KR20180005399A - 평판형 보이스 코일판 스피커 - Google Patents

Abstract

열에 의한 성능 열화를 방지할 수 있는 평판형 스피커가 개시된다. 본 발명의 한 측면에 따른 평판형 스피커는, 서로 소정의 간격을 두고 배치된 한 쌍의 자성체 사이의 자기 공간에 배치되는 것으로, 평면 형태의 베이스 기판표면 측에 보이스 코일이 형성된 보이스 코일판; 상기 자기 공간 외부로 노출된 상기 보이스 코일판의 상단부에 결합되어, 상기 보이스 코일판에 발생하는 전자기력에 의해 진동하는 진동판; 및 열전도성 소재로 이루어지고, 상기 보이스 코일판의 표면에 부착된 제1영역과 상기 제1영역과 열적으로 연결되고 상기 진동판의 외부로 노출된 제2영역을 갖는, 방열 필름을 포함한다.

Description

평판형 보이스 코일판 스피커{Speaker Having Flat-Type Voice Coil}

본 발명은 스피커에 관한 것으로, 더 상세하게는, 평면 형태의 보이스 코일판을 갖는 평판형 스피커에 관한 것 이다.

스피커는 자기장 내에 배치된 보이스 코일 및 진동판을 구비하며, 전기 신호에 의해 보이스 코일에 발생하는 로렌츠 힘을 이용하여 진동판을 진동시킴으로써 공기에 소밀파 형태의 음파를 발생시키는 장치이다. 종래에는 원통형으로 권선된 보이스 코일을 이용하여 콘(cone) 형태의 진동판을 진동시키는 원형 스피커가 널리 사용되어 왔으나, 최근에는 오디오 시스템이 탑재되는 디스플레이 장치나 모바일 단말기 등의 소형화 및 박형화 추세에 따라 스피커 설치 공간을 줄일 수 있는 평판형 스피커의 채용이 늘고 있다.

평판형 스피커는 일반적으로, 서로 소정의 간격을 두고 배치되어 그 사이에 자기장이 형성된 자기 공간을 형성하는 한 쌍의 자성체와, 상기 자기 공간에 배치된 평면 형태의 보이스 코일판과, 상기 보이스 코일판의 상단에 수직으로 결합되어 상기 보이스 코일판의 운동에 의해 진동하는 진동판을 포함하여 구성된다. 상기 보이스 코일판은 플레이트 또는 필름 형태의 베이스 기판과, 베이스 기판의 표면에 트랙 형태로 와권되거나 이와 유사한 형태로 인쇄된 보이스 코일을 포함한다.

스피커 작동 시에 상기 보이스 코일에서는 상기 전기 신호에 의한 줄 열(Joule heat)이 발생한다. 보이스 코일의 굵기가 가늘고 권선 집적도가 높을수록 저항값이 증가하므로 더 많은 열이 발생한다. 그런데, 평판형 스피커의 경우 보이스 코일판이 한 쌍의 자성체 사이의 좁은 공간에 배치되므로 이러한 줄 열의 방출이 용이하지 않다. 방출되지 않은 열은 보이스 코일판에 축적되어 베이스 기판의 열 변형을 초래할 수 있다. 또한, 축적된 열은 인접한 자성체에 전달되어 그 자기장의 세기를 약화시키기도 한다. 강자성체에 열을 가하여 퀴리 온도(Curie temperature)에 근접하면 자화가 소실되는 성질이 있기 때문이다. 이와 같이, 평판형 스피커에서는 보이스 코일판에서 발생한 열에 의해 스피커의 성능이 열화되기 쉬운 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 평면 형태의 보이스 코일판에서 발생하는 열을 스피커 외부로 방출하여, 줄 열의 축적에 의한 내부 구조물의 변형이나 스피커의 성능 열화를 방지할 수 있는 평판형 스피커를 제공하는 데에 그 목적이 있다. 또한, 본 발명은 스피커의 내부 구조물, 특히 보이스 코일판의 구조를 개선하여 열 변형을 방지할 수 있는 평판형 스피커를 제공하는 데에 그 목적이 있다.

