KR20140083912A - Piezoelectric device and piezoelectric speaker having the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 압전 스피커에 관한 것으로, 특히 출력과 음압을 향상시킬 수 있는 압전 소자를 이용한 압전 스피커에 관한 것이다.
The present invention relates to a piezoelectric speaker, and more particularly, to a piezoelectric speaker using a piezoelectric element capable of improving output and sound pressure.
일반적으로 압전 소자는 전기적 에너지와 기계적 에너지를 서로 간에 변화시킬 수 있는 특성을 지닌 소자를 말한다. 즉, 압전 소자는 압력을 가하면 전압이 발생하고(압전 효과), 전압을 가하면 내부의 압력 변화로 인한 부피나 길이의 증감이 발생한다(역압전 효과). 압전 소자는 압전층과 그 상부에 마련되는 전극으로 구성되어 전극을 통해 압전층에 가해지는 전압에 따라 압력이 변화한다.Generally, a piezoelectric element is a device having a characteristic capable of changing electric energy and mechanical energy with each other. That is, a piezoelectric element generates a voltage when a pressure is applied (a piezoelectric effect), and when a voltage is applied, the volume or length of the piezoelectric element is increased or decreased due to a change in pressure inside the piezoelectric element. The piezoelectric element is composed of a piezoelectric layer and an electrode provided on the piezoelectric layer, and the pressure changes according to the voltage applied to the piezoelectric layer through the electrode.
이러한 압전 소자를 이용하여 압전 스피커, 진동 장치 등 대양한 부품을 제조할 수 있다. 그중에 압전 스피커는 압전 소자의 기계적 움직임을 진동판에 의해 음향적으로 변환시켜 원하는 주파수 대역의 음향을 발생시키는 부품이다. 이러한 압전 스피커는 기존의 다이나믹 스피커에 비해 얇고 가벼우며 전력소모가 적은 장점이 있으며, 이에 따라 소형, 박형, 경량이 요구되는 스마트폰 등의 전자기기에 이용될 수 있다. 압전 스피커는 압전 소자와, 압전 소자보다 크게 형성되어 압전 소자의 일면에 접합되어 압전 소자에서 발생되는 진동을 증폭시키는 진동판을 포함한다. 이러한 압전 스피커의 음향 특성은 주파수별 음압으로 판단되고, 진동판의 재질 및 물성에 따라 주파수별 음압은 다양하게 변화할 수 있다. 특성이 좋은 압전 스피커는 높은 출력이 구현되고, 주파수별 음압이 높으며 평탄한 형태를 가지면서 넓은 음역을 가지는 것을 의미한다. 한편, 한국특허공개 제2011-0064369호에는 압전 소자와 진동판이 수평적으로 어긋난 기울임 구조를 갖도록 부착되어 구조적 대칭성에 의해 발생되는 정상파를 방지함으로써 음의 왜곡을 최소화할 수 있는 압전 스피커가 제시되어 있다.By using these piezoelectric elements, it is possible to manufacture omnidirectional parts such as piezoelectric speaker and vibration device. In the meantime, the piezoelectric speaker is a part that generates a sound of a desired frequency band by acoustically converting the mechanical movement of the piezoelectric element by the diaphragm. Such a piezoelectric speaker is advantageous in that it is thin, light and consumes less power than a conventional dynamic speaker, and thus can be used in electronic devices such as a smart phone requiring a compact, thin and light weight. The piezoelectric speaker includes a piezoelectric element and a diaphragm formed larger than the piezoelectric element and bonded to one surface of the piezoelectric element to amplify vibration generated in the piezoelectric element. The acoustic characteristics of these piezoelectric loudspeakers are judged to be the sound pressure of each frequency, and the sound pressure of each frequency may vary according to the material and properties of the diaphragm. A piezoelectric speaker with a good characteristic means that it has a high output, a high frequency sound pressure, a flat shape, and a wide sound range. Korean Patent Laid-Open Publication No. 2011-0064369 discloses a piezoelectric speaker capable of minimizing distortion of a sound by preventing a standing wave generated due to structural symmetry by attaching the piezoelectric element and the diaphragm so that they have a tilted structure that is horizontally offset .
압전 스피커에 적용되는 진동판은 금속 재료, 폴리머 재료 및 펄프 등이 사용된다. 금속계 진동판의 경우, 탄성이 우수하고 전달 속도가 빨라서 압전 소자의 진동을 음파로 변환시키는 출력을 증가시키는 장점이 있으나, 좁은 음역 대역만이 구현되고, 주파수별 음압 저하 현상이 발생하며, 두께가 두껍고 무게가 무거운 단점이 있다. 반면에, 폴리머계 진동판 또는 펄프계 진동판의 경우, 탄성이 부족하여 상대적으로 금속계 진동판에 비해 음압이 낮고 출력이 감소되는 단점이 있지만, 최저 공진 주파수나 주파수 대역에서의 음압 저하 현상은 금속계 진동판에 비해 우수한 장점이 있다.The diaphragm applied to the piezoelectric speaker is made of a metal material, a polymer material, pulp or the like. In the case of a metal-based diaphragm, there is an advantage of increasing the output for converting the vibration of the piezoelectric element into a sound wave because of its excellent elasticity and high transmission speed. However, only a narrow band is implemented, a sound pressure- There is a drawback that the weight is heavy. On the other hand, in the case of a polymer diaphragm or a pulp diaphragm, there is a disadvantage in that the sound pressure is lower and the output is lower than that of the metal diaphragm due to lack of elasticity. However, the sound pressure drop phenomenon at the lowest resonance frequency and frequency band There is an excellent advantage.
따라서, 폴리머계 진동판 또는 펄프계 진동판을 이용할 경우 압전 소자의 진동을 음파로 변환시키는 출력이 저하되는 단점을 극복하여야 한다.
