KR20150127523A - 압전소자 및 이를 포함하는 압전진동모듈 - Google Patents

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KR20150127523A
KR20150127523A KR1020140112503A KR20140112503A KR20150127523A KR 20150127523 A KR20150127523 A KR 20150127523A KR 1020140112503 A KR1020140112503 A KR 1020140112503A KR 20140112503 A KR20140112503 A KR 20140112503A KR 20150127523 A KR20150127523 A KR 20150127523A
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김범석
김경록
이승호
서정욱
박희선
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삼성전기주식회사
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Abstract

압전소자 및 압전진동모듈이 개시된다. 복수의 압전층이 적층된 압전체; 및 각각의 상기 압전층과 교대로 적층된 내부전극을 포함하고, 상기 압전층 중, 일단에 위치한 압전층의 인가전계 크기는, 타단에 위치한 압전층의 인가전계 크기보다 작은 것을 특징으로 하는 압전소자 및 압전진동모듈이 제공된다.

Description

압전소자 및 이를 포함하는 압전진동모듈{PIEZOELECTRIC ELEMET AND PIEZOELECTRIC VIBRATION MODULE HAVING THE SMAE}
본 발명은 압전소자 및 이를 포함하는 압전진동모듈에 관한 것이다.
터치패널, 터치키보드 등은 전자기기에 장착되어 문자나 그림을 입력할 때 사용자 손끝에 진동을 줄 수 있다.
이러한 기능은 압전 엑추에이터(piezoelectric actuator)와 같은 진동발생수단에 의해 터치패널에 진동감이 인가됨으로써 사용자에게 진동감이 전달되는 구조로 구현될 수 있다.
압전 엑추에이터로 세라믹 압전체가 사용될 수 있다. 세라믹 압전체가 압전 특성에 따른 진동하는 경우, 압전체를 이루는 압전층에 크랙(crack)이 발생하는 문제점이 발생할 수 있다. 크랙의 발생률이 높은 경우 압전 엑추에이터의 신뢰성이 감소된다.
본 발명의 배경기술은 일본 공개특허공보 제2002-299706호(2002.10.11 공개, 적층형 압전 액추에이터)에 개시되어 있다.
본 발명의 목적은 크랙의 발생율을 감소시키는 압전소자 및 이를 포함하는 압전진동모듈을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 일단에 위치한 압전층의 인가전계 크기가 타단에 위치한 압전층의 인가전계 크기보다 작은 것을 특징으로 하는 압전소자가 제공된다. 압전소자는, 복수의 압전층이 적층된 압전체와 압전층과 교대로 적층된 전극을 포함할 수 있다.
일단에 위치한 압전층의 두께는 타단에 위치한 압전층의 두께보다 클 수 있다. 일단에 위치한 압전층은 최대의 두께를 가질 수 있고, 타단에 위치한 압전층은 최소의 두께를 가질 수 있다. 또한, 압전층 각각의 두께는 일단에서 타단으로 갈수록 작아질 수 있다. 일단에 위치한 압전층에 대한 타단에 위치한 압전층의 두께 비는 0.6 이상 0.8 이하일 수 있다.
압전체는, 서로 동일한 두께를 가지는 적어도 두 개 이상의 연속 적층된 압전층들로 구성되는, 복수의 묶음층으로 구성되고, 복수의 묶음충 중 일단에 위치한 묶음층의 두께는 타단의 위치한 묶음층의 두께보다 클 수 있다.
압전층은 PNN-PZT계 세라믹을 포함하는 재료로 형성될 수 있다. 압전소자는 비아와 단자를 더 포함할 수 있다. 또한, 압전소자는 일단에 위치한 압전층 또는 타단에 위치한 압전층 중 적어도 하나 상에 적층되는 비압전층을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 일단에 위치한 압전층의 인가전계 크기가 타단에 위치한 압전층의 인가전계 크기보다 작은 압전소자를 포함하는 압전진동모듈이 제공된다.
