KR101738516B1

KR101738516B1 - 압전 스피커

Info

Publication number: KR101738516B1
Application number: KR1020160141897A
Authority: KR
Inventors: 정세명
Original assignee: 범진시엔엘 주식회사
Priority date: 2016-10-28
Filing date: 2016-10-28
Publication date: 2017-05-22

Abstract

본 발명은 저음역대와 고음역대가 동시에 안정적으로 발생되어 음질이 현저히 향상되도록 하고 간단한 구조로 소형화가 가능하여 고음질의 이어폰에 사용할 수 있도록 하는 압전 스피커에 관한 것으로, 본 압전 스피커는 한 쌍의 제1 프레임(10)과, 상기 제1 프레임(10)에 장착되는 제1 음향진동판(20)과, 상기 제1 음향진동판(20)의 상면에 부착되는 진폭조절판(30)과, 상기 진폭조절판(30)의 상면에 부착되는 제1 압전층(40)과, 상기 제1 프레임(10)의 하면에 배치되는 제2 프레임(50)과, 상기 제1 프레임(10)과 제2 프레임(50)의 사이에 장착되는 제2 음향진동판(60)과, 상기 제2 음향진동판(60)의 하면에 부착되는 제2 압전층(70)과, 상기 제1 프레임(10)의 상면에 부착되는 상부커버(80)와, 상기 제2 프레임(50)의 하면에 부착되는 하부커버(90)를 포함한다.

Description

압전 스피커{Piezoelectric Speaker}

본 발명은 압전 스피커에 관한 것으로, 보다 상세하게는 저음역대와 고음역대가 동시에 안정적으로 발생되어 음질이 현저히 향상되도록 하고 간단한 구조로 소형화가 가능하여 고음질의 이어폰에 사용할 수 있도록 하는 압전 스피커에 관한 것이다.

일반적으로 최근에 휴대폰, 스마트폰 및 노트북 등의 휴대 단말기를 비롯하여 LCD TV, LED TV 등을 포함하는 TV 제품의 슬림화가 가속됨에 따라, 기존의 자석 코일을 이용한 다이나믹 스피커의 대안으로 압전 스피커가 주목을 받고 있다.

일반적으로 압전 스피커는 기존의 다이나믹 스피커에 비하여 얇고 가벼우며 전력소모가 적은 장점을 가지고 있어 미래 선도형 스피커 기술로 부각되고 있다.

그러나 압전 스피커는 상기 장점에도 불구하고 종래의 다이나믹 스피커에 비해 출력음압이 낮고 저주파 재생이 어렵다는 단점이 있어 상용화에 어려움을 겪고 있다.

종래의 압전형 스피커에는 압전 진동자를 이용하거나, 금속 진동판 상부에 압전 디스크를 덧붙여 제작하는 방식의 압전 스피커, PVDF(Polyvinylidene Fluoride)와 같은 필름형 압전 스피커, 실리콘 MEMS(Mechanical Electronic Micromachined System) 공정을 이용하여 제작하는 방식의 초소형 압전 스피커 등이 있다.

압전 필름 소재를 이용한 필름형 압전 스피커는 PVDF와 같은 압전 필름 소재를 이용하여 상하부에 전극을 형성하고 전압을 인가하여 음을 발생시키는 원리를 이용한다. 필름형 압전 스피커는 압전 필름의 양측면에 고분자 전도체막을 형성하고, 그 테두리를 따라 연장된 형태로 전극을 형성한 후 전극에 전압을 인가하기 위한 단자를 형성하는 구조로 제작된다.

그런데, 상기와 같은 종래 기술에는 다음과 같은 문제점이 있었다.

종래의 압전 스피커는 저음 하나만이 강조되거나 고음 하나만이 강조되는 구조로 이루어져 저음과 고음을 적절히 배합하여 음향을 발생시키지 못함으로써, 음질이 좋지 못한 문제점이 있었다.

특히, 소형 이어폰에 사용되는 스피커는 저음역대와 고음역대가 고르게 발생되어야 고품질의 음향을 생성할 수 있는데, 이와 같이 저음역대과 고음역대가 안정적으로 발생되는 스피커의 개발이 본 업계에서 절실한 실정이다.