Therefore, when the polymer diaphragm or the pulp diaphragm is used, it is necessary to overcome the disadvantage that the output for converting the vibration of the piezoelectric element into a sound wave is lowered.
본 발명은 출력과 음압을 향상시킬 수 있는 압전 스피커를 제공한다.The present invention provides a piezoelectric speaker capable of improving output and sound pressure.
본 발명은 출력과 음압을 향상시킬 수 있는 압전 소자를 폴리머계 진동판 또는 펄프계 진동판과 함께 이용하는 압전 스피커를 제공한다.
The present invention provides a piezoelectric speaker in which a piezoelectric element capable of improving output and sound pressure is used together with a polymer diaphragm or a pulp diaphragm.
본 발명의 일 양태에 따른 압전 소자는 분극되지 않은 진동 유발층; 상기 진동 유발층의 상부 및 하부에 각각 마련되며, 두께 방향으로 분극되어 적층되는 적어도 2층 이상의 압전층을 포함하고, 상기 각각의 압전층은 분극 방향이 서로 역방향이 되도록 적층된다.A piezoelectric device according to one aspect of the present invention includes a non-polarized vibration inducing layer; And at least two piezoelectric layers provided on upper and lower portions of the vibration inducing layer and polarized and laminated in the thickness direction, respectively, and each of the piezoelectric layers is laminated such that the polarization directions thereof are opposite to each other.
상기 진동 유발층 및 압전층은 동일 물질로 형성된다.The vibration inducing layer and the piezoelectric layer are formed of the same material.
상기 진동 유발층 및 상기 압전층들의 사이에 전극들이 각각 형성되고, 상기 진동 유발층 및 상기 압전층들의 소정 영역에 관통 형성된 적어도 하나의 비아 플러그를 통해 동일 극성의 전압을 인가받는 상기 전극들이 연결된다.Electrodes are formed between the vibration inducing layer and the piezoelectric layers, and the electrodes to which the same polarity voltage is applied are connected through at least one via plug formed in a predetermined region of the vibration inducing layer and the piezoelectric layers .
상기 진동 유발층 및 상기 압전층들의 사이에 전극들이 각각 형성되고, 상기 전극들은 적층된 상기 압전층들의 서로 대향되는 두 측면으로 노출되어 서로 다른 극성의 전압을 인가받는다
Electrodes are formed between the vibration inducing layer and the piezoelectric layers, and the electrodes are exposed to two opposing sides of the laminated piezoelectric layers, and are supplied with voltages of different polarities
본 발명의 다른 양태에 따른 압전 소자는 두께 방향으로 분극되어 적층되는 적어도 2층 이상의 압전층을 포함하며, 상기 압전층들중 가운데 위치하는 압전층이 다른 압전층들보다 두껍고, 상기 두꺼운 압전층의 상부 및 하부에 마련된 상기 각각의 압전층은 분극 방향이 서로 역방향이 되도록 적층된다.The piezoelectric element according to another aspect of the present invention includes at least two piezoelectric layers that are polarized and laminated in the thickness direction, and the piezoelectric layer positioned at the center of the piezoelectric layers is thicker than the other piezoelectric layers, The piezoelectric layers provided on the upper and lower sides are laminated so that their polarization directions are opposite to each other.
상기 압전층들 사이에 전극들이 각각 형성되고, 상기 압전층들의 소정 영역에 관통 형성된 적어도 하나의 비아 플러그를 통해 동일 극성의 전압을 인가받는 상기 전극들이 연결된다.
Electrodes are formed between the piezoelectric layers, and the electrodes to which the same polarity voltage is applied are connected through at least one via plug formed in a predetermined region of the piezoelectric layers.
본 발명의 또다른 양태에 따른 압전 스피커는 진동판; 상기 진동판 상에 마련된 압전 소자; 및 상기 진동판 및 압전 소자를 내부에 수용하는 케이스를 포함하고, 상기 압전 소자는, 분극되지 않은 진동 유발층과, 상기 진동 유발층의 상부 및 하부에 각각 마련되며, 두께 방향으로 분극되어 적층되는 적어도 2층 이상의 압전층을 포함하고, 상기 각각의 압전층은 분극 방향이 서로 역방향이 되도록 적층된다.According to another aspect of the present invention, there is provided a piezoelectric speaker comprising: a diaphragm; A piezoelectric element provided on the diaphragm; And a case accommodating the diaphragm and the piezoelectric element therein, wherein the piezoelectric element comprises: a non-polarized vibration inducing layer; and a plurality of piezoelectric ceramic layers provided on the upper and lower portions of the vibration inducing layer, The piezoelectric layer includes two or more piezoelectric layers, and the piezoelectric layers are laminated so that their polarization directions are opposite to each other.
상기 진동판은 폴리머계 또는 펄프계 물질로 형성된다.The diaphragm is formed of a polymer-based or pulp-based material.
상기 압전 소자와 진동판 사이에 마련된 접착 테이프와, 상기 압전 소자의 적어도 일 측면에 마련된 접착제를 더 포함한다.
An adhesive tape provided between the piezoelectric element and the vibration plate, and an adhesive provided on at least one side of the piezoelectric element.
본 발명의 또다른 양태에 따른 압전 스피커는 압전 소자; 및 상기 압전 소자의 측면이 내측면과 접착되어 상기 압전 소자를 수용하는 케이스를 포함하고, 상기 압전 소자는, 두께 방향으로 분극되어 적층되는 적어도 2층 이상의 압전층을 포함하며, 상기 압전층들중 가운데 위치하는 압전층이 다른 압전층들보다 두껍고, 상기 두꺼운 압전층의 상부 및 하부에 마련된 상기 각각의 압전층은 분극 방향이 서로 역방향이 되도록 적층된다.
