KR102391894B1 - 압전 소자, 이 소자를 포함하는 압전 액츄에이터, 및 이 엑츄에이터를 포함하는 압전 모듈 - Google Patents

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Abstract

실시 예에 의한 압전 소자는 높이, 높이보다 큰 횡폭, 횡폭보다 큰 종폭을 가지며, 판 형상을 갖는 압전부와, 압전부의 내부에 나란하게 배치되고, 종폭 방향으로 이격된 다수의 내부 전극과, 높이와 종폭에 의해 정의되는 압전부의 측면에 배치되는 외부 전극 및 압전부와 외부 전극을 덮는 보호부를 포함하고, 압전부의 분극 방향과 종축 방향은 서로 일치하고, 횡폭 및 종폭에 의해 정의되는 압전부의 일면을 통하여 음향신호를 전달한다.

Description

압전 소자, 이 소자를 포함하는 압전 액츄에이터, 및 이 엑츄에이터를 포함하는 압전 모듈{Piezoelectric device, piezoelectric actuator including the device, and piezoelectric module including the actuator}
실시 예는 압전 소자, 이 소자를 포함하는 압전 액츄에이터, 및 이 엑츄에이터를 포함하는 압전 모듈에 관한 것이다.
일반적으로 압전 소자는 전기적 에너지와 기계적 에너지를 서로 간에 변화시킬 수 있는 특성을 지닌 소자를 말한다.
압전 스피커는 이러한 압전 소자의 기계적 움직임을 진동판에 의해 음향적으로 변환시켜서 원하는 주파수 대역의 음향을 발생시키는 음향 부품의 대표적인 제품이다. 이때 압전 소자는 압전 세라믹에 가해지는 힘에 의해 전압이 발생하고, 그 힘의 세기에 따라 발생되는 전압의 양이 달라진다.
일반적으로 특성이 좋은 압전 스피커는 높은 출력이 구현되고, 주파수별 음압이 높으며 평탄한 형태를 가지면서 넓은 음역을 가지는 것을 의미한다. 그러나, 기존의 압전 소자의 경우, 주된 변위 방향과 교차하는 방향으로 분극이 야기되므로, 진동력이 약한 문제점을 갖는다.
실시 예는 높은 진동력과 낮은 공진 주파수를 갖는 압전 소자, 이 소자를 포함하는 압전 액츄에이터, 및 이 엑츄에이터를 포함하는 압전 모듈을 제공한다.
일 실시 예에 의한 압전 소자는, 높이, 상기 높이보다 큰 횡폭, 상기 횡폭보다 큰 종폭을 가지며, 판 형상을 갖는 압전부; 상기 압전부의 내부에 나란하게 배치되고, 종폭 방향으로 이격된 다수의 내부 전극; 상기 높이와 상기 종폭에 의해 정의되는 상기 압전부의 측면에 배치되는 외부 전극; 및 상기 압전부와 상기 외부 전극을 덮는 보호부를 포함하고, 상기 압전부의 분극 방향과 종축 방향은 서로 일치하고, 상기 횡폭 및 상기 종폭에 의해 정의되는 상기 압전부의 일면을 통하여 음향신호를 전달할 수 있다.
예를 들어, 상기 외부 전극은 상기 압전부의 상기 측면 중 일측면에 배치되는 제1 외부 전극; 및 상기 압전부의 상기 측면 중 상기 일측면과 반대되는 타측면에 배치되는 제2 외부 전극을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 다수의 내부 전극은 상기 압전부의 상기 종축 방향으로 이격되어 상호 교호적으로 반복하여 배치되는 제1 내부전극 및 제2 내부전극을 포함하고, 상기 제1 및 제2 내부 전극 각각의 횡축 방향으로의 길이는 상기 횡폭보다 작으며, 상기 제1 내부 전극은 상기 압전부의 상기 일측면에 노출되어 상기 제1 외부 전극과 전기적으로 연결되고, 상기 제2 내부 전극은 상기 압전부의 상기 타측면에 노출되어, 상기 제2 외부 전극과 전기적으로 연결될 수 있다.
예를 들어, 상기 압전부는 상기 분극 방향으로 적층되며, 각각이 상기 다수의 내부 전극을 포함하며 세라믹계 압전 물질을 포함하는 복수의 단위 블럭; 및 상기 복수의 단위 블럭 중 서로 인접하는 단위 블럭을 접착시키는 제1 접착층을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 복수의 단위 블럭 각각은 상기 다수의 내부 전극 중 상기 제1 접착층과 가장 인접한 내부 전극과 상기 제1 접착층 사이에 배치된 더미부; 및 상기 제1 및 제2 내부 전극 사이에 배치된 분극부를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 다수의 내부 전극은 상기 압전부의 상기 타측면에 노출되고, 상기 제1 내부 전극과 이격되며, 상기 제1 내부 전극과 동일선 상에 배치된 제1 더미 전극; 및 상기 압전부의 상기 일측면에 노출되고, 상기 제2 내부 전극과 이격되며, 상기 제2 내부 전극과 동일선 상에 배치된 제2 더미 전극을 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 다수의 내부 전극은 상기 더미부에서, 상기 압전부의 상기 일측면 및 상기 타측면에 각각 노출되며 서로 이격되어 동일선 상에 배치된 제3 및 제4 더미 전극을 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 횡축 방향으로, 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 더미 전극 각각의 길이는 상기 내부 전극의 길이보다 작을 수 있다.
예를 들어, 상기 종축 방향으로, 상기 제1 접착층의 길이는 상기 분극부의 길이보다 작고, 상기 종축 방향으로, 상기 더미부의 길이는 상기 분극부의 길이보다 작을 수 있다.
예를 들어, 상기 종축 방향으로 상기 제1 접착층의 길이는 0 내지 20 ㎛ 이하이고, 상기 종축 방향으로 상기 더미부의 길이는 10 ㎛ 내지 50 ㎛이고, 상기 종축 방향으로 상기 분극부의 길이는 20 ㎛ 내지 100 ㎛일 수 있다.
다른 실시 예에 의한 압전 액츄에이터는 제1 압전 소자; 상기 제1 압전 소자 위에 배치된 디스플레이부; 상기 제1 압전 소자와 상기 디스플레이부 사이에 배치된 제2 접착층; 및 상기 디스플레이부 위에 배치된 커버 부재를 포함하고, 상기 제1 압전 소자는 높이, 상기 높이보다 큰 횡폭, 상기 횡폭보다 큰 종폭을 가지며, 판 형상을 갖는 압전부; 상기 압전부의 내부에 나란하게 배치되고 종폭 방향으로 이격하는 다수의 내부 전극; 상기 높이와 상기 종폭에 의해 정의되는 상기 압전부의 측면에 배치되는 외부전극; 및 상기 압전부와 상기 외부 전극을 덮는 보호부를 포함하고, 상기 압전부의 분극 방향과 종축 방향은 서로 일치하고, 상기 횡폭 및 상기 종폭에 의해 정의되는 상기 압전부의 일면을 통하여 제1 음향신호를 전달할 수 있다.
예를 들어, 상기 압전 액츄에이터는 제2 음향 신호에 응답하여 생성한 전기적 신호를 출력하는 제2 압전 소자를 더 포함하고, 상기 제2 압전 소자의 종축 방향과 분극 방향은 서로 교차할 수 있다.
예를 들어, 상기 압전 액츄에이터는 상기 제2 접착층과 상기 디스플레이부 사이에 배치되어 상기 디스플레이부를 보호하는 백 플레이트를 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 압전 액츄에이터는 상기 압전 소자 아래에 배치된 진동판; 상기 진동판의 양단부 중 일단부의 아래에 배치되는 고정판; 및 상기 압전 소자와 상기 진동판을 접착시키는 제3 접착층을 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 압전 엑츄에이터는 상기 진동판의 양단부 중 타단부의 아래에 배치되는 질량부를 더 포함할 수 있다.
또 다른 실시 예에 의한 압전 모듈은, 압전 액츄에이터; 및 상기 압전 액츄에이터를 구동하는 구동 제어부를 포함하고, 상기 압전 액츄에이터는 압전 소자; 상기 압전 소자 위에 배치된 디스플레이부; 상기 압전 소자와 상기 디스플레이부 사이에 배치된 제2 접착층; 및 상기 디스플레이부 위에 배치된 커버 부재를 포함하고, 상기 압전 소자는 높이, 상기 높이보다 큰 횡폭, 상기 횡폭보다 큰 종폭을 가지며, 판 형상을 갖는 압전부; 상기 압전부의 내부에 나란하게 배치되고 종폭 방향으로 이격하는 다수의 내부 전극; 상기 높이와 상기 종폭에 의해 정의되는 상기 압전부의 측면에 배치되는 외부전극; 및 상기 압전부와 상기 외부 전극을 덮는 보호부를 포함하고, 상기 압전부의 분극 방향과 종축 방향은 서로 일치하고, 상기 횡폭 및 상기 종폭에 의해 정의되는 상기 압전부의 일면을 통하여 음향신호를 전달할 수 있다.
실시 예에 따른 압전 소자, 이 소자를 포함하는 압전 액츄에이터, 및 이 엑츄에이터를 포함하는 압전 모듈은 변위량이 커서 진동력을 극대화시킬 수 있고, 낮은 공진 주파수를 가지며, 두께가 슬림하며, 보호부를 배치함으로써 외부 전극의 깨지거나 들뜨는 현상이 방지될 수 있고, 외부로부터 내부 전극을 완전히 절연시킴으로써, 적층된 복수의 단위 블럭으로 구현된 압전부의 휨 강도를 보강할 수 있고, 외부 전극이 배선이 접합되는 접합부를 보호부로 감싸도록 배치함으로써 접합부의 부착력을 보강할 수도 있고, 높은 설계의 자유도를 갖는다.
이하에 첨부되는 도면들은 본 발명에 관한 이해를 돕기 위한 것으로, 상세한 설명과 함께 본 발명에 대한 실시 예들을 제공한다. 다만, 본 발명의 기술적 특징이 특정 도면에 한정되는 것은 아니며, 각 도면에서 개시하는 특징들은 서로 조합되어 새로운 실시 예로 구성될 수 있다.