압전진동모듈은 압전소자 및 진동판을 포함할 수 있다. 일단에 위치한 압전층의 두께는 타단에 위치한 압전층의 두께보다 클 수 있다. 일단에 위치한 압전층은 최대의 두께를 가질 수 있고, 타단에 위치한 압전층은 최소의 두께를 가질 수 있다. 또한, 압전층 각각의 두께는 일단에서 타단으로 갈수록 작아질 수 있다. 일단에 위치한 압전층에 대한 타단에 위치한 압전층의 두께 비는 0.6 이상 0.8 이하일 수 있다.
압전진동모듈은 중량체, 케이스 및 기판을 더 포함할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 압전진동모듈을 나타낸 사시도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 압전진동모듈을 나타낸 분해도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 압전진동모듈의 일부를 나타낸 도면.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 압전진동모듈의 진동을 나타낸 도면.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 압전소자를 나타낸 도면.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 압전소자를 나타낸 도면.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 압전소자를 나타낸 도면.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 압전소자를 나타낸 도면.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 압전소자를 나타낸 도면.
본 발명에 따른 압전소자 및 이를 포함하는 압전진동모듈의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
또한, 이하 사용되는 제1, 제2 등과 같은 용어는 동일 또는 상응하는 구성 요소들을 구별하기 위한 식별 기호에 불과하며, 동일 또는 상응하는 구성 요소들이 제1, 제2 등의 용어에 의하여 한정되는 것은 아니다.
또한, 결합이라 함은, 각 구성 요소 간의 접촉 관계에 있어, 각 구성 요소 간에 물리적으로 직접 접촉되는 경우만을 뜻하는 것이 아니라, 다른 구성이 각 구성 요소 사이에 개재되어, 그 다른 구성에 구성 요소가 각각 접촉되어 있는 경우까지 포괄하는 개념으로 사용하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 압전진동모듈을 나타낸 사시도, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 압전진동모듈을 나타낸 분해도, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 압전진동모듈의 일부를 나타낸 도면, 도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 압전진동모듈의 진동을 나타낸 도면, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 압전소자를 나타낸 도면이다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 압전진동모듈(10)은 진동판(11)과 압전소자(100)를 포함할 수 있다. 또한, 압전소자(100)는, 복수의 압전층(110)이 적층된 압전체 및 내부전극(120)을 포함할 수 있다.
진동판(11)은 압전소자(100)의 움직임에 따라 상하로 진동하는 판으로, 터치패널, 화상표시부, HPP 등에 진동을 전달하는 기능을 수행하게 되며, 전달된 진동은 햅틱(haptic) 기술로 구현된다.
진동판(11)은, 스틸(steel) 또는 서스(Steel Use Stainless, SUS) 재질로 이루어질 수 있다. 또한, 진동판(11)은 압전소자(100)의 열팽창계수와 유사한 재질인 인바(invar)로 이루어질 수 있다.
진동판(11)이 인바(invar)로 이루어지면, 특히, 진동판(11)과 압전소자(100)가 접착부재(12)에 의하여 결합되는 경우, 접착부재(12)의 경화에 의해 발생할 수 있는 벤딩(bending) 현상이 방지될 수 있다.
진동판(11)은 하부 플레이트와 상부 플레이트를 포함할 수 있다. 하부 플레이트는 압전소자(100)가 결합되는 부분이고, 상부 플레이트는 하부 플레이트의 양측에 결합되며 후술하게 될 중량체(150)와 결합하는 부분이다. 하부 플레이트와 상부 플레이트는 일체형 단일 부품으로 이루어질 수 있으며, 이와 달리 다양한 접합 방식으로 고정 결합될 수도 있다. 한편, 도 3 내지 도 5에서는 진동판(11)에서 하부 플레이트만 도시되어 있다.
압전소자(100)는 전압 인가에 따라 신축하는 성질을 가지는 소자이다. 압전소자(100)에 전압이 인가되는 경우, 압전층(110) 내에서 두 전극(+, -) 사이에 전계가 형성되며, 압전층(110) 내부에 발생하는 다이폴(dipole)에 의하여 압전층(110)의 내부구조가 변형되어 압전층(110)이 신축할 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 압전소자(100)는 진동판(11)의 일면에 결합되어, 진동판(11)을 진동시킬 수 있다. 즉, 압전소자(100)의 압전 특성은 진동판(110)의 진동을 유도할 수 있다.
