KR20040094008A - Piezo Polymer Speaker System - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 음향장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 압전 폴리머 스피커를 포함하는 음향장치에 관한 것이다.The present invention relates to an acoustic device, and more particularly, to an acoustic device including a piezoelectric polymer speaker.
소리(Sound)는 매질을 통해서 일정한 속도로 전달되는 유체의 진동 현상의 하나이다. 소리는 매질 속으로 전달해 간다. 그 원리는 간단히 설명 될 수 있다. 스피커는 콘이 앞뒤로 전진/후진을 거듭하며 음을 생산한다. 일 예로 저음용 스피커인 우퍼의 콘이 앞으로 전진하는 순간 바로 앞쪽의 공기는 압축이 된다. 이제 콘이 원래의 자리로 돌아오면 바로 앞의 공기는 처음의 압력 (대기압과 같은 압력)으로 돌아오고, 콘이 뒤로 후진하면 바로 앞의 공기는 순간적으로 팽창하여 공기압이 대기압보다 낮아지게 된다. 공기는 스프링과 같이 한쪽에서 발생한 파를 자동으로(에너지를 평형상태로 만들기위해) 다른 쪽으로 이동시킨다. 이 압력의 변화는 스피커에서 어느 정도 떨어진 점에서 관찰해도 마찬가지이다. 단, 음파가 구 모양으로 퍼져 나가므로 같은 힘=에너지로 더 많은 면적의 공기를 압축 팽창시켜야 하기 때문에 당연히 음원에서 멀리 떨어질 수록 압력의 변화는 작아진다. 우리가 소리를 음의 파동, 즉 음파라고 부르는 것은 바로 이러한 이유 때문이다. 이것이 음이 만들어지는 원리이다. 작은 압력의 변화로 상술한 원리를 이용하여 음을 재생하는 스피커에는 콘형, 돔형, 혼형 등이 있다.Sound is one of the vibration phenomena of the fluid which is transmitted at a constant speed through the medium. Sound passes into the medium. The principle can be explained briefly. The speaker produces sound with the cone moving forwards and backwards back and forth. For example, as soon as the cone of the woofer, the bass speaker, moves forward, the air in front of it is compressed. Now when the cone returns to its original position, the air immediately before it returns to its original pressure (at the same pressure as atmospheric pressure), and when the cone backs up, the air immediately before it expands momentarily and the air pressure falls below atmospheric pressure. Air, like springs, automatically moves waves from one side (to balance energy) to the other. This change in pressure is the same even if observed from some distance from the speaker. However, since sound waves spread out in a spherical shape, it is necessary to compress and expand a larger area of air with the same force = energy. It is for this reason that we call sound waves, or sound waves. This is how the sound is made. Speakers that reproduce sound by using the above-described principle with a small change in pressure include cone type, dome type, and mixed type.
이하 첨부된 도 1을 참조하여 일반적으로 가장 많이 쓰이는 콘형 스피커의 구조를 살펴보고 그 작동에 관하여 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying Figure 1 will be described the structure of the most commonly used cone-shaped speaker and its operation will be described.
도 1은 종래의 일반적인 스피커의 구성을 나타낸 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing the configuration of a conventional general speaker.
도 1에 도시된 바와 같이, 라우드 스피커(20)는 크게 진동판(diaphragm, 26), 엣지(edge, 68), 보이스 코일 보빈(voice coil bobbin, 52), 댐퍼(damper, 60), 센터 캡(center cap, 64) 등을 포함하는 진동계와, 마그네트(magnet, 16), 상판부(top metal plate pole piece, 14), 요크(yoke, 12 ), 등을 포함하는 자기 회로 부분과, 자기회로 부분과 진동계를 지지하고 있는 프레임(frame, 28) , 가스킷(gasket, 88), 입력단자(terminal, 72) 등을 포함하는 본체부분으로 이루어진다. 보이스코일 보빈(52)은 자기회로 부분의 센터폴(center pole)을 둘러싸고 있으며, 보이스코일(54)은 보이스코일 보빈(52 )에 권선된다. 보이스코일 보빈(52 )의 상단부 외주면과 프레임(frame, 28)의 내주면에 연결된 댐퍼(damper, 60)는 중심유지기(centering spider)라고도 불리며 보이스코일 보빈(52)및 보이스코일(54)을 에어 갭(air gap, 58 )에서 중심을 잡도록 유지해준다. 그리고 댐퍼(60)는 보이스코일(54)의 왕복운동이 가능하게 하는 쭈글쭈글한 콤플라이언스(compliance)를 갖고 있다. 보이스코일 보빈(52)의 상부는 진동판(26 )의 넥(neck) 부분의 내주면을 따라 설치되는 센터 캡(center cap, 64)에 견고하게 밀착 고정되어 있다. 센터 캡(64)은 더스트 커버(dust cover)라고도 불려지며 에어 갭(air gap, 58 )내로 먼지나 다른 파편(debris)들이 유입하지 못하게 하는 기능을 한다. 보이스코일 보빈(52)과 진동판(26)은 보이스코일 보빈(52)의 상단부 외주면과 프레임(28)의 내주면을 연결하는 중심유지기(centering spider)라 불리는 댐퍼(60)와 프레임의 상부에 연결되며 외부에 노출된 금속형의 엣지(edge, 68)에 의하여 현수 지지된다. 상술한 구성요소들로 라우드 스피커가 만들어진다. 보이스코일 보빈(52)의 일단부는 진동판(26), 댐퍼(60), 센터캡(64)에 연결되어 있으며, 센터폴 요크(15)의 외주면부에 현수 지지된다. 입력단자(72)에 전기적 음성신호가 입력되면 보이스코일 보빈(52)에 권선된 코일은 오디오 앰프(audio amp., 56 )로부터 공급된 전류, 그리고 자기회로에 의해 형성된 자장의 영향으로 보이스코일 보빈(52)은 센터폴 요크(센터폴 피스, 15)의 외주면과 외각 극(outer pole, 14 ＆ 16 )을 중심으로 잘 알려진 플레밍의 왼손 법칙에 따라서 상하로 진동하게 된다. 즉 보이스코일 보빈(52)이 상측으로 동작되면 진동판(26)이 보이스코일 보빈(52)의 동작에 의해 상측으로 이동하게 되며 "+"음압이 발생하게 되고, 보이스코일 보빈(52)이 하측으로 동작되면 진동판(26)이 보이스코일 보빈(52)의 동작에 의해 하측으로 이동하게 되며 "-"음압이 발생하게 된다. 주파수의 범위가 대략 20 Hz ~ 20,000 Hz 정도일 때 비로써 소리로서 인간의 귀로 감지할 수 있다.As shown in FIG. 1, the loudspeaker 20 includes a diaphragm 26, an edge 68, a voice coil bobbin 52, a damper 60, and a center cap 20. a magnetic circuit portion including a vibrometer including a center cap 64, etc., a magnet 16, a top metal plate pole piece 14, a yoke 12, and the like; It consists of a body part including a frame (28), a gasket (88), an input terminal (72), etc., which support the vibration system. The voice coil bobbin 52 surrounds a center pole of the magnetic circuit portion, and the voice coil 54 is wound around the voice coil bobbin 52. The damper 60, which is connected to the outer circumferential surface of the upper portion of the voice coil bobbin 52 and the inner circumferential surface of the frame 28, is also called a centering spider, and the voice coil bobbin 52 and the voice coil 54 are air. Keep it centered in the gap (58). The damper 60 has a slack compliance that enables the reciprocating motion of the voice coil 54. The upper part of the voice coil bobbin 52 is firmly fixed to the center cap 64 provided along the inner circumferential surface of the neck portion of the diaphragm 26. The center cap 64 is also called a dust cover and functions to keep dust or other debris from entering the air gap 58. The voice coil bobbin 52 and the diaphragm 26 are connected to the upper part of the frame and a damper 60 called a centering spider, which connects the outer circumferential surface of the upper end of the voice coil bobbin 52 and the inner circumferential surface of the frame 28. It is suspended and supported by a metal edge 68 exposed to the outside. The loudspeaker is made of the above components. One end of the voice coil bobbin 52 is connected to the diaphragm 26, the damper 60, the center cap 64, and is suspended from the outer peripheral surface of the center pole yoke 15. When the electrical voice signal is input to the input terminal 72, the coil wound on the voice coil bobbin 52 is affected by the current supplied from the audio amplifier 56 and the magnetic field formed by the magnetic circuit. (52) oscillates up and down in accordance with the well-known Fleming's left-handed rule around the outer circumference of the center pole yoke (center pole piece, 15) and the outer poles (14 & 16). That is, when the voice coil bobbin 52 is operated upward, the diaphragm 26 moves upward by the operation of the voice coil bobbin 52, and a "+" sound pressure is generated, and the voice coil bobbin 52 moves downward. In operation, the diaphragm 26 is moved downward by the operation of the voice coil bobbin 52, and the negative pressure is generated. When the frequency ranges from about 20 Hz to 20,000 Hz, it can be detected by the human ear as sound.
