KR102587885B1 - 압전 액츄에이터, 이를 포함하는 압전 모듈 및 패널 스피커 - Google Patents

압전 액츄에이터, 이를 포함하는 압전 모듈 및 패널 스피커 Download PDF

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Abstract

실시 예의 압전 액츄에이터는 진동판과, 진동판에 배치된 적어도 하나의 압전 소자와, 진동판 또는 압전 소자에 고정되어 배치된 마그넷 및 진동판, 압전소자 및 마그넷과 이격하여 배치되며, 전자기장을 발생시켜 마그넷에 자기력을 제공하도록 마그넷과 대향하여 배치되는 코일을 포함하고, 마그넷은 코일의 외측에 배치된다.

Description

압전 액츄에이터, 이를 포함하는 압전 모듈 및 패널 스피커{Piezoelectric actuator, piezoelectric module, and panel speaker including the actuator}
실시 예는 압전 액츄에이터, 이를 포함하는 압전 모듈 및 패널 스피커에 관한 것이다.
일반적으로 압전 액츄에이터는 전기적 에너지와 기계적 에너지를 서로 간에 변화시킬 수 있는 특성을 지닌 압전 소자를 포함한다.
패널 스피커는 이러한 압전 액츄에이터의 기계적 움직임을 패널층을 통해 음향적으로 변환시킴으로써, 원하는 주파수 대역의 음향을 발생시키는 음향 부품의 대표적인 례이다.
일반적으로 특성이 좋은 패널 스피커는 높은 출력을 구현할 수 있고, 주파수별 음압이 높으며 평탄한 형태를 가지면서 넓은 음역을 갖는다. 그러나, 기존의 패널 스피커에서 이용하는 압전 액츄에이터의 경우 진동력이 약하므로, 이의 개선이 요구되고 있는 실정이다.
실시 예는 개선된 진동력을 갖는 압전 액츄에이터, 이를 포함하는 압전 모듈 및 패널 스피커를 제공한다.
일 실시 예에 의한 압전 액츄에이터는 진동판; 상기 진동판에 배치된 적어도 하나의 압전 소자; 상기 진동판 또는 상기 압전 소자에 고정되어 배치된 마그넷; 및 상기 진동판, 상기 압전소자 및 상기 마그넷과 이격하여 배치되며, 전자기장을 발생시켜 상기 마그넷에 자기력을 제공하도록 상기 마그넷과 대향하여 배치되는 코일을 포함하고, 상기 마그넷은 상기 코일의 외측에 배치될 수 있다.
예를 들어, 상기 코일은 상기 마그넷에서 발생하는 자기장의 변화에 의해 유도 전류를 형성할 수 있도록 배치될 수 있다.
예를 들어, 상기 압전 액츄에이터는 상기 진동판의 이동을 허용하면서 지지하고 상기 코일을 고정시키는 지지부를 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 마그넷은 상기 진동판 또는 상기 압전 소자의 양단부 중 일단부에 배치되고, 상기 코일은 상기 지지부의 양단부 중 일단부에 고정되어 부착될 수 있다.
예를 들어, 상기 압전 액츄에이터는 상기 지지부의 상기 양단부 중 타단부에 배치된 클램프를 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 압전 액츄에이터는 상기 지지부의 양단부 중 일단부에 고정되어 배치되고, 상기 코일이 권선된 코일 권선부를 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 코일 권선부는 상기 지지부에 의해 지지되며 고정된 바디; 상기 바디로부터 상기 마그넷을 향해 연장되며, 상기 코일이 권선된 중심 세그먼트; 상기 바디로부터 연장되되, 상기 중심 세그먼트로부터 이격되어 배치된 적어도 하나의 측부 세그먼트; 상기 중심 세그먼트의 일단부와 상기 측부 세그먼트의 일단부를 연결하는 상측 세그먼트; 및 상기 중심 세그먼트의 타단부와 상기 측부 세그먼트의 타단부를 연결하는 하측 세그먼트를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 적어도 하나의 압전 소자는 상기 진동판의 상면에 배치된 상부 압전 소자; 또는 상기 진동판의 하면에 배치된 하부 압전 소자 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 마그넷은 상기 상부 압전 소자의 양단부 중 일단부의 위 또는 옆 또는 아래, 상기 하부 압전 소자의 양단부 중 일단부의 위 또는 옆 또는 아래, 또는 상기 진동판의 상기 일단부의 옆 중 적어도 한 곳에 배치될 수 있다.
다른 실시 예에 의한 압전 모듈은 압전 액츄에이터; 및 상기 압전 액츄에이터를 구동시키는 구동부를 포함하고, 상기 압전 액츄에이터는 진동판; 상기 진동판에 배치된 적어도 하나의 압전 소자; 상기 진동판 또는 상기 압전 소자에 배치된 마그넷; 및 상기 마그넷을 상기 진동판의 진동 방향과 나란한 방향으로 이동시키는 전자기력을 형성하도록 상기 마그넷과 대향하여 배치된 코일을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 구동부는 전류를 공급하는 전류 공급부; 상기 압전 소자를 구동시키는 구동 신호를 생성하는 구동 신호 생성부; 및 상기 구동 신호가 상기 압전 소자로 공급될 때, 상기 전류의 상기 코일로의 인가 여부 또는 인가되는 상기 전류의 세기 중 적어도 하나를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 압전 모듈은 상기 코일로 전류가 공급되지 않은 상태에서 상기 코일에 유도 전류가 흐르는가를 감지하는 전류 감지부를 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 압전 모듈은 상기 전류 감지부에서 감지된 전류의 세기를 측정하는 전류 측정부를 더 포함할 수 있다.
