KR102257275B1

KR102257275B1 - 압전 스피커 및 이의 제조방법

Info

Publication number: KR102257275B1
Application number: KR1020190101607A
Authority: KR
Inventors: 윤만순; 박영민
Original assignee: 에코디엠랩 주식회사
Priority date: 2019-03-15
Filing date: 2019-08-20
Publication date: 2021-05-28
Anticipated expiration: 2039-08-20
Also published as: KR20200110599A

Abstract

관통홀을 가지는 압전소자를 채용하는 압전 스피커 및 그 제조방법이 개시된다. 압전 스피커는 상면에서 하면 방향으로 형성된 하나 이상의 관통홀을 가지는 적층체와 적층체에 형성된 전극들을 포함하는 압전소자와, 압전소자의 하면에 배치된 접착층 및 접착층에 의해 압전소자에 부착되는 진동판을 포함한다. 하나 이상의 관통홀은 압전소자의 중심부로부터 멀어질수록 사이즈가 감소하도록 배열된다. 관통홀들은 중심부위를 기준으로 대칭 배열을 가지며, 각 관통홀의 내면은 모서리 부위가 곡면이다. 이러한 관통홀의 구조와 배열은 소결 과정에서 크랙이 발생하지 않는다.

Description

압전 스피커 및 이의 제조방법{PIEZOELECTRIC SPEAKER AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 압전 스피커 분야에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 복수개의 관통홀을 가지는 압전소자를 이용한 압전 스피커 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

소비자의 수요가 점점 모바일화와 소형화를 지향함에 따라, 기존의 자석 코일을 이용한 스피커에 대한 대안으로 압전 스피커가 주목을 받고 있다. 압전 스피커는 얇고 가벼우며 전력소모가 작은 장점이 있어 휴대용 전자기기, 초박형 TV, 자동차 등 다양한 용도에 적용될 수 있다.

일반적으로 압전 스피커는 폴리머 또는 금속진동판에 압전소자를 접착제로 부착한 구조로 되어 있다. 압전소자의 양면에 교류 전압을 인가함으로써 압전소자의 형상 변형이 발생하며, 압전소자의 형상 변형을 진동판에 전달함으로써 소리를 발생시킨다. 이렇게 압전 스피커는 금속진동판의 상부에 압전소자가 부착된 압전 스피커로서 압전소자에 가해지는 신호에 의하여 금속진동판에 변위가 발생하여 음향을 발생시킨다.

이러한 압전 스피커의 기본 구조는 금속진동판의 음속과 밀도가 공기와 상이하므로 금속진동판의 임피던스와 공기의 음향임피던스의 큰 차이가 발생하고, 그에 따라 저음역영역의 재생이 어려워 저주파부터 고주파까지의 음질감을 구현하기 어렵다. 이를 해결하기 위한 종래 기술로서, 압전소자에 복수개의 관통홀을 형성한 구조가 이용되고 있다. 여기에서 관통홀들은 압전소자의 그린시트 적층체를 형성한 후 여러 형태와 크기로 배열하여 형성한다. 그러나 복수개의 관통홀을 가지는 압전소자는 소결과정에서 적층체에 크랙이 형성되는 문제가 발생한다. 이는 소결과정에서 그린시트적층체가 수축하면서 관통홀 주변이 파괴되어 일어난다.

도 1은 종래의 관통홀을 가지는 압전소자에 대한 사진이다.

도 1에서 알 수 있는 바와 같이, 종래의 압전소자는 (a)에 나타낸 바와 같이 하나 이상의 관통홀을 적층체에 형성한 후, 소결 과정을 수행하면 (b)에 나타낸 바와 같이 수축에 의해 적층체에 파괴가 발생한다. 특히 (b)에 나타낸 바와 같이 적층체의 주변 또는 끝 쪽에 사이즈가 큰 관통홀이 배치될 경우 파괴될 가능성이 크다. 또한, 도 1의 (c)와 같이 관통홀의 홀 형상이 사각형일 경우에 구멍의 각이진 모서리에서 균열이 시작되어 적층체가 파괴된다.

본 발명은 상술한 종래의 문제점을 감안한 것으로서, 하나 이상의 관통홀을 가지는 압전소자를 포함하는 압전 스피커를 제공한다.

본 발명은 상술한 개선된 압전 스피커를 제조하는 방법을 제공한다.

