KR20010069463A - Microphone and speaker made of polyvinylidene fluoride (pvdf) piezoelectric film having surface electrodes - Google Patents

Microphone and speaker made of polyvinylidene fluoride (pvdf) piezoelectric film having surface electrodes Download PDF

Info

Publication number
KR20010069463A
KR20010069463A KR1020010015695A KR20010015695A KR20010069463A KR 20010069463 A KR20010069463 A KR 20010069463A KR 1020010015695 A KR1020010015695 A KR 1020010015695A KR 20010015695 A KR20010015695 A KR 20010015695A KR 20010069463 A KR20010069463 A KR 20010069463A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
microphone
pvdf
thin film
speaker
film
Prior art date
Application number
KR1020010015695A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
염상섭
Original Assignee
장영소
주식회사이온테크노
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 장영소, 주식회사이온테크노 filed Critical 장영소
Priority to KR1020010015695A priority Critical patent/KR20010069463A/en
Publication of KR20010069463A publication Critical patent/KR20010069463A/en

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04RLOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R31/00Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of transducers or diaphragms therefor
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04RLOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R2499/00Aspects covered by H04R or H04S not otherwise provided for in their subgroups
    • H04R2499/10General applications
    • H04R2499/11Transducers incorporated or for use in hand-held devices, e.g. mobile phones, PDA's, camera's
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04RLOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R3/00Circuits for transducers, loudspeakers or microphones

Abstract

PURPOSE: A PVDF(PolyVinyliDene Fluoride) piezoelectric film type microphone and flat speaker with both-sided electrode are provided to form a microphone and a speaker having a vibration plate function and a signal conversion function by using piezoelectricity of a PVDF film. CONSTITUTION: A metal electrode with a thickness of 200 to 1080 angstrom is deposited on both sides of a PVDF piezoelectric film(20). A piezoelectric film type microphone of a flat structure or a curve structure is formed by using the PVDF piezoelectric film(20) with the metal electrode. The piezoelectric film type microphone has a size of 3cmx 2cm. A flat speaker and the microphone are formed with one unit by using a structure of the PVDF piezoelectric film(20).

Description

양면전극을 갖는 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF) 압전 박막형 마이크로폰 및 평판 스피커{MICROPHONE AND SPEAKER MADE OF POLYVINYLIDENE FLUORIDE (PVDF) PIEZOELECTRIC FILM HAVING SURFACE ELECTRODES}MICROPHONE AND SPEAKER MADE OF POLYVINYLIDENE FLUORIDE (PVDF) PIEZOELECTRIC FILM HAVING SURFACE ELECTRODES

본 발명은 초박형 마이크로폰 및 스피커의 제조에 관한 것이며, 특히 이동 통신 기기 및 컴퓨터 장치에서 이용하기에 적합한 양면전극의 폴리비닐리덴플루오라이드 (polyvinylidene fluoride: 이하 PVDF라 칭함)를 이용하여 제작한 압전박막식 마이크로폰/평판 스피커에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to the manufacture of ultra-thin microphones and speakers, and more particularly to piezoelectric thin film fabricated using polyvinylidene fluoride (hereinafter referred to as PVDF) of a double-sided electrode suitable for use in mobile communication devices and computer devices. A microphone / flat speaker.

음파는 우리 주위의 기체, 액체, 고체속을 누비는 탄성진동의 파(波)로서 공중에 전파되는 가청 음파와 대략 20 kHz 이상의 초음파를 묶어서 부르기도 하는데, 이 음파를 전기신호로 바꾸기 위한 센서 변환기로서 마이크로폰을 사용한다.종래의 마이크로폰에서 진동판의 진동을 전기신호로 변환시키는 방식으로는 동전형(動電形: 다이나믹형), 정전형(靜電形: 콘덴서형), 탄소형(카본형) 및 압전형 등이 있다. 동전형 변환 방식은 진동판과 함께 진동하는 코일이 자석에 대한 변위에 의한 신호를 감지하는 방식이고, 탄소형 변환 방식은 진동판의 변위에 따른 탄소저항의 변화를 감지하는 방식이며, 정전형 변환 방식은 도전성 진동판 배면(背面)에 고정전극을 설치하여 양극간에 정전용량의 변화로 감지하는 방식이다.Acoustic waves are waves of elastic vibration that travel through the gas, liquid, and solids around us. They are also called a combination of audible sound waves propagated in the air and ultrasonic waves of about 20 kHz or more. A microphone is used as a method of converting vibration of a diaphragm into an electric signal in a conventional microphone, such as coin type (dynamic type), electrostatic type (condenser type), carbon type (carbon type), and the like. Piezoelectric and the like. Coin-type conversion method is a way that the coil vibrating with the diaphragm detects the signal due to the displacement of the magnet, carbon-type conversion method is to detect the change of carbon resistance according to the displacement of the diaphragm, the electrostatic conversion method is The fixed electrode is installed on the rear surface of the conductive diaphragm to sense the change of capacitance between the anodes.

현재 이동 통신 기기 및 컴퓨터 장치에 많이 사용되는 소형 마이크로폰은 주로 일렉트릿(electret) 콘덴서 마이크로폰을 사용하며, 도 1에 나타낸 바와 같이 일렉트릿 콘덴서 마이크로폰(10)은 유전체 재료에 분극이 잔류된 일렉트릿 진동판(1)을 절연판(3), 배극(2), 절연성 후면 보호판(6) 및 전면 보호판(5)으로 조립하여 케이스(7)에 넣고 저항 Ro의 연결을 통한 신호 감지의 구조를 갖는다. 이러한 구조의 일렉트릿 콘덴서 마이크로폰은 회로에서 바이어스 전원을 필요로 하는 불편함이 있으며, 많은 부품으로 이루어져 조립 비용이 높은 단점이 있고 1mm 미만의 초박형 마이크로폰으로 제작하기에 어려운 문제점이 있다.Small microphones currently used in many mobile communication devices and computer devices mainly use electret condenser microphones, and as shown in FIG. 1, the electret condenser microphone 10 has an electret diaphragm in which polarization remains in the dielectric material. (1) is assembled into an insulating plate (3), a back electrode (2), an insulating rear protective plate (6) and a front protective plate (5) and placed in the case (7) to have a structure of signal sensing through the connection of a resistor R o . The electret condenser microphone of such a structure has a disadvantage in that a bias power source is required in a circuit, and has a disadvantage in that it is made of many components and has a high assembly cost and is difficult to manufacture with an ultra-thin microphone of less than 1 mm.

한편, 진동판에 압전 세라믹을 부착하여 진동이 압전체로 전달되어 전기신호로 변환되게한 압전형 변환방식은 간단한 구조임에도 불구하고, 무거운 세라믹스 압전체를 진동판에 단단히 접착시키는 데 있어 불량이 발생되고 크기축소가 어려우며 세라믹의 쉽게 깨어지는 성질 등의 단점 때문에 소형 마이크로폰으로서는 적합하지 않다.On the other hand, although the piezoelectric conversion method in which the piezoelectric ceramic is attached to the diaphragm and the vibration is transmitted to the piezoelectric to be converted into an electric signal has a simple structure, defects occur in firmly bonding the heavy ceramic piezoelectric body to the vibrating plate and the size is reduced. It is difficult and not suitable for small microphones due to the disadvantages of ceramics' easily cracking properties.