According to another aspect of the present invention, there is provided a piezoelectric speaker comprising: a piezoelectric element; And a case in which the side surface of the piezoelectric element is bonded to the inner side to receive the piezoelectric element, wherein the piezoelectric element includes at least two piezoelectric layers that are polarized and laminated in the thickness direction, The piezoelectric layer positioned at the center is thicker than the other piezoelectric layers, and the piezoelectric layers provided at the upper and lower portions of the thick piezoelectric layer are laminated so that their polarization directions are opposite to each other.
본 발명은 분극되지 않은 진동 유발층의 상부 및 하부에 두께 방향으로 분극된 복수의 압전층이 마련되고, 분극된 복수의 압전층이 팽창 및 수축되면 진동 유발층에 의해 팽창 및 수축이 증폭되어 별도의 진동판이 마련되지 않고도 진동판에 의해 진동되는 것과 유사한 특성을 나타내게 된다. 이러한 압전 소자를 폴리머계 또는 펄프계 진동판에 접촉시켜 압전 스피커를 제작하게 되면, 압전 소자에서 발생된 1차 진동을 진동판이 2차 진동시키게 되어 진동을 더욱 증폭시킬 수 있다.The present invention is characterized in that a plurality of piezoelectric layers polarized in the thickness direction are provided on upper and lower portions of a non-polarized vibration inducing layer, and when the plurality of polarized piezoelectric layers are expanded and contracted, expansion and contraction are amplified by the vibration inducing layer A characteristic similar to the vibration of the diaphragm is provided without the diaphragm of the diaphragm. When such a piezoelectric element is brought into contact with a polymer-based or pulp-based diaphragm to manufacture a piezoelectric speaker, the diaphragm makes a secondary vibration of the primary vibration generated in the piezoelectric element, so that the vibration can be further amplified.
따라서, 진동판으로 폴리머계 또는 펄프계 진동판을 이용하더라도 종래보다 음압 및 출력을 더욱 향상시킬 수 있다.
Therefore, even if a polymer-based or pulp-based diaphragm is used as the diaphragm, sound pressure and output can be further improved as compared with the conventional art.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 압전 소자의 단면도.
도 2는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 압전 소자의 단면도.
도 3은 본 발명의 또다른 실시 예에 따른 압전 소자의 단면도.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 압전 소자를 구비하는 압전 스피커의 분해 사시도 및 결합 단면도.
도 6은 본 발명의 다른 실시 예들에 따른 압전 스피커의 단면도.1 is a cross-sectional view of a piezoelectric element according to an embodiment of the present invention;
2 is a cross-sectional view of a piezoelectric device according to another embodiment of the present invention;
3 is a cross-sectional view of a piezoelectric device according to another embodiment of the present invention.
4 and 5 are an exploded perspective view and an assembled cross-sectional view of a piezoelectric speaker with a piezoelectric element according to an embodiment of the present invention;
6 is a cross-sectional view of a piezoelectric speaker in accordance with another embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하기로 한 다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. It should be understood, however, that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but is capable of other various forms of implementation, and that these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, It is provided to let you know completely.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 압전 소자의 단면도이다.1 is a cross-sectional view of a piezoelectric element according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 압전 소자(100)는 두께 방향으로 분극되어 적층되는 제 1 내지 제 3 압전층(110, 120, 130)과, 제 3 압전층(130) 하부에 마련되며 분극되지 않은 진동 유발층(140)과, 진동 유발층(140) 하부에 마련되며 두께 방향으로 분극되어 적층되는 제 4 내지 제 6 압전층(150, 160, 170)을 포함한다. 즉, 본 발명의 일 실시 예에 따른 압전 소자(100)는 진동 유발층(140)을 중심으로 그 상부에 제 1 내지 제 3 압전층(110, 120, 130)이 마련되고 그 하부에 제 4 내지 제 6 압전층(150, 160, 170)이 마련된다. 여기서, 진동 유발층(140)과 복수의 압전층(110, 120, 130, 150, 160, 170)은 동일 물질로 형성될 수 있는데, 예를 들어 PZT(Pb, Zr, Ti), NKN(Na, K, Nb), BNT(Bi, Na, Ti) 계열의 압전 물질을 이용하여 형성할 수 있다.1, a
