WO2017213415A1 - 음향 출력 장치 - Google Patents

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WO2017213415A1
WO2017213415A1 PCT/KR2017/005907 KR2017005907W WO2017213415A1 WO 2017213415 A1 WO2017213415 A1 WO 2017213415A1 KR 2017005907 W KR2017005907 W KR 2017005907W WO 2017213415 A1 WO2017213415 A1 WO 2017213415A1
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WO
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sound output
piezoelectric
output device
piezoelectric element
output unit
Prior art date
Application number
PCT/KR2017/005907
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English (en)
French (fr)
Inventor
박성철
김영술
박상훈
정인섭
Original Assignee
주식회사 모다이노칩
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Publication date
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Priority to JP2018542098A priority patent/JP2019501605A/ja
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R1/00—Details of transducers, loudspeakers or microphones
    • H04R1/20—Arrangements for obtaining desired frequency or directional characteristics
    • H04R1/22—Arrangements for obtaining desired frequency or directional characteristics for obtaining desired frequency characteristic only 
    • H04R1/28—Transducer mountings or enclosures modified by provision of mechanical or acoustic impedances, e.g. resonator, damping means
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R17/00—Piezoelectric transducers; Electrostrictive transducers
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    • H04R23/00—Transducers other than those covered by groups H04R9/00 - H04R21/00
    • H04R23/02—Transducers using more than one principle simultaneously
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    • H04R9/00—Transducers of moving-coil, moving-strip, or moving-wire type
    • H04R9/02—Details

Definitions

  • the present invention relates to an audio output device, and more particularly, to an audio output device capable of improving output characteristics of an audible frequency band including a low band and a high band.
  • a piezoelectric device refers to a device having a property of changing electrical energy and mechanical energy from each other. That is, a piezoelectric element generates a voltage when a pressure is applied (piezoelectric effect), and when a voltage is applied, a volume or length increases or decreases due to internal pressure change (reverse piezoelectric effect).
  • the piezoelectric element is composed of a piezoelectric layer and an electrode provided thereon, so that the pressure changes according to the voltage applied to the piezoelectric layer through the electrode.
  • the piezoelectric speaker is a component that acoustically converts the mechanical movement of the piezoelectric element by a diaphragm to generate sound of a desired frequency band.
  • Piezoelectric speaker has the advantage of thinner, lighter and less power consumption than the existing dynamic speaker, it can be used in electronic devices such as smart phones, such as small, thin, lightweight.
  • the piezoelectric speaker has a disadvantage in that the high pitched sound is strong and the low pitched sound cannot be listened to for a long time.
  • a dynamic speaker widely used for music reproduction uses the principle that when a voice signal current flows through a voice coil in a magnetic field of a magnet, mechanical force acts on the voice coil and causes motion according to the strength of the current.
  • dynamic speakers are suitable for implementing low sounds, they are relatively fragile to implement high sounds, and thus have limitations in providing high quality sound.
  • the applicant of the present invention has applied for a sound output device combining a piezoelectric speaker and a dynamic speaker (Korean Patent Application No. 2015-0171719).
  • the piezoelectric speaker and the dynamic speaker are provided spaced apart from the inside of the housing by a predetermined interval, and the emission hole is formed in a predetermined region of the housing so that the output sound from the dynamic speaker is emitted.
  • the sound output from the piezoelectric speaker and the dynamic speaker, respectively is mixed outside rather than inside the housing. That is, the sound of the piezoelectric speaker is output as it is and the sound of the dynamic speaker is output through the emission hole and then the two sounds are mixed outside of the housing.
  • such a sound output device has a limit in reducing the size. That is, although the sound of the piezoelectric speaker is output as it is, the emission hole must be formed in order to output the sound of the dynamic speaker, thereby limiting the overall size, that is, reducing the size of the housing.
  • the size of the housing it is possible to reduce the size of the housing and, accordingly, reduce the size of the piezoelectric speaker and the dynamic speaker, but in this case, there is a problem in that the output acoustic characteristics are degraded.
  • the present invention provides a sound output device that can have both the advantages of a piezoelectric speaker and the advantages of a dynamic speaker.
  • the present invention provides a sound output device capable of improving both the bass and treble characteristics while reducing the overall size.
  • the present invention provides a sound output device that can maintain the size of the piezoelectric speaker and reduce the size of the housing to maintain the acoustic characteristics and reduce the overall size.
  • a sound output device includes a first sound output unit; A second sound output unit spaced apart from the first sound output unit at a predetermined interval; At least one opening formed in the second sound output; And a housing for accommodating at least one of the first and second sound output units, wherein the outer diameter of the housing is 100% to 130% of the diameter of the second sound output unit.
  • the first sound output unit may include a dynamic speaker
  • the second sound output unit may include a piezoelectric speaker including a piezoelectric element and a diaphragm.
  • the outer diameter of the housing relative to the diameter of the piezoelectric element is 100% to 130%.
  • the diameter of the diaphragm is the same or smaller than the outer diameter of the housing.
  • the outer diameter of the housing is less than 13 mm.
  • the opening is formed to a diameter of 3% to 70% of the piezoelectric element diameter.
  • the piezoelectric element includes a base, a plurality of piezoelectric layers formed on at least one surface of the base, a plurality of internal electrodes formed between the plurality of piezoelectric layers, and external electrodes formed to be connected to the plurality of internal electrodes. do.
  • the thickness of the base is 1/3 to 1/150 of the thickness of the piezoelectric element.
  • each of the piezoelectric layers is 2 ⁇ m to 50 ⁇ m.
  • the piezoelectric layer is laminated in two to 50 layers.
  • each of the piezoelectric layers is 1/3 to 1/100 of the thickness of the piezoelectric element.
  • Each piezoelectric layer has a thickness equal to or greater than that of the internal electrode.
  • the piezoelectric layer includes at least one pore.
  • the internal electrode has a thickness of at least one region.
  • the internal electrode has an area of 10% to 97% of the piezoelectric layer area.
  • the piezoelectric layer comprises a seed composition.
  • the piezoelectric layer is an orientation raw material composition formed of a piezoelectric material having a perovskite crystal structure, and distributed in the orientation raw material composition, wherein ABO 3 (A is a divalent metal element and B is a tetravalent metal element).
  • a seed composition formed of an oxide having the general formula.
  • the seed composition is oriented in a length of 1 ⁇ m to 50 ⁇ m in at least one direction.
  • the volume of the space between the first and second sound outputs is 10 kPa to 100 kPa.
  • the apparatus further includes a weight member provided in at least one region of the second sound output unit.
  • the weight member further includes a mesh provided in an area corresponding to the opening.
  • a coating layer formed on at least a portion of the first sound output unit, the second sound output unit, and the housing.
  • a sound output device is provided by spaced apart from the dynamic speaker and the piezoelectric speaker in the housing. Therefore, the acoustic characteristics in the audible frequency band can be improved by providing a dynamic speaker having excellent low sound characteristics and a piezoelectric speaker having high high acoustic properties in one housing.
  • the sound output from the dynamic speaker is output through the opening. Therefore, the sound output from the dynamic speaker and the piezoelectric speaker, respectively, can be mixed outside the housing to further improve the sound quality.
  • the opening is not formed in the housing, thereby reducing the size of the housing. Therefore, it is possible to maintain the size of the piezoelectric speaker to maintain acoustic characteristics and to reduce the size of the housing, thereby reducing the overall size of the acoustic output device.
  • the sound output device of the present invention may be implemented as a speaker and earphone.
  • the sound output device of the present invention can be implemented as an earphone to enable the miniaturization of the earphone.
  • 1 to 3 is an exploded perspective view, a combined perspective view and a cross-sectional view of the sound output device according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a perspective view of a modification of the sound output apparatus according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a perspective view according to an embodiment of a piezoelectric element used in the present invention.
  • 6 to 9 are cross-sectional views according to an embodiment of a piezoelectric element used in the present invention.
  • 10 and 11 are graphs of acoustic characteristics according to the thickness and the number of stacked layers of the piezoelectric layer of the piezoelectric element.
  • FIG 12 to 14 are views for explaining the characteristics of the piezoelectric ceramic sintered body used in the present invention.
  • 15 to 17 are views for explaining an embodiment and a comparative example of the piezoelectric ceramic sintered body used in the present invention.
  • 18 and 19 are an exploded perspective view and a combined perspective view of the sound output device according to a second embodiment of the present invention.
  • 20 and 21 are an exploded perspective view and a combined perspective view of the sound output device according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 22 is a characteristic graph of an acoustic output device having an opening formed in a piezoelectric speaker and an acoustic output device having an emission hole formed in a housing according to a comparative example according to embodiments of the present disclosure.
  • FIG. 23 is a graph of acoustic characteristics of a piezoelectric speaker according to a volume of an internal space of the sound output device
  • 24 to 26 is an exploded perspective view, a combined perspective view and a cross-sectional view of the sound output device according to a fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 27 is a schematic plan view of a part of a sound output device according to a modification of the fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view of a sound output device according to a first exemplary embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a combined perspective view
  • FIG. 3 is a combined cross-sectional view
  • 4 is a perspective view of a modified example of the first sound output unit of the sound output device according to the first embodiment of the present invention.
  • the sound output apparatus includes a first sound output unit 100 and a second sound output unit provided on the first sound output unit 100 ( 200 and a housing 300 accommodating at least one of the first and second sound output units 100 and 200. That is, the first and second sound output units 100 and 200 may be provided at predetermined intervals in the housing 300.
  • the first sound output unit 100 includes the voice coil 140 and the vibrating member 150 to vibrate according to the current change of the voice coil 140, and vibrates the vibrating member 150 using the same to generate sound. It may include a dynamic speaker for output.
  • the second sound output unit 200 may include a piezoelectric speaker including the piezoelectric element 210 and the diaphragm 220 to acoustically convert the mechanical movement of the piezoelectric element 210 by the diaphragm 220. have.
  • the first sound output unit 100 may be provided in a substantially circular shape having a predetermined thickness. As shown in FIG. 3, the first sound output unit 100 includes a yoke 110 and a frame 115 having an accommodating space therein, a magnet 120 provided in the accommodating space within the yoke 110, The plate 130 provided on the magnet 120, the voice coil 140 provided between the yoke 110 and the magnet 120 from the inner side of the frame 115, and an upper edge of the plate 130. May include a vibration member 150 fixed to the frame 115 and to which the voice coil 140 is fixed.
  • the yoke 110 is provided in a substantially circular shape with a predetermined height
  • the frame 115 is provided above the yoke 110 and is provided in a substantially circular shape with a predetermined height.
  • the height of the frame 115 may be higher than the height of the yoke 110 and the width of the frame 115 may be larger than the width of the yoke 110.
  • the height of the frame 115 may be equal to or lower than the height of the yoke 110.
  • the upper edge of the frame 115 may be in contact with at least one region of the housing 300 to be accommodated in the housing 300.
  • the magnet 120 and the plate 130 are accommodated inside the yoke 110, the voice coil 140 is housed inside the frame 115, and the vibration member 150 covers the frame 115. It may be provided on the upper side.
  • the yoke 110 and the frame 115 guide the magnetic field formed by the magnet 120 to the plate 130 side and maximize the magnetic force by the magnet 120 to the voice coil 140.
  • the magnet 120 is fixed to the bottom surface of the yoke 110. That is, the bottom surface of the magnet 120 is fixed in contact with the bottom surface of the inside of the yoke 110.
  • the magnet 120 may be provided in a shape corresponding to the internal shape of the yoke 110.
  • the inside of the yoke 110 is provided in a substantially cylindrical shape, and the magnet 120 is provided in a substantially cylindrical shape.
  • the height of the magnet 120 may be lower than or equal to the height of the yoke 110.
  • the diameter of the magnet 120 may be smaller than the inner diameter of the yoke 110. Therefore, the magnet 120 may be provided spaced apart from the inner wall of the yoke 110 at a predetermined interval inside the yoke 110.
  • the plate 130 is provided on the upper surface of the magnet 120.
  • the plate 130 may be provided in the same shape as the planar shape of the magnet 120. That is, the plate 130 may be provided in a circular plate shape having a predetermined thickness.
  • the plate 130 has a diameter smaller than the inner diameter of the yoke 110, it may be provided with a diameter equal to or larger than the diameter of the magnet 120. Therefore, the outer side of the plate 130 may be spaced apart from the inner side of the yoke 110 by a predetermined interval.
  • the height of the magnet 120 and the plate 130 provided thereon may be the same as the height of the yoke 110. That is, the upper portion of the plate 130 and the yoke 110 may form the same plane.
  • the plate 130 to focus the magnetic force lines generated by the magnet 120 to the voice coil 140 side.
  • the voice coil 140 may be attached to the lower surface of the vibration member 150, and may be provided between the yoke 110 and the magnet 120 from the inside of the frame 115.
  • the voice coil 140 is provided between the yoke 110 and the yoke 110 so as to surround some heights of the plate 130 and the magnet 120, and an upper portion thereof is attached to the lower surface of the vibrating member 150.
  • the voice coil 140 vibrates by interaction due to interference with the magnetic field formed by the magnet 120 by forming a magnetic field that is continuously changed by an electrical signal input while continuously changing.
  • the vibrating member 150 is provided such that an edge thereof is fixed inside the frame 115 to cover the upper side of the frame 115.
  • at least one region of the vibrating member 150 may be provided to be convex.
  • an area corresponding to the center area of the frame 115 may be provided in the form of being the highest and being lowered outward. That is, the vibration member 150 may be provided in a convex shape that is lowered outward from an area corresponding to the center of the magnet 120 and the plate 130.
  • the voice coil 140 may be fixed below the lowest region of the vibration member 150.
  • the first sound output unit 100 is a magnetic field generated in the magnet 120 is moved to the lower yoke 110 through the plate 130 provided on the magnet 120, and then to the magnet 120 Construct a closed circuit.
  • the magnetic field moving to the space between the plate 130 and the lower yoke 110 is applied to the voice coil 140 so that the voice coil 140 becomes magnetic, depending on the magnetic polarity of the voice coil 140.
  • the coil 140 is pulled or pushed out.
  • the voice coil 140 repels each other to push the voice coil 140 to move the voice coil 140 to the front, and the plate ( If it is different from the magnetic polarity of the 130 and the lower yoke 110, the voice coil 140 is attracted to each other to pull back. As such, when the voice coil 140 moves, the vibration member 150 to which the voice coil 140 is fixed moves back and forth to vibrate air to generate sound.
  • the second sound output unit 200 may include a piezoelectric element 210, a diaphragm 220, and at least one opening 230 formed through a predetermined region of the second sound output unit 200. That is, the opening 230 may be formed to penetrate a predetermined region of the piezoelectric element 210 and the diaphragm 220.
  • the piezoelectric element 210 may be provided, for example, in a circular plate shape having a predetermined thickness. Of course, the piezoelectric element 210 may be provided in various shapes such as square, rectangular, elliptical, polygonal as well as circular.
  • the piezoelectric element 210 may include a base and a piezoelectric layer formed on at least one surface of the base.
  • the piezoelectric element 210 will be described in more detail later with reference to FIGS. 6 and 7.
  • the piezoelectric element 210 is attached to at least one surface of the diaphragm 220 using an adhesive or the like.
  • the piezoelectric element 210 may be attached to a central portion of the diaphragm 220 so that both sides of the diaphragm 220 remain at the same length.
  • the piezoelectric element 210 may be attached to an upper surface of the diaphragm 220, may be attached to a lower surface of the diaphragm 220, or may be attached to upper and lower surfaces of the diaphragm 220.
  • the piezoelectric element 210 is illustrated and attached to the upper surface of the diaphragm 220, but the piezoelectric element 210 may be attached to the upper surface of the diaphragm 220 or the diaphragm 220. It may be attached to the upper and lower surfaces of the).
  • the piezoelectric element 210 and the diaphragm 220 may be fixed in various ways other than adhesion.
  • the diaphragm 220 and the piezoelectric element 210 may be adhered using an adhesive, and the sides of the diaphragm 220 and the piezoelectric element 210 may be fixed by using an adhesive or the like.
  • an electrode pattern (not shown) to which a driving signal is applied may be formed on an upper surface of the piezoelectric element 210. At least two electrode patterns may be spaced apart from each other, and may be connected to a connection terminal (not shown) to receive a sound signal from an electronic device, for example, an auxiliary mobile device.
  • the diaphragm 220 may be provided in a substantially circular plate shape and may be provided larger than the piezoelectric element 210.
  • the diaphragm 220 may have an opening formed in a central portion thereof, and a piezoelectric element 210 may be provided on the opening.
  • the piezoelectric element 210 may be adhered to the upper surface of the diaphragm 220 by an adhesive.
  • the diaphragm 220 may be manufactured using metal, plastic, or the like, or may stack at least two different materials to use at least a double structure.
  • the diaphragm 220 may use a polymer or pulp material.
  • the diaphragm 220 may use a resin film, and a material having a large Young's modulus of 1 MPa to 10 GPa, such as ethylene fluoropropylene rubber or styrene butadiene rubber, may be used.
  • the lower edge of the diaphragm 220 may contact the inner surface of the housing 300. That is, the diaphragm 220 and the piezoelectric element 210 adhered to the central portion thereof may be provided in the space inside the housing 300.
  • the second sound output unit 200 may be driven according to a predetermined signal and may output sound having high treble characteristics. In this case, the diameter of the piezoelectric element 210 may be smaller than or equal to the diameter of the diaphragm 220.
  • At least one opening 230 may be provided in a predetermined region of the second sound output unit 200. That is, the at least one opening 230 may be formed to vertically penetrate the predetermined regions of the piezoelectric element 210 and the diaphragm 220. That is, the opening 230 may include a first opening 231 formed in at least one region of the piezoelectric element 210 and a second opening 232 formed in at least one region of the diaphragm 220. The opening 230 may be formed along the shapes of the piezoelectric element 210 and the diaphragm 220. For example, the opening 230 may be formed in a circular shape.
  • the opening 230 may be formed in a shape different from that of the piezoelectric element 210 and the diaphragm 220, and may be formed in various shapes such as square, rectangular, elliptical, and polygonal.
  • the first opening 231 and the second opening 232 may be formed in, for example, a central region of the piezoelectric element 210 and the diaphragm 220, and may overlap each other. That is, the first opening 231 and the second opening 232 may be formed in the same size, and may be formed to overlap.
  • the first and second openings 231 and 232 may be formed in different sizes, and preferably, the central regions overlap.
  • the second opening 232 formed in the diaphragm 220 may be larger than the first opening 231 formed in the piezoelectric element 210.
  • the first opening 231 may be formed to overlap the second opening 232. Therefore, when the sizes of the first and second openings 231 and 232 formed in the piezoelectric element 210 and the diaphragm 220 are different, the opening 230 is the smaller of the first and second openings 231 and 232.
  • the opening 230 may be formed in a region other than the center of the piezoelectric element 210 and the diaphragm 220. In addition, the opening 230 may be formed in plural.
  • a plurality of first openings 231a and 231b may be formed in a central region and a peripheral region of the piezoelectric element 210, and the second openings 232a and 232b may be diaphragm 220. It may be formed in plurality in the central region and the peripheral region of the).
  • the plurality of openings 230 may be formed in at least one different size. That is, at least one of the plurality of first openings 231 formed in the piezoelectric element 210 may have different sizes, and at least one of the plurality of second openings 232 formed in the diaphragm 220 may be different from each other. It can be formed in size. For example, as shown in FIG.
  • the first and second openings 231a and 232a formed in the central area may be larger than the at least one first and second openings 231b and 232b formed in the peripheral area.
  • the at least one first and second openings 231b and 232b formed in the peripheral area may be formed in the same size or at least one different size.
  • each of the plurality of first openings 231a and 231b and the second openings 232a and 232b may be formed to overlap in the center area.
  • the openings 230 formed in the piezoelectric element 210 and the diaphragm 220 and overlapping each other are preferably formed in the same size.
  • the opening 230 may have a size of, for example, 0.09% to 50% of the piezoelectric element 210 area. That is, at least one opening 230 may be formed in a size of 0.09% to 50% with respect to the area of the piezoelectric element 210. In this case, when the plurality of openings 230 are formed, the total area of the plurality of openings 230 may be formed in a size of 0.09% to 50% with respect to the piezoelectric element 210 area. On the other hand, the opening 230 may be formed to a diameter of 3% to 70% of the diameter of the piezoelectric element 210 and the diaphragm 220.
  • the diameter of the opening 230 may be formed with a diameter of 3% to 70% of the diameter of the piezoelectric element 210. have.
  • the opening 230 may be formed to have a diameter of 0.3 mm to 7 mm. If the opening 230 is formed in a polygon, the average diameter of the opening 230 may be 3% to 70% of the diameter B of the piezoelectric element 210.
  • the opening 230 formed in the diaphragm 220 may be formed in the same position and the same size as the opening 230 formed in the piezoelectric element 210.
  • the opening 230 formed in the diaphragm 220 may be larger or smaller than the opening 230 formed in the piezoelectric element 220.
  • the opening of the sound output from the first sound output unit 100 when the size of the opening 230 is less than 0.09% or the diameter of the opening 230 is less than 3% relative to the area or diameter of the piezoelectric element 210.
  • the acoustic characteristics may be lowered, and the piezoelectric element 210 is formed when the size of the opening 230 exceeds 50% or the diameter of the opening 230 exceeds 70%.
  • the piezoelectric characteristics and the vibration characteristics of the diaphragm 220 may rather lower the acoustic characteristics.
  • the opening 230 is formed in the second sound output unit 200, the sound output from the first sound output unit 100 may be output through the opening 230. Therefore, the sound output from the second sound output unit 200 and the sound output from the first sound output unit 100 and output through the opening 230 are mixed outside the housing, and thus sound pressure in the audible frequency band. The characteristic can be further improved.
