KR20130127342A

KR20130127342A - 질량체를 가진 압전 스피커 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR20130127342A
Application number: KR1020120062662A
Authority: KR
Inventors: 김혜진; 양우석
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2012-05-14
Filing date: 2012-06-12
Publication date: 2013-11-22
Also published as: KR101630353B1

Abstract

본 발명은 압전 스피커의 음향 진동판의 상부 또는 상하부에 연성 재질의 질량체를 부착하여 압전 스피커의 주파수 응답특성을 균일하게 하여 음의 평탄도를 개선하는 질량체를 가진 압전 스피커 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 질량체를 가진 압전 스피커는, 압전층과, 상기 압전층의 상부 또는 상하부에 형성되어 상기 압전층에 전기신호를 인가하는 전극을 갖는 압전 소자; 상기 압전 소자 보다 면적이 넓고, 상기 압전 소자의 한면에 접착되는 음향진동판; 상기 음향 진동판의 측면을 둘러싸는 형태로 부착되는 프레임; 및 상기 압전 소자가 부착된 음향 진동판의 상부 또는 상하부에 부착되어 진동을 제어하는 질량체를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

질량체를 가진 압전 스피커 및 그 제조 방법{PIEZOELECTRIC SPEAKER HAVING WEIGHT AND METHOD OF PRODUCING THE SAME}

본 발명은 질량체를 가진 압전 스피커 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 압전 스피커의 음향 진동판의 상부 또는 상하부에 연성 재질의 질량체를 부착하여 압전 스피커의 주파수 응답특성을 균일하게 하여 음의 평탄도를 개선하는 질량체를 가진 압전 스피커 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

최근 휴대폰, 스마트폰 및 태블릿 PC 등의 휴대 단말기를 비롯하여 OLED TV 등의 초슬림화 추세에 따라, 기존의 자석 코일을 이용한 다이나믹 스피커(Dynamic Speaker)의 두께 한계를 극복할 수 있는 압전 스피커가 큰 주목을 받고 있다. 압전 스피커는 기존의 다이나믹 스피커에 비해 얇고 가벼우며 전력소모가 적은 장점이 있어 향후 기존의 다이나믹 스피커를 대체할 수 있는 미래형 스피커로 적극 탐색되고 있는 추세이다.

압전 스피커는 기존의 다이나믹 스피커와는 달리 자석 코일을 이용하지 않고 압전 박막 자체의 공진을 적극 이용하는 원리로 구동된다. 즉, 압전 박막에 교류 신호가 입력될 때 일어나는 압전 박막의 수축-팽창으로 인해 진동판에 변위가 발생하게 되고 주파수에 따른 모드-변위 특성을 따라 공기 중에 소밀파를 형성하여 음을 재생하는 원리로 구동되는 것이다. 따라서, 압전 스피커는 주파수 응답특성에 있어서 다수의 공진 모드를 포함하므로 픽-딥(peak-dip 또는 hump-hollow)이 발생하기 쉽다는 단점을 안고 있다. 즉, 상기와 같은 주파수 응답특성의 픽-딥 현상으로 인해 압전 스피커의 출력이 불안해지고, 음의 왜곡이 쉬우며 재생음의 음질이 저하되는 것이다.

상기의 압전 스피커의 음질 문제를 개선하기 위한 종래의 방법으로는 서로 다른 공진 주파수를 갖는 압전 소자를 진동판의 양면에 접합하는 방법(한국, 10-2010027915)과 진동 조정부를 압전 박막의 정중앙부에 두어 압전체의 질량을 높이는 방법(한국, 10-2000-0032846 및 미국, 12/023,496)등이 제시되어 있다. 그러나, 종래의 방법들은 공진주파수를 낮춤으로서 진폭을 조정하는 방법으로 주로 저음에서의 픽-딥을 개선하고자 한 방법들이다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 압전 스피커의 음향 진동판 상부 또는 상하부에 연성 재질의 질량체를 부착하여 주파수 응답 특성의 픽-딥 현상을 개선하고 균일한 음질을 갖는 압전 스피커 및 그 제작 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

