적층 구조체를 이용한 스피커의 단면도 모습으로 진동 시트(VPL)가 하부에 부착된 모습을 도시한다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 재료 시트 적층 구조체를 이용한 스피커의 단면도 모습으로 진동 시트(VPL)가 상부에 부착된 모습을 도시한다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 재료 시트 적층 구조체를 이용한 스피커의 제1 구동예를 설명하기 위한 단면도이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 재료 시트 적층 구조체를 이용한 스피커의 제2 구동예를 설명하기 위한 단면도이다.
도 15는 도 8 내지 도 14를 통해 설명한 압전 재료 시트 적층 구조체를 이용한 스피커의 동작 방법에 관한 순서도를 도시한다.
도 16 내지 23은 본 발명의 추가적인 실시예에 따른 복수의 압전 재료 시트 적층 구조체 및 이를 이용한 스피커를 도시한다.
도 24는 본 발명의 추가적인 실시예에 따른 압전 재료 시트 적층 구조체를 이용한 스피커의 동작 방법에 관한 순서도를 도시한다.
도 25는 본 발명에 따른 압전 스피커가 적용된 웨어러블 장치를 설명하기 위한 도면이다.
다양한 실시예들이 이제 도면을 참조하여 설명되며, 전체 도면에서 걸쳐 유사한 도면번호는 유사한 엘리먼트를 나타내기 위해서 사용된다. 설명을 위해 본 명세서에서, 다양한 설명들이 본 발명의 이해를 제공하기 위해서 제시된다. 그러나 이러한 실시예들은 이러한 특정 설명 없이도 실행될 수 있음이 명백하다. 다른 예들에서, 공지된 구조 및 장치들은 실시예들의 설명을 용이하게 하기 위해서 블록 다이아그램 형태로 제시된다.

하기 설명은 본 발명의 실시예에 대한 기본적인 이해를 제공하기 위해서 하나 이상의 실시예들의 간략화된 설명을 제공한다. 본 섹션은 모든 가능한 실시예들에 대한 포괄적인 개요는 아니며, 모든 엘리먼트들 중 핵심 엘리먼트를 식별하거나, 모든 실시예의 범위를 커버하고자 할 의도도 아니다. 그 유일한 목적은 후에 제시되는 상세한 설명에 대한 도입부로서 간략화된 형태로 하나 이상의 실시예들의 개념을 제공하기 위함이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 재료 시트 적층 구조체를 설명하기 위한 사시도이다.

도 1을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 재료 시트 적층 구조체는, 두 개의 압전 재료 시트(PZ1, PZ2), 전극 패턴들(110, 120, 210, 220, 310, 320)을 포함한다.

두 개의 압전 재료 시트(PZ1, PZ2)는 압전성을 갖는 재료로 형성된 것으로, 특별히 한정되지 않는다. 상기 압전 재료의 예로서는, 압전 세라믹, 세라믹/폴리머 복합체 등을 들 수 있다.

전극 패턴들(110, 120, 210, 220, 310, 320)은 제 1 전극 패턴(110, 210, 310) 및 제 2 전극 패턴(120, 220, 320)의 쌍으로 이루어져 있으며, 상기 제 1 전극 패턴 및 제 2 전극 패턴은 전기적으로 절연되어 있고, 각각 서로 맞물리는(interdigitated) 전극 패턴을 형성하는 복수의 전극을 포함한다. 도 1에서 보는 것처럼 (110, 120)의 쌍, (210, 220)의 쌍, (310, 320)의 쌍으로 이루어진 전극 패턴들을 포함한다.

동일 평면상에서, 서로 맞물리도록 배치된 제1 전극 패턴들(110, 210, 310)과 제2 전극 패턴들(120, 220, 320) 사이의 이격 영역이 제1 및 제2 압전 재료 시트(PZ1, PZ2)의“압전 활성 영역”이 된다. 압전 활성 영역의 분극 방향에 대해서는 도 3을 참조하여 후술하기로 한다.

제1 전극 패턴들(110, 210, 310)은 제1 방향(D1)으로 연장된 몸체 전극과 그 몸체 전극으로부터 제2 방향(D2)으로 분기되고 서로 이격된 복수의 서브 전극들을 포함한다. 제2 전극 패턴들(120, 220, 320)도 동일하게 몸체 전극과 서브 전극들을 포함하며, 동일 평면 상에서 제2 전극 패턴들(120, 220, 320)의 서브 전극들이 제1 전극 패턴들(110, 210, 310)의 서브 전극들과 제1 방향(D1)을 따라 번갈아 배열된다.

제1 압전 재료 시트(PZ1)는 한 쌍의 전극 패턴들(110, 120) 및 한 쌍의 전극 패턴들(210, 220) 사이에 배치되고, 제 2 압전 재료 시트(PZ2)는 한 쌍의 전극 패턴들(210, 220) 및 한 쌍의 전극 패턴들(310, 320) 사이에 배치된다.

제1 전극 패턴들(110, 210, 310)과 제2 전극 패턴들(120, 220, 320)은 금속 증착(deposition) 후 식각(etching) 공정이나, 직접 레이저 플레이팅, 스크린 프린팅, 잉크젯 프린팅 또는 스퍼터링에 의해서 제1 및 제2 압전 재료 시트(PZ1, PZ2) 상에 형성될 수 있다.

한편 도 2에서는 두 압전 재료 시트(PZ1, PZ2)가 서로 이격된 것처럼 도시되었으나, 이는 두 개의 압전 재료 시트를 설명하기 위해 편의상 이격된 것처럼 도시된 것이며, 실제로는 두 개의 압전 재료 시트가 겹쳐져서 적층된 형태로 되어 있으며, 이격 공간은 존재하지 아니할 수 있다.

도 2 내지 4는 도 1의 I-I’라인을 따라 절단한 단면도이다.

도 1과 함께 도 3 및 4를 참조하면, 제1 압전 재료 시트(PZ1)의 압전 활성 영역의 분극 방향은 제2 압전 재료 시트(PZ2)의 압전 활성 영역의 분극 방향과 서로 반대이다.

도 3에서는 제 1 압전 재료 시트(PZ1) 및 제 2 압전 재료 시트(PZ2)의 아래 윗면 각각에 전극이 배치된 것으로 개시되어 있으나, 이는 폴링(poling) 과정에서 제 2 압전 재료 시트와 제 2 압전 재료 시트의 분극 방향을 달리 하기 위해 전압을 걸어주는 방향을 달리함을 설명하기 위한 것일 뿐이며, 실제로는 도 4와 같은 모습을 갖는다.

