KR20100031582A - 정전형 박막 음향 변환기, 및 이것의 제조 방법 - Google Patents

정전형 박막 음향 변환기, 및 이것의 제조 방법 Download PDF

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KR20100031582A
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KR1020097027013A
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미하엘 하이테
마르틴-필립 겟로즈트
라이너 쿤츠
틸로-요트. 베르너즈
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바이엘 머티리얼사이언스 아게
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Abstract

본 발명은, 측방향으로 이격되게 배열된 둘 이상의 평탄 전극들, 및 이러한 평탄 전극들에 전기적으로 접속되지 않고, 평탄하며, 측방향으로 이격되게 배열된 상기 두 전극들 상에 배열된 하나 이상의 전기 전도성 층(7)을 포함하는 정전형 박막 음향 변환기를 기술한다. 더욱이, 본 발명은 정전형 박막 음향 변환기의 제조 방법 및 이것의 용도를 기술한다.
정전형 박막 음향 변환기, 확성기, 측방향으로 이격된 평탄 전극, 중심 전극, 음향-방출 요소

Description

정전형 박막 음향 변환기, 및 이것의 제조 방법{ELECTROSTATIC THIN-FILM SOUND TRANSDUCER, AND METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF}
본 발명은 정전형 막 음향 변환기, 이것의 제조 방법 및 용도에 관한 것이다.
확성기의 중요한 실제 용도 중 하나는 전기음향 전송의 경우에 음성 또는 음악을 재생시키는 것이다. 이 경우에, 확성기는, 일련의 전송 요소들 중에서, 대부분의 경우, 그의 특성으로 인해 달성가능한 전송 품질이 결정되는 말단 요소를 포함한다.
공급된 전력을 음향 출력으로 변환시키는데에 다양한 변환 원리를 사용하는다양한 통상적인 확성기 시스템이 존재한다. 대부분의 공지된 유형의 확성기의 경우, 격막, 즉 매우 작은 층 두께를 갖는 시트가 음향-방출 요소로서 사용된다.
공지된 유형의 확성기는, 특수한 용도로, 예를 들면 고주파 확성기로서 사용되는 정전형 확성기이다. 이 경우에, 두 개의 이격된 평탄 전극들이, 적합하게 성형된 음향 증폭기와 전기적으로 접촉 및 접속되며, 적합한 가청주파수 교류 전압이 가해진다. 이 경우에 사용되는 전극은 막으로서 구현될 수 있다.
따라서 정전형 확성기의 구조는 축전기의 구조에 상응한다. 이 경우에, 확 성기 격막이 두 개의 전극들 사이에 위치할 수 있으며, 전기장에 의해 제어될 수 있고, 또다르게는 이것은 전극들 중의 하나일 수도 있다. 정전형 원리에 따르면, 같은 전하를 갖는 두 개의 전극들은 서로 반발하는 반면에, 다른 전하를 갖는 두 개의 전극들은 서로 끌어당긴다. 전압이 정전형 확성기의 전극에 가해지면, 전압 준위가 전극의 편향의 척도가 된다. 높은 전압은 큰 편향을 초래하며, 낮은 전압은 작은 편향을 초래한다. 반대 방향으로의 편향은 전압의 극성도의 변화에 의해 초래된다. 이 경우에 전극에 작용하는 힘은 선형이 아니지만, 전압의 제곱에 비례한다. 따라서 격막은 진동하게 되며, 음향이 생성된다.
이렇게 구성된 막-기재의 정전형 확성기는 이격된 전극들 사이에 압전성 층을, 예를 들면 샌드위치 방식으로 추가로 포함할 수 있다. WO 2005/086528 A1에 기술된 이러한 실시양태의 경우, 전도성 층들 사이의 압전성 물질은 가변 전압이 가해질 때 표면이 진동하게 한다. 이러한 확성기 구조의 단점은 두 개의 막들 사이의 이러한 압전성 층의 제조가 비교적 복잡하다는 것인데, 이렇게 구성된 확성기는 또한 기계적 응력에 대해 비교적 민감하다.
추가의 정전형 확성기는 EP 0 883 972 B1에 공지되어 있다. 이러한 정전형 확성기는 평판과 유사한 구조를 갖는다. 이 경우에, 다공질 고정자 판이 전기 전도성이거나 전기 전도성이도록 하나 이상의 면에서 도금된다. 또한, 하나 이상의 이동성 격막이 하나 이상의 전기 전도성 표면을 갖는다. 이 경우에 정전형 확성기는, 전기 전도성 다공질 고정자 판이 서로 반대편에 배열되고 격막에 의해 서로 분리된 배열을 갖는다. 내부 격막을 갖는 이러한 배열로 인해, 하나 이상의 고정자 판은, 음파가 정전형 확성기를 떠날 수 있도록, 다공질일 필요가 있다.
EP 0 883 972 B1에 기술된 정전형 확성기는, 다공질 고정자 판이 간섭을 초래하여, 그 결과 제한된 음향 출력을 달성할 수 있다는 점에서 불리하다.
축전기의 방식으로 구성된, 종래 기술에 공지된 막-기재의 확성기는 또한 일련의 추가의 단점들을 갖는다. 따라서, 반대되는 막 전극들 둘 다에 전기적 접속부를 제공할 필요가 있지만, 적어도 격막으로서 제공된 막 전극은 이동성일 필요가 있다. 그러나, 격막으로서 구현된 이러한 막 전극의 전기적 접속부는 일반적으로 고정성이기 때문에, 막 전극의 이동성은 적어도 제한된다. 그 결과 확성기가 작동되면 고조파(harmonic)가 생성된다. 이러한 고조파는 원치않는 음향 신호의 왜곡을 초래하여, 생성된 음향의 품질의 척도를 구성하는 고조파 함량을 증가시킨다.
일반적으로, 이러한 정전형 막 확성기에서, 막 전극들 중 하나는 이동성이도록 배열되고 또다른 막 전극은 고정성이도록 배열되므로(즉 고착됨), 일반적으로 두 개의 막 전극들에 상이한 접속 시스템을 제공할 필요가 있는데, 이는 이러한 막 확성기의 제조를 복잡하고 비용이 많이 들게 한다.
또한, 두 개의 막 전극들은 전기적으로 접촉되고 수천 볼트 이하의 전압을 수용한다. 따라서, 이러한 막 확성기의 사용자를 보호하기 위해서, 상응하는 막-기재의 전극에 적합한 보호 장치, 예를 들면 그릴을 제공하여, 이러한 막 확성기의 사용자가 전기적으로 활성인 막 전극을 고의적으로나 무의식적으로 건드리지 않게 할 수 있다. 그러나 이 경우에 사용되는 차단물은 막 확성기로 하여금 전체적으로 비교적 두꺼운 형태를 갖게 한다.
또한, 차단을 목적으로 전압-운반 막 전극 그릴이 흔히 사용되는데, 이것은 비록 생성된 음향을 통과시키긴 하지만 그럼에도 불구하고 동시에 적어도 부분적으로는 음향 반사 및 어떤 경우에는, 음향이 각각의 그릴에서 회절될 때, 간섭을 초래한다. 그 결과 전체적으로 음향 출력이 원치않게 감소하고 음향 신호의 품질이 감소된다.
이러한 종래 기술로부터, 본 발명은 바람직하게 전극들의 단순 접속을 허용하는 정전형 막 음향 변환기를 제공하려는 목적을 기본으로 한다. 특히 막 전극들의 접속은 전극들의 접속에 의해 어떠한 고조파도 생성되지 않도록 구현된다.
또한, 정전형 막 음향 변환기는 바람직하게는 접촉에 대해 높은 수준의 보호성을 가지면서도 동시에, 과도하게 두껍거나 음향 방출에 불리한 형태의 음향-방출 막 구조를 가져서는 안 된다.
또한, 본 발명에 따르는 정전형 막 음향 변환기는 대량으로 효율적으로 제조될 수 있도록 된 것이다.
이러한 목적은, 전기적으로 접촉된 둘 이상의 측방향으로 이격된 평탄 전극들, 및 이러한 평탄 전극들에 전기적으로 접속되지 않고, 평탄하며, 두 개의 측방향으로 이격된 전극에 실질적으로 평행하도록 제공된 하나 이상의 전기 전도성 층을 포함하는, 정전형 막 음향 변환기에 의해 달성된다. 본 발명의 문맥에서, "실질적으로 평행한"이라는 용어는 둘 이상의 측방향으로 이격된 전극들에 의해 형성된 평면과 전기 전도성 층에 의해 형성된 평면 사이에 형성된 각이 45°이하, 바람직하게는 35°이하, 특히 바람직하게는 25°, 특히 15°이하, 특히 10°이하, 더욱 더 특히는 5°이하인 것으로 이해된다.