  • a coating layer (not shown) may be further formed on at least a portion of the second sound output unit 200.
  • the coating layer may be formed using parylene or the like. Parylene may be formed on the top and side surfaces of the piezoelectric element 210 and the top and side surfaces of the vibrating plate 220 exposed by the piezoelectric element 210 in a state where the piezoelectric element 210 is bonded on the vibrating plate 220. have. That is, parylene may be formed on the top and side surfaces of the piezoelectric element 210 and the diaphragm 220.
  • parylene may be formed on the top and side surfaces of the piezoelectric element 210 and the top, side and bottom surfaces of the piezoelectric element 210 in a state in which the piezoelectric element 210 is bonded on the diaphragm 220. That is, parylene may be formed on the top, side, and bottom surfaces of the piezoelectric element 210 and the diaphragm 220.
  • parylene when the piezoelectric element 210 is provided on an opening formed in the center portion of the diaphragm 220, parylene is formed on the upper surface, the side surface, and the lower surface exposed by the opening of the piezoelectric element, and at the same time, It may be formed on the top, side and bottom surfaces.
  • parylene is formed on at least one surface of the piezoelectric element 210 and the diaphragm 220 to prevent moisture from penetrating into the second sound output unit 200 and to prevent oxidation.
  • the resonant frequency can be adjusted according to the coating thickness of parylene, and thus the sound pressure improvement point can be adjusted.
  • parylene may be coated only on the piezoelectric element 210, and may be coated on the top, side, and bottom surfaces of the piezoelectric element 210, and may be connected to the piezoelectric element 210 to supply power to the piezoelectric element 210. It may be coated on the FPCB to. Since parylene is formed in the piezoelectric element 210, it is possible to prevent moisture penetration of the piezoelectric element and to prevent oxidation. In addition, the resonance frequency can be adjusted by adjusting the formation thickness. On the other hand, when parylene is formed on the FPCB, abnormal sounds generated in the FPCB, the solder, and the device joint may be improved.
  • the parylene may be coated by varying the thickness according to the material and characteristics of the piezoelectric element 210 or the diaphragm 220, may be formed thinner than the thickness of the piezoelectric element 210 or the diaphragm 220, for example For example, it may be formed to a thickness of 0.1 ⁇ m to 10 ⁇ m.
  • parylene is first heated and vaporized in a vaporizer to make a dimer, followed by second heating to thermally decompose into a monomer state, and the parylene is cooled. Parylene may be converted into a polymer state in a monomer state and coated on at least one surface of the second sound output unit 200. Meanwhile, the waterproof layer such as parylene may be coated on at least a portion of the first sound output unit 100 and the housing 200 as well as at least a portion of the second sound output unit 200.
  • the housing 300 may be provided in a substantially cylindrical shape. That is, the housing 300 may be provided in a substantially circular cylindrical shape that is open in at least one direction.
  • the housing 300 may be provided in a vertically penetrating type, or may be provided in a shape in which a predetermined region of the inside is blocked and the upper and lower portions thereof are opened therefrom.
  • the upper and lower housing 300 may include a first member 310 having a substantially ring shape having a predetermined thickness, and a second member 320 provided upward and downward from a predetermined region of the first member 310. Can be. That is, the second member 320 may be provided to surround the ring-shaped first member 310.
  • the first member 310 when the first member 310 is provided in a circular plate shape, a housing having a predetermined space formed above and below the first member 310 by the second member 320 provided to surround the first member 310. 300 may be implemented.
  • the second member 320 may be formed in the cutting region (not shown) in the vertical direction.
  • the second member 320 may surround the first member 310 and be spaced apart from a predetermined region.
  • a signal line for supplying a signal to the second sound output unit 200 may be provided in the cutout area.
  • the width of the cutout region of the second member 320 that is, the interval between the ends of the second member 320 may be provided to be 1% to 5% of the width of the second member 320.
  • an incision region is formed to provide a signal supply line connected to the second sound output unit 200 in the second member 320, but to emit sound output from the first sound output unit 100.
  • the discharge hole for is not formed.
  • the second member 320 may be formed to seal the internal space of the housing 300.
  • the cutout region may not be formed in the second member 320, and a predetermined hole may be formed in the side surface thereof. That is, a hole may be formed in the second member 320 and a signal line may be connected through the hole.
  • the signal line may be connected in various ways, such as between the second sound output unit 200 and the second member 320.
  • the protrusion 330 may be provided inside the second member 320. That is, the protrusion 330 may be provided to protrude inward from the inner wall of the second member 320.
  • the first member 310 may be seated on the protrusion 330.
  • the first member 310 and the second member 320 may be separately manufactured and then bonded to the first member 310 to be seated on the protrusion 330 of the second member 320.
  • the 310 and the second member 320 may be integrally manufactured.
  • the protrusion 330 may not be provided and the outside of the first member 310 may be bonded or integrally manufactured so as to contact the inside of the second member 320.
  • the second sound output unit 200 may contact the upper surface of the second member 320, and the lower side of the protrusion 330 of the second member 320.
  • the first sound output unit 100 that is, the dynamic speaker, may be in contact with the first sound output unit 100. That is, the first sound output unit 100 and the second sound output unit 200 are interposed between the first member 310, the protrusion 330, and the second member 320 above the first member 310. Can be arranged spaced apart.
  • the diaphragm 220 is formed on the upper surface of the second member 320.
  • the first sound output unit 100 may be bonded to the bottom surface of the first member 310. That is, the first sound output unit 100 and the second sound output unit 200 may face each other by the thickness of the first member 310 and the second member 320 above. Therefore, since the diaphragm 220 is provided on the second member 320, the diaphragm 220 may have the same diameter as the outer diameter A of the second member 320.
  • the diaphragm 220 may have a diameter equal to the outer diameter A of the housing 300.
  • the diameter B of the piezoelectric element 210 may be smaller than the outer diameter A of the housing 300 and may be smaller than the inner diameter of the housing 300.
  • a predetermined space may be provided inside the housing 300 between the first and second sound output units 100 and 200. That is, the inner space C between the first and second sound output units 100 and 200 facing each other as shown in FIG. 3 and the second member 320 of the housing 300 surrounding the side surfaces therebetween. This can be arranged.
  • the volume of the internal space C may be 10 kPa to 100 kPa, preferably 20 kPa to 80 kPa, more preferably 30 kPa to 70 kPa.
  • the volume of the internal space C may be adjusted by adjusting the position of the first member 310.
  • the volume of the internal space C may be adjusted by adjusting the position of the first member 310 and the protrusion 330.
  • the resonance frequency of the second sound output unit 200 may be adjusted according to the volume of the internal space C. FIG. That is, as the volume of the internal space C increases, the resonance frequency of the second sound output unit 200 may be shifted to the low frequency region.
  • the volume of the inner space C is increased, the size of the housing 300 is increased and accordingly the size of the sound output device is increased, and thus the inner space C is not increased without increasing the size of the housing 300. May have a volume of 10 kPa to 100 kPa.
  • the sound output device may be manufactured as a speaker or an amplifier and earphones, such as a car speaker, a home speaker.
  • the sound output device of the present invention is made of an earphone such as a kernel-type earphone, in this case, the housing 300 may be manufactured to a size that can be inserted into the ear approximately.
  • the second sound output unit 200 may be inserted into the ear. Therefore, after the sound from the second sound output unit 200 is first output, the sound from the first sound output unit 100 is then output through the opening 230, and the two sounds are mixed with each other in the ear.
  • the present invention may be manufactured by inserting the first sound output unit 100 and the second sound output unit 200 to be spaced apart from each other inside the housing 300, the housing in which the first sound output unit 100 is inserted
  • the sound output device may be manufactured by combining a part of the 300 and another part of the housing 300 into which the second sound output unit 200 is inserted.
  • the first sound output inside the first housing in which a part of the second member 320 is formed to divide the thickness of the first member 310 in half and surround the first thickness below the first member 310.
  • the first and second housings may be combined to make a sound output device.
  • the sound output device of the present invention is capable of low voltage driving of 0.1V to 5.0V, preferably low voltage driving of 0.1V to 2.0V, more preferably 0.1V to 0.5V.
  • low voltage driving of 0.1V to 0.2V is possible, and preferably low voltage driving of 0.1V to 0.18V is possible. That is, in the piezoelectric element 210 of the second sound output unit 200, a plurality of piezoelectric layers are stacked and internal electrodes are formed between the piezoelectric layers.
  • the sound output unit 200 may drive a low voltage.
  • the second sound output unit 200 can drive a low voltage of 0.1V to 0.5V without using a separate piezoelectric speaker amplifier. In combination with the speaker, low voltage driving is possible.
  • the sound output device of the present invention may be driven at the same time by applying the same signal to the first and second sound output unit (100, 200). That is, the signal supplied from the signal source is applied to the first sound output unit 100 as it is, passes through the high band filter to the second sound output unit 200, and the first and second sound output units 100 and 200.
  • the low frequency and high frequency signals may be applied to the same, but the same signal may be simultaneously applied to the first and second sound output units 100 and 200.
  • FIG. 5 is a perspective view of a piezoelectric element according to an exemplary embodiment of the present invention
  • FIGS. 6 to 9 are cross-sectional views taken along lines A-A ', B-B', C-C ', and D-D' of FIG. 5.
  • 10 and 11 are diagrams for describing a piezoelectric element according to another exemplary embodiment of the present invention.
  • the piezoelectric element 210 may be provided in a plate shape having a predetermined thickness.
  • the piezoelectric element 210 may have a thickness of 0.1 mm to 1 mm, for example.
  • the thickness of the piezoelectric element 210 may be equal to or less than the thickness range.
  • the piezoelectric element 210 may be provided in a circular shape, and for example, may have a diameter of 4 mm to 15 mm. In this case, the diameter of the piezoelectric element 210 may be smaller than or equal to the diameter of the diaphragm 220.
  • the piezoelectric element 210 may be provided in various shapes such as a rectangle and an oval according to the shape of the sound output device, and may have a different shape from the diaphragm 220.
  • the diaphragm 220 may be provided in a rectangular shape
  • the piezoelectric element 210 may be provided in a circular shape
  • the diaphragm 220 may be provided in a circular shape
  • the piezoelectric element 210 may be provided in a rectangular shape.
  • the piezoelectric element 210 is smaller than the diaphragm 220 so that at least one region of the piezoelectric element 210 does not deviate out of the diaphragm 220.
  • the piezoelectric element 210 which may be formed in various shapes, may have an area of 10 mm 2 to 200 mm 2, which may be the total area of the piezoelectric element 210 including the opening 230. In addition, the area of the piezoelectric element 210 except for the opening 230 may be 4 mm 2 to 100 mm 2.
  • the piezoelectric element 210 includes a base 2110, at least one piezoelectric layer 2120 provided on at least one surface of the base 2110, and a piezoelectric layer 2120. It may include at least one internal electrode 2130 formed.
  • the cover layers 2141, 2142; 2140 formed on the surface of the laminate in which the plurality of piezoelectric layers 2120 are stacked, and the external electrodes 2510, which are formed on the outside of the laminate to be selectively connected to the internal electrodes 2130. 2520, 2530, 2540; 2500 may be further included.
  • the piezoelectric element 210 may be formed in a bimorph type in which the piezoelectric layer 2120 is formed on both surfaces of the base 2110, or may be formed in a unimorph type in which the piezoelectric layer 2120 is formed on one surface of the base 2110. have.
  • a plurality of piezoelectric layers 2120 may be stacked on one surface of the base 2110 and formed in a unimorph type. For example, as illustrated in FIGS. 6 to 9, a plurality of piezoelectric layers 2121 to 2126; 2120 are stacked on one surface and the other surface of the base 2110, and a conductive layer is formed between the piezoelectric layers 2120.
  • a plurality of internal electrodes 2131 to 2138; 2130 may be formed. Meanwhile, at least one of the internal electrodes 2130 may be formed on the surface of the base 2110, where the base 2110 may be made of an insulating material.
  • the piezoelectric element 210 may further include external electrodes 2141, 2142 and 2140 formed outside the stack to be connected to the internal electrodes 2130.
  • the base 2110 may use a material having a characteristic of generating vibration while maintaining a structure in which the piezoelectric layer 2120 is stacked.
  • the base 2110 may be made of metal, plastic, insulating ceramic, or the like.
  • the base 2110 may be formed of the same material as the piezoelectric layer 2120. That is, the base 2110 may be formed of a material different from that of the piezoelectric layer 2120 such as metal, plastic, or insulating ceramic, or may be formed of the same material as the piezoelectric layer 2120. In this case, the piezoelectric layer used as the base 2110 may or may not be polarized.
  • the base 2110 may function as the piezoelectric layer 2120.
  • the base 2110 may be provided in a circular shape along the shape of the piezoelectric element 210, and an opening 230 may be formed in the center thereof.
  • the base 2110 may be provided to have a thickness of 1/3 to 1/150 of the total thickness of the piezoelectric element 210.
  • the thickness of the base 2110 may be 2 ⁇ m to 200 ⁇ m.
  • the thickness of the base 2110 may be thinner than the thickness of the entire piezoelectric layer 2120, and may be equal to or greater than the thickness of each of the plurality of stacked piezoelectric layers 2120.
  • the thickness of the base 2110 may be thinner than the thickness of each of the piezoelectric layers 2120.
  • the thicker the base 2110 the smaller the thickness of the piezoelectric layer 2120 or the smaller the number of the piezoelectric layers 2120. Therefore, the thickness of the base 2110 is preferably thinner than the thickness of the entire piezoelectric layer 2120.
  • the piezoelectric layer 2120 may have the same shape and the same size as the base 2110. That is, the piezoelectric layer 2120 may be provided in a circular shape and an opening 230 may be formed in the center thereof. Here, the piezoelectric layer 2120 and the opening 230 of the base 2110 may have the same size and shape. In addition, the piezoelectric layer 2120 may be stacked in two to seventy layers, preferably two to fifty layers, more preferably six to thirty layers. Here, the sound pressure may be adjusted according to the number of stacked layers of the piezoelectric layer 2120, and the sound pressure may increase as the number of stacked layers increases.
  • the number of stacked piezoelectric layers 2120 is preferably 2 to 50 layers, and 6 layers. 30 to 30 layers are more preferable.
  • the piezoelectric layer 2120 may be stacked on the one surface and the other surface of the base 2110 in the same number.
  • the first to third piezoelectric layers 2121 to 2123 may be stacked on one surface of the base 2110, and the fourth to sixth piezoelectric layers 2124 to 2126 may be stacked on the other surface of the base 2110. have.
  • each of the piezoelectric layers 2120 may be 1/3 to 1/100 of the thickness of the piezoelectric element 210.
  • each of the piezoelectric layers 2120 may have a thickness of 1 ⁇ m to 300 ⁇ m, preferably 2 ⁇ m to 30 ⁇ m, and more preferably 2 ⁇ m to 20 ⁇ m.
  • the sound output device including the piezoelectric element 210 must be driven by a voltage supplied from an electronic device, for example, a portable electronic device such as a smart phone. At this time, since the voltage supplied from the electronic device is very low, such as 0.2V, the piezoelectric layer 2120 should have the appropriate thickness to maximize the performance of the piezoelectric element 210.
  • the thickness of the piezoelectric layer 2120 is preferably 2 ⁇ m to 30 ⁇ m, and more preferably 2 ⁇ m to 20 ⁇ m.
  • the piezoelectric layer 2120 may be formed using, for example, piezoelectric materials of PZT (Pb, Zr, Ti), NKN (Na, K, Nb), and BNT (Bi, Na, Ti) series.
  • the piezoelectric layer 2120 is not limited to such a material and may use various piezoelectric materials. That is, the piezoelectric layer 2120 may use various types of piezoelectric materials that generate voltage when pressure is applied, and increase or decrease in volume or length due to pressure change when voltage is applied.
  • the piezoelectric layer 2120 may include at least one pore (not shown) formed in at least one region.
  • the pores may be formed in at least one size and shape. That is, the pores may be irregularly distributed in an irregular shape and size.
  • the piezoelectric layer 2120 may be polarized in at least one direction.
  • two adjacent piezoelectric layers 2120 may be polarized in different directions. That is, the plurality of piezoelectric layers 2120 polarized in different directions may be alternately stacked.
  • the first, third and fifth piezoelectric layers 2121, 2123, and 2125 are polarized downward
  • the second, fourth and sixth piezoelectric layers 2122, 2124 and 2126 are polarized upward. Can be.
  • the internal electrode 2130 may be provided to apply an external voltage to the piezoelectric layer 2120. That is, the internal electrode 2130 may apply a first power source for polarization of the piezoelectric layer 2120 and a second power source for driving the piezoelectric layer 2120 to the piezoelectric layer 2120. The first power source for polarization and the second power source for driving may be applied to the internal electrode 2130 through the external electrode 2150.
  • the internal electrode 2130 may be formed between the base 2110 and the plurality of piezoelectric layers 2120, respectively. In addition, the internal electrode 2130 may be formed in a circular shape along the shapes of the base 2110 and the piezoelectric layer 2120.
  • the internal electrode 2130 may be formed in a polygonal shape such as a quadrangle.
  • the internal electrode 2130 may be formed in a region other than the region in which the opening 230 is formed, and may be formed spaced apart from the edge of the piezoelectric layer 2120 by a predetermined interval.
  • the internal electrode 2130 may be formed to be spaced apart from the opening 230 by a predetermined interval. Therefore, the internal electrode 2130 may be formed to have a smaller area than the piezoelectric layer 2120.
  • the internal electrode 2130 may be formed to be selectively connected to the external electrode 2150 formed on the outside of the laminate in which the piezoelectric layer 2200 is stacked.
  • two internal electrodes 2130 may be connected to one external electrode 2150.
  • the first and third internal electrodes 2131 and 2133 are connected to the first external electrode 2151, and the second and fourth internal electrodes 2132 and 2134.
  • the fifth and seventh internal electrodes 2135 and 2137 are connected to the third external electrode 2153, and the sixth and eighth internal electrodes 2136 and 2138 are formed of the first and second internal electrodes 2136 and 2138. 4 may be connected to the external electrode 2154.
  • the internal electrode 2130 may include an extraction electrode that is drawn out in the direction of the external electrode 2150 in a predetermined region.
  • the internal electrode 2120 may include a main electrode formed in a substantially circular shape along the shape of the piezoelectric layer 2200, and an extraction electrode drawn out in a direction from the predetermined region of the main electrode to the external electrode 2150. have. 6 to 9, the portion having the same size in the vertical direction of the inner electrode 2130 is the main electrode, and the portion extending longer to be connected to the outer electrode 2150 is the lead electrode.
  • the internal electrode 2130 may be formed of a conductive material.
  • the internal electrode 2130 may be formed of a metal or a metal alloy including any one or more components of Al, Ag, Au, Pt, Pd, Ni, and Cu. In the case of an alloy, for example, Ag and Pd alloys may be used.
  • the internal electrode 2130 may be formed to be thinner or the same thickness as the piezoelectric layer 2120.
  • the internal electrode 2130 may be formed to a thickness of 1 ⁇ m to 10 ⁇ m.
  • at least one region may have a different thickness, or at least one region may be formed by removing the internal electrode 2130. That is, the same internal electrode 2130 may be formed to be thinner or thicker than at least one region of another region, or may be formed to expose the piezoelectric layer 2120 by removing at least one region.
  • the thickness of at least one region of the internal electrode 2130 is thin or at least one region is removed, the connected state is maintained as a whole so that there is no problem in electrical conductivity.
  • the other internal electrodes 2130 may be formed in different thicknesses or in different shapes in the same region. That is, at least one inner electrode 2130 of the same region corresponding to a predetermined length and width in the vertical direction among the plurality of inner electrodes 2130 may be formed to have a different thickness from that of the other inner electrodes 2130. It may be formed in a shape. Here, the other shape may include a concave, convex, or indented shape.
  • the internal electrodes 2130 may be formed with areas of 10% to 97% of the areas of the piezoelectric layers 2120, respectively. In the piezoelectric element 210, the distance between the internal electrodes 2130 may be 1/3 to 1/100 of the total thickness.
  • the thickness of each of the piezoelectric layers 2120 between the internal electrodes 2130 may be 1/3 to 1/100 of the total thickness of the piezoelectric element 210.
  • the distance between the internal electrodes 2130 that is, the thickness of each of the piezoelectric layers 2120 may be 3 ⁇ m to 100 ⁇ m.
  • the driving voltage may be changed by the distance between the internal electrodes 2130, that is, the thickness of the piezoelectric layer 2120, and the driving voltage may decrease as the distance between the internal electrodes 2130 is closer.
  • the driving voltage increases, thereby generating a high driving voltage.
  • Costly driver ICs are needed to increase costs.
  • the distance between the internal electrodes 2130, that is, the thickness of the piezoelectric layer 2120 is less than 1/100 of the total thickness of the piezoelectric element 210, a frequency variation of the thickness of the piezoelectric layer 2120 is high. Is not constant, a problem of deterioration may occur.
  • At least one cover layer 2140 may be formed on the lower and upper surfaces of the laminate. That is, the cover layer 2140 may include at least one of a lower cover layer 2141 formed at the bottom of the laminate and an upper cover layer 2142 formed at the top of the laminate.
  • the cover layer 2140 may be formed of an insulating material.
  • the cover layer 2140 may be formed of an unpolarized piezoelectric material.