도 3 및 4에서, “분극 방향”은 점선 화살표로 나타낸다. 일 실시예에서, 압전 재료 시트 적층 구조체의 일 영역“A”에서, 제1 압전 재료 시트(PZ1)의 제1 측면(아랫면)에 서로 마주하여 배치된 제1 전극 패턴(110)의 일 서브 전극과 제2 전극 패턴(120)의 일 서브 전극 사이의 압전 활성 영역은 제1 분극 방향을 갖는다. 해당 영역 “A”에서, 제1 압전 재료 시트(PZ1)의 제2 측면(윗면)에 서로 마주하여 배치된 제1 전극 패턴(210)의 일 서브 전극과 제2 전극 패턴(220)의 일 서브 전극 사이의 압전 활성 영역도 제1 분극 방향을 갖는다.

반면, 해당 영역 “A”에서, 제2 압전 재료 시트(PZ2)의 제1 측면(아랫면)에 서로 마주하여 배치된 제1 전극 패턴(210)의 일 서브 전극과 제2 전극 패턴(320)의 일 서브 전극 사이의 압전 활성 영역은 상기 제1 분극 방향과 반대인 제2 분극 방향을 갖는다. 또한, 해당 영역 “A”에서, 제2 압전 재료 시트(PZ2)의 제2 측면(윗면)에 서로 마주하여 배치된 제1 전극 패턴(310)의 일 서브 전극과 제2 전극 패턴(320)의 일 서브 전극 사이의 압전 활성 영역은 제2 분극 방향을 갖는다. 이에 따라, 영역 “A”에서는, 제1 압전 재료 시트(PZ1)의 압전 활성 영역은 제1 분극 방향을 가지고, 제2 압전 재료 시트(PZ2)의 압전 활성 영역은 제2 분극 방향을 가진다.

영역 “A”와 인접한 영역 “B”에서, 제1 압전 재료 시트(PZ1)의 제1 측면에 서로 마주하여 배치된 제1 전극 패턴(110)의 일 서브 전극과 제2 전극 패턴(120)의 일 서브 전극 사이의 압전 활성 영역은 제2 분극 방향을 갖는다. 해당 영역 “A”에서, 제1 압전 재료 시트(PZ1)의 제2 측면에 서로 마주하여 배치된 제1 전극 패턴(210)의 일 서브 전극과 제2 전극 패턴(220)의 일 서브 전극 사이의 압전 활성 영역도 제2 분극 방향을 갖는다.

반면, 해당 영역 “B”에서, 제2 압전 재료 시트(PZ2)의 제1 측면에 서로 마주하여 배치된 제1 전극 패턴(210)의 일 서브 전극과 제2 전극 패턴(220)의 일 서브 전극 사이의 압전 활성 영역은 제1 분극 방향을 갖는다. 또한, 해당 영역 “B”에서, 제2 압전 재료 시트(PZ2)의 제2 측면에 서로 마주하여 배치된 제1 전극 패턴(310)의 일 서브 전극과 제2 전극 패턴(320)의 일 서브 전극 사이의 압전 활성 영역은 제1 분극 방향을 갖는다. 이에 따라, 영역 “B”에서는, 제1 압전체(PZ1)의 압전 활성 영역은 제2 분극 방향을 가지고, 제2 압전체(PZ2)의 압전 활성 영역은 제1 분극 방향을 가진다.

영역 “A” 및 영역 “B”에서 각각 설명한 것과 같이, 본 발명에서는 압전 재료 시트 적층 구조체의 압전 활성을 갖는 일 영역에서, 제1 압전 재료 시트(PZ1)의 압전 활성 영역의 분극 방향과 제2 압전 재료 시트(PZ2)의 압전 활성 영역의 분극 방향은 제1 방향(D1)과 동일 축 상에서 서로 반대 방향이다(즉, 적층된 상태에서 위 아래로 배치된 각각의 제 1 압전 재료 시트의 영역과 제 2 압전 재료 시트의 영역의 분극 방향이 서로 반대 방향임). 이러한 분극 방향은 제1 및 제2 압전재료 시트(PZ1, PZ2)의 폴링 과정(poling process)에서 결정된다.

일 실시예에서, 폴링 과정은 한 쌍의 제1 전극 패턴들(110, 210)에는 (-) 전압을 인가하고 한 쌍의 제2 하부 전극 패턴들(120, 220)에는 (+) 전압을 인가한다. 이후, 한 쌍의 제1 전극 패턴들(210, 310)에는 (+) 전압을 인가하고, 한 쌍의 제2 전극 패턴들(220, 320)에는 (-) 전압을 인가함으로써 폴링 과정을 수행할 수 있다. 이때, (+) 전압 및 (-) 전압은 각각 직류 전압으로 인가된다. 이에 따라, 도 3 및 4에서와 같이 나타내는 분극 방향과 같이 제1 및 제2 압전 재료 시트(PZ1, PZ2)의 압전 활성 영역을 분극시킬 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 재료 시트 적층 구조체가 폴링 과정을 거쳐 최종적으로 분극된 방향을 나타내는 도면이다.

상기와 같이 분극 과정을 거친 압전 재료 시트 적층 구조체에 대해서, 제1 전극 패턴들(110, 210, 310)에 동일 극성의 전압을 인가하고, 제2 전극 패턴들(120, 220, 320)에 동일 극성의 전압을 인가하되, 제2 전극 패턴들(120, 220, 320)에 인가되는 전압은 제1 전극 패턴들(110, 210, 310)에 인가되는 전압의 극성과 반대이다. 압전 재료 시트 적층 구조체의 구동에 대해서는 도 6 및 도 7을 참조하여 설명한다.

도 6은 위에서 설명한 압전 재료 시트 적층 구조체의 제1 구동예를 설명하기 위한 단면도이다.

도 6을 참조하면, 제1 전극 패턴들(110, 210, 310)에 (+) 전압을 인가하고, 제2 전극 패턴들(120, 220, 320)에 (-) 전압을 인가한다. 이와 같이 전압을 인가함에 따라, 제1 압전 재료 시트(PZ1)는 제2 압전 재료 시트(PZ2)에 비해서 상대적으로 수축되고, 제2 압전 재료 시트(PZ2)는 제1 압전 재료 시트(PZ1)에 비해서 상대적으로 연신된다. 이때, 연신 또는 수축은 압전 재료 시트 적층 구조체를 기준으로 수평 방향으로 일어난다.