마이크로폰의 원리와는 반대로, 전기신호를 음파로 변환하는 스피커는 주로 자석 진동판 및 코일등으로 구성된 자기구동 방식인데 이의 두께를 줄이고 경량화 및 제작공정을 간단히 하고자 함에 있어서 자석의 두께를 2mm 이하로 줄이면 자기장의 크기가 함께 줄어들어 축소의 한계를 갖는다. 이를 개선하기 위한 비자기구동방식인 압전형 스피커는 주로 세라믹스 압전재료가 사용되어왔으나 신호변환을 위하여 진동판과 강력한 접착방법이 요구된다. 압전 스피커 제작방법의 예는 대한민국 공개 특허공보 제1986-005216호 "압전 스피커", 대한민국 공개 특허공보 제 1988-003534호 "이중 진동판형 압전스피커", 대한민국 공개 특허공보 제 1992-014335호 "압전세라믹-고분자복합체 스피커의 제조방법", 및 미합중국 특허 제5,736,808호 "압전 스피커(Piezoelectric speaker)" 등에 기술되어 있다.Contrary to the principle of the microphone, a speaker that converts an electrical signal into sound waves is a magnetic drive system mainly composed of magnetic diaphragms and coils. In order to reduce the thickness and simplify the light weight and manufacturing process, if the thickness of the magnet is reduced to 2 mm or less, the magnetic field is reduced. Its size shrinks with it, limiting its shrinkage. The piezoelectric speaker, which is a non-driven method for improving the problem, has been mainly made of ceramic piezoelectric material, but requires a strong bonding method with a diaphragm for signal conversion. Examples of piezoelectric speaker manufacturing methods are Korean Patent Publication No. 1986-005216, "Piezoelectric Speaker", Korean Patent Application Publication No. 1988-003534, "Double Diaphragm Piezoelectric Speaker", Korean Patent Publication No. 1992-014335 "Piezoelectric Ceramic -A method for producing a polymer composite speaker ", and" Piezoelectric speaker "in US Pat. No. 5,736,808.

한편, 진동판과 신호변환의 역활을 동시에 할 수 있게 한 평면구조의 스피커를 평판 스피커라고 부르며, 평판 스피커는 비자기구동방식으로 스피커의 무게와 두께 및 제작비용을 현격히 줄일 수 있다. 평판형 스피커를 평판 비디오 모니터에 적용하는 방법이 미합중국 특허 제5,796,854호 "Thin film speaker apparatus for use in a thin film video monitor device"에 기술되어 있다.On the other hand, a flat speaker that allows the diaphragm and the signal conversion to be performed at the same time is called a flat speaker, the flat speaker can be significantly reduced the weight, thickness and manufacturing cost of the speaker in a non-automatic manner. A method for applying a flat panel speaker to a flat panel video monitor is described in US Pat. No. 5,796,854, "Thin film speaker apparatus for use in a thin film video monitor device."

특히, 이동 통신에 사용되기 위한 무선 단말기의 성능에 대해 Digital cellular telecommunications system, Global System for Mobile Communication (GSM) 등을 인증하는 ETSI(European Telecommunications Standards Institute; secretariat@etsi.fr)의 유럽 전기통신 표준 규격 ETS 300 607-1 (1996. 3)을 만족시켜야 한다. 여기서, 동 규격의 pp.1056-1071에 기재된 스피커의 주파수감도(Sensitivity/Frequency Response)는 주파수(frequency) 대 감도(dB) 특성에서 음향 재생 대역 300 Hz~ 3.5kHz에서 대체로 일정한 음압레벨 (0∼-12dB)의 규격이 요구된다.In particular, the European Telecommunications Standard Specification of the European Telecommunications Standards Institute (secretariat@etsi.fr), which certifies Digital cellular telecommunications system, Global System for Mobile Communication (GSM), etc. for the performance of wireless terminals for use in mobile communications. ETS 300 607-1 (1996. 3) must be satisfied. Here, the frequency sensitivity (Sensitivity / Frequency Response) of the speaker described in pp.1056-1071 of this standard is a sound pressure level (0 to 0 ~) which is generally constant in the sound reproduction band 300 Hz to 3.5 kHz in frequency versus sensitivity (dB) characteristics. -12 dB) is required.

또한, 일반적으로 유무선 통신 단말기, 특히 핸드폰(cellular phone)과 같은 이동통신용 단말기는 경박단소화를 추구하는데 있어 충전 배터리가 가진 일정 용량하에서 통화 시간을 길게하고 중량과 크기를 최소화할 수 있는 부품을 채택하는 추세이다. 현재의 핸드폰에서는 배터리, 키 패드, 스피커 및 마이크로폰을 각기 장착하는 곳을 마련해야 하므로 크기를 축소하는데 제약이 따른다. 특히 스피커 및 마이크로폰은 1mm 미만의 얇은 두께로서 저전력으로 동작하는 소자가 절실히 필요한 실정이다.Also, in general, wired / wireless communication terminals, especially mobile communication terminals such as cellular phones, adopt components that can extend talk time and minimize weight and size under a certain capacity of a rechargeable battery in pursuing light and small size. That's the trend. In today's mobile phones, the size of the battery, the keypad, the speaker, and the microphone must be provided. In particular, the speaker and the microphone is a thin thickness of less than 1mm, the situation is urgently needed devices that operate at low power.

본 발명자는 상기한 일렉트릿 콘덴서 마이크로폰 또는 자기구동방식의 스피커를 제작할 때 많은 종류의 초소형 부품을 사용함에 의해 제작 비용이 높아지고, 조립 불량이 발생할 우려가 있으므로 전자부품의 소형화 경량화 추세에 부합되는 소재를 이용하고 조립 비용이 절감되는 간단한 구조의 평판형 마이크로폰 및 스피커를 제작하기 위한 방안을 모색하게 되었다.The inventors of the present invention have a material that meets the trend of miniaturization and lightening of electronic components because the production cost is increased by using many kinds of ultra-small components when manufacturing the above-mentioned electret condenser microphone or a speaker of a self-drive type speaker. The company has sought ways to manufacture flat-panel microphones and speakers with a simple structure that can be used and reduce assembly costs.

따라서, 본 발명은 종래의 문제점들을 개선하기 위한 것으로서 고분자 PVDF 필름의 압전성을 이용하여 진동판과 신호변환의 역활을 동시에 할 수 있는 마이크로폰 및 평판 스피커를 제공하는 데 그 목적이 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a microphone and a flat panel speaker capable of simultaneously acting as a diaphragm and a signal conversion by using the piezoelectricity of a polymer PVDF film.

알려진 PVDF 필름에 대한 응용으로서는 수 마이크론 이상 두께의 은(Ag) 전극이 스크린 프린팅으로 양면에 인쇄된 25cm x 17.5cm 크기의 PVDF 필름을 풍선에 장착하여 압전성을 이용한 스피커와 마이크로폰으로서의 동작가능성이 J. A. Paradiso의 논문, "The interactive balloon: Sensing, actuation, and behavior in a common object," IBM SYSTEMS JOURNAL, VOL 35, NOS 3 & 4, pp. 473-487 (1996)에서 시도된 바 있다.Applications for known PVDF films include a 25 cm x 17.5 cm PVDF film printed on both sides by screen printing with silver (Ag) electrodes thicker than a few microns, mounted on a balloon, making it possible to operate as a speaker and microphone using piezoelectric properties. , "The interactive balloon: Sensing, actuation, and behavior in a common object," IBM SYSTEMS JOURNAL, VOL 35, NOS 3 & 4, pp. It was attempted in 473-487 (1996).

그러나, 여기서 사용한 은(Ag) 전극이 두껍게 인쇄된 필름을 이동 통신용 단말기에 사용가능할 정도의 크기로 축소하여 사용하였을 때 마이크로폰 및 스피커로의 실용화 여부에 대한 고찰이 없다.However, when the silver (Ag) electrode thick film used here is reduced to a size sufficient to be used in a mobile communication terminal, there is no consideration as to whether the microphone and the speaker are practically used.

본 발명에서는 금속전극이 수천 Å으로 얇게 양면에 증착된 PVDF 압전 필름 재료를 이용하여 약 3cm x 2cm 정도의 크기를 가지고 그 가장자리만 지지되게 하는 평면 혹은 곡면 구조의 간단한 마이크로폰을 제작하는 방법을 제공한다.The present invention provides a method of fabricating a simple microphone having a flat or curved structure having a size of about 3 cm x 2 cm and supporting only its edges using PVDF piezoelectric film material deposited on both sides of a thin film of thousands of micrometers. .