그러나, 상술한 종래의 일반적인 구조의 보이스 코일 진동판 스피커에 있어서는 다음과 같은 문제점이 있다.However, the above-described conventional voice coil diaphragm speaker has the following problems.
즉, 스피커의 음향이 외부로 방사될 때 음향은 댐퍼와 진동판 그리고 센터캡을 통하여 외부로 방사되는데 이와 같은 일련의 동작을 진행하며 음향이 외부로 방사되는 동안에 댐퍼와 진동판 그리고 센터캡에서는 진동과 그에 따른 진동음이 유발되는 문제점이 있다. 이 진동음은 스피커를 통하여 외부로 방사되는 재생음과 혼합되어 결국 스피커에서 음향이 발생할 때 잡음이 섞여 나오게 되는 요인이 되었고, 그와 같은 요인은 스피커의 질을 가늠하는 척도가 되고 있다.That is, when the sound of the speaker is radiated to the outside, the sound is radiated to the outside through the damper, the diaphragm, and the center cap. There is a problem that the vibration sound caused. This vibration sound is mixed with the reproducing sound radiated to the outside through the speaker, and the noise is mixed when the sound is generated from the speaker, and such a factor is a measure of the quality of the speaker.
뿐만 아니라 상술했던 바와 같이 댐퍼와 진동판 그리고 센터 캡에서 발생되는 진동에 의해 댐퍼와 진동판 그리고 센터 캡은 관성의 영향에 의해 전기적 신호를 기계적 진동으로 변환하는 과정에서 과도 특성(transient characteristics)이 나빠지는 요인이 되고 있다.In addition, as described above, the damper, the diaphragm, and the center cap are caused by the vibration generated from the damper, the diaphragm, and the center cap, causing the transient characteristics to deteriorate in the process of converting the electrical signal into mechanical vibration by the influence of inertia. It is becoming.
그리고 또한 상술한 구성요소의 재료들이 균일하지 않아 다음과 같은 결함이 생길 요인이 있다. 보이스코일 보빈이 자장의 힘을 받게 될 때, 보이스코일 보빈은 좌우로 이동하게 된다. 보이스코일 보빈은 상단부(top end)가 현수 지지되는 구조로 보이스코일 보빈의 하부는 심하게 진동을 하게 된다. 이 진동으로 보이스코일 보빈은 워셔(washer, 22 ) 또는 요크와 충돌하여 노이즈(noise)를 발생한다. 따라서 보이스코일 보빈이 워셔 또는 요크와 충돌하는 것을 방지하기 위해서는 요크와 워셔와의 간격은 보다 더 넓어져야 한다. 스피커의 용적이 증대되는 경우에도 요크와 워셔와의 간격은 증가한다. 그러나 간격이 증가될수록 스피커의 민감도는 더욱 더 악화된다.In addition, the materials of the above-described component is not uniform, there is a factor that causes the following defects. When the voice coil bobbin is subjected to the magnetic force, the voice coil bobbin moves from side to side. The voice coil bobbin has a structure in which the top end is suspended and the lower part of the voice coil bobbin vibrates violently. The vibration causes the voicecoil bobbin to collide with the washer 22 or the yoke to generate noise. Therefore, the gap between the yoke and the washer should be wider to prevent the voice coil bobbin from colliding with the washer or the yoke. Even when the volume of the speaker increases, the distance between the yoke and the washer increases. However, as the spacing increases, the speaker's sensitivity gets even worse.
일반적인 이동 보이스코일 진동판 라우드 스피커에서 저음, 중음 및 고음의 동작특성이 다른 것은 그에 대응되는 우퍼, 스코커 및 트위터에 사용되는 보이스코일 보빈, 진동판, 보이스코일등을 포함하는 진동계의 질량이 차이에 따른 것으로 스피커 진동계의 질량이 가벼운 경우에는 충실한 음압을 송출하고 , 스피커 진동계의 질량이 무거운 경우에는 충실한 음압을 송출하지 못한다.The difference in the operation characteristics of the bass, middle and treble in the general moving voice coil diaphragm loudspeaker is due to the difference in the mass of the vibration system including the corresponding voice coil bobbin, diaphragm and voice coil used in the woofer, scoker and tweeter. If the mass of the speaker vibrometer is light, the faithful sound pressure is transmitted. If the mass of the speaker vibrometer is heavy, the faithful sound pressure cannot be transmitted.
이와 같이 콘 스피커등의 종래의 스피커에서는 진동에 관련된 구성요소의 질량이 중요한 인자로서 이상적인 음을 재생하는데 상당한 문제가 있다.As described above, in a conventional speaker such as a cone speaker, the mass of a component related to vibration is a significant factor, and there is a significant problem in reproducing an ideal sound.
또한 콘 진동판은 관성의 법칙에 따라 움직이므로 전기적 특성을 기계적 진동으로 전이하는 과정에서 구동시에는 늦게 출발하고 정지시에는 조금 후에 정지하게 된다. 이것은 진동하는 콘 진동판이 무거우면 무거울수록 심각해지는 특성이 있다. 이것은 음질을 저하시키는 요인으로 지적된다. 그리고 또 다른 문제점은 공기의 저항이다. 면적이 넓을수록 공기의 저항력을 많이 받기 때문에 음이 흐려지는 원인이 된다. 왜곡 현상은 진동판의 댐퍼를 넣어서 진동판을 자기공격으로부터 잡아 두려는 것 즉, 자기력의 영향내에 있도록 스티프니스(stiffness) 강도를 크게 하거나 적게 할수록 고역과 저역에 심각한 영향을 미친다.In addition, since the cone diaphragm moves according to the law of inertia, it starts late during driving and stops shortly after stopping in the process of transferring electrical characteristics to mechanical vibration. The heavier the cone diaphragm is heavier the heavier the characteristics are. This is pointed out as a factor that degrades sound quality. And another problem is the resistance of the air. The larger the area is, the more the resistance of the air causes the sound to blur. The distortion phenomenon is to put the damper of the diaphragm to hold the diaphragm from the magnetic attack, that is, the greater or less stiffness strength to be within the influence of the magnetic force has a serious effect on the high and low frequencies.
따라서, 본 발명은 상기 여러가지 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 중·고 주파수 영역에서 음을 매우 충실하게 재생할 수 있는 음향장치을 제공하는데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide an acoustic device capable of reproducing sound very faithfully in the medium and high frequency domains.
본 발명의 다른 목적은 이동 보이스코일 진동판이 없는 음향장치을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide an acoustic device without a moving voice coil diaphragm.
본 발명의 또 다른 목적은 다양한 모양 및 형상을 갖는 음향장치을 제공하는데 있다.It is another object of the present invention to provide an acoustic apparatus having various shapes and shapes.
본 발명의 또 다른 목적은 스피커 공간 축소 및 경량화(light weight)에 적합한 음향장치을 제공하는데 있다.It is another object of the present invention to provide an acoustic apparatus suitable for reducing speaker space and light weight.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 압전 폴리머 스피커를 포함하는 음향장치는 진공하에서 이온보조반응방법으로 표면처리한 소정형상의 고분자 쉬트, 상기 고분자 쉬트의 양면에 도포된 전도성 고분자막으로 구성된 전극, 상기 전극에 증폭된 외부 음원신호를 인가하는 단자, 상기 고분자 쉬트의 기계적 진동을 유발하여 음을 방사하는 압전 폴리머 스피커로 이루어지는 특징으로 한다.In order to achieve the above object, an acoustic device including a piezoelectric polymer speaker according to the present invention includes a polymer sheet having a predetermined shape surface-treated by an ion assist reaction method under vacuum, an electrode composed of a conductive polymer film coated on both surfaces of the polymer sheet, and A terminal for applying an amplified external sound source signal to the electrode, characterized in that consisting of a piezoelectric polymer speaker that emits sound by causing mechanical vibration of the polymer sheet.
도 1은 종래의 일반적인 스피커의 구성을 나타낸 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing the configuration of a conventional general speaker.
도 2는 본 발명에 따른 오디오 회로의 블록 다이어그램이다.2 is a block diagram of an audio circuit according to the present invention.
도 3은 본 발명에 따른 기본적인 기능 요소를 보여주는 도면이다.3 shows a basic functional element according to the invention.
도 4는 폴리머 필름 유니트로 구성되는 압전 스피커의 구동을 위한 각 부분의 결합도이다.4 is a coupling diagram of each part for driving a piezoelectric speaker composed of a polymer film unit.
도5는 압전 폴리머 스피커를 구성하는 폴리머 필름 유니트의 정면도이다.Fig. 5 is a front view of the polymer film unit constituting the piezoelectric polymer speaker.