이에 따라, 도 6에 도시된 바와 같이, 압전 재료 시트 적층 구조체는 제1 압전체(PZ1)가 배치된 측을 향해서 휘어지는 형태가 된다.

도 7은 위에서 설명한 압전 재료 시트 적층 구조체의 제2 구동예를 설명하기 위한 단면도이다.

도 7을 참조하면, 제1 전극 패턴들(110, 210, 310)에 (-) 전압을 인가하고, 제2 전극 패턴들(120, 220, 320)에 (+) 전압을 인가한다. 이와 같이 전압을 인가함에 따라, 제1 압전 재료 시트(PZ1)는 제2 압전 재료 시트(PZ2)에 비해 상대적으로 연신되고, 제2 압전 재료 시트(PZ2)는 제1 압전 재료 시트(PZ1)에 비해서 상대적으로 수축된다.

이에 따라, 도 7에 도시된 바와 같이, 압전 재료 시트 적층 구조체는 제2 압전 재료 시트(PZ2)가 배치된 측을 향해서 휘어지는 형태가 된다.

정리하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 재료 시트 적층 구조체에 교류 전압이 인가되는 경우 상기 압전 재료 시트의 분극 방향과 동일 또는 반대 극성의 전압의 인가에 따라 상기 압전 재료 시트 적층 구조체가 휘어지게 되며, 이 경우 분극 과정에서 인가된 전압과 반대 극성의 전압이 인가되는 경우 해당 압전 재료 시트는 수평 방향으로 수축되고, 분극 과정에서 인가된 전압과 동일 극성의 전압이 인가되는 경우 해당 압전 재료 시트는 수평 방향으로 연신된다.

일 실시예에서, 제1 전극 패턴들(110, 210, 310)과 제2 전극 패턴들(120, 220, 320)에 교류 전압을 인가하는 경우, 압전 액츄에이터는 제1 압전 재료 시트(PZ1)를 향해서 휘어짐과 제2 압전 재료 시트(PZ2)를 향해서 휘어짐이 반복될 수 있다.

상기에서 설명한 바에 따르면, 제1 압전체(PZ1)와 제2 압전체(PZ2)에서의 분극 방향을 서로 반대로 하고, 구동 시에 인가하는 전압에 따라서 제1 및 제2 압전 재료 시트(PZ1, PZ2)이 휘어짐 특성을 가지도록 구동할 수 있다. 전압의 극성을 조절함으로서 제1 및 제2 압전 재료 시트(PZ1, PZ2)의 휘어지는 방향을 용이하게 제어할 수 있다.

도 1 내지 도 7에서 설명한 압전 재료 시트 적층 구조체는 압전 스피커로 이용할 수 있는데, 이에 대해서는 이하에서 설명하도록 하겠다.

본 발명의 일 실시예에 따른 압전 재료 시트 적층 구조체를 이용한 스피커는, 두 개의 압전 재료 시트가 서로 위아래로 겹쳐 있고, 상기 두 개의 압전 재료 시트의 윗면, 아랫면, 그리고 사이면에 전극 패턴들이 배치되며, 상기 두 개의 압전 재료 시트의 윗면 또는 아랫면에 진동판이 배치되고, 상기 전극 패턴들은 제 1 전극 패턴 및 제 2 전극 패턴으로 이루어져 있으며, 상기 제 1 전극 패턴 및 제 2 전극 패턴은 전기적으로 절연되어 있고, 각각 서로 맞물리는(interdigitated) 전극 패턴을 형성하는 복수의 전극을 포함하고, 상기 전극 패턴들은 상하 방향으로 서로 동일한 형태로 투영되도록 배치되며, 상기 두 압전 재료 시트의 압전 활성 영역의 분극 방향은 서로 반대이다.

아래의 설명에서는 도 1 내지 7을 통해 위에서 이미 설명된 부분과 동일한 설명 부분은 중복 설명을 생략하도록 하겠다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 재료 시트 적층 구조체를 이용한 스피커의 분해 사시도를 도시하고, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 재료 시트 적층 구조체를 이용한 스피커의 측단면도를 도시한다.

도 8 및 9에서 보는 것처럼, 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 재료 시트 적층 구조체는 도 1 및 2의 구조를 갖는 압전 재료 시트 적층 구조체에 진동 시트(VPL)를 추가로 포함하고 있다.

진동 시트(VPL)는 압전 재료 시트 적층 구조체의 상부 또는 하부에 배치될 수 있으며, 도 8 및 9에서는 하부에 부착된 것으로 도시되어 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.

진동 시트(VPL)는 압전 재료 시트 적층 구조체의 진동에 의해 음향 성능을 나타내는 부분이다. 압전 재료 시트 적층 구조체의 제1 및 제2 압전 재료 시트들(PZ1, PZ2)은 전기신호를 입력받아 구동하게 되고, 이들의 구동에 의해 함께 부착되어 있는 진동 시트(VPL)가 진동함으로써 압전 스피커(PSR)가 스피커의 기능을 할 수 있다. 진동 시트(VPL)는 유연성을 갖는 필름형 플렉서블 진동판일 수 있다.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 재료 시트 적층 구조체를 이용한 스피커의 구조에 대한 단면도로서 제1 압전 재료 시트(PZ1) 및 제2 압전 재료 시트(PZ2)가 폴링된 상태를 도시하며, 제1 압전 재료 시트(PZ1)의 압전 활성 영역의 분극 방향은 제2 압전 재료 시트(PZ2)의 압전 활성 영역의 분극 방향과 서로 반대임을 확인할 수 있다.

도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 재료 시트 적층 구조체를 이용한 스피커의 단면도 모습으로 진동 시트(VPL)가 하부에 부착된 모습을 도시하며, 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 재료 시트 적층 구조체를 이용한 스피커의 단면도 모습으로 진동 시트(VPL)가 상부에 부착된 모습을 도시한다.

도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 재료 시트 적층 구조체를 이용한 스피커의 제1 구동예를 설명하기 위한 단면도이다.

도 13을 참조하면, 제1 전극 패턴들(110, 210, 310)에 (+) 전압을 인가하고, 제2 전극 패턴들(120, 220, 320)에 (-) 전압을 인가한다. 이와 같이 전압을 인가함에 따라, 제1 압전 재료 시트(PZ1)는 제2 압전 재료 시트(PZ2)에 비해서 상대적으로 수축되고, 제2 압전 재료 시트(PZ2)는 제1 압전 재료 시트(PZ1)에 비해서 상대적으로 연신된다. 이때, 연신 또는 수축은 압전 재료 시트 적층 구조체를 기준으로 수평 방향으로 일어난다. 이에 따라, 도 13에 도시된 바와 같이, 압전 재료 시트 적층 구조체는 제1 압전체(PZ1)가 배치된 측을 향해서 휘어지는 형태가 되고, 이에 의해 진동 시트(VPL) 역시 동일하게 휘어지는 형태가 된다.

