TWI491272B - 雙層駐極體電聲轉換裝置及具駐極體揚聲器的電子裝置 - Google Patents

Description

雙層駐極體電聲轉換裝置及具駐極體揚聲器的電子裝置

本發明係有關於駐極體電聲轉換裝置，特別有關於包含雙層駐極體的電聲轉換裝置及具駐極體揚聲器的電子裝置。

傳統揚聲器依其驅動方式，主要區分成動圈式揚聲器、壓電式揚聲器及靜電式揚聲器。動圈式揚聲器主要利用磁場、電流以及力三者成直角相交之相互作用，控制振動膜之活塞式地反覆運動，因體積無法縮小，遂使其無法符合未來3C產品對於輕薄化之需求。

壓電式揚聲器利用壓電效應，當一電場施加於壓電材料時，會使壓電材料變形，進而推動振膜發聲，然而壓電材料所需之共振頻率較高且可利用之頻寬不足，因此可應用的領域係受限制。

靜電式揚聲器之原理為將二個具開孔的電極板中間挾持一導電振膜以形成一種類似電容器的結構，藉由供給導電振膜直流偏壓，並分別供給二個電極板同步正反相交流電壓，並透過正負電荷所產生之靜電力，帶動該導電振膜並將聲音幅射出去。靜電式揚聲器所使用的導電振膜極為輕薄，具有暫態反應快、解析度高、失真低且不受電磁影響等優點。

駐極體電聲轉換裝置一般可應用於靜電式揚聲器。利用駐極體振膜件於充電後，可長時間保有較高之正及負或同為正或同為負偏壓，且音訊擴大機僅需輸出較小的交流音訊功率即可達到高品質的音場效果。因此，駐極體電聲轉換裝置不僅符合未來市場輕薄化、高音質之需求，更具有省電及節省成本之優點。

有鑑於此，本發明各實施例目的之一在於提供一種符合輕薄化、高音質之需求的含雙層駐極體的電聲轉換裝置。

根據本發明之一實施例，提供一種雙層駐極體電聲轉換裝置，包括：第一電極，形成於具複數個孔洞之第一絕緣板上；雙層駐極體振膜，與該第一電極對向設置，其中該雙層駐極體振膜之間夾置一鋁鍍層，形成疊層結構；第一隔離結構，設置於該第一電極與該雙層駐極體振膜之間；第二電極，形成於具複數個孔洞之第二絕緣板上，與該雙層駐極體振膜對向設置；第二隔離結構，設置於該雙層駐極體振膜與該第二電極之間；以及其中於操作時，施於該第一電極與該第二電極之間的交流偏壓提供驅動該駐極體振膜振動的電場。

根據本發明另一實施例，提供一種雙層駐極體電聲轉換裝置，包括：第一電極，形成於具複數個孔洞之第一絕緣板上；雙層駐極體振膜，與該第一電極對向設置，其中該雙層駐極體振膜之間夾置一鋁鍍層，形成疊層結構；第一保護膜設置於該雙層駐極體振膜上，以防止該雙層駐極體振膜表面所駐留之電荷流失；第一隔離結構，設置於該第一電極與該雙層駐極體振膜之間；第二電極，形成於具複數個孔洞之第二絕緣板上，與該雙層駐極體振膜對向設置；第二保護膜設置於該第一及第二電極上，以防止與該駐極體振膜接觸時，該駐極體振膜表面所駐留之電荷流失；第二隔離結構，設置於該雙層駐極體振膜與該第二電極之間；以及調整件，設置於該第一及第二電極上，以輔助該雙層駐極體振膜振動；其中於操作時，施於該第一電極與該第二電極之間的交流偏壓提供驅動該駐極體振膜振動的電場。

根據本發明另一實施例，提供一種具駐極體揚聲器的電子裝置，包括：先前實施例所述雙層駐極體電聲轉換裝置；控制裝置，接受輸入裝置傳入的訊號並轉換成驅動訊號；以及驅動電源，依據該驅動訊號施加交流偏壓於該第一電極與該第二電極之間，以提供驅動該駐極體振膜振動的電場。

