KR101809714B1 - Piezoelectric transducer including the piezoelectric unit and directive speaker including the transducer - Google Patents

Piezoelectric transducer including the piezoelectric unit and directive speaker including the transducer Download PDF

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정영훈
박운익
조정호
백종후
이민선
제영호
임용묵
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한국세라믹기술원
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Abstract

According to the present invention, a piezoelectric transducer and a directional speaker having the same are provided. The piezoelectric transducer comprises a plurality of piezoelectric units separately arranged on a base substrate. Each of the piezoelectric units includes: a pair of piezoelectric devices separately arranged on a base material arranged on the base substrate to face each other in a first direction, and extended in a second direction different from the first direction; and a flexible film. Accordingly, a sound pressure can be maximized, and a damage due to an external force during manufacturing or using can be minimized. According to the present invention, the piezoelectric transducer for the directional speaker is manufactured by arranging piezoelectric devices which can be used as piezoelectric actuators.

Description

압전 트랜스듀서 및 이를 포함하는 지향성 스피커{PIEZOELECTRIC TRANSDUCER INCLUDING THE PIEZOELECTRIC　UNIT AND DIRECTIVE SPEAKER INCLUDING THE TRANSDUCER}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a piezoelectric transducer and a directional speaker including the piezoelectric transducer,

본 발명은 압전 트랜스듀서 및 이를 포함하는 지향성 스피커에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 초음파를 이용하여 특정 방향으로 소리를 방사할 수 있고, 방사된 소리의 직진성을 향상시킬 수 있는 지향성 스피커에 이용되는 압전 트랜스듀서 및 이를 포함하는 지향성 스피커에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a piezoelectric transducer and a directional loudspeaker including the piezoelectric transducer. More particularly, the present invention relates to a piezoelectric transducer for use in a directional speaker capable of radiating sound in a specific direction using ultrasonic waves, To a transducer and a directional speaker including the transducer.

일반적으로, 스피커(speaker)는 전기신호를 진동으로 변환하여 공기 중으로 전달하는 장치로서, 공기 중에 진동을 전달할 때 등방성을 가지고, 청취자는 스피커를 기준으로 전 방향에서 스피커가 방출하는 소리를 들을 수 있다. 일반적인 스피커는 미술관이나 박물관과 같은 장소에서 전시품과 같은 특정 대상에 대한 설명이 필요한 경우, 여러 전시품에 대한 설명들 사이의 간섭과 왜곡을 최소화시키기 위해서, 특정 방향에서만 소리를 들을 수 있도록 지향성 스피커(directive speaker)를 적용하고 있다. 또한, 지향성 스피커는 음향 신호를 생성하고 기준이 되는 일정 주파수를 갖는 초음파 신호를 생성하여 이들을 변조기로 보내면 변조기에서 주파수를 이동 및 변조시키고 증폭기에서 증폭하게 된다. 증폭기에서 증폭된 신호가 트랜스듀서(transducer)로 전달되고 트랜스듀서에서 공기 중으로 초음파를 방출하는데, 공기 중으로 방출된 초음파는 공기의 비선형성에 의하여 초음파의 차이 주파수 성분이 발생하게 되고 지향성 스피커를 통해서 선택적으로 가청음파를 청취자가 들을 수 있게 된다.In general, a speaker is a device that converts an electric signal into vibration and transmits it to the air. When a vibration is transmitted in air, the speaker is isotropic and the listener can hear the sound emitted from the speaker in all directions with respect to the speaker . In order to minimize the interference and distortion between the descriptions of various exhibits when a description of a specific object such as an exhibit is required in a place such as an art museum or a museum, a general speaker is a directive speaker speaker. Also, the directional speaker generates an acoustic signal, generates an ultrasonic signal having a predetermined frequency as a reference, sends them to a modulator, and the frequency is shifted and modulated by the modulator and amplified by the amplifier. The amplified signal from the amplifier is transmitted to the transducer and the ultrasonic wave is emitted from the transducer into the air. The ultrasonic wave emitted into the air is generated by the nonlinearity of the air, and the difference frequency component of the ultrasonic wave is generated. The listener can listen to the audible sound waves.

이와 같은 지향성 스피커를 위한 트랜스듀서로서, 폴리플루오린화비닐리덴(polyvinylidene fluoride, PVDF) 또는 압전 세라믹 등의 압전 소재를 이용하는 압전 트랜스듀서를 이용할 수 있다. 압전 트랜스듀서는 압전 소재의 공진 현상을 이용하여 전기 신호를 초음파로 변환하고, 초음파를 전기 신호로 변환함으로써 초음파의 송수신을 수행할 수 있다.As such a transducer for a directional speaker, a piezoelectric transducer using a piezoelectric material such as polyvinylidene fluoride (PVDF) or a piezoelectric ceramics can be used. The piezoelectric transducer converts an electric signal into an ultrasonic wave using the resonance phenomenon of the piezoelectric material and converts the ultrasonic wave into an electric signal, thereby performing ultrasonic transmission / reception.

종래의 대표적인 트랜스듀서는 고분자물질인 PVDF의 압전 특성을 이용하는 것으로 PVDF를 필름 형태로 가공한 압전 박막에 전극을 연결하여 소리에 따른 신호를 가함으로써 압전 박막이 진동하여 소리를 발생시킨다. 그러나 이러한 PVDF로 이루어진 압전 박막은 높은 구동 전압을 인가해야만 트랜스듀서로 사용이 가능하고, 일정한 크기 이하로 줄이기 어려운 문제점이 있었다. 또한, 이러한 PVDF로 이루어진 압전 박막 외에, PZT 등의 압전 세라믹을 이용한 압전 박막이 일부 사용되고 있으나 초음파 트랜스듀서로 사용되기에는 출력이 작아 충분한 음압을 발생시키기 어려우며, 상기 압전 세라믹을 이용한 압전 박막의 경우 1mm 이하의 박형으로 구성되므로 전극 형성 시 파손의 위험이 크고, 전극으로 사용되는 금속판에 접착할 경우 기포가 생기거나 불균일하게 접착될 경우 음의 왜곡이 발생되거나 압전 특성이 나빠지게 되므로 양산 가능한 크기에 제한이 발생하게 된다.A typical conventional transducer utilizes the piezoelectric property of PVDF, which is a polymer material, by connecting an electrode to a piezoelectric thin film formed by processing PVDF into a film, and by applying a signal according to the sound, the piezoelectric thin film vibrates to generate sound. However, the piezoelectric thin film made of such PVDF can be used as a transducer only when a high driving voltage is applied, and it is difficult to reduce the piezoelectric thin film to a certain size or less. In addition, a piezoelectric thin film made of piezoelectric ceramics such as PZT is used in addition to the piezoelectric thin film made of PVDF. However, it is difficult to generate enough negative pressure because the output is small to be used as an ultrasonic transducer. In the case of the piezoelectric thin film using the piezoelectric ceramics, , There is a great risk of breakage in electrode formation, and when bubbles are formed or adhered unevenly to a metal plate used as an electrode, sound distortion or piezoelectric characteristics are deteriorated, .

상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해서 도출된 본 발명의 일 목적은 충분한 음압을 발생시키면서도 제조 공정이나 사용 시의 파손 위험이 매우 낮고 소형화된 압전 트랜스듀서를 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a piezoelectric transducer that generates a sufficient sound pressure while minimizing the risk of breakage during manufacturing or use.

본 발명의 다른 목적은 상기 압전 트랜스듀서를 이용하여 음압은 확보하면서도 크기를 소형화시킬 수 있는 지향성 스피커를 제공하는 것이다.It is another object of the present invention to provide a directional speaker capable of reducing the size while ensuring a sound pressure using the piezoelectric transducer.