  • the cover layer 2140 may prevent oxidation of the internal electrode 2130. That is, the cover layer 2140 may be provided to cover the first and eighth internal electrodes 2131 and 2138 exposed to the outside, and the penetration of oxygen or moisture is prevented by the cover layer 2140 to prevent the internal electrodes. Oxidation of 2130 can be prevented.
  • the external electrode 2150 may be formed to apply a driving voltage of the piezoelectric layer 2120.
  • the external electrode 2150 is formed on at least one surface of the stack, and may be connected to the internal electrode 2130.
  • a plurality of external electrodes 2150 may be provided on the side surface of the stack at predetermined intervals.
  • the external electrode 2150 may be formed on at least one of the upper and lower surfaces as well as the side of the stack.
  • the external electrode 2150 may be formed using a method such as printing, deposition, sputtering, plating, or the like, and may be formed of at least one layer.
  • the external electrode 2150 may have a first layer in contact with the laminate formed by a printing method using a conductive paste, and a second layer formed thereon by a plating method.
  • at least a portion of the external electrode 2150 connected to the internal electrode 2130 may be formed of the same material as the internal electrode 2130.
  • the inner electrode 2130 may be formed of copper
  • the first layer of the outer electrode 2130 formed on the surface of the stack and in contact with the inner electrode 2140 may be formed of copper.
  • FIG. 10 and 11 show characteristics of the piezoelectric speaker according to the thickness of the piezoelectric layer 2120 and the number of stacked layers. That is, FIG. 10 is a graph showing acoustic characteristics according to the thickness of the piezoelectric layer, and FIG. 11 is a graph showing acoustic characteristics depending on the number of stacked piezoelectric layers.
  • the piezoelectric layer was made to have a thickness of 1 ⁇ m, 2 ⁇ m, 5 ⁇ m, 10 ⁇ m, 20 ⁇ m and 30 ⁇ m, and the number of layers of the piezoelectric layers was the same, and the acoustic characteristics were measured. . As shown in FIG. 10, it can be seen that when the piezoelectric layer is 1 ⁇ m, the acoustic characteristics are rapidly degraded at a frequency of about 6000 Hz.
  • the thickness of 2 ⁇ m to 30 ⁇ m is excellent in acoustic characteristics at a frequency of 6000 kHz or more, and in particular, the thinner the thickness, the better the acoustic characteristics, and thus the thickness of 2 ⁇ m has the best acoustic characteristics.
  • the thickness of a piezoelectric layer is 30 micrometers, acoustic characteristics fall compared with the thickness thinner than that. Therefore, the piezoelectric layer exhibits excellent acoustic properties at a thickness of 2 m or more and less than 30 m.
  • the piezoelectric layers were laminated with five layers, ten layers, thirty layers, and fifty layers, and the thicknesses of the piezoelectric layers were the same to measure the negative pressure characteristics.
  • FIG. 11 it can be seen that the sound pressure characteristics improve as the number of stacked layers increases. In other words, it can be seen that the sound pressure characteristic is improved in the number of laminations of 30 layers or more as compared with the smaller number of laminations.
  • the piezoelectric layer 2120 has a thinner thickness and a larger number of stacked layers, thereby improving sound pressure characteristics.
  • the piezoelectric layer 2120 is formed of an orientation raw material composition formed of a piezoelectric material, and an oxide having a general formula of ABO 3 (A is a divalent metal element and B is a tetravalent metal element) distributed in the alignment raw material composition.
  • the piezoelectric ceramic sintered compact formed by sintering the piezoelectric ceramic composition containing a seed composition can also be used. That is, the piezoelectric element 210 includes a base 2110, a piezoelectric layer 2120 and an internal electrode 2130 formed on at least one surface of the base 2110, and the piezoelectric layer 2120 includes a seed composition. It may include a piezoelectric ceramic sintered body.
  • the orientation raw material composition may be formed of a piezoelectric material having a perovskite crystal structure.
  • the orientation raw material composition may use a composition in which a material having a crystal structure different from the perovskite crystal structure forms a solid solution.
  • a material having a crystal structure different from the perovskite crystal structure forms a solid solution.
  • PbTiO 3 [PT] having a tetragonal structure and PbZrO having a rhombohedral structure PZT-based material in which 3 [PZ] forms a solid solution can be used.
  • the orientation raw material composition is Pb (Ni, Nb) O 3 [PNN], Pb (Zn, Nb) O 3 [PZN] and Pb (Mn, Nb) O 3 [PMN] as a relaxer in PZT-based materials.
  • Pb (Ni, Nb) O 3 [PNN] Pb (Zn, Nb) O 3 [PZN]
  • Pb (Mn, Nb) O 3 [PMN] Pb (Ni, Nb) O 3 [PNN]
  • Pb (Mn, Nb) O 3 [PMN] Pb (Mn, Nb) O 3 [PMN]
  • PZN-based material and the PNN-based material may be used as the relaxer to form a PZNN-based material having high piezoelectric properties, low dielectric constant, and ease of sintering as a relaxer.
  • An orientation raw material composition employing a PZNN-based material as a relaxer in the PZT-based material is (1-x) Pb (Zr 0.47 Ti 0.53 ) O 3 -xPb ((Ni 1-y Zn y ) 1/3 Nb 2/3 ) It may have a composition formula of O 3 .
  • x may have a value in the range of 0.1 ⁇ x ⁇ 0.5, preferably may have a value in the range of 0.30 ⁇ x ⁇ 0.32, and most preferably may have a value of 0.31.
  • y may have a value in the range of 0.1 ⁇ y ⁇ 0.9, preferably a value in the range of 0.39 ⁇ y ⁇ 0.41, and most preferably may have a value of 0.40.
  • the piezoelectric properties are rapidly improved in the phase of the Morphotropic Phase Boundary (MPB) region.
  • the composition of the orientation raw material composition that is sintered by adding the seed composition has a different phase than when the seed composition is not added, and excellent piezoelectric properties can be induced by forming a new MPB composition according to the amount of the seed composition added.
  • the MPB composition can be adjusted by changing the x value and the y value of the orientation raw material composition, and when x has a value of 0.31 and y has a value of 0.40, it has the highest piezoelectric and dielectric properties. It becomes preferable.
  • the orientation raw material composition may use a lead-free piezoelectric material containing no lead (Pb).
  • a piezoelectric material is associated non-Bi 0 .5 K 0. 5 TiO 3 , Bi 0. 5 Na 0 . 5 TiO 3 , K 0.5 Na 0.5 NbO 3 , KNbO 3 , NaNbO 3 , BaTiO 3 , (1-x) Bi 0 . 5 Na 0 . 5 TiO 3 -xSrTiO 3 , (1-x) Bi 0 . 5 Na 0 . 5 TiO 3 -xBaTiO 3, (1 -x) K 0. 5 Na 0. 5 NbO 3 -xBi 0 . 5 Na 0 . 5 TiO 3 , BaZr 0 . 25 Ti 0 .
  • It may be a lead-free piezoelectric material including at least one piezoelectric material selected from 75 O 3 and the like.
  • Seed composition is formed of an oxide having a general formula of ABO 3,
  • ABO 3 is made of an oxide having a perovskite (perovskite) the structure of the plate-like having an orientation
  • A is a bivalent metal element
  • B is quadrivalent It consists of a metal element.
  • Oxide composition that is formed of an oxide having a general formula of ABO 3 is CaTiO 3, BaTiO 3, SrTiO 3, PbTiO 3 and Pb (Ti, Zr) O may include at least one of the 3 and, of BaTiO 3 to the seed composition When used as a piezoelectric performance can be improved.
  • BaTiO 3 is synthesized by salt melting synthesis of Bi 4 Ti 3 O 12 , which is an Aurivillius plate-like structure, and is subjected to structural chemical microcrystal conversion (TMC). It can be prepared by substitution.
  • the seed composition may be included in a volume ratio of 1 vol% to 10 vol% with respect to the orientation raw material composition.
  • the effect of improving the crystal orientation by the seed composition is insignificant, and when it is included in excess of 10vol%, the piezoelectric performance of the piezoelectric ceramic sintered compact is lowered.
  • the seed composition is included in an amount of 10 vol% based on the orientation raw material composition, the amount of strain may be maximized and optimal piezoelectric properties may be exhibited.
  • the piezoelectric ceramic composition including the orientation raw material composition and the seed composition as described above is grown with the same orientation as the seed composition by a templated grain growth (TGG). That is, the piezoelectric ceramic sintered body is, for example, BaTiO 3 in the orientation raw material composition having a composition formula of 0.69Pb (Zr 0.47 Ti 0.53 ) O 3 -0.31Pb ((Ni 0.6 Zn 0.4 ) 1/3 Nb 2/3 ) O 3 .
  • the piezoelectric ceramic sintered body is, for example, BaTiO 3 in the orientation raw material composition having a composition formula of 0.69Pb (Zr 0.47 Ti 0.53 ) O 3 -0.31Pb ((Ni 0.6 Zn 0.4 ) 1/3 Nb 2/3 ) O 3 .
  • a seed composition not only sintering is possible at a low temperature of 1000 ° C. or less, but also the crystal orientation can be improved, and the displacement amount according to the electric field can be maximized to have high piezo
  • the piezoelectric ceramic sintered body according to another embodiment of the present invention may have a lotgering factor of 85% or more.
  • FIG. 12A is a graph showing the strain according to the electric field according to the lotgering orientation
  • FIG. 12B is a table showing the increase rate of the strain according to the lotgering orientation
  • 13 is a graph showing the piezoelectric constant d33 according to the lotgering orientation.
  • the piezoelectric ceramic sintered body has a higher strain value as the lotgering orientation degree increases. That is, in the case of the piezoelectric ceramic sintered body (Normal) without crystal orientation, the strain according to the electric field has a value of 0.165%. In the case of increasing the crystal orientation of the piezoelectric ceramic sintered body by the plate-like grain growth method, in the piezoelectric ceramic sintered body having a lot gerring orientation value of 63%, the strain decreased by 0.106% to about 35.76%, but the lot gerring orientation value was 75%. It can be seen that the strain increases to 0.170%, 0.190%, and 0.235% as the value increases to 85%, 90%.
  • the rate of increase of the strain according to the electric field increases rapidly. That is, when the lotger orientation of the piezoelectric ceramic sintered body increases from 75% to 85%, the increase rate of the strain has a value of about 12%, but when the lotger orientation increases from 85% to 90%, the rate of increase of the strain is about 27%. It can be seen that the increase rate is about 4 times or more due to the value of%.
  • the value of the piezoelectric constant d33 increases rapidly when the lotgering orientation has a value of 85% or more.
  • the piezoelectric constant d33 represents the amount of electric charge generated in the pressure direction when pressure is applied to the material.
  • the higher the piezoelectric constant d33 has a higher value the more accurate the piezoelectric element can be manufactured.
  • the piezoelectric constant d33 increased by about 35 pC / N from 345 pC / N to 380 pC / N. Can be.
  • the piezoelectric constant (d33) increased about 50 pC / N from 380 pC / N to 430 pC / N, indicating a three-fold increase.
  • the piezoelectric material having a perovskite crystal structure is distributed in the alignment raw material composition and the alignment raw material composition, and ABO3 (A is a divalent metal).
  • Element, B is a piezoelectric ceramic sintered body by producing a piezoelectric ceramic sintered body with a seed composition formed of an oxide having a general formula of a tetravalent metal element) to produce a piezoelectric ceramic sintered body having a lotgering factor of 85% or more, It becomes possible to manufacture a piezoelectric element having a high sensitivity.
  • the characteristics (example) of the piezoelectric layer including the seed composition according to the present invention were compared with the characteristics (comparative example) of the piezoelectric layer not including the seed composition.
  • An orientation raw material composition of 3 Nb 2/3 ) O 3 was synthesized.
  • Bi 4 Ti 3 O 12 an orbilius plate-like structure, was synthesized by salt melting synthesis, and BaTiO 3 seed composition was synthesized through structural chemical microcrystal substitution.
  • a piezoelectric specimen was prepared by mixing, injection, and molding so that the seed composition contained 10 vol% of the orientation raw material composition.
  • the piezoelectric specimen was heated to 5 ° C. per minute and sintered at 950 ° C. for 10 hours.
  • the comparative example was prepared in the same manner as in Example except that only the difference was not added BaTiO 3 as a seed composition. That is, in Comparative Example, BaTiO 3 was not added, thereby preparing a piezoelectric specimen having no seed composition.
  • FIG. 14 is a graph illustrating surface X-ray diffraction patterns of piezoelectric ceramic sintered bodies of Comparative Examples and Examples, that is, piezoelectric specimens a and Comparative Examples.
  • the degree of orientation in this graph was calculated according to the formula of Lotgering factor, and description of the formula and the specific process for calculating the Lotgering orientation will be omitted.
  • the piezoelectric specimen a of the comparative example was grown in all crystal directions on the surface, and in particular, crystals were markedly grown in the normal direction of the (110) plane.
  • the piezoelectric specimen b of the embodiment it can be seen that crystals are grown only in the normal direction of the (002) plane having the same direction and the normal direction of the (001) plane on the surface. Crystal growth is suppressed in the normal direction.
  • the height of the graph represents the intensity of the X-ray peak, and it can be seen from the X-ray peak intensity that the lotgering orientation has a value of 95.3% for the piezoelectric specimen (b) of the example.
  • the piezoelectric ceramic sintered body including the seed composition was oriented in the (001) direction to confirm that the crystal orientation was remarkably improved.
  • FIG. 15A is a cross-sectional image of the piezoelectric specimen manufactured by the comparative example
  • FIG. 15B is a cross-sectional image of the piezoelectric specimen manufactured by the embodiment.
  • FIG. 15A in the case of the piezoelectric ceramic sintered body to which the seed composition was not added, it can be seen that the particles were grown in the shape of a hexagon. This is consistent with the result of FIG. 9 in which the crystals grow in multiple planar directions, respectively.
  • the piezoelectric ceramic sintered body to which the seed composition is added is grown in a rectangular shape by the horizontally positioned seed composition (black region of FIG. 13 (b)) to improve crystal orientation. It can be confirmed.
  • FIG. 16 is a cross-sectional image of a piezoelectric element using a piezoelectric ceramic sintered body as a piezoelectric layer. That is, FIG. 16A illustrates a cross-sectional image of a piezoelectric element using a piezoelectric ceramic sintered body according to a comparative example as a piezoelectric layer, and FIG. 16B illustrates a piezoelectric element using the piezoelectric ceramic sintered body according to an embodiment as a piezoelectric layer. Cross section image. As shown in (b) of FIG. 16, the piezoelectric element using the example has a seed composition (the black region of FIG. 16 (b)), and a comparative example as shown in (a) of FIG.
  • the piezoelectric element used does not have a seed composition.
  • the seed may be oriented in a length of 1 ⁇ m to 50 ⁇ m in at least one direction. That is, the degree of orientation of the seed may be oriented in the one direction and at least one other direction, respectively, about 1 ⁇ m to 50 ⁇ m, preferably 5 ⁇ m to 20 ⁇ m, more preferably 7 ⁇ m to 10 ⁇ m Can be.
  • FIG. 17 is a graph illustrating acoustic characteristics of an acoustic output unit including a piezoelectric element using piezoelectric ceramic sintered bodies according to Examples and Comparative Examples. As shown in FIG. 17, it can be seen that the embodiment in which the seed composition is added has improved acoustic characteristics compared to the case of the comparative example in which the seed composition is not added. That is, it can be seen that the sound pressure is improved by 3 dB or more in the high frequency range of 200 Hz or more.
  • FIG. 18 is an exploded perspective view of a sound output device according to a second embodiment of the present invention
  • FIG. 19 is a combined perspective view of the sound output device according to a second embodiment of the present invention
  • 20 is an exploded perspective view of the sound output device according to the third exemplary embodiment of the present invention, and FIG.
  • the sound output apparatus may include a first sound output unit 100 including a voice coil 140 and a vibration member 150, and The second sound output unit 200 provided above the first sound output unit 100 and including the piezoelectric element 210, the diaphragm 220, and the opening 230, and the first and second sound output units 100, It may include a housing 300 for receiving at least one of the 200.
  • the piezoelectric element 210 may be provided under the diaphragm 220 to implement the second sound output unit 200, that is, the piezoelectric speaker. That is, in the present invention, the piezoelectric element 210 may be formed in the second sound output unit 200 in the housing 300, or the piezoelectric element 220 may be formed outside the housing 300.
  • the housing 300 includes a ring-shaped first member 310, a second member 320 formed to surround the first member 310, and a first member ( 310 may include a protrusion 330 provided below.
  • the protrusion 330 may be provided in a ring shape like the first member 310.
  • the protrusion 330 may be smaller than the inner diameter of the first member 310. Accordingly, the diameter of the first member 310 may be larger than the diameter of the protrusion 330, so that a stepped step may be formed between the first member 310, the protrusion 330, and the second member 320. Can be formed.
  • the first member 310 may be provided with a larger diameter than the protrusion 330
  • the second member 320 may be provided with a larger diameter than the first member 310.
  • the second sound output unit 200 is seated on the first member 310, and the first sound output unit 100 is coupled to the lower side of the protrusion 330. That is, the first sound output unit 100 and the second sound output unit 200 may be spaced apart from each other with the first member 310 and the protrusion 330 interposed therebetween.
  • the second sound output unit 200 may be seated on the protrusion 330. That is, the first and second sound output units 100 and 200 may be spaced apart from each other with the protrusion 330 interposed therebetween.
  • the first sound output unit 100 and the second sound output unit 200 may be provided in the housing 300, and both low and high sound output characteristics may be provided.
  • the sound output device according to the present invention may output a frequency of 20 Hz to 60 Hz.
  • the sound of the first sound output unit 100 may be output through the opening 230. Therefore, after the sound is output from the second sound output unit 200, the sound is output from the first sound output unit 100 through the opening 230, and the two sounds are mixed outside the housing 300. By mixing the two sounds outside the housing 300, the sound quality may be improved as compared with the case where the sounds are mixed in the housing 300.
  • the size of the housing 300 may be reduced, thereby reducing the overall size of the sound output device.
  • Korean Patent Application No. 2015-0171719 filed by the present applicant has a limit in reducing the size of the housing because the emission hole should be formed in a predetermined area of the housing so that the output sound of the dynamic speaker is emitted.
  • the sound of the first sound output unit 100 is emitted through the opening 230 formed in the second sound output unit 200 without forming a separate sound emission hole in the housing 300. 300) can be reduced in size.
  • the outer diameter of the housing 300 may be reduced while maintaining the size of the piezoelectric element 210 of the second sound output unit 200.
  • the outer diameter A of the housing 300 may be about 20% larger than the diameter B of the piezoelectric element 210.
  • the outer diameter A of the housing 300 may be formed to be greater than or equal to 100 and less than 130, preferably greater than 100 and less than or equal to 125 More preferably 105 or more and 120 or less.
  • the piezoelectric element 210 is provided with the same size as the diaphragm 220 and the diameter of the diaphragm 220 is the housing This is the same case as the outer diameter A of 300.
  • the size of the piezoelectric element 210 and the diaphragm 220 is the same, the sound conversion effect and the amplification effect of the diaphragm 220 decreases, so the diaphragm 220 should be larger than the piezoelectric element 210, and thus the piezoelectric element ( Preferably, the diaphragm 220 is about 5% larger than the size 210.
  • the outer diameter of the housing 300 is preferably formed to be 105 or more.
  • the outer diameter of the housing 300 is 30% or more larger than the diameter of the piezoelectric element 210, the size reduction effect of the sound output device is reduced, so that the outer diameter of the housing 300 is 20% or less of the diameter of the piezoelectric element 210. It is preferable.
  • the outer diameter of the housing 300 is preferably 105 to 120.
  • the outer diameter A of the housing 300 may be 10.5 mm to 12 mm.
  • the diameter of the diaphragm 220 may have the same size as the outer diameter of the housing 300, when the diameter of the piezoelectric element 210 is 10 mm, the outer diameter A of the housing 300 and the diameter of the diaphragm 220 may be used. It may be 10.5 mm-12 mm.
  • Korean Patent Application No. 2015-0171719 filed by the present applicant has an outer diameter of the housing 300 larger than the diameter of the piezoelectric element 210 by about 30%. For example, when the diameter of the piezoelectric element 210 is 10 mm, Korean Patent Application No.
  • the present invention can reduce the outer diameter of the housing 300 while maintaining the diameter of the piezoelectric element 210 as compared to the existing invention, for example, can reduce the outer diameter of the housing 300 to about 10% to 20%. have. That is, when the outer diameter of the housing 300 of the existing invention is 100, the present invention can reduce the outer diameter of the housing 300 to 80 to 90. As a result, the present invention can reduce the outer diameter of the housing 300 while maintaining the diameter of the piezoelectric element 210, thereby reducing the size of the sound output device.
  • the size of the housing 300 may be further reduced. That is, the embodiment described the case where the housing 300 is formed of 10.5 mm to 13 mm when the size of the piezoelectric element 210 is 10 mm. However, the size of the piezoelectric element 210 can be made smaller than 10 mm, and thus the housing 300 can be made smaller than 13 mm. Therefore, the present invention can form the size of the housing 300 to less than 13 mm, for example, 8 mm or more and less than 13 mm regardless of the size of the piezoelectric element 210.
  • [Table 1] shows the openings of various sizes, the area ratios thereof, and the acoustic characteristics of the sound output device using the same.
  • the piezoelectric element was provided in a circular shape having a diameter of 10 mm, and the opening was varied by varying the size from 0.1 mm to 9 mm.
  • the opening was formed in a circular shape in the center region of the piezoelectric element,
  • the diaphragm was also provided with openings of the same size at the same position as the piezoelectric element.
  • Table 1 when the acoustic characteristics are lower than the conventional, it was represented by X, similarly represented by the conventional O, and represented by ⁇ when improved than the conventional.