도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 압전소자(100)는 전압 인가에 따라 좌우로 신축을 하게 되며, 이에 따라, 압전소자(100)에 결합된 진동판(11)은 상하로 진동할 수 있다.
압전소자(100)는 접착부재(12)에 의하여 진동판(11)에 용이하게 부착될 수 있다. 또한, 접착부재(12)는 압전소자(100)와 진동판(11)을 서로 절연시킬 수 있다.
압전층(110)은 압전 특성이 나타나는 층으로, PNN-PZT(lead zirconate titanate)계 세라믹을 포함하는 재료로 이루어질 수 있다. 이 경우, 압전층(110)의 재료는 다음의 조성물을 주성분으로 할 수 있다.
x[Pb{ZryTi(1-y)}O3]-(1-x)[Pb(NizNb(1-z))O3]
여기서, x, y, z는 상수값으로, x는 0.8, y는 0.44 그리고 z는 1/3일 수 있다.
또한, 압전층(110)의 재료는 소결조제로 사용되는 부성분을 더 포함할 수 있다. 부성분은 산화니켈(NiO), 산화구리(CuO), 산화아연(ZnO) 및 산화납(PbO) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
압전체는 복수의 압전층(110)으로 이루어지며, 복수의 압전층(110)을 가지는 압전소자(100)는, 낮은 전압에서도 압전소자(100)의 구동에 필요한 전계를 확보할 수 있다. 즉, 복수의 압전층(110)을 가지는 압전소자(100)는, 동일 전압으로 더 큰 압전 특성을 구현할 수 있는 장점을 가진다.
압전체의 복수의 압전층(110) 중, 일단에 위치한 압전층(110a)의 인가전계 크기는, 타단에 위치한 압전층(110b)의 인가전계 크기보다 작다.
여기서, '일단'은 복수의 압전층(110) 중에서 일방향으로 가장 끝에 있는 층이고, '타단'은 반대방향으로 가장 끝에 있는 층이다. 또한, 압전소자(100)가 진동판(11)에 결합되는 경우, '일단'은 진동판(11)과 먼 층이고, '타단'은 진동판(11)과 가까운 층이다.
동일한 두께를 가지는 복수의 압전층을 포함하는 압전소자의 경우, 압전소자와 진동판의 진동 시, 압전소자에 작용하는 응력(stress)의 크기를 살펴보면, 진동판과 멀리 떨어진 압전층에 작용하는 응력은, 진동판과 가까이에 있는 압전층에 작용하는 응력보다 크다. 왜냐하면, 응력이 0인 지점이 압전소자 중앙보다 진동판 쪽으로 치우친 부분에 위치하기 때문이다.
본 발명에서는, 진동판(11)과 멀리 떨어진 압전층(110a)의 인가전계 크기는 진동판(11)과 가까이에 있는 압전층(110b)의 인가전계 크기보다 작으므로, 압전소자(100) 신축 시 압전소자(100)에 작용하는 응력을 살펴보면, 진동판(11)과 멀리 떨어진 압전층(110a)에 작용하는 응력은 진동판(11)과 멀리 떨어진 압전층(110a)에 작용하는 응력보다 상대적으로 줄어들게 된다.
따라서, 이러한 압전소자(100)이 진동판(11)에 결합되어 압전소자(100)와 진동판(11)의 진동 시, 진동판(11)과 멀리 떨어진 압전층(110a)과 진동판(11)과 가까이에 있는 압전층(110b) 각각에 작용하는 응력이 균형을 이룰 수 있다. 즉, 압전소자(100)와 진동판(11)의 진동 시, 응력이 0인 지점이 압전소자(100) 중앙에 가까워질 수 있다.
압전소자(100)와 진동판(11)의 진동 시, 응력이 0이 되는 지점은 압전소자(100)의 중앙에 위치할 수 있으며, 이 경우, 일단에 위치한 압전층(110a)에 작용하는 응력과 타단에 위치한 압전층(110b)에 작용하는 응력은 동일할 수 있다.