為使本發明能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：

以下以各實施例詳細說明並伴隨著圖式說明之範例，做為本發明之參考依據。在圖式或說明書描述中，相似或相同之部分皆使用相同之圖號。且在圖式中，實施例之形狀或是厚度可擴大，並以簡化或是方便標示。再者，圖式中各元件之部分將以分別描述說明之，值得注意的是，圖中未繪示或描述之元件，為所屬技術領域中具有通常知識者所知的形式，另外，特定之實施例僅為揭示本發明使用之特定方式，其並非用以限定本發明。

圖1顯示傳統駐極體電聲轉換裝置的剖面結構示意圖。請參閱圖1，傳統駐極體電聲轉換裝置100包括一駐極體振膜120、兩個電極板110、130分別設置駐極體振膜120相對應之二側、絕緣間隔結構140、145分別設置於駐極體振膜120與電極板110之間及駐極體振膜120與電極板130之間。當電極板110、130於分別接收交流電源150(例如音訊擴大機)所輸出之同相或反相交流音訊電壓後，駐極體振膜120因靜電力作用而產生推-拉(push-pull)效應。

電極板110、130通常為包含多個孔洞或聲孔(未繪示)的金屬板或金屬網。電極板110、130與駐極體振膜120之間有足夠的空間供駐極體振膜120振動推動周遭空氣而透過電極板110、130之孔洞或聲孔發出聲音。

駐極體振膜120係由駐極體材料製成，於充電後，於表面長時間保有較高之偏壓。具體而言，駐極體材料係指介電材料(dielectric material)經過電化(electrized)處理後能長時間保有靜電荷(static charges)。

圖2顯示根據本發明之一實施例的雙層駐極體電聲轉換裝置的剖面結構示意圖。請參閱圖2，雙層駐極體電聲轉換裝置200包括第一電極結構210，具有第一電極214形成於具複數個孔洞(未繪示)之第一絕緣板212上。雙層駐極體振膜含兩層駐極體振膜222、226分別與第一電極對向設置，於該雙層駐極體振膜之間夾置一金屬鍍層224，如鋁鍍層，形成疊層駐極體振膜結構220。第一電極214設置於第一絕緣板212與駐極體振膜之間。第一隔離結構240設置於該第一電極與該雙層駐極體振膜之間，提供足夠的空間供駐極體振膜結構220振動推動周遭空氣而透過第一電極結構210之孔洞或聲孔發出聲音。具有第二電極234設置於第二絕緣板232與駐極體振膜之間。第二電極結構230具有第二電極234形成於具複數個孔洞之第二絕緣板232上，與該雙層駐極體振膜對向設置。第二隔離結構245設置於該雙層駐極體振膜與該第二電極之間，提供足夠的空間供駐極體振膜結構220振動推動周遭空氣而透過第二電極結構230之孔洞或聲孔發出聲音。於操作時，交流電源250(例如音訊擴大機)所輸出之同相或反相交流音訊電壓，施於第一電極214與第二電極234之間的交流偏壓提供驅動該駐極體振膜振動的電場。

根據本發明實施例，所述第一與第二絕緣板212、232為硬質或剛性的高分子基板，例如，所述第一與第二絕緣板212、232較佳者為印刷電路板。

構成駐極體振膜結構220的駐極體材料可為含氟的高分子材料，因氟具有最強陰電性。故，將駐極體振膜結構220充電後可將電荷圈附。再者，可替選地在駐極體振膜結構220上形成複數個奈微米孔洞，以大幅地增加駐極體振膜結構220之表面積。所述駐極體材料較佳者為含氟有機高分子材料或含氟有機無機聚合物。所述含氟的高分子材料包括膨體聚四氟乙烯(ePTFE)、有側鏈的聚四氟乙烯(perfluoroalkoxy，簡稱PFA)、氟化乙烯丙烯(FEP)、乙烯-四氟乙烯聚合物(ETFE)、及乙烯-三氟乙烯(ECTFE)共聚物。[note: delete the deleted sentence. Reason is that we don’t want to cite patents owned by another party.]