본 발명은 압전 스피커를 제공하며, 이는: 상면에서 하면 방향으로 형성된 하나 이상의 관통홀을 가지는 적층체와, 상기 적층체에 형성된 전극들을 포함하는 압전소자; 상기 압전소자의 하면에 배치된 접착층; 및 상기 접착층에 의해 상기 압전소자에 부착되는 진동판을 포함하고, 상기 압전소자의 상기 하나 이상의 관통홀은 상기 압전소자의 중심부에 대하여 대칭으로 배열된 것이다.

상기 하나 이상의 관통홀은 상기 압전소자의 중심부로부터 멀어질수록 사이즈가 감소하도록 배열될 수 있다.

상기 하나 이상의 관통홀들 각각은 내면 모서리 부위가 곡면일 수 있다.

상기 전극들은 상기 압전소자의 상면, 하면, 및 적층체의 내부에 배치될 수 있다.

상기 하나 이상의 관통홀은 상기 압전소자의 상면, 하면, 또는 상기 적층체의 내부에 배치된 전극을 관통하는 것일 수 있다.

본 발명은 또한 압전 스피커의 제조 방법을 제공하며, 이는: 하나 이상의 관통홀이 형성되고, 상면, 하면, 또는 내부에 전극을 가지는 압전소자를 제조하는 단계; 및 접착층을 이용하여 상기 압전소자와 진동판을 부착하는 단계;를 포함하고, 상기 하나 이상의 관통홀들은 상기 압전소자의 상기 상면에서 상기 하면 방향으로 형성되고, 중심부로부터 멀어질수록 사이즈가 감소하도록 배열되며, 상기 압전소자의 중심부에 대하여 대칭으로 배열된 것이다.

상기 압전소자를 제조하는 단계는: 슬러리를 이용하여 그린시트를 제조하는 단계; 상기 그린시트에 하나 이상의 관통홀을 형성하는 단계; 상기 그린시트를 적층하여 적층체를 형성하는 단계; 및 상기 적층체를 소결하는 단계;를 포함한다.

본 발명은 또한 압전 스피커의 제조 방법을 제공하며, 이는: 압전세라믹 분말, 분산제, 용매, 유기바인더를 포함하는 슬러리를 이용하여 그린시트를 제조하는 단계; 상기 그린시트에 하나 이상의 홀과 내부 전극을 형성하는 단계; 상기 그린시트를 적층한 적층체를 형성하는 단계; 상기 적층체를 소결하는 단계; 상기 적층체에 외부전극을 형성하는 단계; 및 상기 적층체에 고전압으로 폴링하는 단계;를 포함한다.

상기 적층체의 상기 하나 이상의 홀은 각각 상하 방향으로 연결되어 상기 적층체를 관통하는 것일 수 있다.

상기 하나 이상의 홀은 상기 적층체의 중심부에 대하여 대칭으로 배열된 것일 수 있다. 상기 하나 이상의 홀은 상기 압전소자의 중심부로부터 멀어질수록 사이즈가 감소하도록 배열된 것일 수 있다. 상기 하나 이상의 홀은 상기 내부 전극을 회피하여 배치될 수 있다.

상기 하나 이상의 홀에는 에폭시 또는 에폭시와 중공 글라스 볼의 혼합물이 채워진 것일 수 있다.

본 발명에 따르면, 압전소자에 형성되는 관통홀들은 중심부에 큰 사이즈를 배치하고 중심부로부터 멀어지는 주변부에는 작은 사이즈를 배치함으로써 소결 과정에서 균열이 발생할 가능성이 대폭적으로 줄어든다. 나아가, 관통홀들을 중심부위를 기준으로 대칭으로 배열함으로써 전체적으로 균일한 수축률로 수축되기 때문에 소결 후 균열 및 파괴가 발생할 가능성이 낮아진다. 더 나아가, 관통홀의 내면의 모서리 부위를 곡면으로 형성함으로써 내면 모서리 부위가 크랙 생성 지점이 되는 것을 원천적으로 예방한다.