도6은 구동 전압에 따른 음압의 주파수 의존성을 나타내는 그래프이다.6 is a graph showing the frequency dependence of the sound pressure according to the driving voltage.
도 7 은 종래의 투(2)웨이 스피커 시스템을 보여주는 도면이다.7 shows a conventional two-way speaker system.
도 8 은 투(2)웨이 스피커 시스템에서 압전 폴리머 스피커를 장착한 본 발명 실시예 1의 투시도이다.8 is a perspective view of Embodiment 1 of the present invention with piezoelectric polymer speakers in a two-way speaker system.
도 9는 스피커 장치를 나타내는 투시도이다.9 is a perspective view showing a speaker device.
이와 같은 목적은 다음과 같은 구성에 의해 달성된다.This object is achieved by the following configuration.
(1)본 발명에 따른 압전 폴리머 스피커를 포함하는 음향장치는 진공하에서 이온보조반응방법으로 표면처리한 소정형상의 고분자 쉬트, 상기 고분자 쉬트의 양면에 도포된 전도성 고분자막으로 구성된 전극, 상기 전극에 증폭된 외부 음원신호를 인가하는 단자, 상기 고분자 쉬트의 기계적 진동을 유발하여 음을 방사하는 압전 폴리머 스피커로 이루어지는 특징으로 한다.(1) A sound device comprising a piezoelectric polymer speaker according to the present invention is a predetermined shape of the polymer sheet surface-treated by the ion assist reaction method under vacuum, an electrode composed of a conductive polymer film coated on both sides of the polymer sheet, the amplification to the electrode And a piezoelectric polymer speaker that emits sound by inducing mechanical vibration of the polymer sheet.
(2) 상기 (1)과 같은 압전 폴리머 스피커를 포함하는 음향장치에 있어서, 상기 고분자 쉬트는 PVDF(polyvinylidenfluoride)과 그 유도체, HFP 등의 첨가물을 넣은 고분자 혼합물(blend), VDF/TrFE (Vinylidenefluoride/Trifluoroethylene) 등의 copolymer로 구성된 그룹에서 선택하여 형성되는 것을 특징으로 한다.(2) In the acoustic device including the piezoelectric polymer speaker as in (1), the polymer sheet is a polymer mixture containing an additive such as PVDF (polyvinylidenfluoride), derivatives thereof, HFP, VDF / TrFE (Vinylidenefluoride / It is characterized in that formed by selecting from the group consisting of copolymers such as trifluoroethylene).
(3) 상기 (1)과 같은 압전 폴리머 스피커를 포함하는 음향장치에 있어서, 상기 고분자 쉬트를 1×1013∼ 1×1018Ar+/㎠ 이온 조사량, 100 ∼ 5000 V의 이온 에너지, 1×10-5∼ 1×10-3Torr의 산소분압의 조건인 상기 이온보조반응방법으로 표면처리한 후 상기 전도성 고분자막을 도포하여 상기 전극이 형성되는 것을 특징으로 한다.(3) In the acoustic device including the piezoelectric polymer speaker as described in the above (1), the polymer sheet is subjected to 1 × 10 13 to 1 × 10 18 Ar + / cm 2 ion dose, 100 to 5000 V ion energy, 1 × The electrode is formed by applying the conductive polymer membrane after surface treatment by the ion assisting reaction method, which is a condition of oxygen partial pressure of 10 −5 to 1 × 10 −3 Torr.
(4) 상기 (1)과 같은 압전 폴리머 스피커를 포함하는 음향장치에 있어서, 상기 압전 폴리머 스피커를 나무, 금속 소재, 플라스틱 소재, 유리소재 등의 틀 지지대에 고정하여 상기 압전 폴리머 스피커의 전·후면으로 상기 음을 방사하는 것을 특징으로 한다.(4) The acoustic device including the piezoelectric polymer speaker as described in (1) above, wherein the piezoelectric polymer speaker is fixed to a frame holder made of wood, metal, plastic, glass, etc. It is characterized in that for emitting the sound.
(5) 상기 (1)과 같은 압전 폴리머 스피커를 포함하는 음향장치에 있어서, 상기 압전 폴리머 스피커를 우퍼용 보이스 코일 진동판의 내주면에 상기 진동판의 중심점과 동일축상에 위치하게 하여 상기 압전 폴리머 스피커의 전면에 상기 음을 방사하는 것을 특징으로 한다.(5) An acoustic device comprising a piezoelectric polymer speaker as in (1) above, wherein the piezoelectric polymer speaker is positioned on the inner circumferential surface of the voice coil diaphragm for the woofer on the same axis as the center point of the diaphragm and the front surface of the piezoelectric polymer speaker. It characterized in that to emit the sound.
(6) 상기 (1)과 같은 압전 폴리머 스피커를 포함하는 음향장치에 있어서, 상기 압전 폴리머 스피커를 멀티웨이 스피커의 스코커 용, 트위터용 보이스 코일 진동판 또는 트위터용 보이스 코일 진동판과 대체하여 상기 압전 폴리머 스피커의 전면에 상기 음을 방사하는 것을 특징으로 한다.(6) An acoustic device comprising a piezoelectric polymer speaker as in (1) above, wherein the piezoelectric polymer speaker is replaced with the voice coil diaphragm for scoker, tweeter or voice coil diaphragm for tweeter of a multiway speaker. The sound is radiated to the front of the speaker.
(7) 상기 (3)과 같은 압전 폴리머 스피커를 포함하는 음향장치에 있어서, 상기 전도성 고분자막은 polyaniline, polythiophene, poly(3,4-ethylene dioxythiophene) (PEDOT), polypyrrole, polyphenylenevinylene (PPV) 등의 전도성 고분자와 그의 유도체 등과 유기물 전도체 등으로 구성된 그룹에서 선택하여 형성되는 것을 특징으로 한다.(7) In the acoustic device including the piezoelectric polymer speaker as in (3), the conductive polymer film is conductive such as polyaniline, polythiophene, poly (3,4-ethylene dioxythiophene) (PEDOT), polypyrrole, polyphenylenevinylene (PPV), etc. It is characterized in that formed by selecting from the group consisting of a polymer, its derivatives and the like organic conductors.
(8) 상기 (3)과 같은 압전 폴리머 스피커를 포함하는 음향장치에 있어서, 상기 전도성 고분자막은 딥 코팅, 스핀 코팅, 스프레이 코팅, 메니스커스 코팅(액체 표면의 요철을 이용한 방법), 스크린 프린팅 및 감는 방향과 되감는 방향 모두를 포함하는 롤러형 인쇄방법과 이에 해당하는 방법등으로 구성된 그룹에서 선택하여 형성되는 것을 특징으로 한다.(8) The acoustic device including the piezoelectric polymer speaker as in (3), wherein the conductive polymer film is a dip coating, spin coating, spray coating, meniscus coating (method using irregularities on the surface of the liquid), screen printing and It characterized in that it is formed by selecting from a group consisting of a roller-type printing method including both the winding direction and the rewinding direction and the corresponding method.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
이동 보이스코일 진동판 방식의 종래기술에 따른 라우드 스피커는 음을 충실하게 재생할 수 있지만 제법 큰 상당한 크기의 캐비닛(스피커)공간을 필요로 하고, 전기 전력을 음향 전력으로 전환하는 비능률적인 방법을 취한다. 공간 축소에 대한 요구사항은 진동판을 구동하는 이동 보이스코일의 필요성 때문에 쉽게 줄어들지 않는다. 보이스코일의 이동으로 진동판을 구동(drive)하여 음을 발산하는 메커니즘으로 구현되는 종래의 스피커 방식으로는 스피커 공간 축소관련 문제를 쉽게 해결할 수 가 없다. 근래에 압전체 스피커가 종래기술인 이동 보이스코일 라우드 스피커를 대체할 진동판으로 제안되었다. 현재 사용되는 압전체는 압전 세라믹이 대부분으로 압전체 양면에 전도성 층(conductive layer)을 코팅하여 사용한다. 세라믹 압전체로 사용되는 수정(quartz) 및 자성체 세라믹(ferro- electric ceramics)등의 무기 압전체는 오래 전부터 알려져 있다. 그러나 무기 압전체 물질은 딱딱하고, 깨지기 쉬어 프로세싱에 어려움이 많았다. 반면에 수중 음파 탐지기(sonar system), 지진계등의 음파 분야등에 사용되고 있는 고분자 물질인 압전 폴리머막은 유연하고, 강인하여 박막으로 프로세싱하기에 편하다. 따라서 고분자 물질인 압전 폴리머막은 무기 압전체 물질의 응용분야를 뛰어 넘어 응용분야를 확대하고 있다. PVDF(폴리비닐리덴 플루오라이드, 이하 "PVDF" 라 함)은 폴라라이즈가 되는 폴리머중에서 가장 용이하게 구할 수 있고, 우수한 압전 및 초전 특성을 갖는 물질로 본 발명의 실시예에서 저 질랑 음원(low mass generator)스피커로 중·고 주파수 영역에서 음을 매우 충실하게 재생할 수 있다.The loudspeaker according to the prior art of the mobile voice coil diaphragm system can faithfully reproduce the sound, but requires a considerable considerable size of cabinet (speaker) space and takes an inefficient way of converting electrical power into acoustic power. The requirement for space reduction is not easily reduced because of the need for a moving voicecoil to drive the diaphragm. The conventional speaker system, which is implemented as a mechanism for driving sound by driving a diaphragm to dissipate sound, cannot easily solve a problem related to speaker space reduction. Recently, a piezoelectric speaker has been proposed as a diaphragm to replace the conventional mobile voice coil loudspeaker. Piezoelectric ceramics currently used are mostly piezoelectric ceramics by coating a conductive layer (conductive layer) on both sides of the piezoelectric body. Inorganic piezoelectric materials such as quartz and ferro-electric ceramics used as ceramic piezoelectric bodies have been known for a long time. Inorganic piezoelectric materials, however, were hard and fragile, making processing difficult. On the other hand, piezoelectric polymer films, which are polymer materials used in sonar systems and seismometers, are flexible, tough and easy to process into thin films. Therefore, the piezoelectric polymer film, which is a polymer material, has expanded beyond the application field of the inorganic piezoelectric material. PVDF (polyvinylidene fluoride, hereinafter referred to as "PVDF") is the most easily available polarized polymer and has excellent piezoelectric and pyroelectric properties. The speaker can reproduce the sound very faithfully in the middle and high frequency range.