第一隔離結構240的目的係用以將駐極體振膜結構220與第一電極結構210隔開並產生電性絕緣效果。第一隔離結構240可選擇以環氧樹脂等接著材料貼附於駐極體振膜結構220上分隔成多個區域。於固定後，使得所述駐極體振膜結構220保有一定張力。

圖3顯示根據本發明另一實施例的單層駐極體電聲轉換裝置的剖面結構示意圖。請參閱圖3，雙層駐極體電聲轉換裝置300包括第一電極結構310，具有第一電極314形成於具複數個孔洞(未繪示)之第一絕緣板312上。雙層駐極體振膜322、326與第一電極對向設置，其中該雙層駐極體振膜之間夾置一金屬鍍層324，如鋁鍍層，形成疊層駐極體振膜結構320。保護膜321、327分別設置於雙層駐極體振膜的兩側表面，以防止該雙層駐極體振膜表面所駐留之電荷流失。保護膜321、327的材質可為綠漆、瀝青漆或含氟高分子鍍層。第一隔離結構340設置於該第一電極與該雙層駐極體振膜之間，提供足夠的空間供駐極體振膜結構320振動推動周遭空氣而透過第一電極結構310之孔洞或聲孔發出聲音。第二電極結構330具有第二電極334形成於具複數個孔洞之第二絕緣板332上，與該雙層駐極體振膜對向設置。保護膜316、336分別設置於第一電極314及第二電極334上，以防止與駐極體振膜接觸時，造成駐極體振膜表面所駐留之電荷流失。保護膜316、336的材質可為綠漆、瀝青漆或含氟高分子鍍層，能有效地避免第一電極310表面發生尖端放電。第二隔離結構345設置於該雙層駐極體振膜與該第二電極之間，提供足夠的空間供駐極體振膜駐極體振膜320振動推動周遭空氣而透過第二電極結構330之孔洞或聲孔發出聲音。

於操作時，交流電源350(例如音訊擴大機)所輸出之同相或反相交流音訊電壓，施於第一電極314與第二電極334之間的交流偏壓提供驅動該駐極體振膜振動的電場。

圖4A顯示根據本發明另一實施例的雙層駐極體電聲轉換裝置的剖面結構示意圖。請參閱圖4A，雙層駐極體電聲轉換裝置400a包括第一電極結構410，具有第一電極414形成於具複數個孔洞(未繪示)之第一絕緣板412上。雙層駐極體振膜422、426與第一電極對向設置，其中該雙層駐極體振膜之間夾置一金屬鍍層424，如鋁鍍層，形成疊層駐極體振膜結構420。第一隔離結構440設置於該第一電極與該雙層駐極體振膜之間，提供足夠的空間供駐極體振膜結構420振動推動周遭空氣而透過第一電極結構410之孔洞或聲孔發出聲音。第二電極結構430具有第二電極434形成於具複數個孔洞之第二絕緣板432上，與該雙層駐極體振膜對向設置。保護膜416、436分別設置於第一電極414及第二電極434上，以防止與駐極體振膜接觸時，造成駐極體振膜表面所駐留之電荷流失。保護膜416、436可為絕緣漆、綠漆、瀝青漆或含氟高分子鍍層。第二隔離結構445設置於該雙層駐極體振膜與該第二電極之間，提供足夠的空間供駐極體振膜結構420振動推動周遭空氣而透過第二電極結構430之孔洞或聲孔發出聲音。調整件460分別設置於第一電極414及第二電極434上，或兩個電極上皆設置此調整件，以輔助該雙層駐極體振膜振動。本實施例所述調整件之主要目的在於輔助調整駐極體振膜的振動幅度及角度，避免駐極體振膜振動碰觸電極而產生雜訊。於另一實施例中，於每個由隔離結構所定義的駐極體電聲轉換裝置單元中，可包含多個調整件460’(如第4B圖所示)，使得駐極體振膜振動的角度及幅度達到最佳的效果。調整件的數目及高度可視實際產品應用而調整，然而仍以不碰觸駐極體振膜為限。

於操作時，交流電源450(例如音訊擴大機)所輸出之同相或反相交流音訊電壓，施於第一電極414與第二電極434之間的交流偏壓提供驅動該駐極體振膜振動的電場。

應注意的是，除上述實施例之外，尚有其他的材料、構件及結構，適合用構成本發明之雙層駐極體電聲轉換裝置，應為本發明技術領域中具通常知識者所能輕易取代或置換，仍應繫屬本發明之範疇。然為求簡明之故，在此略去其詳細的描述。