제 1 내지 제 3 압전층(110, 120, 130)은 두께 방향으로 분극(poling)시켜 압전 특성을 갖는 수단으로서, 대략 원형 또는 사각형 형상의 박판으로 형성될 수 있다. 제 1 내지 제 3 압전층(110, 120, 130)의 형상은 압전 스피커에 적용될 수 있는 압전 특성이 형성된다면 제시된 실시 예에 한정되지 않고 다양하게 변경될 수 있다. 제 1 내지 제 3 압전층(110, 120, 130)은 분극 방향이 서로 역방향이 되도록 적층된다. 예를 들어, 제 1 및 제 3 압전층(110, 130)은 진동 유발층(140)의 반대 방향, 즉 상측 방향으로 분극되고, 제 2 압전층(120)은 진동 유발층(140)의 방향, 즉 하측 방향으로 분극될 수 있다. 제 1 압전층(110)은 상면에 제 1a 전극(111)이 형성되고, 하면에 제 1b 전극(113)이 형성되며, 제 1b 전극(113)에서 제 1a 전극(111) 방향으로 분극될 수 있다. 제 2 압전층(120)은 상면에 제 2b 전극(123)이 형성되어 제 1 압전층(110)의 제 1b 전극(113)에 접합되고, 하면에 제 2a 전극(121)이 형성되며, 제 2b 전극(123)에서 제 2a 전극(121) 방향으로 분극될 수 있다. 이때, 제 1b 전극(113)과 제 2b 전극(123)은 일체로 형성될 수 있다. 제 3 압전층(130)은 상면에 제 3a 전극(131)이 형성되어 제 2 압전층(120)의 제 2a 전극(121)에 접합되고, 하면에 제 3b 전극(133)이 형성되며, 제 3b 전극(133)에서 제 3a 전극(131) 방향으로 분극될 수 있다. 이때, 제 2a 전극(121)과 제 3a 전극(131)은 일체로 형성될 수 있다.The first to third
진동 유발층(140)은 두께 방향으로 분극시키지 않아서 압전 특성을 갖지 않는 세라믹판으로서, 제 3 및 제 4 압전층(130, 150)에서 진동이 일어나는 것을 유발 및 증폭시키거나 직접 진동판의 역할을 한다. 진동 유발층(140)의 상면 및 하면에는 제 3b 전극(133) 및 제 4b 전극(153)과 전기적으로 각각 연결되는 한 쌍의 전극(143)이 형성된다. 이때, 진동 유발층(140)의 상면에 형성되는 전극(143)과 제 3b 전극(133)은 일체로 형성될 수 있다.The
제 4 내지 제 6 압전층(150, 160, 170)은 두께 방향으로 분극(poling)시켜 압전 특성을 갖는 수단으로서, 대략 원형 또는 사각형 형상의 박판으로 형성될 수 있다. 제 4 내지 제 6 압전층(150, 160, 170)의 형상은 압전 스피커에 적용될 수 있는 압전 특성이 형성된다면 제시된 실시 예에 한정되지 않고 다양하게 변경될 수 있다. 제 4 내지 제 6 압전층(150, 160, 170)은 분극 방향이 서로 역방향이 되도록 적층된다. 예를 들어, 제 4 및 제 6 압전층(150, 170)은 진동 유발층(140)의 반대 방향, 즉 하측 방향으로 분극되고, 제 5 압전층(160)은 진동 유발층(140)의 방향, 즉 상측 방향으로 분극될 수 있다. 제 4 압전층(150)은 상면에 제 4b 전극(153)이 형성되어 진동 유발층(140)의 전극(143)에 접합되고, 하면에 제 4a 전극(151)이 형성되며, 제 4b 전극(143)에서 제 4a 전극(141) 방향으로 분극될 수 있다. 이때, 진동 유발층(140) 하면에 형성된 전극(143)은 제 4 압전층(150)의 제 4b 전극(153)과 일체로 형성될 수 있다. 제 5 압전층(160)은 상면에 제 5a 전극(151)이 형성되어 제 4 압전층(120)의 제 4a 전극(151)에 접합되고, 하면에 제 5b 전극(153)이 형성되며, 제 5b 전극(153)에서 제 5a 전극(151) 방향으로 분극될 수 있다. 이때, 제 4a 전극(151)과 제 5a 전극(161)을 일체로 형성할 수 있다. 제 6 압전층(170)은 상면에 제 6b 전극(173)이 형성되어 제 5 압전층(160)의 제 5b 전극(163)에 접합되고, 하면에 제 6a 전극(171)이 형성되며, 제 6b 전극(173)에서 제 6a 전극(171) 방향으로 분극될 수 있다. 이때, 제 5b 전극(163)과 제 6b 전극(173)을 일체로 형성할 수 있다.The fourth to sixth
여기서, 제 1 내지 제 6 압전층(110, 120, 130, 150, 160, 170)의 제 1a, 제 2a, 제 3a, 제 4a, 제 5a 및 제 6a 전극(111, 121, 131, 151, 161, 171)은 전기적으로 서로 연결되고, 제 1b, 제 2b, 제 3b, 제 4b, 제 5b 및 제 6b 전극(113, 123, 133, 153, 163, 173)은 전기적으로 서로 연결된다. 또한, 제 1a, 제 2a, 제 3a, 제 4a, 제 5a 및 제 6a 전극(111, 121, 131, 151, 161, 171)과 제 1b, 제 2b, 제 3b, 제 4b, 제 5b 및 제 6b 전극(113, 123, 133, 153, 163, 173)은 서로 절연된다. 제 1 내지 제 6 압전층(110, 120, 130, 150, 160, 170)의 제 1a, 제 2a, 제 3a, 제 4a, 제 5a 및 제 6a 전극(111, 121, 131, 151, 161, 171)이 전기적으로 서로 연결되기 위하여 제 1 내지 제 6 압전층(110, 120, 130, 150, 160, 170)과 진동 유발층(140)을 관통하도록 형성된 제 1 비아홀이 도전 물질로 매립된 제 1 비아 플러그(180)가 형성된다. 또한, 제 1 내지 제 6 압전층(110, 120, 130, 150, 160, 170)의 제 1b, 제 2b, 제 3b, 제 4b, 제 5b 및 제 6b 전극(113, 123, 133, 153, 163, 173)이 전기적으로 서로 연결되기 위하여 제 2 내지 제 5 압전층(120, 130, 150, 160) 및 진동 유발층(140)을 관통하도록 형성된 제 2 비아홀에 도전 물질이 매립된 제 2 비아 플러그(190)가 형성된다. 여기서, a 전극들과 b 전극들이 단락되지 않도록 하기 위해 압전층들(110 내지 170)의 제 1 비아 플러그(180)가 형성된 영역에는 제 1b, 제 2b, 제 3b, 제 4b, 제 5b 및 제 6b 전극(113, 123, 133, 153, 163, 173)이 형성되지 않고, 제 2 비아 플러그(190)가 형성된 영역에는 제 2a, 제 3a, 제 4a 및 제 5a 전극(121, 131, 151, 161)이 형성되지 않는다.The first, second, third, fourth, fifth and
이러한 압전 소자(100)는 전원 공급 수단(10)의 (+) 극이 예를 들어 제 1a 전극(111)에 연결되고, (-)극이 제 6b 전극(173)에 연결되어 전원을 공급받는다. 즉, 제 1a, 제 2a, 제 3a, 제 4a, 제 5a 및 제 6a 전극(111, 121, 131, 151, 161, 171)에 (+) 전원이 인가되고, 제 1b, 제 2b, 제 3b, 제 4b, 제 5b 및 제 6b 전극(113, 123, 133, 153, 163, 173)에 (-) 전원이 인가된다.