이를 위하여, 본 발명의 제1 측면에 따르면, 본 발명에 따른 질량체를 가진 압전 스피커는, 한 층 이상의 압전층과, 상기 압전층의 상부 또는 상하부에 형성되어 상기 압전층에 전기신호를 인가하는 전극을 갖는 압전 소자; 상기 압전 소자 보다 면적이 넓고, 상기 압전 소자의 한면에 접착되는 음향진동판; 상기 음향 진동판의 측면을 둘러싸는 형태로 부착되는 프레임 및 상기 압전 소자가 부착된 음향 진동판의 상부 또는 상하부에 부착되어 진동을 제어하는 질량체를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이를 위하여, 본 발명의 제2 측면에 따르면, 본 발명에 따른 질량체를 가진 압전 스피커를 제조하는 방법은 음향 진동판 상에 압전 소자를 고탄성 댐핑 물질을 이용하여 접착하는 압전 소자 접착 단계; 상기 압전 소자가 접착된 음향 진동판의 상부에 연성 재질의 질량체를 음향 진동판의 장축 길이 방향으로 중앙을 따라 부착하는 상부 질량체 부착 단계; 상기 음향 진동판의 측면을 둘러싸는 형태로 프레임을 부착하는 프레임 부착 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 압전 스피커의 음향 진동판 상부 또는 하부에 연성 재질의 질량체를 부착함으로써, 압전 스피커의 공진 모드에서의 진폭을 제어할 수 있으며 이로 인해 주파수 응답특성에 있어서의 픽-딥 현상을 개선하고 음의 평탄도를 높여 음질을 향상시키는 효과가 있다.

또한, 압전 스피커 상부 또는 하부에 부착된 연성 재질의 질량체로 인해 압전층의 질량을 더하여 스피커의 초기 공진주파수를 낮출 수 있으며 이로 인해 주파수 대역이 넓어져 풍성한 출력을 재생할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래 압전 스피커의 단면도,
도 2 및 도 3은 각각 종래 압전 스피커의 주파수 응답 특성을 나타낸 그래프 및 딥(dip) 주파수에서의 (3,3) 모드 형상,
도 4 및 도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 압전 스피커의 단면도,
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 압전 스피커의 분해 사시도,
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 압전 스피커의 분해 사시도,
도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 압전 스피커의 단면도,
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 압전 스피커의 주파수 응답 특성을 나타낸 그래프,
도 10은 본 발명의 제4 실시예에 따른 압전 스피커의 단면도,
도 11은 본 발명의 제5 실시예에 따른 압전 스피커의 단면도,
도 12는 본 발명의 제4 실시예에 따른 압전 스피커에 복수의 음향홀을 구비한 보호캡과 인클로저로 패키징한 단면도,
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 질량체를 가진 압전 스피커의 제조 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시 예를 상세하게 설명한다. 본 발명의 구성 및 그에 따른 작용 효과는 이하의 상세한 설명을 통해 명확하게 이해될 것이다. 본 발명의 상세한 설명에 앞서, 동일한 구성요소에 대해서는 다른 도면 상에 표시되더라도 가능한 동일한 부호로 표시하며, 공지된 구성에 대해서는 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 구체적인 설명은 생략하기로 함에 유의한다.

도 1은 압전 스피커의 단면도이며, 도 2 및 도 3은 각각 종래 압전 스피커의 주파수 응답 특성 및 딥(dip) 주파수에서의 (3,3) 모드 형상을 나타낸다.

도 1을 참조하면, 압전 스피커는 스피커를 구동하는 압전층(102)과, 압전층의 상부 또는 상하부(상부와 하부)에 형성되는 전극(101, 103)을 포함하는 압전 소자(100)와, 압전 소자(100)와 부착되어 있는 음향 진동판(110)과, 압전 소자(100)와 음향 진동판(110)을 부착하는 고탄성 댐핑물질층(140)과, 음향 진동판(110)의 측면을 둘러싸는 형태의 프레임(120) 등을 포함한다.

이와 같은 압전 스피커는 압전층(102) 및 음향 진동판(110)의 공진 모드를 적극 이용하기 때문에, 도 2 및 도 3에서와 같이 주파수 응답 특성에 있어서 픽-딥(peak-dip)이 자주 발생하게 된다. 이러한 픽-딥 현상은 압전 스피커의 출력 특성을 불안하게 하고 음질을 저하시킨다.