도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 재료 시트 적층 구조체를 이용한 스피커의 제2 구동예를 설명하기 위한 단면도이다.

도 14를 참조하면, 제1 전극 패턴들(110, 210, 310)에 (-) 전압을 인가하고, 제2 전극 패턴들(120, 220, 320)에 (+) 전압을 인가한다. 이와 같이 전압을 인가함에 따라, 제1 압전 재료 시트(PZ1)는 제2 압전 재료 시트(PZ2)에 비해 상대적으로 연신되고, 제2 압전 재료 시트(PZ2)는 제1 압전 재료 시트(PZ1)에 비해서 상대적으로 수축된다. 이에 따라, 도 14에 도시된 바와 같이, 압전 재료 시트 적층 구조체는 제2 압전 재료 시트(PZ2)가 배치된 측을 향해서 휘어지는 형태가 되고, 이에 의해 진동 시트(VPL) 역시 동일하게 휘어지는 형태가 된다.

정리하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 재료 시트 적층 구조체를 이용한 스피커에 교류 전압이 인가되는 경우 상기 압전 재료 시트의 분극 방향과 동일 또는 반대 극성의 전압의 인가에 따라 상기 압전 재료 시트 적층 구조체의 휘어짐에 의해 진동 시트가 동일하게 휘어지게 된다.

일 실시예에서, 제1 전극 패턴들(110, 210, 310)과 제2 전극 패턴들(120, 220, 320)에 교류 전압을 인가하는 경우, 압전 재료 시트 적층 구조체는 제1 압전 재료 시트(PZ1)를 향해서 휘어짐과 제2 압전 재료 시트(PZ2)를 향해서 휘어짐이 반복될 수 있고, 이에 의해 진동 시트 역시 동일하게 휘어짐이 반복되면서 스피커 기능을 할 수 있게 되는 것이다.

상기에서 설명한 바에 따르면, 제1 압전체(PZ1)와 제2 압전체(PZ2)에서의 분극 방향을 서로 반대로 하고, 구동 시에 인가하는 전압에 따라서 제1 및 제2 압전 재료 시트(PZ1, PZ2)이 휘어짐 특성을 가지도록 구동할 수 있다. 전압의 극성을 조절함으로서 제1 및 제2 압전 재료 시트(PZ1, PZ2)의 휘어지는 방향을 용이하게 제어할 수 있고, 이에 의해 스피커 역할시 진동 시트의 휘어짐을 용이하게 제어할 수 있게 된다.

도 15는 도 8 내지 도 14를 통해 설명한 압전 재료 시트 적층 구조체를 이용한 스피커의 동작 방법에 관한 순서도를 도시한다.

도 8 내지 도 14와 같은 형태로 준비된 압전 재료 시트 적층 구조체를 포함한 스피커의 구동 방법은, 윗면 및 사이면 사이에 배치된 전극 패턴들에 제 1 전압을 인가하여 두 개의 압전 재료 시트 중 위에 배치된 압전 재료 시트를 분극시키는 단계(S 151); 아랫면 및 사이면 사이에 배치된 전극 패턴들에 제 1 전압과 극성이 반대인 제 2 전압을 인가하여 아래에 배치된 압전 재료 시트를 분극시키는 단계(S 152); 및 윗면, 아랫면 및 사이면에 배치된 전극 패턴들에 동일한 극성이 상하 투영되어 나타나도록 전압을 인가하여 구동시키는 단계(S 153)를 포함한다.

S 151 단계 및 S 152 단계에서는 제1 압전 재료 시트(PZ1) 및 제2 압전 재료 시트(PZ2)를 폴링시키는 단계를 거친다. 편의상 두 개의 압전 재료 시트 중 아래에 배치된 압전 재료 시트를 제 1 압전 재료 시트라고 명명하였고, 두 개의 압전 재료 시트 중 위에 배치된 압전 재료 시트를 제 2 압전 재료 시트로 명명하였으며, 이는 서로 바뀌거나 변경될 수 있다.

S 151 단계 및 S 152 단계를 거침으로써, 제1 압전 재료 시트(PZ1) 및 제2 압전 재료 시트(PZ2)는 도 11과 같이 폴링되며, 제1 압전 재료 시트(PZ1)의 압전 활성 영역의 분극 방향은 제2 압전 재료 시트(PZ2)의 압전 활성 영역의 분극 방향과 서로 반대임을 확인할 수 있다.

분극 단계 이후 S 153 단계에서는 구동시키기 위한 전압 신호를 인가하게 되며, 윗면, 아랫면 및 사이면에 배치된 전극 패턴들에 동일한 극성이 상하 투영되어 나타나도록 전압을 인가하여 구동시키게 된다. 이 경우 인가되는 전압의 극성에 따라 도 13 및 도 14와 같이 진동 시트의 휘어짐이 발생하게 되며, 전압의 크기에 따라 휘어짐의 정도가 변경될 수 있다. 이러한 진동 시트의 휘어짐에 의해 스피커 역할을 수행할 수 있게 된다.

한편, S 151 및 S 152의 압전 재료 시트를 분극시키는 단계에서는 직류 전압을 인가하고, S 153의 구동시키는 단계에서는 교류 전압을 인가하게 된다.

이하에서는 본 발명의 추가적인 실시예에 따른 복수의 압전 재료 시트 적층 구조체 및 이러한 구조체를 이용한 스피커에 대해 설명하도록 하겠다. 이하에서도 위에서 이미 설명한 부분과 중복되는 설명 부분에 대해서는 설명을 생략하도록 하겠다.

도 16 내지 22는 본 발명의 추가적인 실시예에 따른 복수의 압전 재료 시트 적층 구조체 및 이를 이용한 스피커를 도시한다.