또 다른 실시 예에 의한 패널 스피커는 프레임; 상기 프레임의 위에 배치된 패널층; 및 상기 패널층의 하면에 배치된 압전 엑츄에이터를 포함하고, 상기 압전 액츄에이터는 진동판; 상기 진동판에 배치된 적어도 하나의 압전 소자; 상기 진동판 또는 상기 압전 소자에 배치된 마그넷; 및 상기 마그넷을 상기 진동판의 진동 방향과 나란한 방향으로 이동시키는 전자기력을 형성하도록 상기 마그넷과 대향하여 배치된 코일을 포함할 수 있다.
실시 예에 따른 압전 액츄에이터, 이를 포함하는 압전 모듈 및 패널 스피커는 로렌츠 힘의 원리를 이용하여 향상된 진동력을 가질 수 있다.
도 1a는 일 실시 예에 의한 압전 액츄에이터의 분해 사시도를 나타내고, 도 1b는 실시 예에 의한 압전 액츄에이터의 조립 사시도를 나타낸다.
도 2는 다른 실시 예에 의한 압전 액츄에이터의 사시도를 나타낸다.
도 3은 또 다른 실시 예에 의한 압전 액츄에이터의 사시도를 나타낸다.
도 4는 또 다른 실시 예에 의한 압전 액츄에이터의 사시도를 나타낸다.
도 5는 또 다른 실시 예에 의한 압전 액츄에이터의 사시도를 나타낸다.
도 6은 또 다른 실시 예에 의한 압전 액츄에이터의 사시도를 나타낸다.
도 7은 또 다른 실시 예에 의한 압전 액츄에이터의 사시도를 나타낸다.
도 8a는 도 1a 내지 도 7에 도시된 상부 및 하부 압전 소자 각각의 실시 예에 의한 분해 사시도를 나타내고, 도 8b는 도 8a에 도시된 압전부 및 내부 전극의 일 실시 예에 의한 외관 사시도를 나타내고, 도 8c는 도 8b에 도시된 압전부 및 내부 전극의 일 실시 예에 의한 평면도를 나타낸다.
도 9는 또 다른 실시 예에 의한 압전 액츄에이터의 사시도를 나타낸다.
도 10은 도 9에 도시된 코일 권선부에 코일이 권선된 사시도를 나타낸다.
도 11은 일 실시 예에 의한 압전 모듈의 블럭도를 나타낸다.
도 12는 실시 예에 의한 패널 스피커의 단면도를 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 실시 예의 설명에 있어서, 각 구성요소(element)의 "상(위) 또는 하(아래)(on or under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)(on or under)는 두 개의 구성요소(element)가 서로 직접(directly)접촉되거나 하나 이상의 다른 구성요소(element)가 상기 두 구성요소(element) 사이에 배치되어(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다.
또한 "상(위)" 또는 "하(아래)(on or under)"로 표현되는 경우 하나의 구성요소(element)를 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 액츄에이터(10A 내지 10H) 및 패널 스피커(600)를 첨부된 도면을 참조하여 다음과 같이 설명한다. 편의상, 데카르트 좌표계(x축, y축, z축)를 이용하여 압전 액츄에이터(10A 내지 10H) 및 패널 스피커(600)를 설명하지만, 다른 좌표계에 의해서도 이를 설명할 수 있음은 물론이다. 또한, 데카르트 좌표계에 의하면, x축, y축 및 z축은 서로 직교하지만, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 즉, x축, y축 및 z축은 서로 직교하지 않고 교차할 수도 있다.
도 1a는 일 실시 예에 의한 압전 액츄에이터(10A)의 분해 사시도를 나타내고, 도 1b는 실시 예에 의한 압전 액츄에이터(10A)의 조립 사시도를 나타낸다.
일 실시 예에 의한 압전 액츄에이터(10A)는 진동판(2), 적어도 하나의 압전 소자, 마그넷(magent)(6) 및 코일(8)을 포함할 수 있다.
진동판(2)은 적어도 하나의 압전 소자의 진동에 의해 진동하는 부분이다.
적어도 하나의 압전 소자는 진동판(2)에 배치될 수 있다. 도 1a 및 도 1b에 도시된 압전 액츄에이터(10A)는 상부 및 하부 압전 소자(4U, 4L)를 포함할 수 있다. 상부 압전 소자(4U)는 진동판(2)의 상면(2U)에 배치되고, 하부 압전 소자(4L)는 진동판(2)의 하면(2L)에 배치된다.
도 1a 및 도 1b의 경우, 압전 액츄에이터(10A)는 상부 및 하부 압전 소자(4U, 4L)를 모두 포함하는 것으로 예시되어 있지만, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.
도 2 내지 도 7은 다른 실시 예에 의한 압전 액츄에이터(10B 내지 10G)의 사시도를 각각 나타낸다.
도 2 내지 도 5 및 도 7에 도시된 압전 액츄에이터(10B 내지 10E, 10G)는 도 1a 및 도 1b 및 도 6에 도시된 압전 액츄에이터(10A, 10F)와 달리 상부 및 하부 압전 소자(4U, 4L) 중 하나만을 포함한다. 도 6에 도시된 압전 액츄에이터(10F)는 도 1a 및 도 1b에 도시된 압전 액츄에이터(10A)와 같이 상부 및 하부 압전 소자(4U, 4L)를 모두 포함한다.