본 발명의 의미 내에서, 막 음향 변환기는
- 바람직하게는 평탄 기판, 바람직하게는 중합체 막,
- 둘 이상의 측방향으로 이격된 평탄 전극들,
- 하나 이상의 중간 층,
- 부유(floating) 전극 또는 접지 전극으로서 구현될 수 있는, 중심 전극으로서의, 전기 전도성 층
을 포함한다.
부유 전극, 즉 전극들로부터 갈바니식으로 단리된 접촉되지 않은 전극, 또는 접지 전극으로서 구현될 수 있는 중심 전극은, 막 음향 변환기로 하여금 전체 인쇄된 층 구조물이 그 자체로 한편으로는 정전형 상호작용 또는 다른 한편으로는 압전 효과를 통해 진동하는 방식으로 기능하게 하는데 필요하다. 정전형 상호작용과 압전 효과의 조합도 가능하다. 전기공학적 용어로, 중심 전극은 이격된 평탄 전극들 사이에 위치하며, 따라서 전기공학적 용어로 그 결과물은 중심 전극을 가운데에 갖는 두 개의 축전기의 직렬 회로이다.
이 경우에, 본 발명에 따르는 정전형 막 음향 변환기는 실질적으로 하기 구조를 갖는다:
<실시양태 I>
- 바람직하게는 평탄 기판, 바람직하게는 중합체 막이 있고,
- 그 위에 둘 이상의 측방향으로 이격된 평탄 전극이 있고,
- 그 위에 하나 이상의 중간 층이 있으며,
- 그 위에 있는 중심 전극이 있거나;
또는
<실시양태 II>
- 중간 층으로서, 바람직하게는 평탄 기판, 바람직하게는 중합체 막이 있고,
- 중간 층의 한쪽 면 상에 둘 이상의 측방향으로 이격된 평탄 전극이 있으며,
- 중간 층의 또다른 면 상에 중심 전극이 있다.
본 발명에 따르면, 평탄 전극, 중간 층(이것이 실시양태 II에서와 같이 기판으로 이루어진 것이 아닌 경우) 및 중심 전극을, 바람직하게는 인쇄 기술, 특히 요판인쇄 및/또는 스크린-인쇄 및/또는 그라비어 기술 및/또는 분무 기술 및/또는 디스펜서 기술 및/또는 잉크젯 방법을 사용하여 제조한다.
특히 바람직하게는, 본 발명에 따라, 층들을 스크린-인쇄를 이용하여 제조한다.
실시양태 I에서, 전극을 기판에 도포하기 전에, 층들을 완성한 후에 원래의 기판을 제거할 수 있도록 하는 방식으로 추가의 층들을 기판에 제공할 수 있다.
더욱이, 실시양태 I를 제조하기 위해서는, 원래의 기판에, 바람직하게는 인쇄 기술을 사용하여, 우선 중심 전극, 이어서 하나 이상의 중간 층, 그 다음에는 둘 이상의 측방향으로 이격된 평탄 전극들, 및 이어서 실제 전극으로서 작용하는 층을 도포할 수 있고, 층들을 완성한 후에 원래의 기판을 제거할 수 있다.
종래 기술의 막 음향 변환기와는 근본적으로 상이한, 본 발명에 따르는 전기적 막 음향 변환기의 이러한 구조는, 상기에서 언급된 종래 기술의 단점을 해결할 수 있게 한다. 이는, 본 발명에 따라, 그리고 종래기술과 근본적으로 다르게, 서로에 대해 이동할 수 있는 두 개의 반대되는 평탄 전극들이 특수한 중간 층 구조를 갖는 축전기의 방식으로 배열되지 않고, 둘 이상의 측방향으로 인접한 평탄 전극들이 선택되고, 이격된 전기 전도성 음향-방출 전극이 사용되기 때문이다. 이 경우에, 둘 이상의 전기 전도성 전극들은 전기 전도성 음향-방출 막의 한쪽 면 상에 함께 위치한다.
이것의 구조로 인해, 예를 들면, 둘 이상의 제공된 측방향으로 배열된 전극들을 동일한 접속 시스템을 사용하여 고정시킬 수 있고, 그 결과 막 확성기를 보다 쉽고 보다 저렴하게 구성할 수 있다.
또한, 둘 이상의 제공된 측방향으로 배열된 전극은 고정성이다. 따라서 이러한 둘 이상의 측방향으로 배열된 전극의 접속은 전극이 이동성인 막 전극의 경우에서보다 더 단순하다. 더욱이, 고조파의 형성(고조파 함량)과 관련해서 문제가 덜 발생한다.
중심 전극은, 비록 전기 전도성이긴 하지만 전기적으로 활성일 필요는 없기 때문에, 본 발명에 따르는 막 음향 변환기의 사용자는 감전의 위험 없이 음향-방출 막을 건드릴 수 있다. 특히, 본 발명에 따르는, 중심 전극을 포함하는 막 음향 변환기의 면은 예를 들면 그릴에 의해 보호될 필요가 없다.
또한, 배열물의 광범위한 절연은 필요하지 않기 때문에, 본 발명에 따르는 막 음향 변환기는 비교적 얇을 수 있다.
전체 막 음향 변환기를, 인쇄 기술, 특히 스크린-인쇄 기술을 사용하여 제조할 수 있기 때문에, 이러한 막 음향 변환기를, 표준화되고 재현가능한 방식으로, 대량으로, 빠르고 저렴하게 제조할 수 있다.
본 발명에 따르는 막 음향 변환기의 특수한 디자인
각각의 전극 및 중심 전극의 크기 및 형태는 넓은 범위 내에서 다양할 수 있지만, 일반적으로 전혀 제한되지 않는다. 따라서, 전극 및 중심 전극을, 이것들의 각각의 크기와 관련해서, 본 발명에 따르는 막 음향 변환기의 목적에 맞출 수 있다. 전극 대 전기 전도성 음향-방출 막의 크기 비도 역시 다양할 수 있다.
따라서, 첫번째 실시양태에서는, 둘 이상의 전극들의 면적의 합은 전기 전도성 음향-방출 막의 면적보다 클 수 있는데, 즉 둘 이상의 전극들이 중심 전극을 지나 측방향으로 돌출될 수 있다.
두번째 실시양태에서는, 둘 이상의 전극들의 면적의 합은 전기 전도성 음향-방출 전극의 면적보다 작을 수 있는데, 즉 중심 전극이 두 전극들을 지나 측방향으로 돌출될 수 있다.
세번째 실시양태에서는, 둘 이상의 전극들의 면적의 합은 전기 전도성 음향-방출 막의 면적과 실질적으로 동일할 수 있다.
상기에서 언급된 실시양태들 중에서, 둘 이상의 전극들의 면적과 중심 전극의 면적이 실질적으로 동일한 실시양태가 바람직하다. 둘 이상의 전극들의 면적이 전기 전도성 전극의 면적보다 작은 경우, 단지 보다 적은 음향 출력이 생성될 수 있는 반면, 중심 영역의 면적에 비해 둘 이상의 전극의 면적이 더 큰 경우, 고조파가 생성될 수 있다.
본 발명에 따르는 막 음향 변환기에서, 예를 들면 측방향으로 이격된 전극들, 또는, 또다르게는 중심 전극과 같은 개별 요소를, 압출 및 공압출 및 라미네이션 공정을 통해 코팅된 막 또는 다층 배열물로부터 형성할 수 있다.
측방향으로 배열된 전극
본 발명에 따라, 둘 이상의 측방향으로 이격된 전극들이 음향-방출 요소에 제공된다. 본 발명의 문맥에서, "측방향으로 이격된 전극"이라는 용어는, 전극들이 중심 전극의 동일한 면 상에 위치하도록, 즉 특히 측방향으로 이격된 전극들 사이에 어떤 추가의 층들이 제공되지 않도록, 전극들이 인접하게 배열된 전극 배열로서 이해된다.
측방향으로 이격된 전극들 사이의 간격은, 적어도, 절연내력이 달성되고 절연파괴전압이 없도록 선택되어야 한다.
본 발명에 따르는 막 음향 변환기의 실시양태에서, 둘 이상의 측방향으로 이격된 평탄 전극은 음향 증폭기에 접속된다. 음향 증폭기는, 가변 전압 형태의, 생성된 음향 주파수를 각각 접속된 전극으로 전달하고 막 음향 변환기에서 전기장을 상응하게 변조시키는데 적합한, 주어진 교류 전압을 위한 음원이다.
이 경우에, 부유 가청주파수 교류 전압은 일반적으로 둘 이상의 측방향으로 이격된 전극들에 가해질 수 있다. 그러나, 접지된 가청주파수 교류 전압이 둘 이상의 측방향으로 이격된 전극들에 가해질 수도 있다.
본 발명의 바람직한 실시양태에서는, 가청주파수 교류 전압 이외에, 바이어스 전압이 가해져서, 이로 인해 음향 수준이 증가할 수 있다. 본 발명의 문맥에서, 바이어스 전압이란 바이어스 전압의 측면에서 직류 전압으로서 이해된다.