  • the piezoelectric element having a diameter of 10 mm has a diameter of 0.3 mm to 7 mm, that is, when the size ratio is 3% to 70% or the area ratio is 0.09% to 50%. It has similar or improved acoustic characteristics to the output device.
  • the size ratio of the opening to the piezoelectric element is 10% to 20% or the area ratio is 1% to 4%, the acoustic characteristics are improved compared to the prior art.
  • the acoustic characteristic in the case of having an improved acoustic characteristic than the conventional one is shown in FIG. 22 in comparison with the conventional acoustic output device.
  • FIG. 22 is a characteristic graph of an acoustic output device according to a comparative example in which no opening is formed in the piezoelectric element and the diaphragm, and an acoustic output device according to the embodiments in which the opening is formed in the piezoelectric element and the diaphragm.
  • a piezoelectric element having a diameter of 10 mm was applied together with the dynamic speaker in a housing having an outer diameter of 13 mm
  • the embodiment applied a piezoelectric element having a diameter of 10 mm together with a dynamic speaker in a housing having an outer diameter of 11.2 mm. It was.
  • a sound output hole having a size of 10 mm was formed in the housing, and the embodiment was formed by changing the openings in the central portion of the second sound output part to diameters of 1 mm, 1.5 mm, and 2 mm.
  • 22 to 10 are characteristic graphs according to a comparative example, and 20, 30, and 40 are characteristic graphs having openings having diameters of 1 mm, 1.5 mm, and 2 mm in the center portion of the second sound output unit according to the embodiment. As shown in FIG.
  • the acoustic output devices 20, 30, and 40 according to the embodiment in which the openings are formed in the piezoelectric speaker, that is, the piezoelectric element and the diaphragm, have no openings formed in the piezoelectric speaker, and the discharge holes are formed in the housing. It exhibits a higher acoustic characteristic at a frequency of 2000 kHz or more than the acoustic output device 10 according to the example. In addition, the larger the diameter of the opening at a frequency of 2500 kHz or more, the higher the acoustic characteristics.
  • the acoustic output device of the present invention having an opening formed in the piezoelectric speaker can improve the acoustic characteristics compared to the acoustic output device having the emission hole formed in the housing.
  • the acoustic characteristics may be improved in a specific frequency range according to the size of the opening, and thus the acoustic characteristics may be adjusted according to the size of the opening.
  • FIG. 23 is a graph showing the characteristics of the piezoelectric speaker according to the volume of the space between the dynamic speaker and the piezoelectric speaker. That is, as shown in FIG. 3, the sound of the second sound output unit 200 according to the volume of the internal space C provided between the first and second sound output units 100 and 200 by the housing 300. The characteristics are compared and shown in FIG. 23. As shown in FIG. 23, the acoustic characteristics were measured by setting the volume of the internal space to 30 Hz and 70 Hz, and as the volume of the internal space increases, the resonant frequency of the second sound output unit 200, that is, the piezoelectric speaker, is low frequency band.
  • the resonance frequency of the piezoelectric speaker may be shifted to the low frequency band.
  • the sound output device may further include a weight member 240 provided in at least one region of the second sound output unit 200.
  • the sound output apparatus according to the fourth embodiment of the present invention may further include a weight member 240 provided on at least one surface of the diaphragm 220. That is, the piezoelectric element 210 may be provided on one surface of the diaphragm 220, and the weight member 240 may be provided on the other surface.
  • the weight member 240 may be provided on the piezoelectric element 210. That is, the piezoelectric element 210 may be provided on one surface of the diaphragm 220, and the weight member 240 may be provided on the piezoelectric element 210.
  • the weight member 240 may be fixed on the diaphragm 220 or the piezoelectric element 210 by using a predetermined adhesive member.
  • a predetermined adhesive member a tape or bonds including a double-sided tape, a cushion tape, an epoxy bond, a silicon bond, a silicon pad, or the like can be used.
  • the weight member 240 may be provided so as not to block the opening 230. That is, the weight member 240 may correspond to the openings 231 and 232 formed in the piezoelectric element 210 and the diaphragm 220, respectively, so that the opening 233 may be formed.
  • the opening 233 formed in the weight member 240 may be formed in the same size and shape as the openings 231 and 232 formed in the piezoelectric element 210 and the diaphragm 220, respectively, and the openings 231 and 232. It may be formed larger. That is, the opening 233 may be formed at or equal to or larger than the openings 231 and 232 in the weight member 240 so that at least a part of the opening 230 is not blocked by the weight member 240.
  • the weight member 240 may be provided in an area spaced apart from the opening 230.
  • the weight member 240 may be formed of, for example, a metal material having a predetermined mass.
  • the weight member 240 may be formed of a metal material, such as SUS and tungsten, having a heavier mass or the same weight as that of the piezoelectric element 210.
  • the weight member 240 having a predetermined mass is provided on at least a portion of the second sound output unit 200 to give weight to the second sound output unit 200. Accordingly, the weight of the vibrating body, that is, the piezoelectric element 210 and / or the vibrating element 220 is increased, and thus the acoustic characteristics may be improved as compared with the case where the weight member 240 is not used. That is, FIG.
  • the exemplary embodiment 60 may improve the acoustic characteristics at the same frequency. Therefore, when the weight member 240 is provided, the same acoustic characteristics as those of the case where the size of the piezoelectric element 210 is not reduced while the size of the piezoelectric element 210 is reduced can be exhibited.
  • the piezoelectric element 210 having the second diameter smaller than the first diameter may have the same or similar acoustic characteristic as that of the piezoelectric element 210 having the first diameter.
  • the resonance frequency can be lowered, and accordingly, the size of the second sound output unit 200, particularly the size of the piezoelectric element 210, can be reduced.
  • the resonant frequency can be adjusted according to the size, mass, etc.
  • the diameter of the sound output device according to the present invention that is, the outer diameter of the housing 300 is about 8 mm, more preferably 6 mm Can be reduced to a degree. That is, the sound output device according to the present invention may have an outer diameter of about 6 mm to 13 mm.
  • a mesh structure may be formed in the opening 233 of the weight member 240 as shown in FIG. 27. That is, the mesh structure may be formed of the same material as the portion in contact with the diaphragm 220 and provided on the opening 233.
  • the characteristics of the first sound output unit 100 may be adjusted according to the size of the pores 241 of the mesh. That is, the frequency characteristic of about 20 kHz to 1 kHz can be adjusted according to the size of the pores 241 of the mesh. For example, when the size of the pores 241 is small, the sound pressure may be increased in the frequency band, and when the size of the pores 241 is small, the sound pressure may be lowered in the frequency band.
  • the resonance frequency of the piezoelectric element 210 may be lowered by providing the weight member 240 in at least one region of the second sound output unit 200. Therefore, the size of the piezoelectric element 210 can be reduced at the same resonance frequency, thereby reducing the overall size of the sound output device.

Abstract

본 발명은 제 1 음향 출력부; 상기 제 1 음향 출력부와 소정 간격 이격되어 마련된 제 2 음향 출력부; 상기 제 2 음향 출력부에 형성된 적어도 하나의 개구; 및 상기 제 1 및 제 2 음향 출력부의 적어도 하나를 수용하기 위한 하우징을 포함하고, 상기 제 2 음향 출력부의 직경 대비 상기 하우징의 외경은 100% 내지 130%인 음향 출력 장치를 제시한다.

Description

음향 출력 장치
본 발명은 음향 출력 장치에 관한 것으로, 특히 저음 대역 및 고음 대역을 포함한 가청 주파수 대역의 출력 특성을 향상시킬 수 있는 음향 출력 장치에 관한 것이다.
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.
이러한 압전 소자를 이용하여 압전 스피커, 진동 장치 등 다양한 부품을 제작할 수 있다. 그중에 압전 스피커는 압전 소자의 기계적 움직임을 진동판에 의해 음향적으로 변환시켜 원하는 주파수 대역의 음향을 발생시키는 부품이다. 압전 스피커는 기존의 다이나믹 스피커에 비해 얇고 가벼우며 전력소모가 적은 장점이 있으며, 이에 따라 소형, 박형, 경량이 요구되는 스마트폰 등의 전자기기에 이용될 수 있다. 그런데, 압전 스피커는 고음이 강하고 저음이 약하여 음악을 오래도록 들을 수 없는 단점이 있다.
한편, 음악 재생용으로 널리 이용되는 다이나믹 스피커는 마그넷의 자기장 내에 있는 보이스 코일에 음성 신호 전류를 흘리면 그 전류의 세기에 따라 기계적인 힘이 보이스 코일에 작용하여 운동을 일으키는 원리를 이용한다. 그러나, 다이나믹 스피커는 저음을 구현하는 데에는 적합하지만, 고음을 구현하기에는 상대적으로 취약하여 고음질을 제공하는데 한계가 있다.
따라서, 본 발명의 출원인은 압전 스피커와 다이나믹 스피커를 결합한 음향 출력 장치를 출원하였다(한국특허출원 제2015-0171719호). 본 출원인에 의해 출원된 음향 출력 장치는 압전 스피커와 다이나믹 스피커가 하우징 내부에 소정 간격 이격되어 마련되며, 다이나믹 스피커로부터의 출력 음향이 방출되도록 하우징의 소정 영역에 방출 홀이 형성되어 있다. 이에 따라 압전 스피커 및 다이나믹 스피커에서 각각 출력된 음향이 하우징 내부에서 혼합되지 않고 외부에서 혼합된다. 즉, 압전 스피커의 음향은 그대로 출력되고 다이나믹 스피커의 음향은 방출 홀을 통해 출력된 후 하우징의 외부에서 두 음향이 혼합된다.
그런데, 이러한 음향 출력 장치는 크기를 줄이는데 한계가 있다. 즉, 압전 스피커의 음향은 그대로 출력되지만 다이나믹 스피커의 음향을 출력하기 위해 방출 홀이 형성되어야 하므로 전체적인 사이즈, 즉 하우징의 사이즈를 줄이는데 한계가 있다. 물론, 하우징의 사이즈를 줄이고 그에 따라 압전 스피커 및 다이나믹 스피커의 사이즈를 줄일 수 있지만, 이 경우 출력되는 음향 특성이 저하되는 문제가 있다.
(선행기술문헌)
한국특허공개 제2014-0083860호
한국특허등록 제10-1212705호
본 발명은 압전 스피커의 장점과 다이나믹 스피커의 장점을 모두 가질 수 있는 음향 출력 장치를 제공한다.
본 발명은 전체적인 사이즈를 줄이면서 저음 특성과 고음 특성을 모두 향상시킬 수 있는 음향 출력 장치를 제공한다.
본 발명은 압전 스피커의 사이즈는 유지하고 하우징의 사이즈를 줄일 수 있어 음향 특성은 유지하고 전체적인 사이즈를 줄일 수 있는 음향 출력 장치를 제공한다.
본 발명의 일 양태에 따른 음향 출력 장치는 제 1 음향 출력부; 상기 제 1 음향 출력부와 소정 간격 이격되어 마련된 제 2 음향 출력부; 상기 제 2 음향 출력부에 형성된 적어도 하나의 개구; 및 상기 제 1 및 제 2 음향 출력부의 적어도 하나를 수용하기 위한 하우징을 포함하고, 상기 제 2 음향 출력부의 직경 대비 상기 하우징의 외경은 100% 내지 130%이다.
상기 제 1 음향 출력부는 다이나믹 스피커를 포함하고, 상기 제 2 음향 출력부는 압전 소자 및 진동판을 포함하는 압전 스피커를 포함한다.
상기 압전 소자의 직경 대비 상기 하우징의 외경은 100% 내지 130%이다.
상기 진동판의 직경은 상기 하우징의 외경과 동일하거나 작다.
상기 하우징의 외경은 13㎜ 미만이다.
상기 개구는 상기 압전 소자 직경의 3% 내지 70%의 직경으로 형성된다.
상기 압전 소자는 베이스와, 상기 베이스의 적어도 일면 상에 형성된 복수의 압전층과, 상기 복수의 압전층 사이에 형성된 복수의 내부 전극과, 상기 복수의 내부 전극과 연결되도록 외부에 형성된 외부 전극을 포함한다.
상기 베이스의 두께는 상기 압전 소자 두께의 1/3 내지 1/150이다.
상기 압전층 각각의 두께는 2㎛ 내지 50㎛이다.
상기 압전층의 적층 수가 2층 내지 50층이다.
상기 압전층 각각의 두께는 상기 압전 소자 두께의 1/3 내지 1/100이다.
상기 압전층 각각의 두께는 상기 내부 전극의 두께보다 같거나 두껍다.
상기 압전층은 적어도 하나의 기공을 포함한다.
상기 내부 전극은 적어도 일 영역의 두께가 다르다.
상기 내부 전극은 상기 압전층 면적의 10% 내지 97%의 면적을 갖는다.
상기 압전층은 시드 조성물을 포함한다.
상기 압전층은 페로브스카이트(perovskite) 결정 구조를 가지는 압전 물질로 형성되는 배향 원료 조성물과, 상기 배향 원료 조성물 내에 분포하며 ABO3(A는 2가의 금속 원소, B는 4가의 금속 원소)의 일반식을 가지는 산화물로 형성되는 시드 조성물을 포함한다.
상기 시드 조성물은 적어도 일 방향으로 1㎛ 내지 50㎛의 길이로 배향된다.
상기 제 1 및 제 2 음향 출력부 사이의 공간의 부피는 10㎣ 내지 100㎣이다.
상기 제 2 음향 출력부의 적어도 일 영역에 마련된 웨이트 부재를 더 포함한다.
상기 웨이트 부재는 상기 개구에 대응되는 영역에 마련된 메쉬를 더 포함한다.
상기 제 1 음향 출력부, 상기 제 2 음향 출력부 및 상기 하우징의 적어도 하나의 적어도 일부에 형성된 코팅층을 더 포함한다.
본 발명의 실시 예들에 따른 음향 출력 장치는 하우징 내에 다이나믹 스피커와 압전 스피커를 소정 간격 이격시켜 마련한다. 따라서, 저음 특성이 우수한 다이나믹 스피커와 고음 특성이 우수한 압전 스피커를 하나의 하우징 내에 마련함으로써 가청 주파수 대역에서 음향 특성을 향상시킬 수 있다.
또한, 압전 스피커의 소정 영역에 적어도 하나의 개구를 형성함으로써 다이나믹 스피커에서 출력된 음향이 개구를 통해 출력된다. 따라서, 다이나믹 스피커와 압전 스피커로부터 각각 출력되는 음향이 하우징 밖에서 섞이도록 하여 음질을 더욱 향상시킬 수 있다.
그리고, 압전 스피커의 소정 영역에 개구를 형성함으로써 하우징에 개구를 형성하지 않고, 그에 따라 하우징의 크기를 줄일 수 있다. 따라서, 압전 스피커의 사이즈를 유지하여 음향 특성은 유지하고 하우징의 사이즈를 줄일 수 있어 음향 출력 장치의 전체 사이즈를 줄일 수 있다.
한편, 본 발명의 음향 출력 장치는 스피커 및 이어폰 등으로 구현될 수 있다. 특히, 본 발명의 음향 출력 장치는 이어폰으로 구현되어 이어폰의 소형화를 가능하게 할 수 있다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 음향 출력 장치의 분해 사시도, 결합 사시도 및 결합 단면도.
도 4는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 음향 출력 장치의 변형 예의 사시도.
도 5는 본 발명에 이용되는 압전 소자의 일 실시 예에 따른 사시도.
도 6 내지 도 9는 본 발명에 이용되는 압전 소자의 일 실시 예에 따른 단면도.
도 10 및 도 11은 압전 소자의 압전층의 두께 및 적층 수에 따른 음향 특성 그래프.
도 12 내지 도 14는 본 발명에 이용되는 압전 세라믹 소결체의 특성을 설명하기 위한 도면들.
도 15 내지 도 17은 본 발명에 이용되는 압전 세라믹 소결체의 실시 예와 비교 예를 설명하기 위한 도면들.
도 18 및 도 19는 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 음향 출력 장치의 분해 사시도 및 결합 사시도.
도 20 및 도 21은 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 음향 출력 장치의 분해 사시도 및 결합 사시도.
도 22는 본 발명의 실시 예들에 따른 압전 스피커에 개구가 형성된 음향 출력 장치와 비교 예에 따른 하우징에 방출 홀이 형성된 음향 출력 장치의 특성 그래프.
도 23은 음향 출력 장치의 내부 공간의 부피에 따른 압전 스피커의 음향 특성 그래프.
도 24 내지 도 26은 본 발명의 제 4 실시 예에 따른 음향 출력 장치의 분해 사시도, 결합 사시도 및 결합 단면도.
도 27은 본 발명의 제 4 실시 예의 변형 예에 따른 음향 출력 장치의 일부 개략 평면도.
도 28은 본 발명의 제 4 실시 예에 따른 음향 출력 장치와 비교 예에 따른 음향 출력 장치의 특성 그래프.
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.
도 1은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 음향 출력 장치의 분해 사시도이고, 도 2는 결합 사시도이며, 도 3은 결합 단면도이다. 또한, 도 4는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 음향 출력 장치의 제 1 음향 출력부의 변형 예의 사시도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 음향 출력 장치는 제 1 음향 출력부(100)와, 제 1 음향 출력부(100) 상에 마련되는 제 2 음향 출력부(200)와, 제 1 및 제 2 음향 출력부(100, 200)의 적어도 하나를 수용하는 하우징(300)을 포함할 수 있다. 즉, 제 1 및 제 2 음향 출력부(100, 200)가 하우징(300) 내에서 소정 간격 이격되어 마련될 수 있다. 여기서, 제 1 음향 출력부(100)는 보이스 코일(140) 및 진동 부재(150)를 포함하여 보이스 코일(140)의 전류 변화에 따라 진동하고 이를 이용하여 진동 부재(150)를 진동시켜 음향을 출력하는 다이나믹 스피커를 포함할 수 있다. 또한, 제 2 음향 출력부(200)는 압전 소자(210) 및 진동판(220)을 포함하여 압전 소자(210)의 기계적 움직임을 진동판(220)에 의해 음향적으로 변환시키는 압전 스피커를 포함할 수 있다.
1. 제 1 음향 출력부
제 1 음향 출력부(100)는 소정의 두께를 갖는 대략 원형으로 마련될 수 있다. 이러한 제 1 음향 출력부(100)는 도 3에 도시된 바와 같이 내측에 수용 공간이 마련되는 요크(110) 및 프레임(115)과, 요크(110) 내의 수용 공간에 마련된 마그넷(120)과, 마그넷(120) 상에 마련된 플레이트(130)와, 프레임(115)의 내측으로부터 요크(110)와 마그넷(120) 사이에 마련되는 보이스 코일(140)과, 플레이트(130)의 상부에 마련되고 가장자리가 프레임(115)에 고정되며 보이스 코일(140)이 고정되는 진동 부재(150)를 포함할 수 있다.
요크(110)는 소정의 높이를 갖고 대략 원형으로 마련되고, 프레임(115)은 요크(110)의 상측에 마련되며 소정의 높이를 갖고 대략 원형으로 마련된다. 이때, 프레임(115)의 높이는 요크(110)의 높이보다 높고 프레임(115)의 폭은 요크(110)의 폭보다 클 수 있다. 물론, 프레임(115)의 높이는 요크(110)의 높이와 같거나 낮을 수 있다. 여기서, 프레임(115)의 상측 가장자리가 하우징(300)의 적어도 일 영역과 접촉되어 하우징(300) 내에 수용될 수 있다. 또한, 요크(110)의 내측에 마그넷(120) 및 플레이트(130)가 수용되고, 프레임(115)의 내측에 보이스 코일(140)이 수용되며, 진동 부재(150)는 프레임(115)을 덮도록 그 상측에 마련될 수 있다. 이러한 요크(110) 및 프레임(115)은 마그넷(120)에 의해 형성된 자기장을 플레이트(130) 측으로 유도하며 보이스 코일(140)에 마그넷(120)에 의한 자기력을 최대로 미치도록 한다.
마그넷(120)은 요크(110)의 바닥면에 고정된다. 즉, 마그넷(120)의 하면은 요크(110) 내측의 바닥면과 접촉되어 고정된다. 이러한 마그넷(120)은 요크(110)의 내부 형상에 대응되는 형상으로 마련될 수 있다. 예를 들어, 요크(110)의 내측이 대략 원통형으로 마련되고, 마그넷(120)은 대략 원기둥 형상으로 마련된다. 이때, 마그넷(120)의 높이는 요크(110)의 높이보다 낮거나 같을 수 있다. 또한, 마그넷(120)의 직경은 요크(110)의 내경보다 작을 수 있다. 따라서, 마그넷(120)은 요크(110)의 내측에 요크(110)의 내측벽과 소정 간격 이격되어 마련될 수 있다.
플레이트(130)는 마그넷(120)의 상면에 마련된다. 플레이트(130)는 마그넷(120)의 평면 형상과 동일 형상으로 마련될 수 있다. 즉, 플레이트(130)는 소정의 두께를 갖는 원형의 판 형상으로 마련될 수 있다. 여기서, 플레이트(130)는 요크(110)의 내경보다 작은 직경을 가지며, 마그넷(120)의 직경과 동일하거나 큰 직경으로 마련될 수 있다. 따라서, 플레이트(130)의 외측은 요크(110)의 내측면과 소정 간격 이격될 수 있다. 또한, 마그넷(120)과, 그 상부에 마련된 플레이트(130)의 높이는 요크(110)의 높이와 같을 수 있다. 즉, 플레이트(130)와 요크(110)의 상부는 동일 평면을 이룰 수 있다. 이러한 플레이트(130)는 마그넷(120)에 의해 발생하는 자기력선을 보이스 코일(140) 측으로 집속하도록 한다.