도 2 및 도 5 및 도 7에 도시된 압전 액츄에이터(10B, 10E, 10G) 각각은 진동판(2)의 하면(2L)에 배치된 하부 압전 소자(4L)만을 포함한다.
도 3 및 도 4에 도시된 압전 액츄에이터(10C, 10D) 각각은 진동판(2)의 상면(2U)에 배치된 상부 압전 소자(4U)만을 포함한다.
압전 소자(4U, 4L) 각각은 압전 세라믹, 압전 단결정, PVDF 등으로 구현될 수 있다. 압전 액츄에이터(10A 내지 10G)에서 압전 소자(4U, 4L)를 사용할 수 있는 이유는, 도 11에서 후술되는 압전 모듈(500)이 협소한 내부 공간을 갖는 휴대 전화에 적용될 경우, 압전 소자(4U, 4L)가 비교적 자유로운 디자인을 갖기 때문이다.
이하, 압전 소자(4U, 4L) 각각의 실시 예를 첨부된 도 8a 내지 도 8c를 참조하여 다음과 같이 설명하지만, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 즉, 압전 액츄에이터(10A 내지 10G)는 도 8a 내지 도 8c에 도시된 형태와 다른 형태의 압전 소자(4U, 4L)를 포함할 수도 있다.
도 8a는 도 1a 내지 도 7에 도시된 상부 및 하부 압전 소자(4U, 4L) 각각의 실시 예(1000)에 의한 분해 사시도를 나타내고, 도 8b는 도 8a에 도시된 압전부(100) 및 내부 전극(200)의 일 실시 예에 의한 외관 사시도를 나타내고, 도 8c는 도 8b에 도시된 압전부(100) 및 내부 전극(200)의 일 실시 예에 의한 평면도를 나타낸다.
도 8a 내지 도 8c를 참조하면, 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 도 8a 내지 도 8c에 도시된 바와 같이 N=4인 경우를 설명하지만, 하기의 설명은 N이 4보다 적거나 큰 경우에도 적용될 수 있다. 또한, 도 8c는 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 제1 탄성 계수를 낮출 경우 압전 소자(1000)의 공진 주파수(fo)를 낮출 수 있다. 만일, 제1 접착층(120)의 제1 탄성 계수가 1 MPa보다 작다면 제1 접착층(120)이 갖는 고유한 물성이 저하되어 접착력이 약할 수 있다. 따라서, 제1 접착층(120)의 제1 탄성 계수는 1 MPa 이상일 수 있다. 예를 들어, 제1 접착층(120)의 제1 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 제1 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 8b 및 도 8c의 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.
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 8c를 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. 제2 외부 전극(320)은 압전부(100)의 측면 중 타측면(S2)에 배치되어 제2 내부 전극(IE2)과 연결될 수 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 8c에 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 8c를 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.
또한, 내부 전극 즉, 제1 내부 전극(IE1) 및 제2 내부 전극(IE2) 각각의 종축 방향(예를 들어, z축 방향)으로의 두께는 1 ㎛ 내지 2 ㎛일 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.
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, 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 8b에서 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 8b의 경우 홈부(HO)가 일측면(S1)에만 형성되지만, 타측면(S2)에도 대칭적으로 형성될 수 있다.
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 8a에 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, 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.
한편, 다시 도 1a 내지 도 7을 참조하면, 마그넷(6)은 진동판(2) 또는 상부 압전 소자(4U) 또는 하부 압전 소자(4U)에 배치될 수 있다.
실시 예에 의하면, 마그넷(6)은 진동판(2) 또는 상부 압전 소자(4U) 또는 하부 압전 소자(4U)의 양단부 중 일단부에 고정되어 배치될 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.
구체적으로, 마그넷(6)은 상부 압전 소자(4U)의 양단부 중 일단부의 위(쪽이) 또는 옆 또는 아래, 하부 압전 소자(4L)의 양단부 중 일단부의 위 또는 옆 또는 아래, 또는 진동판(2)의 일단부의 옆 중 적어도 한 곳에 고정되어 배치될 수 있다.
또한, 마그넷(6)은 코일(8)과 대향하여, 코일(8)의 외측에 배치될 수 있다.
이하, 마그넷(6)이 배치되는 실시 예를 도 1a 내지 도 7을 참조하여 다음과 같이 설명한다.
먼저, 도 1a 및 도 1b에 예시된 바와 같이, 마그넷(6)은 상부 압전 소자(4U)의 양단부 중 일단부의 위에 고정되어 배치될 수 있다.
또는, 도 4에 예시된 바와 같이, 마그넷(6)은 상부 압전 소자(4U)의 양단부 중 일단부의 옆에 고정되어 배치될 수 있다.
또는, 도 6에 예시된 바와 같이, 마그넷(6)은 상부 압전 소자(4U)의 양단부 중 일단부의 아래에 고정되어 배치될 수 있다.
또는, 도 6에 예시된 바와 같이, 마그넷(6)은 하부 압전 소자(4l)의 양단부 중 일단부의 위에 고정되어 배치될 수 있다.
또는, 도 5에 예시된 바와 같이, 마그넷(6)은 하부 압전 소자(4l)의 양단부 중 일단부의 옆에 고정되어 배치될 수 있다.
또는, 도 7에 예시된 바와 같이, 마그넷(6)은 하부 압전 소자(4l)의 양단부 중 일단부의 아래에 고정되어 배치될 수 있다.
또는, 도 5 또는 도 6에 예시된 바와 같이, 마그넷(6)은 진동판(2)의 일단부의 옆에 고정되어 배치될 수 있다.