본 발명의 추가적인 실시예에 따른 복수의 압전 재료 시트 적층 구조체는 2n개의 압전 재료 시트들이 서로 위아래로 겹쳐 있고, 상기 압전 재료 시트들의 윗면, 아랫면, 그리고 각각의 사이면에 전극 패턴들이 배치되며, 상기 전극 패턴들은 제 1 전극 패턴 및 제 2 전극 패턴으로 이루어져 있으며, 상기 제 1 전극 패턴 및 제 2 전극 패턴은 전기적으로 절연되어 있고, 각각 서로 맞물리는(interdigitated) 전극 패턴을 형성하는 복수의 전극을 포함하고, 상기 전극 패턴들은 상하 방향으로 서로 동일한 형태로 투영되도록 배치되며, 상기 압전 재료 시트들 중 위에 배치된 n개의 압전 재료 시트들의 압전 활성 영역의 분극 방향과 아래에 배치된 n개의 압전 재료 시트들의 압전 활성 영역의 분극 방향이 서로 반대인 구조를 갖는다.

도 16에서 보는 것처럼, 2n개의 압전 재료 시트들이 서로 적층된 형태로 배치될 수 있고, 이와 같이 2n개의 압전 재료 시트들이 적층됨으로써 압전 효과를 크게 할 수 있게 된다.

이 경우 압전 재료 시트를 2n개를 배치하게 되며, 도 16 내지 20에서는 2n=4개를 배치한 형태를 도시하며, 도 21 내지 22에서는 2n=6개를 배치한 형태를 도시한다.

한편, 2n개의 압전 재료 시트들 중 위에 배치된 n개의 압전 재료 시트들의 압전 활성 영역의 분극 방향과 아래에 배치된 n개의 압전 재료 시트들의 압전 활성 영역의 분극 방향이 서로 반대인 구조를 갖는다.

도 17 내지 18에서 볼 수 있는 것처럼, 제 1 압전 재료 시트 세트(PZ1: PZ1-1, PZ1-2) 및 제 2 압전 재료 시트 세트(PZ2: PZ2-1, PZ2-2)의 압전 활성 영역의 분극 방향은 서로 상이하다.

도 17 기준으로 압전 활성 영역인 A 구역을 살펴보면, 아래에 배치된 제 1 압전 재료 시트 세트(PZ1: PZ1-1, PZ1-2)의 A 구역의 분극 방향과 위에 배치된 제 2 압전 재료 시트 세트(PZ2: PZ2-1, PZ2-2)의 압전 활성 영역의 분극 방향은 서로 반대임을 확인할 수 있다.

이와 같이 2개의 세트로 아래에 배치된 압전 재료 시트 세트와 위에 배치된 압전 재료 시트 세트의 분극 방향이 반대가 되므로, 구동시 압전 재료 시트의 분극 방향과 동일 또는 반대 극성의 전압의 인가에 따라 위의 n개의 압전 재료 시트 세트의 수축 또는 신장이 일어나고 아래에 배치된 n개의 압전 재료 시트 세트의 수축 또는 신장이 반대로 일어나게 됨에 따라, 전체적으로 압전 재료 시트 적층 구조체의 휘어짐이 발생되게 된다. 이러한 휘어짐의 모습은 도 6 내지 7의 모습과 유사하다.

도 19는 분극된 상태를 단순화하여 도시한 형태이고, 도 20은 진동 시트가 부착된 형태를 도시한다.

진동 시트가 부착된 형태를 통해서 압전 재료 시트 적층 구조체의 휘어짐에 의해 진동 시트가 동일하게 휘어지게 되고, 이에 의해 스피커 기능을 수행할 수 있게 되는 것이다.

이 경우에도 역시 압전 재료 시트 적층 구조체에 교류 전압이 인가되는 경우 상기 압전 재료 시트의 분극 방향과 동일 또는 반대 극성의 전압의 인가에 따라 상기 압전 재료 시트 적층 구조체 및 상기 진동판이 휘어지게 되며, n개의 아래에 배치된 세트와 n개의 위에 배치된 세트가 세트별로 동일하게 수축 또는 신장을 하며, 세트 간에는 서로 반대로 수축 또는 신장을 한다.

도 21 내지 23은 2n=6개의 압전 재료 시트들의 배치를 갖는 압전 재료 시트 적층 구조체 및 이를 이용한 스피커의 모습이다.

도 22 및 23에서는 위에 배치된 압전 재료 시트의 세트가 3개이고, 아래에 배치된 압전 재료 시트의 세트가 3개가 되며, 각각의 세트는 압전 재료 시트의 분극 방향과 동일 또는 반대 극성의 전압의 인가에 따라 인장 또는 수축하게 되며, 세트 간에는 서로 반대로 인장 또는 수축하게 된다.

도 23에서는 아래 진동판(VPL)이 부착된 형태를 도시하며, 이러한 진동판의 부착에 의해 압전 스피커의 기능을 수행할 수 있게 된다.

도 24는 도 16 내지 도 22를 통해 설명한 복수의 압전 재료 시트 적층 구조체를 이용한 스피커를 이용한 스피커의 동작 방법에 관한 순서도를 도시한다.

도 16 내지 도 23와 같은 형태로 준비된 압전 재료 시트 적층 구조체를 포함한 스피커의 구동 방법은, 상기 압전 재료 시트들 중 위에 배치된 n개의 압전 재료 시트들의 윗면, 각각의 사이면 및 상기 위에 배치된 n개의 시트들 중 맨 아래 시트의 아랫면에 배치된 전극 패턴들에 제 1 전압을 인가하여 위에 배치된 n개의 압전 재료 시트들을 동일하게 분극시키는 단계(S 241); 상기 압전 재료 시트들 중 아래에 배치된 n개의 압전 재료 시트들의 아랫면, 각각의 사이면 및 상기 아래에 배치된 n개의 시트들 중 맨 위 시트의 윗면에 배치된 전극 패턴들에 제 1 전압과 극성이 반대인 제 2 전압을 인가하여 아래에 배치된 n개의 압전 재료 시트들을 동일하게 분극시키는 단계(S 242); 및 상기 윗면, 아랫면 및 각각의 사이면에 배치된 전극 패턴들에 동일한 극성이 상하 투영되어 나타나도록 전압을 인가하여 구동시키는 단계(S 243)를 포함한다.

S 241 단계 및 S 242 단계에서는 제1 압전 재료 시트 세트(PZ1) 및 제2 압전 재료 시트 세트(PZ2)를 폴링시키는 단계를 거친다. 편의상 두 개의 압전 재료 시트 세트 중 아래에 배치된 압전 재료 시트 세트를 제 1 압전 재료 시트 세트(PZ1: PZ1-1, PZ1-2)라고 명명하였고, 두 개의 압전 재료 시트 세트 중 위에 배치된 압전 재료 시트 세트를 제 2 압전 재료 시트 세트(PZ2: PZ2-1, PZ2-2)로 명명하였으며, 이는 서로 바뀌거나 변경될 수 있다.