전술한 과제의 해결을 위하여 본 발명의 한 측면에 따른 평판형 스피커는, 서로 소정의 간격을 두고 배치된 한쌍의 자성체 사이의 자기 공간에 배치되는 것으로, 평면 형태의 베이스 기판 표면 측에 보이스 코일이 형성된 보이스 코일판; 상기 자기 공간 외부로 노출된 상기 보이스 코일판의 상단부에 결합되어, 상기 보이스 코일판에 발생하는 전자기력에 의해 진동하는 진동판; 및 열전도성 소재로 이루어지고, 상기 보이스 코일판의 표면에 부착된 제1영역과 상기 제1영역과 열적으로 연결되고 상기 진동판의 외부로 노출된 제2영역을 갖는, 방열 필름을 포함한다.

상기 진동판은 상기 자기 공간을 향하는 내측과 그 반대인 외측을 관통하는 관통홀을 가지고, 상기 방열 필름의 상기 제1영역과 상기 제2영역은 상기 관통홀을 통해 서로 열적으로 연결된 것일 수 있다.

상기 방열 필름은, 상기 제1영역과 상기 제2영역이 상기 관통홀을 통해 연속된 하나의 열전도성 필름으로 이루어진 것일 수 있다. 한편 상기 방열 필름은, 상기 제1영역과 상기 제2영역이 서로 분리 가능한 별개의 필름으로 이루어지고, 상기 제1영역의 상단부가 상기 관통홀을 통해 상기 진동판의 외측으로 노출되며, 상기 제2영역이 그 노출된 상단부와 접촉하며 상기 진동판의 외측 표면에 부착된 것일 수도 있다.

상기 방열 필름은 평면 방향의 열전도도가 두께 방향의 열전도도보다 높은 평면 열전도성 필름일 수 있다.

상기 베이스 기판은 상기 진동판으로부터 먼 쪽의 코너부가 모따기 된 형태일 수 있다. 나아가 상기 베이스 기판은 상기 코너부가 소정의 곡률 반경으로 라운딩 되도록 모따기 된 형태인 것일 수도 있다.

본 발명의 한 측면에 따른 평판형 스피커는, 서로 소정의 간격을 두고 배치된 한 쌍의 자성체 사이의 자기 공간에 배치되는 것으로, 평면 형태의 베이스 기판 표면 측에 보이스 코일이 형성된 보이스 코일판; 및 상기 자기 공간 외부로 노출된 상기 보이스 코일판의 상단부에 결합되어, 상기 보이스 코일판에 발생하는 전자기력에 의해 진동하는 진동판을 포함하고, 상기 베이스 기판은 상기 진동판으로부터 먼 쪽의 코너부가 모따기 된 형태일 수 있다.

본 발명에 따르면, 평면 형태의 보이스 코일판에서 발생하는 열을 방열 필름을 통해 스피커의 진동판 외부로 방출함으로써, 줄 열의 축적에 의한 내부 구조물의 변형이나 스피커의 성능 열화를 방지할 수 있는 평판형 스피커가 제공된다. 또한, 본 발명에 따르면,, 스피커의 내부 구조물, 특히 보이스 코일판의 베이스 기판 구조를 개선함으로써 열 변형을 방지할 수 있는 평판형 스피커가 제공된다.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 평판형 스피커에서 보이스 코일판과 진동판을 보이는 사시도이다.
도 2는 상기 도 1의 실시예에 따른 평판형 스피커에서 A-A' 단면을 보이는 단면도이다.
도 3은 상기 도 1의 실시예에 따른 평판형 스피커에서 보이스 코일판과 진동판을 보이는 정면도이다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 평판형 스피커에서 보이스 코일판의 코너부를 보이는 확대도이다.
도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 평판형 스피커에서 보이스 코일판의 코너부를 보이는 확대도이다.
도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 평판형 스피커에서 단면형 보이스 코일판과 진동판을 보이는 단면도이다.
도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 평판형 스피커에서 양면 평탄형 보이스 코일판과 진동판을 보이는 단면도이다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명한다. 다음에서 설명되는 실시예들은 여러 가지 다양한 형태로 변형할 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하의 실시예들에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예들은 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 기술적 사상을 명확히 전달하기 위하여 제공된다.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 평판형 스피커에서 보이스 코일판과 진동판을 보이는 사시도이다. 본 실시예에 따르면, 베이스 기판(10)의 표면 측에 보이스 코일(11)이 형성된 평면 형태의 보이스 코일판(100)의 상단부가 공기를 진동시키는 진동판(20)과 서로 수직하게 결합된다. 상기 보이스 코일판(100)의 표면과 상기 진동판(20)의 외측 표면에는 방열 필름(30)이 부착된다.