本發明上述實施例的雙層駐極體電聲轉換裝置的優點在於將電極設置在平坦的且具有複數個孔洞之絕緣板上。相較於使用金屬網電極，在增加驅動電壓的情況下不致造成尖端放電，因而顯著提升駐極體電聲轉換裝置的聲音壓力位準(sound pressure level，SPL)耐受的效能。因此可有效地降低雜訊並提聲音響品質，使其具有暫態反應快、解析度高、失真低且不受電磁影響等特點。

應瞭解的是，本發明實施例另提供具駐極體揚聲器的電子裝置，針對應用產品進行系統界面技術開發，廣泛應用於電子產品之電聲元件，範圍含括通訊、資訊、消費型電子及其他領域的電聲產品市場。

圖5顯示根據本發明另一實施例的具駐極體揚聲器的電子裝置的方塊示意圖。所述具駐極體揚聲器的電子裝置500包括如先前實施利所述的雙層駐極體電聲轉換裝置200、300或400，控制裝置510接受輸入裝置傳入的訊號並轉換成驅動訊號，及驅動電源520，依據該驅動訊號施加交流偏壓於駐極體電聲轉換裝置200、300或400的第一電極與第二電極之間，以提供驅動該駐極體振膜振動的電場。所述電子裝置500的優選範例包括平板電腦、筆記型電腦、電子書、電子相框、及用於上述裝置的包套。

本發明雖以各種實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明的範圍，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發之精神和範圍內，當可做些許的更動與潤飾。本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100．．．傳統駐極體電聲轉換裝置

110、130．．．電極板

120．．．駐極體振膜

140、145．．．絕緣間隔結構

150．．．交流電源

200、300、400a、400b．．．雙層駐極體電聲轉換裝置

210、310、410．．．第一電極結構

212、312、412．．．第一絕緣板

214、314、414．．．第一電極

220、320、420．．．疊層駐極體振膜結構

222、322、422．．．駐極體

224、324、424．．．金屬鍍層

226、326、426．．．駐極體

230、330、430．．．第二電極結構

262、332、432．．．第二絕緣板

234、334、434．．．第二電極

240、340、440．．．第一間隔離結構

245、345、445．．．第二間隔離結構

250、350、450．．．交流電源

316、336．．．第一保護膜

321、327．．．第二保護膜

416、436．．．保護膜

460、460’．．．調整件

500．．．具駐極體揚聲器的電子裝置

510．．．控制裝置

520．．．驅動電源

圖1顯示傳統駐極體電聲轉換裝置的剖面結構示意圖。

圖2顯示根據本發明之一實施例的雙層駐極體電聲轉換裝置的剖面結構示意圖。

圖3顯示根據本發明另一實施例的雙層駐極體電聲轉換裝置的剖面結構示意圖。

圖4A和4B顯示根據本發明另一實施例的雙層駐極體電聲轉換裝置的剖面結構示意圖。

圖5顯示根據本發明另一實施例的具駐極體揚聲器的電子裝置的方塊示意圖。

300．．．雙層駐極體電聲轉換裝置

310．．．第一電極結構

312．．．第一絕緣板

314．．．第一電極

316、336．．．第一保護膜

320．．．疊層駐極體振膜結構

321、327．．．第二保護膜

322．．．駐極體

324．．．金屬鍍層

326．．．駐極體

330．．．第二電極結構

332．．．第二絕緣板

334．．．第二電極

340．．．第一間隔離結構

345．．．第二間隔離結構

350．．．交流電源

Claims (17)