도 1은 종래의 관통홀을 가지는 압전소자에 대한 사진이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 압전 스피커를 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 압전소자와 전극들을 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 압전소자를 보여주는 평면도이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 압전소자를 위한 적층체에 대한 사진이다.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 압전 스피커의 제조방법을 설명하기 위해 도시한 플로우 챠트이다.
도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 압전 스피커와 타사의 압전 스피커의 성능 테스트 결과를 보여주는 도면이다.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 본 발명의 실시예를 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 압전 스피커를 도시한 단면도이다. 도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 압전소자와 전극들을 도시한 단면도이다. 도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 압전소자를 보여주는 평면도이다. 도 5 및 도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 압전소자를 위한 적층체에 대한 사진이다.

도 2 내지 도 6을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 압전 스피커(10)는 압전소자(110), 접착층(130), 및 진동판(150)을 포함한다. 압전소자(110)는 적층체(111)와 전극(113, 115, 117, 119)을 포함하며, 적층체(111)에는 하나 이상의 관통홀(112)이 구비된다. 바람직하게는 하나 이상의 관통홀(112)은 중심부로부터 주변으로 멀어질수록 사이즈가 작아지도록 배열될 수 있다. 참고적으로 도면에서는 중앙에 배치된 관통홀은 도면부호 112C로 지칭하였다. 또한 하나 이상의 관통홀(112)은 중심부에 대하여 대칭이도록 배열될 수 있으며, 예를 들어 도시한 예에서와 같이 가장 사이즈가 큰 관통홀(112C)을 중심으로 양측에 대칭으로 배열될 수 있다. 또한 바람직하게는 관통홀(112) 각각은 내면의 모서리 부위가 곡면일 수 있다. 이하에서는 본 발명의 각 요소들을 보다 구체적으로 설명한다.

압전소자(110)는 복수의 압전층이 적층된 적층체(111)를 포함한다. 또한, 복수의 층들 상에는 내부 전극(117, 119)이 배치될 수 있다. 복수의 압전층 상에 내부 전극(117, 119)이 적층되어 복수의 압전층과 내부 전극(117, 119)이 교대로 형성될 수 있다. 내부 전극(117, 119)은 일예로, 양극 내부 전극(117)과 음극 내부 전극(119)일 수 있으며, 양극 내부 전극(117)과 음극 내부 전극(119)은 복수의 압전층 상에 교대로 배치될 수 있다.

내부 전극(117, 119)은 전도성이 양호한 금속 재질로 구성될 수 있으며, Ag 또는 Pd를 함유하는 금속재로 구성될 수 있다. 내부 전극(117, 119)은 압전층 상에 스크린 인쇄법등에 의해서 형성될 수 있다. 이러한 내부 전극(117, 119)은 압전층이 복수로 적층된 적층체(111) 내에서 양극과 음극을 형성하게 되며, 압전층과 교대로 적층을 반복하여 극성을 가진 압전소자(110)를 구성할 수 있다.

또한, 적층체(111)의 각 압전층 사이에 배치된 내부 전극들(117, 119)은 교대로 양극과 음극을 형성하면서 같은 극성을 가진 내부 전극(117, 119)끼리 전기적으로 연결되고, 각 극성의 내부 전극(117, 119)들은 적층체의 상부와 하부에 형성된 상부 전극(113) 및 하부 전극(115)을 통해 전기적으로 연결될 수 있다.

이때, 압전층의 적층 시 최상부층은 노출되는 내부 전극(117, 119)을 보호하기 위하여 내부 전극(117, 119)이 형성되지 않은 압전층이 추가로 적층될 수 있다.

상술한 바와 같이 압전소자(110)에는 압전소자(110)를 관통하는 소정의 직경을 가지는 하나 이상의 관통홀(112)이 형성된다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 압전 스피커(10)에 채용되는 압전소자(110)의 하나 이상의 관통홀(112)이 복수개일 경우 중심부에 가장 큰 크기의 관통홀(112C)이 배치되고, 중심부로부터 멀어질수록 크기가 감소하도록 배열된다. 소결에 의해 압전층의 적층체(111)는 수축하게 되며 보통 20% 전후의 수축률을 나타낸다. 이때 적층체(111)의 중심을 향해 수축하게 되며, 중심으로부터 멀어질수록 소결 수축에 의해 이동해야 할 거리가 길어진다. 소결 수축은 적층체(111)를 구성하고 있는 압전 세라믹 입자 사이의 네킹(necking)과 조대화(coarsening)에 의해 일어나게 되므로, 관통홀(112)의 크기가 클수록 관통홀(112) 주위의 수축을 위한 구동력은 감소하게 된다. 압전소자(110)의 중심으로부터 멀어질수록 수축에 의해 이동해야 할 거리가 길어지므로, 수축을 위한 구동력을 증가시켜야 한다. 따라서 압전소자(110)의 중심으로부터 멀어질수록 관통홀(112)의 크기는 감소하여야 한다.