도 2는 본 발명에 따른 오디오 회로의 블록 다이어그램(block diagram)이다.모든 스피커 시스템은 소정형의 증폭기를 필요로 한다. 가청주파 신호(31)는 신호 증폭을 제공하는 선형증폭기(32)내에 공급된다. 선형증폭기의 출력은 압전소자(34)에서 전압 스윙을 증가시키도록 트랜스포머(transformer,33) 에 공급된다. 전압이 압전체 물질에 가해질 때 압전체 물질은 잘 알려진 바와 같이 구조성 압전방정식에 따라서 두께(thickness), 길이(length)를 변화시킨다. 두께 변화는 일반적으로 매우 작으나, 길이변화는 상당한 정도이다. 이는 압전체 배치가 인가된 전위에 직접 관련되므로 필요하다. 여기에서 상술한 압전체 물질은 기계적인 힘을 전기적 응답(response)으로 전환하는 기능을 갖고 있으며, 반대로 전기적 신호를 기계적 변형으로 변환시킬수 있다. 일반적으로 세라믹 압전체로 불려지는 수정 및 자성체 세라믹(ferro- electric ceramics)등의 무기 압전체 물질이 오래전부터 알려져있다. 상술한 무기 압전체 물질은 딱딱하고, 깨지기 쉬어 프로세싱에 어려움이 많았다. 근래에 알려진 PVDF 와 그 유도체, HFP 등의 첨가물을 넣은 고분자 혼합물(blend), VDF/TrFE (Vinylidenefluoride/Trifluoroethylene) 등의 copolymer을 포함하는 고분자계열의 압전 폴리머막은 유연하고, 강인하여 박막으로 프로세싱하기에 편하다.Figure 2 is a block diagram of an audio circuit according to the present invention. All speaker systems require some type of amplifier. The audible frequency signal 31 is fed into a linear amplifier 32 providing signal amplification. The output of the linear amplifier is supplied to a transformer 33 to increase the voltage swing at the piezoelectric element 34. When a voltage is applied to the piezoelectric material, the piezoelectric material, as is well known, changes its thickness and length in accordance with the structural piezoelectric equation. The thickness change is generally very small, but the length change is significant. This is necessary because the piezoelectric arrangement is directly related to the applied potential. Here, the piezoelectric material described above has a function of converting a mechanical force into an electrical response, and conversely, converts an electrical signal into a mechanical deformation. Inorganic piezoelectric materials such as quartz and ferro-electric ceramics, commonly referred to as ceramic piezoelectrics, have long been known. The inorganic piezoelectric material described above was hard and fragile, which made it difficult to process. Recently, polymer-based piezoelectric polymer films containing copolymers such as PVDF, derivatives thereof, additives such as HFP, and copolymers such as VDF / TrFE (Vinylidenefluoride / Trifluoroethylene) are flexible, tough and easy to process into thin films. comfortable.
따라서 본 발명에 따른 압전 폴리머막은 무기 압전체 물질의 응용분야를 뛰어 넘어 응용분야를 확대하고 있다. PVDF 쉬트 타입 또는 PVDF 필름은 분극이 되는 폴리머(polymer)중에서 가장 상용화되어 있으며 우수한 압전 및 초전 특성을 갖는다.Accordingly, the piezoelectric polymer film according to the present invention extends beyond the application field of the inorganic piezoelectric material. PVDF sheet type or PVDF film is the most commercialized among polarized polymers and has excellent piezoelectric and pyroelectric properties.
도 3은 본 발명에 따른 기본적인 기능 요소를 보여주는 도면이다.3 shows a basic functional element according to the invention.
도 3a를 참조하면, 고분자 쉬트 형상의 압전 폴리머 막(38)이 전극층(40, 42)사이에 놓여있다. 여기서 압전 폴리머 막과 전극층의 결합물(38, 40, 42)을 폴리머 필름 유니트 (polymer film unit, 43)라고 명명한다. 폴리머 막(38)의 길이 1 , 폭 w 은 두께 t 에 비하면 상당할 정도로 크다. 압전 폴리머 막(38)의 두께(thickness)는 대략 40 ~ 200um이며, 본 발명의 실시예에 따른 압전 폴리머 스피커용 압전 폴리머 막- PVDF 쉬트(필름)의 두께는 45um 내외이며, 폭(width)은 최대 35 ㎝ 까지 가능하며, 길이(length)는 수십 m 정도 가능하다.Referring to FIG. 3A, a piezoelectric polymer film 38 in the form of a polymer sheet is placed between the electrode layers 40, 42. The combination 38, 40, 42 of the piezoelectric polymer film and the electrode layer is referred to herein as a polymer film unit 43. The length 1 and width w of the polymer film 38 are considerably large compared to the thickness t. The thickness of the piezoelectric polymer film 38 is approximately 40 to 200 um, the thickness of the piezoelectric polymer film-PVDF sheet (film) for the piezoelectric polymer speaker according to the embodiment of the present invention is about 45um, and the width is It can be up to 35 cm and its length can be several tens of meters.
도 3b를 참조하면, 전압이 압전 폴리머 막(38)에 가해질 때 압전 폴리머 막(38)은 구조성 압전 방정식에 따라서 두께(thickness),길이(length)를 변화시킨다. 그 결과 폴리머 막(38)의 두께 변화는 일반적으로 매우 작으나, 길이 변화는 상당한 정도가 된다는 것은 잘 알려진 사실이다. 전압차가 있도록 각각의 전극층(40, 42)에 전압을 인가하면 폴리머 막(38)인 쉬트(필름)의 양단에 서로 반대의 특성을 갖는 전하의 모임이 발생하며, 압전/전왜 특성 또는 극성이 다른 전하간의 인력에 의하여 압전 폴리머 막(38)인 쉬트(필름)이 수축한다. 이를 이용하여 압전 폴리머 막(38)인 쉬트(필름) 두께방향과 평면(길이) 방향으로 각각 수축하고 팽창하는 특성이 공기를 밀어주는 힘이 된다. 공기를 밀어내는 추진력은 쉬트(필름)의 변위량과 비례한다. 그리고 이 변위량은 인가된 전압의 제곱에 비례한다.Referring to FIG. 3B, when a voltage is applied to the piezoelectric polymer film 38, the piezoelectric polymer film 38 changes its thickness and length in accordance with the structural piezoelectric equation. As a result, it is well known that the thickness change of the polymer film 38 is generally very small, but the length change is significant. When voltage is applied to each of the electrode layers 40 and 42 so that there is a voltage difference, a collection of charges having opposite characteristics are generated at both ends of the sheet (film), which is the polymer film 38, and the piezoelectric / electric distortion or polarities are different. The sheet (film), which is the piezoelectric polymer film 38, contracts due to the attraction between the charges. By using this, the property of contracting and expanding in the sheet (film) thickness direction and the planar (length) direction of the piezoelectric polymer film 38 becomes a force for pushing air. The driving force to push the air is proportional to the displacement of the sheet (film). This displacement is proportional to the square of the applied voltage.
