KR20160097749A - 압전 스피커용 압전 소자 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 상하로 적층되는 압전 세라믹의 전극의 위치와 크기를 달리하여 특정 주파수에서 음압 상승에 의한 음질의 저하가 원활히 방지되도록 하는 압전 스피커용 압전 소자에 관한 것으로, 본 압전 소자는 압전 세라믹으로 형성되는 제1 압전세라믹층과; 상기 제1 압전세라믹층의 상면 전체 중의 일부분에 형성되고, 도전성 재료로 형성되는 제1 전극과; 상기 제1 전극의 상면에 적층되고, 압전 세라믹으로 형성되는 제2 압전세라믹층과; 상기 제2 압전세라믹층의 상면 전체 중의 일부분에 형성되고, 상기 제1 전극과 그 크기와 형성 위치가 서로 다르며, 도전성 재료로 형성되는 제2 전극을; 포함한다.
Description
본 발명은 압전 스피커용 압전 소자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 상하로 적층되는 압전 세라믹의 전극의 위치와 크기를 달리하여 특정 주파수에서 음압 상승에 의한 음질의 저하가 원활히 방지되도록 하는 압전 스피커용 압전 소자에 관한 것이다.
일반적으로 최근에 휴대폰, 스마트폰 및 노트북 등의 휴대 단말기를 비롯하여 LCD TV, LED TV 등을 포함하는 TV 제품의 슬림화가 가속됨에 따라, 기존의 자석 코일을 이용한 다이나믹 스피커의 대안으로 압전 스피커가 주목을 받고 있다.
일반적으로 압전 스피커는 기존의 다이나믹 스피커에 비하여 얇고 가벼우며 전력소모가 적은 장점을 가지고 있어 미래 선도형 스피커 기술로 부각되고 있다.
그러나 압전 스피커는 상기 장점에도 불구하고 종래의 다이나믹 스피커에 비해 출력음압이 낮고 저주파 재생이 어렵다는 단점이 있어 상용화에 어려움을 겪고 있다.
종래의 압전형 스피커에는 압전 진동자를 이용하거나, 금속 진동판 상부에 압전 디스크를 덧붙여 제작하는 방식의 압전 스피커, PVDF(Polyvinylidene Fluoride)와 같은 필름형 압전 스피커, 실리콘 MEMS(Mechanical Electronic Micromachined System) 공정을 이용하여 제작하는 방식의 초소형 압전 스피커 등이 있다.
종래의 압전 스피커로서, 압전 필름 소재를 이용한 필름형 압전 스피커는 PVDF와 같은 압전 필름 소재를 이용하여 상하부에 전극을 형성하고 전압을 인가하여 음을 발생시키는 원리를 이용한다. 필름형 압전 스피커는 압전 필름의 양측면에 고분자 전도체막을 형성하고, 그 테두리를 따라 연장된 형태로 전극을 형성한 후 전극에 전압을 인가하기 위한 단자를 형성하는 구조로 제작된다.
종래의 압전 스피커용 압전 소자의 일예를 도 7에 도시하여 그 구성을 설명하면 다음과 같다. 도 7에 도시된 바와 같이, 종래의 압전 소자는 제1 전극(1), 압전세라믹층(2) 및 제2 전극(3)을 포함한다. 상기 제1 전극(1)과 제2 전극(3)은 압전세라믹층(2)의 위에 배치하여 압전 소자를 형성하여 압전세라믹층(2)의 압전 특성을 평가한다.
각각의 제1 전극(1) 및 제2 전극(3)은 두께가 약 5 내지 2,000 ㎚ 범위 내이며, 도전성 재료로 형성된다. 상기 도전성 재료는 구체적으로 한정되지 않으며, 압전 소자에 통상적으로 사용되는 임의의 재료가 될 수 있다. 도전성 재료의 예로는 금속, 예컨대 Ti, Pt, Ta, Ir, Sr, In, Sn, Au, Al, Fe, Cr, Ni, Pd, Ag 및 Cu 및 그의 화합물을 들 수 있다.
그런데, 상기와 같은 종래 기술에는 다음과 같은 문제점이 있었다.
종래의 압전 소자는 압전세라믹층의 위에 전극이 압전세라믹층의 상면 전체에 완전히 채워지거나 거의 채워지도록 형성되고, 이런 형태로 전극이 형성된 압전세라믹층이 여러 개로 적층되어 형성됨으로써, 즉 압전세라믹층 사이에 형성되는 전극의 크기가 동일함으로써, 전원의 인가에 의해 압전 소자가 진동할 때 특정 주파수에서 불특정하게 강한 공진이 자주 발생하고, 그에 따라 특정 주파수에서 음압이 강하게 상승하여 음질이 고르지 못하고 음질이 현저히 저하되는 문제점이 있었다.