이 경우에, 500 V 초과, 바람직하게는 1000 V 초과의 바이어스 직류 전압이 전도층들 사이에 가해질 수 있는데, 200 V 초과의 최대 전압 진폭을 갖는 음향 전압이 가해질 수 있다. 명백하게는, 이 경우에 음향 전압의 최대 전압 진폭은 항상 가해진 일정한 높은 전압보다 낮게 유지되는 것으로 생각된다.
둘 이상의 측방향으로 이격된 평탄 전극들은 전기적 접속부들을 갖도록 구현된다. 이 경우에, 바람직하게는, 적합한 전기적 절연, 및 접속부들 또는 접속부의 음향 증폭기로의 전선 포설이 고려되어야 한다.
추가의 바람직한 실시양태에서, 정전형 막 음향 변환기는 음향 증폭기 및/또는 바이어스 전압의 전자 구동 회로와 일체형이도록 구현될 수 있다. 이 경우에, 음향 증폭기 및/또는 바이어스 전압의 상응하는 전자 구동 회로가, 정전형 막 음향 변환기를 갖는 기판, 즉 예를 들면 둘 이상의 측방향으로 배열된 전극에 일체형으로 접속된 기판 상에 제공될 수 있다. 이 경우에 가능한 기판은 바람직하게는 정전형 막 음향 변환기를 위한 기판으로서도 작용할 수 있는 인쇄배선기판 및/또는 인쇄회로기판이다.
전극들 그 자체는 직사각형, 원형, 나선형 또는 빗형일 수 있지만, 추가의 형태 또는 형태들의 조합도 가능하다. 상응하는 형태는 도 1 내지 3에 도시되어 있다.
도 1: 직사각형 디자인
도 2: 원형 디자인
도 3: 나선형 디자인
둘 이상의 측방향으로 배열된 전극의 기하학적 구현은, 이러한 전극들의 직선 간격이 전기 전도성 층에 대한 간격보다 실질적으로 크도록 수행되어야 하며, 실제로 구현은 밀리미터 범위 내지 센티미터 범위에서 선택되는 반면에, 전기 전도성 층에 대한 전극의 간격은 수백 ㎜ 내지 10 ㎜의 범위일 수 있다.
전극의 전기적 접촉의 경우, 비교적 높은 전압이 매우 작은 전류와 함께 사용된다는 사실을 고려해야 한다. 그러나, 대기 습도 및 분진 또는 기타 오염에 의해 어떠한 표면 누설 전류도 일어날 수 없게 하기 위해서, 접촉점은 우수한 절연을 달성하도록 폐쇄되거나 피복되어야 한다.
본 발명의 문맥에서, 정전형 막 음향 변환기는 다수의 전극쌍을 가질 수도 있는데, 후자는 단지 하나의 음원 또는 가청주파수 교류 전압을 통해, 또는 또다르게는 다수의 가청주파수 교류 전압을 통해 또는 상이한 위상의 가청주파수 교류 전압에 의해 공급될 수 있다.
접속부를 포함하여, 측방향으로 배열된 평탄 전극은, 절연층, 바람직하게는 공기 기포에 대해 기밀형인 절연층으로써 피복될 수 있다. 이러한 절연층은 바람직하게는 공기보다 높은 절연내력을 갖는 층이다. 이러한 절연층은 액체 형태로서 인쇄 기술 또는 그라비어 기술 또는 분무 기술 또는 디스펜서 기술에 의해 도포되거나 박막 형태로서 도포될 수 있다. 예를 들면 인쇄회로기판 제조 분야에 공지된 래커가 절연층으로서 사용될 수 있다.
원칙적으로는, 뒷면에 전극을 갖는 막이 사용될 수도 있다.
측방향으로 배열된 전극은, 바람직하게는 공기가 포함된 부분이 없이, 절연층에 의해 매우 잘 피복되어야 하는데, 왜냐하면 가청주파수 교류 전압 또는 바이어스 전압은 전극의 우수한 절연성의 균일한 절연 피복을 필요로 하기 때문이다.
중심 전극
부유 전극 또는 접지 전극으로서 구현될 수 있고 두 개의 측방향으로 이격된 전극들 상에 배열된 중심 전극은 층의 형태로서 구현되는데, 이러한 층은 전기 전도성으로서 구현된다.
중심 전극은 접지되거나 접지되지 않을 수 있다. 안전성을 이유로, 중심 전극은 접지 전극으로서 구현되는 것이 바람직하다.
중심 전극의 단위 면적당 전도도는 음향-방출 요소에 따라 다르며, 소형 요소의 경우 2,000 ohms/square 보다 클 수 있고, 대형 요소의 경우 500 ohms/square 보다 작을 수 있다. 표면 전도도는 바람직하게는 2,000 ohms/square 미만, 특히 1,000 ohms/square 미만이다.
중심 전극의 전기 전도도를 다양한 방식으로 수득할 수 있다. 따라서, 예를 들면, 진공 코팅 등을 사용하여 전기 전도성 층을 적합한 막 물질에 제공할 수 있다. 그러나, 압연 기술 또는 전기도금 기술을 사용하여 중심 전극을 제조할 수도 있다. 또다르게는, 전기 전도성 인쇄 패이스트를 사용하여 인쇄 기술을 통해 중심 전극을 제조할 수도 있다. 이 경우에 인쇄 패이스트는 금속 및/또는 기타 전기 전도성 충전재와 혼합된 패이스트를 기재로 할 수 있다. 이 경우에 은 패이스트, 구리 패이스트, CNT-함유 패이스트(CNT = 탄소 나노 튜브), 본질적으로 전기 전도성인 중합체, 본질적으로 전도성인 중합체를 함유하는 패이스트, 또는 둘 이상의 상기 인쇄 패이스트들의 조합을 기재로 하는 패이스트가 바람직하다. 전기 전도성 층을 위한 추가의 도포 방법은 예를 들면 소위 스퍼터링 방법, 스크린-인쇄 방법, 잉크젯 방법 또는 요판 인쇄 방법이다.
전기 전도성 물질(예를 들면 전기 전도성 중합체)로부터 제조된 막 물질을 사용할 수도 있다. 이러한 전도성 중합체는 추가로 하기에 기술된다.
바람직한 전도성 중합체는 전도성 폴리티오펜, 특히 전도성 폴리알킬렌-디옥시티오펜이다. 제조 방법은 예를 들면 DE 41 18 704 및 EP 0 339 340에 기술되어 있다. 바람직한 전도성 중합체는 3,4-폴리에틸렌-디옥시티오펜이다. 적합한 상업적인 제품은 0.5 중량％의 3,4-폴리에틸렌-디옥시티오펜(PEDOT) 및 0.8 중량％의 폴리스티렌 술포네이트(PSS)를 갖는 수성 분산액인, 에이치 씨 스탁(H.C.Starck)의 클레비오스(Clevios, 등록상표) P이다. 추가의 바람직한 본질적으로 전도성인 중합체는 전도성 폴리아닐린, 예를 들면 베르시콘(Versicon, 등록상표)(얼라이드 시그널(Allied Signal)), 2 내지 4 S/㎝의 전도도를 갖는 폴리아닐린 또는 오르메콘(Ormecon, 등록상표)(지펄링 케슬러 앤드 캄파니(Zipperling Kessler & Co.))이다.
은, 기타 금속, 탄소, 나노입자, 전도성 중합체 및/또는 기타 전기 전도성 물질을 함유하는 인쇄 패이스트는 상업적으로 입수가능하고, 해당 분야의 숙련자에게 공지되어 있다. 따라서, 예를 들면, 아그파 게바에르트 게엠베하(Agfa Gevaert GmbH)의 패이스트, 특히 EL-P3000 시리즈, EL-P4000 시리즈, EL-P5000 시리즈 및 EL-P6000 시리즈, 오르메콘의 L5000, L5001, L5002, L5003, L5004, L5005, L5006, L5007 또는 6510-108-005 패이스트, 또는 은, 기타 금속, 탄소 또는 기타 전기 전도성 물질이 충전된 패이스트, 예를 들면 듀폰 드 네모아즈 앤드 캄파니(DuPont de Nemours and Company)의 룩스프린트(Luxprint) 8144, 7152, 7162, 9145, 7102, 7105, 5000 또는 7164, 애치슨 인더스트리즈 리미티드(Acheson Industries Ltd.)의 일렉트로다그(Electrodag) 패이스트, 예를 들면 일렉트로다그 PF-410, 725A, 418 SS, PF-407C 또는 965 SS, 또는 오메르콘 게엠베하의 L5000, L5001, L5002, L5003, L5004, L5005, L5006, L5007, L5008W 또는 6510-108-005라는 상표를 갖는 패이스트, 및 파니폴 오와이(Panipol OY)의 전도성 코팅 시스템 또는 인쇄 잉크 시스템이 사용될 수 있다.