코일(8)은 마그넷(6)에 자기력을 제공하도록 대향하여 배치될 수 있다. 코일(8)에 전류가 흐르는 경우, 전류에 의해 발생하는 전자기장이 마그넷(6)에 영향을 미칠 수 있다. 마그넷(6)은 전자기장에 의한 자기력 변화에 따라 움직일 수 있다.
코일(8)은 마그넷(6)을 진동판(2)의 진동 방향(예를 들어, y축 방향)과 나란한 방향으로 이동시키는 자기력을 형성하도록 마그넷(6)과 대향하여 배치될 수 있다. 자기력에 의해 진동판(2)이 압전 소자(4U, 4L) 및 마그넷(6)과 함께 진동 방향(예를 들어, y축 방향)으로 움직이기 위해, 코일(8)은 고정될 수 있다. 부연하면, 도 1b에 예시된 바와 같이, 코일(8)의 주변에 교류 자속이 야기되고, 마그넷(6)에 직류 자속이 야기되어, 자기력의 변화에 의해 진동판(2)을 화살표 방향(A)으로 움직일 수 있다.
또한, 코일(8)은 마그넷(6)에서 발생하는 자기장의 변화에 의해 유도 전류를 형성할 수 있도록 배치될 수 있다.
도 1a 내지 도 7에서 마그넷(6)과 코일(8)이 대향하는 모습은 일 례에 불과하다. 즉, 마그넷(6)을 진동판(2)의 진동 방향(예를 들어, y축 방향)과 나란한 방향으로 이동시키는 전자기력을 형성할 수만 있다면, 코일(8)과 마그넷(6)은 도 1a 내지 도 7에 도시된 바와 다른 모습으로 다양하게 대향하여 배치될 수 있다.
즉, 도 1a 내지 도 7에 도시된 바와 같이 마그넷(6)은 진동판(2) 또는 압전 소자(4U, 4L)의 양단부 중 일단부에 고정되어 배치될 수도 있고, 도시된 바와 달리 마그넷(6)은 진동판(2) 또는 압전 소자(4U, 4L)의 양단부 사이에 고정되어 배치될 수도 있다.
또한, 코일(8)의 중심축과 진동판(2)의 진동 방향이 나란하게 배치할 수 있다. 이와 같이, 배치될 경우 전자기력이 최대가 됨으로써, 진동판(2)의 진동력을 더욱 향상시킬 수 있다.
전술한 바와 같이 마그넷(6)을 진동판(2) 또는 압전 소자(4U, 4L)에 고정하여 배치하는 이유는, 마그넷(6)에 작용하는 힘이 진동판(2) 또는 압전 소자(4U, 4L)에 전달되도록 하기 위함이다. 이를 위해, 마그넷(6)은 진동판(2) 또는 압전 소자(4U, 4L)에 별도의 접착제(미도시)를 통해 고정 배치될 수도 있고, 진동판(2) 또는 압전 소자(4U, 4L)에 다이렉트로 붙어 있을 수 있으며, 실시 예는 마그넷(6)이 진동판(2) 또는 압전 소자(4U, 4L)에 고정된 특정한 형태에 국한되지 않는다.
도 9는 또 다른 실시 예에 의한 압전 액츄에이터(10H)의 사시도를 나타낸다.
도 9에 도시된 압전 액츄에이터(10H)는 진동판(2), 하부 압전 소자(4L), 마그넷(6), 코일(8), 지지부(20), 클램프(clamp)(30) 및 코일 권선부(40)를 포함할 수 있다.
도 9에서 진동판(2), 하부 압전 소자(4L) 및 마그넷(6)이 배치된 모습은 도 2에 도시된 압전 액츄에이터(10B)와 유사하므로, 이에 대한 중복되는 설명을 생략한다.
지지부(20)는 진동판(2)의 진동 방향으로의 이동을 허용하면서 진동판(2)을 지지하고, 코일(8)을 고정시키는 역할을 하며, 압전 액츄에이터(10H)의 케이스(case)에 해당할 수 있다. 또한, 지지부(20)는 진동판(2)뿐만 아니라, 클램프(30) 및 코일 권선부(40)도 지지하는 역할을 한다. 이를 위해, 지지부(20)는 클램프(30)와 코일 권선부(40) 아래에 배치될 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 즉, 진동판(2), 클램프(30) 및 코일 권선부(40)를 지지할 수 있다면, 지지부(20)는 다양한 형상을 가질 수 있다. 만일, 지지부(20)가 압전 액츄에이터(10H)의 케이스에 해당할 경우, 지지부(20)는 진동판(2), 클램프(30), 하부 압전 소자(4L) 및 코일 권선부(40)를 감싸며 배치될 수 있다. 이는 외부의 이물질로부터 압전 액츄에이터(10H)를 보호하기 위함이다.
예를 들어, 지지부(20)는 금속으로 구현될 수 있으나, 실시 예는 지지부(20)의 특정한 재질에 국한되지 않는다.
또한, 코일(8)은 지지부(20)의 양단부 중 일단부에 고정되어 부착될 수 있다. 이를 위해, 압전 액츄에이터(10H)는 코일 권선부(40)를 포함할 수 있다.
코일 권선부(40)는 지지부(20)의 양단부 중 일단부에 고정되어 배치되고, 코일(8)이 권선 가능한 구조를 갖는다.
도 10은 도 9에 도시된 코일 권선부(40)에 코일(8)이 권선된 사시도를 나타낸다.