S 241 단계 및 S 242 단계를 거침으로써, 제1 압전 재료 시트 세트(PZ1) 및 제2 압전 재료 시트 세트(PZ2)는 도 17과 같이 폴링되며, 제1 압전 재료 시트 세트(PZ1)의 압전 활성 영역의 분극 방향은 제2 압전 재료 시트 세트(PZ2)의 압전 활성 영역의 분극 방향과 서로 반대임을 확인할 수 있다.

분극 단계 이후 S 243 단계에서는 구동시키기 위한 전압 신호를 인가하게 되며, 윗면, 아랫면 및 사이면에 배치된 전극 패턴들에 동일한 극성이 상하 투영되어 나타나도록 전압을 인가하여 구동시키게 된다. 이 경우 인가되는 전압의 극성에 따라 진동 시트의 휘어짐이 발생하게 되며, 전압의 크기에 따라 휘어짐의 정도가 변경될 수 있다. 이러한 진동 시트의 휘어짐에 의해 스피커 역할을 수행할 수 있게 된다.

한편, S 241 및 S 242의 압전 재료 시트를 분극시키는 단계에서는 직류 전압을 인가하고, S 243의 구동시키는 단계에서는 교류 전압을 인가하게 된다.

도 25는 본 발명에 따른 압전 스피커가 적용된 웨어러블 장치를 설명하기 위한 도면이다.

도 25를 참조하면, 웨어러블 장치는 압전 스피커를 포함한다. 압전 스피커는 이미 위에서 설명한 것과 실질적으로 동일하므로 중복되는 설명은 생략한다. 압전 스피커 자체가 유연성을 갖기 때문에 웨어러블 장치, 즉, 손목, 팔뚝, 발목 등의 사용자의 신체에 장착되는 밴드에 적용되어 밴드가 사용자의 신체에 장착되면서 압전 스피커도 같이 휘어질 수 있다. 일례로, 압전 스피커는 손목 시계형의 밴드와 결합하여 도 25에 도시한 바와 같이 이용할 수 있다.

위에서 설명한 압전 스피커는 플렉서블한 진동 시트(VPL) 상에 압전 재료 시트들이 배치된 구조를 가짐으로써, 평탄면뿐만 아니라 표면이 곡면형인 영역에 그 표면의 형상에 따라 용이하게 밀착되어 부착될 수 있다. 이러한 특성으로 인해, 압전 스피커는 자동차 내부에도 용이하게 부착될 수 있고 웨어러블 장치 등에 용이하게 적용될 수 있다. 예를 들어, 압전 스피커는 자동차의 대시보드(dashboard)나 실내 천정, 운전자용 팔걸이 등에 용이하게 결합될 수 있다.

제시된 실시예들에 대한 설명은 임의의 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 이용하거나 또는 실시할 수 있도록 제공된다. 이러한 실시예들에 대한 다양한 변형들은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이며, 여기에 정의된 일반적인 원리들은 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 다른 실시예들에 적용될 수 있다. 그리하여, 본 발명은 여기에 제시된 실시예들로 한정되는 것이 아니라, 여기에 제시된 원리들 및 신규한 특징들과 일관되는 최광의의 범위에서 해석되어야 할 것이다.