상기 방열 필름(30)을 좀 더 구체적으로 살펴보면, 상기 방열 필름(30)의 제1영역(31)은 상기 보이스 코일판(100)의 표면에 부착되고, 그 제2영역(32)은 상기 진동판(20)의 외측 표면에 부착되며, 상기 제1영역(31)과 상기 제2영역(32)은 서로 열적으로 연결된다. 열적으로 연결된다고 함은 열전도도가 주변보다 높은 구조물을 통해 서로 연결된 것을 의미하며, 본 실시예에서는 상기 진동판(20)의 중심부에 마련된 슬릿 형태의 관통홀(21)을 통해 연속된 하나의 열전도성 필름으로 서로 연결되어 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 보이스 코일판(100)에 부착된 제1영역과 진동판(20)의 표면에 부착된 제2영역이 서로 분리된 필름으로 이루어지고, 이들 중 어느 하나가 상기 진동판(20)을 관통하여 직접 접촉되거나, 제3의 열전도성 필름 등의 열전도성 구조물을 이용하여 간접적으로 연결될 수도 있다.

상기 방열 필름(30)은 하나 또는 둘 이상 구비될 수 있으며, 상기 보이스 코일판(100)의 발열량 등의 요인에 따라서 그 면적을 달리하여 부착될 수 있다. 다만, 방열 필름(30)의 부착 위치는 진동판(20)의 균형잡힌 진동을 위해 상기 진동판(20) 및 상기 보이스 코일판(100)의 진동 방향 중심축을 기준으로 하여 대칭적으로 배치하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 방열 필름(30)은 본 실시예에서와 같이 상기 보이스 코일판(100)의 양면에 부착될 수도 있고, 한쪽 면에만 부착될 수도 있다.

상기 방열 필름(30)은 두께 방향 열전도도보다 면 방향 열전도도가 상대적으로 높은 것이 주로 상기 제1영역(31)에서 발생한 열을 제2영역(32)로 확산시켜 방출하는 데에 유리하며, 그래핀 시트(Graphene sheet), 그래파이트 시트(Graphite sheet) 또는 카본나노튜브 시트(CNT sheet) 등의 카본계 방열 시트를 채용할 수 있다. 상기 방열 필름(30)은 점착제 또는 접착제를 이용하여 타 구조물에 부착할 수 있는데, 일면에 열전도성의 점착제 또는 접착제 층이 형성되어 쉽게 부착할 수 있는 제품이 시중에 판매되고 있으므로 이를 이용할 수도 있다. 그래핀 시트는 필름 형태의 기재에 흑연으로부터 화학적 또는 물리적으로 박리된 그래핀 조각들을 평면적으로 분포시킨 것이고, 그래파이트 시트는 인공흑연 또는 천연흑연을 얇은 막 형태로 가공한 것이며, 카본나노튜브 시트는 카본나노튜브 조각들을 평면적으로 고르게 분산시킨 고열전도 수지층을 포함하는 필름이다.