바람직하게, 상기 PVDF 필름은 12~110 ㎛, 바람직하게 12 ㎛의 두께를 가지며, 상기 PVDF 필름에 증착된 금속 전극의 두께는 200 Å 내지 1080 Å이고, 상기 금속전극은 이온 빔 증착법 등을 사용하여 형성된다.Preferably, the PVDF film has a thickness of 12 ~ 110 ㎛, preferably 12 ㎛, the thickness of the metal electrode deposited on the PVDF film is 200 kPa to 1080 kPa, the metal electrode using an ion beam deposition method or the like Is formed.

또한, PVDF 필름의 압전성을 이용하여 스피커와 마이크로폰으로서 동작이 가능하다고 알려져 있으므로 상기 PVDF 필름 구조물을 공동으로 이용하여 평판스피커와 마이크로폰의 기능을 단일 유닛으로 구성하여 이동 통신용 단말기의 점유면적을 축소하고 비용절감을 도모할 수 있는 방법을 제공한다.In addition, it is known that the piezoelectricity of PVDF film can be used as a speaker and a microphone. Therefore, by using the PVDF film structure jointly, the functions of the flat panel speaker and the microphone are configured as a single unit, thereby reducing the occupying area of the mobile communication terminal and reducing the cost. It provides a way to save money.

단일유닛으로 입출력 신호를 분리하는 방법은 반대극성의 2개의 다이오드를 연결하는 등에 의한 해결책을 설명하고 있는 전술한 논문, "The interactiveballoon: Sensing, actuation, and behavior in a common object," IBM SYSTEMS JOURNAL, VOL 35, NOS 3 & 4, pp. 473-487 (1996)을 참조하면 된다.The method of separating input and output signals into a single unit is described in the above paper, which describes a solution by connecting two diodes of opposite polarity, "The interactiveballoon: Sensing, actuation, and behavior in a common object," IBM SYSTEMS JOURNAL, VOL 35, NOS 3 & 4, pp. 473-487 (1996).

또한, 본 발명에 따른 압전필름을 이용하면 이차원 배열 (Two dimensional array) 방식의 마이크로폰 입력이 가능하므로 디지털 마이크로폰/스피커 개발에 응용할 수 있는 배열 방식을 제공한다.In addition, the use of the piezoelectric film according to the present invention enables two-dimensional array type microphone input, thereby providing an arrangement method applicable to digital microphone / speaker development.

본 발명에 따른 고분자 PVDF 압전박막을 이용하면 일렉트릿 콘덴서 마이크로폰 제작에 부품수를 줄일수 있고 세라믹스 압전형변환방식에서 진동판과 압전세라믹을 접착하는 기술적 문제를 해결할 수 있을 뿐만 아니라 고분자 PVDF 압전박막이 진동판과 신호변환의 역할을 동시에 해낼 수 있으므로 두께 1mm 이하의 초박형 마이크로폰의 제작이 가능하다.The use of the polymer PVDF piezoelectric thin film according to the present invention can reduce the number of parts in the production of electret condenser microphones and solve the technical problem of bonding the diaphragm and the piezoceramic in the ceramic piezoelectric conversion method. Simultaneously plays the role of signal conversion, making it possible to manufacture ultra-thin microphones with a thickness of less than 1mm.

또한 진동판과 신호변환 역할을 같이 하는 PVDF 압전방막형 평판스피커는 자기구동방식에서 요구되는 두껍고 무거운 자석을 제거하고 이동통신용 주파수감도 규격에 적절하며 두께 1mm 이하의 초박형 스피커 제작이 가능하다.In addition, the PVDF piezoelectric membrane type speaker that plays a role of signal conversion with the diaphragm removes the thick and heavy magnets required in the magnetic driving method, and is suitable for the frequency sensitivity standard for mobile communication, and it is possible to manufacture an ultra-thin speaker having a thickness of 1 mm or less.

도 1은 종래의 일렉트릿(electret) 형 마이크로폰의 구조를 보여주는 단면도.1 is a cross-sectional view showing the structure of a conventional electret microphone.

도 2는 본 발명에 사용되는 양면전극을 가진 PVDF 압전박막의 구성도.2 is a block diagram of a PVDF piezoelectric thin film having a double-sided electrode used in the present invention.

도 3a 및 3b는 본 발명에 사용되는 백금 양면전극을 이온빔 증착법으로 증착한 PVDF 압전박막의 전자현미경 표면 및 단면 사진.3A and 3B are electron microscope surface and cross-sectional photographs of a PVDF piezoelectric thin film in which a platinum double-sided electrode used in the present invention is deposited by ion beam deposition;

도 4는 본 발명의 실시예에서 사용된 양면전극을 가진 PVDF 압전박막형 마이크로폰 및 평판스피커의 구성도.4 is a block diagram of a PVDF piezoelectric thin film microphone and a flat panel speaker having a double-sided electrode used in the embodiment of the present invention.

도 5는 본 발명에 따른 PVDF 압전박막식 마이크로폰을 사용하여 "안녕하세요"를 발성하고 컴퓨터 사운드 카드를 통해 녹음된 신호의 스펙트로그램.5 is a spectrogram of a signal uttering "Hello" using a PVDF piezoelectric thin film microphone according to the present invention and recorded through a computer sound card.

도 6은 도 5와 비교를 위하여 상용의 콘덴서 마이크로폰으로 "안녕하세요"를 발성하여 컴퓨터 사운드 카드를 통해 녹음된 신호의 스펙트로그램.FIG. 6 is a spectrogram of a signal recorded through a computer sound card uttering "hello" with a commercially available condenser microphone for comparison with FIG.

도 7은 도 5의 압전박막식 마이크로폰으로 녹음된 신호의 스펙트로그램에서 노이즈의 형태를 알아보기 위한 고속 푸리에 변환 (FFT) 분석 결과를 나타낸 도면.7 is a diagram illustrating a fast Fourier transform (FFT) analysis result for determining the shape of noise in a spectrogram of a signal recorded by the piezoelectric thin film microphone of FIG. 5.

도 8은 본 발명이 적용되기에 바람직한 이동 통신 단말기에 압전박막식 마이크로폰 및 평판스피커의 설치 상태를 나타내는 개략도.Figure 8 is a schematic diagram showing the installation state of the piezoelectric thin film microphone and the flat panel speaker to a mobile communication terminal preferred to be applied to the present invention.

도 9는 도 8에 장착된 약 3cm x 2cm 정도의 크기를 가지고 그 가장자리만 지지되게 하는 평면 구조의 평판스피커의 파장에 따른 음압레벨의 분석결과를 나타내는 그래프.FIG. 9 is a graph showing an analysis result of sound pressure level according to a wavelength of a flat panel speaker having a size of about 3 cm x 2 cm mounted in FIG.

도 10은 다중 채널의 압전박막식 마이크로폰 및 평판스피커에 사용될 전극 패턴의 개략도.10 is a schematic diagram of an electrode pattern to be used in a multi-channel piezoelectric thin film microphone and a flat panel speaker.

도 11은 도 10의 다중 채널 마이크로폰에 대한 신호 처리회로의 일 예를 보인 회로도.FIG. 11 is a circuit diagram illustrating an example of a signal processing circuit for the multi-channel microphone of FIG. 10. FIG.

도 12는 본 발명에 따른 평판 스피커에 대한 구동회로의 일 예를 나타낸 도면.12 is a view showing an example of a driving circuit for a flat panel speaker according to the present invention.