본 발명은 압전 스피커의 이러한 픽-딥을 개선하고 출력 음압 편차를 좁혀 균일한 주파수 응답특성을 갖도록 하기 위하여 제안된 것이다.

도 2의 압전 스피커의 픽-딥은 각각 홀수 및 짝수 모드에 의한 것으로 실험적으로 분석되었으며, 특히 압전 스피커의 재생 주파수 대역에서의 가장 큰 딥이 (3,3)모드에서 발생되는 것을 확인하였다.

도 3을 참조하면, (3,3)모드에서 압전 스피커의 진동에 따른 변위가 음향 진동판(302)의 상부 또는 하부 방향으로 엇갈리며 분할 진동이 일어나는 것을 알 수 있다. 따라서, 음향 진동판(302)의 분할 진동에 있어서 뒤틀리는 음향 진동판(302)의 상부 및 하부에 지지대(301)를 더함으로써 음향 진동판에 강성을 더하여 변위를 제어함으로써 픽딥을 개선할 수 있다. 즉, 압전 스피커의 고차 모드에서의 뒤틀리는 음향 진동판(302)의 분할 진동을 연성 재질의 질량체를 부착하여 변위를 제어함으로써 픽-딥 현상을 개선한다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예 및 제2 실시예에 따른 질량체를 가진 압전 스피커는 한 층 이상의 압전층(402, 502)과, 상기 압전층(402, 502)의 상부 또는 상하부(상부와 하부)에 형성되어 상기 압전층(402, 502)에 전기신호를 인가하는 전극(401, 403, 501, 503)을 갖는 압전 소자(400, 500)와, 상기 압전 소자(400, 500) 보다 면적이 넓고, 상기 압전 소자(400, 500)의 한면에 접착되는 음향 진동판(410, 510)과, 압전 소자(400, 500)와 음향 진동판(410, 510)을 부착하는 고탄성 댐핑물질층(440, 540)과, 상기 음향 진동판(410, 510)의 측면을 둘러싸는 형태로 부착되는 프레임(420, 520)과, 음향 진동판(410, 510)과 프레임(420, 520)을 부착하는 고탄성 접착제(450, 550) 및 음향 진동판(410, 510)의 상부 또는 상하부에 부착되어 공진 모드의 진폭을 제어하는 질량체(460, 560) 등을 포함한다.

여기서, 압전층(402, 502)은 인가된 전기 신호에 대하여 진동으로 변환하고 이를 음향 진동판(410, 510)에 전달하여 공기 중에 소밀파를 형성하여 음향을 출력한다.

압전층(402, 502)은 후막 형태의 압전 세라믹에 대해 연마 공정을 수행한 단층 박막이거나, 코팅 또는 스크린 프린팅 등의 방법으로 압전 소재를 적층한 적층 압전 세라믹 등을 포함한다.

압전층(402, 502)은 PZT와 같은 다결정 세라믹뿐 아니라, PMN-PT, PZN-PT, PIN-PT, PYN-PT 등의 단결정 압전 소재, PVDF, PVDF-TrFE 등의 유연 압전 폴리머 소재, BNT (BaNiTiO3), BZT-BCT 등의 무연 압전 신소재 등을 포함할 수 있다. 또한, 압전층(402, 502)은 사각형뿐만 아니라, 원형, 타원형 및 다각형 등 다양한 형태를 가질 수 있다.

전극(401, 403, 501, 503)은 압전층(402, 502)의 상부 또는 상하부에 형성되어, 압전층(402, 502)의 양측면을 전기적으로 오픈함으로써, 압전층(402, 502)에 전기 신호를 인가한다. 상하부 전극 형성 시, 압전층 하부의 전극을 상부의 소정 영역으로 연결시켜 압전층의 상부에 양극 및 음극을 형성할 수 있다. 또한, 본 발명에서는 전극(401, 403, 501, 503)으로서, 맞물림 전극을 사용할 수 있다.