상기에서 압전 폴리머 스피커로 사용되는 압전 폴리머인 고분자 쉬트는 PVDF로 한정하지 않으며, PVDF 유도체, HFP 등의 첨가물을 넣은 고분자 혼합물(blend), VDF/TrFE (Vinylidenefluoride/ Trifluoroethylene) 등의 copolymer를 포함한다.The polymer sheet, which is a piezoelectric polymer used as a piezoelectric polymer speaker, is not limited to PVDF, and includes a copolymer such as a PVDF derivative, a polymer mixture containing HFP, and a copolymer of VDF / TrFE (Vinylidenefluoride / Trifluoroethylene).
도 4는 폴리머 쉬트(필름) 유니트로 구성되는 압전 폴리머 스피커의 구동을 위한 각 부분의 결합도이다. 폴리머 쉬트(필름) 유니트로 구성되는 압전폴리머 스피커를 구동하기 위한 기본적인 구성은 다음과 같다.4 is a coupling diagram of each part for driving a piezoelectric polymer speaker composed of a polymer sheet (film) unit. The basic configuration for driving a piezoelectric polymer speaker composed of a polymer sheet (film) unit is as follows.
음원 신호를 입력하는 음원신호 입력부(46), 그 신호를 증폭하는 회로로 구성되는 앰프 모듈(amp. module,47) 그리고 압전 폴리머 스피커( 43)로 전압을 출력하는 승압 트랜스포머(transformer, 48)로 구성되어 있다. 압전 폴리머 스피커(43)로 전압을 출력하기 위한 실제 예를 살펴보면, 음향기기로 부터 출력된 외부 음원 신호가 앰프 모듈(47)에 입력되면 전압 증폭을 하기 위한 증폭용 IC(Integrated Circuits)를 이용하거나, 또는 권선비가 1:30 이상의 트랜스포머를 사용하여 전압을 증폭시킨다. 이어서 상술한 승압 트랜스포머(transformer, 48)의 출력 단자를 거쳐 증폭된 음원신호를 압전 폴리머 스피커(43)의 전극층(40, 42)에 각각 연결을 한다.A sound source signal input unit 46 for inputting a sound source signal, an amplifier module 47 composed of a circuit for amplifying the signal, and a boost transformer 48 for outputting a voltage to the piezoelectric polymer speaker 43 Consists of. Looking at the actual example for outputting the voltage to the piezoelectric polymer speaker 43, when the external sound source signal output from the sound equipment is input to the amplifier module 47, using amplification IC (Integrated Circuits) for voltage amplification or Or a transformer with a turns ratio of 1:30 or higher to amplify the voltage. Subsequently, the amplified sound source signal is connected to the electrode layers 40 and 42 of the piezoelectric polymer speaker 43, respectively, via the output terminal of the boost transformer 48 described above.
압전 폴리머 스피커(43)의 양면에 놓인 전극층(40, 42)의 양단에 전압 차이가 발생하면 쉬트(필름)(38)의 변위, 즉 쉬트(필름) 자체의 기계적 진동을 발생하며 이로 인하여 공기를 밀어내어 음을 발생하게 된다. 그리고 공기를 밀어내는 추진력을 가져오는 쉬트(필름)(38)의 변위량은 인가된 전압의 제곱에 비례한다.When voltage difference occurs at both ends of the electrode layers 40 and 42 on both sides of the piezoelectric polymer speaker 43, displacement of the sheet (film) 38, that is, mechanical vibration of the sheet (film) itself, causes air It will push out to generate sound. And the displacement amount of the sheet (film) 38 which brings the driving force to push air is proportional to the square of the applied voltage.
결합도의 순서별 구성을 보면, 음원 신호 입력부(46 )에서 입력된 신호를 앰프 모듈(amp. module, 47)에서 출력을 증가시키고, 승압 트랜스포머(transformer,48)에서는 전류를 감소시키고 전압을 증가시킴으로써 압전성구동에 필요한 전압을 얻고, 쉬트(필름)(38)의 변위, 즉 쉬트(필름) 자체의 기계적 진동은 압전 폴리머 스피커(43)의 수축/팽창을 유발하여 공기에 음압을 발생시킬 수 있다. 상기의 구조의 압전 폴리머 스피커를 구동시키면 400 Hz ~ 20 kHz 영역대의 평탄한 음압을 얻을 수 있다.In the ordered configuration of the coupling degree, the signal input from the sound source signal input unit 46 increases the output from the amplifier module 47, while the boost transformer 48 decreases the current and increases the voltage. Obtaining the voltage required for piezoelectric driving, displacement of the sheet (film) 38, ie mechanical vibration of the sheet (film) itself, can cause contraction / expansion of the piezoelectric polymer speaker 43 to generate sound pressure in the air. When the piezoelectric polymer speaker having the above structure is driven, flat sound pressure in the 400 Hz to 20 kHz range can be obtained.
압전 폴리머 스피커의 주요 부분인 폴리머 쉬트(필름) 유니트는 유연하므로 다양한 모양(shape), 패턴(pattern)으로 제작할 수 있다.The polymer sheet (film) unit, which is the main part of piezoelectric polymer speakers, is flexible and can be manufactured in various shapes and patterns.
예를 들면 오디오 시스템을 구동하기 전에 압전 폴리머 스피커, 보다 정확하게는 폴리머 필름 유니트는 스트레스(stress)를 주기 위하여 곡면 형태(curved shape)로 사용할 수도 있으며, 또한 평면 형태(plane shape)로 사용할 수도 있다. 곡면 형태는 스피커의 울림통으로 조절할 수 있고 자체적으로 나무, 금속 소재, 유리소재 등의 단단한 물체를 스피커용 틀 지지대로 만들어 고정시켜 곡면 형태를 구현할 수도 있다. 압전 폴리머 스피커의 양쪽을 고정시켜 가운데가 중력 또는 자체의 탄성력을 이용하여 곡면을 조절할 수도 있다. 그리고 소재의 연성이 뛰어난 플라스틱 소재 같이 가벼운 프레임 틀 지지대를 이용하여 곡면을 만들어 압전 폴리머 스피커의 전·후면에 음을 방사할 수 있다. 압전 폴리머 스피커의 구동을 위해서 음원신호, 입력된 음원신호의 출력(output)을 증가시키는 앰프, 권선비로 제어되는 승압 트랜스포머, 압전 폴리머 막 양면에 전도성 고분자층을 도포하여 형성된 전극층을 포함하는 압전 폴리머 스피커가 필요하다.For example, piezoelectric polymer speakers, more precisely polymer film units, may be used in a curved shape or in a plane shape prior to driving the audio system. The curved shape can be controlled by the speaker's ring, and by itself, a hard object such as wood, metal, or glass can be made by fixing the frame support for the speaker to realize the curved shape. By fixing both sides of the piezoelectric polymer speaker, the center can adjust the curved surface using gravity or its elastic force. In addition, a light frame frame support such as a plastic material with excellent ductility can be used to create a curved surface to radiate sound to the front and rear of the piezoelectric polymer speaker. Piezoelectric polymer speaker including a sound source signal, an amplifier to increase the output of the input sound source signal for driving the piezoelectric polymer speaker, a boosting transformer controlled by the winding ratio, and an electrode layer formed by applying a conductive polymer layer on both sides of the piezoelectric polymer film. Is needed.
상술한 전극층이 갖춰야 할 조건은 압전 폴리머 막보다 열적으로 안정하며 낮은 면저항을 나타내고 기계적으로 영스 모듈러스(Young's modulus)가 작아야 한다.The above-described electrode layer should be thermally more stable than the piezoelectric polymer film, exhibit low sheet resistance, and mechanically have a low Young's modulus.
상기에서 전극층인 전도성 고분자막은 polyaniline polythiophene, poly(3,4-ethylenc dioxythiophene) (PEDOT), polypyrrole, polyphenylenevinylene (PPV) 등의 전도성 고분자와 그의 유도체 등과 유기물 전도체 등을 포함한다.The conductive polymer membrane as the electrode layer includes a conductive polymer such as polyaniline polythiophene, poly (3,4-ethylenc dioxythiophene) (PEDOT), polypyrrole, polyphenylenevinylene (PPV), derivatives thereof, and the like, and an organic conductor.
압전 폴리머 막은 유전상수가 크고 주파수에 대한 유전 손실(loss tangent)이 안정적으로 적은 수치를 나타내며 누설 전류가 최소화되어야 한다.The piezoelectric polymer film has a large dielectric constant and a stable low loss tangent to frequency and should minimize leakage current.