도 10에 도시된 코일 권선부(40)는 바디(BO), 중심 세그먼트(CS), 적어도 하나의 측부 세그먼트(SS1, SS2), 상측 세그먼트(US) 및 하측 세그먼트(LS)를 포함할 수 있다.
바디(BO)는 지지부(20)에 의해 지지되며, 고정될 수 있다.
중심 세그먼트(CS)는 바디(BO)로부터 마그넷(6)을 향해 연장되며, 코일(8)이 권선되는 부분으로서, 코일(8)이 권선 가능한 구조를 가질 수 있다.
측부 세그먼트(SS1, SS2)는 바디(BO)로부터 연장되되, 중심 세그먼트(CS)로부터 이격되어 배치될 수 있다.
상측 세그먼트(US)는 중심 세그먼트(CS)의 일단부와 측부 세그먼트(SS1, SS2) 각각의 일단부를 연결하는 부분이다.
하측 세그먼트(LS)는 중심 세그먼트(CS)의 타단부와 측부 세그먼트(SS1, SS2)의 타단부를 연결하는 부분이다.
중심 세그먼트(CS)와 상측 세그먼트(US)와 하측 세그먼트(LS)와 제1 측부 세그먼트(SS1)는 제1 관통공(TH1)을 정의하고, 중심 세그먼트(CS)와 상측 세그먼트(US)와 하측 세그먼트(LS)와 제2 측부 세그먼트(SS2)는 제2 관통공(TH2)을 정의한다.
진동판(2)의 양단부 중 일단부가 2개(2-1, 2-2)로 분리된 채 제1 및 제2 관통공(TH1, TH2) 각각을 관통할 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 이와 같이, 진동판(2)의 일단부의 분리된 2개(2-1, 2-2)가 제1 및 제2 관통공(TH1, TH2) 각각을 관통하도록 배치될 경우, 진동 방향(예를 들어, y축 방향)으로 진동판(2)이 과도하게 진동되는 현상을 저지할 수 있다.
도 9의 경우, 코일 권선부(40)(또는, 코일(8))가 지지부(20)에 의해 지지되는 것으로 예시되어 있지만, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 즉, 코일 권선부(40)(또는, 코일(8))은 지지부(20) 예를 들어, 케이스의 외부에 고정되어 배치될 수도 있다.
또한, 압전 액츄에이터(10H)에서 클램프(30)가 지지부(20)의 양단부 중 타단부에 배치됨으로서, 압전 액츄에이터(10H)는 외팔보(cantilever) 구조를 가질 수 있다. 이와 같이, 압전 액츄에이터(10H)가 외팔보 구조를 가질 경우, 진동판(2)의 진동이 극대화될 수 있다.
또한, 도 9에 도시된 압전 액츄에이터(10H)는 댐퍼(damper)(50)를 더 포함할 수 있다. 댐퍼(50)는 하부 압전 소자(4L)와 지지부(20) 사이에 배치될 수 있으나, 실시 예는 댐퍼(50)의 특정한 위치에 국한되지 않는다. 압전 액츄에이터(10H)의 어느 특정 지점에서 진동이 클 경우, 댐퍼(50)는 큰 진동을 완화시키는 역할을 한다. 예를 들어, 압전 액츄에이터(10H)에서 진동이 공진될 경우 이를 완화하기 위해, 댐퍼(50)는 공진점에 배치될 수 있다.
전술한 실시 예에 의한 압전 액츄에이터(10A 내지 10H)는 압전 소자(4U, 4L)에 자성체인 마그넷(6)을 배치하고, 마그넷(6)과 대향하도록 코일(8)을 배치함으로써, 토크(torque)가 높아지고 로렌츠 힘에 의해 진동판(2)의 진동력이 극대화될 수 있다.
한편, 전술한 압전 액츄에이터(10A 내지 10H)를 구동하고 제어하는 실시 예에 의한 압전 모듈을 첨부된 도면을 참조하여 다음과 같이 살펴본다.
도 11은 일 실시 예에 의한 압전 모듈(500)의 블럭도를 나타낸다.
도 11에 도시된 압전 모듈(500)은 압전 액츄에이터(510) 및 구동부(520)를 포함할 수 있다.
압전 액츄에이터(510)는 전술한 실시 예에 의한 압전 액츄에이터(10A 내지 10H) 중 하나에 해당하므로, 중복되는 설명을 생략한다.
구동부(520)는 압전 액츄에이터(510)를 구동시키는 역할을 한다. 이를 위해, 구동부(520)는 구동 신호 생성부(522), 전류 공급부(524) 및 제어부(526)를 포함할 수 있다.
구동 신호 생성부(522)는 압전 소자(4U, 4L)를 구동시키는 구동 신호를 생성하고 생성된 구동 신호를 상부 압전 소자(4U) 또는 하부 압전 소자(4L) 중 적어도 하나로 출력한다.
전류 공급부(524)는 제어부(526)의 제어 하에 전류를 압전 액츄에이터(510)의 코일(8)로 공급하는 역할을 한다.
제어부(526)는 구동 신호가 압전 소자(4U, 4L)로 공급되는가의 여부에 따라, 코일(8)로 전류의 인가 여부 또는 인가되는 전류의 세기 중 적어도 하나를 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어부(526)는 구동 신호가 압전 소자(4H, 4L)로 공급될 때, 전류 공급부(524)를 제어하여 코일(8)로 전류를 공급함으로써, 로렌츠 힘의 원리에 의하여 마그넷(6)과 함께 형성한 전자기력에 의해 진동판(2)의 진동을 증가시킬 수 있다.