알려진 바와 같이, 폴리비닐리덴플루오라이드 (polyvinylidene fluoride: PVDF)는 -(CH2-CF2-CH2-CF2-)n- 구조로 보통 높은 쌍극자 모멘트(dipole moment)를 갖는다. 두 폴리머 체인들에 있는 쌍극자 사이의 전기적 반력으로 외부 전기장이 가해지면 쌍극자 인력으로 분자간 거리가 감소하므로 PVDF 박막의 총두께가 감소 하는 압전효과(Piezoelectricity)가 발생하게 된다. PVDF 박막은 온도의 변화가 쌍극자간의 변화로 연결되어 전압(전하) 변화로 나타나는 초전성(Pyroelectricity)을 가지므로 많은 응용분야가 있다 (참고문헌: Gabor Harsanyi, "Polymer Films in Sensor Applications", Technomic Publishing Co. Lancaster USA 1995).As is known, polyvinylidene fluoride (PVDF) usually has a high dipole moment in the-(CH 2 -CF 2 -CH 2 -CF 2- ) n -structure. When the external electric field is applied by the electric reaction between the dipoles in the two polymer chains, the intermolecular distance is reduced by the dipole attraction, which results in a piezoelectric effect that reduces the total thickness of the PVDF thin film. PVDF thin films have many applications because of changes in temperature that lead to changes between dipoles and have pyroelectricity that results in changes in voltage (charge) (Gabor Harsanyi, "Polymer Films in Sensor Applications", Technomic Publishing Co. Lancaster USA 1995).

PVDF 압전필름이 갖는 특징들로는 압전세라믹스에 비해 저가격, 유연성 내마모성, 가혹조건에 적합, 성형성 양호, 광대역 (0.001 Hz ~ 109Hz), 고감도 (10-8~ 106psi), 고효율, 압전세라믹에 비해 10배이상의 고전압동작, 습기를 0.02% 미만으로 흡수하며 화합물에 내성이 강한 안정성, 전자회로에 적합 등의 장점들이 있으며, 단점들로는 저주파에서 동작불량, 100 ℃ 이하에서 동작 및 전자파 차단 필요 등이 있다.Features of PVDF piezoelectric film include low cost, flexible wear resistance, suitable for harsh conditions, good moldability, wide band (0.001 Hz to 10 9 Hz), high sensitivity (10 -8 to 10 6 psi), high efficiency, piezoceramic compared to piezoelectric ceramics Compared with 10 times higher voltage operation, less than 0.02% moisture absorption, and strong resistance to compounds, and suitable for electronic circuits.The disadvantages include poor operation at low frequencies, operation under 100 ℃, and blocking of electromagnetic waves. There is this.

PVDF가 갖는 압전효과를 이용한 응용 소자로서 대표적인 것이 압력센서이며(예: 미합중국 특허 제4,990,815호 "Robot gripper control system using PVDF piezoelectric sensors", 미합중국 특허 제5,760,530호 "Piezoelectric tactile sensor", 미합중국 특허 제5,797,623호 "Smart skin sensor for real-time side impact detection and off-line diagnostics"), 본 발명은 이를 이용하여 음파를 전기신호로 바꾸는 센서, 즉 마이크로폰의 경박단소화에 기여하는 것이다.Typical applications for the application of the piezoelectric effect of PVDF are pressure sensors (e.g. US Patent No. 4,990,815 "Robot gripper control system using PVDF piezoelectric sensors", US Patent No. 5,760,530 "Piezoelectric tactile sensor", US Patent No. 5,797,623). "Smart skin sensor for real-time side impact detection and off-line diagnostics"), the present invention contributes to the light and thin shortening of the sensor, that is, the microphone that converts sound waves into electrical signals using the same.

본 발명에 사용되는 양면전극을 가진 PVDF 압전박막의 구성을 도 2에 개략적으로 나타내었다.The configuration of a PVDF piezoelectric thin film having a double-sided electrode used in the present invention is schematically shown in FIG.

진동판과 신호변환의 역할을 동시에 수행하기 위해서는 도 2에서와 같이 PVDF 필름(22)의 양면에 적절한 전극(24-1, 24-2)이 증착되어 신호라인(26-1, 26-2)의 전극과 연결이 되어야만 한다.In order to simultaneously perform the roles of the diaphragm and the signal conversion, as shown in FIG. 2, appropriate electrodes 24-1 and 24-2 are deposited on both sides of the PVDF film 22 to form the signal lines 26-1 and 26-2. It must be connected to the electrode.

종래의 양면 전극 증착법으로 많이 사용되는 스크린 프린팅 방법으로는 수 ㎛이상 두께의 전극을 형성하는데 적합하고, 이 방법에 의한 전극 증착은 진동판에 하중을 주므로 보다 얇은 금속 전극을 형성하는 진공증착법이 사용되는 것이 유리하다. 진공증착법으로 금속전극을 수천 Å으로 증착하면 좋으나 PVDF 재료는 다른 금속재료들과의 부착성을 갖지 않으므로 증착 및 복합체 형성이 어려웠다. 금속 재료에 대한 플루오르화 수지의 부착성을 개선하는 방법은 대한민국 공개 특허공보 제 1999-081865호 "금속에 대한 플루오르화 수지의 부착 방법" 및 고분자 표면의 개질을 통한 부착강도의 개선에 대한 발명인 미합중국 특허 제 5,783,641호 "Process for modifying surfaces of polymers, and polymers having surfaces modified by such process" 등에 기술되어 있다.Screen printing method, which is widely used as a conventional double-sided electrode deposition method, is suitable for forming an electrode having a thickness of several μm or more, and the electrode deposition by this method applies a load to the diaphragm, so that a vacuum deposition method for forming a thinner metal electrode is used. It is advantageous. Although it is preferable to deposit a metal electrode at several thousand micrometers by vacuum deposition, PVDF material is difficult to deposit and form a composite because it does not have adhesion with other metal materials. Methods for improving the adhesion of fluorinated resins to metallic materials are disclosed in Korean Patent Application Publication No. 1999-081865, "Methods for Attaching Fluorinated Resins to Metals" and the United States of America, which is an invention for improving adhesion strength through modification of the surface of a polymer. Patent 5,783,641 describes "Process for modifying surfaces of polymers, and polymers having surfaces modified by such process."

(실시예)(Example)

40 ㎛ 두께의 PVDF 박막에 백금(Pt)을 이온 빔 증착법 (Ion Beam Assisted Deposition: IBAD)으로 Ar 5.6 sccm, total pressure 6.0 x 10-5torr, Ion gun discharge 470V, 400mA, Plug current 5mA, Ion beam voltage 1100V, 44mA, Accelerator 400V, 7mA의 조건하에서 부착성개선을 위한 표면개질처리 공정없이 25분간 증착을 수행하였다. 이에 따라 백금(Pt)이 증착된 PVDF 박막의 전자현미경 표면 및 단면 사진을 도 3a 및 3b에 나타내었다.Platinum (Pt) was deposited on a 40 µm thick PVDF thin film using ion beam deposition (IBAD), Ar 5.6 sccm, total pressure 6.0 x 10 -5 torr, Ion gun discharge 470V, 400mA, Plug current 5mA, Ion beam The deposition was performed for 25 minutes under the condition of voltage 1100V, 44mA, 400V Accelerator 400V, 7mA without the surface modification process for adhesion improvement. Accordingly, electron microscope surface and cross-sectional photographs of the PVDF thin film deposited with platinum (Pt) are shown in FIGS. 3A and 3B.

도 3b(도 2에 대응)의 단면 사진에서 보인 바와 같이, 백금 박막의 두께가1080 Å을 가질 때 표면에 심한 균열이 보이지 않을 정도로 되어 마이크로폰 제작에 이용이 가능하다. 본 실시예에서는 나열되지 않았으나 12~110 ㎛ 두께의 PVDF 박막위에 금, 은, 구리, 알루미늄, ITO(Indium-tin-oxide) 등의 금속과 전도성 고분자 폴리아닐린(polyaniline), 전도성 고분자 폴리피롤(polypyrrol), 전도성 고분자 폴리티오펜(polythiophene) 등의 금속성 물질을 증착하여 사용하는 경우도 동일하다.As shown in the cross-sectional photograph of FIG. 3B (corresponding to FIG. 2), when the platinum thin film has a thickness of 1080 Å, severe cracks are not seen on the surface, and thus it can be used for manufacturing the microphone. Although not listed in this embodiment, metals such as gold, silver, copper, aluminum, and indium-tin-oxide (ITO), conductive polymer polyaniline, conductive polymer polypyrrol, The same applies to depositing and using a metallic material such as a conductive polymer polythiophene.