In this
도 2는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 압전 소자의 단면도이다.2 is a cross-sectional view of a piezoelectric element according to another embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 압전 소자(100)는 두께 방향으로 분극되어 적층되는 제 1 내지 제 3 압전층(110, 120, 130)과, 제 3 압전층(130) 하부에 마련되며 분극되지 않은 진동 유발층(140)과, 진동 유발층(140) 하부에 마련되며 두께 방향으로 분극되어 적층되는 제 4 내지 제 6 압전층(150, 160, 170)을 포함한다. 여기서, 진동 유발층(140)과 복수의 압전층(110, 120, 130, 150, 160, 170)은 동일 물질로 형성될 수 있는데, 예를 들어 PZT(Pb, Zr, Ti), NKN(Na, K, Nb), BNT(Bi, Na, Ti) 계열의 압전 물질을 이용하여 형성할 수 있다. 또한, 압전 소자(100)는 복수의 압전층(110 내지 170)이 적층된 적층체 내부에 압전층들(110 내지 170) 사이에 형성된 복수의 내부 전극(112, 122, 132, 152, 162, 172)이 구비된다. 내부 전극(112, 122, 132, 152, 162, 172)은 적층체의 양측면으로 교호로 노출된다. 또한, 적층체의 일측면에는 제 1 단면 전극(182)이 형성되며 이는 일측면으로 노출되는 내부 전극들(122, 132, 152, 172)과 연결되고, 적층체의 타측면에는 제 2 단면 전극(184)이 형성되며 이는 타측면으로 노출되는 내부 전극들(122, 162) 과 연결된다, 그리고, 적층체의 상부면에는 제 1 단면 전극(182)과 연결되는 제 1 상면 전극(186a) 및 제 2 단면 전극(184)과 연결되는 제 2 상면 전극(186b)이 이격되어 형성되고, 적층체의 하부면에는 제 1 단면 전극(182)과 연결되는 제 1 하면 전극(188a) 및 제 2 단면 전극(184)과 연결되는 제 2 하면 전극(188b)이 이격되어 형성되고, 제 1 상면 전극(186a) 및 제 2 상면 전극(186b) 상에는 각각 외부 연결을 위한 단자가 형성된다.2, the
이러한 본 발명의 또다른 실시 예에 따른 압전 소자는 본 발명의 일 실시 예에 따른 압전 소자와 동일 구조를 갖지만, 내부 전극들이 외부로 노출되어 단면 전극과 연결되는 것이 상이하다. 즉, 본 발명의 일 실시 예에 따른 압전 소자는 복수의 압전층을 관통하도록 제 1 및 제 2 비아홀이 형성되고 비아홀을 통해 전극들이 서로 연결되었으나, 본 발명의 또다른 실시 예에 다른 압전 소자는 내부 전극들(112, 122, 132, 152, 162, 172)이 적층체의 양측면에 교호로 노출되고 제 1 및 제 2 단면 전극(182, 184)이 적층체의 일측면 및 타측면에서 내부 전극들(112, 122, 132, 152, 162, 172)과 연결된다.
The piezoelectric element according to another embodiment of the present invention has the same structure as the piezoelectric element according to an embodiment of the present invention but differs in that the internal electrodes are exposed to the outside to be connected to the end electrode. That is, in the piezoelectric element according to the embodiment of the present invention, the first and second via holes are formed so as to penetrate the plurality of piezoelectric layers, and the electrodes are connected to each other through the via hole. However, in the piezoelectric element according to another embodiment of the present invention, The
상기한 바와 같이 본 발명의 일 실시 예 및 다른 실시 예에 따른 압전 소자는 분극되지 않은 진동 유발층(140)이 중심부에 마련되고, 그 상부 및 하부에 두께 방향으로 분극된 복수의 압전층(110, 120, 130, 150, 160, 170)이 마련된다. 따라서, 분극된 복수의 압전층(110, 120, 130, 150, 160, 170)에 전압이 인가되어 팽창 및 수축되면 진동 유발 세라믹판(140)에 의해 팽창 및 수축이 증폭된다. 즉, 진동 유발층(140)이 진동을 증폭시키는 역할을 하여 진동판이 마련되지 않고도 진동판에 의해 진동되는 것과 유사한 특성을 나타내게 된다.
As described above, the piezoelectric element according to one embodiment of the present invention and the other embodiment of the present invention includes a non-polarized
도 3은 본 발명의 또다른 실시 예에 따른 압전 소자의 단면도이다.3 is a cross-sectional view of a piezoelectric device according to another embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 본 발명의 또다른 실시 예에 따른 압전 소자(100)는 두께 방향으로 분극되어 적층되는 제 1 내지 제 5 압전층(110, 120, 130, 150, 160)을 포함하고, 제 3 압전층(130)의 두께는 제 1, 제 2, 제 4 및 제 5 압전층(110, 120, 160, 160)의 두께보다 두껍게 형성된다. 또한, 제 1 내지 제 5 압전층(110, 120, 130, 140, 150)은 동일 물질로 형성될 수 있는데, 예를 들어 PZT(Pb, Zr, Ti), NKN(Na, K, Nb), BNT(Bi, Na, Ti) 계열의 압전 물질을 이용하여 형성할 수 있다.3, a
제 1 내지 제 5 압전층(110, 120, 130, 150, 160)의 구성 및 형상은 전술된 일 실시 예에 제시된 제 1 내지 제 5 압전층(110, 120, 130, 150, 160)의 구성과 대응한다. 다만, 본 실시 예에서는 제 3 압전층(130)의 두께는 제 1, 제 2, 제 4 및 제 5 압전층(110, 120, 150, 160)의 두께보다 두껍게 형성되는 것이 바람직하다. 이렇게 제 3 압전층(130)의 두께를 다른 압전층(110, 120, 150, 160)의 두께보다 두껍게 형성함에 따라 제 3 압전층(130)의 분극 상태가 다른 압전층(110, 120, 150, 160)의 분극 상태보다 부족한 상태를 유지하도록 하여 분극 차이에 의한 분극 진동을 유발한다. 설명되지 않은 도면 부호 180, 190은 비아 플러그이다.
