CN101346015A

CN101346015A - 静电式电声换能器

Info

Publication number: CN101346015A
Application number: CNA2007101608349A
Authority: CN
Inventors: 姜达铭; 陈彦任; 郑龙正; 李宜臻
Original assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Current assignee: Mao Yu Science and Technology Co., Ltd.
Priority date: 2007-07-12
Filing date: 2007-12-18
Publication date: 2009-01-14
Anticipated expiration: 2027-12-18
Also published as: US20090016551A1; TW200904223A; TWI350707B; US8559660B2; CN101346015B

Abstract

本发明提供一种静电式电声装置，其包含一第一电极，用于接收一声音信号，一第二电极，用于接收该声音信号，一第一驻极体，其位于第一电极与第二电极之间，该第一驻极体包括至少一含有静电电荷的介电层，一第二驻极体，其位于第一电极与第二电极之间，该第二驻极体包括至少一含有静电电荷的介电层，以及一导电层，其夹在第一驻极体与第二驻极体之间，该导电层、该第一驻极体与第二驻极体能够基于该音频信号相对于第一电极与第二电极具有振动运动。

Description

静电式电声换能器

技术领域

本发明涉及一种声音装置，特别是涉及一种静电式电声换能器。

背景技术

随着对于小型、轻量及低轮廓的电子产品的需求与日俱增，许多产品，例如计算机、通信及消费者电子产品可使用微型特征尺寸来制造。小型化的电子产品或组件在多种应用中可提供弹性。例如，电声换能器可区分成动圈式及静电式换能器，如果可在尺寸上适当减小，即可将它们应用在相当大的装置中，例如扬声器，或是应用在相当小的装置中，像是微型扬声器或耳机。但是现有技术使用的电声换能器相对于其声音效能而言可能具有较大的尺寸。大体来讲，可在行动电话中作为微型扬声器的动圈式换能器的厚度大约为3毫米(mm)或3mm以上，其直径大约为12mm，其声压级(Sound Pressure Level)在距离10公分(cm)处测量得到大约为80dB(以下标示为80db/10cm)。再者，一动圈式扬声器的厚度大约为5cm或5cm以上，直径大约是12.5cm，其所需要的声压级为85dB/m。再者，静电式电声换能器为了要满足所需要的声压级85dB/1m，其大小可能是厚度至少约为2cm的两张A4尺寸的纸张。

一些现有的静电式换能器可包括两个硬电极板之间的一导电膜。在运作中，最高到数百伏特或更高的直流(DC，“Direct-current”)偏压可以施加到该导电膜。这些现有静电式换能器时常需要一功率放大器，其成本很高且体积很庞大。

发明内容

本发明的实施例提供一种静电式电声装置，其包含一第一电极，用于接收一音频信号，一第二电极，用于接收该音频信号，一第一驻极体，其位于第一电极与第二电极之间，该第一驻极体包括至少一含有静电电荷的介电层，一第二驻极体，其位于第一电极与第二电极之间，该第二驻极体包括至少一含有静电电荷的介电层，以及一导电层，其夹在第一驻极体与第二驻极体之间，该导电层、该第一驻极体与第二驻极体能够基于该音频信号具有相对于第一电极与第二电极的振动运动。

在一种实施例中，该静电式电声装置可为光学式地透明。在另一种实施例中，该静电式电声装置可具有软性。在另一种实施例中，该静电式电声装置可为光学式地透明且具有软性。

本发明的一些实施例亦可提供一静电式电声装置，其包含一第一电极、一第二电极、该第一电极与第二电极之间一驻极体组件，该驻极体组件包括一第一驻极体、一第二驻极体及夹在第一驻极体与第二驻极体之间的导电层，一第一间隔层位于该驻极体组件与该第一电极之间，及一第二间隔层，位于该驻极体组件与该第二电极之间，其中该驻极体组件基于施加于该第一电极与该第二电极之一的音频信号相对于该第一电极及该第二电极产生振动运动。

本发明的实施例另提供一种静电式电声装置，其包含一第一声音单元，用于做为一音频信号的第一频率部分的一第一声音频道，及一第二声音单元，用于做为该音频信号的第二频率部分的一第二声音频道，其中该第一声音单元与第二声音单元中每一个单元包含一第一电极、一第二电极、一第一驻极体，其位于该第一电极与第二电极之间，该第一驻极体包括至少一含有静电荷的介电层，一第二驻极体，其位于该第一电极与第二电极之间，该第二驻极体包括至少一含有静电荷的介电层，及一导电层，其夹在该第一驻极体与第二驻极体之间，该导电层、第一驻极体与第二驻极体基于该音频信号能够有相对于该第一电极与第二电极的振动运动。