본 발명의 일 목적을 위한 압전 트랜스듀서는 베이스 기판 상에 서로 이격되어 배치된 다수의 압전 유닛들을 포함하되, 상기 압전 유닛들 각각은 상기 베이스 기판 상에 배치되는 베이스 기재 상에 제1 방향으로 서로 마주하도록 이격되어 배치되고 상기 제1 방향과 다른 제2 방향으로 연장된 한 쌍의 압전 소자들; 및 한 쌍의 압전 소자들 각각과 연결되어 압전 소자들 상에 배치되고 상기 압전 소자들의 변형에 의해서 진동하는 플렉시블 필름을 포함한다. 이때, 상기 압전 소자들 각각은 제1 압전층, 상기 제1 압전층의 양면에 각각 배치된 하부 전극 및 대향 전극을 포함하며, 상기 하부 전극 및 대향 전극 각각은 상기 제2 방향으로 연장된 연결 전극 및 상기 연결 전극으로부터 상기 제1 방향으로 분기된 다수의 서브 전극들로 구성된 전극 패턴을 한 쌍으로 구비되고, 상기 하부 전극 및 대향 전극 각각에서의 한 쌍의 전극 패턴들은 서로 맞물리도록(interdigitated) 배치된다.A piezoelectric transducer for one purpose of the present invention includes a plurality of piezoelectric units disposed on a base substrate spaced apart from each other, wherein each of the piezoelectric units is disposed on a base substrate disposed on the base substrate, A pair of piezoelectric elements spaced apart from each other and extending in a second direction different from the first direction; And a flexible film connected to each of the pair of piezoelectric elements and disposed on the piezoelectric elements and vibrating by the deformation of the piezoelectric elements. Each of the piezoelectric elements includes a first piezoelectric layer, a lower electrode disposed on both surfaces of the first piezoelectric layer, and a counter electrode. The lower electrode and the counter electrode are connected to each other by a connection electrode And a plurality of electrode patterns formed of a plurality of sub-electrodes branched in the first direction from the connection electrode, wherein a pair of electrode patterns in each of the lower electrode and the counter electrode are interdigitated with each other do.

일 실시예에서, 압전 소자들 각각은 제2 압전층; 및 상기 하부 전극과 동일한 구조를 갖는 중간 전극을 더 포함하고, 상기 중간 전극과 상기 제2 압전층이 적어도 1회 번갈아 반복되어 상기 제1 압전층과 상기 대향 전극 사이에 배치될 수 있다.In one embodiment, each of the piezoelectric elements includes a second piezoelectric layer; And an intermediate electrode having the same structure as the lower electrode, wherein the intermediate electrode and the second piezoelectric layer are alternately repeated at least once to be disposed between the first piezoelectric layer and the counter electrode.

일 실시예에서, 상기 압전 소자들에 전기신호가 인가되어 압전 소자들이 변형되고, 상기 변형에 의해서 상기 플렉시블 필름이 진동할 수 있다.In one embodiment, an electric signal is applied to the piezoelectric elements to deform the piezoelectric elements, and the flexible film can be vibrated by the deformation.

본 발명의 일 목적을 위한 압전 트랜스듀서의 다른 구조에서, 압전 트랜스듀서는 베이스 기판 상에 서로 이격되어 배치된 다수의 압전 유닛들을 포함하되, 상기 압전 유닛들 각각은 상기 베이스 기판 상에 배치되는 베이스 기재 상에 제1 방향으로 서로 마주하도록 이격되어 배치되고 상기 제1 방향과 다른 제2 방향으로 연장된 한 쌍의 압전 소자들; 및 한 쌍의 압전 소자들 각각과 연결되어 압전 소자들 상에 배치되고 상기 압전 소자들의 변형에 의해서 진동하는 플렉시블 필름을 포함하고, 상기 압전 소자들 각각은 압전층, 상기 압전층의 양면에 각각 배치된 하부 전극 및 대향 전극을 포함하며, 상기 압전 소자들의 상기 제1 방향의 너비(w)에 대한 상기 제2 방향으로의 연장 길이(L)의 종횡비(L/w)는 10 이상이다.In another structure of the piezoelectric transducer for one purpose of the present invention, the piezoelectric transducer includes a plurality of piezoelectric units disposed on a base substrate and spaced apart from each other, wherein each of the piezoelectric units includes a base A pair of piezoelectric elements arranged on the substrate so as to face each other in a first direction and extending in a second direction different from the first direction; And a flexible film which is connected to each of the pair of piezoelectric elements and which is disposed on the piezoelectric elements and vibrates by the deformation of the piezoelectric elements, wherein each of the piezoelectric elements is disposed on both surfaces of the piezoelectric layer and the piezoelectric layer And an aspect ratio (L / w) of an extension length (L) in the second direction with respect to a width (w) of the piezoelectric elements in the first direction is 10 or more.

일 실시예에서, 상기 압전 소자들에 전기신호가 인가되어 압전 소자들이 변형되고, 상기 변형에 의해서 상기 플렉시블 필름이 진동할 수 있다.In one embodiment, an electric signal is applied to the piezoelectric elements to deform the piezoelectric elements, and the flexible film can be vibrated by the deformation.

일 실시예에서, 상기 베이스 기재는 상기 베이스 기판 상에 배치된 평탄부와 상기 평탄부의 표면에 돌출되어 배치된 한 쌍의 돌출부를 포함하고, 한 쌍의 돌출부 각각의 상부에 압전 소자가 일대일대응이 되도록 배치될 수 있다.In one embodiment, the base substrate includes a flat portion disposed on the base substrate and a pair of protrusions protruding from the surface of the flat portion, wherein the piezoelectric elements correspond to one-to-one correspondence to the upper portions of the pair of protrusions Respectively.

본 발명의 일 목적을 위한 압전 트랜스듀서의 또 다른 구조에서, 압전 트랜스듀서는 베이스 기판 상에 서로 이격되어 배치된 다수의 압전 유닛들을 포함하되, 상기 압전 유닛들 각각은 상기 베이스 기판 상에 배치되는 베이스 기재 상에 제1 방향으로 서로 마주하도록 이격되어 배치되고 상기 제1 방향과 다른 제2 방향으로 연장된 한 쌍의 압전 소자들; 한 쌍의 압전 소자들 각각과 연결되어 압전 소자들 상에 배치되고 상기 압전 소자들의 변형에 의해서 진동하는 플렉시블 필름; 및 상기 압전 소자들이 배치된 베이스 기재와 상기 플렉시블 필름 사이에 배치되어 상기 압전 소자들과 연결된 대향 전극을 포함한다. 이때, 상기 압전 소자들 각각은 제1 압전층 및 상기 제1 압전층과 베이스 기재 사이에 배치된 하부 전극을 포함하고, 상기 압전 소자들 각각의 하부 전극은 상기 제2 방향으로 연장된 연결 전극 및 상기 연결 전극으로부터 상기 제1 방향으로 분기된 다수의 서브 전극들로 구성된 전극 패턴을 한 쌍으로 구비되고, 상기 하부 전극 및 대향 전극 각각에서의 한 쌍의 전극 패턴들은 서로 맞물리도록(interdigitated) 배치되며, 상기 대향 전극은 상기 제2 방향으로 연장된 연결 전극 및 상기 연결 전극으로부터 상기 제1 방향으로 분기된 다수의 서브 전극들로 구성된 전극 패턴을 한 쌍으로 구비하되 서로 맞물리도록 배치된다.In another structure of the piezoelectric transducer for one purpose of the present invention, the piezoelectric transducer includes a plurality of piezoelectric units disposed on a base substrate and spaced from each other, wherein each of the piezoelectric units is disposed on the base substrate A pair of piezoelectric elements arranged on the base substrate so as to face each other in the first direction and extending in a second direction different from the first direction; A flexible film which is connected to each of the pair of piezoelectric elements and is disposed on the piezoelectric elements and vibrates by the deformation of the piezoelectric elements; And a counter electrode disposed between the base substrate on which the piezoelectric elements are disposed and the flexible film and connected to the piezoelectric elements. Each of the piezoelectric elements includes a first piezoelectric layer and a lower electrode disposed between the first piezoelectric layer and the base substrate, and the lower electrode of each of the piezoelectric elements includes a connection electrode extending in the second direction, A pair of electrode patterns formed of a plurality of sub-electrodes branched in the first direction from the connection electrode are disposed in a pair, and a pair of electrode patterns in the lower and opposing electrodes are interdigitated The counter electrode has a pair of electrode patterns composed of a connection electrode extending in the second direction and a plurality of sub-electrodes branched from the connection electrode in the first direction, and are arranged to interlock with each other.