The configuration and shape of the first to fifth
상기한 바와 같이 본 발명의 또다른 실시 예에 따른 압전 소자는 두꺼운 두께의 분극된 제 3 압전층(130)이 중심부에 마련되고, 제 3 압전층(130)보다 얇은 두께의 압전층들(110, 120, 140, 150)이 그 상부 및 하부에 마련된다. 따라서, 분극된 압전층들(110, 120, 130, 140, 150)에 전압이 인가되어 팽창 및 수축이 발생되고, 이러한 팽창 및 수축이 중앙부의 제 3 압전층(130)에 의해 증폭된다. 즉, 두께가 두꺼운 제 3 압전층(130)이 진동을 증폭시키는 역할을 하여 진동판이 마련되지 않고도 진동판에 의해 진동되는 것과 유사한 특성을 나타내게 된다.
As described above, according to another embodiment of the present invention, the
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 압전 소자를 구비하는 압전 스피커의 분해 사시도 및 결합 단면도이다. 여기서, 압전 소자는 도 2를 이용하여 설명한 압전 소자를 예로 들어 설명한다. 4 and 5 are an exploded perspective view and an assembled cross-sectional view of a piezoelectric speaker with a piezoelectric device according to an embodiment of the present invention. Here, the piezoelectric element will be described taking the piezoelectric element described with reference to Fig. 2 as an example.
도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 압전 스피커는 장방형의 압전 소자(100)와, 압전 소자(100)의 진동을 증가시키는 진동판(200)과, 진동판(200)에 압전 소자(100)를 접착하기 위한 접착 테이프(300)과, 진동판(200)에 부착된 압전 소자(100)를 수납하는 케이스(400)를 포함한다. 또한, 압전 소자(100)의 측면에 마련되어 압전 소자(100)를 접착 테이프(300)에 접착하는 접착제(500)를 더 포함한다.4 and 5, a piezoelectric speaker according to an embodiment of the present invention includes a rectangular
압전 소자(100)는 도 2에 도시된 바와 같이 두께 방향으로 분극되어 적층되는 제 1 내지 제 3 압전층(110, 120, 130)과, 제 3 압전층(130) 하부에 마련되며 분극되지 않은 진동 유발층(140)과, 진동 유발층(140) 하부에 마련되며 두께 방향으로 분극되어 적층되는 제 4 내지 제 6 압전층(150, 160, 170)을 포함한다. 또한, 압전 소자(100)는 복수의 압전층(110 내지 170)이 적층된 적층체 내부에 압전층들(110 내지 170) 사이에 형성된 복수의 내부 전극(112, 122, 132, 152, 162, 172)이 구비된다. 내부 전극(112, 122, 132, 152, 162, 172)은 적층체의 양측면으로 교호로 노출된다. 또한, 적층체의 일측면에는 제 1 단면 전극(182)이 형성되며 이는 일측면으로 노출되는 내부 전극들(122, 132, 152, 172)과 연결되고, 적층체의 타측면에는 제 2 단면 전극(184)이 형성되며 이는 타측면으로 노출되는 내부 전극들(122, 162) 과 연결된다, 그리고, 적층체의 상부면에는 제 1 단면 전극(182)과 연결되는 제 1 상면 전극(186a) 및 제 2 단면 전극(184)과 연결되는 제 2 상면 전극(186b)이 이격되어 형성되고, 적층체의 하부면에는 제 1 단면 전극(182)과 연결되는 제 1 하면 전극(188a) 및 제 2 단면 전극(184)과 연결되는 제 2 하면 전극(188b)이 이격되어 형성되고, 제 1 상면 전극(186a) 및 제 2 상면 전극(186b) 상에는 각각 외부 연결을 위한 단자(600)가 형성된다. 즉, 단자(600)를 통해 외부로부터 전원을 인가받을 수 있다.The
진동판(200)은 폴리머계 또는 펄프계 물질을 이용할 수 있다. 예를 들어, 진동판(200)은 수지 필름을 이용할 수 있는데, 에틸렌 플로필렌 고무계, 스티렌 부타디엔 고무계 등 영율이 1MPa∼10GPa로 손실 계수가 큰 재료를 이용할 수 있다. 진동판(200)은 압전 소자(100)보다 큰 장방형으로 마련되며, 진동판(200)의 상면에 압전 소자(100)가 접착된다. 또한, 진동판(200)은 가장자리가 도 5에 도시된 바와 같이 케이스(400)의 가장자리에 협지될 수 있다. 즉, 진동판(200)은 중앙부에 접착된 압전 소자(100)가 케이스(400) 내부의 공간에 마련되고, 가장자리가 하부 케이스(410) 및 상부 케이스(420)의 가장자리 사이에 위치하여 이들에 의해 고정될 수 있다. The
또한, 진동판(200)은 그 상부에 접착 테이프(300)가 마련되어 접착 테이프(300)에 의해 압전 소자(100)가 진동판(200)에 부착된다. 이러한 접착 테이프(300)는 고무계, 아크릴계, 실리콘계 등의 접착 물질을 이용할 수 있다. 한편, 접착 테이프(300)는 진동판(200)과 동일 형태 및 크기를 가질 수 있고, 압전 소자(100)와 동일 형태 및 크기를 가질 수 있다. 접착 테이프(300)가 예를 들어 진동판(200)과 동일 크기로 마련되는 경우 접착 테이프(300)의 가장자리는 진동판(200)의 가장자리와 함께 케이스(400)의 가장자리 사이에 협지될 수 있다. An