도 3a의 표면 사진에 의하면 미세구멍 핀홀 (pin-hole)이 형성되지 않아 마이크로폰으로의 사용이 가능해 보인다. 또한, 두께는 1080 Å으로 한정되지 않고 마이크로폰으로 이용가능한 면저항이 1~10 Ω/□ 범위가 되는데 최저 200 Å까지 실시하였으나 이에 국한되지는 않는다. 본 실시예에서는 IBAD를 이용한 전극증착법을 이용하였으나 이에 국한하지 않고 일반적인 박막증착법도 모두 사용가능하다. 본 실시예에서 사용된 부착강도는 마이크로폰 제작에 충분할 정도이었으므로 상기 부착성을 개선하는 발명의 이용 여부는 별도이다.According to the surface photograph of FIG. 3A, micro-pin pinholes are not formed, and thus it may be used as a microphone. In addition, the thickness is not limited to 1080 kW, the sheet resistance available to the microphone is in the range of 1 ~ 10 Ω / □ but not limited to 200 kΩ. In this embodiment, the electrode deposition method using the IBAD is used, but not limited to this, all general thin film deposition methods can be used. Attachment strength used in the present embodiment was enough to manufacture the microphone, so the use of the invention to improve the adhesion is separate.

도 4는 상기 도 3에서 설명되어 제작된 PVDF 압전 필름을 사용한 마이크로폰/스피커 동작실험용 장치의 조립도이다.FIG. 4 is an assembly diagram of a microphone / speaker operation test apparatus using the PVDF piezoelectric film manufactured and described in FIG. 3.

PVDF 필름(20)의 양면 전극(24-1, 24-2; 도 2 참조)에 3M(R)사 제조의 도전성 테이프 또는 도전성 동 테이프를 사용하여 전면전극도선(26-1) 및 후면전극도선(26-2)을 접착한다. 그러나, 전극의 접착 방법은 상기의 방법에 국한되지 않으며 전극 형성이 가능한 모든 방법을 포함한다. PVDF 필름(20)은 비등방성의 압전성을 가지므로 등방성 압전 세라믹와는 달리 PVDF 필름의 연신 방향으로 구부려주면 신호의 강도가 크진다. 따라서, 도 4에서는 필름(20) 전후면에 내부에 10 cm x 10 cm 크기의 구멍이 형성된 아크릴 재료의 전면 지지판(30A) 및 후면 지지판(30B)을 곡율 반경 약 15 cm로 구부려서 사용하였다. 상기 전후면 지지판(30A, 30B)과 필름(20)의 모서리 부분에 각각 구멍을 형성하고, 전면 지지판(30A)과 후면 지지판(30B) 사이에 PVDF 필름(20)을 놓고 볼트(32)와 너트(34)로 체결함에 의해 압전 마이크로폰 장치가 완성된다.The front electrode lead 26-1 and the back electrode lead using the conductive tape or conductive copper tape made by 3M (R) company for the double-sided electrodes 24-1 and 24-2 of the PVDF film 20 (refer FIG. 2). (26-2) is bonded. However, the method of adhering the electrode is not limited to the above method and includes all methods capable of forming the electrode. Since the PVDF film 20 has anisotropic piezoelectricity, when the PVDF film is bent in the stretching direction of the PVDF film, unlike the isotropic piezoelectric ceramics, the signal strength is large. Therefore, in FIG. 4, the front support plate 30A and the rear support plate 30B of the acrylic material having a hole having a size of 10 cm x 10 cm in the front and rear surfaces of the film 20 were bent at a curvature radius of about 15 cm. Holes are formed in the corner portions of the front and rear support plates 30A and 30B and the film 20, respectively, and the PVDF film 20 is placed between the front support plate 30A and the rear support plate 30B and bolts 32 and nuts The piezoelectric microphone device is completed by fastening at 34.

도 5에서는 상기 도 4와 같이 제작된 PVDF 압전박막식 마이크로폰의 전극에서 나온 신호 라인을 개인용 컴퓨터의 사운드 카드 마이크 입력단에 연결하고, 한국어 "안녕하세요"라고 발성한 말이 녹음된 신호 파일을 스펙트로그램 (spectrogram)으로 분석한 결과이다. 분석은 Kay Elemetrics Corp. CSL 4300B을 사용하고, 분석 조건은 Window Weighting: Hamming, Pre-Emphasis Level: 0.8, 100 points, Band pass filter: 323 Hz 이다. 도 5의 상부 파형은 녹음된 신호파일의 시간에 따른 진폭(amplitude) 크기의 파형으로 "안", "녕", "하", "세", "요"의 각 음절에 해당되는 신호가 감지되었다.In FIG. 5, the signal line from the electrode of the PVDF piezoelectric thin film microphone manufactured as shown in FIG. 4 is connected to a sound card microphone input terminal of a personal computer, and a spectrogram of a signal file in which the word “Hello” is spoken is recorded. ) Is the result of analysis. The analysis was conducted by Kay Elemetrics Corp. Using the CSL 4300B, the analysis conditions are Window Weighting: Hamming, Pre-Emphasis Level: 0.8, 100 points, Band pass filter: 323 Hz. The upper waveform of FIG. 5 is a waveform of amplitude magnitude according to time of the recorded signal file, and a signal corresponding to each syllable of “in”, “yin”, “low”, “three”, and “yo” is detected. It became.

도 5의 하부 파형은 시간에 따른 주파수(0 ~ 4470 Hz)의 분포를 나타낸다. 이들 스펙트로그램에서 성대 진동을 구분하여만 마이크로폰으로 사용이 가능하다. 이를 확인하기 위하여 상용의 일렉트릿 콘덴서 마이크로폰을 사용하여 상기와 같은 방법으로 한국어 "안녕하세요"라고 발성한 말을 컴퓨터 사운드 카드를 통해 녹음된 신호 파일을 스펙트로그램으로 분석한 결과가 도 6에 나타나 있다(분석 조건은 도 5에서와 동일 함).The lower waveform of FIG. 5 shows a distribution of frequencies (0 to 4470 Hz) over time. These spectrograms can only be used as microphones to distinguish vocal cord vibrations. In order to confirm this, a result of analyzing a signal file recorded through a computer sound card using a commercially available electret condenser microphone and saying "Hello" in the same way as described above is shown in FIG. Assay conditions are the same as in FIG. 5).

두가지 결과 비교에서 "안", "녕", "하", "세", "요"의 각 음절에 해당되는 성대 진동이 동일하게 감지되는 것을 알 수 있으며, 이에 의해 본 발명에 따른 압전 마이크로폰이 종래의 일렉트릿 콘덴서 마이크로폰을 쉽게 대체 할 수 있음을 확인할 수 있다.In comparison of the two results, it can be seen that the vocal cord vibration corresponding to each syllable of "not", "good", "ha", "three", and "yo" is equally detected. It can be seen that the conventional electret condenser microphone can be easily replaced.

상기 실시예에서는 10cm x 10cm 크기의 압전박막을 사용하였으나, 5cm x 5cm 크기에서도 동일한 신호가 감지되었다. 그러므로, 압전박막의 크기는 제한을 받지 않으며 크기가 작은 박막이 사용될 경우에는 PVDF 압전필름의 비등방 압전성 때문에 현존하는 다이나믹형 스피커의 진동판에서와 같이 가장자리에 굴곡을 주어 사용하면 된다.In the above embodiment, a piezoelectric thin film having a size of 10 cm x 10 cm was used, but the same signal was detected even at a size of 5 cm x 5 cm. Therefore, the size of the piezoelectric thin film is not limited, and when a small size is used, the anisotropic piezoelectricity of the PVDF piezoelectric film may be used by bending the edge as in the diaphragm of the existing dynamic speaker.