압전소자의 응력이 지나치게 크게 작용하는 부분에서는 크랙이 유발되기 쉽다. 또한, 압전소자의 압전층은 복수의 그레인(grain)으로 형성될 수 있다. 크랙은 복수의 그레인 경계에서 발생하게 되며, 압전층 일부분에서 크랙이 유발된 경우 압전층의 그레인을 따라 크랙은 압전소자의 전체로 확산된다.
본 발명에서와 같이, 압전소자(10)의 압전층(110)들에 작용하는 응력이 균형을 이루면 크랙 발생이 감소될 수 있다.
압전층(110)들의 응력 균형을 위하여, 복수의 압전층(110) 중 일단에 위치하는 압전층(110a)은 타단에 위치하는 압전층의 두께보다 클 수 있다.
이 경우, 일단에 위치하는 압전층(110a)은 복수의 압전층(110)들 중에서 최대의 두께를 가질 수 있다.
예를 들어, 압전층(110)이 4층이고, 압전체의 두께가 320㎛인 경우, 일단에 위치하는 압전층(110a)은 110㎛의 두께를 가지고, 나머지 압전층 세 층 모두 70㎛의 두께를 가질 수 있다.
이 경우, 각 압전층(110)에 80V의 전압이 인가된다고 하면, 일단에 위치한 압전층(110a)의 인가전계 크기는 약 0.7kV/mm 이고, 나머지 나머지 압전층에 작용하는 전계 크기는 약 1.1kV/mm이 된다.
또한, 타단에 위치하는 압전층(110b)은 복수의 압전층(110)들 중에서 최소의 두께를 가질 수 있다.
예를 들어, 도 6에 도시된 바와 같이, 압전층(110)이 4층이고, 압전체의 두께가 320㎛인 경우, 일단에 위치하는 압전층(110a)은 100㎛의 두께를 가지고, 타단에 위치하는 압전층(110b)은 60㎛의 두께를 가지며, 그 사이에 위치하는 압전층 두 층은 80㎛의 두께를 가질 수 있다.
이 경우, 상기 예에서와 같은 전압 80V가 인가될 때, 일단에 위치한 압전층(110a)의 인가전계 크기는 약 0.8kV/mm, 타단에 위치한 압전층(110b)의 인가전계 크기는 약 1.3kV/mm, 나머지 압전층의 전계 크기는 1kV/mm가 된다.
한편, 일단에 위치한 압전층(110a)에 대한 타단에 위치한 압전층(110b)의 두께 비는 0.6 이상 0.8 이하일 수 있다.
두께 비가 0.8을 초과하는 경우에는 압전소자의 크랙 발생 감소의 효과가 미미하여 제품의 신뢰성에 문제가 발생할 수 있으며, 두께 비가 0.6 미만인 경우에는 진동력이 약해진다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 압전소자를 나타낸 도면이고, 도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 압전소자를 나타낸 도면이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 복수의 압전층(110) 각각의 두께는 상기 일단에서 상기 타단으로 갈수록 갈수록 점점 작아질 수 있다. 이 경우, 압전소자(100) 신축 시, 인접하는 압전층(110) 간의 신축의 편차가 작아져 층간 응력 편차가 완화될 수 있다.
예를 들어, 압전층(110)이 4개인 경우, 일단에 위치하는 압전층(110a)은 100㎛, 타단에 위치하는 압전층(110b)은 60㎛의 두께를 가지고, 그 사이에 위치하는 압전층이 각각, 90㎛, 70㎛의 두께를 가지도록 배치될 수 있다.
이 경우, 압전층(110)의 인가전계 크기는 일단에서 타단으로 갈수록 커진다. 즉, 일단에서 타단으로 갈수록 인가전계 크기(kV/mm)는 0.8, 8/9, 1.1, 1.3이 된다.
도 8에 도시된 바와 같이, 압전체는 복수의 묶음층(A, B, C, D)으로 구성될 수 있다. 각각의 묶음층은 서로 동일한 두께를 가지는 적어도 두 개 이상의 연속 적층된 압전층들로 구성된다. 하나의 묶음층에 속하는 압전층 개수는 전체 압전층 개수의 25%일 수 있다.
이 경우, 복수의 상기 묶음층 중 상기 일단에 위치한 묶음층의 두께는, 상기 타단에 위치한 묶음층의 두께보다 크다. 즉, 묶음층의 두께와 관련하여, 묶음층을 상술한 압전층에 대응시킬 수 있다.