한편, 상기 진동판(20)은 그 둘레부가 댐퍼(damper) 구조물을 통해 스피커의 하우징 등의 고정 구조물과 연결될 수 있으나, 설명의 편의를 위해 여기서는 도시하지 않았다.

도 2는 상기 도 1의 실시예에 따른 평판형 스피커에서 A-A' 단면을 보이는 단면도이다. 전술한 바와 같이, 보이스 코일판(100)은 한 쌍의 자성체(40) 사이의 자기 공간에 설치되고, 그 상단부가 진동판(20)과 결합된다. 상기 한 쌍의 자성체(40)는 상기 보이스 코일판(100)을 관통하는 방향의 자기장을 형성하는 것으로서, 영구자석(41)과 그 상하에 배치된 요크판(42)을 포함할 수 있다. 다만 본 발명이 자성체의 형태에 의해 한정되는 것은 아니다.

상기 도 2는 상기 보이스 코일판(100)과 상기 진동판(20)이 방열 필름(30)과 함께 결합된 형태의 예를 보인다.

도시된 바와 같이, 진동판(20) 중심의 슬릿 형태의 관통홀(21)에 상기 방열 필름(30)이 부착된 보이스 코일판(100)이 삽입되고, 상기 관통홀을 통해 외부로 노출된 상기 방열 필름(30)의 제2영역(32)이 상기 진동판(20)의 외측 표면에 부착된다. 부착은 점착제 또는 접착제를 이용하여 이루어질 수도 있고, 별도의 테잎을 이용하여 이루어질 수도 있다.

상기 관통홀(21)의 크기나 형태는 다양하게 변형될 수 있다. 예를 들어, 보이스 코일판(100)이 상기 진동판(20)에 삽입되지 않고 그 내측 표면에 부착되는 경우, 상기 관통홀은 상기 방열필름(30)만 통과할 수 있을 정도로 작게 형성될 수도 있다.

도 3은 상기 도 1의 실시예에 따른 평판형 스피커에서 보이스 코일판과 진동판을 보이는 정면도이다. 본 실시예에서, 상기 보이스 코일(11)은 상기 베이스 기판(10)의 일면 또는 양면에 예컨대 트랙 형태로 와권된 것일 수 있다. 이와 다른 예로서 상기 보이스 코일(11)은 베이스 기판(10)의 일면 또는 양면에 트랙 형태로 인쇄된 도전성 패턴일 수도 있다. 상기 보이스 코일(11)은 자기장이 형성된 공간에서 상기 진동판(20)을 그 평면에 수직한 방향으로 진동시킬 수 있도록 상기 진동판(20)에 평행하게 연장된 구간을 포함한다. 이하의 도면에서는 편의상 생략하였으나, 상기 보이스 코일(11)의 양단은 리드 배선을 통해 스피커의 단자에 연결되어 전기 신호를 수반한 전류가 상기 보이스 코일(11)에 흐르게 된다.

상기 베이스 기판(10)의 소재로는 고내열성의 고분자 필름, 예컨대 폴리이미드(Polyimide) 필름을 채용할 수 있다. 보이스 코일판(100)은 스피커 작동 시에 보이스 코일(11)에서 발생하는 줄 열(Joule heat)로 인해 100℃ 이상의 높은 온도에 도달하는 경우가 많으므로 베이스 기판(10)에는 폴리이미드와 같이 열변형이 적은 소재를 채용하는 것이 바람직하다. 좁은 자기 공간 내에서 베이스 기판(10)에 열변형이 일어날 경우 보이스 코일판(100)과 자성체 사이에 마찰이 일어나는 불량의 원인이 될 수 있기 때문이다.