이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로,
본 발명의 목적은, 상하로 적층되는 압전 세라믹의 전극의 위치와 크기를 달리하여 특정 주파수에서 음압 상승에 의한 음질의 저하가 원활히 방지되도록 하는 압전 스피커용 압전 소자를 제공함에 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 보조층을 통해 압전 세라믹의 적층이 보다 안정적으로 이루어지도록 하는 압전 스피커용 압전 소자를 제공함에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 "압전 스피커용 압전 소자"는, 압전 세라믹으로 형성되는 제1 압전세라믹층과; 상기 제1 압전세라믹층의 상면 전체 중의 일부분에 형성되고, 도전성 재료로 형성되는 제1 전극과; 상기 제1 전극의 상면에 적층되고, 압전 세라믹으로 형성되는 제2 압전세라믹층과; 상기 제2 압전세라믹층의 상면 전체 중의 일부분에 형성되고, 상기 제1 전극과 그 크기와 형성 위치가 서로 다르며, 도전성 재료로 형성되는 제2 전극을; 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 "압전 스피커용 압전 소자"의 상기 제1 전극이 형성되는 상기 제1 압전세라믹층과 상기 제2 전극이 형성되는 제2 압전세라믹층은, 다수개로 적층되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 "압전 스피커용 압전 소자"의 상기 제1 전극은, 상기 제1 압전세라믹층의 외측에 도달하도록 상기 제1 전극에서 그 외측으로 가늘고 길게 형성되고 도전성 재료로 형성되는 제1 연결단자를, 더 포함하고, 상기 제2 전극은, 상기 제2 압전세라믹층의 외측에 도달하도록 상기 제2 전극에서 그 외측으로 가늘고 길게 형성되고 도전성 재료로 형성되는 제2 연결단자를, 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 "압전 스피커용 압전 소자"는, 상기 제1 전극의 외측으로 상기 제1 압전세라믹층의 상면에 부착되고, 비도전성 재료로 형성되며, 상기 제1 전극과 동일한 두께로 형성되는 제1 보조층과; 상기 제2 전극의 외측으로 상기 제2 압전세라믹층의 상면에 부착되고, 비도전성 재료로 형성되며, 상기 제2 전극과 동일한 두께로 형성되는 제2 보조층을; 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 "압전 스피커용 압전 소자"는, 상기 제1 전극의 상면과 상기 제2 압전세라믹층의 하면 사이에 상기 제2 압전세라믹층과 동일한 크기로 적층되고, 비도전성 재료로 형성되는 보조필름을; 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같은 본 발명은, 상하로 적층되는 압전 세라믹의 전극의 위치와 크기를 달리하여 특정 주파수에서 음압 상승에 의한 음질의 저하가 원활히 방지되는 효과를 갖는다.
또한, 본 발명은, 보조층을 통해 압전 세라믹의 적층이 보다 안정적으로 이루어져 제작 및 조립이 보다 간편하게 이루어지는 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명에 따른 압전 소자의 개략적인 분해 사시도,
도 2는 본 발명에 따른 압전 소자의 개략적인 결합 사시도,
도 3은 본 발명에 따른 압전 소자의 개략적인 종단면도,
도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 압전 소자의 요부를 보인 평면도,
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 압전 소자의 개략적인 종단면도,
도 7은 종래의 압전 소자의 일예를 보인 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 압전 소자의 개략적인 결합 사시도,
도 3은 본 발명에 따른 압전 소자의 개략적인 종단면도,
도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 압전 소자의 요부를 보인 평면도,
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 압전 소자의 개략적인 종단면도,
도 7은 종래의 압전 소자의 일예를 보인 사시도.
이하 본 발명의 바람직한 실시예가 도시된 첨부 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다. 그러나 본 발명은 다수의 상이한 형태로 구현될 수 있고, 기술된 실시예에 제한되지 않음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명에 따른 압전 소자의 개략적인 분해 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 압전 소자의 개략적인 결합 사시도이며, 도 3은 본 발명에 따른 압전 소자의 개략적인 종단면도이고, 도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 압전 소자의 요부를 보인 평면도이다.