보이스 코일(140)은 진동 부재(150)의 하면에 부착되며, 프레임(115)의 내측으로부터 요크(110)와 마그넷(120) 사이에 마련될 수 있다. 예를 들어, 보이스 코일(140)은 플레이트(130) 및 마그넷(120)의 일부 높이를 감싸도록 이들과 요크(110)의 사이에 마련되며, 상부가 진동 부재(150)의 하면에 부착된다. 이러한 보이스 코일(140)은 지속적으로 변화하면서 입력되는 전기적 신호에 의해 지속적으로 변화되는 자기장을 형성함으로써 마그넷(120)에 의해 형성된 자기장과의 간섭에 의한 상호 작용에 의해 진동한다.
진동 부재(150)는 가장자리가 프레임(115)의 내측에 고정되어 프레임(115)의 상측을 덮도록 마련된다. 또한, 진동 부재(150)는 적어도 일 영역이 볼록하게 마련될 수 있다. 예를 들어, 프레임(115)의 중심 영역에 대응되는 영역이 가장 높고 그로부터 외측으로 낮아지는 형태로 마련될 수 있다. 즉, 진동 부재(150)는 마그넷(120) 및 플레이트(130)의 중심에 대응되는 영역으로부터 그 외측으로 낮아지는 볼록한 형상으로 마련될 수 있다. 또한, 진동 부재(150)의 가장 낮은 영역의 하측에는 보이스 코일(140)이 고정될 수 있다.
이러한 제 1 음향 출력부(100)는 마그넷(120)에서 발생된 자기장이 마그넷(120) 상에 마련된 플레이트(130)를 통해 하측의 요크(110)로 이동하고, 다시 마그넷(120)으로 이동하는 폐회로를 구성한다. 플레이트(130)와 하측의 요크(110) 사이의 공간으로 이동하는 자기장은 보이스 코일(140)에 전류가 인가되어 보이스 코일(140)이 자성을 띠게 되면 보이스 코일(140)의 자력 극성에 따라 보이스 코일(140)을 당기거나 밀어내게 된다. 즉, 보이스 코일(140)의 자력 극성이 플레이트(130)와 하측의 요크(110)의 자력 극성과 같으면 상호 반발하여 보이스 코일(140)을 밀어내어 보이스 코일(140)을 앞으로 이동시키고, 플레이트(130)와 하측의 요크(110)의 자력 극성과 다르면 서로 흡인하여 보이스 코일(140)을 뒤로 당기게 된다. 이와 같이 보이스 코일(140)이 움직이면 보이스 코일(140)이 고정되어 있는 진동 부재(150)가 앞뒤로 이동하면서 공기를 진동시켜 소리를 발생시키게 된다.
2. 제 2 음향 출력부
제 2 음향 출력부(200)는 압전 소자(210)와, 진동판(220)과, 제 2 음향 출력부(200)의 소정 영역에 관통 형성된 적어도 하나의 개구(230)를 포함할 수 있다. 즉, 개구(230)는 압전 소자(210)와 진동판(220)의 소정 영역을 관통하도록 형성될 수 있다. 압전 소자(210)는 소정의 두께를 갖는 예를 들어 원형의 판 형상으로 마련될 수 있다. 물론, 압전 소자(210)는 원형 뿐만 아니라 정사각형, 직사각형, 타원형, 다각형 등 다양한 형상으로 마련될 수도 있다. 이러한 압전 소자(210)는 베이스와, 베이스의 적어도 일면에 형성된 압전층을 포함할 수 있다. 이러한 압전 소자(210)에 대해서는 도 6 및 7 등을 이용하여 추후 더욱 상세히 설명한다. 압전 소자(210)는 접착제 등을 이용하여 진동판(220)의 적어도 일면에 부착된다. 이때, 진동판(220)의 양측이 동일 길이로 잔류하도록 압전 소자(210)는 진동판(220)의 중앙부에 부착될 수 있다. 또한, 압전 소자(210)는 진동판(220)의 상면에 부착될 수 있고, 진동판(220)의 하면에 부착될 수도 있으며, 진동판(220)의 상하 양면에 부착될 수도 있다. 즉, 본 실시 예는 압전 소자(210)가 진동판(220)의 상면에 부착되는 경우를 도시하여 설명하고 있지만, 압전 소자(210)는 진동판(220)의 상면에 부착될 수도 있고, 진동판(220)의 상면 및 하면에 부착될 수도 있다. 여기서, 압전 소자(210)와 진동판(220)는 접착 이외에 다양한 방법으로 고정될 수 있다. 예를 들어, 진동판(220)과 압전 소자(210)를 점착제를 이용하여 점착하고, 진동판(220)과 압전 소자(210)의 측면을 접착제 등을 이용하여 접착함으로써 고정할 수도 있다. 한편, 압전 소자(210)의 일 면의 상부에는 구동 신호가 인가되는 전극 패턴(미도시)이 형성될 수 있다. 전극 패턴은 서로 이격되어 적어도 둘 이상 형성될 수 있고, 연결 단자(미도시)와 연결되어 이를 통해 전자기기, 예를 들어 보조 모바일 기기로부터 음향 신호를 입력받을 수 있다.
진동판(220)은 대략 원형의 판 형상으로 마련되며, 압전 소자(210)보다 크게 마련될 수 있다. 또한, 진동판(220)은 중앙부에 개구가 형성되고 개구 상에 압전 소자(210)가 마련될 수 있다. 진동판(220)의 상면에는 압전 소자(210)가 접착제에 의해 접착될 수 있다. 이러한 진동판(220)은 금속, 플라스틱 등을 이용하여 제작할 수도 있고, 서로 다른 이종의 소재를 적층하여 적어도 2중 구조를 이용할 수도 있다. 또한, 진동판(220)은 폴리머계 또는 펄프계 물질을 이용할 수 있다. 예를 들어, 진동판(220)은 수지 필름을 이용할 수 있는데, 에틸렌 플로필렌 고무계, 스티렌 부타디엔 고무계 등 영율이 1MPa∼10GPa로 손실 계수가 큰 재료를 이용할 수 있다. 또한, 진동판(220)은 하측 가장자리가 하우징(300)의 내면에 접촉될 수 있다. 즉, 진동판(220)과 그 중앙부에 접착된 압전 소자(210)가 하우징(300) 내부의 공간에 마련될 수 있다. 이러한 제 2 음향 출력부(200)는 소정의 신호에 따라 구동되며 고음 특성이 우수한 음향을 출력할 수 있다. 이때, 압전 소자(210)의 직경은 진동판(220)의 직경보다 작거나 같을 수 있다.
개구(230)는 제 2 음향 출력부(200)의 소정 영역에 적어도 하나 마련될 수 있다. 즉, 적어도 하나의 개구(230)는 압전 소자(210) 및 진동판(220)의 소정 영역을 상하 관통하도록 형성될 수 있다. 즉, 개구(230)는 압전 소자(210)의 적어도 일 영역에 형성된 제 1 개구(231)와 진동판(220)의 적어도 일 영역에 형성된 제 2 개구(232)를 포함할 수 있다. 이러한 개구(230)는 압전 소자(210) 및 진동판(220)의 형상을 따라 형성될 수 있다. 예를 들어, 개구(230)는 원형으로 형성될 수 있다. 그러나, 개구(230)는 압전 소자(210) 및 진동판(220)과 다른 형상으로 형성될 수도 있고, 정사각형, 직사각형, 타원형, 다각형 등 다양한 형상으로 형성될 수도 있다. 또한, 제 1 개구(231)와 제 2 개구(232)는 압전 소자(210) 및 진동판(220)의 예를 들어 중앙 영역에 형성될 수 있으며, 중첩되어 형성될 수 있다. 즉, 제 1 개구(231) 및 제 2 개구(232)는 동일 크기로 형성될 수 있으며, 중첩되도록 형성될 수 있다. 물론, 제 1 및 제 2 개구(231, 232)는 서로 다른 크기로 형성될 수도 있고, 바람직하게는 중심 영역이 중첩되도록 형성될 수 있다. 즉, 진동판(220)의 크기가 압전 소자(210)의 크기보다 크고 진동판(220)에 형성된 제 2 개구(232)가 압전 소자(210)에 형성된 제 1 개구(231)보다 클 수 있지만, 제 1 개구(231)가 제 2 개구(232)와 중첩되도록 형성될 수 있다. 따라서, 압전 소자(210)와 진동판(220)에 각각 형성된 제 1 및 제 2 개구(231, 232)의 크기가 다를 경우 개구(230)는 제 1 및 제 2 개구(231, 232) 중에서 작은 크기를 갖게 된다. 물론, 개구(230)는 압전 소자(210) 및 진동판(220)의 중심부 이외에 다른 영역에 형성될 수도 있다. 또한, 개구(230)는 복수로 형성될 수도 있다. 예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이 제 1 개구(231a, 231b)는 압전 소자(210)의 중앙 영역 및 주변 영역에 복수 형성될 수 있고, 제 2 개구(232a, 232b)는 진동판(220)의 중앙 영역 및 주변 영역에 복수 형성될 수 있다. 한편, 복수의 개구(230)는 적어도 하나가 다른 크기로 형성될 수 있다. 즉, 압전 소자(210)에 형성되는 복수의 제 1 개구(231)는 적어도 하나가 다른 크기로 형성될 수 있고, 진동판(220)에 형성되는 복수의 제 2 개구(232)는 적어도 하나가 다른 크기로 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이 중앙 영역에 형성된 제 1 및 제 2 개구(231a, 232a)는 주변 영역에 형성된 적어도 하나의 제 1 및 제 2 개구(231b, 232b)보다 크게 형성될 수 있고, 주변 영역에 형성된 적어도 하나의 제 1 및 제 2 개구(231b, 232b)는 서로 동일 크기 또는 적어도 하나가 다른 크기로 형성될 수 있다. 이때, 각각 복수의 제 1 개구(231a, 231b) 및 제 2 개구(232a, 232b)는 중심 영역에서 중첩되도록 형성될 수 있다. 물론, 압전 소자(210) 및 진동판(220)에 각각 형성되며 서로 중첩되는 개구(230)는 동일 크기로 형성되는 것이 바람직하다. 이러한 개구(230)는 압전 소자(210) 면적의 예를 들어 0.09% 내지 50%의 크기로 형성될 수 있다. 즉, 압전 소자(210)의 면적에 대해 적어도 하나의 개구(230)가 0.09% 내지 50%의 크기로 형성될 수 있다. 이때, 개구(230)가 복수로 형성되는 경우 복수의 개구(230)의 전체 면적이 압전 소자(210) 면적에 대해 0.09% 내지 50%의 크기로 형성될 수 있다. 한편, 개구(230)는 압전 소자(210) 및 진동판(220)의 직경 대비 3% 내지 70%의 직경으로 형성될 수도 있다. 즉, 압전 소자(210)가 원형으로 형성되고, 개구(230) 또한 원형으로 형성되는 경우, 개구(230)의 직경은 압전 소자(210)의 직경 대비 3% 내지 70%의 직경으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 압전 소자(210)가 10㎜의 직경을 가질 경우 개구(230)는 0.3㎜ 내지 7㎜의 직경으로 형성될 수 있다. 만약, 개구(230)가 다각형으로 형성되는 경우 개구(230)의 평균 직경이 압전 소자(210)의 직경(B) 대비 3% 내지 70%로 형성될 수 있다. 한편, 진동판(220)에 형성되는 개구(230)는 압전 소자(210)에 형성되는 개구(230)와 동일 위치에 동일 크기로 형성될 수 있다. 물론, 진동판(220)에 형성되는 개구(230)가 압전 소자(220)에 형성되는 개구(230)보다 크거나 작게 형성될 수도 있다. 압전 소자(210)의 면적 또는 직경 대비 개구(230)의 크기가 0.09% 미만으로 형성되거나 개구(230)의 직경이 3% 미만으로 형성되면 제 1 음향 출력부(100)로부터 출력된 음향의 개구(230)를 통해 배출되는 양이 적어 음향 특성이 저하될 수 있고, 개구(230)의 크기가 50%를 초과하거나 개구(230)의 직경이 70%를 초과하여 형성될 경우 압전 소자(210)의 압전 특성 및 진동판(220)의 진동 특성을 저해하여 오히려 음향 특성을 저하시킬 수 있다. 이렇게 제 2 음향 출력부(200)에 개구(230)가 형성됨으로써 제 1 음향 출력부(100)로부터 출력된 음향이 개구(230)를 통해 출력될 수 있다. 따라서, 제 2 음향 출력부(200)로부터 출력된 음향과 제 1 음향 출력부(100)로부터 출력되어 개구(230)를 통해 출력된 음향이 하우징 외부에서 섞이게 되고, 그에 따라 가청 주파수 대역에서의 음압 특성을 더욱 향상시킬 수 있다.
한편, 제 2 음향 출력부(200)는 적어도 일부에 코팅층(미도시)이 더 형성될 수 있다. 코팅층은 파릴렌(parylene) 등을 이용하여 형성될 수 있다. 파릴렌은 압전 소자(210)가 진동판(220) 상에 접합된 상태에서 압전 소자(210)의 상면 및 측면과 압전 소자(210)에 의해 노출된 진동판(220)의 상면 및 측면에 형성될 수 있다. 즉, 파릴렌은 압전 소자(210) 및 진동판(220)의 상면 및 측면에 형성될 수 있다. 또한, 파릴렌은 압전 소자(210)가 진동판(220) 상에 접합된 상태에서 압전 소자(210)의 상면 및 측면과 진동판(220)의 상면, 측면 및 하면에 형성될 수 있다. 즉, 파릴렌은 압전 소자(210) 및 진동판(220)의 상면, 측면 및 하면에 형성될 수 있다. 그리고, 압전 소자(210)가 진동판(220)의 중앙부에 형성된 개구 상에 마련되는 경우 파릴렌은 압전 소자의 상면, 측면 및 개구에 의해 노출된 하면 상에 형성되고, 이와 동시에 진동판(220)의 상면, 측면 및 하면에 형성될 수 있다. 이렇게 파릴렌이 압전 소자(210) 및 진동판(220)의 적어도 일면에 형성됨으로써 제 2 음향 출력부(200)로의 습기 침투를 방지할 수 있고 산화를 방지할 수 있다. 또한, 폴리머 등의 얇은 재질의 진동판(220)을 이용하는 경우 발생되는 편진동을 개선할 수 있고, 진동판(220)의 경도 증가에 의한 응답 속도가 향상되어 깊은 음향 특성을 완화시키고 고음역을 안정화시킬 수 있다. 그리고, 파릴렌의 코팅 두께에 따라 공진 주파수를 조절할 수 있어 음압 개선점 조절이 가능하다. 물론, 파릴렌은 압전 소자(210)에만 코팅될 수도 있는데, 압전 소자(210)의 상면, 측면 및 하면에 코팅될 수 있고, 압전 소자(210)와 연결되어 압전 소자(210)에 전원을 공급하기 위한 FPCB에 코팅될 수도 있다. 파릴렌이 압전 소자(210)에 형성됨으로써 압전 소자의 수분 침투를 방지할 수 있고 산화를 방지할 수 있다. 또한, 형성 두께를 조절함으로써 공진 주파수를 조절할 수 있다. 한편, 파릴렌이 FPCB 상에 형성되는 경우 FPCB와 솔더, 소자 이음부에서 발생되는 이상음을 개선할 수도 있다. 이러한 파릴렌은 압전 소자(210) 또는 진동판(220)의 재질과 특성에 따라 두께를 다르게 하여 코팅될 수 있는데, 압전 소자(210) 또는 진동판(220)의 두께보다 얇게 형성될 수 있으며, 예를 들어 0.1㎛∼10㎛의 두께로 형성될 수 있다. 이렇게 파릴렌을 코팅하기 위해 예를 들어 파릴렌을 기화기(Vaporizer)에서 1차 가열하여 기화시켜 다이머(dimer) 상태로 만든 후 2차 가열하여 모노머(Monomer) 상태로 열분해시키고, 파릴렌을 냉각시키면 파릴렌은 모노머 상태에서 폴리머 상태로 변환되어 제 2 음향 출력부(200)의 적어도 일면 상에 코팅될 수 있다. 한편, 파릴렌 등의 방수층은 제 2 음향 출력부(200)의 적어도 일부 뿐만 아니라 제 1 음향 출력부(100) 및 하우징(200)의 적어도 일부에 코팅될 수도 있다.
3. 하우징
하우징(300)은 대략 원통형으로 마련될 수 있다. 즉, 하우징(300)은 적어도 일 방향으로 개방된 대략 원형의 통 형상으로 마련될 수 있다. 예를 들어, 하우징(300)은 상하 관통형으로 마련될 수도 있고, 내부의 소정 영역이 막히고 그로부터 상부 및 하부가 개방된 형상으로 마련될 수도 있다. 상하 관통형의 하우징(300)은 소정 두께의 대략 링 형상을 갖는 제 1 부재(310)와, 제 1 부재(310)의 소정 영역으로부터 상측 및 하측 방향으로 마련된 제 2 부재(320)를 포함할 수 있다. 즉, 링 형상의 제 1 부재(310)를 감싸도록 제 2 부재(320)가 마련될 수 있다. 물론, 제 1 부재(310)가 원형의 판 형상으로 마련되면 제 1 부재(310)를 둘러싸도록 마련된 제 2 부재(320)에 의해 제 1 부재(310)로부터 상부 및 하부에 소정 공간이 마련된 하우징(300)이 구현될 수 있다. 한편, 제 2 부재(320)는 소정 영역에 상하 방향으로 절개 영역(미도시)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 제 2 부재(320)는 제 1 부재(310)를 둘러싸고 소정 영역에서 이격될 수 있다. 절개 영역에는 제 2 음향 출력부(200)에 신호를 공급하는 신호 라인이 마련될 수 있다. 이때, 제 2 부재(320)의 절개 영역의 폭, 즉 제 2 부재(320)의 말단 사이의 간격이 제 2 부재(320) 폭의 1% 내지 5%로 마련될 수 있다. 즉, 본 발명은 제 2 부재(320)에 제 2 음향 출력부(200)에 연결된 신호 공급 라인을 마련하기 위해 절개 영역이 형성되지만, 제 1 음향 출력부(100)로부터 출력된 음향을 방출하기 위한 방출 홀은 형성되지 않는다. 결국, 제 2 부재(320)는 하우징(300)의 내부 공간을 밀폐하도록 형성될 수 있다. 그러나, 제 2 부재(320)에 절개 영역이 형성되지 않고 측면에 소정의 홀이 형성될 수도 있다. 즉, 제 2 부재(320)에 홀이 형성되고 홀을 통해 신호 라인이 연결될 수도 있다. 물론, 신호 라인은 제 2 음향 출력부(200)와 제 2 부재(320) 사이를 통해 연결되는 등 다양한 방식으로 연결할 수 있다.
또한, 제 2 부재(320)의 내측에는 돌출부(330)가 마련될 수 있다. 즉, 제 2 부재(320)의 내벽으로부터 내측으로 돌출되도록 돌출부(330)가 마련될 수 있다. 또한, 돌출부(330) 상에 제 1 부재(310)가 안착될 수 있다. 이러한 제 1 부재(310) 및 제 2 부재(320)는 별개로 제작된 후 제 2 부재(320)의 돌출부(330) 상에 제 1 부재(310)가 안착되도록 접합될 수도 있고, 제 1 부재(310) 및 제 2 부재(320)가 일체로 제작될 수 있다. 물론, 돌출부(330)가 마련되지 않고 제 1 부재(310)의 외측이 제 2 부재(320)의 내측에 접촉되도록 접합되거나 일체로 제작될 수도 있다. 이러한 하우징(300)은 제 2 부재(320)의 상면에 제 2 음향 출력부(200), 즉 압전 스피커의 진동판(220)이 접촉될 수 있고, 제 2 부재(320)의 돌출부(330) 하측에는 제 1 음향 출력부(100), 즉 다이나믹 스피커가 접촉될 수 있다. 즉, 제 1 음향 출력부(100)와 제 2 음향 출력부(200)가 제 1 부재(310) 및 돌출부(330), 그리고 제 1 부재(310) 상측의 제 2 부재(320)를 사이에 두고 이격되어 마련될 수 있다. 물론, 제 2 부재(320)의 내측에 돌출부(330)가 마련되지 않고 제 2 부재(320)의 내벽에 제 1 부재(310)가 접합되는 경우 제 2 부재(320)의 상면에 진동판(220)이 접합되고 제 1 부재(310)의 하면에 제 1 음향 출력부(100)가 접합될 수 있다. 즉, 제 1 음향 출력부(100)와 제 2 음향 출력부(200)가 제 1 부재(310) 및 그 상측의 제 2 부재(320)의 두께만큼 이격되어 대면할 수 있다. 따라서, 진동판(220)이 제 2 부재(320) 상에 마련되므로 진동판(220)의 직경은 제 2 부재(320)의 외경(A)과 같을 수 있다. 즉, 진동판(220)은 하우징(300)의 외경(A)과 같은 직경을 가질 수 있다. 이때, 압전 소자(210)의 직경(B)은 하우징(300)의 외경(A)보다 작을 수 있으며, 하우징(300)의 내경보다 작을 수도 있다. 이러한 제 2 음향 출력부(200)로부터의 음향은 외부로 직접 방출되고, 제 1 음향 출력부(100)로부터의 음향은 제 2 음향 출력부(200)의 개구(230)를 통해 방출되어 두 음향이 하우징(300) 외부에서 섞이게 된다.