도 1은 일 실시 예에 의한 압전 소자의 분해 사시도를 나타낸다.
도 2는 도 1에 도시된 압전 소자의 실시 예에 의한 외관 결합 사시도를 나타낸다.
도 3은 도 1에 도시된 압전부 및 내부 전극의 일 실시 예에 의한 외관 사시도를 나타낸다.
도 4는 도 3에 도시된 압전부 및 내부 전극의 일 실시 예에 의한 평면도를 나타낸다.
도 5는 도 3에 도시된 압전부 및 내부 전극의 다른 실시 예에 의한 평면도를 나타낸다.
도 6은 도 3에 도시된 압전부 및 내부 전극의 또 다른 실시 예에 의한 평면도를 나타낸다.
도 7 (a) 내지 (e)는 제1 내지 제4 더미 전극 각각의 실시 예에 의한 평면 형상을 나타낸다.
도 8a 내지 도 8c는 압전부의 제조 방법을 설명하기 위한 공정 사시도를 나타낸다.
도 9는 비교 례에 의한 압전 소자의 사시도를 나타낸다.
도 10은 일 실시 예에 의한 압전 엑츄에이터의 단면도를 나타낸다.
도 11은 다른 실시 예에 의한 압전 엑츄에이터의 단면도를 나타낸다.
도 12는 또 다른 실시 예에 의한 압전 엑츄에이터의 단면도를 나타낸다.
도 13은 일 실시 예에 의한 압전 모듈의 사시도를 나타낸다.
도 14는 스피커 역할을 하는 압전 소자의 실시 예에 의한 구동 방법을 설명하기 위한 플로우차트이다.
도 15는 수신기 역할을 하는 압전 소자의 실시 예에 의한 구동 방법을 설명하기 위한 플로우차트이다.
도 16은 실시 예에 의한 제1 음향신호의 왜곡 보상 방법을 설명하기 위한 플로우차트이다.
도 17a는 기존의 휴대 전화의 외관 사시도를 개략적으로 나타내고, 도 17b는 실시 예에 의한 휴대 전화의 외관 사시도를 나타낸다.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시 예를 들어 설명하고, 발명에 대한 이해를 돕기 위해 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시 예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되지 않아야 한다. 본 발명의 실시 예들은 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
본 발명에 따른 실시 예의 설명에 있어서, 각 element의 " 상(위)" 또는 "하(아래)(on or under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)(on or under)는 두개의 element가 서로 직접(directly)접촉되거나 하나 이상의 다른 element가 상기 두 element사이에 배치되어(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 “상(위)" 또는 "하(아래)(on or under)”로 표현되는 경우 하나의 element를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
또한, 이하에서 이용되는 "제1" 및 "제2," "상/상부/위" 및 "하/하부/아래" 등과 같은 관계적 용어들은, 그런 실체 또는 요소들 간의 어떠한 물리적 또는 논리적 관계 또는 순서를 반드시 요구하거나 내포하지는 않으면서, 어느 한 실체 또는 요소를 다른 실체 또는 요소와 구별하기 위해서 이용될 수도 있다.
이하, 실시 예에 의한 압전 소자(1000), 이 소자(1000)를 포함하는 압전 액츄에이터(2000A 내지 2000C), 및 이 엑츄에이터를 포함하는 압전 모듈(3000)을 데카르트 좌표계를 이용하여 설명하지만, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 즉, 데카르트 좌표계에 의하면, x축, y축 및 z축은 서로 직교하지만, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 즉, x축, y축, z축은 직교하는 대신에 서로 교차할 수 있다.
도 1은 일 실시 예에 의한 압전 소자(1000)의 분해 사시도를 나타내고, 도 2는 도 1에 도시된 압전 소자(1000)의 실시 예에 의한 외관 결합 사시도를 나타내고, 도 3은 도 1에 도시된 압전부(100) 및 내부 전극(200)의 일 실시 예에 의한 외관 사시도를 나타내고, 도 4는 도 3에 도시된 압전부(100) 및 내부 전극(200)의 일 실시 예에 의한 평면도를 나타낸다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 일 실시 예에 의한 압전 소자(1000)는 압전부(100), 내부 전극(200), 외부 전극(300) 및 보호부(passivation layer)(400)를 포함할 수 있다.
실시 예에 의한 압전 소자(1000)는 전기적 신호를 음향 신호로 변환하는 일종의 스피커로서 동작할 수 있다. 또한, 실시 예에 의한 압전 소자(1000)는 음향 신호를 전기적 신호로 변환하는 일종의 수신기(receiver)(또는, 마이크)로서 동작할 수도 있다.
압전부(100)는 높이(또는, 두께)(H), 횡폭(W) 및 종폭(또는, 길이)(L)을 갖는 판 형상일 수 있으나, 실시 예는 압전부(100)의 특정한 형상에 국한되지 않는다. 여기서, 횡폭(W)은 높이(H)보다 크고, 종폭(L)은 횡폭(W)보다 클 수 있다.
압전부(100)는 N개의 단위 블럭과 N-1개의 제1 접착층(120)을 포함할 수 있다. 여기서, N은 2이상의 양의 정수일 수 있다.
이하, 실시 예에 의한 압전 소자(100)는 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 N=4인 경우를 설명하지만, 하기의 설명은 N이 4보다 적거나 큰 경우에도 적용될 수 있다. 또한, 도 4는 설명의 편의상 제1 내지 제4 단위 블럭(B1 내지 B4)의 일부만을 도시한다.
제1 내지 제4 단위 블럭(B1 내지 B4)은 분극 방향으로 적층된다. 여기서, 분극 방향이란 분극이 발생하는 방향으로서 내부 전극(200)이 배열된 방향과 일치한다. 또한, 분극 방향은 압전부(100)의 종축 방향(예를 들어, z축 방향)일 수 있다.
제1 내지 제4 단위 블럭(B1 내지 B4) 각각은 내부 전극(200)을 포함하며 세라믹계 압전 물질을 포함할 수 있다. 세라믹계 압전 물질은 단결정일 수도 있고, 다결정일 수도 있다. 예를 들어, 단결정 세라믹계 압전 물질은 PZN-PT[Pb(Zn2/3Nb1/3)O3-PbTiO3] 또는 PMN-PT [Pb(Mg2/3Nb1/3)O3-PbTiO3] 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또는, 다결정 세라믹계 압전 물질은 Pb계 또는 non-Pb계 기본 조성을 포함할 수 있다. 예를 들어, Pb계 기본 조성을 갖는 다결정 세라믹계 압전 물질은 Pb(Zr, Ti)O3 또는 PZT(Pb Zirconate Titanate) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또는, non-Pb계 기본 조성을 갖는 다결정 세라믹계 압전 물질은 K0.5Na0.5NbO3 또는 KNN 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
그러나, 제1 내지 제4 단위 블럭(B1 내지 B4)의 재질은 세라믹계 압전 물질에 국한되지 않는다. 즉, 적층이 가능하고, 슬라이싱될 수 있으며, 내부 전극(IE1, IE2, DE1 내지 DE4)을 증착 또는 인쇄시킬 수 있다면, 제1 내지 제4 단위 블럭(B1 내지 B4)의 재질은 특정한 종류의 압전 물질에 국한되지 않는다. 예를 들어, 내부 전극(IE1, IE2, DE1 내지 DE4)은 스크린 프린팅(screen printing) 기법으로 인쇄되어 형성될 수 있다.
다른 실시 예에 의하면, 제1 내지 제4 단위 블럭(B1 내지 B4)의 재질은 폴리머계 압전 물질일 수도 있다.
제1 접착층(120)은 복수의 단위 블럭(B1 내지 B4) 사이에 배치되어 이들(B1 내지 B4)을 서로 접착시키는 역할을 한다. 전술한 바와 같이, N=4인 경우, 압전부(100)는 3개의 제1 접착층(120:A11, A12, A13)을 포함할 수 있다. 제1-1 접착층(A11)은 서로 인접하는 제1 및 제2 단위 블럭(B1 및 B2)을 접착시키는 역할을 하고, 제1-2 접착층(A12)은 서로 인접하는 제2 및 제3 단위 블럭(B2 및 B3)을 접착시키는 역할을 하고, 제1-3 접착층(A13)은 서로 인접하는 제3 및 제4 단위 블럭(B3 및 B4)을 접착시키는 역할을 한다.
또한, 제1 접착층(120)은 에폭시 계열의 접착 물질을 포함할 수 있으나, 실시 예는 제1 접착층(120)의 특정한 구성 물질에 국한되지 않는다.
또한, 제1 접착층(120)의 탄성 계수를 낮출 경우 압전 소자(1000)의 공진 주파수(fo)를 낮출 수 있다. 만일, 제1 접착층(120)의 탄성 계수가 1 MPa보다 작다면 제1 접착층(120)이 갖는 고유한 물성이 저하되어 접착력이 약할 수 있다. 따라서, 제1 접착층(120)의 탄성 계수는 1 MPa 이상일 수 있다. 예를 들어, 제1 접착층(120)의 탄성 계수는 1 MPa 내지 25000 MPa, 바람직하게는 100 MPa 내지 10000 MPa, 더욱 바람직하게는 200 MPa 내지 4000 MPa일 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 이와 같이, 제1 접착층(120)의 탄성 계수를 조정할 경우, 압전 소자(1000)의 공진 주파수(fo)는 예를 들어, 1 ㎑로부터 200 ㎐ 내지 300 ㎐까지 낮출 수 있다. 이는, 전체 탄성 계수 대비 전체 질량(mass) 증가율을 높여, 공진 주파수(fo)를 낮추는 원리이다.
한편, 내부 전극(200)은 압전부(100)의 내부에 배치될 수 있다. 예를 들어, 내부 전극(200)은 압전부(100)의 내부에 나란하게 배치되고, 종폭 방향으로 이격하는 다수의 내부 전극(200)을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 다수의 내부 전극(200)은 제1 및 제2 내부 전극(IE1 및 IE2)을 포함할 수 있다.