전기 전도성 코팅의 제조를 위해 미리 배합된 상업적으로 입수가능한 패이스트 외에도, 본 발명에 따르는 패이스트는 사용자에 의해 직접 배합될 수도 있다. 전기 전도성 코팅의 제조를 위한 인쇄 패이스트의 배합을 위해, 각각의 경우에 패이스트의 총 중량에 대해, 10 내지 90 중량％, 바람직하게는 20 내지 70 중량％, 특히 바람직하게는 30 내지 60 중량％의 클레비오스 P, 클레비오스 PH, 클레비오스 P AG, 클레비오스 P HCV4, 클레비오스 P HS, 클레비오스 PH, 클레비오스 PH 500, 클레비오스 PH 510 또는 이것들의 임의의 혼합물이 본 발명에 따라 바람직하게 사용된다. 디메틸 술폭사이드(DMSO), N,N-디메틸 포름아미드, N,N-디메틸아세트아미드, 에틸렌 글리콜, 글리세린, 소르비톨, 메탄올, 에탄올, 이소프로판올, n-프로판올, 아세톤, 메틸 에틸 케톤, 디메틸아미노에탄올, 물, 또는 둘 또는 셋 또는 그 이상의 상기 용매들의 혼합물이 용매로서 사용될 수 있다. 패이스트 내 용매의 양은 넓은 범위 내에서 다양할 수 있다. 따라서, 55 내지 80 중량％의 용매가 본 발명에 따르는 스크린-인쇄 패이스트의 배합물 내에 함유될 수 있는 반면에, 약 35 내지 80 중량％의 둘 이상의 용매들의 용매 혼합물이 본 발명에 따르는 또다른 배합물에서 사용될 수 있다. 더욱이, 실퀘스트(Silquest) A 187, 네오 레즈(Neo Rez) R986, 디놀(Dynol) 604 및/또는 둘 이상의 이러한 물질들의 혼합물이 계면 첨가제 및 접착 활성화제로서 포함될 수 있다. 이러한 물질의 양은 스크린-인쇄 패이스트의 총 중량에 대해 바람직하게는 0.3 내지 2.5 중량％이다.
더욱이, 결합제가, 바람직하게는 수성 유화액으로서 패이스트에 첨가될 수 있다. 따라서, 예를 들면, 랑세스(Lanxess)의 베이덤(Bayderm) UD-85, 또는 바이엘 머터리얼 사이언스(Bayer Material Science)의 폴리우레탄의 수성 현탁액, 예를 들면 베이히드롤(Bayhydrol) 850 W, 베이히드롤 A 145, 베이히드롤 A 242, 베이히드롤 B 130, 베이히드롤 D 155, 베이히드롤 D 270, 베이히드롤 D 356, 베이히드롤 F 245, 베이히드롤 FT 145, 베이히드롤 PR 135, 베이히드롤 P 240, 베이히드롤 P340/1, 베이히드롤 PR 241, 베이히드롤 PT 355, 베이히드롤 PT 475 및 베이히드롤 UV 2282, 또는 디 에스 엠 네오레진스 비 브이(DSM NeoResins B.V.)의 네오 레즈 수성 우레탄 분산액, 또는 둘 이상의 상기 결합제들의 혼합물이 사용될 수 있다. 이러한 결합제는 바람직하게는 약 0.5 내지 30 중량％, 바람직하게는 3 내지 20 중량％의 양으로 사용된다.
부분적으로 투명한 전극의 제조에 특히 바람직한 인쇄 패이스트의 배합물은, 본 발명에 따르면, 하기 성분들을 포함한다:
물질 함량/중량％ 함량/중량％ 함량/중량％
클레비오스 P HS (에이치 씨 스탁) 30.3 41.2 49.8
실퀘스트 A187 (오시 스페셜티즈(OSi Specialties)) 1.0 1.0 1.0
N-메틸-피롤리돈 15.2 10.0 10.2
디에틸렌 글리콜 29.5 25.7 22.0
프로글리드/DMM 19.0 17.4 12.0
UD-85(랑세스) 5.0 4.7 5.0
이러한 전극 물질을 상응하는 기판에 도포한 후에, 이어서 이것을 예를 들면 80 내지 120 ℃의 온도에서 건조시킨다.
더욱이, 산화인듐주석(ITO)을 상응하는 기판에 도포하여 상응하는 전극을 구현할 수 있다. 더욱이, ATO-기재의 전기 전도성 물질의 층을 도포할 수 있다. 이 경우에 ATO는 산화주석안티몬이다.
CNT-함유 인쇄 패이스트가 사용되는 경우, 이러한 패이스트는 나노-구조를 갖는 입자를 함유한다. 본 발명의 문맥에서, "나노-구조를 갖는 입자"라는 용어는, 단일벽 탄소 나노튜브(SWCNT), 다중벽 탄소 나노튜브(MWCNT), 나노호른, 나노디스크, 나노콘(즉 원뿔형 외피를 갖는 구조물), 금속성 나노와이어 및 상기에서 언급된 입자들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 나노-규모의 물질 구조물인 것으로 이해된다. 탄소-기재의 나노 구조를 갖는 상응하는 입자는 예를 들면 탄소 나노튜브(단일벽 또는 다중벽을 가짐), 탄소 나노섬유(헤링본, 판상, 스크류 형) 등으로 이루어질 수 있다. 국제적으로, 탄소 나노튜브는 "carbon nanotubes"(단일벽 및 다중벽을 가짐)라는 영어 용어로서 지칭되고 탄소 나노섬유는 "carbon nanofibres"(헤링본, 판상, 스크류 형)라는 영어 용어로서 지칭된다.
금속성 나노와이어와 관련해서는, 개시된 나노와이어와 관련한 내용이 본 발명에 참고로 포함되는 WO 2007/022226 A2를 참고하도록 한다. 우수한 전기 전도도를 갖고 매우 투명한, WO 2007/022226 A2에 기술된 은 나노와이어가 본 발명에서 특히 적합하다.
나노-구조를 갖는 입자를 사용함으로써, 이러한 방식으로 전기 전도도를 적합하게 디자인할 수 있고, 이러한 방식으로 전도층 내에서의 실금균열(hairline crack) 형성에 대한 비-민감성 및 유연성, 즉 적합한 탄성(물질의 특징적인 값인 탄성 모듈러스에 의해 특징지워짐)을 개선할 수 있다.
중심 전극이 금속으로부터 형성되는 경우, 본 발명의 바람직한 실시양태에서는, 알루미늄이 전기 전도성 층을 위해 사용된다. 알루미늄은 막 음향 변환기의 진동을 간섭하지 않으면서도 이와 동시에 막 물질 상에 쉽게 증착될 수 있는 가벼운 금속이다.
예를 들면 알루미늄과 같은 금속이 도포된 막 물질이 사용되는 경우, 이러한 막 물질은 예를 들면 열가소성 물질로 이루어질 수 있다. 상응하는 중합체 막이, 특히 막 음향 변환기의 그래픽 디자인이 제공되는 경우에, 사용될 수도 있다. 이 경우에, 그래픽 디자인은 중합체 막 상에 제공될 수 있다. 이 경우에, 중합체 막의 그래픽 디자인은 막의 한쪽 면 상에, 또는 또다르게는 막의 양쪽 면 상에서 수행될 수 있다. 그래픽 디자인은 예를 들면 스크린-인쇄 또는 잉크젯에 의해 수행될 수 있다. 막의 스탬핑도 가능하다.
본 발명의 바람직한 실시양태에서, 막의 열가소성 물질은 폴리카르보네이트(PC), 배향된 폴리프로필렌(OPP), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌 고무(ABS), 폴리비닐 플루오라이드(PVF), 폴리메틸 메틸아크릴레이트(PMMA), 폴리에틸렌(PE), 이축 배향된 폴리프로필렌(BOP) 및 폴리이미드(PI)로 이루어진 군에서 선택된다. 가능하게는 금속 코팅, 예를 들면 알루미늄 코팅과 조합된, 폴리프로필렌 및 폴리카르보네이트로 만들어진 막이 특히 바람직하다. 전기 전도성 층이 추가로 상응하는 막 물질 상에 결합될 수 있다.
접착제에 대한 필요요건은, 접착 파트너의 우수하고 내구적인 결합과 함께 가능한 한 얇은 도포로 이루어진다. 원칙적으로는, 이 경우에, 용매-함유 접착제 시스템, 2-성분 접착제 시스템 및 반응성 또는 부분 반응성 접착제 시스템 또는 핫-멜트 접착제 시스템이 사용될 수 있다.
중심 전극의 추가의 실시양태에서, 후자는 진공 기술, 스퍼터링 기술 또는 증착 기술에 의해 제조될 수 있고, 특히, 전기도금에 의해 압연 또는 형성된, 알루미늄-기재의, 또는 얇은 알루미늄 층 또는 알루미늄 막이 사용될 수 있다.