도 5의 스펙트로그램에서 성대진동이 없을 때에도 잡음이 잔류하였는데 이를 확인하기 위하여 도 7과 같은 푸리에 변환 분석(FFT)을 시행하였다. 도 7의 상부 그래프에서 수직선에 해당되는 시간의 신호를 FFT 4096 points, Window Weight: Hamming으로 분석한 것이 도 7의 하부 그래프이다. 이 그래프에서 60 Hz의 정수배에 해당되는 노이즈가 검출 되었으며, 이는 마이크로폰의 접지 불량으로 인하여 생기는 AC 전원의 노이즈가 검지된 것으로 추정된다. 그러나, 그와 같은 노이즈는 실제 장치의 제작시에 충분히 제거할 수 있다는 것을 이 분야의 숙련된 기술자라면 알 수 있을 것이다.In the spectrogram of FIG. 5, noise remained even when there was no vocal cord vibration. To confirm this, Fourier transform analysis (FFT) as shown in FIG. 7 was performed. In the upper graph of FIG. 7, a signal of a time corresponding to a vertical line is analyzed by FFT 4096 points and Window Weight: Hamming. In this graph, noise equivalent to an integer multiple of 60 Hz was detected, which is presumed to have detected AC power noise caused by poor grounding of the microphone. However, it will be appreciated by those skilled in the art that such noise can be sufficiently eliminated in the manufacture of the actual device.

상기 실시예에서는 10cm x 10cm, 5cm x 5cm 등의 정방형 마이크로폰의 동작예에 대하여 논의하였으나, 이동 통신 단말기용으로 사용하기 위해 도 8에 도시한 바와 같이 2 cm x 3 cm 크기로 축소한 경우에도 동일한 특성을 얻을 수 있다. 도 8에서, 단말기(100)의 디스플레이창(110) 후면으로 본 발명에 따른 2 cm x 3 cm 크기의 PVDF 압전 필름(20')을 지지대(30B')를 개재하여 부착하였을 경우에도 마이크로폰으로의 사용이 가능하다. 바람직하게, 압전 필름(20')는 투명한 PVDF 필름재료 양면으로 본 발명에 따라 투명성 금속 ITO를 증착하여 얻은 것으로, 디스플레이창(110) 후면에 부착되었을 때 디스플레이의 기능을 방해하지 않으면서 마이크로폰으로서 기능을 수행할 수 있다. 단지, 작은 크기의 필름을 사용할 경우 미약한 신호강도 때문에 앰프등을 부착해야하는 경우가 생긴다. 도면부호 115는 단말기 표면의 키 패드를 나타낸다.In the above embodiment, an operation example of a square microphone such as 10 cm x 10 cm, 5 cm x 5 cm, etc. has been discussed, but the same applies to the case where it is reduced to 2 cm x 3 cm as shown in FIG. 8 for use for a mobile communication terminal. Characteristics can be obtained. In FIG. 8, even when the PVDF piezoelectric film 20 'having a size of 2 cm x 3 cm according to the present invention is attached to the rear of the display window 110 of the terminal 100 through the support 30B', Can be used. Preferably, the piezoelectric film 20 'is obtained by depositing a transparent metal ITO according to the present invention on both sides of transparent PVDF film material, and functions as a microphone without interfering with the function of the display when attached to the back of the display window 110. Can be performed. However, if a small size film is used, it may be necessary to attach an amplifier due to the weak signal strength. Reference numeral 115 denotes a keypad on the surface of the terminal.

또한, 이와 같은 압전 필름(20')이 스피커와 마이크로폰으로 동시 동작할 수 있음은 전술한 J. A. Paradiso의 논문에서 이미 확인되고 있으므로 본 실시예에서 사용된 압전 마이크로폰이 이동 통신기기용 스피커로 사용되어 스피커/마이크로폰 일체형에 적용되는 PVDF 압전박막 소자로의 이용이 가능하다.In addition, since the piezoelectric film 20 'can be simultaneously operated as a speaker and a microphone, it has already been confirmed in the aforementioned paper by JA Paradiso. The piezoelectric microphone used in this embodiment is used as a speaker for a mobile communication device. It can be used as a PVDF piezoelectric thin film element applied to the integrated microphone.

도 9에서는 상기 도 8와 같이 단말기의 디스플레이창에 PVDF 압전 필름을 부착하였을 경우에 무향실(fo80Hz) 내에서 인공귀에 부착하여 주파수(frequency) 대 감도(dB sensitivity)를 분석한 결과이다. 분석은 Bruel and Kjaer (B&K) Type B&K 4191 마이크로폰, B&K 2716C 프리앰프 와 B&K 2012 heterodyne-analyzer를 사용하였다. 분석 조건은 프리앰프의 출력레벨을 1 볼트 간격으로 증가시키며 파장 대 감도를 1~5 볼트까지 측정하였으나 심각한 변화는 관측되지 않았다.In FIG. 9, when the PVDF piezoelectric film is attached to the display window of the terminal as shown in FIG. 8, it is attached to an artificial ear in an anechoic chamber (f o 80 Hz) to analyze frequency (dB sensitivity). The analysis was performed using a Bruel and Kjaer (B & K) Type B & K 4191 microphone, a B & K 2716C preamplifier and a B & K 2012 heterodyne-analyzer. Analytical conditions increased the output level of the preamplifier by 1 volt interval and measured wavelength-to-sensitivity from 1 to 5 volts, but no significant change was observed.

도 9의 그래프에 따르면, 음향재생대역 300 Hz~ 3.5kHz에서 대체로 일정한음압레벨이 감지되므로 전술한 ETSI의 규격을 만족하는 핸드폰 단말기에 사용이 가능하다. 단, 85 kHz 대역의 감도가 현격히 감소한 것은 필름의 장착 방법에 의하 것으로 판단되므로 필림의 장착시 팽팽한 정도를 조정하면 개선될 수 있는 것이다. 본 실시예에서는 나열되지 않았으나 도 4의 구조로된 스피커를 분석하면 위와 같은 85 kHz 대역의 현격한 감도 저하는 관측되지 않고 가청주파수대에 걸쳐 양호한 감도를 보인다.According to the graph of Fig. 9, since a constant sound pressure level is generally detected in the sound reproduction band 300 Hz to 3.5 kHz, it can be used in a mobile phone terminal that satisfies the above-described ETSI standard. However, since the sensitivity of the 85 kHz band is significantly reduced by the mounting method of the film, it may be improved by adjusting the degree of tension when the film is mounted. Although not listed in the present embodiment, when analyzing the speaker having the structure of FIG. 4, no significant decrease in sensitivity of the 85 kHz band is observed, and shows good sensitivity over the audio frequency band.

본 발명에서 바람직한 이동통신 단말기용 압전박막식 마이크로폰/평판 스피커의 설치 개략도를 도 8에 나타내었지만 구체적인 적용방법은 이에 국한되지는 않는다. 참고로, 본 발명에 따른 평판 스피커에 대한 구동회로의 일 예를 도 12에 나타내었다. 도 12에서, 증폭기(OP1)의 오디오 신호 입력단에 설치된 가변저항(R1)에 의해 앰프의 출력레벨이 조절되고, 저항(R2) 및 커패시터(C1, C2)를 통한 필터링 후 출력 트랜스(T1)를 거쳐 스피커 단자 P1, P2로 오디오 출력을 공급하고 있으며 이 스피커 단자는 상기 압전 필름(20')의 금속전극 도선과 연결된다.Although the installation schematic diagram of the piezoelectric thin film microphone / flat speaker for a mobile communication terminal which is preferable in the present invention is shown in FIG. 8, a specific application method is not limited thereto. For reference, an example of a driving circuit for the flat panel speaker according to the present invention is shown in FIG. In FIG. 12, the output level of the amplifier is controlled by the variable resistor R1 provided at the audio signal input terminal of the amplifier OP1, and the output transformer T1 is filtered after the resistor R2 and the capacitors C1 and C2 are filtered. Audio outputs are supplied to the speaker terminals P1 and P2, which are connected to the metal electrode leads of the piezoelectric film 20 '.