또한, 복수의 단위 블럭(B1 내지 B4) 각각에 포함된 내부 전극(200)의 개수는 서로 동일할 수도 있고, 서로 다를 수도 있다. 예를 들어, 도 3 및 도 4의 경우, 제1 내지 제4 단위 블럭(B1 내지 B4) 각각에 포함된 내부 전극(200)의 개수는 모두 6개로서 동일할 수 있다. 예를 들어, 제2 단위 블럭(B2)은 3개의 제1 내부 전극(IE1:IE211, IE212, IE213)과 3개의 제2 내부 전극(IE2:IE221, IE222, IE223)을 포함할 수 있다. 후술되는 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 제1 및 제3 단위 블럭(B1, B3) 각각은 제2 단위 블럭(B2)과 같이 3개의 제1 내부 전극(IE1)과 3개의 제2 내부 전극(IE2)을 포함할 수 있다.
또한, 각 단위 블럭(B1 내지 B4)에서 제1 및 제2 내부 전극(IE1 및 IE2)은 분극 방향인 압전부(100)의 종축 방향(예를 들어, z축 방향)으로 이격되어 상호 교호적으로 반복하여 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 4를 참조하면, 제2 단위 블럭(B2) 내에서 제1 내부 전극(IE1:IE211, IE212, IE213)과 제2 내부 전극(IE2:IE221, IE222, IE223)은 z축 방향으로 이격되어 상호 교호적으로 반복하여 배치됨을 알 수 있다.
또한, 제1 내부 전극(IE1:IE211, IE212, IE213) 및 제2 내부 전극(IE2:IE221, IE222, IE223) 각각의 횡축 방향(예를 들어, x축 방향)으로의 길이(x1, x2)는 압전부(100)의 횡축 방향(예를 들어, x축 방향)으로의 횡폭(W)보다 작을 수 있다.
압전부(100)의 측면이란, 높이(H)와 종폭(L)에 의해 정의되는 면으로서, 서로 반대되는 일측면(S1) 및 타측면(S2)을 포함할 수 있다.
또한, 제1 내부 전극(IE1:IE211, IE212, IE213)은 압전부(100)의 일측면(S1)에 노출되어 제1 외부 전극(310)과 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 제2 내부 전극(IE2:IE221, IE222, IE223)은 압전부(100)의 타측면(S2)에 노출되어, 제2 외부 전극(320)과 전기적으로 연결될 수 있다.
또한, 제1 내부 전극(IE1)은 양(+)의 전극이고 제2 내부 전극(IE2)은 음(-)의 전극일 수 있다. 또는, 제1 내부 전극(IE1)은 음(-)의 전극이고 제2 내부 전극(IE2)은 양(+)의 전극일 수 있다.
한편, 외부 전극(300)은 압전부(100)의 측면(S1, S2)에 배치되며, 제1 및 제2 외부 전극(310, 320)을 포함할 수 있다.
제1 외부 전극(310)은 압전부(100)의 측면 중 일측면(S1)에 배치되어 제1 내부 전극(IE1)과 연결될 수 있다. 또한, 제1 외부 전극(310)은 후술되는 제2 더미 전극(DE2) 및 제3 더미 전극(DE3)과 전기적으로 연결될 수도 있다.
제2 외부 전극(320)은 압전부(100)의 측면 중 타측면(S2)에 배치되어 제2 내부 전극(IE2)과 연결될 수 있다. 또한, 제2 외부 전극(320)은 후술되는 제1 더미 전극(DE1) 및 제4 더미 전극(DE4)과 전기적으로 연결될 수도 있다.
복수의 단위 블럭(B1 내지 B4) 각각에 포함된 제1 내부 전극(IE1)은 하나의 제1 외부 전극(310)에 공통으로 전기적으로 연결되고, 복수의 단위 블럭(B1 내지 B4) 각각에 포함된 제2 내부 전극(IE2)은 하나의 제2 외부 전극(320)에 공통으로 전기적으로 연결될 수 있다.
또한, 제1 내지 제4 단위 블럭(B1 내지 B4) 각각은 더미부(DA:Dummy Area) 및 분극부(PA:Polarization Area)를 포함할 수 있다.
더미부(DA)란, 각 단위 블럭(B1 내지 B4)에서 내부 전극(200) 중 제1 접착층(120)과 가장 인접한 내부 전극과 제1 접착층(120) 사이의 영역으로서 정의될 수 있다. 예를 들어, 도 4에 예시된 바와 같이, 제2 단위 블럭(B2) 내에 6개의 내부 전극(IE211 내지 IE213, IE221 내지 IE223)이 배치된다고 가정할 때, 6개의 내부 전극(IE211 내지 IE213, IE221 내지 IE223)중 내부 전극(IE223)이 제1 접착층(A12)과 가장 인접하여 배치되므로, 내부 전극(IE223)과 제1 접착층(A12) 사이의 영역이 더미부(DA)에 해당할 수 있다.
또한, 분극부(PA)란, 제1 및 제2 내부 전극(IE1, IE2) 사이의 영역으로서 정의될 수 있다. 예를 들어, 도 4를 참조하면, 제1 내부 전극(IE213)과 제2 내부 전극(IE223) 사이의 영역이 분극부(PA)에 해당할 수 있다.
또한, 제1 접착층(120:A11 내지 A13) 및 더미부(DA) 각각에서는 분극이 일어나지 않고, 분극부(PA)에서만 분극이 일어난다. 따라서, 압전부(100)의 종축 방향(예를 들어, z축 방향)으로의 전체 종폭(L) 중에서 분극이 일어나지 않는 부분을 줄이기 위해, 종축 방향(예를 들어, z축 방향)으로 제1 접착층(120:A11 내지 A13)의 제1 길이(z1)와 더미부(DA)의 제2 길이(z2)는 짧을수록 바람직하다.
더미부(DA)는 압전 소자(1000)의 분극 후의 기계적 스트레스 및 탄성 계수 대비 질량 증가율을 높여 공진 주파수(fo)를 낮춰줄 수 있으므로, 더미부(DA)는 존재함이 바람직할 수 있다. 즉, 제2 길이(z2)는 '0'보다 클 수 있다.
종축 방향(예를 들어, z축 방향)으로, 제1 접착층(120:A11 내지 A13)의 제1 길이(z1)는 분극부(PA)의 제3 길이(z3)보다 작을 수 있다. 이는 제1 접착층(120:A11 내지 A13)의 제1 길이(z1)가 커질 경우, 압전 소자(1000)의 무게가 증가하여 진동력이 감쇄될 수 있기 때문이다. 또한, 종축 방향(예를 들어, z축 방향)으로, 더미부(DA)의 제2 길이(z2)는 분극부(PA)의 제3 길이(z3)보다 작을 수 있다.
예를 들어, 종축 방향(예를 들어, z축 방향)으로 제1 접착층(120:A11 내지 A13)의 제1 길이(z1)는 0 내지 20 ㎛, 바람직하게는 2 ㎛ 내지 10 ㎛일 수 있다. 예를 들어, 종축 방향(예를 들어, z축 방향)으로 더미부(DA)의 제2 길이(z2)는 0보다 크고 50 ㎛이하, 바람직하게는 10 ㎛ 내지 50 ㎛, 더욱 바람직하게는 30 ㎛ 또는 40 ㎛일 수 있다. 예를 들어, 종축 방향(예를 들어, z축 방향)으로 분극부(PA)의 제3 길이(z3)는 20 ㎛ 내지 100 ㎛일 수 있다. 그러나, 실시 예는 제1 내지 제3 길이(z1, z2, z3)의 특정한 값에 국한되지 않는다.
도 5는 도 1에 도시된 압전부(100) 및 내부 전극(200)의 다른 실시 예에 의한 평면도를 나타낸다.
다른 실시 예에 의하면, 도 4에 도시된 내부 전극(200)과 달리, 도 5에 도시된 내부 전극(200)은 제1 및 제2 더미 전극(DE1, DE2)을 더 포함한다. 이를 제외하면, 도 5에 도시된 내부 전극(200)은 도 4에 도시된 내부 전극(200)과 동일하므로, 동일한 부분에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하여 중복되는 설명을 생략한다.
앞서 설명한 바와 같이, 도 4에 도시된 제2 단위 블럭(B2)과 마찬가지로, 도 5에 도시된 제1 단위 블럭(B1)도 3개의 제1 내부 전극(IE1:IE111, IE112, IE113)과 3개의 제2 내부 전극(IE2:IE121, IE122, IE123)을 포함할 수 있다.
제1 더미 전극(DE1)은 압전부(100)의 타측면(S2)에 노출되고, 제1 내부 전극(IE1)과 이격되며, 제1 내부 전극(IE1)과 동일선 상에 배치될 수 있다. 예를 들어, 압전부(100)의 가장 왼쪽에 배치된 제1 더미 전극(DE1)은 제1 내부 전극(IE111)과 x축 방향으로 동일한 선상에 배치됨을 알 수 있다.
또한, 제2 더미 전극(DE2)은 압전부(100)의 일측면(S1)에 노출되고, 제2 내부 전극(IE2)과 이격되며, 제2 내부 전극(IE2)과 동일선 상에 배치될 수 있다. 예를 들어, 압전부(100)의 가장 왼쪽에 배치된 제2 더미 전극(DE2)은 제2 내부 전극(IE121)과 x축 방향으로 동일한 선상에 배치됨을 알 수 있다.
제1 내부 전극(IE1)이 제1 외부 전극(310)과 전기적으로 연결되고 제1 더미 전극(DE1)이 제2 외부 전극(320)과 전기적으로 연결될 경우, 전기적인 단락(short)을 방지하기 위해, 제1 더미 전극(DE1)과 제1 내부 전극(IE1)은 서로 전기적으로 이격된다. 또한, 제2 내부 전극(IE1)이 제2 외부 전극(320)과 전기적으로 연결되고 제2 더미 전극(DE2)이 제1 외부 전극(310)과 전기적으로 연결될 경우, 전기적인 단락을 방지하기 위해, 제2 더미 전극(DE2)과 제2 내부 전극(IE2)은 서로 전기적으로 이격된다.
예를 들어, 제1 내부 전극(IE1) 및 제2 내부 전극(IE2) 각각의 횡축 방향(예를 들어, x축 방향)으로의 길이(x1, x2) 각각이 200 ㎛ 내지 500 ㎛일 경우, 제1 더미 전극(DE1)과 제1 내부 전극(IE1)이 서로 이격된 거리(Δx1) 및 제2 더미 전극(DE2)과 제2 내부 전극(IE2)이 서로 이격된 거리(Δx2) 각각은 100 ㎛ 내지 300 ㎛일 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.