운반체 물질, 바람직하게는 중합체 막이, 만약에 운반체 물질 그 자체가 이미 전기 전도성이도록 디자인된 경우에는 코팅되지 않고서, 중심 전극을 위해 사용될 수 있다.
본질적으로 전도성인 중합체는 통상적으로 에틸렌성으로 불포화되고 공액화됨으로써, 중합체 분자 내에서의 전하 수송을 쉽게 할 수 있다. 이러한 중합체는 유기 금속이라고도 지칭된다. 이것은 10-5 지멘스/㎝ 이상, 바람직하게는 10-2 지멘스/㎝ 이상, 특히 바람직하게는 1 지멘스/㎝ 이상의 전도도를 갖는다. 적합한 본질적으로 전도성인 중합체는 예를 들면 폴리아닐린, 폴리아니시딘, 폴리디페닐아민, 폴리아세틸렌, 폴리티오펜, 폴리티오프렌, 폴리티에닐렌비닐렌, 비티오펜, 폴리피롤 및 폴리크로코나인 및 이것들의 유도체를 기재로 하는 중합체 중에서 선택된다. 이러한 중합체는 흔히 도핑에 의해 전기 전도성으로 된다. 이는 화학적으로 또는 전기화학적으로 수행될 수 있다. 요오드, 과산화나트륨 이황산염 또는 브롬 또는 강산과 같은 산화 수단으로써의 처리를 통해, 적합한 중합체는 부분적으로 산화되어 전기 전도성으로 된다. 또다른 중합체는 환원 수단에 의해 부분 환원됨으로써 전기 전도성으로 될 수 있다. 이러한 방법은 일반적으로 공지되어 있다. 본질적으로 전도성인 폴리아닐린 및 폴리피롤의 제조는 예를 들면 EP 0 539 123에 기술되어 있다. 적합한 중합체는 예를 들면 폴리라디칼 양이온이다.
배합물의 증가된 안정성을 위해서, 폴리라디칼 양이온이 중합체성 음이온성 화합물(폴리음이온)과 조합으로 사용되고, 이러한 조성물이 폴리음이온에 대해 경쟁하여 침전을 형성하는 상대-이온을 갖는 추가의 양이온성 물질을 함유하지 않을 것이 권유된다.
중심 전극이 도포되어 있는 운반체 물질 또는 중심 전극으로서 작용하는 운반체 물질, 바람직하게는 중합체 막은 바람직하게는 5 내지 500 ㎛, 특히 바람직하게는 10 내지 200 ㎛, 특히 15 내지 100 ㎛의 두께를 갖는다.
추가의 실시양태에서, 중심 전극은 전체적으로 셋 이상의 층으로 이루어질 수 있는데, 이것들 중 하나 이상의 층은 전기 전도성으로 구현될 수 있다.
중심 전극은 접지되거나 접지되지 않을 수 있다.
둘 이상의 측방향으로 이격된 전극들과 중심 전극 사이의 층: 중간 층
본 발명에 따르는 정전형 막 음향 변환기는 바람직하게는 둘 이상의 측방향으로 이격된 평탄 전극들과 중심 전극 사이에 하나 이상의 추가의 층을 갖는다. 이러한 층은 전기 부도성이도록 구현된다(절연층). 이러한 층은 공기일 수도 있다.
중요한 것은, 이러한 층이, 측방향으로 배열된 전극들과 중심 전극 사이에 어떠한 전기적 접촉도 일어나지 않게 구현되느냐이다.
층의 첫번째 디자인에서는, 본 발명에 따르는 정전형 막 음향 변환기는 공기에 투과성이도록 구현된 층을 갖는다.
층의 두번째 디자인에서는, 본 발명에 따르는 정전형 막 음향 변환기는 탄성적으로 압축가능한 층을 갖는다.
층의 세번째 디자인에서는, 본 발명에 따르는 정전형 막 음향 변환기는 비극성과 극성을 갖는 층, 즉 일렉트레트(electret) 특성을 갖는 층을 갖는다. 본 발명의 문맥에서, 일렉트레트란 준영구적으로 저장된 전하 및/또는 준영구적으로 배향된 전기쌍극자를 함유하여 결과적으로 주위에 또는 내부에 준-영구적 장을 형성하는 전기적 절연 물질인 것으로 이해된다.
네번째 디자인에서는, 첫번째 내지 세번째 디자인에서 이미 언급된 양태들이 임의로 조합된다.
전술되고 바람직하게는 존재하는 층들의 특성에 상관없이, 이러한 층은 바람직하게는 발포체 층, 부직물 또는 탄성 스크린-인쇄 형성물, 스크린-인쇄층으로서 구현되는데, 층의 상기에서 언급된 바람직한 특성은 적합한 물질의 선택을 통해 달성된다. 예를 들면, 따라서 이러한 전기 부도성 층은 탄성 발포체로서 구현될 수 있다. 비록 음향 개선에 필요한 압력 균등화와 관련해서는 연속기포형 발포체가 보다 유리하기는 하지만, 원칙적으로는, 독립기포형 발포체와 연속기포형 발포체 둘 다가 이 경우에 사용될 수 있다.
더욱이, 부도성 중간 층은 충전재 없이 개별 섬유로부터 제조된 탄성 직물, 소위 부직물로서 구현될 수도 있다. 이 경우에, 이러한 부직물은 바람직하게는 종이가 아니라는 것을 주목해야 하는데, 왜냐하면 종이는 다량의 비-탄성 충전재를 가지므로 적합하지 않기 때문이다.
본 발명에 따르는 정전형 막 음향 변환기 내의 층은 20 ㎛ 내지 10 ㎜, 특히 바람직하게는 30 ㎛ 내지 200 ㎛의 두께를 가질 수 있다.
예를 들면 스크린-인쇄 방법을 사용하여 전기 절연 코팅을 형성하게 할 수 있는 상업적으로 입수가능한 패이스트 뿐만 아니라, 사용자에 의해 직접 배합되는 패이스트가 층의 세번째 디자인을 위한 절연층(일렉트레트 특성을 갖는 층)을 제조하는데 사용될 수 있다. 이러한 패이스트는 결합제 및 하나 이상의 유기 또는 무기 충전재를 함유한다. 또한, 이러한 패이스트는 하나 이상의 용매 및 하나 이상의 임의적 첨가제를 가질 수 있다. 이 경우에는 본 발명의 의미 내에서는 특히 높은 유전상수를 갖는 물질을 구성성분으로 하는 패이스트가 특히 적합하다. 높은 유전상수는 예를 들면 무기 충전재 및/또는 적합한 결합제의 선택을 통해 달성될 수 있다. 가능한 무기 충전재는 그 자체가 높은 유전상수를 갖는 것이다. BaTiO3, SrTiO3, KNbO3, PbTiO3, LaTaO3, LiNbO3, GeTe, Mg2TiO4, Bi2(TiO3)3, NiTiO3, CaTiO3, ZnTiO3, Zn2TiO4, BaSnO3, Bi(SnO3)3, CaSnO3, PbSnO3, MgSnO3, SrSnO3, ZnSnO3, BaZrO3, CaZrO3, PbZrO3, MgZrO3, SrZrO3, ZnZrO3 및 TiO2 또는 이러한 둘 이상의 충전재들의 혼합물이 사용될 수 있다. 바람직하게는 5 내지 80 중량％, 바람직하게는 10 내지 75 중량％, 특히 바람직하게는 40 내지 70 중량％의 충전량의, BaTiO3 또는 PbZrO3 또는 이것들의 혼합물이 본 발명에 따라 바람직하다. 높은 유전상수를 갖는 결합제는, 예를 들면 미리 배합된 결합제로서, 신에쓰(Shin Etsu)의 시아노레진(Cyanoresin) 또는 듀폰에 의해 공급되는 PVDF이다. 예를 들면, 듀폰의 8153, 3571, 5017A, 5018, 5036 패이스트가 본 발명에 따르는 절연층을 제조하는데 사용될 수 있다. 추가의 상업적으로 입수가능한 시스템은 애치슨의 일렉토로다그 452 SS 및 일렉트로다그 PF-455이다.