본 발명의 일 목적을 위한 압전 트랜스듀서의 또 다른 구조에서, 압전 트랜스듀서는 베이스 기판 상에 서로 이격되어 배치된 다수의 압전 유닛들을 포함하되, 상기 압전 유닛들 각각은 상기 베이스 기판 상에 배치되는 베이스 기재 상에 제1 방향으로 서로 마주하도록 이격되어 배치되고 상기 제1 방향과 다른 제2 방향으로 연장된 한 쌍의 압전 소자들; 및 한 쌍의 압전 소자들 각각과 연결되어 압전 소자들 상에 배치되고 상기 압전 소자들의 변형에 의해서 진동하는 플렉시블 필름; 및 상기 압전 소자들이 배치된 베이스 기재와 상기 플렉시블 필름 사이에 배치되고 상기 플렉시블 필름을 전체적으로 커버하도록 형성되어 상기 제1 방향의 양측단부들 각각에서 상기 압전 소자들과 연결된 대향 전극을 포함하고, 상기 압전 소자들 각각은 압전층 및 상기 압전층과 베이스 기재 사이에 배치된 하부 전극을 포함하며, 상기 압전 소자들의 상기 제1 방향의 너비(w)에 대한 상기 제2 방향으로의 연장 길이(L)의 종횡비(L/w)는 10 이상이다.In another structure of the piezoelectric transducer for one purpose of the present invention, the piezoelectric transducer includes a plurality of piezoelectric units disposed on a base substrate and spaced from each other, wherein each of the piezoelectric units is disposed on the base substrate A pair of piezoelectric elements arranged on the base substrate so as to face each other in the first direction and extending in a second direction different from the first direction; And a flexible film connected to each of the pair of piezoelectric elements and disposed on the piezoelectric elements and vibrated by the deformation of the piezoelectric elements; And an opposing electrode which is disposed between the base substrate on which the piezoelectric elements are disposed and the flexible film and covers the entirety of the flexible film and is connected to the piezoelectric elements at both side ends in the first direction, Wherein each of the elements includes a piezoelectric layer and a lower electrode disposed between the piezoelectric layer and the base substrate, wherein the length (L) of extension of the piezoelectric elements in the second direction with respect to the width w in the first direction The aspect ratio (L / w) is 10 or more.

본 발명의 다른 목적을 위한 지향성 스피커는 상기에서 설명한 압전 트랜스듀서를 포함한다.A directional loudspeaker for another purpose of the present invention includes the above-described piezoelectric transducer.

일 실시예에서, 상기 지향성 스피커는 가청 주파수 대역의 신호를 생성하는 오디오 주파수파 발진원; 초음파 주파수 대역의 신호를 생성하는 캐리어파 발진원; 상기 오디오 주파수파 발진원으로부터 출력된 오디오 주파수 대역의 신호를 이용하여 상기 캐리어파 발진원으로부터 출력된 초음파 주파수 대역의 캐리어파를 변조하는 변조기; 및 상기 변조기로부터 출력되는 변조 신호를 증폭하는 전력 증폭기를 포함하고, 상기 전력 증폭기에 의하여 증폭된 변조 신호에 의해서 압전 트랜스듀서가 구동될 수 있다.In one embodiment, the directional speaker comprises an audio frequency wave oscillator generating a signal in an audible frequency band; A carrier wave oscillator for generating a signal in an ultrasonic frequency band; A modulator for modulating a carrier wave of an ultrasonic frequency band outputted from the carrier wave oscillation source using a signal of an audio frequency band outputted from the audio frequency oscillation source; And a power amplifier for amplifying the modulated signal output from the modulator, wherein the piezoelectric transducer can be driven by the modulated signal amplified by the power amplifier.

본 발명의 압전 트랜스듀서 및 이를 포함하는 지향성 스피커에 따르면, 음압을 향상시키고 공기 중에서 초음파의 전달 효율을 향상시킬 수 있다. 특히, 소리의 직진성을 향상시켜 전달할 수 있는 장점이 있다. 뿐만 아니라, 다수의 압전층을 포함하는 압전 소자를 적용함으로써 동일한 전압을 인가하더라도 전체적인 압전 특성이 향상되고, 이로 인해서 충분한 음압을 얻을 수 있는 장점이 있다.According to the piezoelectric transducer and the directional speaker including the piezoelectric transducer of the present invention, the sound pressure can be improved and the efficiency of ultrasonic wave transmission in air can be improved. In particular, there is an advantage that the straightness of sound can be improved and transmitted. In addition, by applying a piezoelectric element including a plurality of piezoelectric layers, it is possible to obtain a sufficient sound pressure even when the same voltage is applied, thereby improving the overall piezoelectric characteristics.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 트랜스듀서를 설명하기 위한 도면이다.
도 2 및 도 3은 도 1의 압전 트랜스듀서에 포함된 압전 유닛의 구조들을 설명하기 위한 도면들이다.
도 4는 도 1의 트랜스듀서에서 압전 유닛의 변형을 설명하기 위한 도면이다.
도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 트랜스듀서의 다른 압전 유닛의 구조를 설명하기 위한 도면들이다.
도 7은 본 발명에 따른 트랜스듀서의 또 다른 압전 유닛의 구조를 설명하기 위한 도면이다.1 is a view for explaining a piezoelectric transducer according to an embodiment of the present invention.
FIGS. 2 and 3 are views for explaining the structures of the piezoelectric unit included in the piezoelectric transducer of FIG.
4 is a view for explaining a modification of the piezoelectric unit in the transducer of FIG.
5 and 6 are views for explaining the structure of another piezoelectric unit of the transducer according to the present invention.
7 is a view for explaining the structure of another piezoelectric unit of the transducer according to the present invention.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The present invention is capable of various modifications and various forms, and specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the text. It is to be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular forms disclosed, but on the contrary, is intended to cover all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention. Like reference numerals are used for like elements in describing each drawing.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로서 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, the term "comprises" or "having ", etc. is intended to specify that there is a feature, step, operation, element, part or combination thereof described in the specification, , &Quot; an ", " an ", " an "

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries are to be interpreted as having a meaning consistent with the contextual meaning of the related art and are to be interpreted as either ideal or overly formal in the sense of the present application Do not.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 트랜스듀서를 설명하기 위한 도면이다.1 is a view for explaining a piezoelectric transducer according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 트랜스듀서(500)는 베이스 기판(100) 및 다수의 압전 유닛들(201)을 포함한다.Referring to FIG. 1, a piezoelectric transducer 500 according to an embodiment of the present invention includes a base substrate 100 and a plurality of piezoelectric units 201.

베이스 기판(100)은 압전 트랜스듀서(500)의 주형이 되는 기판으로서, 다수의 압전 유닛들(201)이 베이스 기판(100) 상에 서로 이격되어 배열된다.The base substrate 100 is a substrate serving as a mold for the piezoelectric transducer 500, and a plurality of piezoelectric units 201 are arranged on the base substrate 100 so as to be spaced apart from each other.

압전 유닛들(201)을 구성하는 압전 소자들(PED, 도 2 참조)에 전기신호가 인가되면 압전 소자들(PED) 각각의 변형으로 인해 압전 유닛의 플렉시블 필름(220, 도 2 참조)이 진동하게 된다. 이때, 압전 유닛들(201)의 변형은 뒤틀림일 수 있다.When an electric signal is applied to the piezoelectric elements PED (see FIG. 2) constituting the piezoelectric units 201, the flexible film 220 (see FIG. 2) of the piezoelectric unit vibrates due to the deformation of each of the piezoelectric elements PED . At this time, the deformation of the piezoelectric units 201 may be distorted.

이하에서는, 압전 유닛들(201)의 일 구조에 대해서 도 2 및 도 3을 참조하여 후술하기로 하고, 압전 유닛들의 다른 구조들에 대해서는 도 4 및 도 5를 참조하여 설명하기로 한다.Hereinafter, one structure of the piezoelectric units 201 will be described later with reference to FIGS. 2 and 3, and other structures of the piezoelectric units will be described with reference to FIGS. 4 and 5. FIG.