이에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 압전 스피커용 압전 소자는 압전 세라믹으로 형성되는 제1 압전세라믹층(10)과, 상기 제1 압전세라믹층(10)의 상면에 형성되는 제1 전극(20)과, 상기 제1 전극(20)의 상면에 적층되는 제2 압전세라믹층(30)과, 상기 제2 압전세라믹층(30)의 상면에 형성되는 제2 전극(40)을 포함한다.
상기 제1 압전세라믹층(10)은 압전 세라믹으로 형성되는 것으로, 후막 형태의 압전 세라믹에 대해 연마 공정을 수행하여 얇은 단층 박막으로 형성되고, 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, BZT-BCT 등의 무연 압전 신소재 등의 소재로 제조된다.
상기 제1 전극(20)은 상기 제1 압전세라믹층(10)의 상면 전체 중의 일부분에 형성되고 도전성 재료로 형성되는 것으로, Ti, Pt, Ta, Ir, Sr, In, Sn, Au, Al, Fe, Cr, Ni, Pd, Ag 및 Cu 및 그의 화합물로 형성되고 전기가 연결되어 상기 제1 압전세라믹층(10)에 전기를 인가하는 역할을 한다.
상기 제1 전극(20)은 상기 제1 압전세라믹층(10)의 외측에 도달하도록 상기 제1 전극(20)에서 그 외측으로 가늘고 길게 형성되고 도전성 재료로 형성되는 제1 연결단자(21)를 더 포함한다. 상기 제1 연결단자(21)는 상기 제1 전극(20)과 동일한 재질로 형성되는 것으로, 상기 제1 압전세라믹층(10)의 외측에서 +극 또는 -극의 전원이 상기 제1 전극(20)에 연결될 수 있도록 하는 것이다.
상기 제2 압전세라믹층(30)은 상기 제1 전극(20)의 상면에 적층되고 압전 세라믹으로 형성되는 것으로, 상기 제1 압전세라믹층(10)과 같이 후막 형태의 압전 세라믹에 대해 연마 공정을 수행하여 얇은 단층 박막으로 형성되고, 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, BZT-BCT 등의 무연 압전 신소재 등의 소재로 제조된다.
상기 제2 전극(40)은 상기 제2 압전세라믹층(30)의 상면 전체 중의 일부분에 형성되고 상기 제1 전극(20)과 그 크기와 형성 위치가 서로 다르며 도전성 재료로 형성되는 것으로, Ti, Pt, Ta, Ir, Sr, In, Sn, Au, Al, Fe, Cr, Ni, Pd, Ag 및 Cu 및 그의 화합물로 형성되고 전기가 연결되어 상기 제1 압전세라믹층(10)에 전기를 인가하는 역할을 한다.
도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 상기 제2 전극(40)은 상기 제1 전극(20)과 그 크기와 형성 위치가 서로 다름으로써, 특정 주파수에 대한 불특정한 강한 공진의 발생이 원활히 방지된다.
상기 제2 전극(40)은 상기 제2 압전세라믹층(30)의 외측에 도달하도록 상기 제2 전극(40)에서 그 외측으로 가늘고 길게 형성되고 도전성 재료로 형성되는 제2 연결단자(41)를 더 포함한다. 상기 제2 연결단자(41)는 상기 제2 전극(40)과 동일한 재질로 형성되는 것으로, 상기 제2 압전세라믹층(30)의 외측에서 +극 또는 -극의 전원이 상기 제2 전극(40)에 연결될 수 있도록 하는 것이다.
본 압전 소자는 상기 제1 전극(20)의 외측으로 상기 제1 압전세라믹층(10)의 상면에 부착되고 비도전성 재료로 형성되며 상기 제1 전극(20)과 동일한 두께로 형성되는 제1 보조층(50)과, 상기 제2 전극(40)의 외측으로 상기 제2 압전세라믹층(30)의 상면에 부착되고 비도전성 재료로 형성되며 상기 제2 전극(40)과 동일한 두께로 형성되는 제2 보조층(60)을 더 포함한다.
상기 제1 보조층(50)은 상기 제1 전극(20)과 같은 두께로 상기 제1 전극(20)이 형성되지 않은 상기 제1 압전세라믹층(10)의 상면에 형성되어 상기 제1 압전세라믹층(10)의 상면으로 상기 제2 압전세라믹층(30) 등이 적층될 때 상기 제2 압전세라믹층(30)의 하면을 지지하는 역할을 한다.