상기 베이스 기판(10)은 모따기 된 형태의 코너부(13)를 가질 수 있다. 스피커 작동 시에 발생한 열은 일차적으로 보이스 코일판(100) 내에 축적되어 온도를 상승시키는데, 이때 보이스 코일판(100) 각 부분의 열팽창 정도가 달라 열변형을 일으킬 수 있다. 열변형 일어날 경우 가장 큰 변위가 일어나고, 주변의 자성체와 접촉하여 직접적으로 문제를 발생시키는 부분은 베이스 기판(10)에서 진동판으로부터 먼 쪽의 코너부이다. 따라서, 본 실시예에 따른 평판형 스피커에서는 베이스 기판(10)의 코너부(13)가 모따기 된 형태를 갖도록 했다. 이러한 구조를 통해 상기 베이스 기판(10)에 약간의 열변형이 일어나더라도 주변의 자성체와 접촉하지 않도록 할 수 있다.

도 4 및 도 5는 본 발명의 실시예들에 따른 평판형 스피커에서 보이스 코일판의 코너부를 보이는 확대도이다.

전술한 바와 같이 베이스 기판(10)의 코너부를 모따기 된 형태로 형성할 수 있으며, 한 예로서 코너부(130)가 소정의 곡률 반경으로 라운딩 되도록 할 수 있다. 다만, 코너부의 형태는 이에 한정되지 않고 다양하게 변형될 수 있다. 예컨대, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 베이스 기판(10)의 코너부(131)는 직사각형의 코너가 삼각형으로 잘려나가도록 삭제한 형태로 형성될 수도 있다.

도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 평판형 스피커에서 단면형 보이스 코일판과 진동판을 보이는 단면도이다.

본 실시예에 따르면, 보이스 코일판(101)은 베이스 기판(10)의 한쪽 표면 측에 보이스 코일(11)이 형성된 단면형 보이스 코일판(101)일 수도 있다. 이 경우, 방열 필름(30)은 본 도면에 도시된 바와 같이 상기 보이스 코일판(101)의 양쪽 면에 부착될 수 있을 뿐만 아니라, 어느 한쪽 면에만 부착될 수도 있다. 한쪽 면에만 부착되는 경우, 단면형 보이스 코일판(101)에서 보이스 코일(11)이 형성된 쪽이든 그 반대쪽이든 어느 쪽 면에 방열 필름(30)을 부착해도 무방하다. 다만, 보이스 코일(11)이 형성된 쪽 면에 부착하는 것이 방열 효율 측면에서 유리하다.

도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 평판형 스피커에서 양면 평탄형 보이스 코일판과 진동판을 보이는 단면도이다. 본 실시예에 따른 평판형 스피커는, 베이스 기판(10)의 양면에 도전성 패턴 인쇄를 통해 형성된 보이스 코일(11)과 그 표면을 덮는 절연막(15)을 포함한다. 상기 절연막(15)의 소재에 대한 제약은 없으나, 공정 온도 등을 고려하여 유기 절연막으로 이루어질 수 있다.

상기 보이스 코일판(102)의 한쪽 표면에는 방열 필름(300)이 부착된다. 좀 더 구체적으로는, 방열 필름(300)의 제1영역(310)이 부착된다. 상기 제1영역(310)은 그 상단부가 진동판(20)에 형성된 관통홀(21)을 통해 상기 진동판(20) 외측으로 노출된다. 상기 진동판(20)의 외측 표면에는 방열 필름(300)의 제2영역(320)이 부착된다. 상기 제2영역(320)은 일부분이 상기 제1영역(310)의 일부와 직접 접촉하도록 부착된다.

이와 같은 구성을 통해 보이스 코일(11)에서 발생한 열이 상기 방열 필름(300)의 제1영역(310)을 통해 확산되고, 상기 제2영역(320)으로 전달된다. 상기 제2영역(320)은 스피커 외부의 공기와 접촉하며 열을 방출한다.