등록특허 제10-1521171호 "압전 스피커"(2015. 05. 12)

이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로,

본 발명의 목적은, 저음역대와 고음역대가 동시에 안정적으로 발생되어 음질이 현저히 향상되도록 하고 간단한 구조로 소형화가 가능하여 고음질의 이어폰에 사용할 수 있도록 하는 압전 스피커를 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 "압전 스피커"는, 한 쌍의 제1 프레임과; 한 쌍의 상기 제1 프레임의 사이에 장착되는 제1 음향진동판과; 상기 제1 프레임의 내측으로 상기 제1 음향진동판의 상면에 부착되는 진폭조절판과; 상기 진폭조절판의 상면에 부착되고, 인가되는 전기 신호를 진동으로 변환하여 저음역대의 음향을 출력하는 제1 압전층과; 상기 제1 프레임의 하면에 배치되는 제2 프레임과; 상기 제1 프레임과 제2 프레임의 사이에 장착되고, 상하로 관통되게 음향배출공이 형성되는 제2 음향진동판과; 상기 제2 음향진동판의 하면에 부착되고, 인가되는 전기 신호를 진동으로 변환하여 고음역대의 음향을 출력하는 제2 압전층을; 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 "압전 스피커"의 상기 제1 압전층은, 그 크기가 상기 제2 압전층보다 상대적으로 작고, 상기 제1 음향진동판은, 그 두께가 상기 제2 음향진동판보다 상대적으로 얇은 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 "압전 스피커"는, 상기 제1 압전층의 상부로 상기 제1 프레임의 상면에 부착되고, 중앙에 상하로 관통되는 공기연통공이 형성되는 상부커버를; 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 "압전 스피커"는, 상기 제2 압전층의 하부로 상기 제2 프레임의 하면에 부착되고, 상하로 관통되는 다수의 배출통공이 형성되는 하부커버를; 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같은 본 발명은, 저음역대와 고음역대가 동시에 안정적으로 발생되어 음질이 현저히 향상되고, 간단한 구조로 소형화가 가능하여 고음질의 이어폰에 사용할 수 있는 효과를 갖는다.

도 1은 본 발명에 따른 압전 스피커의 개략적인 사시도,
도 2는 본 발명에 따른 압전 스피커의 개략적인 평면도,
도 3은 본 발명에 따른 압전 스피커의 개략적인 종단면도,
도 4는 본 발명에 따른 압전 스피커의 개략적인 저면 사시도.

이하 본 발명의 바람직한 실시예가 도시된 첨부 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다. 그러나 본 발명은 다수의 상이한 형태로 구현될 수 있고, 기술된 실시예에 제한되지 않음을 이해하여야 한다.

도 1 내지 도 4는 본 발명에 따른 압전 스피커의 개략적인 도면들이다. 이에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 압전 스피커는 한 쌍의 제1 프레임(10)과, 상기 제1 프레임(10)에 장착되는 제1 음향진동판(20)과, 상기 제1 음향진동판(20)의 상면에 부착되는 진폭조절판(30)과, 상기 진폭조절판(30)의 상면에 부착되는 제1 압전층(40)과, 상기 제1 프레임(10)의 하면에 배치되는 제2 프레임(50)과, 상기 제1 프레임(10)과 제2 프레임(50)의 사이에 장착되는 제2 음향진동판(60)과, 상기 제2 음향진동판(60)의 하면에 부착되는 제2 압전층(70)과, 상기 제1 프레임(10)의 상면에 부착되는 상부커버(80)와, 상기 제2 프레임(50)의 하면에 부착되는 하부커버(90)를 포함한다.

상기 제1 프레임(10)은 한 쌍으로 구비되는 것으로, 상기 제1 음향진동판(20)의 상면과 하면 둘레를 따라 부착되는 것으로, 상기 제1 음향진동판(20)을 상하로 맞물어서 견고히 고정시키는 역할을 한다. 이와 같은 역할을 하는 상기 제1 프레임(10)은 상기 제1 음향진동판(20)이 진동할 때 내부 손실에 의한 반진동을 최소화하기 위해 금속 재질로 형성되고, 특히 금속 중에 스테인리스강으로 형성되는 것이 바람직하다.

상기 제1 음향진동판(20)은 한 쌍의 상기 제1 프레임(10)의 사이에 장착되는 것으로, 상기 제1 압전층(40)의 진동에 따라 진동되면서 저음역대의 음향을 출력하는 역할을 한다. 이와 같은 역할을 하는 상기 제1 음향 진동판은 합성수지 재질로 형성되고, 특히 상기 합성수지 중에 열가소성 폴리우레탄으로 형성되는 것이 바람직하다. 아울러, 상기 제1 음향진동판(20)은 그 두께가 상기 제2 음향진동판(60)보다 상대적으로 얇게 형성되는 것이 바람직한데, 이는 음압을 저하시켜 저음역대의 음향을 출력하기 위한 것이다.