본 발명에 따르는 절연층을 제조하기 위한 인쇄 패이스트의 배합을 위해서, 1-성분 폴리우레탄 시스템, 또는 바람직하게는 2-성분 폴리우레탄 시스템, 예를 들면 로디아(Rhodia), 데구사(Degussa)(베스타나트(Vestanat, 예를 들면 베스타나트 T 및 B), 사피시(Sapici), 베나세도(Benasedo), 신쎄시아(Synthesia), 박센덴(Baxenden), 다우(Dow)(등록상표, 예를 들면 보라스타(Vorastar)), 애치슨, 아이씨아이(ICI), 하우즈만(Hausman) 및 시바(CIBA)에 의해 제조된 것이 결합제로서 사용될 수 있다. 결합제 시스템을 위한 원료로서는, 바이엘 머터리얼 사이언스 아게의 폴리에테르 폴리올 또는 폴리에스테르 폴리올 뿐만 아니라, 방향족 및 지방족 디이소시아네이트, 바람직하게는 데스모두어(Desmodur) 및 데스모펜(Desmophen)이 사용될 수 있다. 예를 들면, 에틸 아세테이트, 부틸 아세테이트, 1-메톡시프로필 아세테이트-2, 에톡시프로필 아세테이트, 톨루엔, 자일렌, 솔베소(Solvesso) 100, 셀솔(Shellsol) A 또는 이러한 둘 이상의 용매들의 혼합물이 용매로서 사용될 수 있다. 추가로, 특성을 개선하기 위해 평활제 및 레올로지 첨가제와 같은 첨가제가 첨가될 수 있다. 레올로지 첨가제는 패이스트 내 충전재의 침강 거동을 감소시킨다. 이러한 레올로지 첨가제, 예를 들면 BYK 또는 엘레멘티스(Elementis)는 해당 분야의 숙련자에게 공지되어 있다. 사용될 수 있는 평활제는 예를 들면 사이텍 인더스트리즈 인코포레이티드(Cytec Industries Inc.)의 첨가제, 예를 들면 모다플로우 레진(Modaflow Resin) 또는 아디톨(Additol) VXL 4930, 또는 용매와 혼합된 첨가제, 바람직하게는 부톡실 중의 40 내지 60 ％의 아디톨 XL 480 또는 아디톨 XL 490이다.
절연층은 바람직하게는 5 초과, 바람직하게는 20 초과, 특히 바람직하게는 50 초과, 매우 특히 바람직하게는 70 초과의 유전상수를 갖는다.
본 발명에 따르는 절연층의 제조를 위한 인쇄 패이스트로서 바람직한 패이스트는 예를 들면 하기 성분들을 함유한다:
물질 함량/중량％ 함량/중량％ 함량/중량％
BaTiO3 51.7 60.8 69.0
데스모펜 1800(BMS) 26.2 20.4 14.0
데스모두어 L67 MPA/X(BMS) 15.8 10.3 7.0
에톡시프로필 아세테이트 6.0 0 0
1-메톡시-2-프로필아세테이트 0 8.3 9.6
아디톨 XL480(부톡실 중 50 ％) 0.3 0.2 0.4
본 발명에 따르면, 스크린-인쇄 방법 및 전술된 패이스트를 사용하여 제조된 층은 5 내지 50 ㎛, 바람직하게는 8 내지 40 ㎛의 층 두께를 갖는다.
기판
바람직한 실시양태에서, 본 발명에 따르는 정전형 막 음향 변환기(1)는 기판 상에 배열된다. 이 경우에 기판은 다양한 방법에 의해 형성될 수 있다.
기판은 바람직하게는, 정전형 막 음향 변환기에 의해 생성된 음향과 관련해서 적합한 질량 또는 관성을 갖도록 구현된다. 첫번째 실시양태에서, 기판은 가능한 벽 요소, 바닥 요소 또는 천장 요소에 접착 고정되는 벽지형 요소의 형태를 가질 수 있다.
예를 들면, 단순한 실제 구현에 따르면, 이러한 정전형 막 확성기는 벽 요소에 고정, 예를 들면 "벽지처럼 부착될 수 있다(wallpapered-on)". 이 경우에, 수 미터, 100 m까지 또는 그 이상에 걸친 배향된 음향 방출은, 약 1 내지 5 ㎜, 특히 4 ㎜ 미만의 매우 얇은 층 구조 및 0.5 × 0.5 m의 범위의 치수를 갖는, 이러한 기본적 구현에서 이미 달성된다.
이러한 실시양태에서, 기판이 벽 요소, 바닥 요소 또는 천장 요소에 고정되어야 한다면, 기판 그 자체가 특정한 고유의 강성을 반드시 가질 필요는 없다. 기판이 적합한 고유의 강성을 가지지 않는다면, 기판이 고정되는 벽 요소, 바닥 요소 또는 천장 요소의 질량은 역시, 벽 요소, 바닥 요소 또는 천장 요소와 조합된 기판이 음향과 관련해서 충분한 관성을 갖는 정도여야 한다. 이로써 최적의 음향 방사가 가능하게 된다.
또다르게는, 추가의 디자인에서, 기판 그 자체는 본질적으로 강성이거나 질량-관성인 요소로서 구현될 수 있다. 이러한 경우에서, 정전형 막 음향 변환기는 임의의 위치, 예를 들면 실내, 또는 공터에 장착될 수 있다. 이 경우에, 본질적으로 강성인 기판은, 상응하게 결합된 정전형 막 음향 변환기와 함께, 기타 벽 요소, 바닥 요소 또는 천장 요소에, 예를 들면 접착제, 스크류, 클램핑 또는 플러그-인 고정 장치와 같은 고정 장치에 의해 탈착식으로 또는 비-탈착식으로 고정될 수 있다. 이 경우에서 본 발명에 따라 제공된 기판 그 자체가 본질적으로 강성이도록 구현된다면, 기판이 고정되어 있는 요소들은 음향과 관련해서 특정한 관성을 가질 필요가 없다.
한 실시양태에서, 기판은 막 음향 변환기의 모든 다른 층들의 단위 면적 당 중량의 10 배 이상, 바람직하게는 100 배 이상에 상응하는 단위 면적 당 중량을 갖는 것이 바람직하다.
본 발명의 추가의 실시양태에서, 기판은 음향이 표적화된 방식으로 방사되도록 3차원적으로 구현된다. 이 경우에, 본 발명에 따르는 막 음향 변환기의 표적화된 배향을 갖는 배열이 역시 유리하다.
본 발명의 추가의 실시양태에서, 본 발명에 따라 제공된 기판은 프레임 내에 클램핑되게 구현될 수 있다. 기판의 두께에 따라서, 이 경우에 한쪽 면 음향 방사와 양쪽 면 음향 방사 둘 다가 가능하며, 특히 전술된 실시양태 I의 경우에, 양쪽 면 음향 방사의 경우, 본 발명에 따르는 두 개의 막 음향 변환기들은 뒷면끼리 맞대어지도록(back-to-back) 배열될 수 있고, 이어서 이러한 배열은 각각의 기판, 즉 둘 이상의 기판, 또는 하나의 공통 기판을 가질 수 있다. 이 경우에 뒷면이라는 용어는 이 경우에 실질적으로 음향을 방출하지 않는 표면, 즉 막 음향 변환기의 기판 면인 것으로 이해된다.
본 발명에 따르는 정전형 막 음향 변환기는 열활성화 고정에 의해 고정되는 외에도, 저온 접착 시스템 또는 액체 접착제 또는 기계적 고정 또는 초음파 또는 마찰 용접에 의해서도 프레임에 동일하게 잘 고정될 수 있다.
본 발명의 추가의 실시양태에서는, 음향 활성적인 확성기 표면(전기 전도성 음향-방출 막)이 클램핑된 프레임인 기판이 제공된다. 이러한 변형양태는 예를 들면 음향을 대형 빌딩 또는 개방된 공간에 방출할 수 있게 한다. 여기서 프레임을 구성하는 기판은 보호 전극의 방식으로 구현된다.
또다르게는, 또는 이러한 보호 전극 외에도, 위험한 상황에서 단락시키거나 고-전압 공급원을 끄는 전자회로를 제공할 수도 있다. 감지될 수 있는 위험 상황은, 예를 들면 음향 전위와 바이어스 전위 사이에서의 단락을 가리키는, 고-전압 공급원에서 비정상적으로 높은 전류 또는 갑작스러운 전압 강하이다.
또한, 막 확성기 내에 퍼져 있는 고-전압 전위에 대해 추가로 보호 효과를 갖는 추가의 외부의 부도성 절연층을 도포할 수 있다. 이러한 절연층을, 예를 들면 절연 래커의 형태로 도포할 수 있거나, 부도성 플라스틱 막을 추가의 절연층으로서 사용할 수 있는데, 이러한 플라스틱 막은 막 확성기의 최외부 층으로서 도포된다. 그러나, 본 발명에 따르면, 이러한 절연층을 인쇄 기술, 특히 요판 인쇄 및/또는 스크린-인쇄 및/또는 그라비어 기술 및/또는 분무 기술 및/또는 디스펜서 기술 및/또는 잉크젯 방법을 사용하여 제조할 수도 있다. 바람직하게는, 이러한 층을 스크린-인쇄를 통해 제조한다.