본 실시예에서는, 크기 56mm*10mm 에 두께가 0.2mm인 폴리이미드 필름을 베이스 기판(10)으로 하고, 그 표면에 길이 4m, 부피 360 ㎟, 저항값이 0.6Ω인 보이스 코일(11)을 형성하였다. 여기에 두께가 0.05mm인 그래핀 필름으로 제1영역(310)의 면적이 10mm*7mm, 제2영역(320)의 면적이 10mm*6mm인 방열 필름(300)을 구성하여 일정한 간격으로 3개 부착하였다. 상기 보이스 코일(11)에 1A의 전류를 인가하는 조건으로 열 해석을 수행한 결과, 상기 방열 필름(300) 부착하지 않은 경우에는 상기 보이스 코일판(102)의 온도가 198.8℃에 이르렀으나, 방열 필름(300) 부착한 경우에는 103℃로 유지됨을 확인할 수 있었다.

한편, 도 8은 전술한 실시예에 따른 평판형 스피커에서 보이스 코일판의 코너부가 모따기 된 경우와 되지 않은 경우에 따른 열응력 및 열변형 시뮬레이션 결과를 보인다. 모따기 된 형태의 베이스 필름(10)을 채용한 결과 두 경우 모두 주변의 자성체(간격 약 1.3mm 조건)에 접촉될 정도의 열변형은 보이지 않았다. 다만, 코너부가 모따기 된 경우(b) 코너부에 대한 열응력의 집중이 해소된 모습을 볼 수 있다. 또한, 베이스 필름의 변위 측면에서는, 110℃의 온도 조건에서 코너부가 모따기 되지 않은 경우(a) 진동판에 고정된 상단부에 대한 최대 변위가 0.0372mm 이었던 반면, 코너부가 모따기 된 경우(b) 최대 변위가 0.0342mm로서 수준으로 감소하였다.

10: 베이스 기판
11: 보이스 코일 13: 베이스 기판 코너부
20: 진동판 21: 진동판 슬릿
30,300: 방열 필름 31, 310: 방열 필름 제1영역
32, 320: 방열 필름 제2영역 40: 자성체
41: 영구자석 42: 요크판
100, 101, 102: 보이스 코일판

Claims (5)

1. 서로 소정의 간격을 두고 배치된 한 쌍의 자성체 사이의 자기 공간에 배치되는 것으로, 평면 형태의 베이스 기판 표면 측에 보이스 코일이 형성된 보이스 코일판;
   상기 자기 공간 외부로 노출된 상기 보이스 코일판의 상단부에 결합되어, 상기 보이스 코일판에 발생하는 전자기력에 의해 진동하는 진동판; 및 열전도성 소재로 이루어지고,
   상기 보이스 코일판의 표면에 부착된 제1영역과 상기 제1영역과 열적으로 연결되고 상기 진동판의 외부로 노출된 제2영역을 갖는, 방열 필름을 포함하는, 평판형 스피커.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 진동판은 상기 자기 공간을 향하는 내측과 그 반대인 외측을 관통하는 관통홀을 가지고,
   상기 방열 필름의 상기 제1영역과 상기 제2영역은 상기 관통홀을 통해 서로 열적으로 연결된 것을 특징으로 하는, 평판형 스피커.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 방열 필름은,
   상기 제1영역과 상기 제2영역이 상기 관통홀을 통해 연속된 하나의 열전도성 필름으로 이루어진 것을 특징으로 하는, 평판형 스피커.
4. 청구항 2에 있어서,
   상기 방열 필름은,
   상기 제1영역과 상기 제2영역이 서로 분리 가능한 별개의 필름으로 이루어지고, 상기 제1영역의 상단부가 상기 관통홀을 통해 상기 진동판의 외측으로 노출되며, 상기 제2영역이 그 노출된 상단부와 접촉하며 상기 진동판의
   외측 표면에 부착된 것을 특징으로 하는,
   평판형 스피커.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 방열 필름은 평면 방향의 열전도도가 두께 방향의 열전도도보다 높은 평면 열전도성 필름인 것을 특징으로 하는,
   평판형 스피커.

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