도 2 및 도 3은 도 1의 압전 트랜스듀서에 포함된 압전 유닛의 구조들을 설명하기 위한 도면들이다.FIGS. 2 and 3 are views for explaining the structures of the piezoelectric unit included in the piezoelectric transducer of FIG.

먼저 도 2를 도 1과 함께 참조하면, 압전 유닛(201)은 베이스 기재(210) 상에 배치된 한 쌍의 압전 소자들(PED) 및 플렉시블 필름(220)을 포함한다.Referring first to FIG. 2 together with FIG. 1, a piezoelectric unit 201 includes a pair of piezoelectric elements PED and a flexible film 220 disposed on a base substrate 210.

한 쌍의 압전 소자들(PED)은 베이스 기재(210) 상에 제1 방향(D1)으로 서로 이격되어 배치되고, 제1 방향(D1)과 다른 제2 방향(D2)으로 연장된다. 베이스 기재(210) 또한 제2 방향(D2)을 길이 방향으로 하여 연장되고, 제2 방향(D2)으로의 길이는 압전 소자들(PED)과 베이스 기재(210)가 실질적으로 동일할 수 있다.The pair of piezoelectric elements PED are disposed on the base substrate 210 in the first direction D1 and spaced apart from each other in the second direction D2 different from the first direction D1. The base substrate 210 also extends in the second direction D2 in the longitudinal direction and the piezoelectric elements PED and the base substrate 210 may be substantially the same in the second direction D2.

베이스 기재(210)가 도 1의 베이스 기판(100) 상에 배치되는데, 베이스 기재(210)는 표면으로 돌출된 돌출부(212)를 포함한다. 돌출부(212)는 평탄부 상에 한 쌍으로 구비되어 베이스 기재(210)가 전체적으로 U자형을 가지도록 하고, 돌출부(212)와 압전 소자(PED)가 일대일대응 하여 압전 소자(PED)가 돌출부(212) 상에 배치된다. 한 쌍의 돌출부들(212)이 각각 제1 방향(D1)으로 이격되어 배치되고, 제2 방향(D2)으로 연장되어 배치된다. 베이스 기재(210)의 돌출부(212)에 의해서 압전 유닛(201)의 변형이 잘 일어나고 플렉시블 필름(220)이 진동할 수 있는 충분한 공간을 확보할 수 있다.A base substrate 210 is disposed on the base substrate 100 of FIG. 1, wherein the base substrate 210 includes protrusions 212 projecting to the surface. The protrusions 212 are formed on the flat portion in a pair so that the base substrate 210 has a U shape as a whole and the protrusions 212 and the piezoelectric elements PED correspond one to one with each other, 212). A pair of protrusions 212 are arranged in the first direction D1 and extend in the second direction D2, respectively. It is possible to secure enough space for the piezoelectric unit 201 to be deformed well by the projecting portion 212 of the base substrate 210 and allowing the flexible film 220 to vibrate.

플렉시블 필름(220)은 그 자체가 유연성을 가지고 있기 때문에, 압전 소자들(PED)의 변형을 통해서 용이하게 진동할 수 있다. 플렉시블 필름(220)을 형성하는 물질의 예로서는, 폴리이미드계 수지(polyimide-based resin), 폴리우레탄계 수지(polyurethane-based resin) 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지(polyethylene terephthalate resin), 폴리플루오린화비닐리덴(polyvinylidene fluoride, PVDF) 등을 들 수 있다.Since the flexible film 220 itself has flexibility, it can easily vibrate through the deformation of the piezoelectric elements PED. Examples of the material forming the flexible film 220 include a polyimide-based resin, a polyurethane-based resin or a polyethylene terephthalate resin, a polyvinylidene fluoride, PVDF).

압전 소자들(PED)의 제1 방향(D1)으로의 너비(w)에 대한, 제2 방향으로의 연장 길이(L)의 종횡비(L/w)는 10 이상인 것이 바람직하다. 종횡비(L/w)가 10 미만인 경우에 압전 소자들(PED)의 제 2방향(D2)으로의 변형이 크지 않아 플렉시블 필름(220)의 진동을 구현하기에 충분하지 않다. 따라서, 종횡비(L/w)는 적어도 10 이상이 되어야 지향성 스피커에 적용되어 충분한 음압을 발생시킬 수 있다.It is preferable that the aspect ratio L / w of the extending length L in the second direction with respect to the width w of the piezoelectric elements PED in the first direction D1 is 10 or more. When the aspect ratio L / w is less than 10, the deformation of the piezoelectric elements PED in the second direction D2 is not large enough to realize the vibration of the flexible film 220. [ Therefore, the aspect ratio (L / w) must be at least 10 or more so that it can be applied to the directional speaker to generate sufficient sound pressure.

압전 소자들(PED) 각각은 인가되는 전기신호에 의해서 변형되는 압전층(PEZ)과, 압전층(PEZ)을 개재시키도록 상하방향으로 압전층(PEZ)의 양면에 각각 배치된 하부 전극(E1) 및 대향 전극(E2)을 포함한다.Each of the piezoelectric elements PED includes a piezoelectric layer PEZ which is deformed by an applied electric signal and a lower electrode E1 arranged on both surfaces of the piezoelectric layer PEZ in the vertical direction so as to interpose the piezoelectric layer PEZ therebetween And an opposite electrode E2.

압전층(PEZ)은 제조 공정 중에 분극 처리가 된 분극화된 층이거나, 압전성을 갖는 소재로 형성된 층일 수 있다. 일 실시예에서, 압전층(PEZ)은 다수의 압전 세라믹층들이 적층된 구조를 가질 수 있다. 압전 세라믹층을 형성하는 물질은 압전 특성을 갖는 물질이면 특별히 제한되지 않고 모두 이용할 수 있다.The piezoelectric layer (PEZ) may be a polarized layer subjected to a polarization treatment in the manufacturing process, or may be a layer formed of a piezoelectric material. In one embodiment, the piezoelectric layer (PEZ) may have a structure in which a plurality of piezoelectric ceramic layers are laminated. The material forming the piezoelectric ceramic layer is not particularly limited as long as it is a material having piezoelectric characteristics and can be used.

하부 전극(E1) 및 대향 전극(E2) 각각은 은(Ag)으로 형성된 전극일 수 있다.Each of the lower electrode E1 and the opposite electrode E2 may be an electrode formed of silver (Ag).

압전 소자들(PED)의 하부 전극(E1)끼리 서로 연결되어 모두 동일한 극성의 전기신호가 인가될 수 있고, 대향 전극(E2)끼리 서로 연결되어 하부 전극(E1)에 인가되는 극성과 반대극성의 전기신호가 인가될 수 있다. 압전 소자들(PED)에 전기신호가 인가되면 압전 소자들(PED)에 변형이 일어나는데, 이때의 변형이 뒤틀림 변형일 수 있다. 이러한 변형에 의해서 플렉시블 필름(220)이 진동하게 된다.The lower electrodes E1 of the piezoelectric elements PED are connected to each other so that an electric signal of the same polarity can be applied and the opposite electrodes E2 are connected to each other to have a polarity opposite to that of the polarity applied to the lower electrode E1 An electric signal can be applied. When an electric signal is applied to the piezoelectric elements PED, deformation occurs in the piezoelectric elements PED, and the deformation at this time may be a distortion. Such a deformation causes the flexible film 220 to vibrate.