압전 폴리머 스피커 또는 폴리머 필름 유니트는 생활 주변에서 널리 사용되고 있는 CD 플레이어, 컴퓨터, 라디오, 카세트 테이프 레코더 등과 같은 음향 전자기기의 스피커 시스템에서 종래의 보이스 코일 라우드 스피커, 또는 하이파이(Hi-Fi) 멀티웨이 스피커에서는 보이스코일 진동판 구동방식의 스코커, 트위터 를 대체하여 사용할 수 있다.Piezoelectric polymer speakers or polymer film units are conventional voice coil loudspeakers, or Hi-Fi multi-way speakers, in loudspeaker systems of acoustic electronics such as CD players, computers, radios, cassette tape recorders, etc., which are widely used in everyday life. Can replace voicecoil diaphragm driving scoker and tweeter.
도5는 압전 폴리머 스피커를 구성하는 폴리머 필름 유니트의 평면도이다.Fig. 5 is a plan view of the polymer film unit constituting the piezoelectric polymer speaker.
폴리머 필름 유니트(43)는 일정 사이즈를 갖는 압전 폴리머 막(38), 압전 폴리머 막(38)의 상면 및 하면의 코너부분(18)을 제외한 주 표면에 코팅된 전도성 고분자 전극층(40, 42), 단자(44)로 이루어진다.The polymer film unit 43 may include the piezoelectric polymer film 38 having a predetermined size, the conductive polymer electrode layers 40 and 42 coated on the main surface except for the corner portions 18 of the upper and lower surfaces of the piezoelectric polymer film 38, It consists of a terminal 44.
일반적으로 폴리며 물질은 비 압전성 물질로, 폴리머 필름 유니트(43)의 압전 폴리머 막(38)인 PVDF 물질은 50% 결정형 및 50%, 무정형으로 되어있다. 본 발명의 폴리머 물질인 PVDF 의 주 결정형은 비극성 알파 α형으로 구성된다. 극성 베타 β형은 일축 연신(uni-axial stretching)에 의하여 생성될 수 있으며 PVDF 물질의 압전성은 주로 극성 베타 β형에서 나타난다.In general, the poly and the material are non-piezoelectric materials, and the PVDF material, which is the piezoelectric polymer film 38 of the polymer film unit 43, is 50% crystalline and 50% amorphous. The main crystalline form of PVDF, the polymer material of the present invention, consists of a nonpolar alpha α form. Polar beta β-forms can be produced by uni-axial stretching, and the piezoelectricity of PVDF materials is mainly shown in polar beta β-types.
전기장에서 기계적 방향성 및 처리 등을 포함하여 PVDF 필름을 분극 하기 위한 공정을 진행하여 압전성 및 초전성이 우수한 필름을 얻을 수 있다. 압전성을 얻기 위한 공정은 폴링(poling)공정이라 알려져 있다. 본 발명에서 사용하는 PVDF 필름은 일본 쿠레하(kureha)사의 KF 피에조 필름제품으로 두께는 30 ~ 50 um이며, 필름 양면에 전도성 고분자(40, 42)를 스크린프린팅 방법으로 코팅한다. 본 발명자가 개발한 이온 보조 반응법을 이용한 폴리머 물질의 표면 개질방법으로 필름의 표면과 고분자 용액과의 접착력을 향상시키고 고분자 층의 내구성을 증진하였다. 이온 보조 반응 방법을 이용한 PVDF 필름의 표면 개질방법의 예는 본 발명의 발명자 고석근의 대한민국 특허인 등록번호 제 316586호 " 재료 표면의 개발방법 및 이에 의해 표면개질된 재료", 등록번호 제 170601호 "폴리올레핀계 수지의 접착력 증대방법", 등록번호 제 307807호 " 이온빔을 이용하여 표면개질된 고분자 배양접시 및 그 표면개질방법", 등록번호 제 307806호 " 이온빔을 이용하여 표면개질된 고분자 멤브레인 및 그 표면개질방법" 및 등록번호 제 345289 "수소이온보조반응법을 이용한 고분자 표면처리방법" 등에 기술되어 있다. 상술한 특허에 기술된 이온 보조반응 방법이란The film having excellent piezoelectricity and pyroelectricity can be obtained by performing a process for polarizing the PVDF film including mechanical orientation and treatment in an electric field. The process for obtaining piezoelectricity is known as a polling process. The PVDF film used in the present invention is a KF piezo film product of Kureha Co., Ltd., Japan, having a thickness of 30 to 50 um, and coating conductive polymers 40 and 42 on both sides of the film by screen printing. The surface modification method of the polymer material using the ion assisted reaction method developed by the inventors improves the adhesion between the surface of the film and the polymer solution and enhances the durability of the polymer layer. An example of the surface modification method of PVDF film using the ion assisted reaction method is Korean Patent No. 316586, "Method of Developing the Material Surface and Material Modified by It," No. 170601 " Method for increasing adhesion of polyolefin-based resin ", Registration No. 307807" Polymer culture plate and its surface modification method using ion beam ", Registration No. 307806" Polymer membrane and surface modification using ion beam "Modification Method" and Registration No. 345289 "Method for Surface Treatment of Polymers Using Hydrogen Auxiliary Reaction Method". The ion assisted reaction method described in the above patent is
진공 상태하에, 반응성 가스가 산소, 질소, 수소, 암모니아, 일산화탄소, 및 이들의 혼합 가스 중에서 선택되는 반응성 가스를 폴리카보네이트, 폴리메틸메타아크릴레이트, 폴리이미드, 테프론, PVDF, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌, 폴리올레핀계 수지 및 실리콘 러버 등을 포함하는 고분자 표면에 직접 불어 넣어주면서, 아르곤, 산소, 공기, 크립톤 및 이들의 혼합물 중에서 선택되는 조사량이 1×1014∼ 5×1017이온/㎠이며, 0.5 KeV ∼ 2.5 KeV 범위의 에너지를 가진 이온입자를 고분자 표면에 조사하며 고분자 표면의 접촉각을 감소시키거나 접착력을 증대시키는 것으로 이루어지는 고분자 표면의 개질방법을 말한다.Under vacuum, the reactive gas is selected from oxygen, nitrogen, hydrogen, ammonia, carbon monoxide, and a mixture of these gases. The amount of irradiation selected from argon, oxygen, air, krypton and mixtures thereof is 1 × 10 14 to 5 × 10 17 ions / cm 2 while blowing directly onto the surface of the polymer including polyolefin resin and silicone rubber, and 0.5 KeV. It refers to a method of modifying the surface of a polymer comprising irradiating ion particles with energy in the range of ˜2.5 KeV to the surface of the polymer and reducing the contact angle of the polymer surface or increasing the adhesion.
PVDF 쉬트(필름)을 1×1013∼ 1×1018Ar+/㎠의 이온 조사량, 100 ∼ 5000 V의 이온 에너지, 1×10-5∼ 1×10-3Torr의 산소분압의 조건하에서 상술한 이온보조반응방법으로 PVDF 쉬트(필름) 표면을 친수성으로 개질한 후 전도성 고분자 용액을 표면에 코팅하는 공정도는 아래와 같다.The PVDF sheet (film) is described in detail under conditions of an ion irradiation amount of 1 × 10 13 to 1 × 10 18 Ar + / cm 2, ion energy of 100 to 5000 V, and an oxygen partial pressure of 1 × 10 −5 to 1 × 10 -3 Torr. The process of coating the surface of the conductive polymer solution after hydrophilic modification of the surface of the PVDF sheet (film) by an ion assist reaction method is as follows.
이온보조반응 방법으로 처리된 쉬트(필름)을 평탄한 곳에 위치시킨다. 그리고 코팅시에 쉬트(필름)가 움직이지 못하도록 폴리우레탄계등의 연성이 뛰어난 고분자 필름을 이용하여 고정시키거나, 쉬트(필름)을 고정시키는 금속제(metal goods) 또는 단단한 재료를 이용하여 만든 틀에 고정시키고 진공 흡입구를 이용하여 틀이 고정될 수 있도록 한다. 고정된 쉬트(필름) 위에 실크 스크린을 고정시킨 후에 전도성 고분자 용액을 약 3cc에서 40cc 정도 주입한다. 실크 스크린은 메쉬(mesh)에 사용된 섬유의 직경이 약 15 ㎛ 에서 200 ㎛ 사이의 것을 사용하여 폴리머 필름 유니트(43)의 전극층(40,42)의 두께를 제어한다. 용액의 주입 후에 스퀴즈(squeez)를 이용하여 용액을 전면으로 평탄하게 도포되도록 한다. 이때 부분적인 건조가 일어나지 않도록 스퀴즈가 2회 이상 전면을 지나가도록 하며 전면에 걸쳐서 건조가 진행되도록 시간 간격을 두고 실크 스크린을 탈착시킨다. 실크 스크린이 탈착된 후, 기울임에 의하여 전극의 두께가 변하지 않도록 코팅용 틀을 건조용 장소로 이동시킨다. 상술한 코팅방법이외에도 널리 알려진 딥 코팅, 스핀 코팅, 스프레이 코팅, 메니스커스 코팅(액체 표면의 요철을 이용한 방법), 스크린 프린팅 및 감는 방향과 되감는 방향 모두를 포함하는 롤러형 인쇄방법과 이에 해당하는 방법등을 사용하여 쉬트(필름)에 전도성 고분자막을 도포하여 전극을 형성할 수 있다.The sheet (film) treated by the ion assist reaction method is placed on a flat surface. In order to prevent the sheet (film) from moving during the coating, it is fixed by using a flexible polymer film such as polyurethane, or fixed to a mold made of metal goods or rigid materials to fix the sheet (film). And use the vacuum inlet to secure the mold. After fixing the silk screen on the fixed sheet (film), the conductive polymer solution is injected about 3cc to 40cc. The silk screen controls the thickness of the electrode layers 40, 42 of the polymer film unit 43 by using a diameter of the fibers used in the mesh between about 15 mu m and 200 mu m. After injection of the solution, a squeeze is used to apply the solution evenly to the front surface. At this time, the squeeze passes through the front two or more times so that partial drying does not occur, and the silk screen is detached at a time interval to allow the drying to proceed over the front side. After the silk screen is detached, the coating frame is moved to a drying place so that the thickness of the electrode does not change by tilting. In addition to the coating methods described above, roller-type printing methods including both dip coating, spin coating, spray coating, meniscus coating (method using irregularities on the surface of liquid), screen printing, and both winding and rewinding directions and corresponding methods An electrode may be formed by applying a conductive polymer film to a sheet (film) using a method such as the like.