본 발명에 따르는 정전형 막 음향 변환기를 3차원적으로 변형시킬 수 있다. 종래 기술에 따라, EP 0 371 425 B1(딥 드로잉된 플라스틱 성형 부품의 제조 방법)에 상세하게 기술된, 저온 드로잉가능한 막, 예를 들면 바이엘 아게(Bayer AG)의 베이폴(Bayfol, 등록상표) CR(PC/PBT 막) 또는 마크로폴(Makrofol, 등록상표) DE의 상표를 갖는 막의 사용을 필요로 하는 등방압고압성형법(HDVF)를 사용하여, 수초의 매우 짧은 클럭 사이클(clock cycle)을 갖는 그래픽 디자인된 플라스틱 막의 정밀한 3차원적 변형을 수행할 수 있다. Tg(Tg = 유리전이온도) 미만에서 변형가능한 열가소성 막 외에도, 적합하게 변형가능한 스크린-인쇄 잉크, 예를 들면 아쿠아프레스(Aquapress, 등록상표) 또는 노리판(Noriphan, 등록상표)이라는 상표를 갖는 바바리아 바이쎈부르크 D-91781 소재의 프뢸 카게(Proell KG)의 잉크가 의장성 제품의 달성에 바람직하다. 따라서 본 발명에 따르는 정전형 막 음향 변환기는 3차원적으로 변형가능할 수 있고, 만곡의 반경은 2 ㎜ 미만, 바람직하게는 1 ㎜ 미만일 수 있다. 이 경우에 변형 각도는 60°초과, 바람직하게는 75°초과, 특히 바람직하게는 90°초과, 특히 105°초과일 수 있다.
시스템
본 발명의 추가의 특허대상은 전술된 바와 같은 둘 이상의 정전형 막 음향 변환기를 포함하는 시스템이다.
이러한 경우에, 둘 이상의 정전형 막 음향 변환기들은, 음향 방사가 실질적으로 평행하게 일어나도록 배열될 수 있다. 또한, 음향 방사는 실질적으로 평행하지 않게 일어날 수도 있다. 특히 막 음향 변환기는, 음향 방사가 정확히 반대 방향으로 일어나도록, 실질적으로 정확히 반대 방향으로 배열될 수 있다.
이 경우에, 시스템 내에서 사용되는 둘 이상의 정전형 막 음향 변환기에는 가청주파수 교류 전압 및/또는 바이어스 전압 또는 서로 상이하게 조정되는 둘 이상의 가청주파수 교류 전압 및/또는 바이어스 전압이 가해진다.
제조 방법
본 발명에 따르는 막 음향 변환기를, 해당 분야의 숙련자에게 그 자체로 공지된 방법 및 방법 단계를 사용하여 제조할 수 있다.
일반적으로, 두 개의 측방향으로 이격된 전극들이 도포된 기판을 사용한다. 전극의 고정을 다양한 방법으로 수행할 수 있다. 예를 들면 이러한 전극을 기판에 단단히 결합시키거나 또다른 방식으로 고착시킬 수 있다.
상기 전극과 이격된 중심 전극을 이러한 두 전극들로부터 일정 거리를 두고 고착시킨다. 고착을, 예를 들면 중심 전극이 클램핑된 프레임을 사용하여 수행할 수 있다. 전극들의 접속을 해당 분야의 숙련자에게 그 자체로 공지된 방식으로 수행한다.
그러나, 바람직하게는, 본 발명에 따르면, 평탄 전극, 중간 층(이것이 실시양태 II에서와 같이 기판로 이루어진 것이 아닌 경우), 및 부유 전극 또는 접지 전극으로서 구현될 수 있는 중심 전극을, 바람직하게는 인쇄 기술, 특히 요판 인쇄 및/또는 스크린-인쇄 및/또는 그라비어 기술 및/또는 분무 기술 및/또는 디스펜서 기술 및/또는 잉크젯 방법을 사용하여 제조한다. 특히 바람직하게는, 본 발명에 따르면, 층들을 스크린-인쇄를 이용하여 제조한다.
본 발명의 추가의 특허대상은, 표적화된 음향 방출, 및 반대 위상으로의 음향 방출에 있어서의 음향 감소를 목적으로, 빌딩, 육상 차량, 선박 또는 항공기에서, 활성 음향-방출 요소로서의, 전술된 바와 같은 정전형 막 음향 변환기, 또는 다수의 이러한 정전형 막 음향 변환기를 포함하는 상응하는 시스템의 용도이다.
본 발명은, 본 발명을 이해하기 위해 필요한 양태만이 제시된, 바람직한 예시적인 실시양태 및 도면을 참고로 하기에 보다 상세하게 기술된다.
특히:
도 1은 측방향으로 배열된 전극들의 직사각형 디자인을 보여준다.
도 2는 배열된 전극들의 원형 디자인을 보여준다.
도 3은 배열된 전극들의 나선형 디자인을 보여준다.
도 4는 대략 동일한 면적의 두 개의 대칭적으로 배열된 측방향 전극들(3, 4)의 예시적인 정전형 막 음향 변환기 요소(1)의 평면도를 보여준다.
도 5는 대략 동일한 면적의 두 개의 대칭적으로 배열된 측방향 전극들(3, 4)의 예시적인 정전형 막 음향 변환기(1)의 A-B 단면도를 보여준다.
대략 동일한 면적의 두 개의 대칭적으로 배열된 측방향 전극들(3, 4)을 갖는 예시적인 정전형 막 음향 변환기 요소(1)가 도 4에 평면도로 도시되어 있다.
이 경우에 기판(2)은 다양한 방법으로 형성될 수 있다. 벽지형 요소의 형태를 갖는 실시양태에서, 기판(2)은 본질적인 강성을 거의 필요로 하지 않고 가능한 한 평탄한 벽 요소, 바닥 요소 또는 천장 요소에 접착 고정될 수 있는데, 이러한 벽 요소, 바닥 요소 또는 천장 요소의 질량은 상응하는 크기를 가질 필요가 있고 이로써 음향에 대해 특정한 관성을 갖고 최적의 음향 방사를 가능하게 한다.
또다르게는, 기판(2) 그 자체는 본질적으로 강성이도록 또는 질량-관성 요소로서 구현될 수 있고, 이로써 공간 내에 자유롭게 배열될 수 있거나, 접착제, 스크류, 클램핑 또는 플러그-인 고정 장치 또는 종래 기술에 따르는 이러한 고정 기술에 의해 벽 요소, 바닥 요소 또는 천장 요소에 탈착식으로 또는 비-탈착식으로 고정될 수 있다.
본 발명의 추가의 실시양태에서, 기판(2)은 3차원적 성형에 의해 구현될 수 있고, 이로써 음향을 표적화 방식으로 방사시킬 수 있다.
추가의 실시양태에서, 기판(2)은, 이것이 프레임 내로 클램핑되고, 이로써 기판(2)의 구현된 두께에 따라, 한쪽 면 음향 방사가 달성되거나, 양쪽 면 구현의 경우에는 양쪽 면 음 방사가 달성될 수 있도록, 구현될 수 있다.
둘 이상의 평탄한 측방향으로 배열된 전극들(3, 4)이 기판(2) 상에 구현된다. 이러한 전극들(3, 4)의 제조는 연성 또는 경성 인쇄회로기판 기술의 분야에서 적용되는 방법에 따라 수행될 수 있거나, 이러한 제조를 위해 전도성 인쇄 패이스트가 인쇄 기술에 의해 사용될 수 있거나, 얇은 전도성 막 요소가 측방향으로 나란히 도포될 수 있다.
둘 이상의 측방향으로 배향된 전극들(3,4)의 기하학적 구현은 바람직하게는 적어도, 전극들(3,4)의 직선 간격이 중심 전극(7, 도 5)에 대한 절연 간격보다 실질적으로 더 크고, 실제 구현에서는 밀리미터 범위로 선택되는 반면에, 절연 간격은 수 10 내지 100 ㎛의 범위이도록, 수행되어야 한다. 대칭적인 동일 면적의 구현이 도 4에 도시되어 있다. 그러나, 동일하지 않은 면적의 비대칭적인 실시양태도 동일하게 가능하고, 전극은 직사각형 또는 원형 또는 나선형 또는 빗형 형태로서 구현될 수 있다(도 1 내지 3을 참고).
둘 이상의 측방향으로 배열된 평탄 전극들(3, 4)은 전기적 접속부(10)를 갖도록 구현된다.
접속부(10)를 포함하여, 전극(3, 4)은 절연층(5)에 의해 피복된다. 이러한 층(5)은 인쇄 기술 또는 그라비어 기술 또는 분무 기술 또는 디스펜서 기술에 의해 액체 형태로서 도포될 수 있거나, 박막의 형태로서 도포된다. 원칙적으로는, 뒷면에 전극(3, 4)을 갖는 막(5)이 사용될 수도 있다.
가장 단순한 실시양태에서, 부유 중심 전극(7)은 전극들(3, 4) 및 절연층(5) 을 갖는 기판(2) 상의 중간 층(6)(발포체층(6) 또는 부직물 요소(6) 또는 탄성 스크린-인쇄 형성물(6)) 상에 배열될 수 있다.