도 3을 도 1과 함께 참조하면, 압전 유닛(202)은 베이스 기재(210), 압전 소자(PED), 대향 전극(E2) 및 플렉시블 필름(220)을 포함한다. 한 쌍의 압전 소자(PED) 각각은 제1 전극(E1)과 압전층(PEZ)을 포함하고, 대향 전극(E2)은 압전 소자들(PED)이 배치된 베이스 기재(210)와 플렉시블 필름(220) 사이에 배치되고 플렉시블 필름(220)을 전체적으로 커버하도록 형성되어 제1 방향(D1, 도 2 참조)의 양측단부들 각각에서 압전 소자들(PED)과 연결된다.Referring to Fig. 3 together with Fig. 1, the piezoelectric unit 202 includes a base substrate 210, a piezoelectric element (PED), an opposite electrode E2, and a flexible film 220. Fig. Each of the pair of piezoelectric elements PED includes a first electrode E1 and a piezoelectric layer PEZ and the counter electrode E2 includes a base substrate 210 on which the piezoelectric elements PED are disposed and a flexible film 220 and is configured to cover the flexible film 220 as a whole, and is connected to the piezoelectric elements PED at both side ends of the first direction D1 (see FIG. 2).

일례로, 대향 전극(E2)은 플렉시블 필름(220)의 일면을 전체적으로 커버하도록 형성될 수 있고, 대향 전극(E2)이 형성된 플렉시블 필름(220)이 압전 소자(PED)가 배치된 베이스 기재(210)에 결합됨으로써 압전 유닛(202)이 구비될 수 있다. 상기에서 설명한 부분을 제외한 다른 설명들은 도 1 및 도 2에서 설명한 것과 실질적으로 동일하므로 중복되는 상세한 설명은 생략한다.For example, the counter electrode E2 may be formed to cover one side of the flexible film 220 as a whole, and the flexible film 220 on which the counter electrode E2 is formed may be formed on the base substrate 210 on which the piezoelectric element PED is disposed The piezoelectric unit 202 can be provided. Other descriptions than those described above are substantially the same as those described with reference to FIG. 1 and FIG. 2, so duplicate detailed descriptions are omitted.

도 4는 도 1의 트랜스듀서에서 압전 유닛의 변형을 설명하기 위한 도면이다.4 is a view for explaining a modification of the piezoelectric unit in the transducer of FIG.

도 4는 도 2 또는 도 3의 압전 유닛 상에서 압전 유닛을 바라본 평면 구조를 모식도로 나타낸 것으로, 도 4를 도 2 및 도 3과 함께 참조하면 전기신호가 인가되지 않은 상태(a)에서는 압전 소자들(PED)이 제2 방향(D2)으로 곧은 상태를 유지하다가 전기신호가 인가되면(b) 뒤틀림이 발생할 수 있다. 이러한 변형에 의해서 플렉시블 필름(220)이 진동될 수 있다. 즉, 전기신호의 온/오프를 반복함으로써 플렉시블 필름(220)을 진동시켜 초음파를 공기 중으로 방출함으로써 음압을 발생시킬 수 있고, 압전 유닛(201, 202)의 어레이에 의해서 궁극적으로 소리의 지향성을 구현할 수 있다.FIG. 4 is a schematic diagram illustrating a planar structure of the piezoelectric unit of FIG. 2 or FIG. 3 viewed from a piezoelectric unit. Referring to FIGS. 4 and 5, when the electric signal is not applied, (B) may be distorted when an electric signal is applied while maintaining the straight line PED in the second direction D2. By this deformation, the flexible film 220 can be vibrated. That is, by repeatedly turning on / off the electric signal, the flexible film 220 is vibrated to emit ultrasonic waves into the air to generate a sound pressure, and the array of the piezoelectric units 201 and 202 ultimately realizes sound directivity .

압전 트랜스듀서(500)를 지향성 스피커에 이용하는 경우, 압전 트랜스듀서(500)에서 방출되는 음파의 음압에 가장 큰 영향을 주는 것이 압전 소자(PED)와 플렉시블 필름(220)의 변형률인데, 본 발명에서는 압전 트랜스듀서(500)의 압전 소자(PED)의 변형이 플렉시블 필름(220)의 진동에 영향을 주되, 종횡비(L/w)를 적어도 10 이상이 되도록 구비함으로써 플렉시블 필름(220)에서 충분히 진동이 일어날 수 있어 압전 트랜스듀서(500)의 변형률을 최대화할 수 있다. 이에 의해서 음압 또한 최대화될 수 있다.In the case where the piezoelectric transducer 500 is used for a directional speaker, the strain of the piezoelectric element PED and the flexible film 220 has the greatest influence on the sound pressure of the sound wave emitted from the piezoelectric transducer 500. In the present invention, Since the deformation of the piezoelectric element PED of the piezoelectric transducer 500 affects the vibration of the flexible film 220 but the aspect ratio L / So that the strain of the piezoelectric transducer 500 can be maximized. As a result, the sound pressure can also be maximized.

특히, 본 발명에서는 압전 유닛(201, 202)을 구성하고 이를 베이스 기판(100) 상에 다수개 배열시켜 어레이 형태로 이용하여 충분한 음압을 확보하고 소리의 지향성을 향상시킬 수 있다. 발생되는 음압은 사용되는 초음파의 주파수와 파장, 필름소재의 기계적 물성, 세라믹 어레이의 간격, 압전층(PEZ)을 구성하는 압전 재료의 특성, 압전층(PEZ)의 두께 등에 의해서 변화하는 값을 가지므로, 각각의 조건에 따라 실험적으로 최적의 구조를 결정할 수 있다.Particularly, in the present invention, the piezoelectric units 201 and 202 are formed and arranged on the base substrate 100 in an array form, thereby ensuring a sufficient sound pressure and improving sound directivity. The sound pressure generated varies depending on the frequency and wavelength of the ultrasonic waves used, the mechanical properties of the film material, the spacing of the ceramic array, the characteristics of the piezoelectric material constituting the piezoelectric layer (PEZ), the thickness of the piezoelectric layer (PEZ) Therefore, the optimum structure can be experimentally determined according to each condition.

도 1 내지 도 4에서 설명한 압전 트랜스듀서(500)는 지향성 스피커에 포함되는데, 예를 들어, 발진원, 변조기 및 증폭기와 함께 지향성 스피커를 구성할 수 있다. 이때, 상기 발진원은 가청 주파수 대역의 신호를 생성하는 오디오 주파수파를 발진원과 초음파 주파수 대역의 신호를 생성하는 캐리어파 발진원을 포함할 수 있다.The piezoelectric transducer 500 described in FIGS. 1-4 is included in a directional speaker, for example, which can constitute a directional speaker with an oscillator, a modulator and an amplifier. The oscillation source may include a carrier wave oscillator that generates an audio frequency wave that generates a signal of an audible frequency band and a signal that generates an oscillation source and an ultrasonic frequency band.

상기 변조기는 오디오 주파수파 발진원으로부터 출력된 오디오 주파수 대역의 신호를 이용하여 캐리어파 발진원으로부터 출력된 초음파 주파수 대역의 캐리어파를 변조하는 장치이다. 상기 증폭기는 변조기로부터 출력되는 변조 신호를 증폭하는 장치이며, 상기 증폭기에서 증폭된 변조 신호에 의해서 지향성 스피커용 압전 트랜스듀서(500)이 구동되어, 변조 신호를 유한 진폭 레벨을 가지는 음파로 변환한다. 이 음파는 공기로 방출되어, 공기의 비선형 효과로 인하여 원래의 오디오 주파수 대역의 신호음으로 재생되고, 이 재생 신호는 지향성 스피커용 압전 트랜스듀서(500)의 방사축을 따라 출력된 빔의 형태로 진행한다.The modulator is a device for modulating a carrier wave of an ultrasonic frequency band outputted from a carrier wave oscillation source by using a signal of an audio frequency band outputted from an audio frequency wave oscillation source. The amplifier amplifies the modulated signal output from the modulator. The piezoelectric transducer 500 for the directional speaker is driven by the modulated signal amplified by the amplifier to convert the modulated signal into a sound wave having a finite amplitude level. This sound wave is emitted to the air and reproduced as a signal sound of the original audio frequency band due to the nonlinear effect of air, and this reproduction signal proceeds in the form of a beam output along the radiation axis of the piezoelectric transducer 500 for the directional speaker .