또한, 본 발명의 압전 스피커(10)에 채용된 압전소자(110)는 관통홀(112)이 가운데 배치되는 관통홀(112C)을 중심으로 대칭으로 배열될 수 있다. 만일 하나 이상의 관통홀(112)이 비대칭으로 형성되면 압전소자(110)의 중심을 대칭점으로 하는 적층체(111) 영역 사이의 수축률 차이가 발생할 수 있으며, 이러한 수축률의 차이는 소결 불량의 원인이 된다. 따라서, 도시한 바와 같이 중심부에 배치되는 가장 큰 관통홀(112C)을 중심으로 양측이 대칭이 되도록 배치될 수 있다.

또한, 본 발명의 압전 스피커(10)에 채용된 압전소자(110)의 관통홀(112)들은 내면의 모서리 부위가 곡면일 수 있다. 도 1의 (c)에서 나타낸 바와 같이 종래의 압전소자 적층체의 관통홀은 각이 진 모서리에서 크랙이 발생하게 되는 문제점이 있다. 본 발명에서는 관통홀(112)들은 내면 모서리가 곡면으로 형성되어 수축 과정이 진행되더라도 해당 부위에서 크랙이 발생하지 않게 된다. 여기서, 내면 모서리가 곡면이라는 것은 타원, 또는 장방형의 원과 같이 각이 진 모서리를 포함하지 않는 형상을 포함한다.

또한, 하나 이상의 관통홀(112)은 압전층의 적층체(111) 및 전극(113, 115, 117, 119)을 관통할 수 있다. 또한 하나 이상의 관통홀(112)은 내부가 비어 있어 공기와 접촉되도록 형성되거나, 공기와 압전소자(110)의 임피던스 매칭을 위해 관통홀(112) 내부에 폴리머 수지를 이용하여 채워질 수 있다. 즉, 하나 이상의 관통홀(112)은 에폭시계 수지, 아크릴계 수지, 실리콘계 수지 및 고무 중 어느 하나로 채워지거나, 에폭시계 수지, 아크릴계 수지, 실리콘계 수지 및 고무 중 어느 하나와 글라스 비드로 채워질 수 있다. 관통홀(112) 내부에 수지가 충진되면 댐핑효과(Damping Effect)가 유발되어 공진이 억제되므로, 음압이 주파수별로 peak나 deep 없이 일정하게 생성될 수 있다.

또 다르게는 하나 이상의 관통홀(112)들은 전극(113, 115, 117, 119)들을 관통하지 않도록 전극(113, 115, 117, 119)들을 회피하여 배치될 수 있다.

상부 전극(113)과 하부 전극(115)은 도 2 및 3에 도시한 바와 같이, 압전소자(110)의 상호 대향하는 양측면 끝단 수직방향으로 각각 형성되고, 각각의 양측 끝단은 복수로 적층된 압전층 외측 가장자리에 각각 배치되는 구조로 형성될 수 있다. 특히, 상부 전극(113)은 내부 전극의 일부(117)와 전기적인 단락을 이루며, 내부 전극의 나머지 요소(119)는 하부 전극(115)과 전기적인 단락을 이룬다.

상기 상부 전극(113)과 하부 전극(115)은 압전층 외측에 배치되어 외부에서 전원이 인가되는 기능을 수행하기 위한 것으로, 일예로, Ag와 유리를 함유하는 전극재료를 이용하여 스크린 인쇄법에 의해 형성될 수 있다.

또한, 상부 전극(113)의 표면 상에는 제1 리드 단자(114)가 형성되고, 하부 전극(115)의 표면 상에는 제2 리드 단자(116)가 형성된다. 따라서, 각각의 리드 단자들(114, 115)을 통해 상부 전극(113)과 하부 전극(115)은 외부 전원과 전기적으로 연결될 수 있다.