한편, 하우징(300) 내부에는 제 1 및 제 2 음향 출력부(100, 200) 사이에 소정의 공간이 마련될 수 있다. 즉, 도 3에 도시된 바와 같이 대면하는 제 1 및 제 2 음향 출력부(100, 200)와, 이들 사이의 측면을 감싸는 하우징(300)의 제 2 부재(320) 사이에 내부 공간(C)이 마련될 수 있다. 내부 공간(C)의 부피는 10㎣∼100㎣ 수 있는데, 바람직하게는 20㎣∼80㎣ 더욱 바람직하게는 30㎣∼70㎣일 수 있다. 여기서, 내부 공간(C)의 부피는 제 1 부재(310)의 위치 조정에 의해 부피가 조절될 수 있다. 물론, 하우징(300) 내부에 돌출부(330)를 더 포함하는 경우 제 1 부재(310)와 돌출부(330)의 위치 조정에 의해 내부 공간(C)의 부피가 조절될 수 있다. 내부 공간(C)의 부피에 따라 제 2 음향 출력부(200)의 공진 주파수를 조절할 수 있다. 즉, 내부 공간(C)의 부피가 증가할수록 제 2 음향 출력부(200)의 공진 주파수를 저주파 영역으로 쉬프트시킬 수 있다. 그러나, 내부 공간(C)의 부피가 증가하게 되면 하우징(300)의 사이즈가 증가하게 되고 그에 따라 음향 출력 장치의 사이즈가 증가하게 되므로 하우징(300)의 사이즈를 증가시키지 않으면서 내부 공간(C)은 10㎣∼100㎣의 부피를 가질 수 있다.
이러한 음향 출력 장치는 차량용 스피커, 가정용 스피커 등의 스피커 또는 앰프와 이어폰으로 제작될 수 있다. 바람직하게, 본 발명의 음향 출력 장치는 커널형 이어폰 등의 이어폰으로 제작되고, 이 경우 하우징(300)은 대략 귀에 삽입될 수 있는 크기로 제작될 수 있다. 이때, 제 2 음향 출력부(200)로부터 귀에 삽입될 수 있다. 따라서, 제 2 음향 출력부(200)로부터의 음향이 먼저 출력된 후 제 1 음향 출력부(100)로부터의 음향이 이후 개구(230)를 통해 출력되어 귀 안에서 두 음향이 서로 섞이게 된다. 또한, 본 발명은 하우징(300) 내측에 서로 이격되도록 제 1 음향 출력부(100) 및 제 2 음향 출력부(200)를 삽입하여 제작할 수도 있고, 제 1 음향 출력부(100)가 삽입된 하우징(300)의 일부와 제 2 음향 출력부(200)가 삽입된 하우징(300)의 다른 일부를 결합하여 음향 출력 장치를 제작할 수도 있다. 예를 들어, 제 1 부재(310)의 두께를 반으로 나누고 제 1 부재(310) 하측의 제 1 두께를 둘러싸되도록 제 2 부재(320)의 일부를 형성한 제 1 하우징 내측에 제 1 음향 출력부(100)를 삽입하고, 제 1 부재(310) 상측의 제 2 두께를 둘러싸도록 제 2 부재(320)의 일부를 형성한 제 2 하우징 내측에 제 2 음향 출력부(200)를 삽입한 후 제 1 및 제 2 하우징을 결합하여 음향 출력 장치를 제작할 수 있다.
한편, 본 발명의 음향 출력 장치는 0.1V∼5.0V의 저전압 구동이 가능하며, 바람직하게는 0.1V∼2.0V, 더욱 바람직하게는 0.1V∼0.5V의 저전압 구동이 가능하다. 특히 이어폰에 적용되는 경우 0.1V∼0.2V의 저전압 구동이 가능하며, 바람직하게는 0.1V∼0.18V의 저전압 구동이 가능하다. 즉, 제 2 음향 출력부(200)의 압전 소자(210)는 복수의 압전층이 적층되고 각 압전층 사이에 내부 전극이 형성되는데, 압전층이 1㎛∼30㎛의 두께로 형성되므로 제 2 음향 출력부(200)는 저전압 구동이 가능하다. 일반 압전 스피커의 구동 전압이 5V 이상인데 반해, 본 발명에 따른 제 2 음향 출력부(200)는 별도의 압전 스피커용 증폭기를 이용하지 않아도 0.1V∼0.5V의 저전압 구동이 가능하고, 그에 따라 다이나믹 스피커와 결합하여 저전압 구동이 가능하다. 또한, 본 발명의 음향 출력 장치는 제 1 및 제 2 음향 출력부(100, 200)에 동일 신호가 인가되어 동시에 구동될 수 있다. 즉, 신호원으로부터 공급되는 신호가 제 1 음향 출력부(100)에 그대로 인가되고 고대역 필터를 통과하여 제 2 음향 출력부(200)에 인가되어 제 1 및 제 2 음향 출력부(100, 200)에 저주파 및 고주파 대역의 신호가 각각 인가될 수 있으나, 본 발명은 제 1 및 제 2 음향 출력부(100, 200)에 동일 신호가 동시에 인가될 수 있다.
이어서, 본 발명의 제 2 음향 출력부(200)로 이용되는 압전 소자(210)에 대해 도면을 이용하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 압전 소자의 사시도이고, 도 6 내지 9는 도 5의 A-A', B-B', C-C' 및 D-D' 라인을 절단한 단면도이다. 또한, 도 10 및 도 11은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 압전 소자를 설명하기 위한 도면이다.
2.1. 압전 소자의 일 예
도 5에 도시된 바와 같이, 압전 소자(210)는 소정의 두께를 갖는 판 형상으로 마련될 수 있다. 예를 들어, 압전 소자(210)는 예를 들어 0.1㎜∼1㎜의 두께를 가질 수 있다. 그러나, 음향 출력 장치의 크기 및/또는 제 2 음향 출력부의 크기 등에 따라 압전 소자(210)의 두께는 상기 두께 범위 이하이거나 이상일 수 있다. 또한, 압전 소자(210)는 원형으로 마련될 수 있으며, 예를 들어 4㎜∼15㎜의 직경을 가질 수 있다. 이때, 압전 소자(210)의 직경은 진동판(220)의 직경보다 작거나 같을 수 있다. 물론, 압전 소자(210)는 음향 출력 장치의 형태에 따라 사각형, 타원형 등 다양한 형상으로 마련될 수 있고, 진동판(220)과 다른 형태를 가질 수도 있다. 예를 들어, 진동판(220)이 직사각형으로 마련되고 압전 소자(210)가 원형으로 마련될 수 있으며, 진동판(220)이 원형으로 마련되고 압전 소자(210)가 직사각형으로 마련될 수도 있다. 이렇게 압전 소자(210)와 진동판(220)이 다른 형태를 갖는 경우 압전 소자(210)의 적어도 일 영역이 진동판(220)의 외측으로 벗어나지 않도록 압전 소자(210)가 진동판(220)보다 작은 것이 바람직하다. 한편, 다양한 형상으로 형성될 수 있는 압전 소자(210)는 10㎟∼200㎟의 면적을 가질 수 있는데, 이는 개구(230)를 포함한 압전 소자(210)의 전체 면적일 수 있다. 또한, 개구(230)를 제외한 압전 소자(210)의 면적은 4㎟∼100㎟일 수 있다.
이러한 압전 소자(210)는 도 6 내지 도 9에 도시된 바와 같이 베이스(2110)와, 베이스(2110)의 적어도 일면 상에 마련된 적어도 하나의 압전층(2120)과, 압전층(2120) 상에 형성된 적어도 하나의 내부 전극(2130)을 포함할 수 있다. 또한, 복수의 압전층(2120)이 적층된 적층체의 표면에 형성된 커버층(2141, 2142; 2140)과, 내부 전극(2130)과 선택적으로 연결되도록 적층체의 외부에 형성된 외부 전극(2510, 2520, 2530, 2540; 2500)을 더 포함할 수 있다. 압전 소자(210)는 베이스(2110)의 양면에 압전층(2120)이 형성된 바이모프 타입으로 형성될 수도 있고, 베이스(2110)의 일면에 압전층(2120)이 형성된 유니모프 타입으로 형성될 수도 있다. 또한, 변위와 진동력을 증가시키고, 저전압 구동을 가능하게 하기 위해 베이스(2110)의 일면 상에 압전층(2120)을 복수로 적층하고 유니모프 타입으로 형성할 수도 있다. 예를 들어, 도 6 내지 도 9에 도시된 바와 같이 베이스(2110)의 일면 및 타면 상에 복수의 압전층(2121 내지 2126; 2120)이 적층 형성되고, 압전층(2120) 사이에 도전층이 형성되어 복수의 내부 전극(2131 내지 2138; 2130)이 형성될 수 있다. 한편, 내부 전극(2130)의 적어도 하나는 베이스(2110)의 표면 상에 형성될 수도 있는데, 이때 베이스(2110)는 절연성 물질로 이루어질 수 있다. 또한, 압전 소자(210)는 내부 전극(2130)과 연결되도록 적층체의 외부에 형성된 외부 전극(2141, 2142; 2140)을 더 포함할 수도 있다.
베이스(2110)는 압전층(2120)이 적층된 구조를 유지하면서 진동이 발생할 수 있는 특성을 갖는 물질을 이용할 수 있다. 예를 들어, 베이스(2110)는 금속, 플라스틱, 절연성 세라믹 등을 이용할 수 있다. 또한, 베이스(2110)는 압전층(2120)과 동종 물질로 형성할 수도 있다. 즉, 베이스(2110)는 금속, 플라스틱, 절연성 세라믹 등의 압전층(2120)과 이종의 물질로 형성할 수도 있고, 압전층(2120)과 동종의 물질로 형성할 수도 있다. 이때, 베이스(2110)로 이용되는 압전층은 분극되지 않을 수도 있고 분극될 수도 있다. 베이스(2110)로 이용되는 압전층이 분극될 경우 베이스(2110)는 압전층(2120)으로 기능할 수 있다. 또한, 베이스(2110)는 압전 소자(210)의 형상을 따라 원형으로 마련될 수 있고, 중앙부에 개구(230)가 형성될 수 있다. 베이스(2110)는 압전 소자(210) 전체 두께 대비 1/3 내지 1/150의 두께로 마련될 수 있다. 예를 들어, 베이스(2110)의 두께는 2㎛∼200㎛일 수 있다. 이때, 베이스(2110)의 두께는 압전층(2120) 전체의 두께보다 얇고, 복수로 적층된 압전층(2120) 각각의 두께보다 같거나 두꺼울 수 있다. 물론, 베이스(2110)의 두께가 압전층(2120) 각각의 두께보다 얇을수도 있다. 그러나, 베이스(2110)가 두꺼울수록 압전층(2120)의 두께가 얇아지거나 압전층(2120)의 적층 수가 적어지므로 압전 현상이 적게 발생할 수 있다. 따라서, 베이스(2110)의 두께는 압전층(2120) 전체의 두께보다 얇은 것이 바람직하다.
압전층(2120)은 베이스(2110)과 동일 형상 및 동일 크기를 가질 수 있다. 즉, 압전층(2120)은 원형으로 마련되며 중앙부에 개구(230)가 형성될 수 있다. 여기서, 압전층(2120)과 베이스(2110)의 개구(230)는 동일 크기 및 형상을 가질 수 있다. 또한, 압전층(2120)은 2층 내지 70층으로 적층될 수 있는데, 바람직하게는 2층 내지 50층, 더욱 바람직하게는 6층 내지 30층으로 적층될 수 있다. 여기서, 압전층(2120)의 적층 수에 따라 음압이 조절될 수 있는데, 적층 수가 증가함에 따라 음압이 상승할 수 있다. 그러나, 압전층(2120)이 70층 이상으로 적층될 경우 압전 소자(210)의 두께가 증가하고 음압 상승폭이 미미하므로 압전층(2120)의 적층 수는 2층 내지 50층이 바람직하고, 6층 내지 30층이 더욱 바람직하다. 한편, 압전층(2120)은 베이스(2110)의 일면 및 타면에 동일 수로 적층될 수 있다. 예를 들어, 베이스(2110)의 일면에 제 1 내지 제 3 압전층(2121 내지 2123)이 적층되고, 베이스(2110)의 타면에 제 4 내지 제 6 압전층(2124 내지 2126)이 적층될 수 있다. 또한, 압전층(2120) 각각의 두께는 압전 소자(210) 두께의 1/3 내지 1/100일 수 있다. 예를 들어, 압전층(2120) 각각은 1㎛∼300㎛의 두께를 가질 수 있는데, 바람직하게는 2㎛∼30㎛, 더욱 바람직하게는 2㎛∼20㎛의 두께를 가질 수 있다. 압전 소자(210)를 포함하는 음향 출력 장치는 전자기기, 예를 들어 스마트폰 등의 휴대용 전자기기에서 공급되는 전압에 의해 구동되어야 한다. 이때, 전자기기에서 공급되는 전압은 0.2V 정도로 매우 낮기 때문에 압전층(2120)의 두께를 적절하게 하여 압전 소자(210)의 성능을 극대화해야 한다. 따라서, 압전층(2120)의 두께는 2㎛∼30㎛가 바람직하고, 2㎛∼20㎛의 두께가 더욱 바람직할 수 있다. 압전층(2120)은 예를 들어 PZT(Pb, Zr, Ti), NKN(Na, K, Nb), BNT(Bi, Na, Ti) 계열의 압전 물질을 이용하여 형성할 수 있다. 그러나, 압전층(2120)은 이러한 물질에 한정되지 않고 다양한 압전 물질을 이용할 수 있다. 즉, 압전층(2120)은 압력을 가하면 전압이 발생하고, 전압을 가하면 압력 변화로 인한 부피나 길이의 증감이 발생하는 다양한 종류의 압전 물질을 이용할 수 있다. 한편, 압전층(2120)은 적어도 일 영역에 형성된 적어도 하나의 기공(미도시)을 포함할 수 있다. 이때, 기공은 적어도 하나의 크기 및 형상으로 형성될 수 있다. 즉, 기공은 불규칙한 형상 및 크기로 불규칙하게 분포될 수 있다. 또한, 압전층(2120)은 적어도 일 방향으로 분극될 수 있다. 예를 들어, 인접한 두 압전층(2120)이 서로 다른 방향으로 분극될 수 있다. 즉, 서로 다른 방향으로 분극된 복수의 압전층(2120)이 교대로 적층될 수 있다. 예를 들어, 제 1, 제 3 및 제 5 압전층(2121, 2123, 2125)이 하측 방향으로 분극되고, 제 2, 제 4 및 제 6 압전층(2122, 2124, 2126)이 상측 방향으로 분극될 수 있다.
내부 전극(2130)은 외부 전압을 압전층(2120)에 인가하기 위해 마련될 수 있다. 즉, 내부 전극(2130)은 압전층(2120)의 분극을 위한 제 1 전원 및 압전층(2120)의 구동을 위한 제 2 전원을 압전층(2120)에 인가할 수 있다. 분극을 위한 제 1 전원 및 구동을 위한 제 2 전원은 외부 전극(2150)을 통해 내부 전극(2130)으로 인가될 수 있다. 이러한 내부 전극(2130)은 베이스(2110)와 복수의 압전층(2120) 사이에 각각 형성될 수 있다. 또한, 내부 전극(2130)은 베이스(2110) 및 압전층(2120)의 형상을 따라 원형으로 형성될 수 있다. 물론, 내부 전극(2130)은 사각형 등의 다각형 형태로 형성될 수 있다. 이때, 내부 전극(2130)은 개구(230)가 형성된 영역을 제외한 영역에 형성될 수 있고, 압전층(2120)의 가장자리와 소정 간격 이격되어 형성될 수 있다. 또한, 내부 전극(2130)은 개구(230)와 소정 간격 이격되어 형성될 수도 있다. 따라서, 내부 전극(2130)은 압전층(2120)보다 작은 면적으로 형성될 수 있다. 그리고, 내부 전극(2130)은 압전층(2200)이 적층된 적층체의 외부에 형성된 외부 전극(2150)과 선택적으로 연결되도록 형성될 수 있다. 즉, 두개의 내부 전극(2130)이 하나의 외부 전극(2150)과 연결될 수 있다. 예를 들어, 도 6 내지 도 9에 도시된 바와 같이 제 1 및 제 3 내부 전극(2131, 2133)은 제 1 외부 전극(2151)과 연결되고, 제 2 및 제 4 내부 전극(2132, 2134)은 제 2 외부 전극(2152)와 연결되며, 제 5 및 제 7 내부 전극(2135, 2137)은 제 3 외부 전극(2153)과 연결되고, 제 6 및 제 8 내부 전극(2136, 2138)은 제 4 외부 전극(2154)와 연결될 수 있다. 이를 위해, 내부 전극(2130)은 소정 영역에서 외부 전극(2150) 방향으로 인출되는 인출 전극을 포함할 수 있다. 즉, 내부 전극(2120)은 압전층(2200)의 형상을 따라 대략 원형으로 형성된 메인 전극과, 메인 전극의 소정 영역으로부터 소정의 폭으로 외부 전극(2150) 방향으로 인출되는 인출 전극을 포함할 수 있다. 도 6 내지 도 9에서 내부 전극(2130)의 수직 방향으로 동일 크기로 형성된 부분이 메인 전극이고, 외부 전극(2150)과 연결되도록 더 길게 연장된 부분이 인출 전극이다. 한편, 내부 전극(2130)은 도전성 물질로 형성될 수 있는데, 예를 들어 Al, Ag, Au, Pt, Pd, Ni, Cu 중 어느 하나 이상의 성분을 포함하는 금속 또는 금속 합금으로 형성될 수 있다. 합금의 경우 예를 들어 Ag와 Pd 합금을 이용할 수 있다. 한편, 내부 전극(2130)은 압전층(2120)보다 얇거나 같은 두께로 형성될 수 있는데, 예를 들어 1㎛∼10㎛의 두께로 형성될 수 있다. 여기서, 내부 전극(2130)은 적어도 일 영역의 두께가 다르게 형성될 수도 있고, 적어도 일 영역이 제거되어 형성될 수 있다. 즉, 동일 내부 전극(2130)은 적어도 일 영역의 두께가 다른 영역보다 얇거나 두껍게 형성될 수도 있고, 적어도 일 영역이 제거되어 압전층(2120)이 노출되도록 형성될 수도 있다. 그러나, 내부 전극(2130)의 적어도 일 영역의 두께가 얇거나 적어도 일 영역이 제거되더라도 전체적으로 연결된 상태를 유지하므로 전기 전도성에는 전혀 문제가 발생되지 않는다. 또한, 다른 내부 전극(2130)은 동일 영역에서 서로 다른 두께로 형성되거나 서로 다른 형상으로 형성될 수 있다. 즉, 복수의 내부 전극(2130) 중에서 수직 방향으로 소정의 길이 및 폭에 해당하는 동일 영역의 적어도 하나의 내부 전극(2130)이 다른 내부 전극(2130)과는 다른 두께로 형성될 수 있고, 다른 형상으로 형성될 수 있다. 여기서, 다른 형상은 오목하거나 볼록하거나 패인 형상 등으로 포함할 수 있다. 또한, 내부 전극(2130)은 압전층(2120) 각각의 면적 대비 10% 내지 97%의 면적으로 각각 형성될 수 있다. 한편, 압전 소자(210)는 내부 전극(2130) 사이의 거리가 전체 두께 대비 1/3 내지 1/100일 수 있다. 즉, 내부 전극(2130) 사이의 압전층(2120) 각각의 두께는 압전 소자(210) 전체 두께의 1/3 내지 1/100일 수 있다. 예를 들어, 압전 소자(210) 두께가 300㎛일 경우 내부 전극(2130) 사이의 거리, 즉 압전층(2120) 각각의 두께는 3㎛ 내지 100㎛일 수 있다. 내부 전극(2130) 사이의 거리, 즉 압전층(2120)의 두께에 의해 구동 전압이 변경될 수 있으며, 내부 전극(2130) 사이의 거리가 가까울수록 구동 전압은 감소될 수 있다. 그런데, 내부 전극(2130) 사이의 거리, 즉 압전층(2120)의 두께가 압전 소자(210) 전체 두께의 1/3을 초과할 경우 구동 전압이 증가하게 되고, 그에 따라 높은 구동 전압을 생성하기 위한 고비용의 구동 IC가 필요하게 되어 원가 상승의 원인이 될 수 있다. 또한, 내부 전극(2130) 사이의 거리, 즉 압전층(2120)의 두께가 압전 소자(210) 전체 두께의 1/100 미만이면 공정상 두께 편차 발생 빈도가 높고 그에 따라 압전층(2120)의 두께가 일정하지 않아 특성 저하의 문제가 발생될 수 있다.
커버층(2140)은 적층체의 하부 및 상부 표면에 적어도 하나 형성될 수 있다. 즉, 커버층(2140)은 적층체의 하부에 형성된 하부 커버층(2141) 및 적층체의 상부에 형성된 상부 커버층(2142) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이러한 커버층(2140)은 절연성 물질로 형성될 수 있는데, 예를 들어 분극되지 않은 압전 물질로 형성될 수 있다. 이러한 커버층(2140)에 의해 내부 전극(2130)의 산화가 방지될 수 있다. 즉, 커버층(2140)이 외부로 노출된 제 1 및 제 8 내부 전극(2131, 2138)을 덮도록 마련될 수 있고, 커버층(2140)에 의해 산소 또는 수분 등의 침투가 방지되어 내부 전극(2130)의 산화가 방지될 수 있다.