도 6은 도 1에 도시된 압전부(100) 및 내부 전극(200)의 또 다른 실시 예에 의한 평면도를 나타낸다.
또 다른 실시 예에 의하면, 도 5에 도시된 내부 전극(200)과 달리, 도 6에 도시된 내부 전극(200)은 제3 및 제4 더미 전극(DE3, DE4)을 더 포함한다. 이를 제외하면, 도 6에 도시된 내부 전극(200)은 도 5에 도시된 내부 전극(200)과 동일하므로, 동일한 부분에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하여 중복되는 설명을 생략한다.
전술한 바와 같이, 도 4 및 도 5에 도시된 제1 및 제2 단위 블럭(B1, B2)과 마찬가지로, 도 6에 도시된 제3 단위 블럭(B3)도 3개의 제1 내부 전극(IE1:IE311, IE312, IE313)과 3개의 제2 내부 전극(IE2:IE321, IE322, IE323)을 포함할 수 있다.
제3 및 제4 더미 전극(DE3, DE4)은 모두 더미부(DA)에 배치될 수 있다. 제3 더미 전극(DE3:DE31, DE32)은 압전부(100)의 일측면(S1)에 노출되고, 제4 더미 전극(DE4:DE41, DE42)은 압전부(100)의 타측면(S2)에 노출될 수 있다. 제3 및 제4 더미 전극(DE3, DE4)은 서로 이격되어 동일선 상에 배치될 수 있다.
제3 및 제4 더미 전극(DE3, DE4)은 도 6에 도시된 바와 같이, 제1 내지 제4 단위 블럭(B1 내지 B4) 각각의 더미부(DA)들 각각에 배치될 수 있다. 즉, 제2 단위 블럭(B2)의 더미부(DA)에도 제3 및 제4 더미 전극(DE31, DE41)이 배치되고, 제3 단위 블럭(B3)의 더미부(DA)에도 제3 및 제4 더미 전극(DE32, DE42)이 배치될 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.
다른 실시 예에 의하면, 도 6에 도시된 바와 달리, 제3 및 제4 더미 전극(DE3, DE4)는 제1 내지 제4 단위 블럭(B1 내지 B4) 각각의 더미부(DA)들 중 어느 하나의 더미부(DA)에만 배치될 수도 있다.
제3 더미 전극(DE3:DE31, DE32)이 제1 외부 전극(310)과 전기적으로 연결되고 제4 더미 전극(DE4:DE41, DE42)이 제2 외부 전극(320)과 전기적으로 연결될 경우, 제1 외부 전극(310)과 제2 외부 전극(320)의 전기적인 단락을 방지하기 위해, 제3 더미 전극(DE3)과 제4 더미 전극(DE4)은 서로 전기적으로 이격된다. 예를 들어, 제3 더미 전극(DE3)과 제4 더미 전극(DE4)이 서로 이격된 거리(Δx3)는 100 ㎛ 내지 300 ㎛일 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.
또한, 내부 전극 즉, 제1 내부 전극(IE1), 제2 내부 전극(IE2), 제1 내지 제4 더미 전극(DE1 내지 DE4) 각각의 종축 방향(예를 들어, z축 방향)으로의 두께는 1 ㎛ 내지 2 ㎛일 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.
비록 도시되지는 않았지만, 또 다른 실시 예에 의하면, 내부 전극(200)은 제1 및 제2 더미 전극(DE1, DE2)을 포함하지 않고, 제3 및 제4 더미 전극(DE3, DE4)만을 포함할 수도 있다. 이 경우, 도 6에 도시된 제1 및 제2 더미 전극(DE1, DE2)은 생략될 수 있다.
비록 도시되지는 않았지만, 또 다른 실시 예에 의하면, 제3 및 제4 더미 전극(DE3, DE4)이 각 단위 블럭(B1 내지 B4)의 더미부(DA)에 배치된 도 6과 달리, 제3 및 제4 더미 전극(DE3, DE4)은 단위 블럭과 단위 블럭 사이의 제1 접착층(120:A11, A12, A13)에 배치될 수도 있다.
비록 도시되지는 않았지만, 또 다른 실시 예에 의하면, 제3 및 제4 더미 전극(DE3, DE4)이 각 단위 블럭(B1 내지 B4)의 더미부(DA)에 배치된 도 6과 달리, 제3 및 제4 더미 전극(DE3, DE4)은 각 단위 블럭(B1 내지 B4)의 더미부(DA)와 제1 접착층(120:A11, A12, A13) 사이에 배치될 수도 있다. 이 경우, 각 단위 블럭(B1 내지 B4)에서 더미부(DA)와 제1 접착층(120) 사이에서 제3 및 제4 더미 전극(DE3, DE4)이 배치될 영역이 추가로 확보될 수 있다.
도 6에서, 횡축 방향(예를 들어, x축 방향)으로, 제3 및 제4 더미 전극(DE3, DE4) 각각의 길이(x5, x6)는 내부 전극(x1, x2) 각각의 길이보다 작고 제1 및 제2 더미 전극(DE1, DE2) 각각의 길이(x3, x4)보다 클 수 있다.
내부 전극(200) 및 외부 전극(300)은 도전형 물질로서 구현될 수 있으며, 실시 예는 내부 전극(200) 및 외부 전극(300) 각각의 특정한 물질에 국한되지 않는다.
또한, 전술한 바와 같이 각 단위 블럭(B1 내지 B4)에 포함된 내부 전극(IE1, IE2, DE1 내지 DE4)에 관련된 특징 즉, 내부 전극(IE1, IE2, DE1 내지 DE4)의 개수, 제1 및 제2 내부 전극(IE1, IE2) 각각의 길이(x1, x2), 제1 및 제2 더미 전극(DE1, DE2)의 길이(x3, x4)와 종축 방향으로의 폭 등은 모두 동일한 것으로 설명되지만 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 즉, 이러한 내부 전극(IE1, IE2, DE1 내지 DE4)에 관련된 특징은 단위 블럭별로 다를 수도 있다.
도 4를 참조하면, 제1 내부 전극(IE1)과 타측면(S2) 사이에 전극이 존재하지 않는 빈 공간(ES1, ES2)의 횡축 방향(예를 들어, x축 방향)으로의 폭은 1 ㎛ 내지 2 ㎛일 수 있다. 이때, 압전부(100)에서 복수의 단위 블럭(B1 내지 B4)이 적층되어 배치됨에 따라, 이러한 빈 공간(ES1, ES2)이 누적됨로써 복수의 단위 블럭(B1 내지 B4)이 서로 벌어지거나 휨으로써, 압전 소자(1000)의 신뢰성이 저하될 가능성도 배제할 수 없다.
따라서, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 빈 공간(ES1, ES2)에 제1 및 제2 더미 전극(DE1, DE2)이 교차하여 배치되거나 도 6에 도시된 바와 같이 제3 및 제4 더미 전극(DE3, DE4)이 종축 방향(예를 들어, z축 방향)으로 순차적으로 배치될 경우, 빈 공간(ES1, ES2)의 누적으로 인한 복수의 단위 블럭(B1 내지 B4)의 벌어짐이나 압전부(100)의 휨 현상이 방지되어, 압전 소자(1000)의 신뢰성이 개선될 수 있다.
또한, 압전부(100)의 휨 현상을 더욱 방지하기 위해, 복수의 단위 블럭(B1 내지 B4) 사이에 홈부를 마련할 수도 있다. 예를 들어, 홈부는 제1 접착층(120)에 배치될 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.
즉, 도 3에서 제1 접착층(A13)은 다른 제1 접착층(A11, A12)과 동일한 형상을 가질 수도 있고, 제1 접착층(A11, A12)은 다른 제1 접착층(A13)과 동일한 형상을 가질 수도 있다.
또한, 홈부는 압전부(100)의 일측면(S1)과 타측면(S2)에 서로 대칭적으로 배치될 수 있다. 비록, 도 3의 경우 홈부(HO)가 일측면(S1)에만 형성되지만, 타측면(S2)에도 대칭적으로 형성될 수 있다.
도 7 (a) 내지 (e)는 제1 내지 제4 더미 전극(DE1 내지 DE4) 각각의 실시 예에 의한 평면 형상을 나타낸다.
또한, 전술한 제1 내지 제4 더미 전극(DE1 내지 DE4)은 다양한 평면 형상을 가질 수 있으며, 실시 예는 제1 내지 제4 더미 전극(DE1 내지 DE4)의 특정한 평면 형상에 국한되지 않는다. 예를 들어, 제1 내지 제4 더미 전극(DE1 내지 DE4) 각각은 도 7 (a)에 도시된 바와 같이 메쉬(mesh) 형태의 평면 형상을 가질 수도 있고, 도 7 (b)에 도시된 바와 같이 사선 형태의 평면 형상을 가질 수도 있고, 도 7 (c)에 도시된 바와 같이 홀(hole) 형태의 평면 형상을 가질 수도 있고, 도 7 (d)에 도시된 바와 같이 가로 선 형태의 평면 형상을 가질 수도 있고, 도 7 (e)에 도시된 바와 같이 세로 선 형태의 평면 형상을 가질 수도 있다.
한편, 다시 도 1 및 도 2를 참조하면, 보호부(400)는 내부 전극(200)이 매립된 압전부(100)와 외부 전극(400)을 덮도록 배치될 수 있다. 이를 위해, 보호부(400)는 제1 및 제2 보호부(410, 420)를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 도 1에 예시된 바와 같이 제1 보호부(410)는 압전부(100)의 횡폭(W)과 종폭(L)에 의해 정의되는 상부면과 제1 및 제2 외부 전극(310, 320) 각각의 상부면을 덮도록 배치되고, 제2 보호부(420)는 압전부(100)의 상부면의 반대측 하부면과 제1 및 제2 외부 전극(310, 320) 각각의 상부면의 반대측 하부면을 덮도록 배치될 수도 있다.