음향 진동판(410, 510)은 하나 이상의 물질로 구성되는 것을 특징으로 하며, 저음특성을 담당하는 연성 진동판 소재 및 고음역을 담당하는 강성 진동판 소재의 이종접합 복합 진동판으로 구성되는 것을 포함한다. 연성 진동판은 영률이 낮고 진동흡수율이 큰 고무, 실리콘, 우레탄 등을 포함한다. 또한, 강성 진동판은 영률이 높은 플라스틱, 금속, 금속 탄소나노튜브(CNT) 및 그래핀 등을 포함할 수 있고, 연성 진동판의 두께에 비해 얇게 구성된다. 음향 진동판(410, 510)은 연성 진동판 또는 강성 진동판 중 하나로 구성되거나, 이 둘의 이종접합 복합 진동판으로 구성될 수 있다. 또한 음향 진동판은 단일 구조의 나노복합소재 - 고무, 실리콘, 우레탄 등의 폴리머와 탄소나노튜브(CNT) 및 그래핀 등의 나노구조물질을 합성한 재료로 이루어질 수 있다.

음향 진동판(410, 510)은 상기의 압전층(402, 502)과 고탄성 댐핑물질층(440, 540)에 의해 부착된다. 고탄성 댐핑물질층(440, 540)은 실리콘 에폭시, 열경화성 수지 등을 포함할 수 있다.

프레임(420, 520)은 고탄성 접착제(450, 550)를 이용하여 음향 진동판(410, 510)의 측면을 둘러싸는 형태로 부착되고, 음향 진동판(410, 510)이 진동할 때 내부 손실에 의한 반진동을 최소화하기 위해 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리아세탈(POM) 및 폴리카보네이트(PC) 등을 포함하는 플라스틱이나 알루미늄, 또는 스테인레스 스틸을 포함하는 금속이나 합금을 포함할 수 있다. 또한, 프레임(420, 520)은 불필요하게 사이즈가 커지는 것을 방지하기 위해 1 ㎜ 이하의 두께로 제작하는 것이 바람직하다.

압전 스피커의 균일한 주파수 응답 특성 및 음질 개선을 위해 음향 진동판(410, 510) 상부 또는 상하부에 부착되는 진동을 제어하는 질량체(460, 560)는 음향 진동판(410, 510)의 분할 진동에 따른 진동의 뒤틀림을 개선하는 역할을 하며, 진동의 상호 엇갈린 변위를 제어하는 연성 재질로 형성되며, 연성 재질의 재료는 실리콘, 고무, 비닐, 우레탄 등을 포함한다.

질량체(460, 560)는 연성 재질로 형성되어 음향 진동판(410, 510)에 큰 강성을 부여함으로써 공진주파수의 이동을 일으키지 않도록 충분히 연성 재질이어야 하는 것을 특징으로 한다. 질량체(460, 560)는 에폭시 또는 폼의 형태를 갖는 것이 좋으며, 질량체(460, 560)가 에폭시 또는 폼의 형태인 경우 직접 코팅 및 경화하고, 질량체(460, 560)가 에폭시 또는 폼의 형태가 아닌 경우 고탄성 에폭시를 이용하여 질량체(460, 560)를 부착하는 방법이 좋다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 질량체(460, 560)는 음향 진동판(410, 510)의 상부 중앙 및 하부 좌우편에 평행한 방향으로 부착하거나, 상부 중앙에 부착하는 것을 특징으로 한다. 질량체(460, 560)를 부착하는 방향은 압전 스피커의 음향 진동판(410, 510)에 있어서 장축 방향으로 부착하는 것이 더욱 바람직하다. 음향 진동판 상부에 부착되는 질량체(460, 560)는 음향 진동판(410, 510)의 단축 길이의 적어도 1/4 이상의 폭을 갖는 형태를 갖고, 음향 진동판(410, 510)의 장축 길이보다 작은 것을 특징으로 한다. 이는 질량체(460, 560)가 음향 진동판의 강성에는 크게 영향을 미치지 않고 단지 진동만을 제어하기 위해서이다.