상기 진폭조절판(30)은 상기 제1 프레임(10)의 내측으로 상기 제1 음향진동판(20)의 상면에 부착되는 것으로, 상기 제1 압전층(40)에 대한 상기 제1 음향진동판(20)의 진폭을 조절하여 불특정하게 강한 음압의 발생을 저감시키면서 저음역대의 출력이 원활하면서 안정적으로 이루어지도록 하는 것이다.

상기 제1 압전층(40)은 상기 진폭조절판(30)의 상면에 부착되는 것으로, 인가되는 전기 신호를 진동으로 변환하여 저음역대의 음향을 출력하는 역할을 한다. 저음역대의 음향 출력을 위해 상기 제1 압전층(40)은 그 크기가 상기 제2 압전층(70)보다 상대적으로 작은 것이 바람직하다.

이와 같은 상기 제1 압전층(40)은 후막 형태의 압전 세라믹에 대해 연마 공정을 수행하여 얇은 단층 박막으로 형성되거나, 적층 구조의 박막을 증착 또는 코팅하여 형성된다.

또한, 상기 제1 압전층(40)은 PZT와 같은 다결정 세라믹뿐 아니라, PMN-PT, PZN-PT, PIN-PT, PYN-PT 등의 단결정 압전 소재, PVDF, PVDF-TrFE 등의 유연 압전 폴리머 소재, BNT, BZT-BCT 등의 무연 압전 신소재 등을 포함할 수 있다. 아울러, 상기 제1 압전층(40)은 평면상에서 볼 때 사각형뿐만 아니라, 원형, 타원형 및 다각형 등 다양한 형태를 가질 수 있다.

상기 제2 프레임(50)은 상기 제1 프레임(10)의 하면에 배치되는 것으로, 상기 제2 음향진동판(60)의 상면 둘레를 따라 상기 제1 프레임(10)이 부착된 상태에서 상기 제2 음향진동판(60)의 하면 둘레를 따라 부착되는 것으로, 상기 제1 프레임(10)과 함께 상기 제2 음향진동판(60)을 상하로 맞물어서 견고히 고정시키는 역할을 한다.

이와 같은 역할을 하는 상기 제2 프레임(50)은 상기 제2 음향진동판(60)이 진동할 때 내부 손실에 의한 반진동을 최소화하기 위해 금속 재질로 형성되고, 특히 금속 중에 스테인리스강으로 형성되는 것이 바람직하다.

상기 제2 음향진동판(60)은 상기 제1 프레임(10)과 제2 프레임(50)의 사이에 장착되고 상하로 관통되게 음향배출공(61)이 형성되는 것으로, 상기 제2 압전층(70)의 진동에 따라 진동되면서 고음역대의 음향을 출력하는 역할을 한다. 이와 같은 역할을 하는 상기 제2 음향 진동판은 합성수지 재질로 형성되고, 특히 상기 합성수지 중에 열가소성 폴리우레탄으로 형성되는 것이 바람직하다.

상기 음향배출공(61)은 상기 제1 압전층(40)과 제1 음향진동판(20)에서 출력되는 저음역대의 음향이 상기 제2 음향진동판(60)을 통과하여 하부로 배출되는 통로를 제공하는 역할을 한다.

상기 제2 압전층(70)은 상기 제2 음향진동판(60)의 하면에 부착되는 것으로, 인가되는 전기 신호를 진동으로 변환하여 고음역대의 음향을 출력하는 역할을 한다. 이와 같은 역할을 하는 상기 제2 압전층(70)은 후막 형태의 압전 세라믹에 대해 연마 공정을 수행하여 얇은 단층 박막으로 형성되거나, 적층 구조의 박막을 증착 또는 코팅하여 형성된다.

또한, 상기 제2 압전층(70)은 PZT와 같은 다결정 세라믹뿐 아니라, PMN-PT, PZN-PT, PIN-PT, PYN-PT 등의 단결정 압전 소재, PVDF, PVDF-TrFE 등의 유연 압전 폴리머 소재, BNT, BZT-BCT 등의 무연 압전 신소재 등을 포함할 수 있다. 아울러, 상기 제2 압전층(70)은 평면상에서 볼 때 사각형뿐만 아니라, 원형, 타원형 및 다각형 등 다양한 형태를 가질 수 있다.