다른 실시 예에 의하면, 제1 또는 제2 보호부(410, 420) 중 적어도 하나는 제1 및 제2 외부 전극(310, 320) 각각의 모든 측면을 추가로 더 덮도록 배치될 수도 있다. 이 경우, 도 2에 예시된 바와 같이 압전부(100), 압전부(100) 내에 배치된 내부 전극(200) 및 외부 전극(300)은 보호부(400)에 의해 완전히 밀봉된 형태일 수 있다.
또한, 보호부(400)는 전기적 절연성과 방수성이 우수한 재질로 구현될 수 있다. 아울러, 보호부(400)는 접착력이 높고, 기계적 변형률이 낮은 재질로 구현될 수 있다. 예를 들어, 보호부(400)는 Urethane, Epoxy, Silicone 또는 Acryl 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.
또한, 보호부(400)는 2 MPa 내지 300 MPa의 탄성율(modulus)과, 5MPa 내지 45 MPa의 접착력과, 30 내지 70의 경도와, 20 ㎛ 내지 70 ㎛의 두께(t1) 및 1x109Ω 이상의 절연률을 가질 수 있다.
전술한 보호부(400)가 배치됨으로써, 큰 폭으로 진동하는 압전 소자(1000)의 외부 전극(300)의 깨지거나 들뜨는 현상이 방지될 수 있고, 외부로부터 내부 전극(200)을 완전히 절연시킴으로써, 적층된 복수의 단위 블럭(B1 내지 B4)으로 구현된 압전부(100)의 휨 강도(bending strength)를 보강할 수 있다.
게다가, 추후에 도 13에서 설명되는 바와 같이, 외부 전극(300)이 배선(2610, 2620)을 통해 구동 제어부(2500)와 연결될 때, 외부 전극(300)과 배선(2610, 2620)이 접합되는 접합부(예를 들어, 솔더링(soldering)부)를 보호부(400)로 감싸도록 배치함으로써, 접합부의 부착력을 보강할 수도 있다.
이하, 도 4에 도시된 압전부(100)의 제조 방법을 첨부된 도 8a 내지 도 8c를 참조하여 다음과 같이 설명한다. 그러나, 도 4에 도시된 압전부(100)는 도 8a 내지 도 8c와 다른 방법으로 제조될 수 있다. 또한, 도 5 및 도 6에 도시된 압전부(100)도 도 8a 내지 도 8c에 도시된 방법에 의해 제조될 수 있음은 물론이다. 또한, 하기의 설명에서 단위 블럭의 개수는 4개인 것으로 가정한다.
도 8a 내지 도 8c는 압전부(100)의 제조 방법을 설명하기 위한 공정 사시도를 나타낸다.
도 8a를 참조하면, 내부 전극(200)이 내부에 배치된 압전 구조물(100A)을 준비한다.
도 8a에 도시된 바와 같이 압전 구조물(100A)에 배치된 내부 전극(200)은 제1 내지 제4 더미 전극(DE1 내지 DE4)을 포함하지 않는 도 4에 도시된 내부 전극(200)이다. 만일, 압전 구조물(100A)에 배치된 내부 전극(200)이 도 5에 도시된 제1 및 제2 더미 전극(DE1, DE2)을 포함할 경우, 도 8a 내지 도 8c는 도 5에 도시된 압전부(100)의 제조 방법에 해당할 수 있다.
또는, 도 8a에 도시된 압전 구조물(100A)에 배치된 내부 전극(200)이 도 6에 도시된 제1 내지 제4 더미 전극(DE1 내지 DE4)을 포함할 경우, 도 8a 내지 도 8c는 도 6에 도시된 압전부(100)의 제조 방법에 해당할 수 있다.
이후, 도 8b를 참조하면, 도 8a에 도시된 압전 구조물(100A)을 z축 방향으로 수직으로 적층한다. 이때, 인접하는 압전 구조물(100A)을 제1 접착층(120:A11, A12, A13)에 의해 접합시킬 수 있다.
이후, 도 8b에 도시된 결과물을 화살표 방향(A1)으로 슬라이싱(slicing)할 경우, 도 8c에 도시된 압전부(100)가 완성될 수 있다.
예를 들어, 도 8a에 도시된 압전 구조물(100A)의 횡축 방향(예를 들어, x축 방향)으로의 폭(X1)이 17 ㎜이고, 종축 방향(예를 들어, y축 방향)으로의 폭(Y1)이 46 ㎜이고, 두께 방향(예를 들어, z축 방향)으로의 두께(Z1)가 1.5 ㎜이고, 도 8b에 도시된 적층된 결과물의 두께 방향(예를 들어, z축 방향)으로의 두께(Z2)가 46.5 ㎜이고, 도 8c에 도시된 슬라이싱된 결과물의 두께 방향(예를 들어, y축 방향)으로의 두께(Y2)(즉, 도 3에 도시된 높이(H))가 0.45 ㎜일 경우, 69개의 압전부(100)가 획득될 수 있다.
이하, 비교 례 및 실시 예에 의한 압전 소자를 첨부된 도면을 참조하여 다음과 같이 살펴본다.
도 9는 비교 례에 의한 압전 소자(10)의 사시도를 나타낸다.
도 9에 도시된 비교 례에 의한 압전 소자(10)는 내부 전극(20) 및 압전부(30)를 포함할 수 있다. 여기서, 내부 전극(20) 및 압전부(30)는 전술한 실시 예에 의한 내부 전극(200) 및 압전부(100)와 각각 동일한 역할을 수행할 수 있다.
전술한 실시 예에 의한 압전 소자(1000)가 스피커의 역할을 수행할 경우, 횡폭(W) 및 종폭(L)에 의해 정의되는 압전부(100)의 일면을 통해 음향신호가 전달될 수도 있다. 또는, 전술한 실시 예에 의한 압전 소자(1000)가 수신기의 역할을 수행할 경우, 외부의 음향신호에 상응하는 전기적 신호가 생성될 수도 있다.
만일, 실시 예에 의한 압전 소자(1000)가 스피커의 역할을 수행할 경우, 외부 전극(300)을 통해 내부 전극(200)으로 펄스 신호가 인가될 경우, 압전부(100)가 진동함으로써 음향신호가 생성될 수 있다. 여기서, 펄스 신호는 진폭과 주파수를 가지는 전기적 신호로서, 전압 신호 또는 전류 신호일 수 있다. 예를 들어, 펄스 신호는 압전 물질에 진동을 부여하기 위한 교류 특성을 가질 수 있다. 이때, 압전부(100)는 주(main) 변위 방향(예를 들어, z축 방향)과 서브(sub) 변위 방향(예를 들어, y축 방향)으로 모두 진동한다.
또한, 도 9에 도시된 비교 례에 의한 압전 소자(10)가 스피커의 역할을 수행할 경우, 외부 전극(미도시)을 통해 내부 전극(20)으로 펄스 신호가 인가될 경우, 압전부(30)가 진동함으로써 음향신호가 생성될 수 있다. 이때, 압전부(10)는 주 변위 방향(예를 들어, z축 방향)과 서브 변위 방향(예를 들어, y축 방향)으로 모두 진동한다.
도 9에 도시된 압전 소자(10)의 경우, 분극 방향(예를 들어, y축 방향)과 주 변위 방향(예를 들어, z축 방향)이 서로 교차함으로써, 압전부(30)의 변위량이 크지 않다.
반면에, 실시 예에 의한 압전 소자(100)의 경우, 분극 방향(예를 들어, z축 방향)과 주 변위 방향(예를 들어, z축 방향)이 일치함으로써, 주 변위 방향인 화살표 방향(DD1, DD2)으로의 변위량이 도 9에 도시된 비교 례에 의한 압전 소자(10)보다 상대적으로 더 커진다.
도 9에 도시된 비교 례에 의한 압전 소자(10)의 변형률(ε31)은 다음 수학식 1과 같이 표현되고, 실시 예에 의한 압전 소자(1000)의 변형률(ε33)은 다음 수학식 2와 같이 표현될 수 있다. 여기서, 변형률(εjk)에서, j 및 k는 압전부(30, 100)의 진동 방향 및 정렬 방향을 각각 나타낸다. j(또는, k)의 값의 1, 2 및 3은 x축, y축 및 z축 방향을 각각 의미한다.
Figure 112017078171950-pat00001
Figure 112017078171950-pat00002
여기서, d31은 압전 소자(10)의 제1 압전 상수를 나타내고, d33은 압전 소자(1000)의 제2 압전 상수를 나타내고, v는 압전 소자(10, 1000)에 인가되는 펄스 즉, 전압을 나타내고, t는 압전부(10, 100)의 두께를 나타낸다.
위 수학식 2에 표기된 실시 예에 의한 압전 소자(1000)의 변형률(ε33)이 수학식 1에 표기된 비교 례에 의한 압전 소자(10)의 변형률(ε31)보다 더 크다. 이는 두께(t)가 감소하고, 제1 압전 상수(d31)보다 제2 압전 상수(d33)가 더 크기 때문이다. 즉, j와 k가 일치할 경우, 압전 소자의 변형률이 커질 수 있다.
또한, 일반적으로 압전부(30, 100)의 진동력은 다음 수학식 3과 같이 표현된다.
Figure 112017078171950-pat00003
여기서, F는 진동력을 나타내고, d는 압전 상수를 나타내고, s는 스티프니스(stiffness)로서 탄성율의 역수이다.
수학식 3을 참조하면, s와 t는 비교 례보다 실시 예가 더 작고, d는 실시 예가 비교 례보다 크므로, 실시 예에 의한 압전 소자(1000)의 진동력이 비교 례에 의한 압전 소자(10)보다 더 큼을 알 수 있다.
도 9에 도시된 압전 소자(10)의 변위량을 키우기 위해, 압전부(30)를 분극 방향(예를 들어, y축 방향)으로 실시 예에 의한 제1 접착층(120:A11, A12, A13)을 이용하여 수직으로 적층할 수 있다. 그러나, 이 경우, 압전 소자(10)를 이용하는 제품의 y축 방향으로의 두께가 증가할 수 있다.
반면에, 실시 예에 의한 압전 소자(1000)의 경우 압전 소자(1000)의 변위량을 더욱 증가시키기 위해 복수의 단위 블럭(B1 내지 B4)의 개수를 증가시켜도 압전 소자(1000)를 이용하는 제품의 y축 방향으로의 두께가 증가하지 않는다.