외부 전극(2150)은 압전층(2120)의 구동 전압을 인가하기 위해 형성될 수 있다. 이를 위해 외부 전극(2150)은 적층체의 적어도 일 표면에 형성되며, 내부 전극(2130)과 연결될 수 있다. 예를 들어, 외부 전극(2150)은 적층체의 측면에 소정 간격 이격되어 복수 마련될 수 있다. 물론, 외부 전극(2150)은 적층체의 측면 뿐만 아니라 상면 및 하면 중 적어도 어느 한면에 연장 형성될 수 있다. 이러한 외부 전극(2150)은 인쇄, 증착, 스퍼터링, 도금 등의 방법을 이용하여 형성할 수 있으며, 적어도 하나의 층으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 외부 전극(2150)은 적층체와 접촉되는 제 1 층이 도전성 페이스트를 이용한 인쇄 방법으로 형성되고, 그 상부에 제 2 층이 도금 방법으로 형성될 수 있다. 또한, 내부 전극(2130)과 연결되는 외부 전극(2150)의 적어도 일부 영역은 내부 전극(2130)과 동일 재질의 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 내부 전극(2130)이 구리로 형성되고, 적층체의 표면에 형성되며 내부 전극(2140)과 접촉되는 외부 전극(2130)의 제 1 층이 구리로 형성될 수 있다.
압전층(2120)의 두께 및 적층 수에 따른 압전 스피커의 특성을 도 10 및 도 11에 도시하였다. 즉, 도 10은 압전층의 두께에 따른 음향 특성을 도시한 그래프이고, 도 11은 압전층의 적층 수에 따른 음향 특성을 도시한 그래프이다.
압전층의 두께에 따른 음향 특성을 비교하기 위해 압전층을 1㎛, 2㎛, 5㎛, 10㎛, 20㎛ 및 30㎛의 두께로 하고 압전층의 적층 수를 동일하게 하여 음향 특성을 측정하였다. 도 10에 도시된 바와 같이, 압전층이 1㎛인 경우 6000㎐ 정도의 주파수에서 음향 특성이 급격히 저하되는 것을 알 수 있다. 또한, 2㎛ 내지 30㎛의 두께에서는 6000㎐ 이상의 주파수에서 음향 특성이 우수하고, 특히 두께가 얇을수록 음향 특성이 우수하여 2㎛의 두께가 가장 좋은 음향 특성을 가짐을 알 수 있다. 그리고, 압전층의 두께가 30㎛일 때 그보다 얇은 두께에 비해 음향 특성이 저하된다. 따라서, 압전층은 2㎛ 이상 30㎛ 미만의 두께에서 우수한 음향 특성을 나타낸다.
또한, 압전층의 적층 수에 따른 음압 특성을 비교하기 위해 압전층을 5층, 10층, 30층 및 50층을 적층하고 압전층의 두께를 동일하게 하여 음압 특성을 측정하였다. 도 11에 도시된 바와 같이, 적층 수가 증가할수록 음압 특성이 향상되는 것을 알 수 있다. 즉, 30층 이상의 적층 수에서 그보다 적은 적층 수에 비해 음압 특성이 향상되는 것을 알 수 있다.
결국, 압전층(2120)은 두께가 얇고 적층 수가 많을수록 음압 특성이 향상되는 것을 알 수 있다.
2.2. 압전 소자의 다른 예
한편, 압전층(2120)은 압전 물질로 형성되는 배향 원료 조성물과, 배향 원료 조성물 내에 분포하며 ABO3(A는 2가의 금속 원소, B는 4가의 금속 원소)의 일반식을 가지는 산화물로 형성되는 시드 조성물 포함하는 압전 세라믹 조성물을 소결하여 형성된 압전 세라믹 소결체를 이용할 수도 있다. 즉, 압전 소자(210)는 베이스(2110)과, 베이스(2110)의 적어도 일면 상에 형성된 압전층(2120) 및 내부 전극(2130)을 포함하며, 압전층(2120)이 시드 조성물을 포함하는 압전 세라믹 소결체를 포함할 수 있다. 여기서, 배향 원료 조성물은 페로브스카이트(perovskite) 결정 구조를 가지는 압전 물질로 형성될 수 있다. 또한, 배향 원료 조성물은 페로브스카이트 결정 구조와 다른 결정 구조를 가지는 물질이 고용체를 형성하는 조성물을 이용할 수 있는데, 예를 들어 정방정계 구조를 가지는 PbTiO3[PT]와 능면체 구조를 가지는 PbZrO3[PZ]가 고용체를 형성하는 PZT계 물질을 이용할 수 있다.
그리고, 배향 원료 조성물은 PZT계 물질에 릴랙서(relaxor)로서 Pb(Ni,Nb)O3[PNN], Pb(Zn,Nb)O3[PZN] 및 Pb(Mn,Nb)O3[PMN] 중 적어도 하나를 고용한 조성물을 사용하여 PZT계 물질의 특성을 향상시킬 수 있다. 예를 들어, PZT계 물질에 PZN계 물질과 PNN계 물질을 이용하여 높은 압전 특성과 낮은 유전율 및 소결 용이성을 갖는 PZNN계 물질을 릴랙서로서 고용하여 배향 원료 조성물을 형성할 수 있다. PZT계 물질에 PZNN계 물질을 릴랙서로서 고용한 배향 원료 조성물은 (1-x)Pb(Zr0.47Ti0.53)O3-xPb((Ni1-yZny)1/3Nb2/3)O3의 조성식을 가질 수 있다. 여기서, x는 0.1<x<0.5 범위 내의 값을 가질 수 있으며, 바람직하게는 0.30≤x≤0.32 범위 내의 값을 가질 수 있으며, 가장 바람직하게는 0.31의 값을 가질 수 있다. 또한, y는 0.1<y≤0.9 범위 내의 값을 가질 수 있으며, 바람직하게는 0.39≤y≤0.41 범위 내의 값을 가질 수 있으며, 가장 바람직하게는 0.40의 값을 가질 수 있다.
압전 세라믹 소결체의 경우 상 공존 경계(Morphotropic Phase Boundary: MPB) 영역에서 압전 특성의 급격한 향상이 나타나므로 압전 특성 향상을 위하여 MPB 부근의 조성을 찾아야 한다. 시드 조성물을 첨가하여 소결되는 배향 원료 조성물의 조성은 시드 조성물이 첨가되지 않았을 때와 다른 상을 가지게 되고, 시드 조성물의 첨가량에 따라 새로운 MPB 조성을 형성함으로써 우수한 압전 특성을 유도할 수 있다. 이러한 MPB 조성은 배향 원료 조성물의 x 값과 y 값을 변화시켜 조절 가능하며, 상기와 같이 x가 0.31의 값을 가지고, y가 0.40의 값을 가지는 경우 가장 높은 압전 특성 및 유전 특성을 가지므로 가장 바람직하게 된다.
또한, 배향 원료 조성물은 납(Pb)을 포함하지 않는 무연계 압전 물질을 사용할 수도 있다. 이와 같은 무연계 압전 물질로는 Bi0 .5K0. 5TiO3, Bi0 . 5Na0 . 5TiO3, K0.5Na0.5NbO3, KNbO3, NaNbO3, BaTiO3, (1-x)Bi0 . 5Na0 . 5TiO3-xSrTiO3, (1-x)Bi0 . 5Na0 . 5TiO3-xBaTiO3, (1-x)K0. 5Na0 . 5NbO3-xBi0 . 5Na0 . 5TiO3, BaZr0 . 25Ti0 . 75O3 등 중에서 선택된 적어도 하나의 압전 물질을 포함하는 무연계 압전 물질일 수 있다.
시드 조성물은 ABO3의 일반식을 가지는 산화물로 형성되는데, ABO3는 배향성을 갖는 판 형상의 페로브스카이트(perovskite) 구조를 가지는 산화물로 A는 2가의 금속 원소로 이루어지며, B는 4가의 금속 원소로 이루어진다. ABO3의 일반식을 가지는 산화물로 형성되는 시드 조성물은 CaTiO3, BaTiO3, SrTiO3, PbTiO3 및 Pb(Ti,Zr)O3 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 이 중 BaTiO3를 시드 조성물로 사용하는 경우 압전 성능을 향상시킬 수 있다. 시드 조성물로 BaTiO3를 사용하는 경우, BaTiO3는 오르빌리우스(aurivillius) 판상 구조체인 Bi4Ti3O12를 염용융 합성법으로 합성하고, 구조 화학적 미세 결정 치환(TMC: Topochemical Microcrystal Conversion)을 통하여 치환하여 제조될 수 있다. 여기서, 시드 조성물은 배향 원료 조성물에 대하여 1vol% 내지 10vol%의 부피비로 포함될 수 있다. 시드 조성물이 배향 원료 조성물에 대하여 1vol% 미만으로 포함되면 시드 조성물에 의하여 결정 배향성이 향상되는 효과가 미미하며, 10vol%를 초과하여 포함되면 압전 세라믹 소결체의 압전 성능이 저하된다. 여기서, 시드 조성물이 배향 원료 조성물에 대하여 10 vol%로 포함되는 경우 변위(strain)량이 극대화되고 최적의 압전 특성을 나타낼 수 있다.
상기와 같이 배향 원료 조성물 및 시드 조성물을 포함하는 압전 세라믹 조성물은 판상 입형 성장법(TGG: Templated Grain Growth)에 의하여 시드 조성물과 동일한 방향성을 가지며 성장하게 된다. 즉, 압전 세라믹 소결체는, 예를 들어 0.69Pb(Zr0.47Ti0.53)O3-0.31Pb((Ni0.6Zn0.4)1/3Nb2/3)O3의 조성식을 가지는 배향 원료 조성물에 BaTiO3를 시드 조성물로 사용함으로써 1000℃ 이하의 낮은 온도에서도 소결이 가능할 뿐만 아니라, 결정 배향성을 향상시키고, 전기장에 따른 변위량을 극대화할 수 있어 단결정 물질과 유사한 높은 압전 특성을 가지게 된다. 즉, 배향 원료 조성물에 결정 배향성을 향상시키는 시드 조성물을 첨가하고 이를 소결하여 압전 세라믹 소결체를 제조함으로써, 전기장에 따른 변위량을 극대화하고, 압전 특성을 현저하게 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 압전 세라믹 소결체는 로트게링 배향도(Lotgering factor)가 85% 이상의 값을 가질 수 있다.
도 12의 (a)는 로트게링 배향도 별 전기장에 따른 변형률을 나타내는 그래프이고, 도 12의 (b)는 로트게링 배향도 별 변형률의 증가율을 도시한 표이다. 또한, 도 13은 로트게링 배향도에 따른 압전 상수(d33)를 나타내는 그래프이다.
도 12를 참조하면, 압전 세라믹 소결체는 로트게링 배향도가 높은 값을 가질 수록 변형률이 증가하는 것을 알 수 있다. 즉, 결정 배향이 이루어지지 않은 압전 세라믹 소결체(Normal)의 경우 전기장에 따른 변형률은 0.165%의 값을 가진다. 이러한 압전 세라믹 소결체에 대하여 판상 입형 성장법에 의하여 결정 배향성을 증가시키는 경우, 63%의 로트게링 배향도 값을 가지는 압전 세라믹 소결체에서는 변형률이 0.106%로 약 35.76% 감소하나, 로트게링 배향도 값이 75%, 85%, 90%의 값으로 증가함에 따라 변형률도 0.170%, 0.190%, 0.235% 값으로 증가하는 것을 알 수 있다.
압전 세라믹 소결체의 로트게링 배향도는, 최대값인 100%에 대하여 85% 이상의 값을 가지는 경우 전기장에 따른 변형률의 증가율이 급격하게 증가한다. 즉, 압전 세라믹 소결체의 로트게링 배향도가 75%에서 85%로 증가하는 경우 변형률의 증가율은 약 12%의 값을 가지나, 로트게링 배향도가 85%에서 90%로 증가하는 경우 변형률의 증가율은 약 27%의 값을 가지게 되어 약 4배 이상의 증가율을 보임을 알 수 있다.
또한, 압전 세라믹 소결체는 로트게링 배향도가 85% 이상의 값을 가지는 경우 압전 상수(d33)의 값이 급격하게 증가한다. 압전 상수(d33)는 재료에 압력을 가했을 때 압력 방향으로 발생한 전하의 양을 나타내는 것으로 압전 상수(d33)가 높은 값을 가질수록 감도가 좋은 고정밀의 압전 소자를 제조할 수 있다. 도 13에 도시된 바와 같이, 압전 세라믹 소결체의 로트게링 배향도가 75%에서 85%로 증가하는 경우 압전 상수(d33)는 345 pC/N에서 380 pC/N으로 약 35 pC/N 증가함을 알 수 있다. 그러나, 압전 세라믹 소결체의 로트게링 배향도가 85%에서 90%로 증가하는 경우 압전 상수(d33)는 380 pC/N에서 430 pC/N으로 약 50 pC/N 증가하게 되어, 3배 이상의 증가율을 나타낸다. 따라서, 본 발명의 실시 예에 따른 압전 세라믹 소결체의 경우, 페로브스카이트(perovskite) 결정 구조를 가지는 압전 물질로 형성되는 배향 원료 조성물과 상기 배향 원료 조성물 내에 분포하며, ABO3(A는 2가의 금속 원소, B는 4가의 금속 원소)의 일반식을 가지는 산화물로 형성되는 시드 조성물에 의하여 압전 세라믹 소결체를 제조함으로써 85% 이상의 로트게링 배향도(Lotgering factor)를 가지는 압전 세라믹 소결체를 제조하고, 향상된 변형률과 높은 감도를 가지는 압전 소자를 제조할 수 있게 된다.
이러한 본 발명에 따른 시드 조성물이 포함된 압전층의 특성(실시 예)을 시드 조성물이 포함되지 않은 압전층의 특성(비교 예)과 비교하였다. 실시 예를 위해 순도 98% 이상의 PbO, ZrO2, TiO2, ZnO, NiO, Nb2O5 분말을 이용하여 0.69Pb(Zr0.47Ti0.53)O3-0.31Pb((Ni0.6Zn0.4)1/3Nb2/3)O3의 배향 원료 조성물을 합성하였다. 또한, 오르빌리우스 판상 구조체인 Bi4Ti3O12를 염용융 합성법으로 합성하고, 구조 화학적 미세 결정 치환을 통하여 BaTiO3 시드 조성물을 합성하였다. 이러한 배향 원료 조성물에 시드 조성물이 10vol% 포함되도록 혼합하고 사출 및 성형하여 압전 시편을 제조하였다. 또한, 압전 시편을 분당 5℃로 승온하여 950℃에서 10시간 동안 소결 공정을 진행하였다. 이에 비해, 비교 예는 시드 조성물로서 BaTiO3를 첨가하지 않은 점에서만 차이가 있을 뿐 실시 예와 동일하게 제조되었다. 즉, 비교 예는 BaTiO3를 투입하지 않아 시드 조성물이 없는 압전 시편을 제조하였다.
도 14는 비교 예와 실시 예의 압전 세라믹 소결체 즉, 비교 예의 압전 시편(ⓐ)과 실시 예의 압전 시편(ⓑ)의 표면 X선 회절 패턴들을 각각 나타내는 그래프이다. 본 그래프에서의 배향 정도는 로트게링 배향도(Lotgering factor)의 계산식에 따라 계산하였으며, 로트게링 배향도를 계산하는 계산식 및 구체적 과정에 대한 설명은 생략하기로 한다. 도 14에 도시된 바와 같이, 비교 예의 압전 시편(ⓐ)은 표면에서 모든 결정 방향으로 성장되었으며, 특히 (110) 평면의 법선 방향으로 결정이 두드러지게 성장하였음을 알 수 있다. 반면, 실시 예의 압전 시편(ⓑ)은 표면에서 (001) 평면의 법선 방향 및 동일한 방향을 가지는 (002) 평면의 법선 방향으로만 결정이 성장되어 있음을 알 수 있으며, 비교 예의 (110) 평면의 법선 방향으로는 결정 성장이 억제되어 있다. 또한, 본 그래프의 높이는 X선 피크의 강도를 나타내며, 각 X선 피크 강도로부터 실시 예의 압전 시편(ⓑ)의 경우 로트게링 배향도가 95.3%의 값을 가지는 것을 알 수 있었다. 이를 통하여 시드 조성물이 포함된 압전 세라믹 소결체는 (001) 방향으로 배향 성장되어 결정 배향성이 현저하게 향상되었음을 확인할 수 있다.
도 15는 압전 세라믹 소결체의 스캔 전자 현미경 이미지를 나타내는 이미지이다. 즉, 도 15의 (a)는 비교 예에 의하여 제조된 압전 시편의 단면 이미지이고, 도 15의 (b)는 실시 예에 의하여 제조된 압전 시편의 단면 이미지이다. 도 15의 (a)에 나타난 바와 같이, 시드 조성물이 첨가되지 않은 압전 세라믹 소결체의 경우 입자가 육각형의 형상으로 성장되었음을 알 수 있다. 이는 결정이 다수의 평면 방향으로 각각 성장하는 도 9의 결과와도 일치한다. 반면, 도 15의 (b)에 나타난 바와 같이 시드 조성물이 첨가된 압전 세라믹 소결체는 수평 위치된 시드 조성물(도 13의 (b)의 검은색 영역)에 의하여 사각형의 형상으로 성장되어 결정 배향성이 향상되었음을 확인할 수 있다.
또한, 도 16은 압전 세라믹 소결체를 압전층으로 이용한 압전 소자의 단면 이미지이다. 즉, 도 16의 (a)는 비교 예에 따른 압전 세라믹 소결체를 압전층으로 이용한 압전 소자의 단면 이미지이고, 도 16의 (b)는 실시 예에 따른 압전 세라믹 소결체를 압전층으로 이용한 압전 소자의 단면 이미지이다. 도 16의 (b)에 도시된 바와 같이 실시 예를 이용한 압전 소자는 시드 조성물(도 16의 (b)의 검은색 영역)이 존재하고, 도 16의 (a)에 도시된 바와 같이 비교 예를 이용한 압전 소자는 시드 조성물이 존재하지 않음을 알 수 있다. 이때, 시드는 적어도 일 방향으로 1㎛∼50㎛의 길이로 배향될 수 있다. 즉, 시드의 배향 정도가 일 방향 및 이와는 다른 적어도 하나의 타 방향으로 각각 1㎛∼50㎛ 정도 배향될 수 있으며, 바람직하게는 5㎛∼20㎛, 더욱 바람직하게는 7㎛∼10㎛ 정도 배향될 수 있다.
도 17은 실시 예와 비교 예에 따른 압전 세라믹 소결체를 압전층으로 이용한 압전 소자를 구비하는 음향 출력부의 음향 특성을 나타낸 그래프이다. 도 17에 도시된 바와 같이 시드 조성물이 첨가된 실시 예의 경우 시드 조성물이 첨가되지 않은 비교 예의 경우에 비해 음향 특성이 향상됨을 알 수 있다. 즉, 200㎐ 이상의 고음역대에서 3dB 이상 음압이 향상됨을 알 수 있다.
다른 실시 예
도 18은 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 음향 출력 장치의 분해 사시도이고, 도 19는 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 음향 출력 장치의 결합 사시도이다. 또한, 도 20은 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 음향 출력 장치의 분해 사시도이고, 도 21는 결합 단면도이다.
도 18 내지 도 21을 참조하면, 본 발명의 제 2 및 제 3 실시 예에 따른 음향 출력 장치는 보이스 코일(140) 및 진동 부재(150)를 포함하는 제 1 음향 출력부(100)와, 제 1 음향 출력부(100) 상측에 마련되며 압전 소자(210), 진동판(220) 및 개구(230)를 포함하는 제 2 음향 출력부(200)와, 제 1 및 제 2 음향 출력부(100, 200)의 적어도 하나를 수용하는 하우징(300)을 포함할 수 있다. 이때, 본 발명의 제 2 및 제 3 실시 예는 진동판(220) 하측에 압전 소자(210)가 마련되어 제 2 음향 출력부(200), 즉 압전 스피커가 구현될 수 있다. 즉, 본 발명은 제 2 음향 출력부(200)가 하우징(300) 내부로 압전 소자(210)가 형성될 수도 있고, 하우징(300) 외부로 압전 소자(220)가 형성될 수도 있다.
또한, 도 20 및 도 21에 도시된 바와 같이 하우징(300)은 링 형상의 제 1 부재(310)와, 제 1 부재(310)를 감싸도록 형성된 제 2 부재(320)와, 제 1 부재(310) 하측에 마련된 돌출부(330)를 포함할 수 있다. 이때, 돌출부(330)는 제 1 부재(310)와 마찬가지로 링 형상으로 마련될 수 있다. 또한, 돌출부(330)는 제 1 부재(310)의 내경보다 작게 마련될 수 있다. 따라서, 제 1 부재(310)의 직경이 돌출부(330)의 직경보다 클 수 있고, 그에 따라 제 1 부재(310)와 돌출부(330), 그리고 제 2 부재(320) 사이에는 계단형의 단차가 형성될 수 있다. 즉, 돌출부(330)보다 넓은 직경으로 제 1 부재(310)가 마련되고, 제 1 부재(310)보다 넓은 직경으로 제 2 부재(320)가 마련될 수 있다. 여기서, 제 1 부재(310) 상에는 제 2 음향 출력부(200)가 안착되고, 돌출부(330) 하측에는 제 1 음향 출력부(100)가 결합된다. 즉, 제 1 음향 출력부(100)와 제 2 음향 출력부(200)는 제 1 부재(310) 및 돌출부(330)를 사이에 두고 이격되어 마련될 수 있다. 물론, 제 2 음향 출력부(200)가 돌출부(330) 상에 안착될 수도 있다. 즉, 제 1 및 제 2 음향 출력부(100, 200)가 돌출부(330)를 사이에 두고 이격되어 마련될 수 있다.