Claims

두 개의 압전 재료 시트가 서로 위아래로 겹쳐 있고,
상기 두 개의 압전 재료 시트의 윗면, 아랫면, 그리고 사이면에 전극 패턴들이 배치되며,
상기 전극 패턴들은 제 1 전극 패턴 및 제 2 전극 패턴으로 이루어져 있으며, 상기 제 1 전극 패턴 및 제 2 전극 패턴은 전기적으로 절연되어 있고, 상기 전극 패턴들은 상하 방향으로 서로 동일한 형태로 투영되도록 배치되며,
상기 제 1 전극 패턴 및 상기 제 2 전극 패턴은,
상기 압전 재료 시트의 평면의 길이 방향을 따라 서로 평행하게 마주하도록 배치되며,
상기 압전 재료 시트의 평면의 길이 방향을 따라 연장된 몸체 전극과 그 몸체 전극으로부터 상기 압전 재료 시트의 길이 방향과 수직한 방향으로 분기되고 서로 이격된 복수의 서브 전극들을 포함하고,
상기 제 1 전극 패턴의 서브 전극들과 상기 제 2 전극 패턴의 서브 전극들은 서로 이격된 채 맞물린 형태를 가지며,
상기 제 1 전극 패턴 및 상기 제 2 전극 패턴에 전압을 인가하여 폴링 과정을 거침에 의해 상기 압전 재료 시트의 분극 방향은 상기 압전 재료 시트의 길이 방향을 따라 분극되며,
상기 두 압전 재료 시트의 압전 활성 영역의 분극 방향은 서로 반대인,
압전 재료 시트 적층 구조체.
제 1 항에 있어서,
상기 압전 재료 시트 적층 구조체에 교류 전압이 인가되는 경우 상기 압전 재료 시트의 분극 방향과 동일 또는 반대 극성의 전압의 인가에 따라 상기 압전 재료 시트 적층 구조체가 휘어지는,
압전 재료 시트 적층 구조체.
제 2 항에 있어서,
분극 과정에서 인가된 전압과 반대 극성의 전압이 인가되는 경우 해당 압전 재료 시트는 수평 방향으로 수축되고,
분극 과정에서 인가된 전압과 동일 극성의 전압이 인가되는 경우 해당 압전 재료 시트는 수평 방향으로 연신되는,
압전 재료 시트 적층 구조체.
삭제
삭제
두 개의 압전 재료 시트가 서로 위아래로 겹쳐 있고,
상기 두 개의 압전 재료 시트의 윗면, 아랫면, 그리고 사이면에 전극 패턴들이 배치되며,
상기 두 개의 압전 재료 시트의 윗면 또는 아랫면에 진동판이 배치되고,
상기 전극 패턴들은 제 1 전극 패턴 및 제 2 전극 패턴으로 이루어져 있으며, 상기 제 1 전극 패턴 및 제 2 전극 패턴은 전기적으로 절연되어 있고, 상기 전극 패턴들은 상하 방향으로 서로 동일한 형태로 투영되도록 배치되며,
상기 제 1 전극 패턴 및 상기 제 2 전극 패턴은,
상기 압전 재료 시트의 평면의 길이 방향을 따라 서로 평행하게 마주하도록 배치되며,
상기 압전 재료 시트의 평면의 길이 방향을 따라 연장된 몸체 전극과 그 몸체 전극으로부터 상기 압전 재료 시트의 길이 방향과 수직한 방향으로 분기되고 서로 이격된 복수의 서브 전극들을 포함하고,
상기 제 1 전극 패턴의 서브 전극들과 상기 제 2 전극 패턴의 서브 전극들은 서로 이격된 채 맞물린 형태를 가지며,
상기 제 1 전극 패턴 및 상기 제 2 전극 패턴에 전압을 인가하여 폴링 과정을 거침에 의해 상기 압전 재료 시트의 분극 방향은 상기 압전 재료 시트의 길이 방향을 따라 분극되며,
상기 두 압전 재료 시트의 압전 활성 영역의 분극 방향은 서로 반대인,
압전 재료 시트 적층 구조체를 이용한 스피커.
제 6 항에 있어서,
상기 압전 재료 시트 적층 구조체에 교류 전압이 인가되는 경우 상기 압전 재료 시트의 분극 방향과 동일 또는 반대 극성의 전압의 인가에 따라 상기 압전 재료 시트 적층 구조체 및 상기 진동판이 휘어지는,
압전 재료 시트 적층 구조체를 이용한 스피커.
제 7 항에 있어서,
분극 과정에서 인가된 전압과 반대 극성의 전압이 인가되는 경우 해당 압전 재료 시트는 수평 방향으로 수축되고,
분극 과정에서 인가된 전압과 동일 극성의 전압이 인가되는 경우 해당 압전 재료 시트는 수평 방향으로 연신되는,
압전 재료 시트 적층 구조체를 이용한 스피커.
제 6 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
자동차의 내부에 표면이 곡면형인 영역에 그 표면의 형상에 따라 밀착되어 부착되는 것을 특징으로 하는,
압전 재료 시트 적층 구조체를 이용한 스피커.
제 6 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
사용자의 신체의 일부를 감을 수 있는 밴드와 결합되고, 사용자의 신체에 장착되는 경우에 스피커가 밴드와 함께 휘어지는 것을 특징으로 하는,
압전 재료 시트 적층 구조체를 이용한 스피커.
두 개의 압전 재료 시트가 서로 위아래로 겹쳐 있고, 상기 두 개의 압전 재료 시트의 윗면, 아랫면, 그리고 사이면에 전극 패턴들이 배치되며, 상기 두 개의 압전 재료 시트의 윗면 또는 아랫면에 진동판이 배치되고, 상기 전극 패턴들은 제 1 전극 패턴 및 제 2 전극 패턴으로 이루어져 있으며, 상기 제 1 전극 패턴 및 제 2 전극 패턴은 전기적으로 절연되어 있고, 상기 전극 패턴들은 상하 방향으로 서로 동일한 형태로 투영되도록 배치된 압전 재료 시트 적층 구조체를 포함한 스피커에서,
상기 제 1 전극 패턴 및 상기 제 2 전극 패턴은,
상기 압전 재료 시트의 평면의 길이 방향을 따라 서로 평행하게 마주하도록 배치되며,
상기 압전 재료 시트의 평면의 길이 방향을 따라 연장된 몸체 전극과 그 몸체 전극으로부터 상기 압전 재료 시트의 길이 방향과 수직한 방향으로 분기되고 서로 이격된 복수의 서브 전극들을 포함하고,
상기 제 1 전극 패턴의 서브 전극들과 상기 제 2 전극 패턴의 서브 전극들은 서로 이격된 채 맞물린 형태를 가지며,
상기 제 1 전극 패턴 및 상기 제 2 전극 패턴에 전압을 인가하여 폴링 과정을 거침에 의해 상기 압전 재료 시트의 분극 방향은 상기 압전 재료 시트의 길이 방향을 따라 분극되고,
상기 윗면 및 사이면 사이에 배치된 전극 패턴들에 제 1 전압을 인가하여 두 개의 압전 재료 시트 중 위에 배치된 압전 재료 시트를 분극시키는 단계;
상기 아랫면 및 사이면 사이에 배치된 전극 패턴들에 제 1 전압과 극성이 반대인 제 2 전압을 인가하여 아래에 배치된 압전 재료 시트를 분극시키는 단계; 및
상기 윗면, 아랫면 및 사이면에 배치된 전극 패턴들에 동일한 극성이 상하 투영되어 나타나도록 전압을 인가하여 구동시키는 단계를 포함하는,
압전 재료 시트 적층 구조체를 이용한 스피커의 구동 방법.
제 11 항에 있어서,
상기 압전 재료 시트를 분극시키는 단계에서는 직류 전압을 인가하고,
상기 구동시키는 단계에서는 교류 전압을 인가하는 것을 특징으로 하는,
압전 재료 시트 적층 구조체를 이용한 스피커의 구동 방법.