즉, 각각의 리드 단자들(114, 115)에 교류 전압이 인가되면 리드 단자들(114, 115)과 연결된 상부 전극(113) 및 하부 전극(115)에 교류 전압이 인가되고, 상부 전극(113) 및 하부 전극(115)에 연결된 내부 전극(117, 119)을 통해 압전소자(110)에 외부 전원이 전달된다. 전달된 외부 전원에 의해 압전소자(110)의 형상 변형이 발생하며, 압전소자(110)의 형상 변형을 후술할 진동판(150)에 전달함으로써 진동판(150)에 변위가 발생하여 음향을 발생시킨다.

접착층(130)은 압전소자(110)의 하부 또는 진동판(150)의 상부에 형성될 수 있다. 접착층(130) 물질로는 실리콘 에폭시, 열경화성 수지 등이 사용될 수 있으며, 접착층(130)에 의해 압전소자(110)와 진동판(150)이 서로 부착될 수 있다.

진동판(150)은 압전소자(110)에 인가되는 전기적 신호에 의해 발생되는 기계적 신호를 음향적으로 변환시키는 수단으로서, 접착층(130)에 의해 압전소자(110)는 진동판(150)에 고정된다.

진동판(150)은 압전소자(110)와 유사한 두께를 갖거나, 압전소자(110)에 비해 두꺼운 두께를 가질 수 있으며, 유연하고 탄성이 높은 재료로 제조될 수 있다. 일예로써, 고무, 실리콘, 우레탄 등의 폴리머와 탄소나노튜브 및 그래핀 등의 나노구조물질을 합성한 재료로 이루어질 수 있다.

이하에서는 도 7을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 압전 스피커의 제조방법을 설명한다.

도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 압전 스피커의 제조방법을 설명하기 위해 도시한 플로우 챠트이다.

본 발명에 따른 압전 스피커의 제조 방법은 슬러리를 이용하여 그린 시트를 제작하는 단계(S410), 그린 시트들에 하나 이상의 홀과 내부 전극을 형성하는 단계 (S420), 그린 시트들을 적층한 적층체(111)를 형성하는 단계(S430), 관통홀(112)이 형성된 상기 적층체(111)를 소결하는 단계(S440), 소결된 적층체(111)에 외부전극인 상부 전극(113) 또는 하부 전극(115)을 형성하는 단계(S450), 및 접착층(130)을 이용하여 적층체(111)를 진동판(150)에 부착하는 단계(S460)를 포함한다.

슬러리를 이용하여 그린 시트를 제작하는 단계(S410)에서는 티탄산 지르콘산 납(PZT) 분말을 이용하여 테이프캐스팅용 슬러리를 만든다. 슬러리는 테이프캐스팅 후 적층, 펀칭, 소결 공정을 거쳐 제조될 수 있다. 슬러리는 원료 분말 이외에 용매, 분산제, 바인더 또는 가소제등이 첨가될 수 있으며, 본 실시예에서의 용매는 에탄올과 톨루엔, 분산제는 BYK2001, 바인더는 PVB, 가소제는 DOP(di-octyl-phthalate)가 사용될 수 있다. 여기서, 슬러리의 고형분 농도는 50%이며 분산체는 고형분의 약 1% 무게만큼 사용된다. 상기한 슬러리를 이용하여 닥터 블레이드법(doctor blade method), 코마 코터, 또는 다이코터를 이용하여 그린 시트를 제작한다. 그린 시트는 폭 20cm로 캐스팅되며, 건조 온도는 약80℃이다.

단계 420에서 위에서 제조된 그린 시트들에 하나 이상의 홀과 내부 전극(117, 119)를 형성한다. 하나 이상의 홀과 내부 전극(117, 119)들의 형성은 그 순서가 서로 바뀌어도 상관없다. 하나 이상의 홀은 내부 전극(117, 119)을 관통하도록 배치되거나, 내부 전극(117, 119)을 관통하지 않도록 배치될 수 있다. 내부 전극(117, 119)의 재료로서 Ag 및 Pd를 함유하는 전극 페이스트를 스크린 인쇄법에 의해 상기 그린 시트에 도포한다.

또한 하나 이상의 관통홀(112)들은 중심 부위에 가장 사이즈가 큰 관통홀(112C)을 형성하고, 주변으로 갈수록 또는 중심에서 멀어질수록 사이즈가 작아지도록 배열할 수 있다. 또한 상술한 바와 같이 관통홀(112)들은 내면의 모서리 부위가 곡면으로 형성될 수 있다.