실시 예에 의한 압전부(100)의 길이 변화는 다음 수학식 4과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112017078171950-pat00004
여기서, ΔL은 압전부(100)의 종축 방향(예를 들어, z축 방향)으로의 길이 변화를 나타낸다.
수학식 3 및 4를 참조하면, 실시 예의 경우 적층되는 단위 블럭의 개수(N)가 증가하고, 인가 전압(v)이 커지고, 압전부(100)의 두께(t)(즉, 높이(H))가 얇아질수록, 압전부(100)의 종축 방향(예를 들어, z축 방향)으로의 진동력(F) 및 길이 변화(ΔL)를 더 증가시킬 수 있음을 알 수 있다.
결국, 전술한 실시 예에 의한 압전 소자(1000)는 분극 방향과 동일한 방향으로 복수의 단위 블럭(B1 내지 B4)이 적층되어 배치됨으로 인해, 압전부(100)의 진동력이 높을 뿐만 아니라, 제1 접착층(120:A11, A12, A13)의 탄성 계수 등을 조정함으로써 공진 주파수(fo)를 낮출 수 있다.
실시 예에서와 같이, 압전 소자(1000)의 진동력이 높을 경우, 압전 소자(1000)는 스피커나 수신기 이외에 햅틱(haptic) 기능을 제공할 수 있으며, 근접 센서에도 적용될 수 있다.
이하, 전술한 실시 예에 의한 압전 소자(1000)를 포함하는 압전 엑츄에이터의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 다음과 같이 설명한다.
도 10은 일 실시 예에 의한 압전 엑츄에이터(2000A)의 단면도를 나타낸다.
도 10에 도시된 압전 엑츄에이터(2000A)는 커버 부재(1100), 디스플레이부(1200A), 제2 접착층(1300) 및 압전 소자(1400)를 포함할 수 있다.
디스플레이부(1200A)는 커버 부재(1100)의 아래에 배치될 수 있다.
커버 부재(1100)는 리지드(rigid)하거나 또는 플렉서블(flexible)할 수 있다. 바람직하게는, 커버 부재(1100)는 휘어지거나(bending) 접힐 수 있도록(foldable) 플렉서블할 수 있다.
예를 들어, 커버 부재(1100)는 플라스틱이나 글래스(glass)를 포함할 수 있다. 자세하게, 커버 부재(1100)는 폴리이미드(Polyimide, PI), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET), 프로필렌 글리콜(propylene glycol, PPG), 폴리 카보네이트(PC) 등의 강화 혹은 연성 플라스틱을 포함하거나 사파이어를 포함할 수 있다.
또한, 커버 부재(1100)는 광등방성 필름을 포함할 수 있다. 일례로, 커버 부재(1100)는 COC(Cyclic Olefin Copolymer), COP(Cyclic Olefin Polymer), 광등방 폴리카보네이트(polycarbonate, PC) 또는 광등방 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 등을 포함할 수 있다.
디스플레이부(1200A)는 유기전계발광표시(OLED) 패널 기판일 수 있다. 이 경우, 디스플레이부(1200A)는 별도의 광원이 필요하지 않은 자발광 소자를 포함한다.
제2 접착층(1300)은 디스플레이부(1200A)와 압전 소자(1400) 사이에 배치되어, 이들(1200A, 1400)을 접착시키는 역할을 한다. 예를 들어, 제2 접착층(1300)의 재질은 전술한 제1 접착층(120)의 재질과 동일할 수도 있고 다를 수도 있다. 예를 들어, 제2 접착층(1300)은 광학용 투명 접착제일 수 있으나, 실시 예는 제2 접착층(1300)의 특정한 재질에 국한되지 않는다.
일 실시 예에 의하면, 압전 소자(1400)는 제1 압전 소자(1410)와 제2 압전 소자(1420)를 포함할 수 있다.
제1 압전 소자(1410)는 전술한 실시 예에 의한 압전 소자(1000)에 해당할 수 있다. 즉, 제1 압전 소자(1410)는 후술되는 구동 제어부(2500)로부터 펄스를 제공받아, 압전부(100)를 진동시킴으로써 생성한 음향 신호(이하, '제1 음향 신호'라 함)를 전달하는 일종의 스피커의 역할을 수행할 수 있다.
제2 압전 소자(1420)는 도 9에 도시된 비교 례에 의한 압전 소자(10)에 해당할 수 있다. 즉, 제2 압전 소자(1420)는 외부로부터 음향 신호(이하, '제2 음향 신호'라 함)가 감지될 때, 압전부(30)를 진동시키고, 압전부(30)의 진동에 상응하는 전기적 신호를 구동 제어부(2500)로 출력할 수 있다. 제2 압전 소자(1420)는 제2 음향 신호를 전달받는 일종의 수신기의 역할을 수행할 수 있다.
이와 같이, 도 10에 도시된 바와 같이, 압전 소자(1400)는 실시 예에 의한 압전 소자(1410)와 비교 례에 의한 압전 소자(1420)를 모두 포함하는 하이브리드(hybrid) 타입일 수 있다.
다른 실시 예에 의하면, 압전 소자(1400)는 제1 압전 소자(1410)만을 포함하고, 제2 압전 소자(1420)를 생략할 수 있다. 이 경우, 제1 압전 소자(1410)는 전술한 실시 예에 의한 압전 소자(1000)일 수 있으며, 스피커와 수신기의 역할을 모두 수행할 수 있다.
또 다른 실시 예에 의하면, 압전 소자(1400)는 복수의 제1 압전 소자(1410)를 포함할 수도 있다.
도 11은 다른 실시 예에 의한 압전 엑츄에이터(2000B)의 단면도를 나타낸다.
도 11에 도시된 압전 엑츄에이터(2000B)는 커버 부재(1100), 디스플레이부(1200B), 제2 접착층(1300), 압전 소자(1400) 및 백 플레이트(back plate)(1500)를 포함할 수 있다.
도 11에 도시된 커버 부재(1100), 제2 접착층(1300) 및 압전 소자(1400)는 도 10에 도시된 커버 부재(1100), 제2 접착층(1300) 및 압전 소자(1400)에 각각 해당하므로, 동일한 참조부호를 사용하였으며, 중복되는 설명을 생략한다.
디스플레이부(1200B)는 커버 부재(1100)의 아래에 배치될 수 있으며, 박막트랜지스터(TFT:Thin Film Transistor)를 포함할 수 있다.
백 플레이트(1500)는 제2 접착층(1300)과 디스플레이부(1200B) 사이에 배치되어 디스플레이부(1200B)를 보호하는 역할을 수행한다.
도 10 및 도 11에서, 압전 소자(1400)가 진동할 때, 압전 소자(1400)의 상부에 배치된 디스플레이부(1200A, 1200B)도 진동한다. 이때, 디스플레이부(1200A, 1200B)의 화소가 진동에 의해 깨질 수도 있다. 그러나, 도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이, 제2 접착층(1300)이 디스플레이부(1200A, 1200B)와 압전 소자(1400) 사이에 배치될 경우, 디스플레이부(1200A, 1200B)의 화소가 진동에 의해 깨질 염려가 해소될 수 있다.
압전소자(1400)는 디스플레이부(1200A, 1200B)를 향하는 방향에 대하여 수직인 방향(예를 들어, x축 방향 또는 z축 방향)으로 진동하며, 수축과 팽창을 반복한다. 압전소자(1400)와 마주보는 디스플레이부(1200A, 1200B)의 하면은 압전소자(1400)의 진동력을 전달받아 x축 방향 또는 z축 방향으로 진동한다. 하면이 x축 방향 또는 z축 방향으로 수축과 팽창을 반복하면서 예를 들어, y축 방향으로 디스플레이부(1200A, 1200B)의 상하 진동을 발생시키며 소리를 발생시킬 수 있으며, 이때 디스플레이부(1200A, 1200B)는 평판형 스피커의 진동판 역할을 할 수 있다. 또한, 디스플레이부(1200A, 1200B)에 발생하는 파형은 굴곡파 형태일 수 있다. 구체적으로 단일의 압전소자(1400)를 디스플레이 영역에 대하여 상하 및/또는 좌우 비대칭 배치하거나, 복수 개의 압전소자(1400)를 사용하는 등의 방법을 통하여 분산 모드(distributed mode)의 스피커를 구현할 수 있다. 분산 모드는 낮은 지향성 및 넓은 주파수 특성을 가지고 있으나, 진동력이 낮은 경향이 있다.
실시 예의 압전소자(1400)를 적용하면 진동력을 증가시킬 수 있으며, 공진 주파수도 낮출 수 있어, 가청 주파수 대역에서 원활한 출력을 가지는 분산 모드의 평판형 스피커를 구현할 수 있다.
도 12는 또 다른 실시 예에 의한 압전 엑츄에이터(2000C)의 단면도를 나타낸다.
도 12에 도시된 압전 액츄에이터(2000C)는 진동판(1600), 제3 접착층(1610), 고정판(1700), 질량부(1800) 및 압전 소자(1900)를 포함할 수 있다.
압전 소자(1900)는 전술한 압전 소자(1000) 또는 도 10 또는 도 11에 도시된 압전 소자(1400)에 해당할 수 있다.
진동판(1600)은 압전 소자(1900) 아래에 배치될 수 있으며, 금속 물질 예를 들어, 알루미늄(Al)과 같은 금속 재료, 폴리머 재료 및 펄프 등으로 구현될 수 있다.
제3 접착층(1610)은 압전 소자(1900)와 진동판(1600) 사이에 배치되어 이들(1900, 1600)을 서로 접착시키는 역할을 한다.
고정판(1700)은 진동판(1600)의 양단부 중 일단부의 아래에 배치되어, 진동판(1600)을 지지하는 역할을 한다.
질량부(1800)는 진동판(1600)의 양단부 중 타단부의 아래에 배치될 수 있다.
도 12에 도시된 바와 같이, 압전 액츄에이터(2000C)가 외팔보(cantilever) 방식의 구조를 가질 경우, 압전 소자(1900)의 변위량은 더욱 커질 수 있다. 또한, 질량부(1800)가 배치됨으로써, 압전 액츄에이터(2000C)의 진동력을 더욱 강화될 수 있다.