상기 상부커버(80)는 상기 제1 압전층(40)의 상부로 상기 제1 프레임(10)의 상면에 부착되고 중앙에 상하로 관통되는 공기연통공(81)이 형성되는 것으로, 상기 제1 프레임(10)의 상부로 상기 제1 압전층(40)을 보호하는 역할을 한다. 상기 공기연통공(81)은 상기 제1 음향진동판(20)의 진동에 따라 공기가 상기 제1 프레임(10)의 내측과 외측으로 연통되는 통로를 제공하는 역할을 한다.

상기 하부커버(90)는 상기 제2 압전층(70)의 하부로 상기 제2 프레임(50)의 하면에 부착되고 상하로 관통되는 다수의 배출통공(91)이 형성되는 것으로, 상기 제2 프레임(50)의 하부로 상기 제2 압전층(70)을 보호하는 역할을 한다. 상기 배출통공(91)은 상기 음향배출공(61)을 통해 하부로 배출되는 저음역대 음향과 상기 제2 음향진동판(60)에 의해 생성되는 고음역대 음향이 상기 하부커버(90)를 관통하여 외부로 배출되는 통로를 제공하는 역할을 한다.

이와 같이 구성되는 본 압전 스피커는 상기 제1 압전층(40)과 제1 음향진동판(20)에 의해 저음역대 음향이 생성되고 상기 제2 압전층(70)과 제2 음향진동판(60)에 의해 고음역대 음향이 생성되어 상기 음향배출공(61)을 지나 상기 배출통공(91)을 통해 상기 하부커버(90)의 하부로 고품질의 음향이 출력되도록 구성된다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 다양한 변화와 변경 및 균등물을 사용할 수 있다. 본 발명은 상기 실시예를 적절히 변형하여 동일하게 응용할 수 있음이 명확하다. 따라서 상기 기재 내용은 하기 특허청구범위의 한계에 의해 정해지는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.

한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해서 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함을 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명하다할 것이다.

10 : 제1 프레임
20 : 제1 음향진동판
30 : 진폭조절판
40 : 제1 압전층
50 : 제2 프레임
60 : 제2 음향진동판
61 : 음향배출공
70 : 제2 압전층
80 : 상부커버
81 : 공기연통공
90 : 하부커버
91 : 배출통공

Claims

한 쌍의 제1 프레임(10)과;
한 쌍의 상기 제1 프레임(10)의 사이에 장착되는 제1 음향진동판(20)과;
상기 제1 프레임(10)의 내측으로 상기 제1 음향진동판(20)의 상면에 부착되는 진폭조절판(30)과;
상기 진폭조절판(30)의 상면에 부착되고, 인가되는 전기 신호를 진동으로 변환하여 저음역대의 음향을 출력하는 제1 압전층(40)과;
상기 제1 프레임(10)의 하면에 배치되는 제2 프레임(50)과;
상기 제1 프레임(10)과 제2 프레임(50)의 사이에 장착되고, 상하로 관통되게 음향배출공(61)이 형성되는 제2 음향진동판(60)과;
상기 제2 음향진동판(60)의 하면에 부착되고, 인가되는 전기 신호를 진동으로 변환하여 고음역대의 음향을 출력하는 제2 압전층(70)을;
포함하는 것을 특징으로 하는 압전 스피커.
제1항에 있어서,
상기 제1 압전층(40)은, 그 크기가 상기 제2 압전층(70)보다 상대적으로 작고,
상기 제1 음향진동판(20)은, 그 두께가 상기 제2 음향진동판(60)보다 상대적으로 얇은 것을 특징으로 하는 압전 스피커.
제1항에 있어서,
상기 압전 스피커는,
상기 제1 압전층(40)의 상부로 상기 제1 프레임(10)의 상면에 부착되고, 중앙에 상하로 관통되는 공기연통공(81)이 형성되는 상부커버(80)를;
더 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 스피커.
제1항에 있어서,
상기 압전 스피커는,
상기 제2 압전층(70)의 하부로 상기 제2 프레임(50)의 하면에 부착되고, 상하로 관통되는 다수의 배출통공(91)이 형성되는 하부커버(90)를;
더 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 스피커.