이상의 실시예에서와 같이 PVDF 압전박막식 마이크로폰/스피커는 진동판과 신호변환의 역할을 동시에 할 수 있는 특성을 이용하고 있지만, 본 발명은 이에 국한하지 않고 도 10에 나타낸 것과 같이 전면과 후면의 전극을 동일한 PVDF 압전 박막(22)에 기술적으로 허락하는 크기로 전면은 가로로 (1,2,3....n)개 열의 전극(241~ 24n) 들과, 후면은 세로로 (A,B,C,D,....Z)개 컬럼의 전극(24A~ 24Z)을 패터닝한 압전 필름을 마이크로폰/스피커로 사용할 수 있다.As in the above embodiment, the PVDF piezoelectric thin film microphone / speaker utilizes a characteristic capable of simultaneously acting as a diaphragm and a signal conversion, but the present invention is not limited thereto. Technically permissible dimensions for the same PVDF piezoelectric thin film 22, the front side is (1,2,3 .... n) rows of electrodes 24 1 to 24 n and the rear side is vertically (A, A piezoelectric film patterned with electrodes 24 A to 24 Z of B, C, D, .... Z columns can be used as a microphone / speaker.

도 10는 본 발명에 따라 다중 채널의 압전박막식 마이크로폰/스피커에 사용될 전극 패턴의 구성도이다. 바람직하게, 전후면 각각에 배치되는 전극(241~ 24n) 및 (24a~ 24z)의 폭을 3mm, 전극간 간격은 1mm가 되게 형성하였다. 그러나, 본 발명은 이에 국한되지 않는다.10 is a block diagram of an electrode pattern to be used in a multi-channel piezoelectric thin film microphone / speaker according to the present invention. Preferably, the widths of the electrodes 24 1 to 24 n and 24 a to 24 z disposed on the front and rear surfaces are 3 mm and the intervals between the electrodes are 1 mm. However, the present invention is not limited thereto.

이와 같은 전극 패턴은 전후면의 전극이 교차하는 부분 각자가 소형 압전체로 주파수 등에 관한 다중 채널식 어레이형 마이크로폰/스피커 역할을 하므로 다중 채널식 인식 기능으로서의 디지털 마이크로폰/스피커로의 확장 이용이 가능하다.Such an electrode pattern is a small piezoelectric element, each of which intersects the front and rear electrodes, serves as a multi-channel array type microphone / speaker with respect to frequency, and thus can be extended to a digital microphone / speaker as a multi-channel type recognition function.

이와 같이 패터닝된 다중 채널식 마이크로폰은 도 11에 나타낸 바와 같이, 전후면의 전극이 교차하는 부분으로 되는 소형 압전체(201, 202, ..., 20n)로 구성된 어레이 마이크로폰(200)의 채널 각각의 출력 신호들을 증폭 회로(Preamp: 60)에 배분하는 스위칭 회로(switching circuit: 50)를 조합하여 사용하면 디지털 개념의 이동 통신용 마이크로폰으로 사용이 가능하며, 상기한 마이크로폰/스피커 일체형의 소자 어레이로 확장이 가능하다. 단, 어레이 스피커로 활용하기 위해서는 신호의 전달방향이 역순이므로 증폭 회로의 구성이 스피커 동작에 적합하도록 바꾸어 주어야 한다. 상기 다중 채널식 마이크로폰/스피커에 대한 신호 처리회로는 이 분야의 숙련된 사람에게 잘 알려진 것이며, 다양한 회로 구성이 가능하다.The patterned multi-channel microphone of the array microphone 200 composed of small piezoelectric elements 20 1 , 20 2 ,..., 20 n , which are the portions where the electrodes on the front and rear surfaces intersect, as shown in FIG. 11. The combination of a switching circuit 50 for distributing the output signals of each channel to the amplification circuit 60 can be used as a digital microphone for mobile communication, and the microphone / speaker integrated device array described above. Can be extended to However, in order to use as an array speaker, since the direction of signal transmission is reversed, the configuration of the amplifying circuit must be changed to be suitable for the speaker operation. Signal processing circuits for the multichannel microphones / speakers are well known to those skilled in the art, and various circuit configurations are possible.

본 발명에 의하면 진동판과 신호변환의 역활을 동시에 할 수 있도록 고분자 PVDF 압전필름을 이용하여 마이크로폰 및 평판스피커를 제작함으로서 초박형 마이크로폰/스피커의 조립 비용절감이 가능하게 되고, 이동통신용 단말기 혹은 휴대용 컴퓨터등에서 마이크로폰/스피커 사용에 필요한 점유공간을 축소시킬 수 있는 이점이 있다.According to the present invention, by manufacturing a microphone and a flat panel speaker using a polymer PVDF piezoelectric film to simultaneously play a role of a diaphragm and signal conversion, it is possible to reduce the assembly cost of an ultra-thin microphone / speaker, and to use the microphone in a mobile communication terminal or a portable computer. There is an advantage in that the space required for using the speaker can be reduced.

한편, 본 발명의 PVDF 압전필름은 다중 채널식 인식 기능과 마이크로폰-스피커 일체형의 소자로 확장이 가능한 등의 효과가 기대되므로 이상에서 특정의 실시예에 대해 설명하였으나 본 발명의 범위내에서 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.On the other hand, since the PVDF piezoelectric film of the present invention is expected to have an effect such as expansion to a multi-channel type recognition function and a microphone-speaker integrated device, the specific embodiments have been described above, but various modifications and changes within the scope of the present invention are provided. Modifications may be possible.

Claims (8)