또한, 음향 진동판의 하부 외곽에 부착되는 질량체(470)는 뒤틀린 음향 진동판의 진동을 억제하기 위한 효과적인 방법으로 상부의 질량체와 평행한 방향으로 음향 진동판 하부 좌우편에 부착하는 것을 특징으로 한다. 음향 진동판 하부에 부착하는 질량체(470)는 주로 상부의 질량체와 위치 상으로 겹치지 않도록 하고, 바람직하게는 음향 진동판의 단축 길이를 3등분하여 중앙부의 위치에 상부 질량체를 부착하고 좌우면 각각의 위치에 하부 질량체를 부착하는 것이 좋다. 상부 질량체(460, 560) 및 하부 질량체(470) 각각은 음향 진동판(410, 510)의 단축 길이의 1/4 정도의 폭을 갖는 것이 좋다.

또한, 도 5에서와 같이 상기의 질량체(560)는 음향 진동판(510)의 하부에는 부착되지 않고 음향 진동판(510)의 상부 중앙부에만 부착될 수 있다.

도 4 및 도 5에 도시된 바와 같은 질량체(460, 560)는 사각의 형태에만 국한되지 않고 유사한 타원형, 다각형의 형태로도 가능하다.

본 발명의 일 실시예에 따른 질량체는 압전 스피커의 주파수 응답 특성에 대하여 가장 큰 딥(dip)을 개선하고자 한 것을 특징으로 한다. 그러나, 본 발명의 일 실시예에 따른 (3,3)모드의 진동 제어를 위한 질량체의 구성에만 한정하지 않고 압전 스피커의 크기에 따라 필요한 딥(dip)의 개선을 위해 2차 모드 또는 4차 모드 이상의 고차 모드 제어를 위한 질량체의 구성의 응용이 가능하다.

도 6 및 도 7은 각각 본 발명의 제1 실시예 및 제2 실시예에 따른 압전 스피커의 분해 사시도이다. 본 발명에 따른 압전 스피커는 상기의 각 부품의 조립 및 질량체를 부착하는 방법은 상기에 기술한 내용으로 설명될 수 있다.

도 6은 압전 스피커의 압전층(402) 및 음향 진동판(410)이 대칭적 구조로 부착된 형태를 보이며, 도 7은 압전 스피커의 압전층(502) 및 음향 진동판(510)이 기울임 구조 또는 비대칭 구조로 부착된 것을 보인다.

도 7에서 보인 압전층(502)은 구조적 대칭성을 피하기 위해 음향 진동판(510)에 기울임 구조 또는 임의의 비대칭 구조로 부착될 수 있다. 자세하게는, 압전층(502)이 음향 진동판(510)에 대해 45<α<90 도의 각도로 형성되는 것이 바람직하며, 60~75 도의 각을 갖는 기울임 구조가 가장 이상적이다. 즉, 압전 스피커의 상하좌우의 구조적 대칭성은 피하되, 프레임(520)의 네 꼭지점에서의 응력이 균일하도록 기울임 구조를 갖는다. 이러한 기울임 구조는 압전층(502)에서 발생된 기계적 진동이 압전 스피커의 프레임(520)에 의해 정상파(Standing Wave)를 형성하는 것을 방지하여 음의 왜곡을 줄이고 음질을 개선해준다.

도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 압전 스피커의 단면도이다.

도 8을 참조하면, 본 발명에 따른 음향 진동판(810)은 이종접합 복합 진동판(812, 814)의 구성을 특징으로 하며, 압전 스피커의 저음역을 담당하는 연성 음향 진동판(812) 및 중고음역을 담당하는 강성 음향 진동판(814)을 포함한다. 또한, 연성 음향 진동판(812)은 강성 음향 진동판(814) 보다 넓은 면적을 갖도록 구성하고, 프레임(820)에 고정된다. 즉, 프레임을 따라 음향 진동판의 외곽은 연성 음향 진동판(812)으로 구성되어 압전 스피커의 저음역을 보상하는 것을 특징으로 한다. 따라서, 질량체(860)는 강성 음향 진동판(814)이 위치하는 영역 내에만 부착되는 것이 바람직하며, 질량체(860) 및 단차를 포함하는 이종접합 복합 진동판(812, 814)의 구성을 통해 압전 스피커의 음질 개선 뿐만 아니라 저음역 개선 효과까지 기대할 수 있다.