예를 들어, 도 12에 도시된 압전 소자(1900)의 종폭(L)이 46 ㎜이고, 압전 소자(1900)의 높이(H)가 2.4 ㎜이고, 진동판(1600)의 두께(t2)가 0.2 ㎜일 때, 변위량은 도 9에 도시된 압전 소자(10)보다 약 6배 이상으로 증가할 수 있다.
또한, 제3 접착층(1610)은 에폭시 계열의 접착 물질을 포함할 수 있으나, 실시 예는 제3 접착층(1610)의 특정한 구성 물질에 국한되지 않는다. 또한, 제1 접착층(120)과 마찬가지로, 제3 접착층(1610)의 탄성 계수를 낮출 경우 제1 압전 소자(1900)의 공진 주파수(fo)를 낮출 수 있다. 예를 들어, 제3 접착층(1610)의 탄성 계수는 1 MPa 내지 25000 MPa, 바람직하게는 100 MPa 내지 10000 MPa, 더욱 바람직하게는 50 MPa 내지 2000 MPa일 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.
제3 접착층(1610)의 재질과 제1 접착층(120)은 서로 동일할 수 있으며, 제3 접착층(1610)의 재질은 제1 접착층(120)의 재질과 동일한 탄성 계수를 가질 수 있다.
또한, 압전 액츄에이터(2000C)의 설계를 최적화 하기 위해서, 고정판(1700)과 제1 압전 소자(1900)의 재질과 형상에 의해 결정되는 탄성 계수와 무게 추 역할을 하는 질량부(1800)의 질량으로부터 정해지는 공진 주파수(fo)를 외팔보 구조를 갖는 도 12에 도시된 압전 엑츄에이터(2000C)의 진동 주파수와 일치시킬 필요가 있다. 즉, 다음 수학식 5의 관계가 만족되도록 압전 액츄에이터(2000C)를 설계할 수 있다.
Figure 112017078171950-pat00005
여기서, ξ는 다음 수학식 6과 같이 표현되고, η는 다음 수학식 7과 같이 표현된다.
Figure 112017078171950-pat00006
여기서, tsub는 도 12?? 구조에서 압전 소자(1900)를 제외한 부분의 두께를 나타내고, tp는 압전 소자(1900)의 두께(즉, 높이(H))를 나타낸다.
Figure 112017078171950-pat00007
여기서, Esub는 도 12에서 압전 소자(1900)를 제외한 부분의 탄성계수를 나타내고, Ep는 압전 소자(1900)의 탄성 계수를 나타낸다.
또한, 실시 예에 의한 압전 액츄에이터(2000A 내지 2000C)는 도 10 내지 도 12에 국한되지 않는다. 즉, 압전 액츄에이터가 TFT-LCD 구조, OLED 구조 또는 플렉서블(flexible) OLED 구조 등을 가질 때, 압전 소자는 이러한 구조에서 가장 하부에 배치될 수 있다.
이하, 전술한 실시 예에 의한 압전 액츄에이터를 포함하는 압전 모듈의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 다음과 같이 설명한다.
도 13은 일 실시 예에 의한 압전 모듈(3000)의 사시도를 나타낸다.
도 13에 도시된 압전 모듈(3000)은 압전 액츄에이터, 구동 제어부(2500) 및 배선(2610, 2620)을 포함할 수 있다.
압전 액츄에이터는 도 10 내지 도 12에 예시된 압전 액츄에이터(2000A 내지 2000C)에 해당할 수 있다. 설명의 편의상, 도 13에서 압전 액츄에이터에서 압전 소자 이외의 구성 요소들은 생략되었다.
도 13에 도시된 압전 소자는 압전부(100), 내부 전극(200), 제1 및 제2 외부 전극(310, 320)을 포함할 수 있다. 압전부(100)에서 복수의 단위 블럭은 제1 접착층(120:A11, A12, A13)에 의해 서로 접합된다. 이러한 압전부(100), 내부 전극(200), 제1 및 제2 외부 전극(310, 320), 제1 접착층(120)은 도 1 내지 도 4에 도시된 압전부(100), 내부 전극(200), 제1 및 제2 외부 전극(310, 320) 및 제1 접착층(120:A11, A12, A13)에 각각 해당하므로, 동일한 참조부호를 사용하며, 중복되는 설명을 생략한다.
구동 제어부(2500)는 압전 액츄에이터를 구동시키는 역할을 한다. 특히, 구동 제어부(2500)는 배선(2610, 2620)을 통해 압전 소자와 연결되어, 압전 소자를 구동시키는 역할을 한다. 배선은 구동 제어부(2500)와 제1 외부 전극(310)을 전기적으로 연결하는 제1 배선(2610)과, 구동 제어부(2500)와 제2 외부 전극(320)을 전기적으로 연결하는 제2 배선(2620)을 포함할 수 있다.
구동 제어부(2500)는 FPCB(Flexible Printed Circuit Board) 등의 기판(미도시)에 연결될 수 있다. FPCB는 구동 제어부(2500)로부터 외부 전극(300)으로 인가될 펄스를 구동 제어부(2500)로 제공할 수도 있고, 구동 제어부(2500)로부터 제공되는 제2 음향신호에 해당하는 전기적 신호를 제공받을 수도 있다.
구동 제어부(2500)가 압전 액츄에이터의 압전 소자를 구동시키는 동작에 대해 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
도 14는 스피커 역할을 하는 압전 소자의 실시 예에 의한 구동 방법(3100)을 설명하기 위한 플로우차트이다.
먼저, 압전 소자가 스피커의 역할을 할 경우, 구동 제어부(2500)는 압전 소자를 다음과 같이 구동시킨다.
구동 제어부(2500)는 압전부(100)를 진동시키기 위해 적합한 레벨을 갖는 구동 펄스를 외부 전극(300)을 통해 내부 전극(200)으로 인가한다(제3102 단계). 예를 들어, 펄스 신호가 전압 형태일 경우, 양(+)의 전압을 제1 외부 전극(310)을 통해 제1 내부 전극(IE1)으로 인가하고, 음(-)의 전압을 제2 외부 전극(320)을 통해 제2 내부 전극(IE2)으로 인가할 수 있다. 또는, 음(-)의 전압을 제1 외부 전극(310)을 통해 제1 내부 전극(IE1)으로 인가하고, 양(+)의 전압을 제2 외부 전극(320)을 통해 제2 내부 전극(IE2)으로 인가할 수도 있다.
제1 및 제2 내부 전극(IE1, IE2)에 양 및 음의 전압을 각각 인가되면, 압전부(100)가 종축 방향(예를 들어, z축 방향)으로 진동한다(제3104 단계).
이때, 압전부(100)가 진동하고, 이러한 진동이 압전 소자(100)의 횡폭(W)과 종폭(L)에 의해 정의되는 일면을 통해 압전 액츄에이터의 디스플레이부(1200A, 1200B)로 전달되면, 가진 점에서 디스플레이부(1200A, 1200B)가 종축 방향과 교차하는 수직 방향(예를 들어, y축 방향)으로 진동함으로 벤딩파(bending wave) 형태로 제1 음향신호가 전달될 수 있다(제3106 단계). 여기서, 가진 점이란, 압전 액츄에이터가 배치되는 지점을 의미한다.
도 15는 수신기 역할을 하는 압전 소자의 실시 예에 의한 구동 방법(3200)을 설명하기 위한 플로우차트이다.
도 13에 도시된 압전 소자가 수신기의 역할을 할 경우, 구동 제어부(2500)는 압전 소자를 다음과 같이 구동시킨다.
외부로부터 제2 음향신호가 압전부(100)로 전달될 경우, 압전부(100)는 진동한다(제3202 단계).
이러한 진동은 내부 전극(200)과 외부 전극(300)을 통해 전기적 신호 형태로 변환되어 구동 제어부(2500)로 전달된다(제3204 단계).
구동 제어부(2500)는 진동에 상응하여 생성된 전기적 신호를 이용하여 음향 신호를 감지한다(제3206 단계).
도 14 및 도 15에서 설명된 바와 같이, 압전 소자는 전기적 신호를 제1 음향 신호로 변환할 수도 있고, 제2 음향신호를 전기적 신호로 변환할 수도 있다.
한편, 압전부(100)의 진동에 의해 제1 음향신호가 전달되고 있는 동안, 전달되는 제1 음향 신호가 외부의 조건 변화에 의해 왜곡될 수 있다. 예를 들어, 제1 음향신호가 전달되고 있는 동안 사용자가 디스플레이부(2100A, 2100B)를 터치할 경우, 전달되는 제1 음향 신호에 왜곡이 야기될 수 있다.
이하, 압전 모듈에서 제1 음향신호의 왜곡을 보상하는 실시 예에 의한 왜곡 보상 방법을 첨부된 도면을 참조하여 다음과 같이 설명한다.
도 16은 실시 예에 의한 제1 음향신호의 왜곡 보상 방법(3300)을 설명하기 위한 플로우차트이다.
구동 제어부(2500)는 제1 음향신호를 전달하는 디스플레이부의 패널(이하, '디스플레이 패널'이라 함)의 변위에 변화가 있는가를 검사한다(제3302 단계).
만일, 디스플레이 패널의 변위 변화가 있을 경우, 변위 변화량을 구한다(제3304 단계).
이후, 변위 변화량을 보상하도록, 인가 펄스 즉, 전기적 신호의 레벨을 조정하고, 조정된 레벨을 갖는 펄스를 배선(2610, 2620)과 외부 전극(300)을 통해 내부 전극(IE1, IE2)으로 공급한다(제3306 단계). 따라서, 제1 음향 신호의 왜곡이 보상될 수 있다.
전술한 실시 예에 의한 압전 모듈은 스피커 또는 수신기 중 적어도 하나를 갖는 다양한 기기에 응용될 수 있다. 예를 들어, 실시 예에 의한 압전 모듈은 모바일 전화, 멀티미디어 인터넷 휴대 전화, 무선 장치, 스마트 폰, 블루투스 장치, 휴대 정보 단말기(PDA), 휴대용 컴퓨터, 넷북(netbook), 노트북, 스마트북, 테블릿(tablets), 자동차용 디스플레이 장치(주행계 및 속도계 포함), 조종석 제어 장치나 디스플레이 장치 등의 전자 기기에 포함될 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.