그리고 압전 폴리머 스피커의 주 표면인 전극층위에 다양한 색상을 갖는 도안 및 문양 등의 장식성을 구비할 수 있다. 그리고 압전 폴리머 스피커는 사용용도 및 분위기에 맞게 다양한 패턴, 모양으로 제작하여 효과적으로 사용할 수 있다.Further, decorative elements such as patterns and patterns having various colors may be provided on the electrode layer, which is the main surface of the piezoelectric polymer speaker. And the piezoelectric polymer speaker can be effectively used in various patterns and shapes to suit the intended use and atmosphere.
도 6은 구동 전압에 따른 음압의 주파수 의존성을 나타내는 그래프이다. 본 발명에 따른 압전 폴리머 필름스피커의 인가전압에 대한 음압 수준의 주파수 의존성을 설명하면 다음과 같다. 필름스피커의 인가전압을 1V, 10V, 100V로 변화시켰을 때 음압 수준을 20 Hz에서 20kHz까지 측정하였으며 dB로 표시하였다.6 is a graph showing the frequency dependence of the sound pressure according to the driving voltage. Referring to the frequency dependence of the sound pressure level to the applied voltage of the piezoelectric polymer film speaker according to the present invention. When the applied voltage of the film speaker was changed to 1V, 10V, and 100V, the sound pressure level was measured from 20 Hz to 20 kHz and expressed in dB.
음의 강도는 다음과 같은 관계식으로 인가전압에 대한 영향을 설명할 수 있다.The negative intensity can explain the effect on applied voltage by the following equation.
(1) SPL (dB) = 10log(I/I0) = 20log(V/V0)(1) SPL (dB) = 10log (I / I 0 ) = 20log (V / V 0 )
여기서, SPL은 음압수준 이며, Ⅰ는 음의 강도 이며, V는 인가전압이다.Where SPL is the sound pressure level, I is the negative intensity, and V is the applied voltage.
인가전압에 대하여 음압수준은 로그-로그 스케일(log-log scale)에서 직선적으로 증가하며 기울기 또한 20에 근접함으로 상대적으로 정확한 측정임을 알 수 있다. 주파수 응답 특성에서 약 400 Hz에서 약 18 kHz 까지 평탄한 특성을 나타내며7 dB 이내에서 그 특성이 유지됨을 알 수 있다. 주파수 응답 특성은 음압수준의 크기만이 변화하며 인가전압에 따라 균일 영역의 변화는 거의 없다.The sound pressure level with respect to the applied voltage increases linearly on a log-log scale, and the slope is also close to 20, indicating that the measurement is relatively accurate. It can be seen that the frequency response characteristics are flat from about 400 Hz to about 18 kHz and are maintained within 7 dB. The frequency response characteristic varies only in the magnitude of the sound pressure level and hardly changes in the uniform range depending on the applied voltage.
그리고 필름 스피커는 음의 확산성이 넓으므로 특정위치에 관계없이 청취가 가능하다는 잇점이 있다.And since film speakers have a wide spread of sound, they can be listened to regardless of a specific position.
(비교 예 1)(Comparative Example 1)
하이파이 오디오 시스템(Hi-Fi Audio System)이란 고음용 스피커(트위터,tweeter 이하 " 트위터" ), 중음용 스피커(스코커, squawker 이하 스코커), 저음용 스피커(우퍼, woofer 이하 우퍼) 같이 다수의 스피커를 스피커 박스인 인클로우저(enclosure)에 몸체화하여 광대역의 음 주파수(audio frequency)를 높은 충실도로 재생할 수 있는 오디오 시스템을 말한다. 상술한 오디오 시스템에서 예를 들면 저주파수를 재생하는 우퍼는 10인치 ~ 16인치 정도로 사이즈가 상당히 크며 중량감 있는 콘(cone) 형 스피커 또는 혼(horn) 형 스피커를 사용하여 대체로 20~ 2,000Hz 영역대의 저주파수 신호를 재생하는데 적합하며, 한편 중간 주파수를 재생하는 스코커는 가청 음 스펙트럼(audio spectrum)의 중간대역인 2,000~ 7,000Hz 영역대의 중간주파수의 오디오 신호를 재생하도록 적합하게 고안되었으며, 그리고 고주파수를 재생하는 트위터는 가청 음 스펙트럼(audio spectrum)의 높은 대역인 7,000~ 20,000Hz 영역대의 고주파수의 오디오 신호를 재생하도록 적합하게 고발되었다.Hi-Fi Audio System is a multi-speaker, such as a high-pitched speaker (tweeter, "tweeter" or "tweeter"), a midrange speaker (scorker, squawker or less), and a bass speaker (woofer, woofer or less) It is an audio system that can reproduce a wide range of audio frequencies with high fidelity by bodyizing a speaker in an enclosure, a speaker box. In the above-mentioned audio system, for example, a woofer that reproduces low frequencies is considerably large in size, such as 10 inches to 16 inches, and uses low-frequency cone or horn speakers and low frequencies in the range of 20 to 2,000 Hz. Suitable for reproducing the signal, the scoker for reproducing intermediate frequencies is designed to reproduce audio signals of intermediate frequencies in the 2,000 to 7,000 Hz region, which is the midband of the audio spectrum, and for reproducing high frequencies. The tweeter was suitably accused of reproducing high-frequency audio signals in the high range of the 7,000-20,000 Hz region, the high band of the audio spectrum.
도 7 은 종래의 투(2)웨이 스피커 시스템을 보여주는 도면이다. 도 7을 참조하면 투웨이 스피커시스템은 직육면체 형태인 캐비닛 인클로우저(enclosure, 8)로 재질이 합판, 파티클 보드 재질, 또는 MDF(medium-density fiberboard)로 된 상판(top), 하판(bottom), 2개의 측판(sides), 후면부(rear wall) 그리고 전면부(front)에 있는 마운팅 보드(mounting board)로 구성되어있다. 상기 마운팅 보드상에 천공된 개구부 주위(언저리)에 트위터(24)와 우퍼 스피커(74 ) 콘이 설치된다. 이때 전면부의 파티클 보드도 마운팅 보드와 같이 동일한 크기의 천공된 개구부를 갖고 있어 상술한 트위터와 우퍼 스피커에서 방출되는 고음 및 저음대역의 재생음이 전면 방향으로 재생음이 전달된다.7 shows a conventional two-way speaker system. Referring to FIG. 7, a two-way speaker system is a cabinet enclosure 8 having a rectangular parallelepiped shape, and a top, bottom, and two of which are made of plywood, particle board material, or medium-density fiberboard (MDF). It consists of mounting boards on the sides, rear wall and front. A tweeter 24 and a woofer speaker 74 cone are installed around the perforated opening on the mounting board. At this time, the particle board of the front part also has a perforated opening of the same size as the mounting board, so that the reproduction sound of the high and low bands emitted from the tweeter and the woofer speaker described above is transmitted to the front direction.
특히 동일축상에 상기 고,중,저음의 스피커유닛이 위치하지 않기 때문에 우퍼(74)와 트위터(24)간의 시간 지연,상호 간섭 현상이 발생한다.In particular, since the high, medium, and low speaker units are not located on the same axis, time delay and mutual interference between the woofer 74 and the tweeter 24 occur.