도 9는 본 발명에 따른 압전 스피커의 주파수 응답 특성을 나타낸 그래프이다.

도 9를 참조하면, 압전 스피커의 (3,3) 모드에서의 딥(dip)이 진동 제어를 위한 질량체에 의해서 약 10 dB 이상 개선된 것을 알 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예에 따른 진동 제어를 위한 질량체에 의해서 압전 스피커의 주파수 응답 특성을 균일하게 개선하고 음질을 향상시킬 수 있음을 알 수 있다.

도 10은 본 발명의 제4 실시예에 따른 압전 스피커의 단면도이다. 상기 본 발명의 제3 실시예에서의 음향 진동판과 비교하여, 제4 실시예의 압전 스피커는 연성 음향 진동판(1012)에 일정 패턴의 주름 형상(1080)이 형성되어 있다. 이종접합 복합 진동판(1012, 1014)에 있어서 연성 음향 진동판(1012)의 이러한 주름 형상(1080)은 저음 대역을 담당하는 연성 음향 진동판(1012)에 유연성을 더하여 저주파에서의 재생 특성을 더욱 향상시키는 효과가 있다. 따라서, 본 발명의 제4 실시예에 따른 압전 스피커는 주름 구조를 갖는 연성 음향 진동판(1012) 및 질량체(1060)에 의해 저음 특성 및 음질 특성을 더욱 크게 개선하는 구조로 고안된 것이다.

도 11은 본 발명의 제5 실시예에 따른 압전 스피커의 단면도이다. 자세하게는, 압전 스피커의 이종접합 복합 음향 진동판(1112, 1114)에 있어서, 강성 음향 진동판(1114)과 연성 음향 진동판(1112)은 전면에 걸쳐 부착되지 않고 연성 음향 진동판(1112)을 프레임(1120)의 내곽을 따라 소정 영역에만 구성되도록 한 것이다. 고음역을 재생하는 음향 진동판의 중앙부가 강성 음향 진동판(1112)으로만 구성되어 더욱 큰 변위로 진동할 수 있게 하고 출력 특성을 크게 향상할 수 있게 된다. 또한, 프레임(1120)의 내곽을 따라 소정 영역으로 구성된 연성 음향 진동판(1112)은 상부로 휘어진 형태로 구성되어 압전 스피커 전면부로 출력 특성을 보강하고 뒤틀림을 방지하는 역할을 한다. 따라서, 본 발명의 제5 실시예에 따른 음향 진동판(1112,1114) 구성 및 진동제어 질량체(1160)에 의해서 압전 스피커의 출력 음압 특성을 향상시키고 진동판의 뒤틀림을 억제하여 균일하고 우수한 음질을 구현할 수 있게 된다.

도 12는 본 발명의 제4 실시예에 따른 압전 스피커에 복수의 음향홀을 구비한 보호캡과 인클로저로 패키징한 단면도이다.

도 12를 참조하면, 압전 스피커는 음향의 후면 방사를 봉쇄하는 인클로저(1220)와 압전 스피커의 전면부를 보호하는 보호캡(1290)으로 패키징된다. 압전 스피커의 전면부에 일정 간격을 두고 설치된 보호캡(1290)은 후면의 인클로저(1220)와 조립되어 완전 패키징되며, 전면에 복수의 음향홀(1295)을 구비하는 것을 특징으로 한다. 보호캡(1290) 전면의 복수의 음향홀(1295)은 압전 스피커의 음향 방사 특성을 왜곡하지 않는 다양한 형태로 배치될 수 있고, 각각의 원형, 타원형, 다각형 또는 초승달 형태의 음향홀을 매트릭스 형태로 배치할 수 있다.

추가로, 보호캡(1290)의 전면에는 복수의 음향홀(1295)을 보호하는 부직포(미도시)가 부착될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 질량체를 가진 압전 스피커의 제조 방법은, 먼저 압전층의 상부 또는 상하부에 전극을 적층시켜 압전 소자를 형성한다(S100).

여기에서 압전층은 후막 형태의 압전 세라믹에 대해 연마 공정을 수행한 단층 박막이거나, 코팅 또는 스크린 프린팅 등의 방법으로 압전 소재를 적층한 적층 압전 세라믹 등을 포함한다.