또한, 외부의 압력이나 진동을 감지하기 위해, 전술한 실시 예에 의한 압전 엑츄에이터(10A 내지 10H)를 이용할 수 있다. 이는, 전자기력에 해당하는 외부의 압력이나 진동이 발생할 때 코일(8)에 역 기전력이 발생하므로, 이 역 기전력을 통해 외부의 압력이나 진동을 센싱할 수 있다. 이를 위해, 압전 모듈(500)은 전류 감지부(530) 및 전류 측정부(540)를 더 포함할 수 있다.
전류 감지부(530)는 코일(8)로 전류가 공급되지 않은 상태에서 코일(8)에 유도 전류가 흐르는가를 감지하는 역할을 한다. 코일(8)에 전류가 흐르지 않은 상태에서 전자기력에 상응하는 외부의 압력이나 진동이 인가될 경우, 코일(8)에 역 기전력이 발생하고, 발생된 역 기전력에 의해 코일(8)에 유도 전류가 흐르게 된다. 따라서, 유도 전류가 흐를 경우, 압전 모듈(500)은 외부의 압력이나 진동을 감지할 수 있다. 즉, 전류 감지부(530)는 진동판(2)의 휨을 감지할 수 있다.
또한, 전류 측정부(540)는 전류 감지부(530)에서 감지된 전류의 세기를 측정한다. 전류의 세기와 외부의 압력이나 진동의 세기는 비례하므로, 전류 측정부(540)에서 전류의 세기를 측정함으로써, 외부의 압력이나 진동의 세기 정도를 센싱할 수 있다.
또한, 전술한 실시 예에 의한 압전 액츄에이터(10A 내지 10H) 및 압전 모듈(500)은 패널 스피커 등과 같은 다양한 분야에 적용될 수 있다.
도 12는 실시 예에 의한 패널 스피커(600)의 단면도를 나타낸다.
도 12에 도시된 패널 스피커(600)는 프레임(610), 패널층(620), 압전 엑츄에이터(또는, 액츄에이터)(630), 제2 및 제3 접착층(642, 644)을 포함할 수 있다.
프레임(610)은 패널층(620)을 지지하는 역할을 수행하며, 내부(IP) 및 외측부(OP)로 구분될 수 있다. 이때, 외측부(OP)는 내부(IP)에 대하여 단면 형상이 더 높게 돌출된다.
예를 들어, 실시 예에 의한 패널 스피커(600)가 평판 타입의 스마트 폰에 적용될 경우, 사각 평면 형상(예를 들어, 직사각형, 정사각형 또는 모서리가 둥근 사각형 등)을 갖는 프레임(610)에서 4개의 변 인근의 외측부(OP)가 모두 돌출된 형태일 수 있다.
또는, 사각 평면 형상을 갖는 프레임(610)에서 4개의 변 인근의 외측부(OP) 중에서 서로 마주하는 2개의 변 인근의 외측부(OP)만이 돌출된 형태일 수 있다. 예를 들어, 서로 마주하는 상변과 하변 인근의 외측부(OP)만이 돌출되고 좌변과 우변 인근의 외측부(OP)는 돌출되지 않을 수 있다. 또는, 서로 마주하는 좌변과 우변 인근의 외측부(OP)만이 돌출되고 상변과 하변 인근의 외측부(OP)는 돌출되지 않을 수 있다.
이하, 프레임(610)에서 4개의 변 인근의 외측부(OP)가 모두 돌출된 것으로 설명하지만, 하기의 설명은 4개의 변 중에서 서로 마주보는 2개의 변 인근의 외측부(OP)만이 돌출된 경우에도 적용될 수 있다.
프레임(610)의 상부에는 패널층(620), 압전 엑츄에이터(630), 제2 및 제3 접착층(642, 644)이 배치되고, 프레임(610)의 하부에는 패널층(620)과 연결된 배선(미도시) 또는 인쇄 회로 기판(미도시) 등이 배치될 수 있다.
또한, 프레임(610)은 패널 스피커(600)의 외관을 이루는 하우징 자체에 해당할 수 있다.
예를 들어, 프레임(610)은 패널 스피커(600)에서 패널층(620), 압전 엑츄에이터(630), 제2 및 제3 접착층(642, 644)을 제외한 모든 부분일 수 있다. 이와 같이, 프레임(610)은 패널 스피커(600)에서 기구적인 부분에 해당할 수 있다. 그러나, 실시 예는 프레임(610)의 특정한 형태에 국한되지 않는다.
한편, 패널층(620)은 프레임(610) 위에 배치될 수 있으며, 하면(620-1) 및 상면(620-2)을 포함할 수 있다. 패널층(620)의 하면(620-1)은 프레임(610)의 내부(IP)와 마주하는 면으로서 정의되고, 상면(620-2)은 하면(620-1)의 반대측 면으로서 정의될 수 있다. 패널층(620)은 평판(flat)형 단면 형상을 가질 수 있다.
또한, 패널층(620)은 다양한 형태로 구현될 수 있다. 예를 들어, 패널층(620)은 금속층(622), 디스플레이층(624) 및 커버 부재(626)를 포함할 수 있다.
금속층(622)은 알루미늄(Al)로 구현될 수 있다.
디스플레이층(624)은 금속층(622)과 커버 부재(626) 사이에 배치될 수 있다. 디스플레이층(624)은 유기전계발광표시(OLED) 패널 기판일 수 있다. 이 경우, 디스플레이층(624)은 별도의 광원이 필요하지 않은 자발광 소자를 포함할 수 있다. 또는, 디스플레이층(624)은 박막트랜지스터(TFT:Thin Film Transistor)를 포함할 수 있다. 그러나, 실시 예는 디스플레이층(624)의 특정한 구조나 재질에 국한되지 않는다.