2n개(n은 2이상의 정수)의 압전 재료 시트들이 서로 위아래로 겹쳐 있고,
상기 압전 재료 시트들의 윗면, 아랫면, 그리고 각각의 사이면에 전극 패턴들이 배치되며,
상기 전극 패턴들은 제 1 전극 패턴 및 제 2 전극 패턴으로 이루어져 있으며, 상기 제 1 전극 패턴 및 제 2 전극 패턴은 전기적으로 절연되어 있고, 상기 전극 패턴들은 상하 방향으로 서로 동일한 형태로 투영되도록 배치되며,
상기 제 1 전극 패턴 및 상기 제 2 전극 패턴은,
상기 압전 재료 시트의 평면의 길이 방향을 따라 서로 평행하게 마주하도록 배치되며,
상기 압전 재료 시트의 평면의 길이 방향을 따라 연장된 몸체 전극과 그 몸체 전극으로부터 상기 압전 재료 시트의 길이 방향과 수직한 방향으로 분기되고 서로 이격된 복수의 서브 전극들을 포함하고,
상기 제 1 전극 패턴의 서브 전극들과 상기 제 2 전극 패턴의 서브 전극들은 서로 이격된 채 맞물린 형태를 가지며,
상기 제 1 전극 패턴 및 상기 제 2 전극 패턴에 전압을 인가하여 폴링 과정을 거침에 의해 상기 압전 재료 시트의 분극 방향은 상기 압전 재료 시트의 길이 방향을 따라 분극되고,
상기 압전 재료 시트들 중 위에 배치된 n개의 압전 재료 시트들의 압전 활성 영역의 분극 방향과 아래에 배치된 n개의 압전 재료 시트들의 압전 활성 영역의 분극 방향이 서로 반대인,
복수의 압전 재료 시트 적층 구조체.
제 13 항에 있어서,
상기 압전 재료 시트 적층 구조체에 교류 전압이 인가되는 경우 상기 압전 재료 시트의 분극 방향과 동일 또는 반대 극성의 전압의 인가에 따라 상기 압전 재료 시트 적층 구조체가 휘어지는,
복수의 압전 재료 시트 적층 구조체.
2n개(n은 2이상의 정수)의 압전 재료 시트들이 서로 위아래로 겹쳐 있고,
상기 압전 재료 시트들의 윗면, 아랫면, 그리고 각각의 사이면에 전극 패턴들이 배치되며,
상기 압전 재료 시트들의 윗면 또는 아랫면에 진동판이 배치되고,
상기 전극 패턴들은 제 1 전극 패턴 및 제 2 전극 패턴으로 이루어져 있으며, 상기 제 1 전극 패턴 및 제 2 전극 패턴은 전기적으로 절연되어 있고,
상기 전극 패턴들은 상하 방향으로 서로 동일한 형태로 투영되도록 배치되며,
상기 제 1 전극 패턴 및 상기 제 2 전극 패턴은,
상기 압전 재료 시트의 평면의 길이 방향을 따라 서로 평행하게 마주하도록 배치되며,
상기 압전 재료 시트의 평면의 길이 방향을 따라 연장된 몸체 전극과 그 몸체 전극으로부터 상기 압전 재료 시트의 길이 방향과 수직한 방향으로 분기되고 서로 이격된 복수의 서브 전극들을 포함하고,
상기 제 1 전극 패턴의 서브 전극들과 상기 제 2 전극 패턴의 서브 전극들은 서로 이격된 채 맞물린 형태를 가지며,
상기 제 1 전극 패턴 및 상기 제 2 전극 패턴에 전압을 인가하여 폴링 과정을 거침에 의해 상기 압전 재료 시트의 분극 방향은 상기 압전 재료 시트의 길이 방향을 따라 분극되고,
상기 압전 재료 시트들 중 위에 배치된 n개의 압전 재료 시트들의 압전 활성 영역의 분극 방향과 아래에 배치된 n개의 압전 재료 시트들의 압전 활성 영역의 분극 방향이 서로 반대인,
복수의 압전 재료 시트 적층 구조체를 이용한 스피커.
제 15 항에 있어서,
상기 압전 재료 시트 적층 구조체에 교류 전압이 인가되는 경우 상기 압전 재료 시트의 분극 방향과 동일 또는 반대 극성의 전압의 인가에 따라 상기 압전 재료 시트 적층 구조체 및 상기 진동판이 휘어지는,
복수의 압전 재료 시트 적층 구조체를 이용한 스피커.
제 15 항 또는 제 16 항에 있어서,
자동차의 내부에 표면이 곡면형인 영역에 그 표면의 형상에 따라 밀착되어 부착되는 것을 특징으로 하는,
복수의 압전 재료 시트 적층 구조체를 이용한 스피커.
제 15 항 또는 제 16 항에 있어서,
사용자의 신체의 일부를 감을 수 있는 밴드와 결합되고, 사용자의 신체에 장착되는 경우에 스피커가 밴드와 함께 휘어지는 것을 특징으로 하는,
복수의 압전 재료 시트 적층 구조체를 이용한 스피커.
2n개(n은 2이상의 정수)의 압전 재료 시트들이 서로 위아래로 겹쳐 있고, 상기 압전 재료 시트들의 윗면, 아랫면, 그리고 각각의 사이면에 전극 패턴들이 배치되며, 상기 압전 재료 시트들의 윗면 또는 아랫면에 진동판이 배치되고, 상기 전극 패턴들은 제 1 전극 패턴 및 제 2 전극 패턴으로 이루어져 있으며, 상기 제 1 전극 패턴 및 제 2 전극 패턴은 전기적으로 절연되어 있고, 상기 전극 패턴들은 상하 방향으로 서로 동일한 형태로 투영되도록 배치되며, 상기 압전 재료 시트들 중 위에 배치된 n개의 압전 재료 시트들의 압전 활성 영역의 분극 방향과 아래에 배치된 n개의 압전 재료 시트들의 압전 활성 영역의 분극 방향이 서로 반대인, 압전 재료 시트 적층 구조체를 이용한 스피커에서,
상기 제 1 전극 패턴 및 상기 제 2 전극 패턴은,
상기 압전 재료 시트의 평면의 길이 방향을 따라 서로 평행하게 마주하도록 배치되며,
상기 압전 재료 시트의 평면의 길이 방향을 따라 연장된 몸체 전극과 그 몸체 전극으로부터 상기 압전 재료 시트의 길이 방향과 수직한 방향으로 분기되고 서로 이격된 복수의 서브 전극들을 포함하고,
상기 제 1 전극 패턴의 서브 전극들과 상기 제 2 전극 패턴의 서브 전극들은 서로 이격된 채 맞물린 형태를 가지며,
상기 제 1 전극 패턴 및 상기 제 2 전극 패턴에 전압을 인가하여 폴링 과정을 거침에 의해 상기 압전 재료 시트의 분극 방향은 상기 압전 재료 시트의 길이 방향을 따라 분극되고,
상기 압전 재료 시트들 중 위에 배치된 n개의 압전 재료 시트들의 윗면, 각각의 사이면 및 상기 위에 배치된 n개의 시트들 중 맨 아래 시트의 아랫면에 배치된 전극 패턴들에 제 1 전압을 인가하여 위에 배치된 n개의 압전 재료 시트들을 동일하게 분극시키는 단계;
상기 압전 재료 시트들 중 아래에 배치된 n개의 압전 재료 시트들의 아랫면, 각각의 사이면 및 상기 아래에 배치된 n개의 시트들 중 맨 위 시트의 윗면에 배치된 전극 패턴들에 제 1 전압과 극성이 반대인 제 2 전압을 인가하여 아래에 배치된 n개의 압전 재료 시트들을 동일하게 분극시키는 단계; 및
상기 윗면, 아랫면 및 각각의 사이면에 배치된 전극 패턴들에 동일한 극성이 상하 투영되어 나타나도록 전압을 인가하여 구동시키는 단계를 포함하는,
복수의 압전 재료 시트 적층 구조체를 이용한 스피커의 구동 방법.
제 19 항에 있어서,
상기 압전 재료 시트를 분극시키는 단계에서는 직류 전압을 인가하고,
상기 구동시키는 단계에서는 교류 전압을 인가하는 것을 특징으로 하는,
압전 재료 시트 적층 구조체를 이용한 스피커의 구동 방법.