예를 들어, 압전층(110)이 12개 층으로 구성된다고 할 때, 연속 적층된 3개층이 하나의 묶음층을 이룰 수 있다. 이 경우, 압전체는 A, B, C, D 총 네 개의 묶음층을 가질 수 있다. 일단에 위치한 묶음층 A의 두께는 100㎛로 타단에 위치한 묶음층 D의 두께 60㎛보다 클 수 있다.
일단에 위치한 묶음층의 두께가 나머지 묶음층에 비해 최대일 수 있고, 타단에 위치한 묶음층의 두께가 나머지 묶음층에 비해 최소일 수 있다. 또한, 도 8에 도시된 바와 같이, 복수의 묶음층의 두께는 일단에서 타단으로 갈수록 작아질 수 있다.
내부전극(120)은 압전층(110)에 전계를 형성시키는 전도체이다. 내부전극(120)은 압전층(110)과 교대로 형성되며, 복수의 압전층(110) 사이 및 최단부층의 압전층(110)의 외측표면에 형성될 수 있다. 최단부층의 압전층(110)의 외측표면에 형성된 전극은 외부로 노출될 수 있다.
내부전극(120)은 압전층(110)과 나란하게 적층될 수 있다. 여기서 '나란히'란, 각각의 내부전극(120)이 압전층(110)과 평행하다는 것을 의미한다.
내부전극(120)은 제1 전극(121)과 제2 전극(122)으로 구분될 수 있다. 제1 전극(121)과 제2 전극(122)은 서로 다른 극을 띨 수 있으며, 예를 들어, 제1 전극(121)이 (+)극을 띠는 경우, 제2 전극(122)은 (-)극을 띨 수 있다.
제1 전극(121)과 제2 전극(122)은 교대로 형성된다. 상술한 예와 같이, 압전층(110)이 4층인 경우, 제1 전극(121)은 두 개, 제2 전극(122)은 세 개로 구성될 수 있다.
내부전극(120)은 은(Ag)과 팔라듐(Pd) 중 적어도 하나를 포함하는 전극 페이스트(paste)가 인쇄된 후 소성됨으로써 형성될 수 있다. 예를 들어, 은과 팔라듐 혼합물로 이루어진 전극 페이스트에서, 은/팔라듐의 값은 7/3 이상 9.5/0.5 이하일 수 있다.
전극 페이스트는 각각의 압전층(110)의 일면 또는 양면에 인쇄될 수 있으며, 전극 페이스트의 인쇄 면적은 단일의 압전층(110) 일면 면적보다 작을 수 있다.
다시, 도 7을 참조하면, 압전소자(100)는 비아(123), 단자(124, 125) 및 비압전층(130, 140)을 더 포함할 수 있다.
비아(123)는 서로 나란히 배열되는 내부전극(120)들 간을 전기적으로 연결할 수 있다. 비아(123)는 복수의 압전층(110)을 관통하여 형성될 수 있다. 비아(123)는 제1 전극(121)을 연결하는 비아와 제2 전극(122)을 연결하는 비아로 구분될 수 있다.
비아(123)를 이용하게 되면, 서로 다른 층에 형성되는 복수의 제1 전극(121), 제2 전극(122) 각각을 용이하게 전기적으로 연결할 수 있다.
단자(124, 125)는 내부전극(120)이 외부전원과 전기적으로 연결되도록 하며, 외부로 노출될 수 있도록 압전체 표면에 형성될 수 있다. 한편, 후술하게 될 비압전층(130, 140)이 압전체 상에 적층되는 경우에는, 단자(1224, 125)는 비압전층 표면에 형성될 수 있다.
단자(124, 125)는, 제1 전극(121)과 전기적으로 연결되는 제1 단자(124)와, 제2 전극(122)과 전기적으로 연결되는 제2 단자(125)를 포함할 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 단자(124, 125)는 비아(123)와 직접 접촉되게 형성되거나 내부전극(120)과 직접 접촉되게 형성될 수 있다. 또한, 양 단자(124, 125)는 서로 인접하게 배치될 수 있다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 압전소자로서, 도 9에 도시된 바와 같이, 제1 단자(124)와 제2 단자(125)의 개수는 각각 한 쌍일 수 있다. 즉, 단자의 총 개수는 4개일 수 있다. 이에 따라 비아(123)의 개수도 4개일 수 있다.