대략 동일한 면적의 두 개의 대칭적으로 배열된 측방향 전극들(3, 4)을 갖는 예시적인 정전형 막 음향 변환기 요소(1)의 A-B 도면이 도 5에 도시되어 있다.
이 경우에, 음향 방사(11)는 한 방향으로 수행된다. 그러나, 원칙적으로, 적합한 기판 구현화(2) 및 적합한 전극 디자인(3, 4) 및 적합한 층 선택(5, 6, 7, 8, 9)의 경우에, 음향 방사(11)는 180 도 반대 방향으로 수행될 수도 있는데, 이 경우에 기판은 바람직하게는 프레임 내로 클램핑되도록 구현된다.
이러한 예시적인 실시양태에서, 층들(7 및 8)(도 5)로 이루어진 막 요소(9)는 가장자리에서 기판 표면(2)에 연결된다. 이 경우에, 막 요소(9)에는 아크릴레이트 코팅이 내부에 제공될 수 있고, 이러한 코팅은 사용하기가 매우 쉬운 열활성 스탬핑 다이에 의해 구현될 수 있다. 그러나, 열활성화 고정 외에도, 저온 접착 시스템 또는 액체 접착제 또는 기계적 고정 또는 초음파 또는 마찰 용접도 동일하게 잘 사용될 수 있다. 다양한 층들 또는 막들(2, 3, 4, 5, 6, 7, 8)은 사출성형 도구 내로 삽입될 수도 있고, 적어도 프레임을 가질 수 있다. 또한, 열가소성 사출성형된 그릴이, 자동차 제조에서 확성기 피복 그릴 시스템으로부터 가장 잘 공지된 매우 다양한 디자인 실시양태로 구현될 수 있다. 상이한 열가소성 물질 및 특성을 갖는 이중 스크류 사출 기기가 이 경우에 사용될 수 있고, 삽입 사출 성형 기술이 사용될 수 있다. 이 경우에, 전기적 접속부는 매우 단순한 방식으로 동시에 통합될 수 있다.
도 5에서 A-B 단면도는 단지 예시적인 실시양태일 뿐이다. 원칙적으로는, 기판(2)의 가장자리와 원칙적으로는 평탄 요소들(2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9)이 압출 및 공압출 및 라미네이션 공정을 통해 층으로서 형성되거나 막으로부터 형성되거나 코팅된 막으로부터 형성되거나 다층 배열물로부터 형성될 수 있는 한, 측방향으로 배열된 전극(3, 4)도 채택될 수 있다.
외관, 디자인 및 기능상의 이유로, 막 음향 변환기는 그래픽 디자인되는 것이 적합할 수도 있다. 그러나, 추가의 막(도시되지 않음)이 막 음향 변환기 상에 도포될 수 있다. 이러한 추가의 막은 내부 및/또는 외부 상에 그래픽 디자인될 수 있지만, 이러한 막은, 막 요소(9) 처럼, 전도성 층을 가질 수 있고, 이러한 전도성 층은 지면에 연결될 수 있고, 이러한 방식으로 호일 요소(9)가 손상되는 경우 접촉에 대한 추가의 보호막으로서 사용될 수 있다.
도면부호 목록
1. 정전형 막 음향 변환기
2. 기판
3, 4. 측방향으로 배열된 전극
5. 절연층
6. 중간 층
7. 중심 전극
8. 중심 전극을 위한 운반체 물질
9. 층(7 및 8)으로 이루어진 막 요소
10. 전기적 접속부
11. 음향 방사

Claims (18)

  1. 둘 이상의 측방향으로 이격된 평탄 전극들(3, 4), 및 이러한 평탄 전극들(3, 4)에 전기적으로 접속되지 않고, 두 개의 측방향으로 이격된 전극들(3, 4) 상에 배열된 하나 이상의 평탄 중심 전극(7)을 포함하며, 상기 둘 이상의 측방향으로 배열된 평탄 전극들(3, 4)은 전기적으로 접촉(10)되어 있는 것을 특징으로 하는, 정전형 막 음향 변환기(1).
  2. 제1항에 있어서,
    - 바람직하게는 평탄 기판(2), 바람직하게는 중합체 막,
    - 둘 이상의 측방향으로 이격된 평탄 전극들(3, 4),
    - 하나 이상의 중간 층(6), 및
    - 중심 전극(7)
    의 성분들을 포함함을 특징으로 하는 정전형 막 음향 변환기(1).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    - 바람직하게는 평탄 기판(2), 바람직하게는 중합체 막이 있고,
    - 그 위에 둘 이상의 측방향으로 이격된 평탄 전극들(3, 4)이 있고,
    - 그 위에 하나 이상의 중간 층(6)이 있으며,
    - 그 위에 중심 전극(7)이 있는
    구조를 특징으로 하는 정전형 막 음향 변환기(1).
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    - 중간 층(6)으로서, 바람직하게는 평탄 기판(2), 바람직하게는 중합체 막이 있고,
    - 중간 층의 한쪽 면 상에 둘 이상의 측방향으로 이격된 평탄 전극들(3, 4)이 있으며,
    - 중간 층의 또다른 면 상에 중심 전극(7)이 있는
    구조를 특징으로 하는 정전형 막 음향 변환기(1).
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 가청주파수 교류 전압이 둘 이상의 측방향으로 이격된 전극들(3, 4)에 가해짐을 특징으로 하는 정전형 막 음향 변환기(1).
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 가청주파수 교류 전압 이외에 바이어스 전압이 가해짐을 특징으로 하는 정전형 막 음향 변환기(1).
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 추가의 층인 중간 층(6)이 둘 이상의 측방향으로 이격된 평탄 전극들(3, 4)과 중심 전극(7) 사이에 제공됨을 특징으로 하는 정전형 막 음향 변환기(1).
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 층(6)의 두께가 20 ㎛ 내지 10 ㎜임을 특징으로 하는 정전형 막 음향 변환기(1).
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 측방향으로 이격된 전극들(3, 4)이 배열되어 있는 기판(2)을 추가로 가짐을 특징으로 하는 정전형 막 음향 변환기(1).
  10. 두 개의 측방향으로 이격된 전극들(3, 4)을 기판 상에 배열하고, 이로부터 이격되도록 중심 전극(7)을 배열하는 것을 특징으로 하는, 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 정전형 막 음향 변환기(1)의 제조 방법.
  11. 둘 이상의 측방향으로 이격된 평탄 전극들(3, 4) 및 하나의 중심 전극(7)을, 인쇄 기술, 특히 요판 인쇄 및/또는 스크린-인쇄 및/또는 그라비어 기술 및/또는 분무 기술 및/또는 디스펜서 기술 및/또는 잉크젯 방법, 바람직하게는 스크린-인쇄에 의해 제조함을 특징으로 하는, 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 정전형 막 음향 변환기(1)의 제조 방법.
  12. 제10항에 있어서, 둘 이상의 측방향으로 이격된 평탄 전극들(3, 4) 및 하나의 중심 전극(7)을, 인쇄 기술, 특히 요판 인쇄 및/또는 스크린-인쇄 및/또는 그라 비어 기술 및/또는 분무 기술 및/또는 디스펜서 기술 및/또는 잉크젯 방법, 바람직하게는 스크린-인쇄에 의해 제조함을 특징으로 하는, 정전형 막 음향 변환기(1)의 제조 방법.
  13. 제11항에 있어서, 기판(2), 둘 이상의 측방향으로 이격된 평탄 전극들(3, 4) 및 하나의 중심 전극(7)을, 인쇄 기술, 특히 요판 인쇄 및/또는 스크린-인쇄 및/또는 그라비어 기술 및/또는 분무 기술 및/또는 디스펜서 기술 및/또는 잉크젯 방법, 바람직하게는 스크린-인쇄에 의해 제조함을 특징으로 하는, 정전형 막 음향 변환기(1)의 제조 방법.
  14. 제10항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 방법에 따라 수득할 수 있는 정전형 막 음향 변환기(1).
  15. 제1항 내지 제9항 및 제14항 중 어느 한 항에 따른 둘 이상의 정전형 막 음향 변환기(1)를 포함하는 시스템.
  16. 제15항에 있어서, 둘 이상의 정전형 막 음향 변환기(1)가, 음향 방사(11)가 실질적으로 평행하게 이루어지도록 배열됨을 특징으로 하는 시스템.
  17. 제15항에 있어서, 둘 이상의 정전형 막 음향 변환기(1)가, 음향 방사(11)가 실질적으로 평행하지 않게 이루어지도록 배열됨을 특징으로 하는 시스템.
  18. 표적화된 음향 방출, 및 반대 위상으로의 음향 방출에 있어서의 음향 감소를 목적으로 하는 빌딩, 육상 차량, 선박 또는 항공기내 활성 음향-방출 요소로서의, 제1항 내지 제9항 및 제14항 중 어느 한 항에 따른 정전형 막 음향 변환기(1) 및/또는 제15항 내지 제17항 중 어느 한 항에 따른 시스템의 용도.
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