상기 제2 보조층(60)은 상기 제2 전극(40)과 같은 두께로 상기 제2 전극(40)이 형성되지 않은 상기 제2 압전세라믹층(30)의 상면에 형성되어 상기 제2 압전세라믹층(30)의 상면으로 다른 압전세라믹층 등이 적층될 때 이의 하면을 지지하는 역할을 한다.
본 압전 소자는 상기 제1 전극(20)의 상면과 상기 제2 압전세라믹층(30)의 하면 사이에 상기 제2 압전세라믹층(30)과 동일한 크기로 적층되고 비도전성 재료로 형성되는 보조필름(70)을 더 포함한다. 상기 보조필름(70)은 본 압전 소자의 상하로 상기 제1 전극(20)과 제2 전극(40)에 의한 상기 제1 압전세라믹층(10)과 제2 압전세라믹층(30)의 진동의 균일성을 극소화시켜 특정 주파수의 발생이 보다 원활히 방지되도록 하는 것이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 압전 소자의 개략적인 종단면도이다.
이에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 압전 스피커용 압전 소자의 상기 제1 전극(20)이 형성되는 상기 제1 압전세라믹층(10)과 상기 제2 전극(40)이 형성되는 제2 압전세라믹층(30)은 다수개로 적층될 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 다양한 변화와 변경 및 균등물을 사용할 수 있다. 본 발명은 상기 실시예를 적절히 변형하여 동일하게 응용할 수 있음이 명확하다. 따라서 상기 기재 내용은 하기 특허청구범위의 한계에 의해 정해지는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.
한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해서 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함을 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명하다할 것이다.
10 : 제1 압전세라믹층
20 : 제1 전극
21 : 제1 연결단자
30 : 제2 압전세라믹층
40 : 제2 전극
41 : 제2 연결단자
50 : 제1 보조층
60 : 제2 보조층
70 : 보조필름
20 : 제1 전극
21 : 제1 연결단자
30 : 제2 압전세라믹층
40 : 제2 전극
41 : 제2 연결단자
50 : 제1 보조층
60 : 제2 보조층
70 : 보조필름
Claims (5)
- 압전 세라믹으로 형성되는 제1 압전세라믹층(10)과;
상기 제1 압전세라믹층(10)의 상면 전체 중의 일부분에 형성되고, 도전성 재료로 형성되는 제1 전극(20)과;
상기 제1 전극(20)의 상면에 적층되고, 압전 세라믹으로 형성되는 제2 압전세라믹층(30)과;
상기 제2 압전세라믹층(30)의 상면 전체 중의 일부분에 형성되고, 상기 제1 전극(20)과 그 크기와 형성 위치가 서로 다르며, 도전성 재료로 형성되는 제2 전극(40)을;
포함하는 것을 특징으로 하는 압전 스피커용 압전 소자.
- 제1항에 있어서,
상기 제1 전극(20)이 형성되는 상기 제1 압전세라믹층(10)과 상기 제2 전극(40)이 형성되는 제2 압전세라믹층(30)은, 다수개로 적층되는 것을 특징으로 하는 압전 스피커용 압전 소자.
- 제1항에 있어서,
상기 제1 전극(20)은,
상기 제1 압전세라믹층(10)의 외측에 도달하도록 상기 제1 전극(20)에서 그 외측으로 가늘고 길게 형성되고 도전성 재료로 형성되는 제1 연결단자(21)를, 더 포함하고,
상기 제2 전극(40)은,
상기 제2 압전세라믹층(30)의 외측에 도달하도록 상기 제2 전극(40)에서 그 외측으로 가늘고 길게 형성되고 도전성 재료로 형성되는 제2 연결단자(41)를, 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 스피커용 압전 소자.
- 제1항에 있어서,
상기 압전 소자는,
상기 제1 전극(20)의 외측으로 상기 제1 압전세라믹층(10)의 상면에 부착되고, 비도전성 재료로 형성되며, 상기 제1 전극(20)과 동일한 두께로 형성되는 제1 보조층(50)과;
상기 제2 전극(40)의 외측으로 상기 제2 압전세라믹층(30)의 상면에 부착되고, 비도전성 재료로 형성되며, 상기 제2 전극(40)과 동일한 두께로 형성되는 제2 보조층(60)을;
더 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 스피커용 압전 소자.
- 제1항에 있어서,
상기 압전 소자는,
상기 제1 전극(20)의 상면과 상기 제2 압전세라믹층(30)의 하면 사이에 상기 제2 압전세라믹층(30)과 동일한 크기로 적층되고, 비도전성 재료로 형성되는 보조필름(70)을;
더 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 스피커용 압전 소자.
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