단계 430에서 그린 시트들을 적층하여 적층체(111)를 형성하는 단계를 수행한다. 상기 전극 페이스트가 도포되고 하나 이상의 홀이 형성된 그린 시트들을 적층하는 것이다. 내부 전극들은 적층체(111) 내에서 양극과 음극을 형성하게 되기 때문에 극성을 가진 압전소자를 구성할 수 있다. 또한, 하나 이상의 홀들은 상하로 연결되면서 적층체를 관통하는 형태가 된다.

계속해서 상기 관통홀(112)이 형성된 적층체(111)를 예를 들어 500℃, 1시간 대기 중에서 탈지하고 예를 들어 1100℃, 3시간 대기 중에서 소성한다(S440). 상술한 관통홀(112)들의 배열에 의해 크랙 없는 적층체(111)가 얻어질 수 있다.

다음에, 소결된 적층체(111)에 상부 전극(113) 또는 하부 전극(115)을 형성하는 단계(S450)를 수행한다. 적층체(111)의 길이 방향(x)의 양단면부를 컷팅하고, 내부 전극(117, 119)의 선단을 적층체(111)의 측면에 노출시켜서 적층체의 양측 주면에 상부 전극(113) 및 하부 전극(115)을 형성하기 위해 전극 재료로서 Ag와 유리를 함유하는 전극 페이스트를 압전소자(110)의 주면의 편측에 스크린 인쇄법에 의해 도포한다. 그 후에 길이 방향(x)의 양측면에 외부 전극 재료로서 Ag와 유리를 함유하는 전극 페이스트를 딥 코팅과 스크린 인쇄에 의해 도포하고 700℃, 10분 동안 대기 중에서 열처리하여 홀이 형성된 압전소자(110)를 중심으로 상부 전극(113) 및 하부 전극(115)이 형성된 구조를 얻는다. 또한, 상부 전극(113)의 표면 상에는 제1 리드 단자(114)를 형성하고, 하부 전극(115)의 표면 상에는 제2 리드 단자(116)를 형성한다. 따라서, 각각의 리드 단자들(114, 116)을 통해 상부 전극(113)과 하부 전극(115)은 외부 전원과 전기적으로 연결될 수 있다. 이러한 단계에 의해 적층체(111)는 압전소자(110)의 형태를 갖게 된다. 이어, 소성체에 압전성을 부여하기 위해 고전압으로 폴링한다.

이어, 접착층(130)을 이용하여 압전소자(110)를 진동판(150)에 부착하는 단계(S460)를 수행한다. 진동판(150)은 일예로써, 고무, 실리콘, 우레탄 등의 폴리머와 탄소나노튜브 및 그래핀 등의 나노구조물질을 합성한 재료로 이루어질 수 있다.

도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 압전 스피커와 타사의 압전 스피커의 성능 테스트 결과를 보여주는 도면이다. 도 8의 (a)는 본 발명의 압전 스피커를 나타내고, (b)는 K사의 압전 스피커에 대한 결과를 나타낸다. 두개의 측정값은 스피커 공인인증 스피커공부터 측정한 값이며, 동일한 계측기를 이용하여 5V의 입력전압으로 100Hz에서 10kHz까지 인가하면서 10cm 앞에서 마이크로폰으로 무향실에서 음압(SPL)과 THD를 측정한 값이다. 도 8에서 보듯이 본 발명에 따른 압전 스피커가 중저음 부분에서의 평균값(800, 1000, 1200, 1500Hz에서의 평균 음압이 10dB이상 높으며 THD도 낮은 것을 알 수 있다. 또한 100Hz~10kHz의 전체 평균 음압도 본발명에 의한 압전스피커가 90dB이나 K사의 경우 85dB로 본 발명에 의한 압전 스피커가 5dB 정도 우수하며, THD는 K사가 12dB인데 비하여 본발명의 THD가 5로 음왜곡현상도 현저히 낮은 것을 알 수 있다. 또한, 압전스피커의 단점으로 지적되는 저음영역도 본 발명의 경우 150Hz에서 89dB로 저주파수에서 높은 음압을 나타내는 반면 K사의 경우 최저 주파수는 430Hz에서 72dB로 본 발명에 의한 것보다 17dB정도 음압이 낮게 나오고 있어, 본 발명에 의한 압전 스피커가 기존의 압전 스피커의 단점인 중저음 영역에서의 음압 손실의 문제점을 해결할 수 있다는 것을 보여준다.