(실시 예 1)(Example 1)
도 8 은 투(2)웨이 스피커 시스템에서 압전 폴리머 스피커를 장착한 본 발명 실시예 1의 투시도이다.8 is a perspective view of Embodiment 1 of the present invention with piezoelectric polymer speakers in a two-way speaker system.
도 8 을 참조하면, 도 4 와 도 5 에서 언급한 폴리머 필름 유니트(43)로 구성되는 압전 폴리머 스피커(43)를 중.고음 영역 재생을 위한 트위터로 하여 종래 이동 보이스코일 방식의 트위터(24)를 대체 장착한 혼합형 투(2)웨이 스피커 시스템이다.Referring to FIG. 8, the tweeter 24 of the conventional mobile voice coil method using the piezoelectric polymer speaker 43 composed of the polymer film unit 43 mentioned in FIG. 4 and FIG. It is a hybrid two-way speaker system with a replacement.
상기에서 혼합형이라 함은 종래의 보이스 코일 스피커를 우퍼(74)로, 압전 폴리머 스피커(43)방식을 트위터로 하여 다수의 스피커를 스피커 박스인 인클로우저(enclosure, 8)에 몸체화하여 종래의 보이스 코일 타입의 트위터(24)에서 구현할 수 없던 고음영역대의 정확한 음감, 그리고 오케스트라의 미세한 잔영음을 충실하게 재생한다.In the above-mentioned type, the conventional voice coil speaker is a woofer 74, the piezoelectric polymer speaker 43 is a tweeter, and a plurality of speakers are encapsulated in an enclosure 8 which is a speaker box. Accurate reproduction of high-pitched sound range and fine orchestra remnants of orchestra that could not be realized in the type tweeter 24 is faithfully reproduced.
본 발명에 따른 혼합형 투(2)웨이 스피커 시스템은 소정 형상과 크기의 내부 공간을 갖는 인클로져(8)와 , 상기 인클로져의 전면 상단에 설치되는 폴리머 필름 유니트(43)로 구성되는 압전 폴리머 스피커(43) 와, 상기 압전 폴리머 스피커(43)의 하단에 설치되며 저음 대역의 재생음이 방출되도록 형성된 소정 형상의 우퍼 스피커(74)로 이루어지는 구성이다.The mixed two-way speaker system according to the present invention is a piezoelectric polymer speaker 43 composed of an enclosure 8 having an internal space of a predetermined shape and size, and a polymer film unit 43 installed on the front top of the enclosure. And a woofer speaker 74 having a predetermined shape, which is installed at a lower end of the piezoelectric polymer speaker 43 and is configured to emit a reproduction sound of a low band.
이와 같은 본 발명에 따른 혼합형 투(2)웨이 스피커 시스템의 작용효과를 설명하면 다음과 같다.Referring to the effect of the mixed two-way speaker system according to the present invention as follows.
우선, 우퍼(74)는 앰프(47)의 음성 입력단자와 연결된 스피커 코드(45)를 통해 입력되는 음성신호를 출력한다. 그리고 동시에 압전 폴리머 스피커(43)는 스피커 코드(45 )를 거쳐 나온 음성 신호를 압전성 구동에 필요한 전압을 제공하는 트랜스포머(48)를 통해 입력되는 음성신호, 고음을 출력한다.First, the woofer 74 outputs a voice signal input through the speaker cord 45 connected to the voice input terminal of the amplifier 47. At the same time, the piezoelectric polymer speaker 43 outputs the voice signal and the treble which are input through the transformer 48 which provides the voltage necessary for the piezoelectric driving of the voice signal output through the speaker cord 45.
(실시예 2)(Example 2)
하나의 스피커로 저음에서 고음까지 전대역의 음을 재생하는 것은 매우 어렵다. 전 대역에 걸친 음을 재생하기 위하여 저음용의 이동 보이스코일 방식의 우퍼, 그리고 폴리머 필름 유니트로 구성되는 압전 폴리머 스피커를 중.고음용 트위터로 한다. 그리고 상기 우퍼와 상기 트위터를 동일축상에 위치하게 하여 우퍼와 트위터간의 시간 지연, 상호 간섭 현상을 최소화할 수 있다. 또한 멀티 웨이 스피커 시스템의 공간 축소, 스피커 기기의 경량화 등을 포함한다.It is very difficult to reproduce the sound of the entire band from low to high with one speaker. In order to reproduce the sound over the entire band, the piezoelectric polymer speaker composed of a low voice mobile voice coil woofer and a polymer film unit is used as a mid / high pitch tweeter. The woofer and the tweeter may be positioned on the same axis to minimize time delay and mutual interference between the woofer and the tweeter. It also includes space reduction in multi-way speaker systems and lighter speaker devices.
이하, 본 발명의 실시예 2 를 첨부된 도면에 의하여 더욱 상세히 설명한다.Hereinafter, the second embodiment of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
도 9는 스피커 장치를 나타내는 투시도로서, 어셈블리의 기본은 저음 대역의 우퍼(74)로, 상기 우퍼(74)는 프레임(28)의 하단에 영구자석(magnet, 16)이 장착되고, 상기 프레임(28)의 상단에는 진동판(26)의 상단, 즉 진동판 주변부(84)의 단부를 엣지(미도시)를 개재하여 접착된다. 그리고 상기 진동판(26)의 하단에는 외주측에 보이스코일(미도시)이 감겨진 보이스코일 보빈(미도시)이 일체로 접속되어 있고, 상기 보이스코일 보빈은 프레임(28)에 일단이 고정된 댐퍼(60)에 의해 유동 가능하게 지지되어 있다. 프레임(28)에는 보이스 코일측으로 전원을 인가하기 위한 입력단자(미도시)가 장착되어 있다.9 is a perspective view showing a speaker device, the base of which is a bass woofer 74, the woofer 74 is mounted with a permanent magnet (magnet, 16) at the bottom of the frame 28, the frame ( The upper end of the diaphragm 26 is bonded to the upper end of the diaphragm 26, that is, the end of the diaphragm peripheral part 84 via an edge (not shown). And the lower end of the diaphragm 26, the voice coil bobbin (not shown) is wound integrally connected to the outer peripheral side, the voice coil bobbin is a damper having one end fixed to the frame 28 It is supported by 60 so that flow is possible. The frame 28 is equipped with an input terminal (not shown) for applying power to the voice coil side.
그리고 우퍼(74)의 전면측에 폴리머 필름 유니트(43)를 위치하게 하며 상기 폴리머 필름 유니트(43)의 단말부(꼬리부분, 82)을 절연지지대(92 )의 하부에 삽입하고 고정자(94)로 밀착한다. 그리고 상기 폴리머 필름 스피커(43)의 중심점은 상기 우퍼(74)의 중심점과 동일축상에 위치한다.Then, the polymer film unit 43 is positioned on the front side of the woofer 74, and the terminal portion (tail portion) 82 of the polymer film unit 43 is inserted into the lower portion of the insulating support 92, and the stator 94 is disposed. Close contact with The center point of the polymer film speaker 43 is located on the same axis as the center point of the woofer 74.
이와 같이 구성된 본 발명에 의한 스피커 장치는 우퍼(74)에서 진동판이 진동함으로서 저음의 음파를 방사시키게 된다. 그리고 압전 폴리머 스피커(43)로 구성된 중.고음용 트위터는 우퍼의 음파와 같은 방향으로 고음을 방사한다.In the speaker device according to the present invention configured as described above, the diaphragm vibrates in the woofer 74 to emit sound waves of low sound. And the middle and high tweeter composed of a piezoelectric polymer speaker 43 emits high sound in the same direction as the sound waves of the woofer.
본 발명의 바람직한 실시예는 단지 예시적인 것에 불과하며, 통상의 지식을 가진 당업자가 첨부한 청구범위에 기재된 발명의 범위와 이념을 벗어나지 않으면서 다양한 변경이나 추가 및 치환이 가능할 것이다.Preferred embodiments of the invention are merely exemplary, and various changes, additions and substitutions may be made by those skilled in the art without departing from the scope and spirit of the invention as set forth in the appended claims.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 압전 폴리머 스피커를 포함하는 음향장치는 다음과 같은 효과가 있다.The acoustic device including the piezoelectric polymer speaker according to the present invention configured as described above has the following effects.
압전 폴리머 스피커의 주 표면에 다양한 색상, 장식성을 구비할 수 있으므로 스피커의 미관을 사용용도 및 분위기에 어울리게 효과적으로 사용할 수 있다.Since the main surface of the piezoelectric polymer speaker can be provided with various colors and decorations, the beauty of the speaker can be effectively used to suit the purpose and atmosphere.
압전 폴리머 스피커는 음의 확산성이 넓으므로 특정위치에 관계없이 음을 청취할 수 있다.Piezoelectric polymer speakers have a wide spread of sound, so they can hear sound regardless of a specific position.
Claims (8)
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