또한, 압전층은 사각형뿐만 아니라, 원형, 타원형 및 다각형 등 다양한 형태를 가질 수 있다.

다음, 압전 소자를 음향 진동판 상에 고탄성 댐핑물질을 이용하여 접착한다(S200).

다음, 압전 소자가 접착된 음향 진동판에 연성 재질의 질량체를 부착한다(S300).

질량체는 음향 진동판의 상부 또는 상하부에 부착하며, 음향 진동판의 상부에 부착시, 질량체는 음향 진동판의 장축 길이 방향으로 중앙을 따라 부착한다. 또한, 음향 진동판의 하부에 부착시, 상기 상부 질량체와 위치 상으로 겹치지 않도록 위치하고, 상기 음향 진동판의 하부 좌우편에 서로 평행하게 위치하도록 부착한다.

상기 상부 질량체와 상기 하부 질량체는 상기 음향 진동판의 단축 길이의 1/4 이상의 폭을 갖고, 상기 음향 진동판의 장축 길이보다는 짧은 길이를 갖는다.

또한, 질량체는 음향 진동판의 분할 진동에 따른 진동의 뒤틀림을 개선하기 위해, 진동의 상호 엇갈린 변위를 제어하는 연성 재질로 형성되며, 연성 재질의 재료는 실리콘, 고무, 비닐, 우레탄 등을 포함한다.

마지막으로, 음향 진동판의 측면을 둘러싸는 형태로 프레임을 형성한다(S400).

이상의 설명은 본 발명을 예시적으로 설명한 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명의 명세서에 개시된 실시 예들은 본 발명을 한정하는 것이 아니다. 본 발명의 범위는 아래의 특허청구범위에 의해 해석되어야 하며, 그와 균등한 범위 내에 있는 모든 기술도 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석해야 할 것이다.

100, 200,...,1200: 압전소자 101, 103, 201,...,1201, 1203: 전극
110, 210,...,1210: 음향 진동판 140,240,...,1240: 댐핑물질층
120, 220,...,1220: 프레임 150,250,...,1250: 고탄성 접착제
460, 560,...,1260: 질량체 1290: 전면 보호캡
1295: 음향홀