상기에서 설명한 압전 트랜스듀서(500) 및 이를 포함하는 지향성 스피커에 따르면, 다수개의 압전 유닛들(201)을 이용함으로써 압전 트랜스듀서(500)의 변형률을 최대화(다수개의 압전 유닛, 즉 어레이의 사용으로 지향성을 향상시키고 변형률은 베이스 기재 및 압전소자, 플렉서블 필름의 상호 관계로 극대화됨)시킬 수 있고, 이에 따라 음압이 향상되어 공기 중에서 초음파의 전달 효율을 향상시키기는 동시에 초음파 전달의 직진성을 향상시킬 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 압전 트랜스듀서(500)은 소리의 지향성을 향상시킬 수 있다.According to the piezoelectric transducer 500 described above and the directional loudspeaker including the piezoelectric transducer 500, it is possible to maximize the strain of the piezoelectric transducer 500 (by using a plurality of piezoelectric units, i.e., arrays) by using the plurality of piezoelectric units 201 The directivity is improved and the strain is maximized by the mutual relationship of the base substrate, the piezoelectric element and the flexible film), thereby improving the sound pressure, improving the efficiency of transmitting ultrasonic waves in the air, and improving the straightness of ultrasonic transmission have. That is, the piezoelectric transducer 500 according to the present invention can improve the directivity of sound.

도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 트랜스듀서의 다른 압전 유닛의 구조를 설명하기 위한 도면들이다.5 and 6 are views for explaining the structure of another piezoelectric unit of the transducer according to the present invention.

본 발명의 다른 실시예에 따른 압전 트랜스듀서는 도 1 내지 도 4에서 설명한 것과 실질적으로 동일하되, 도 2의 압전 유닛(201)과 다른 구조를 갖는 도 5에 도시된 압전 유닛(203)을 포함할 수 있다. 도 5의 압전 유닛(203)은 압전 소자(PED)의 구조를 제외하고는 도 1 및 도 2에서 설명한 것과 실질적으로 동일하므로, 중복되는 설명은 생략한다.The piezoelectric transducer according to another embodiment of the present invention includes the piezoelectric unit 203 shown in Fig. 5 having substantially the same structure as that described in Figs. 1 to 4 and having a different structure from the piezoelectric unit 201 of Fig. can do. The piezoelectric unit 203 of FIG. 5 is substantially the same as that described with reference to FIGS. 1 and 2 except for the structure of the piezoelectric element PED, and thus a duplicate description will be omitted.

도 5를 참조하면, 압전 유닛(203)은 한 쌍의 압전 소자(PED)를 포함하고, 각 압전 소자(PED)는 하부 전극(E1), 압전층(PEZ) 및 대향 전극(E2)을 포함한다. 이때, 압전층(PEZ)은 도 2에서 설명한 것과 실질적으로 동일하므로, 중복된 설명은 생략하고, 하부 전극(E1)과 대향 전극(E2)의 구조에 대해서 설명한다.5, the piezoelectric unit 203 includes a pair of piezoelectric elements PED, and each piezoelectric element PED includes a lower electrode E1, a piezoelectric layer PEZ, and an opposite electrode E2 do. Since the piezoelectric layer PEZ is substantially the same as that described with reference to FIG. 2, a description of the structure of the lower electrode E1 and the opposite electrode E2 will be omitted.

하부 전극(E1)과 대향 전극(E2) 각각은 압전층(PEZ)에서 배치된 면만 다를 뿐 실질적으로 동일한 구조를 갖는데, 하부 전극(E1)과 대향 전극(E2) 각각은 제1 방향(D1)으로 연장된 다수의 서브 전극들과, 제2 방향(D2)으로 연장되어 서브 전극들을 서로 연결시키는 연결 전극을 포함하는 전극 패턴을 한 쌍으로 구비한다. 하부 전극(E1)과 대향 전극(E2) 각각에서, 한 쌍의 전극 패턴은 서로 맞물리도록(interdigitated) 배치된다. 이러한 하부 전극(E1)과 대향 전극(E2)의 구조에 의해서 압전 유닛(202)의 제2 방향(D2)으로의 변형이 많이 일어나게 되고, 비틀림 변형 또한 증가될 수 있다. 이러한 비틀림 변형의 증가에 의해서 전체적으로 압전 트랜스듀서 및 플렉시블 필름(220)의 변형률이 최대화되어 지향성 스피커에 적용될 수 있다.Each of the lower electrode E1 and the opposite electrode E2 has a substantially identical structure except that only the surface disposed in the piezoelectric layer PEZ has the same structure. Each of the lower electrode E1 and the opposite electrode E2 has a first direction D1, And a connection electrode that extends in the second direction D2 and connects the sub-electrodes to each other. In each of the lower electrode E1 and the opposite electrode E2, a pair of electrode patterns are disposed interdigitally. Due to the structure of the lower electrode E1 and the opposing electrode E2, a large deformation of the piezoelectric unit 202 in the second direction D2 occurs, and the deformation of the torsion can also be increased. The strain of the piezoelectric transducer and the flexible film 220 is maximized and can be applied to the directional speaker as a whole by the increase of the torsional deformation.

도 6을 참조하면, 압전 유닛(204)은 베이스 기재(210), 압전 소자(PED), 대향 전극(E2) 및 플렉시블 필름(220)을 포함한다. 한 쌍의 압전 소자(PED) 각각은 제1 전극(E1)과 압전층(PEZ)을 포함하고, 대향 전극(E2)은 압전 소자들(PED)이 배치된 베이스 기재(210)와 플렉시블 필름(220) 사이에 배치되고 플렉시블 필름(220)을 전체적으로 커버하도록 형성되어 제1 방향(D1, 도 5 참조)의 양측단부들 각각에서 압전 소자들(PED)과 연결된다. 이때, 대향 전극(E2)이 형성된 플렉시블 필름(220)이 압전 소자(PED)가 배치된 베이스 기재(210)에 결합됨으로써 압전 유닛(204)이 구비될 수 있다.6, the piezoelectric unit 204 includes a base substrate 210, a piezoelectric element (PED), an opposite electrode E2, and a flexible film 220. [ Each of the pair of piezoelectric elements PED includes a first electrode E1 and a piezoelectric layer PEZ and the counter electrode E2 includes a base substrate 210 on which the piezoelectric elements PED are disposed and a flexible film 220 and is formed to cover the flexible film 220 as a whole, and is connected to the piezoelectric elements PED at both side ends of the first direction D1 (see FIG. 5). At this time, the piezoelectric film 204 may be provided by coupling the flexible film 220 on which the counter electrode E2 is formed to the base substrate 210 on which the piezoelectric element PED is disposed.

대향 전극(E2)은 제1 방향(D1)으로 연장된 다수의 서브 전극들과, 제2 방향(D2)으로 연장되어 서브 전극들을 서로 연결시키는 연결 전극을 포함하는 전극 패턴을 한 쌍으로 구비한다. 실제로 압전 소자들(PED)에 영향을 미치는 부분은 대향 전극(E2)의 서브 전극들로서, 압전층(PEZ) 상에 대향 전극(E2)의 전극 패턴 중에서 서브 전극들이 배치되도록 설계되는 것이 바람직하다. 상기에서 설명한 부분을 제외한 다른 설명들은 도 5에서 설명한 것과 실질적으로 동일하므로 중복되는 상세한 설명은 생략한다.The counter electrode E2 has a pair of electrode patterns including a plurality of sub electrodes extended in the first direction D1 and connection electrodes extending in the second direction D2 to connect the sub electrodes to each other . It is desirable that the portion that affects the piezoelectric elements PED in practice is designed as the sub electrodes of the counter electrode E2 and the sub electrodes are arranged on the piezoelectric layer PEZ among the electrode patterns of the counter electrode E2. Other descriptions than those described above are substantially the same as those described with reference to FIG. 5, so that redundant detailed descriptions are omitted.

또 다른 구조로서, 도 5에서 설명한 압전 유닛(203)의 구조에 기반하되, 압전 소자(PED)가 적어도 2 이상의 압전층을 포함하도록 적층되어 구비될 수 있다. 이에 대해서 도 7을 참조하여 설명하기로 한다.As another structure, based on the structure of the piezoelectric unit 203 described in FIG. 5, the piezoelectric elements PED may be stacked so as to include at least two piezoelectric layers. This will be described with reference to FIG.