한편, 압전 소자(100)의 적어도 일 측면에 접착제(500)가 도포될 수 있다. 예를 들어, 접착제(500)는 압전 소자(100)의 일 상면의 가장자리로부터 측면에 도포될 수 있고, 압전 소자(100)의 네 상면의 가장자리로부터 측면에 모두 도포될 수도 있다. 또한, 접착제(500)는 압전 소자(100)의 적어도 일 측면에 적어도 일부 마련될 수 있다. 즉, 접착제(500)는 압전 소자(100)의 측면에 부분적으로 도포될 수도 있고, 전체적으로 도포될 수도 있다. 접착제(500)는 압전 소자(100)의 측면과 접착 테이프(300)의 계면에서 박리가 발생하는 것을 방지하기 위한 보강제이다. 접착제(500)로서는 가능한 한 압전 소자(100)의 변위를 구속하지 않는 우레탄계, 실리콘계 등의 영률이 낮은 열경화형 접착제를 사용하는 것이 좋다.On the other hand, the adhesive 500 may be applied to at least one side of the
케이스(400)는 내부에 소정 공간이 마련되어 압전 소자(100) 및 진동판(200) 등을 수용한다. 이러한 케이스(400)는 압전 소자(100)의 상측에 마련된 상부 케이스(410)와, 진동판(200)의 하측에 마련된 하부 케이스(420)를 포함할 수 있다. 상부 및 하부 케이스(410, 420)는 진동판(200)의 가장자리를 협지하여 압전 소자(100)가 내부에 위치되도록 한다. 또한, 케이스(400)는 내부에서 압전 소자(100)의 상면 및 진동판(200)의 하면과 소정 간격 이격되어 소정의 공간이 마련된다. 이렇게 케이스(400) 내부의 압전 소자(100) 및 진동판(200)과 이루는 공간이 압전 소자(100)의 진동 공간이 된다. 이를 위해 상부 케이스(410)는 진동판(200)의 가장자리를 따라 마련된 제 1 평면부와, 제 1 평면부의 내측으로부터 압전 소자(100)의 측면과 소정 간격 이격되어 상측으로 연장된 수직부와, 압전 소자(100)의 상면과 대면하고 수직부 사이에 마련된 제 2 평면부를 포함할 수 있다. 이때, 수직부의 높이에 따라 압전 소자(100)와 제 2 평면부 사이의 공간이 결정된다. 또한, 하부 케이스(420)는 상부 케이스(410)와 대향되어 동일 형상으로 마련될 수 있다. 즉, 진동판(200)의 가장자리를 따라 마련된 제 1 평면부와, 제 1 평면부의 내측으로부터 하측으로 연장된 수직부와, 진동판(200)의 하면과 대면하고 수직부 사이에 마련된 제 2 평면부를 포함할 수 있다. 한편, 상부 케이스(410)의 소정 영역, 예를 들어 수직부에는 복수의 방음 구멍(412)이 형성될 수 있다. 방음 구멍(412)은 원형의 형상으로 마련될 수 있는데, 그 이외에 사각형, 타원형 등의 다양한 형상으로 마련될 수도 있다. 또한, 하부 케이스(420)의 소정 영역에도 방음 구멍(422)이 형성될 수 있다. 방음 구멍(422)은 예를 들어 하부 케이스(420)의 제 2 평면부에 형성될 수 있다. 한편, 상부 케이스(410)의 제 2 평면부는 압전 소자(100)와 대면하고 있으므로 압전 소자(100)와 접촉하지 않도록 이격되어야 하지만, 하부 케이스(420)의 제 2 평면부는 압전 소자(100)의 변위를 허용할 수 있는 간격이면 되므로 상부 케이스(410)의 간격보다 작을 수 있다.
The case 400 is provided with a predetermined space therein to receive the
상기한 바와 같이 본 발명의 실시 예들에 따른 압전 소자를 폴리머계 또는 펄프계 진동판에 접촉시켜 압전 스피커를 제작하게 되면, 압전 소자에서 발생된 1차 진동을 진동판이 2차 진동시키게 되어 진동을 더욱 증폭시킬 수 있다. 따라서, 진동판으로 폴리머계 또는 펄프계 진동판을 이용하더라도 종래보다 음압 및 출력을 더욱 향상시킬 수 있다.
As described above, when the piezoelectric device according to the embodiments of the present invention is brought into contact with the polymer-based or pulp-based diaphragm to manufacture the piezoelectric speaker, the diaphragm vibrates the primary vibration generated by the piezoelectric device secondarily, . Therefore, even if a polymer-based or pulp-based diaphragm is used as the diaphragm, sound pressure and output can be further improved as compared with the conventional art.
도 6은 본 발명의 다른 실시 예들에 따른 압전 스피커의 개략 단면도이다. 도 6에 도시된 바와 같이 압전 소자(100)의 측면이 접착제(500)에 의해 케이스(410, 420) 내부에 고정된다. 즉, 진동판 등이 마련되지 않고 도 1 내지 도 3에 도시된 본 발명의 실시 예들에 따른 압전 소자(100)가 케이스(410, 420) 내부에 케이스(410, 420) 측면과 이격되어 마련되고, 접착제(500)에 의해 압전 소자(100)가 케이스(410, 420) 내부에 고정된다. 이렇게 본 발명의 실시 예들에 따른 압전 소자(100)를 케이스(400) 내측면에 고정되도록 압전 스피커를 제작하게 되면, 압전 소자(100) 자체가 진동하게 되고, 그에 따라 별도의 진동판을 이용하지 않고도 큰 진동을 발생시킬 수 있다.