커버 부재(626)는 디스플레이층(624) 위에 배치될 수 있다. 커버 부재(626)는 리지드(rigid)하거나 또는 플렉서블(flexible)할 수 있다. 바람직하게는, 커버 부재(626)는 휘어지거나(bending) 접힐 수 있도록(foldable) 플렉서블할 수 있다. 커버 부재(626)는 디스플레이층(624)보다 큰 평면적을 가질 수 있다.
예를 들어, 커버 부재(626)는 플라스틱이나 글래스(glass)를 포함할 수 있다. 자세하게, 커버 부재(626)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(626)는 광등방성 필름을 포함할 수 있다. 일례로, 커버 부재(626)는 COC(Cyclic Olefin Copolymer), COP(Cyclic Olefin Polymer), 광등방 폴리카보네이트(polycarbonate, PC) 또는 광등방 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 등을 포함할 수 있다.
실시 예에 따른 패널 스피커(600)는 디스플레이 디바이스에 적용될 수 있으며, 구체적으로 스마트폰 등의 모바일 디스플레이 디바이스에 적용될 수 있다. 이 경우 패널층(620)은 디스플레이 패널일 수 있고, 프레임(610)은 스마트폰의 미들 프레임(middle frame)일 수 있다. 미들 프레임이란, 스마트폰의 내부 부품을 실장 및 지지하기 위한 프레임을 의미할 수 있다.
또한, 압전 엑츄에이터(630)는 패널층(620)의 하면(620-1)에 배치될 수 있다. 도 12의 경우, 하나의 압전 액츄에이터(630)만이 도시되어 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 다른 실시 예에 의하면, 복수의 압전 엑츄에이터(630)가 패널층(620)의 하면(620-1)에 서로 이격되어 배치될 수 있다. 도 12에 도시된 압전 액츄에이터(630)는 도 1a 내지 도 7 및 도 9에 도시된 압전 액츄에이터(10A 내지 10H) 중 어느 하나에 해당할 수 있으며, 이에 대한 중복되는 설명을 생략한다.
한편, 제2 접착층(642)은 패널층(620)의 하면(620-1)에 압전 액츄에이터(630)를 접착시키는 역할을 하며, 제2 탄성 계수를 가질 수 있다. 패널층(620)의 하면(620-1)에 제2 접착층(642)은 다양한 형태로 배치될 수 있다.
패널층(620)과 압전 엑츄에이터(630)를 포함하고 프레임(610)을 제외한 패널 스피커(600) 전체의 공진 주파수(fo)를 낮추기 위해서, 제2 접착층(642)의 제2 탄성 계수는 낮을 수 있다. 예를 들어, 제2 탄성 계수는 1 ㎫ 내지 26000 ㎫, 바람직하게는 100 ㎫ 내지 10000 ㎫ 더욱 바람직하게는 200 ㎫ 내지 4000 ㎫일 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.
제2 접착층(642)이 이러한 제2 탄성 계수를 가질 경우, 1㎑의 공진 주파수(fo)가 200 ㎐ 내지 300 ㎐로 낮춰질 수 있다. 이와 같이, 제2 접착층(642)의 제2 탄성 계수 대비 전체 질량(mass) 증가율을 높여 공진 주파수(fo)를 낮출 수 있다.
또한, 제2 접착층(642)은 접착 에폭시로 구현될 수 있으며, 2 ㎛ 내지 20 ㎛의 두께를 가질 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.
또한, 제3 접착층(644)은 패널층(620)과 프레임(610) 사이에 배치되어, 패널층(620)을 프레임(610)의 돌출된 외곽(OP)에 접착시킬 수 있다. 제3 접착층(644)은 금속층(622)과 프레임(610) 사이에 배치되어, 금속층(622)을 프레임(610)의 돌출된 외측부(OP)에 접착시킬 수 있다.
또한, 제3 접착층(644)은 패널층(620)의 하면(620-1)에 다양한 형태로 접착될 수 있다.
또한, 제3 접착층(644)은 실리콘 계열의 물질을 포함할 수 있으며, 예를 들어, 실리콘 계열의 에폭시일 수 있다.
실시 예의 경우, 패널층(620)과 프레임(610) 사이에 배치된 제3 접착층(644)의 두께와 제3 탄성 계수를 이용하여, 질량(m), 감쇠 계수(c) 및 스프링 상수(또는, 탄성 계수)(k) 등을 변경함으로써, 패널층(620)과 프레임(610) 사이의 경계면에서 뒤틀림 또는 노화에 의한 손실을 보상하여 개선된 음질을 갖는 소리를 제공할 수 있다. 이를 위해, 제3 접착층(644)은 제2 탄성 계수보다 작은 제3 탄성 계수를 가질 수 있다. 제3 탄성 계수는 1 ㎫ 내지 26000 ㎫, 바람직하게는 100 ㎫ 내지 10000 ㎫ 더욱 바람직하게는 50 ㎫ 내지 2000 ㎫일 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.
만일, 제3 접착층(644)의 두께가 30 ㎛보다 작을 경우 패널층(620)의 진동력이 저하될 수 있다. 또한, 제3 접착층(644)의 두께가 150 ㎛보다 클 경우, 패널 스피커(600)를 얇게 구현할 수 없다. 따라서, 제3 접착층(644)의 두께는 30 ㎛ 내지 150 ㎛일 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.