소정의 두께로 양면에 증착된 금속전극을 가진 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF) 필름과,A polyvinylidene fluoride (PVDF) film having metal electrodes deposited on both sides with a predetermined thickness, 상기 PVDF 필름을 평면 또는 곡면 형태로 고정시키기 위한 지지대를 포함하는 압전박막형 마이크로폰 및 평판스피커.Piezoelectric thin film microphone and flat panel speaker including a support for fixing the PVDF film in a flat or curved form. 제 1항에 있어서, 상기 PVDF 필름은 12~110 ㎛의 두께를 가지며, 상기 PVDF 필름에 증착된 금속 전극의 두께는 200 Å 내지 1080 Å이며, 상기 금속전극은 이온 빔 증착법 등의 박막증착법을 사용하여 형성되는 것을 특징으로 하는 압전박막형 마이크로폰 및 평판스피커.The method of claim 1, wherein the PVDF film has a thickness of 12 ~ 110 ㎛, the thickness of the metal electrode deposited on the PVDF film is 200 kPa to 1080 kPa, the metal electrode using a thin film deposition method such as ion beam deposition method Piezoelectric thin film microphone and flat panel speaker, characterized in that formed by. 제 1항에 있어서, 상기 금속전극은 백금, 금, 은, 구리, 알루미늄, ITO(Indium-tin-oxide), 전도성 고분자 폴리아닐린(polyaniline), 전도성 고분자 폴리피롤(polypyrrol), 전도성 고분자 폴리티오펜(polythiophene)로 구성된 그룹에서 선택된 금속성 재료에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 압전박막형 마이크로폰 및 평판스피커.The method of claim 1, wherein the metal electrode is platinum, gold, silver, copper, aluminum, ITO (indium-tin-oxide), conductive polymer polyaniline, conductive polymer polypyrrol, conductive polymer polythiophene Piezoelectric thin film microphone and flat panel speaker, characterized in that formed by a metallic material selected from the group consisting of). 제 1항에 있어서, 상기 PVDF 필름은 약 3cm x 2cm의 크기를 가지고, PVDF 필름의 가장자리 부분만이 상기 지지대에 고정되는 것을 특징으로 하는 압전박막형마이크로폰 및 평판스피커.The piezoelectric thin film microphone and flat panel speaker of claim 1, wherein the PVDF film has a size of about 3 cm x 2 cm, and only an edge portion of the PVDF film is fixed to the support. 제 1항 또는 4항에 있어서, 상기 지지대는 약 15cm의 곡률 반경을 갖는 것을 특징으로 하는 압전박막형 마이크로폰 및 평판스피커.5. The piezoelectric thin film microphone and flat panel speaker of claim 1 or 4, wherein the support has a radius of curvature of about 15 cm. 제 1항에 있어서, 상기 PVDF 필름의 전면과 후면에 증착되는 금속전극은 전면에 가로로 다수개 열로 패터닝된 전극들과, 후면에 세로로 다수개 컬럼으로 패터닝된 전극들을 포함하는 것을 특징으로 하는 압전박박형 마이크로폰 및 평판스피커.The method of claim 1, wherein the metal electrode deposited on the front and rear of the PVDF film comprises electrodes patterned in a plurality of rows horizontally on the front surface, and electrodes patterned in a plurality of columns vertically on the rear surface. Piezoelectric thin microphones and flat panel speakers. 제 6항에 있어서, 상기 다수개 열 및 컬럼으로 패터닝된 전극 각각의 폭은 3mm이고, 전극간 간격은 1mm인 것을 특징으로 하는 압전박막형 마이크로폰 및 평판스피커.The piezoelectric thin film microphone and flat panel speaker of claim 6, wherein each of the plurality of rows and columns of the patterned electrodes has a width of 3 mm and an inter-electrode spacing of 1 mm. 청구항 1항 내지 7항에 기재한 바와 같은 압전박막형 마이크로폰 및 평판스피커가 내부의 소정 부분에 부착된 이동 통신용 단말기.A mobile communication terminal in which piezoelectric thin film microphones and flat panel speakers as described in claims 1 to 7 are attached to predetermined portions therein.
KR1020010015695A 2001-03-26 2001-03-26 Microphone and speaker made of polyvinylidene fluoride (pvdf) piezoelectric film having surface electrodes KR20010069463A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020010015695A KR20010069463A (en) 2001-03-26 2001-03-26 Microphone and speaker made of polyvinylidene fluoride (pvdf) piezoelectric film having surface electrodes

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020010015695A KR20010069463A (en) 2001-03-26 2001-03-26 Microphone and speaker made of polyvinylidene fluoride (pvdf) piezoelectric film having surface electrodes

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20010069463A true KR20010069463A (en) 2001-07-25

Family

ID=19707422

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020010015695A KR20010069463A (en) 2001-03-26 2001-03-26 Microphone and speaker made of polyvinylidene fluoride (pvdf) piezoelectric film having surface electrodes

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20010069463A (en)

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20030021007A (en) * 2001-09-05 2003-03-12 삼성전자주식회사 Apparatus for driving flat speaker in mobile telecommunication terminal
KR20030095039A (en) * 2002-06-11 2003-12-18 (주)한별메디텍 Contact microphone using Piezopolymer film for the electronic stethoscope
KR100435850B1 (en) * 2001-12-11 2004-06-10 타이 얀 캄 Panel form loudspeaker
KR100704228B1 (en) * 2005-08-11 2007-04-06 주식회사 현대오토넷 A film speaker using piezoelectric polymer in a audio system
KR100728900B1 (en) * 2006-02-20 2007-06-15 나노캠텍주식회사 Conductive piezoelectric plastic film and film speaker for emission using it
KR100789322B1 (en) * 2005-10-19 2007-12-28 (주)필스 Poly-sides electrode film speaker and sounds apparutus thereof
KR100863188B1 (en) * 2007-11-06 2008-10-13 이미지랩(주) Plastic flat panel display
KR100887337B1 (en) * 2008-03-26 2009-03-06 (주)필스 Flexible film speaker and the process for fabrication thereof
KR101146530B1 (en) * 2005-08-30 2012-05-25 삼성전자주식회사 Touch panel having a function of speaker
KR20160104500A (en) * 2015-02-26 2016-09-05 서울시립대학교 산학협력단 Flat Panel Speaker
US9436320B2 (en) 2012-12-12 2016-09-06 Samsung Display Co., Ltd. Display device unit

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20030021007A (en) * 2001-09-05 2003-03-12 삼성전자주식회사 Apparatus for driving flat speaker in mobile telecommunication terminal
KR100435850B1 (en) * 2001-12-11 2004-06-10 타이 얀 캄 Panel form loudspeaker
KR20030095039A (en) * 2002-06-11 2003-12-18 (주)한별메디텍 Contact microphone using Piezopolymer film for the electronic stethoscope
KR100704228B1 (en) * 2005-08-11 2007-04-06 주식회사 현대오토넷 A film speaker using piezoelectric polymer in a audio system
KR101146530B1 (en) * 2005-08-30 2012-05-25 삼성전자주식회사 Touch panel having a function of speaker
KR100789322B1 (en) * 2005-10-19 2007-12-28 (주)필스 Poly-sides electrode film speaker and sounds apparutus thereof
KR100728900B1 (en) * 2006-02-20 2007-06-15 나노캠텍주식회사 Conductive piezoelectric plastic film and film speaker for emission using it
KR100863188B1 (en) * 2007-11-06 2008-10-13 이미지랩(주) Plastic flat panel display
KR100887337B1 (en) * 2008-03-26 2009-03-06 (주)필스 Flexible film speaker and the process for fabrication thereof
US9436320B2 (en) 2012-12-12 2016-09-06 Samsung Display Co., Ltd. Display device unit
USRE47802E1 (en) 2012-12-12 2020-01-07 Samsung Display Co., Ltd. Display device unit
USRE49756E1 (en) 2012-12-12 2023-12-12 Samsung Display Co., Ltd. Display device unit
KR20160104500A (en) * 2015-02-26 2016-09-05 서울시립대학교 산학협력단 Flat Panel Speaker

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10477322B2 (en) MEMS device and process
EP2986024B1 (en) Audio sensing device and method of acquiring frequency information
US9078069B2 (en) MEMS microphone with springs and interior support
EP2506598A2 (en) Dual cell MEMS assembly
US7629730B2 (en) Piezoelectric electroacoustic transducing device
US10926999B2 (en) Microelectromechanical transducer
US8094843B2 (en) Low-profile piezoelectric speaker assembly
CN102111702A (en) Piezoelectric flat panel loudspeaker with distributed ceramic wafers
KR20010069463A (en) Microphone and speaker made of polyvinylidene fluoride (pvdf) piezoelectric film having surface electrodes
US20050276429A1 (en) Electret condenser microphone
US5862239A (en) Directional capacitor microphone system
EP2369855B1 (en) Electronic device with electret electro-acoustic transducer
JPH09135496A (en) Piezoelectric electric acoustic device
JP2002535945A (en) Composite electrolytic speaker assembly
EP2205004B1 (en) Flexible luminescent electro-acoustic transducer and electronic device using the same
JP5152906B2 (en) Omnidirectional condenser microphone unit and omnidirectional condenser microphone
CN114205721B (en) Silicon-based microphone device and electronic equipment
US6845167B2 (en) Contacting arrangement for an electroacoustic microphone transducer
CN217883829U (en) Flexible audio sensing device and pickup system with same
JP3246685B2 (en) Electroacoustic transducer
CN102271303B (en) Flexible loudspeaker structure
US11924608B2 (en) Microphone
Sessler What's new in electroacoustic transducers
Grubb Piezoelectric plastic microphones
FI109076B (en) Method for realising an acoustical transformer and said acoustical transformer

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application