상기한 바와 같이 본 발명의 실시 예들에 따른 음향 출력 장치는 제 1 음향 출력부(100)와 제 2 음향 출력부(200)가 하우징(300) 내에 마련될 수 있고, 저음 및 고음 출력 특성을 모두 향상시킬 수 있다. 즉, 저음 특성이 우수한 제 1 음향 출력부(100), 즉 다이나믹 스피커와 고음 특성이 우수한 제 2 음향 출력부(200), 즉 압전 스피커를 하우징(300) 내에 마련함으로써 가청 주파수 대역에서 음향 특성을 향상시킬 수 있다. 이때, 본 발명에 따른 음향 출력 장치는 20㎐∼60㎑의 주파수를 출력할 수 있다. 또한, 제 2 음향 출력부(200)에 개구(230)를 형성함으로써 제 1 음향 출력부(100)의 음향이 개구(230)를 통해 출력될 수 있다. 따라서, 제 2 음향 출력부(200)로부터 음향이 출력된 후 제 1 음향 출력부(100)로부터 개구(230)를 통해 음향이 출력되어 하우징(300) 밖에서 두 음향이 섞이게 된다. 두 음향을 하우징(300) 밖에서 섞임으로써 하우징(300) 내에서 음향이 섞이는 경우에 비해 음질을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 음향 출력 장치는 제 2 음향 출력부(200)에 적어도 하나의 개구(230)가 형성되므로 하우징(300)의 사이즈를 줄일 수 있고, 그에 따라 음향 출력 장치의 전체적인 사이즈를 줄일 수 있다. 즉, 본 출원인에 의해 출원된 한국특허출원 제2015-0171719호에는 다이나믹 스피커의 출력 음향이 방출되도록 하우징의 소정 영역에 방출 홀이 형성되어야 하므로 하우징의 사이즈를 줄이는데 한계가 있다. 그러나, 본 발명은 하우징(300)에 별도의 음향 방출 홀을 형성하지 않고 제 2 음향 출력부(200)에 형성된 개구(230)를 통해 제 1 음향 출력부(100)의 음향이 방출되므로 하우징(300)의 사이즈를 줄일 수 있다. 즉, 제 2 음향 출력부(200)의 압전 소자(210)의 사이즈를 유지하면서 하우징(300)의 외경 사이즈를 줄일 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이 압전 소자(210)의 직경(B) 대비 하우징(300)의 외경(A)은 약 20% 정도 크게 형성될 수 있다. 다시 말하면, 압전 소자(210)의 직경(B)을 100이라 할 때 하우징(300)의 외경(A)은 100 이상 130 미만으로 형성될 수 있고, 바람직하게는 100 초과 125 이하로 형성될 수 있으며, 더욱 바람직하게는 105 이상 120 이하로 형성될 수 있다. 이때, 압전 소자(210)의 직경(B)과 하우징(300)의 외경(A)이 같은 경우는 압전 소자(210)가 진동판(220)과 동일 크기로 마련되고 진동판(220)의 직경이 하우징(300)의 외경(A)과 동일한 경우이다. 그런데, 압전 소자(210)와 진동판(220)의 크기가 같을 경우 진동판(220)의 음향 변환 효과 및 증폭 효과가 적어지므로 압전 소자(210)보다 진동판(220)가 커야 하며, 그에 따라 압전 소자(210)보다 진동판(220)의 크기가 약 5% 정도 큰 것이 바람직하다. 따라서, 진동판(220)의 직경이 하우징(300)의 외경과 동일하므로 압전 소자(210)의 직경을 100이라 할 때 하우징(300)의 외경은 105 이상으로 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 하우징(300)의 외경이 압전 소자(210)의 직경보다 30% 이상 클 경우 음향 출력 장치의 사이즈 감소 효과가 적어지므로 하우징(300)의 외경은 압전 소자(210)의 직경의 20% 이하인 것이 바람직하다. 결국, 압전 소자(210)의 직경을 100이라 할 때 하우징(300)의 외경이 105 내지 120인 것이 바람직하다. 예를 들어, 압전 소자(210)의 직경(B)이 10㎜일 경우 하우징(300)의 외경(A)이 10.5㎜∼12㎜일 수 있다. 이때, 진동판(220)의 직경은 하우징(300)의 외경과 동일 사이즈를 가질 수 있으므로 압전 소자(210)의 직경이 10㎜일 경우 하우징(300)의 외경(A) 및 진동판(220)의 직경이 10.5㎜∼12㎜일 수 있다. 이에 비해, 본 출원인에 의해 출원된 한국특허출원 제2015-0171719호는 압전 소자(210)의 직경 대비 하우징(300)의 외경이 30% 정도 크게 형성된다. 예를 들어, 압전 소자(210)의 직경이 10㎜일 경우 한국특허출원 제2015-0171719호는 하우징(300)의 외경이 13㎜ 정도일 수 있다. 이는 하우징(300)에 형성된 방출 홀을 통해 제 1 음향 출력부(100)의 음향을 출력하기 위해서이다. 따라서, 본 발명은 기존 발명에 비해 압전 소자(210)의 직경은 그대로 유지하면서 하우징(300)의 외경을 줄일 수 있으며, 예를 들어 하우징(300)의 외경을 약 10% 내지 20%로 줄일 수 있다. 즉, 기존 발명의 하우징(300)의 외경을 100이라 할 때 본 발명은 하우징(300)의 외경을 80 내지 90으로 줄일 수 있다. 결국, 본 발명은 압전 소자(210)의 직경은 그대로 유지하면서 하우징(300)의 외경을 줄일 수 있고, 그에 따라 음향 출력 장치의 사이즈를 축소할 수 있다. 한편, 압전 소자(210)의 사이즈를 줄일 경우 하우징(300)의 사이즈를 더욱 줄일 수 있다. 즉, 상기 실시 예는 압전 소자(210)의 사이즈가 10㎜일 경우 하우징(300)이 10.5㎜ 내지 13㎜로 형성되는 경우를 설명하였다. 그러나, 압전 소자(210)의 사이즈는 10㎜ 이하로 작아질 수 있고, 그에 따라 하우징(300)은 13㎜ 미만으로 작아질 수 있다. 따라서, 본 발명은 압전 소자(210)의 사이즈에 관계없이 하우징(300)의 사이즈를 13㎜ 미만, 예를 들어 8㎜ 이상 13㎜ 미만으로 형성할 수 있다.
[표 1]은 다양한 사이즈의 개구 및 그에 따른 면적 비율과 이를 이용한 음향 출력 장치의 음향 특성을 나타낸 것이다. 이때, 압전 소자는 10㎜의 직경을 갖는 원형으로 마련하였으며, 개구는 0.1㎜ 내지 9㎜의 크기로 다양하게 변화시켜 실험하였다. 또한, 개구는 압전 소자의 중앙 영역에 원형으로 형성하였으며, 진동판에도 압전 소자와 동일 위치에 동일 크기의 개구를 형성하였다. 한편, [표 1]에서 음향 특성이 종래보다 저하되는 경우 X로 표시하였고, 종래에 비슷한 경우 O로 표시하였으며, 종래보다 개선된 경우 ◎로 표시하였다. [표 1]에 기재한 바와 같이 직경 10㎜의 압전 소자에 대하여 직경이 0.3㎜ 내지 7㎜인 경우, 즉 크기 비율이 3% 내지 70% 또는 면적 비율이 0.09% 내지 50%인 경우 종래의 음향 출력 장치와 비슷하거나 향상된 음향 특성을 나타내었다. 특히, 압전 소자에 대한 개구의 크기 비율이 10% 내지 20% 또는 면적 비율이 1% 내지 4%의 경우 종래보다 향상된 음향 특성을 나타내었다. 종래보다 향상된 음향 특성을 갖는 경우의 음향 특성을 종래의 음향 출력 장치와 비교하여 도 22에 도시하였다.
개구 크기(㎜) 크기 비율(%) 면적 비율(%) 결과
0.1 1 0.01 X
0.3 3 0.09 ○
0.5 5 0.25 ○
1 10 1 ◎
1.5 15 2.25 ◎
2 20 4 ◎
3 30 9 ◎
4 40 16 ○
5 50 25 ○
6 60 36 ○
7 70 49 ○
8 80 64 X
9 90 81 X
도 22는 압전 소자 및 진동판에 개구가 형성되지 않은 비교 예에 따른 음향 출력 장치와 압전 소자 및 진동판에 개구가 형성된 실시 예들에 따른 음향 출력 장치의 특성 그래프이다. 여기서, 비교 예는 외경이 13㎜인 하우징에 직경이 10㎜인 압전 소자를 다이나믹 스피커와 함께 적용하였고, 실시 예는 외경이 11.2㎜인 하우징에 직경이 10㎜인 압전 소자를 다이나믹 스피커와 함께 적용하였다. 또한, 비교 예는 10㎜ 크기의 음향 출력 홀을 하우징에 형성하였고, 실시 예는 제 2 음향 출력부의 중앙부에 개구를 1㎜, 1.5㎜ 및 2㎜의 직경으로 변화시켜 형성하였다. 도 22에서 10은 비교 예에 따른 특성 그래프이고, 20, 30 및 40은 실시 예에 따라 제 2 음향 출력부의 중앙부에 개구가 1㎜, 1.5㎜ 및 2㎜의 직경으로 형성된 특성 그래프이다. 도 22에 도시된 바와 같이, 압전 스피커, 즉 압전 소자 및 진동판에 개구가 형성된 실시 예에 따른 음향 출력 장치(20, 30, 40)는 압전 스피커에 개구가 형성되지 않고 하우징에 방출 홀이 형성된 비교 예에 따른 음향 출력 장치(10)보다 2000㎐ 이상의 주파수에서 높은 음향 특성을 나타낸다. 또한, 2500㎐ 이상의 주파수에서 개구의 직경이 클수록 높은 음향 특성을 나타낸다. 즉, 2500㎐ 이상의 주파수에서 2㎜ 직경의 개구가 형성될 때 1.5㎜ 및 1㎜ 직경의 개구가 형성될 때보다 높은 음향 특성을 나타내고, 1.5㎜ 직경의 개구가 형성될 때 1㎜ 직경의 개구가 형성될 때보다 높은 음향 특성을 나타낸다. 따라서, 압전 스피커에 개구가 형성된 본 발명의 음향 출력 장치가 하우징에 방출 홀이 형성된 음향 출력 장치에 비해 음향 특성을 향상시킬 수 있음을 알 수 있다. 또한, 개구의 사이즈에 따라 특정 주파수 범위에서 음향 특성을 향상시킬 수 있고, 그에 따라 개구의 사이즈에 따라 음향 특성을 조절할 수 있다.
또한, 도 23은 다이나믹 스피커와 압전 스피커 사이의 공간의 부피에 따른 압전 스피커의 특성을 도시한 그래프이다. 즉, 도 3에 도시된 바와 같이 하우징(300)에 의해 제 1 및 제 2 음향 출력부(100, 200) 사이에 마련된 내부 공간(C)의 부피에 따른 제 2 음향 출력부(200)의 음향 특성을 비교하여 도 23에 도시하였다. 도 23에 도시된 바와 같이 내부 공간의 부피를 30㎣ 및 70㎣로 하여 음향 특성을 측정하였으며, 내부 공간의 부피가 증가할수록 제 2 음향 출력부(200), 즉 압전 스피커의 공진 주파수가 저주파 대역으로 쉬프트될 수 있다. 예를 들어, 내부 공간의 부피가 30㎣일 때 8000㎐의 공진 주파수를 갖지만, 내부 공간의 부피가 70㎣일 때는 6000㎐의 공진 주파수를 갖는다. 따라서, 다이나믹 스피커와 압전 스피커 사이의 공간의 부피가 증가할수록 압전 스피커의 공진 주파수를 저주파 대역으로 쉬프트시킬 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 음향 출력 장치는 제 2 음향 출력부(200)의 적어도 일 영역에 마련된 웨이트 부재(240)를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 24 내지 도 26에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 4 실시 예에 따른 음향 출력 장치는 진동판(220)의 적어도 일면 상에 마련된 웨이트 부재(240)를 더 포함할 수 있다. 즉, 진동판(220)의 일면 상에 압전 소자(210)가 마련되고 타면 상에 웨이트 부재(240)가 마련될 수 있다. 물론, 웨이트 부재(240)는 압전 소자(210) 상에 마련될 수도 있다. 즉, 진동판(220)의 일면 상에 압전 소자(210)가 마련되고, 압전 소자(210) 상에 웨이트 부재(240)가 마련될 수 있다. 여기서, 웨이트 부재(240)는 소정의 접착 부재를 이용하여 진동판(220) 또는 압전 소자(210) 상에 고정될 수 있다. 접착 부재로는 양면 테이프, 쿠션 테이프, 에폭시 본드, 실리콘 본드, 실리콘 패드 등을 포함하는 테이프나 본드류를 이용할 수 있다. 또한, 웨이트 부재(240)는 개구(230)를 막지 않도록 마련될 수 있다. 즉, 웨이트 부재(240)는 압전 소자(210) 및 진동판(220)에 각각 형성된 개구(231, 232)에 대응되어 개구(233)가 형성될 수 있다. 이때, 웨이트 부재(240)에 형성된 개구(233)는 압전 소자(210) 및 진동판(220)에 각각 형성된 개구(231, 232)와 같은 크기 및 형상으로 형성될 수 있고, 개구(231, 232)보다 크게 형성될 수도 있다. 즉, 웨이트 부재(240)에 의해 개구(230)의 적어도 일부가 막히지 않도록 웨이트 부재(240)에는 개구(231, 232)와 같거나 크게 개구(233)가 형성될 수 있다. 물론, 웨이트 부재(240)는 개구(230)와 이격된 영역에 마련될 수도 있다.
이러한 웨이트 부재(240)는 소정의 질량을 갖는 예를 들어 금속 재질로 마련될 수 있다. 예를 들어, 웨이트 부재(240)는 압전 소자(210)보다 질량이 무겁거나 동일한 SUS, 텅스텐 등의 금속 재질로 마련될 수 있다. 소정의 질량을 갖는 웨이트 부재(240)가 제 2 음향 출력부(200)의 적어도 일부에 마련됨으로서 제 2 음향 출력부(200)에 무게를 실어주게 된다. 따라서, 진동체, 즉 압전 소자(210) 및/또는 진동 소자(220)의 무게가 증가한 결과가 되고, 그에 따라 웨이트 부재(240)를 이용하지 않는 경우에 비해 음향 특성을 향상시킬 수 있다. 즉, 도 28은 동일 사이즈의 압전 소자 및 진동판을 이용하고 웨이트 부재(240)가 마련되지 않은 비교 예(50)와 웨이트 부재(240)가 마련된 실시 예(60)의 음향 특성을 비교한 그래프로서, 비교 예(50)에 비해 실시 예(60)는 동일 주파수에서 음향 특성을 향상시킬 수 있다. 따라서, 웨이트 부재(240)를 마련하면 압전 소자(210)의 사이즈를 줄이면서 압전 소자(210)의 사이즈를 줄이지 않는 경우와 동일 음향 특성을 나타낼 수 있다. 즉, 웨이트 부재(240)를 마련함으로써 제 1 직경의 압전 소자(210)가 갖는 음향 특성과 동일하거나 유사한 음향 특성을 제 1 직경보다 작은 제 2 직경의 압전 소자(210)가 가질 수 있다. 결국, 웨이트 부재(240)를 마련하는 경우 공진 주파수를 낮출 수 있고, 그에 따라 제 2 음향 출력부(200)의 사이즈, 특히 압전 소자(210)의 사이즈를 줄일 수 있어 본 발명에 따른 음향 출력 장치의 전체 사이즈를 줄일 수 있다. 즉, 압전 소자(210)의 직경을 줄일 수 있고, 그에 따라 하우징(300)의 외경을 줄일 수 있다. 여기서, 공진 주파수는 웨이트 부재(240)의 사이즈, 질량 등에 따라 조절할 수 있으며, 그에 따라 본 발명에 따른 음향 출력 장치의 직경, 즉 하우징(300)의 외경을 8㎜ 정도, 더 바람직하게는 6㎜ 정도로 줄일 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 음향 출력 장치는 6㎜∼13㎜ 정도의 외경을 가질 수 있다.
한편, 웨이트 부재(240)의 개구(233)에는 도 27에 도시된 바와 같이 메쉬 구조를 형성할 수 있다. 즉, 진동판(220)과 접촉되는 부분과 동일 재질로 메쉬 구조를 형성하여 개구(233) 상에 마련할 수 있다. 이때, 메쉬의 기공(241) 사이즈에 따라 제 1 음향 출력부(100)의 특성을 조절할 수 있다. 즉, 메쉬의 기공(241) 사이즈에 따라 20㎐∼1㎑ 정도의 주파수 특성을 조절할 수 있다. 예를 들어, 기공(241)의 사이즈가 작으면 상기 주파수 대역에서 음압이 올라가고 기공(241)의 사이즈가 작으면 상기 주파수 대역에서 음압이 내려갈 수 있다.
상기한 바와 같이, 제 2 음향 출력부(200)의 적어도 일 영역에 웨이트 부재(240)를 마련함으로써 압전 소자(210)의 공진 주파수를 낮출 수 있다. 따라서, 동일 공진 주파수에서 압전 소자(210)의 사이즈를 줄일 수 있고, 그에 따라 음향 출력 장치의 전체 사이즈를 줄일 수 있다.
한편, 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.

Claims (22)

  1. 제 1 음향 출력부;
    상기 제 1 음향 출력부와 소정 간격 이격되어 마련된 제 2 음향 출력부;
    상기 제 2 음향 출력부에 형성된 적어도 하나의 개구; 및
    상기 제 1 및 제 2 음향 출력부의 적어도 하나를 수용하기 위한 하우징을 포함하고,
    상기 제 2 음향 출력부의 직경 대비 상기 하우징의 외경은 100% 내지 130%인 음향 출력 장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 제 1 음향 출력부는 다이나믹 스피커를 포함하고, 상기 제 2 음향 출력부는 압전 소자 및 진동판을 포함하는 압전 스피커를 포함하는 음향 출력 장치.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 압전 소자의 직경 대비 상기 하우징의 외경은 100% 내지 130%인 음향 출력 장치.
  4. 청구항 3에 있어서, 상기 진동판의 직경은 상기 하우징의 외경과 동일하거나 작은 음향 출력 장치.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 하우징의 외경은 13㎜ 미만인 음향 출력 장치.
  6. 청구항 2에 있어서, 상기 개구는 상기 압전 소자 직경의 3% 내지 70%의 직경으로 형성되는 음향 출력 장치.
  7. 청구항 2에 있어서, 상기 압전 소자는 베이스와, 상기 베이스의 적어도 일면 상에 형성된 복수의 압전층과, 상기 복수의 압전층 사이에 형성된 복수의 내부 전극과, 상기 복수의 내부 전극과 연결되도록 외부에 형성된 외부 전극을 포함하는 음향 출력 장치.
  8. 청구항 7에 있어서, 상기 베이스의 두께는 상기 압전 소자 두께의 1/3 내지 1/150인 음향 출력 장치.
  9. 청구항 7에 있어서, 상기 압전층 각각의 두께는 상기 압전 소자 두께의 1/3 내지 1/100인 음향 출력 장치.
  10. 청구항 7에 있어서, 상기 압전층 각각의 두께는 2㎛ 내지 50㎛인 음향 출력 장치.
  11. 청구항 7에 있어서, 상기 압전층의 적층 수가 2층 내지 50층인 음향 출력 장치.
  12. 청구항 7에 있어서, 상기 압전층 각각의 두께는 상기 내부 전극의 두께보다 같거나 두꺼운 음향 출력 장치.
  13. 청구항 7에 있어서, 상기 압전층은 적어도 하나의 기공을 포함하는 압전 진동 장치.
  14. 청구항 7에 있어서, 상기 내부 전극은 적어도 일 영역의 두께가 다른 음향 출력 장치.
  15. 청구항 7에 있어서, 상기 내부 전극은 상기 압전층 면적의 10% 내지 97%의 면적을 갖는 음향 출력 장치.
  16. 청구항 7에 있어서, 상기 압전층은 시드 조성물을 포함하는 음향 출력 장치.
  17. 청구항 7에 있어서, 상기 압전층은 페로브스카이트(perovskite) 결정 구조를 가지는 압전 물질로 형성되는 배향 원료 조성물과, 상기 배향 원료 조성물 내에 분포하며 ABO3(A는 2가의 금속 원소, B는 4가의 금속 원소)의 일반식을 가지는 산화물로 형성되는 시드 조성물을 포함하는 음향 출력 장치.
  18. 청구항 14 또는 청구항 15에 있어서, 상기 시드 조성물은 적어도 일 방향으로 1㎛ 내지 50㎛의 길이로 배향된 음향 출력 장치.
  19. 청구항 1에 있어서, 상기 제 2 음향 출력부의 적어도 일 영역에 마련된 웨이트 부재를 더 포함하는 음향 출력 장치.
  20. 청구항 17에 있어서, 상기 웨이트 부재는 상기 개구에 대응되는 영역에 마련된 메쉬를 더 포함하는 음향 출력 장치.
  21. 청구항 1에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 음향 출력부 사이의 공간의 부피는 10㎣ 내지 100㎣ 음향 출력 장치.
  22. 청구항 1 내지 청구항 17, 19 및 21 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 음향 출력부, 상기 제 2 음향 출력부 및 상기 하우징의 적어도 하나의 적어도 일부에 형성된 코팅층을 더 포함하는 음향 출력 장치.
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