이 경우, 한 쌍의 제1 단자(124)는 압전체 상에서 양 단부에 각각 위치하고, 한 쌍의 제2 단자(125) 역시 압전체 상에서 양 단부에 각각 위치할 수 있다. 단자의 개수가 4개인 경우, 전원 연결 방법이 다양해질 수 있다.
한편, 도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 압전소자를 나타낸 도면이다. 도 10을 참조하면, 압전소자(100)는 비아(123) 및 단자(124, 125)를 대체하는 외부전극(126, 127)을 포함할 수 있다.
외부전극(126, 127)은 내부전극(120)과 전기적으로 연결되도록 압전체의 양측면에 형성된다. 외부전극(126, 127)은 제1 전극과 연결되는 외부전극(126)과 제2 전극과 연결되는 외부전극(127) 두 가지로 구분될 수 있다.
압전소자(100)가 외부전극(126, 127)을 포함하는 경우, 도 2에 도시된 것과 달리, 후술하게 될 기판(170)의 위치가 외부전극(126, 127)과 연결되도록 변경될 수 있다.
비압전층은 일단에 위치한 압전층(110a) 또는 타단에 위치한 압전층(110b) 중 적어도 하나 상에 형성되는 층으로, 압전층(110) 및 내부전극(120)을 보호하는 층이다. 전계가 형성되지 않으므로, 압전 특성을 가지지는 않는다.
비압전층은 제1 커버층(130) 및 제2 커버층(140)을 포함할 수 있다.
제1 커버층(130)은 일단에 위치한 압전층(110a) 상에 적층되어, 외부로 노출된 전극을 커버하여 보호하는 층이다. 즉, 제1 커버층(130)은 내부전극(120) 중 일단에 위치하는 전극을 보호한다. 제1 커버층(130)은 약 30㎛ 의 두께를 가질 수 있다.
제1 커버층(130)은 압전층(110)을 구성하는 재료와 동일할 수 있다. 즉, 제1 커버층(130)은 압전층(110)을 구성하는 것과 동일한 PNN-PZT계 세라믹을 포함하는 재료로 형성될 수 있다. 이 경우, 제1 커버층(130)은 다음의 조성물을 주성분으로 하여 형성될 수 있다.
x[Pb{ZryTi(1-y)}O3]-(1-x)[Pb(NizNb(1-z))O3]
여기서, 압전층(110)과 마찬가지로 x는 0.8, y는 0.44 그리고 z는 1/3일 수 있다.
제2 커버층(140)은 타단에 위치한 압전층(110b) 상에 형성되어 내부전극(120) 중 타단에 위치한 전극을 보호하는 층이다.
압전진동모듈(10)에서 제2 커버층(140)은 타단에 위치한 압전층(110b)과 진동판(11) 사이에 적층된다. 또한, 접착부재(12)는 제2 커버층(140)과 진동판(11) 사이에 개재된다. 제2 커버층(140)은 제1 커버층(130)과 동일한 두께, 동일한 재료로 형성될 수 있다.
다시, 도 1을 참조하면, 압전진동모듈(10)은 중량체(150), 제1 댐퍼(151), 제2 댐퍼(152), 케이스(160) 및 기판(170)을 더 포함할 수 있다.
중량체(150)는 진동력을 최대로 증가시키는 매개물로서, 진동판(11)의 상부에 위치한다. 중량체에 의하여 햅틱감이 향상될 수 있다.
중량체(150)는 진동판(11)의 상부 플레이트와 결합될 수 있으며, 하부 플레이트와 직접적으로 접촉되지 않도록 양단부에서 중심부를 향하여 경사지게 형성될 수 있다. 또한, 중량체(150)는 금속 재질로 형성될 수 있으며, 동일 체적에서 상대적으로 밀도가 높은 텅스텐(W) 재질로 형성될 수 있다.