6 is a schematic cross-sectional view of a piezoelectric speaker according to another embodiment of the present invention. The side surface of the
본 발명의 기술적 사상은 상기 실시 예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기 실시 예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주지해야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야에서 당업자는 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시 예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
Although the technical idea of the present invention has been specifically described according to the above embodiments, it should be noted that the above embodiments are for explanation purposes only and not for the purpose of limitation. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit and scope of the invention.
100 : 압전 소자 110, 120, 130, 150, 160, 170 : 압전층
140 : 진동 유발층 200 : 진동판
300 : 접착 테이프 400 : 케이스
500 : 접착제 600 : 단자100:
140: vibration inducing layer 200: diaphragm
300: adhesive tape 400: case
500: adhesive 600: terminal
Claims (10)
상기 진동 유발층의 상부 및 하부에 각각 마련되며, 두께 방향으로 분극되어 적층되는 적어도 2층 이상의 압전층을 포함하고,
상기 각각의 압전층은 분극 방향이 서로 역방향이 되도록 적층된 압전 소자.
A non-polarized vibration inducing layer;
And at least two piezoelectric layers provided on the upper and lower portions of the vibration inducing layer and polarized and laminated in the thickness direction,
Wherein each of the piezoelectric layers is laminated such that the polarization directions thereof are opposite to each other.
The piezoelectric element according to claim 1, wherein the vibration inducing layer and the piezoelectric layer are formed of the same material.
The piezoelectric vibrator according to any one of claims 1 and 2, wherein electrodes are formed between the vibration inducing layer and the piezoelectric layers, and voltages of the same polarity are transmitted through at least one via plug formed in a predetermined region of the vibration inducing layer and the piezoelectric layers A piezoelectric element to which the electrodes to be applied are connected,
The piezoelectric vibrator according to claim 1 or 2, wherein electrodes are formed between the vibration inducing layer and the piezoelectric layers, respectively, and the electrodes are exposed to two opposing sides of the laminated piezoelectric layers, device.
상기 압전층들중 가운데 위치하는 압전층이 다른 압전층들보다 두껍고, 상기 두꺼운 압전층의 상부 및 하부에 마련된 상기 각각의 압전층은 분극 방향이 서로 역방향이 되도록 적층된 압전 소자.
At least two piezoelectric layers which are polarized and laminated in the thickness direction,
Wherein the piezoelectric layer positioned at the center of the piezoelectric layers is thicker than the other piezoelectric layers and the piezoelectric layers provided at the upper and lower portions of the thick piezoelectric layer are laminated so that their polarization directions are opposite to each other.
The piezoelectric element according to claim 5, wherein electrodes are formed between the piezoelectric layers, and the electrodes to which the voltages of the same polarity are applied through at least one via plug formed in a predetermined region of the piezoelectric layers are connected,
상기 진동판 상에 마련된 압전 소자; 및
상기 진동판 및 압전 소자를 내부에 수용하는 케이스를 포함하고,
상기 압전 소자는,
분극되지 않은 진동 유발층과,
상기 진동 유발층의 상부 및 하부에 각각 마련되며, 두께 방향으로 분극되어 적층되는 적어도 2층 이상의 압전층을 포함하고,
상기 각각의 압전층은 분극 방향이 서로 역방향이 되도록 적층된 압전 스피커.
tympanum;
A piezoelectric element provided on the diaphragm; And
And a case accommodating the diaphragm and the piezoelectric element therein,
The piezoelectric element includes:
A non-polarized vibration inducing layer,
And at least two piezoelectric layers provided on the upper and lower portions of the vibration inducing layer and polarized and laminated in the thickness direction,
Wherein each of the piezoelectric layers is laminated such that polarization directions thereof are opposite to each other.
8. The piezoelectric speaker of claim 7, wherein the diaphragm is formed of a polymeric or pulp-based material.
The piezoelectric speaker according to claim 7 or 8, further comprising: an adhesive tape provided between the piezoelectric element and the diaphragm; and an adhesive provided on at least one side of the piezoelectric element.
상기 압전 소자의 측면이 내측면과 접착되어 상기 압전 소자를 수용하는 케이스를 포함하고,
상기 압전 소자는,
두께 방향으로 분극되어 적층되는 적어도 2층 이상의 압전층을 포함하며,
상기 압전층들중 가운데 위치하는 압전층이 다른 압전층들보다 두껍고, 상기 두꺼운 압전층의 상부 및 하부에 마련된 상기 각각의 압전층은 분극 방향이 서로 역방향이 되도록 적층된 압전 스피커.A piezoelectric element; And
And a case having a side surface of the piezoelectric element adhered to an inner surface thereof to receive the piezoelectric element,
The piezoelectric element includes:
At least two piezoelectric layers which are polarized and laminated in the thickness direction,
Wherein the piezoelectric layer positioned at the center of the piezoelectric layers is thicker than the other piezoelectric layers, and the piezoelectric layers provided at the upper and lower portions of the thick piezoelectric layer are laminated so that their polarization directions are opposite to each other.
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KR1020130164127A KR20140083912A (en) | 2012-12-26 | 2013-12-26 | Piezoelectric device and piezoelectric speaker having the same |
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Cited By (2)
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KR101588132B1 (en) | 2014-09-18 | 2016-01-25 | 고려대학교 산학협력단 | Stretchable acoustic device using liquid metal coil |
KR20190127126A (en) * | 2018-05-03 | 2019-11-13 | 엘지이노텍 주식회사 | Piezoelectric device, piezoelectric actuator including the device, and piezoelectric module including the actuator |
-
2013
- 2013-12-26 KR KR1020130164127A patent/KR20140083912A/en not_active Application Discontinuation
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