또한, 압전 액츄에이터(630)의 경우 보이스 코일 모터(VCM:Voice Coil Motor)에 비해 진동 특성(특히 저음 대역에서)이 열악할 수 있으므로. 실시 예에의 패널 스피커(600)는 제2 및 제3 접착층(642, 644)을 이용하여 이를 해소할 수 있다.
한편, 전술한 실시 예에 의한 패널 스피커(600)는 다양한 기기에 응용될 수 있다. 예를 들어, 실시 예에 의한 패널 스피커(600)는 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.
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.
2: 진동판 4U, 4L, 1000: 압전 소자
6: 마그넷 8: 코일
10A 내지 10H, 510, 630: 압전 액츄에이터
20: 지지부 30: 클램프
40: 코일 권선부 50: 댐퍼
100: 압전부 200: 내부 전극
300: 외부 전극 400: 보호부
500: 압전 모듈 520: 구동부
530: 전류 감지부 540: 전류 측정부
600: 패널 스피커 610: 프레임
620: 패널층 642: 제2 접착층
644: 제3 접착층

Claims (14)

  1. 진동판;
    상기 진동판에 배치된 적어도 하나의 압전 소자;
    상기 진동판 또는 상기 압전 소자에 고정되어 배치된 마그넷;
    상기 진동판, 상기 압전 소자 및 상기 마그넷과 이격하여 배치되며, 전자기장을 발생시켜 상기 마그넷에 자기력을 제공하도록 상기 마그넷과 대향하여 배치되는 코일;
    상기 진동판의 이동을 허용하면서 지지하고 상기 코일을 고정시키는 지지부; 및
    상기 지지부의 양단부 중 타단부에 배치된 클램프를 포함하고,
    상기 마그넷은 상기 코일의 외측에 배치되고,
    상기 마그넷은 상기 진동판 또는 상기 압전 소자의 양단부 중 일단부에 배치되고,
    상기 코일은 상기 지지부의 양단부 중 일단부에 고정되어 부착된 압전 액츄에이터.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1 항에 있어서, 상기 지지부의 양단부 중 일단부에 고정되어 배치되고, 상기 코일이 권선된 코일 권선부를 더 포함하고,
    상기 코일 권선부는
    상기 지지부에 의해 지지되며 고정된 바디;
    상기 바디로부터 상기 마그넷을 향해 연장되며, 상기 코일이 권선된 중심 세그먼트;
    상기 바디로부터 연장되되, 상기 중심 세그먼트로부터 이격되어 배치된 적어도 하나의 측부 세그먼트;
    상기 중심 세그먼트의 일단부와 상기 측부 세그먼트의 일단부를 연결하는 상측 세그먼트; 및
    상기 중심 세그먼트의 타단부와 상기 측부 세그먼트의 타단부를 연결하는 하측 세그먼트를 포함하는 압전 액츄에이터.
  7. 삭제
  8. 제1 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 압전 소자는
    상기 진동판의 상면에 배치된 상부 압전 소자; 또는
    상기 진동판의 하면에 배치된 하부 압전 소자 중 적어도 하나를 포함하고,
    상기 마그넷은
    상기 상부 압전 소자의 양단부 중 일단부의 위 또는 옆 또는 아래, 상기 하부 압전 소자의 양단부 중 일단부의 위 또는 옆 또는 아래, 또는 상기 진동판의 상기 일단부의 옆 중 적어도 한 곳에 배치된 압전 액츄에이터.
  9. 삭제
  10. 압전 액츄에이터; 및
    상기 압전 액츄에이터를 구동시키는 구동부를 포함하고,
    상기 압전 액츄에이터는
    진동판;
    상기 진동판에 배치된 적어도 하나의 압전 소자;
    상기 진동판 또는 상기 압전 소자에 배치된 마그넷; 및
    상기 마그넷을 상기 진동판의 진동 방향과 나란한 방향으로 이동시키는 전자기력을 형성하도록 상기 마그넷과 대향하여 배치된 코일을 포함하고,
    상기 코일로 전류가 공급되지 않은 상태에서 상기 코일에 유도 전류가 흐르는가를 감지하는 전류 감지부; 및
    상기 전류 감지부에서 감지된 전류의 세기를 측정하는 전류 측정부를 더 포함하는 압전 모듈.
  11. 제10 항에 있어서, 상기 구동부는
    전류를 공급하는 전류 공급부;
    상기 압전 소자를 구동시키는 구동 신호를 생성하는 구동 신호 생성부; 및
    상기 구동 신호가 상기 압전 소자로 공급될 때, 상기 전류의 상기 코일로의 인가 여부 또는 인가되는 상기 전류의 세기 중 적어도 하나를 제어하는 제어부를 포함하는 압전 모듈.
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 프레임;
    상기 프레임의 위에 배치된 패널층; 및
    상기 패널층의 하면에 배치된 압전 액츄에이터를 포함하고,
    상기 압전 액츄에이터는
    진동판;
    상기 진동판에 배치된 적어도 하나의 압전 소자;
    상기 진동판 또는 상기 압전 소자에 배치된 마그넷; 및
    상기 마그넷을 상기 진동판의 진동 방향과 나란한 방향으로 이동시키는 전자기력을 형성하도록 상기 마그넷과 대향하여 배치된 코일을 포함하고,
    상기 코일로 전류가 공급되지 않은 상태에서 상기 코일에 유도 전류가 흐르는가를 감지하는 전류 감지부; 및
    상기 전류 감지부에서 감지된 전류의 세기를 측정하는 전류 측정부를 포함하는 압전모듈을 포함하는 패널 스피커.
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