케이스(160)는 진동판(11), 압전소자(100) 및 중량체(150)를 모두 커버하는 하우징(housing)으로서 진동판(11), 압전소자(100) 및 중량체(150)를 비롯한 압전진동모듈(10)의 내부 부품들을 보호하는 역할을 한다.
케이스(160)는, 상부 케이스와 하부 케이스로 나누어질 수 있다. 하부 케이스는 도 1에 도시된 바와 같이 가늘고 긴 편평한 형상으로 형성되며, 상부 케이스의 개방 하부면을 폐쇄할 수 있는 크기로 형성된다. 상부 케이스와 하부 케이스는 통상의 기술자에게 이미 널리 알려져 있는 코킹(caulking), 용접 혹은 본딩 등 다양한 방식으로 결합될 수 있다.
하부 케이스는 진동판(11)의 하부 플레이트와 소정의 간격을 두고 평행하게 이격되어 있으며, 하부 플레이트는 하부 케이스의 양단부에 결합되어 고정될 수 있다.
제1 댐퍼(151)는 중량체(150)와 케이스(160) 사이에 개재되어 중량체(150)가 케이스(160)에 부딪혀 파손되는 것을 방지할 수 있다. 제1 댐퍼(151)는 중량체(150) 상부에 결합될 수 있고, 탄성부재, 예를 들어 고무 재질로 형성될 수 있다.
제2 댐퍼(152)는 중량체(150)와 진동판(11) 사이에 개재되어 중량체(150)와 진동판(11) 간의 충격을 완화할 수 있다. 제2 댐퍼(152)는 중량체(150) 하부에 결합될 수 있으며, 제1 댐퍼(151)와 마찬가지로 탄성부재, 예를 들어 고무 재질로 형성될 수 있다.
기판(170)은 압전소자(100)의 내부전극(120)에 전원을 인가하기 위하여 압전소자(100)에 결합되는 회로기판이다. 기판(170)은 압전소자(100) 하부에 결합될 수 있으며, 플렉서블 피씨비(flexible PCB, FPCB)일 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 압전소자 및 이를 포함하는 압전진동모듈에 의하면, 압전소자의 일단의 압전층의 인가전계 크기를 상대적으로 줄임으로써 압전소자 일단의 응력을 감소시켜, 크랙 발생 가능성을 줄일 수 있다.
이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
10: 압전진동모듈
11: 진동판
12: 접착부재
100: 압전소자
110: 압전층
120: 내부전극
121: 제1 전극
122: 제2 전극
123: 비아
124: 제1 단자
125: 제2 단자
126, 127: 외부전극
130: 제1 커버층
140: 제2 커버층
150: 중량체
151: 제1 댐퍼
152: 제2 댐퍼
160: 케이스
170: 기판
A, B, C, D: 묶음층

Claims (27)

  1. 복수의 압전층이 적층된 압전체; 및
    각각의 상기 압전층과 교대로 적층된 내부전극을 포함하고,
    상기 압전층 중, 일단에 위치한 압전층의 인가전계 크기는, 타단에 위치한 압전층의 인가전계 크기보다 작은 것을 특징으로 하는 압전소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 일단에 위치한 압전층의 두께는, 상기 타단에 위치한 압전층의 두께보다 큰 것을 특징으로 하는 압전소자.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 일단에 위치한 압전층은, 복수의 상기 압전층 중 최대의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 압전소자.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 타단에 위치한 압전층은, 복수의 상기 압전층 중 최소의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 압전소자.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 압전층 각각의 두께는 상기 일단에서 상기 타단으로 갈수록 작아지는 것을 특징으로 하는 압전소자.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 일단에 위치한 압전층에 대한 상기 타단에 위치한 압전층의 두께 비는 0.6 이상 0.8 이하인 것을 특징으로 하는 압전소자.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 압전체는 복수의 묶음층으로 구성되고,
    각각의 상기 묶음층은, 서로 동일한 두께를 가지는 적어도 두 개 이상의 연속 적층된 압전층들로 구성되며,
    복수의 상기 묶음층 중 상기 일단에 위치한 묶음층의 두께는, 상기 타단에 위치한 묶음층의 두께보다 큰 것을 특징으로 하는 압전소자.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 압전층은 PNN-PZT계 세라믹을 포함하는 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 압전소자.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 내부전극을 전기적으로 상호 연결하도록 상기 압전층을 관통하는 비아를 더 포함하는 압전소자.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 내부전극 및 상기 비아와 전기적으로 연결되고 외부로 노출되도록 상기 압전체 상에 형성되는 단자를 더 포함하는 압전소자.