도 7은 본 발명에 따른 트랜스듀서의 또 다른 압전 유닛의 구조를 설명하기 위한 도면이다.7 is a view for explaining the structure of another piezoelectric unit of the transducer according to the present invention.

도 7을 도 5와 함께 참조하면, 압전 소자(PED)가 제1 압전층(PEZ1)과 제2 압전층(PEZ2)을 포함하고, 3개의 전극들(E1, E2, E3)을 포함한다. 도 5의 3개의 전극들(E1, E2, E3) 각각은 도 4에서 설명한 하부 전극(E1)과 동일한 구조로서 다수의 서브 전극들과 서브 전극들을 연결하는 연결 전극을 포함한다. 베이스 기재(210) 상에 하부 전극(E1), 제1 압전층(PEZ1), 중간 전극(E3), 제2 압전층(PEZ2) 및 대향 전극(E2)이 순차적으로 적층된 구조를 가지고, 대향 전극(E2)이 플렉시블 필름(220)과 연결되도록 대향 전극(E2) 상에 플렉시블 필름(220)이 배치될 수 있다.Referring to Fig. 7 together with Fig. 5, the piezoelectric element PED includes a first piezoelectric layer PEZ1 and a second piezoelectric layer PEZ2, and includes three electrodes E1, E2 and E3. Each of the three electrodes E1, E2, and E3 in FIG. 5 includes a connection electrode connecting the plurality of sub-electrodes and the sub-electrodes in the same structure as the lower electrode E1 described in FIG. A structure in which a lower electrode E1, a first piezoelectric layer PEZ1, an intermediate electrode E3, a second piezoelectric layer PEZ2 and a counter electrode E2 are sequentially stacked on a base substrate 210, The flexible film 220 may be disposed on the counter electrode E2 such that the electrode E2 is connected to the flexible film 220. [

도 5와 같이 적어도 2 이상의 압전층을 구비하도록 압전 소자를 구성하는 경우, 도 2나 도 4에서 설명한 압전 소자들에 비해서 낮은 구동전압만으로도 압전 트랜스듀서의 플렉시블 필름(220)의 충분한 진동을 구현할 수 있는 장점이 있고, 압전 소자의 높이가 높아짐에 따라 플렉시블 필름(220)의 변형률 또한 최대화할 수 있다.5, sufficient vibration of the flexible film 220 of the piezoelectric transducer can be realized with only a driving voltage lower than that of the piezoelectric elements described with reference to Figs. 2 and 4 As the height of the piezoelectric element increases, the strain of the flexible film 220 can be maximized.

도면으로 도시하지 않았으나, 도 7에 나타낸 압전 유닛(205)에서도 대향 전극(E2)이, 도 5와 같이 압전 소자들(PED)에 개별적으로 포함되는 것이 아니라, 도 6의 대향 전극(E2)과 같이 2개의 전극 패턴들이 서로 맞물린 구조로 플렉시블 필름(220)과 제2 압전층(PEZ2) 사이에 배치될 수 있다.7, the counter electrode E2 is not included individually in the piezoelectric elements PED as shown in Fig. 5, but the counter electrode E2 in Fig. 6 and the counter electrode E2 in Fig. The two electrode patterns may be disposed between the flexible film 220 and the second piezoelectric layer PEZ2 in a structure in which the two electrode patterns are interdigitated with each other.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the present invention as defined by the following claims. It can be understood that it is possible.

500: 압전 트랜스듀서 100: 베이스 기판
210: 베이스 기재 201, 202, 203, 204, 205: 압전 유닛
PED: 압전 소자 220: 플렉시블 필름
212: 돌출부 E1: 하부 전극
E2: 대향 전극 E3: 중간 전극500: piezoelectric transducer 100: base substrate
210: Base material 201, 202, 203, 204, 205: Piezoelectric unit
PED: Piezoelectric element 220: Flexible film
212: protrusion E1: lower electrode
E2: opposing electrode E3: intermediate electrode

Claims (10)