Claims

압전층과, 상기 압전층의 상부 또는 상하부에 형성되어 상기 압전층에 전기신호를 인가하는 전극을 갖는 압전 소자;
상기 압전 소자 보다 면적이 넓고, 상기 압전 소자의 한면에 접착되는 음향진동판;
상기 음향 진동판의 측면을 둘러싸는 형태로 부착되는 프레임; 및
상기 압전 소자가 부착된 음향 진동판의 상부 또는 상하부에 부착되어 진동을 제어하는 질량체
를 포함하는 질량체를 가진 압전 스피커.
제1항에 있어서, 상기 압전 소자가 부착된 음향 진동판의 상부에 부착되는 상부 질량체는 상기 음향 진동판의 장축 길이 방향으로 중앙을 따라 부착되는 것을 특징으로 하는 질량체를 가진 압전 스피커.
제2항에 있어서, 상기 압전 소자가 부착된 음향 진동판의 하부에 부착되는 하부 질량체는 상기 음향 진동판의 하부 좌우편에 서로 평행하게 위치하는 것을 특징으로 하는 질량체를 가진 압전 스피커.
제1항에 있어서, 상기 질량체는 상기 음향 진동판의 단축 길이의 1/4 이상의 폭을 갖고, 상기 음향 진동판의 장축 길이보다는 짧은 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 질량체를 가진 압전 스피커.
제1항에 있어서,
상기 압전층의 소재는 PZT, PMN-PT, PZN-PT, PIN-PT, PYN-PT, PVDF, PVDF-TrFE, BNT (BaNiTiO3) 및 BZT-BCT 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 질량체를 가진 압전 스피커.
제1항에 있어서, 상기 압전층은 정상파 형성을 방지하기 위해 기울임 구조 또는 비대칭 구조로 상기 음향 진동판에 부착되는 것을 특징으로 하는 질량체를 가진 압전 스피커.
제1항에 있어서, 상기 음향 진동판은 이종접합 복합 구조 또는 나노복합소재로 형성된 단일구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 질량체를 가진 압전 스피커.
제7항에 있어서, 상기 이종접합 복합 구조는 제1 음향 진동판과 제2 음향 진동판이 접합된 구조이고, 상기 제1음향 진동판은 상기 제2 음향 진동판보다 영률이 낮은 연성 음향 진동판이고, 제2 음향 진동판은 강성 음향 진동판인 것을 특징으로 하는 질량체를 가진 압전 스피커.
제8항에 있어서, 상기 제1 음향 진동판은 고무, 실리콘 및 우레탄 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 질량체를 가진 압전 스피커.
제8항에 있어서, 상기 제2 음향 진동판은 플라스틱, 금속, 탄소나노튜브(CNT) 및 그래핀 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 질량체를 가진 압전 스피커.
제7항에 있어서, 상기 나노복합소재는 폴리머와 탄소나노튜브(CNT) 또는 그래핀을 포함하는 나노구조물질을 합성하여 형성되는 것을 특징으로 하는 질량체를 가진 압전 스피커.
제8항에 있어서, 상기 제1 음향 진동판과 상기 제2 진동판은 접합, 코팅 중 증착 중 어느 하나의 방법을 이용하여 형성되는 것을 특징으로 하는 질량체를 가진 압전 스피커.
제8항에 있어서, 상기 제1 음향 진동판은 상기 제2 음향 진동판에 비해 면적이 넓고 상기 프레임에 고정되어 있으며, 상기 제2 음향 진동판은 상기 프레임과 이격되어 구성되는 것을 특징으로 하는 질량체를 가진 압전 스피커.
제13에 있어서, 상기 제2 음향 진동판이 없는 제1 음향 진동판의 소정 영역에 주름이 형성되어 유연성을 더하는 구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 질량체를 가진 압전 스피커.
제8에 있어서, 상기 제2 음향 진동판은 상기 프레임과 이격되어 음향 진동판의 중앙에 위치하고,
상기 제1 음향 진동판은 상기 프레임과 상기 제2 음향 진동판의 사이에 위치하며, 압전 스피커 전면부 방향으로 휘어진 굴곡 형태를 취하는 것을 특징으로 하는 질량체를 가진 압전 스피커.
제1항에 있어서, 상기 프레임은 상기 음향 진동판의 후면의 음향 방사를 봉쇄하는 인클로저 형태로 구성되고, 상기 음향 진동판의 하부면과 이격되어 일정 공간을 형성하는 것을 특징으로 하는 질량체를 가진 압전 스피커.
제16항에 있어서, 압전 스피커의 전면을 하우징하고, 전면에 복수의 음향홀이 마련되어 있는 보호캡을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 질량체를 가진 압전 스피커.
음향 진동판 상에 압전 소자를 고탄성 댐핑물질을 이용하여 접착하는 압전 소자 접착 단계;
상기 압전 소자가 접착된 음향 진동판의 상부에 연성 재질의 질량체를 음향 진동판의 장축 길이 방향으로 중앙을 따라 부착하는 상부 질량체 부착 단계;
상기 음향 진동판의 측면을 둘러싸는 형태로 프레임을 부착하는 프레임 부착 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 질량체를 가진 압전 스피커 제조 방법.
제18항에 있어서,
상기 상부 질량체 부착 단계 이후에, 상기 음향 진동판의 하부에 하부 질량체를 부착하는 하부 질량체 부착 단계를 더 포함하고,
상기 하부 질량체는 상기 상부 질량체와 겹치지 않도록 위치하고, 상기 음향 진동판의 하부 좌우편에 서로 평행하게 위치하도록 부착하는 것을 특징으로 하는 질량체를 가진 압전 스피커 제조 방법.
제19항에 있어서, 상기 상부 질량체와 상기 하부 질량체는 상기 음향 진동판의 단축 길이의 1/4 이상의 폭을 갖고, 상기 음향 진동판의 장축 길이보다는 짧은 길이를 갖도록 형성하는 것을 특징으로 하는 질량체를 가진 압전 스피커 제조 방법.