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 내부전극과 전기적으로 연결되도록 상기 압전체의 측면에 형성되는 외부전극을 더 포함하는 압전소자.
  12. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 일단에 위치한 압전층 또는 상기 타단에 위치한 압전층 중 적어도 하나 상에 적층되는 비압전층을 더 포함하는 압전소자.
  13. 진동판; 및
    상기 진동판의 일면에 결합되어 전압 인가에 따라 신축하여 상기 진동판을 진동시키는 압전소자를 포함하고,
    상기 압전소자는,
    복수의 압전층이 적층된 압전체; 및
    각각의 상기 압전층과 교대로 적층된 내부전극을 포함하고,
    상기 압전층 중, 상기 진동판과 먼 일단에 위치한 압전층의 인가전계 크기는, 상기 진동판과 가까운 타단에 위치한 압전층의 인가전계 크기보다 작은 것을 특징으로 하는 압전진동모듈.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 압전소자에서,
    상기 일단에 위치한 압전층의 두께는, 상기 타단에 위치한 압전층의 두께보다 큰 것을 특징으로 하는 압전진동모듈.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 압전소자에서,
    상기 일단에 위치한 압전층은, 복수의 상기 압전층 중 최대의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 압전진동모듈.
  16. 제14항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압전소자에서,
    상기 타단에 위치한 압전층은, 복수의 상기 압전층 중 최소의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 압전진동모듈.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 압전소자에서,
    상기 압전층 각각의 두께는 상기 일단에서 상기 타단으로 갈수록 작아지는 것을 특징으로 하는 압전진동모듈.
  18. 제14항에 있어서,
    상기 압전소자에서,
    상기 일단에 위치한 압전층에 대한 상기 타단에 위치한 압전층의 두께 비는 0.6 이상 0.8 이하인 것을 특징으로 하는 압전진동모듈.
  19. 제14항에 있어서,
    상기 압전소자에서,
    상기 압전체는 복수의 묶음층으로 구성되고,
    각각의 상기 묶음층은, 서로 동일한 두께를 가지는 적어도 두 개 이상의 연속 적층된 압전층들로 구성되며,
    복수의 상기 묶음층 중 상기 일단에 위치한 묶음층의 두께는, 상기 타단에 위치한 묶음층의 두께보다 큰 것을 특징으로 하는 압전진동모듈.
  20. 제13항 또는 제14항에 있어서,
    상기 압전소자에서,
    상기 압전층은 PNN-PZT계 세라믹을 포함하는 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 압전진동모듈.
  21. 제13항 또는 제14항에 있어서,
    상기 압전소자는, 상기 내부전극을 전기적으로 연결하도록 상기 압전층을 관통하는 비아를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압전진동모듈.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 압전소자는, 상기 내부전극 및 상기 비아와 전기적으로 연결되고 외부로 노출되도록 상기 압전체 상에 형성되는 단자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압전진동모듈.
  23. 제13항 또는 제14항에 있어서,
    상기 압전소자는, 상기 내부전극과 전기적으로 연결되도록 상기 압전체의 측면에 형성되는 외부전극을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압전진동모듈.
  24. 제13항 또는 제14항에 있어서,
    상기 압전소자는, 상기 일단에 위치한 압전층 또는 상기 타단에 위치한 압전층 중 적어도 하나 상에 적층되는 비압전층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압전진동모듈.
  25. 제13항 또는 제14항에 있어서,
    상기 진동판의 상부에 배치되는 중량체를 더 포함하는 압전진동모듈.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 진동판, 상기 압전소자 및 상기 중량체를 커버하는 케이스를 더 포함하는 압전진동모듈.
  27. 제12항 또는 제13항에 있어서,
    상기 압전소자에 전압을 인가하도록 상기 압전소자에 결합되는 기판을 더 포함하는 압전진동모듈.
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