1. 一種雙層駐極體電聲轉換裝置，包括：第一電極，形成於具複數個孔洞之第一絕緣板上；雙層駐極體振膜，與該第一電極對向設置，其中該雙層駐極體振膜之間夾置一金屬鍍層，形成疊層駐極體振膜結構；保護膜，設置於該雙層駐極體振膜上，以防止該雙層駐極體振膜表面所駐留之電荷流失；第一隔離結構，設置於該第一電極與該雙層駐極體振膜之間；第二電極，形成於具複數個孔洞之第二絕緣板上，與該雙層駐極體振膜對向設置；第二隔離結構，設置於該雙層駐極體振膜與該第二電極之間；以及其中於操作時，施於該第一電極與該第二電極之間的交流偏壓提供驅動該駐極體振膜振動的電場。
2. 如申請專利範圍第1項所述的雙層駐極體電聲轉換裝置，其中該第一與第二絕緣板為硬質或剛性的高分子基板。
3. 如申請專利範圍第1項所述的雙層駐極體電聲轉換裝置，其中該第一與第二絕緣板為印刷電路板。
4. 如申請專利範圍第1項所述的雙層駐極體電聲轉換裝置，其中該雙層駐極體振膜包括含氟系高分子材料(fluorine containing polymers)。
5. 如申請專利範圍第4項所述的雙層駐極體電聲轉換裝置，其中該含氟的高分子材料包括膨體聚四氟乙烯(ePTFE)、有側鏈的聚四氟乙烯(PFA)、氟化乙烯丙烯(FEP)、乙烯-四氟乙烯聚合物(ETFE)、及乙烯-三氟乙烯(ECTFE)共聚物。
6. 如申請專利範圍第1項所述的雙層駐極體電聲轉換裝置，其中該保護膜包括綠漆、瀝青漆或含氟高分子鍍層。
7. 如申請專利範圍第1項所述的雙層駐極體電聲轉換裝置，更包括保護膜設置於該第一及第二電極上，以防止與該駐極體振膜接觸時，該駐極體振膜表面所駐留之電荷流失。
8. 如申請專利範圍第1項所述的雙層駐極體電聲轉換裝置，更包括調整件設置於該第一或第二電極上，以輔助該雙層駐極體振膜振動。
9. 一種雙層駐極體電聲轉換裝置，包括：第一電極，形成於具複數個孔洞之第一絕緣板上；雙層駐極體振膜，與該第一電極對向設置，其中該雙層駐極體振膜之間夾置一鋁鍍層，形成疊層駐極體振膜結構；第一保護膜設置於該雙層駐極體振膜上，以防止該雙層駐極體振膜表面所駐留之電荷流失；第一隔離結構，設置於該第一電極與該雙層駐極體振膜之間； 第二電極，形成於具複數個孔洞之第二絕緣板上，與該雙層駐極體振膜對向設置；第二隔離結構，設置於該雙層駐極體振膜與該第二電極之間；以及至少一調整件，設置於該第一及第二電極上，以輔助該雙層駐極體振膜振動；其中於操作時，施於該第一電極與該第二電極之間的交流偏壓提供驅動該駐極體振膜振動的電場。
10. 如申請專利範圍第9項所述的雙層駐極體電聲轉換裝置，其中該第一與第二電極為硬質或剛性的高分子基板。
11. 如申請專利範圍第9項所述的雙層駐極體電聲轉換裝置，其中該第一與第二絕緣板為印刷電路板。
12. 如申請專利範圍第9項所述的雙層駐極體電聲轉換裝置，其中該雙層駐極體振膜包括含氟系高分子材料(fluorine containing polymers)。
13. 如申請專利範圍第12項所述的雙層駐極體電聲轉換裝置，其中該含氟的高分子材料包括膨體聚四氟乙烯(ePTFE)、有側鏈的聚四氟乙烯(PFA)、氟化乙烯丙烯(FEP)、乙烯-四氟乙烯聚合物(ETFE)、及乙烯-三氟乙烯(ECTFE)共聚物。
14. 如申請專利範圍第9項所述的雙層駐極體電聲轉換裝置，其中該第一及第二保護膜包括綠漆、瀝青漆或 含氟高分子鍍層。
15. 一種具駐極體揚聲器的電子裝置，包括：如申請專利範圍第1或9項所述的雙層駐極體電聲轉換裝置；控制裝置，接受輸入裝置傳入的訊號並轉換成驅動訊號；以及驅動電源，依據該驅動訊號施加交流偏壓於該第一電極與該第二電極之間，以提供驅動該駐極體振膜振動的電場。
16. 如申請專利範圍第15項所述的具駐極體揚聲器的電子裝置，該電子裝置包括平板電腦、筆記型電腦、電子書、電子相框、及用於上述裝置的包套。
17. 如申請專利範圍第9項所述的雙層駐極體電聲轉換裝置，更包括第二保護膜設置於該第一及第二電極上，以防止與該駐極體振膜接觸時，該駐極體振膜表面所駐留之電荷流失。