도 17a는 기존의 휴대 전화(4000A)의 외관 사시도를 개략적으로 나타내고, 도 17b는 실시 예에 의한 휴대 전화(4000B)의 외관 사시도를 나타낸다.
도 17a에 도시된 기존의 휴대 전화(4000A)는 제1 음향신호를 전달하기 위한 스피커(4100)와 제2 음향 신호를 외부로부터 전달받기 위한 수신기(4200)를 갖는다. 따라서, 기존의 휴대 전화(4000A)는 스피커(4100)와 수신기(4200)를 위한 홀을 마련해야 한다. 특히, 수신기(4200)가 베젤에 배치될 경우, 휴대 전화(4000A)는 베젤을 반드시 요구하는 등, 설계의 자유도가 제한되는 문제점이 있다.
반면에, 실시 예에 의한 휴대 전화(4000B)는 압전 소자(1000)를 이용하여 제1 음향신호(4300)를 전달하거나, 제2 음향신호(4300)를 전달받을 수 있으므로, 도 17a에 도시된 스피커(4100)나 수신기(4200)를 위한 홀이 필요없게 된다. 따라서, 베젤의 폭을 줄여 휴대 전화(4000B)의 디스플레이 면의 거의 전체를 디스플레이 표시 영역이 차지할 수 있도록 구현하는 등 기존보다 설계의 자유도가 높으면서 고출력의 스피커를 구현할 수 있다.
특히 휴대 전화(4000B)의 경우, 내부 공간이 협소하다. 홀을 제거하는 경우, 디스플레이부를 진동판으로 사용해야 하며, 진동소자 또한 얇은 형태로 부착되어야 하며, 따라서 평판형태의 압전 소자가 필요하다. 기존 홀에 사용되던 스피커의 진동판과, 진동판의 역할을 하는 디스플레이의 강성, 탄성 또는 질량 등 중 적어도 하나가 상이하며, 디스플레이는 기존 진동판에 비해 상대적으로 진동을 발생시키기 위해서는 더 많은 진동력이 필요하다.
이상에서 실시 예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시 예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시 예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10, 1000, 1400, 1410, 1420, 1900: 압전 소자 20, 200: 내부 전극
30, 100: 압전부 120: 제1 접착층
300: 외부 전극 310: 제1 외부 전극
320: 제2 외부 전극 400: 보호부
410: 제1 보호부 420: 제2 보호부
1100: 커버 부재 1200A, 1200B: 디스플레이부
1300: 제2 접착층 1500: 백 플레이트
1600: 진동판 1610: 제3 접착층
1700: 고정판 1800: 질량부
2000A, 2000B, 2000C: 압전 액츄에이터
2500: 구동 제어부 2610, 2620: 배선
3000: 압전 모듈 4000A, 4000B: 휴대 전화
4100: 스피커 4200: 수신기

Claims (16)

  1. 높이, 상기 높이보다 큰 횡폭, 상기 횡폭보다 큰 종폭을 가지며, 판 형상을 갖는 압전부;
    상기 압전부의 내부에 나란하게 배치되고, 종폭 방향으로 이격된 다수의 내부 전극;
    상기 높이와 상기 종폭에 의해 정의되는 상기 압전부의 측면에 배치되는 외부전극; 및
    상기 압전부와 상기 외부 전극을 덮는 보호부를 포함하고,
    상기 압전부의 분극 방향과 종축 방향은 서로 일치하고,
    상기 횡폭 및 상기 종폭에 의해 정의되는 상기 압전부의 일면을 통하여 음향신호를 전달하는 압전소자.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 외부 전극은
    상기 압전부의 상기 측면 중 일측면에 배치되는 제1 외부 전극; 및
    상기 압전부의 상기 측면 중 상기 일측면과 반대되는 타측면에 배치되는 제2 외부 전극을 포함하는 압전 소자.
  3. 제2 항에 있어서, 상기 다수의 내부 전극은
    상기 압전부의 상기 종축 방향으로 이격되어 상호 교호적으로 반복하여 배치되는 제1 내부전극 및 제2 내부전극을 포함하고,
    상기 제1 및 제2 내부 전극 각각의 횡축 방향으로의 길이는 상기 횡폭보다 작으며,
    상기 제1 내부 전극은 상기 압전부의 상기 일측면에 노출되어 상기 제1 외부 전극과 전기적으로 연결되고,
    상기 제2 내부 전극은 상기 압전부의 상기 타측면에 노출되어, 상기 제2 외부 전극과 전기적으로 연결되는 압전 소자.
  4. 제3 항에 있어서, 상기 압전부는
    상기 분극 방향으로 적층되며, 각각이 상기 다수의 내부 전극을 포함하며 세라믹계 압전 물질을 포함하는 복수의 단위 블럭; 및
    상기 복수의 단위 블럭 중 서로 인접하는 단위 블럭을 접착시키는 제1 접착층을 포함하는 압전 소자.
  5. 제4 항에 있어서, 상기 복수의 단위 블럭 각각은
    상기 다수의 내부 전극 중 상기 제1 접착층과 가장 인접한 내부 전극과 상기 제1 접착층 사이에 배치된 더미부; 및
    상기 제1 및 제2 내부 전극 사이에 배치된 분극부를 포함하는 압전 소자.
  6. 제5 항에 있어서, 상기 다수의 내부 전극은
    상기 압전부의 상기 타측면에 노출되고, 상기 제1 내부 전극과 이격되며, 상기 제1 내부 전극과 동일선 상에 배치된 제1 더미 전극; 및
    상기 압전부의 상기 일측면에 노출되고, 상기 제2 내부 전극과 이격되며, 상기 제2 내부 전극과 동일선 상에 배치된 제2 더미 전극을 더 포함하는 압전 소자.
  7. 제5 항 또는 제6 항에 있어서, 상기 다수의 내부 전극은
    상기 더미부에서, 상기 압전부의 상기 일측면 및 상기 타측면에 각각 노출되며 서로 이격되어 동일선 상에 배치된 제3 및 제4 더미 전극을 더 포함하는 압전 소자.
  8. 제7 항에 있어서, 상기 횡축 방향으로, 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 더미 전극 각각의 길이는 상기 내부 전극의 길이보다 작은 압전 소자.
  9. 제5 항에 있어서, 상기 종축 방향으로, 상기 제1 접착층의 길이는 상기 분극부의 길이보다 작고,
    상기 종축 방향으로, 상기 더미부의 길이는 상기 분극부의 길이보다 작은 압전 소자.
  10. 제9 항에 있어서, 상기 종축 방향으로 상기 제1 접착층의 길이는 0 내지 20 ㎛ 이하이고,
    상기 종축 방향으로 상기 더미부의 길이는 10 ㎛ 내지 50 ㎛이고,
    상기 종축 방향으로 상기 분극부의 길이는 20 ㎛ 내지 100 ㎛인 압전 소자.
  11. 제1 압전 소자;
    상기 제1 압전 소자 위에 배치된 디스플레이부;
    상기 제1 압전 소자와 상기 디스플레이부 사이에 배치된 제2 접착층; 및
    상기 디스플레이부 위에 배치된 커버 부재를 포함하고,
    상기 제1 압전 소자는
    높이, 상기 높이보다 큰 횡폭, 상기 횡폭보다 큰 종폭을 가지며, 판 형상을 갖는 압전부;
    상기 압전부의 내부에 나란하게 배치되고, 종폭 방향으로 이격된 다수의 내부 전극;
    상기 높이와 상기 종폭에 의해 정의되는 상기 압전부의 측면에 배치되는 외부전극; 및
    상기 압전부와 상기 외부 전극을 덮는 보호부를 포함하고,
    상기 압전부의 분극 방향과 종축 방향은 서로 일치하고,
    상기 횡폭 및 상기 종폭에 의해 정의되는 상기 압전부의 일면을 통하여 제1 음향신호를 전달하는 압전 액츄에이터.
  12. 제11 항에 있어서, 제2 음향 신호에 응답하여 생성한 전기적 신호를 출력하는 제2 압전 소자를 더 포함하고,
    상기 제2 압전 소자의 종축 방향과 분극 방향은 서로 교차하는 압전 액츄에이터.
  13. 제11 항에 있어서, 상기 제2 접착층과 상기 디스플레이부 사이에 배치되어 상기 디스플레이부를 보호하는 백 플레이트를 더 포함하는 압전 액츄에이터.
  14. 제11 항에 있어서, 상기 압전 액츄에이터는
    상기 압전 소자 아래에 배치된 진동판;
    상기 진동판의 양단부 중 일단부의 아래에 배치되는 고정판; 및
    상기 압전 소자와 상기 진동판을 접착시키는 제3 접착층을 더 포함하는 압전 액츄에이터.
  15. 제14 항에 있어서, 상기 진동판의 양단부 중 타단부의 아래에 배치되는 질량부를 더 포함하는 압전 액츄에이터.
  16. 압전 액츄에이터; 및
    상기 압전 액츄에이터를 구동하는 구동 제어부를 포함하고,
    상기 압전 액츄에이터는
    압전 소자;
    상기 압전 소자 위에 배치된 디스플레이부;
    상기 압전 소자와 상기 디스플레이부 사이에 배치된 제2 접착층; 및
    상기 디스플레이부 위에 배치된 커버 부재를 포함하고,
    상기 압전 소자는
    높이, 상기 높이보다 큰 횡폭, 상기 횡폭보다 큰 종폭을 가지며, 판 형상을 갖는 압전부;
    상기 압전부의 내부에 나란하게 배치되고, 종폭 방향으로 이격된 다수의 내부 전극;
    상기 높이와 상기 종폭에 의해 정의되는 상기 압전부의 측면에 배치되는 외부전극; 및
    상기 압전부와 상기 외부 전극을 덮는 보호부를 포함하고,
    상기 압전부의 분극 방향과 종축 방향은 서로 일치하고,
    상기 횡폭 및 상기 종폭에 의해 정의되는 상기 압전부의 일면을 통하여 음향신호를 전달하는 압전 모듈.
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