베이스 기판 상에 서로 이격되어 배치된 다수의 압전 유닛들을 포함하되,
상기 압전 유닛들 각각은
상기 베이스 기판 상에 배치되는 베이스 기재 상에 제1 방향으로 서로 마주하도록 이격되어 배치되고 상기 제1 방향과 다른 제2 방향으로 연장된 한 쌍의 압전 소자들; 및
한 쌍의 압전 소자들 각각과 연결되어 압전 소자들 상에 배치되고 상기 압전 소자들의 변형에 의해서 진동하는 플렉시블 필름을 포함하고,
상기 압전 소자들 각각은 제1 압전층, 상기 제1 압전층의 양면에 각각 배치된 하부 전극 및 대향 전극을 포함하며,
상기 하부 전극 및 대향 전극 각각은 상기 제2 방향으로 연장된 연결 전극 및 상기 연결 전극으로부터 상기 제1 방향으로 분기된 다수의 서브 전극들로 구성된 전극 패턴을 한 쌍으로 구비되고, 상기 하부 전극 및 대향 전극 각각에서의 한 쌍의 전극 패턴들은 서로 맞물리도록(interdigitated) 배치된 것을 특징으로 하는,
압전 트랜스듀서.
A plurality of piezoelectric units disposed on a base substrate and spaced apart from each other,
Each of the piezoelectric units
A pair of piezoelectric elements disposed on the base substrate and spaced apart from each other in a first direction and extending in a second direction different from the first direction; And
And a flexible film connected to each of the pair of piezoelectric elements and disposed on the piezoelectric elements and vibrating by the deformation of the piezoelectric elements,
Wherein each of the piezoelectric elements includes a first piezoelectric layer, a lower electrode disposed on both surfaces of the first piezoelectric layer, and a counter electrode,
Wherein each of the lower electrode and the counter electrode is provided with a pair of electrode patterns each composed of a connection electrode extending in the second direction and a plurality of sub electrodes branched in the first direction from the connection electrode, Wherein a pair of electrode patterns at each of the electrodes are arranged interdigitated.
Piezoelectric transducer.
제1항에 있어서,
압전 소자들 각각은
제2 압전층; 및
상기 하부 전극과 동일한 구조를 갖는 중간 전극을 더 포함하고,
상기 중간 전극과 상기 제2 압전층이 적어도 1회 번갈아 반복되어 상기 제1 압전층과 상기 대향 전극 사이에 배치된 것을 특징으로 하는,
압전 트랜스듀서.
The method according to claim 1,
Each of the piezoelectric elements
A second piezoelectric layer; And
Further comprising an intermediate electrode having the same structure as the lower electrode,
And the intermediate electrode and the second piezoelectric layer are alternately repeated at least once and arranged between the first piezoelectric layer and the counter electrode.
Piezoelectric transducer.
제1항에 있어서,
상기 압전 소자들에 전기신호가 인가되어 압전 소자들이 변형되고,
상기 변형에 의해서 상기 플렉시블 필름이 진동하는 것을 특징으로 하는,
압전 트랜스듀서.
The method according to claim 1,
An electric signal is applied to the piezoelectric elements to deform the piezoelectric elements,
And the flexible film vibrates due to the deformation.
Piezoelectric transducer.
베이스 기판 상에 서로 이격되어 배치된 다수의 압전 유닛들을 포함하되,
상기 압전 유닛들 각각은
상기 베이스 기판 상에 배치되는 베이스 기재 상에 제1 방향으로 서로 마주하도록 이격되어 배치되고 상기 제1 방향과 다른 제2 방향으로 연장된 한 쌍의 압전 소자들; 및
한 쌍의 압전 소자들 각각과 연결되어 압전 소자들 상에 배치되고 상기 압전 소자들의 변형에 의해서 진동하는 플렉시블 필름을 포함하고,
상기 압전 소자들 각각은 압전층, 상기 압전층의 양면에 각각 배치된 하부 전극 및 대향 전극을 포함하며,
상기 압전 소자들의 상기 제1 방향의 너비(w)에 대한 상기 제2 방향으로의 연장 길이(L)의 종횡비(L/w)는 10 이상인 것을 특징으로 하는,
압전 트랜스듀서.
A plurality of piezoelectric units disposed on a base substrate and spaced apart from each other,
Each of the piezoelectric units
A pair of piezoelectric elements disposed on the base substrate and spaced apart from each other in a first direction and extending in a second direction different from the first direction; And
And a flexible film connected to each of the pair of piezoelectric elements and disposed on the piezoelectric elements and vibrating by the deformation of the piezoelectric elements,
Each of the piezoelectric elements includes a piezoelectric layer, a lower electrode disposed on each side of the piezoelectric layer, and a counter electrode,
Wherein the aspect ratio L / w of the extension length L in the second direction with respect to the width w of the piezoelectric elements in the first direction is 10 or more.
Piezoelectric transducer.
제4항에 있어서,
상기 압전 소자들에 전기신호가 인가되어 압전 소자들이 변형되고,
상기 변형에 의해서 상기 플렉시블 필름이 진동하는 것을 특징으로 하는,
압전 트랜스듀서.
5. The method of claim 4,
An electric signal is applied to the piezoelectric elements to deform the piezoelectric elements,
And the flexible film vibrates due to the deformation.
Piezoelectric transducer.
제4항에 있어서,
상기 베이스 기재는 상기 베이스 기판 상에 배치된 평탄부와 상기 평탄부의 표면에 돌출되어 배치된 한 쌍의 돌출부를 포함하고,
한 쌍의 돌출부 각각의 상부에 압전 소자가 일대일대응이 되도록 배치된 것을 특징으로 하는,
압전 트랜스듀서.
5. The method of claim 4,
Wherein the base substrate includes a flat portion disposed on the base substrate and a pair of protrusions protruding from the surface of the flat portion,
And the piezoelectric elements are arranged in a one-to-one correspondence to the upper portions of the pair of projections.
Piezoelectric transducer.
베이스 기판 상에 서로 이격되어 배치된 다수의 압전 유닛들을 포함하되,
상기 압전 유닛들 각각은
상기 베이스 기판 상에 배치되는 베이스 기재 상에 제1 방향으로 서로 마주하도록 이격되어 배치되고 상기 제1 방향과 다른 제2 방향으로 연장된 한 쌍의 압전 소자들;
한 쌍의 압전 소자들 각각과 연결되어 압전 소자들 상에 배치되고 상기 압전 소자들의 변형에 의해서 진동하는 플렉시블 필름; 및
상기 압전 소자들이 배치된 베이스 기재와 상기 플렉시블 필름 사이에 배치되어 상기 압전 소자들과 연결된 대향 전극을 포함하고,
상기 압전 소자들 각각은 제1 압전층 및 상기 제1 압전층과 베이스 기재 사이에 배치된 하부 전극을 포함하고,
상기 압전 소자들 각각의 하부 전극은 상기 제2 방향으로 연장된 연결 전극 및 상기 연결 전극으로부터 상기 제1 방향으로 분기된 다수의 서브 전극들로 구성된 전극 패턴을 한 쌍으로 구비되고, 상기 하부 전극 및 대향 전극 각각에서의 한 쌍의 전극 패턴들은 서로 맞물리도록(interdigitated) 배치되며,
상기 대향 전극은 상기 제2 방향으로 연장된 연결 전극 및 상기 연결 전극으로부터 상기 제1 방향으로 분기된 다수의 서브 전극들로 구성된 전극 패턴을 한 쌍으로 구비하되 서로 맞물리도록 배치된 것을 특징으로 하는,
압전 트랜스듀서.
A plurality of piezoelectric units disposed on a base substrate and spaced apart from each other,
Each of the piezoelectric units
A pair of piezoelectric elements disposed on the base substrate and spaced apart from each other in a first direction and extending in a second direction different from the first direction;
A flexible film which is connected to each of the pair of piezoelectric elements and is disposed on the piezoelectric elements and vibrates by the deformation of the piezoelectric elements; And
And a counter electrode disposed between the base substrate on which the piezoelectric elements are arranged and the flexible film and connected to the piezoelectric elements,
Each of the piezoelectric elements includes a first piezoelectric layer and a lower electrode disposed between the first piezoelectric layer and the base substrate,
The lower electrode of each of the piezoelectric elements is provided with a pair of electrode patterns composed of a connection electrode extending in the second direction and a plurality of sub-electrodes branched in the first direction from the connection electrode, The pair of electrode patterns at each of the opposing electrodes are arranged interdigitated,
Wherein the counter electrode has a pair of electrode patterns composed of a connection electrode extending in the second direction and a plurality of sub-electrodes branched in the first direction from the connection electrode,
Piezoelectric transducer.
베이스 기판 상에 서로 이격되어 배치된 다수의 압전 유닛들을 포함하되,
상기 압전 유닛들 각각은
상기 베이스 기판 상에 배치되는 베이스 기재 상에 제1 방향으로 서로 마주하도록 이격되어 배치되고 상기 제1 방향과 다른 제2 방향으로 연장된 한 쌍의 압전 소자들; 및
한 쌍의 압전 소자들 각각과 연결되어 압전 소자들 상에 배치되고 상기 압전 소자들의 변형에 의해서 진동하는 플렉시블 필름; 및
상기 압전 소자들이 배치된 베이스 기재와 상기 플렉시블 필름 사이에 배치되고 상기 플렉시블 필름을 전체적으로 커버하도록 형성되어 상기 제1 방향의 양측단부들 각각에서 상기 압전 소자들과 연결된 대향 전극을 포함하고,
상기 압전 소자들 각각은 압전층 및 상기 압전층과 베이스 기재 사이에 배치된 하부 전극을 포함하며,
상기 압전 소자들의 상기 제1 방향의 너비(w)에 대한 상기 제2 방향으로의 연장 길이(L)의 종횡비(L/w)는 10 이상인 것을 특징으로 하는,
압전 트랜스듀서.
A plurality of piezoelectric units disposed on a base substrate and spaced apart from each other,
Each of the piezoelectric units
A pair of piezoelectric elements disposed on the base substrate and spaced apart from each other in a first direction and extending in a second direction different from the first direction; And
A flexible film which is connected to each of the pair of piezoelectric elements and is disposed on the piezoelectric elements and vibrates by the deformation of the piezoelectric elements; And
And an opposite electrode which is disposed between the base substrate and the flexible film on which the piezoelectric elements are disposed and covers the entirety of the flexible film and is connected to the piezoelectric elements at both side ends in the first direction,
Each of the piezoelectric elements includes a piezoelectric layer and a lower electrode disposed between the piezoelectric layer and the base substrate,
Wherein the aspect ratio L / w of the extension length L in the second direction with respect to the width w of the piezoelectric elements in the first direction is 10 or more.
Piezoelectric transducer.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 압전 트랜스듀서를 포함하는, 지향성 스피커.
9. A directional speaker comprising a piezoelectric transducer according to any one of the preceding claims.
제9항에 있어서,
가청 주파수 대역의 신호를 생성하는 오디오 주파수파 발진원;
초음파 주파수 대역의 신호를 생성하는 캐리어파 발진원;
상기 오디오 주파수파 발진원으로부터 출력된 오디오 주파수 대역의 신호를 이용하여 상기 캐리어파 발진원으로부터 출력된 초음파 주파수 대역의 캐리어파를 변조하는 변조기; 및
상기 변조기로부터 출력되는 변조 신호를 증폭하는 전력 증폭기를 포함하고,
상기 전력 증폭기에 의하여 증폭된 변조 신호에 의해서 압전 트랜스듀서가 구동되는 것을 특징으로 하는,
지향성 스피커.10. The method of claim 9,
An audio frequency wave oscillator for generating a signal in an audio frequency band;
A carrier wave oscillator for generating a signal in an ultrasonic frequency band;
A modulator for modulating a carrier wave of an ultrasonic frequency band outputted from the carrier wave oscillation source using a signal of an audio frequency band outputted from the audio frequency oscillation source; And
And a power amplifier for amplifying the modulated signal output from the modulator,
And the piezoelectric transducer is driven by the modulated signal amplified by the power amplifier.
Directional speaker.
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