이상, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해서 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명하다 할 것이다.

10: 압전 스피커, 110: 압전 소자, 111: 적층체, 112, 112C: 관통홀, 113, 115, 117, 118: 전극, 130: 접착층, 150: 진동판

Claims

압전 스피커로서:
상면에서 하면 방향으로 형성된 복수의 관통홀을 가지는 적층체와, 상기 적층체에 형성된 전극들을 포함하는 압전소자;
상기 압전소자의 하면에 배치된 접착층; 및
상기 접착층에 의해 상기 압전소자에 부착되는 진동판을 포함하고,
상기 압전소자의 상기 복수의 관통홀은 상기 압전소자의 중심부에 대하여 대칭으로 배열된 것이며,
상기 복수의 관통홀은 상기 압전소자의 중심부에 가장 큰 크기의 관통홀이 배치되고, 중심부로부터 멀어질수록 상기 중심부에 배치된 관통홀보다 작은 크기의 관통홀들이 배치되되, 사이즈가 감소하도록 배열되는 것인 압전 스피커.
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청구항 1에 있어서,
상기 복수의 관통홀들 각각은 내면 모서리 부위가 곡면인 압전 스피커.
청구항 1에 있어서,
상기 전극들은 상기 압전소자의 상면, 하면, 및 적층체의 내부에 배치되는 것인 압전 스피커.
청구항 4에 있어서,
상기 복수의 관통홀은 상기 압전소자의 상면, 하면, 또는 상기 적층체의 내부에 배치된 전극을 관통하는 것인 압전 스피커.
압전 스피커의 제조 방법으로서:
복수의 관통홀이 형성되고, 상면, 하면, 또는 내부에 전극을 가지는 압전소자를 제조하는 단계; 및
접착층을 이용하여 상기 압전소자와 진동판을 부착하는 단계;를 포함하고,
상기 복수의 관통홀들은 상기 압전소자의 상기 상면에서 상기 하면 방향으로 형성되고, 상기 압전소자의 중심부에 대하여 대칭으로 배열되되, 상기 압전소자의 중심부에 가장 큰 크기의 관통홀이 형성되고, 중심부로부터 멀어질수록 상기 중심부에 배치된 관통홀보다 작은 크기의 관통홀들이 형성되되, 사이즈가 감소하도록 형성되는 것인 압전 스피커의 제조 방법.
청구항 6에 있어서, 상기 압전소자를 제조하는 단계는:
슬러리를 이용하여 그린시트를 제조하는 단계;
상기 그린시트에 복수의 관통홀을 형성하는 단계;
상기 그린시트를 적층하여 적층체를 형성하는 단계; 및
상기 적층체를 소결하는 단계;를 포함하는 것인 압전 스피커의 제조 방법.
압전 스피커의 제조 방법으로서:
압전세라믹 분말, 분산제, 용매, 유기바인더를 포함하는 슬러리를 이용하여 그린시트를 제조하는 단계;
상기 그린시트에 복수의 홀과 내부 전극을 형성하는 단계;
상기 그린시트를 적층한 적층체를 형성하는 단계;
상기 적층체를 소결하는 단계;
상기 적층체에 외부전극을 형성하는 단계; 및
상기 적층체에 고전압으로 폴링하는 단계;를 포함하고,
상기 적층체의 상기 복수의 홀은 각각 상하 방향으로 연결되어 상기 적층체를 관통하여 형성되고, 상기 적층체의 중심부에 대하여 대칭으로 배열되되, 상기 적층체의 중심부에 가장 큰 크기의 홀이 형성되고, 중심부로부터 멀어질수록 상기 중심부에 형성된 홀보다 작은 크기의 홀들이 형성되되, 사이즈가 감소하도록 형성되는 것인 압전 스피커의 제조 방법.
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청구항 8에 있어서,
상기 복수의 홀은 상기 내부 전극을 회피하여 배치되는 것인 압전 스피커의 제조 방법.
청구항 8에 있어서,
상기 복수의 홀에는 에폭시 또는 에폭시와 중공 글라스 볼의 혼합물이 채워진 것인 압전 스피커의 제조 방법.