虽然本发明已参照特定实施例性具体实施例加以说明，可明显看出在不背离本发明广义精神与范围之下可以对这些具体实施例进行多种修正及变化。因此，所述说明及图面应视为例示性而非限制性。

附图说明

当会同各附图阅览时，即可更佳了解本发明的摘要以及上文详细说明。为达到本发明的说明目的，各图式里图绘有优选的各具体实施例。然而应了解本发明并不限于所绘的精确排置方式及设备装置。

在各图式中：

图1A为根据本发明一实施例的静电式电声装置的示意图；

图1B为根据本发明另一实施例的静电式电声装置的示意图；

图1C与图1D为图1A中所示的静电式电声装置的运作的示意图；

图2A为根据本发明一实施例的静电式电声装置的一间隔层的俯视平面图；

图2B为根据本发明另一实施例的静电式电声装置的一间隔层的俯视平面图；

图3A为根据本发明另一实施例的静电式电声装置的示意性前透视图；

图3B为根据本发明另一实施例的静电式电声装置的俯视平面图；

图3C到3F为图3A所示的静电式电声装置的声音单元的俯视平面图；及

图4为根据本发明一实施例的静电式电声装置的频率响应的特性图。

主要组件符号说明

10静电式电声装置

10-1静电式电声装置

11第一电极

11-1孔

12第二电极

12-1孔

13-1第一间隔层

13-2第二间隔层

14支撑环

15驻极体组件

15-1第一驻极体

15-2第二驻极体

15-3导电膜

16驻极体组件

16-1第一驻极体

16-2第二驻极体

16-3第一导电膜

16-4第二导电膜

21间隔层

21-1外框单元

21-2支撑单元

21-3间隔

22间隔层

22-1外框单元

22-3间隔

30静电式电声装置

30-1静电式电声装置

31第一声音单元

31-1电极

32第二声音单元

32-1电极

33绝缘层/第一声音单元

34第二声音单元

40曲线

具体实施方式

现将详细参照于本发明具体实施例，其实施例图解于附图之中。尽其可能，所有图式中将依相同组件符号以代表相同或类似的部件。

图1A为根据本发明一实施例的静电式电声装置10的示意图。静电式电声装置10可包括但不限于一种电声换能器，其能够在一声音信号与一音频信号之间转换。请参照图1A，静电式电声装置10可包括一第一电极11、一第二电极12、一驻极体组件15，其位于第一电极11与第二电极12之间，一第一间隔层13-1，其位于第一电极11与驻极体组件15之间，及一第二间隔层13-2，其位于第二电极12与驻极体组件15之间。

第一电极11与第二电极12能够响应于一音频信号具有振动动作。第一电极11与第二电极12中每一电极可包括一导电金属板，及其上提供一电性导电层的一聚合板之一。在根据本发明的多个实施例中，第一电极11与第二电极12中每一电极基材可为光学式透明，并可包括自聚酰亚胺(PI；“polyimide”)、聚碳酸酯(PC；“polycarbonate”)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET；“polyethylene terephthalate”)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA；“polymethyl methacrylate”)、环烯烃共聚合物(COC；“cyclic olefin copolymer”)，及一适当光电材料中选出的一或多种材料。在其它实施例中，第一电极11与第二电极12中每一电极可为弹性，并可包括一导电金属膜或网、一导电纤维、及在其上提供一导电膜的聚合物基板之一者。该导电纤维，其形式可为一薄板、网或毡，其可包括但不限于一金属纤维、一碳纤维、一石墨纤维或一非导电纤维(例如涂覆金属、碳或石墨的玻璃纤维)中一或多者。该聚合基板可包括PI，PC，PET，PMMA及COC之一，而涂覆在该聚合基板上的导电膜可包括氧化铟锡(ITO；“Indium tin oxide”)及氧化铟锌(IZO；“Indium zinc oxide”)之一。

第一电极11与第二电极12中每一电极的厚度范围大约在10到3,000微米(μm)。第一电极11可包括一些孔11-1，做为声音信道。类似地，第二电极12可包括一些孔12-1，做为声音信道。在多种实施例中，孔11-1对第一电极11的面积比例的范围大约为5％到70％。形成洞11-1与12-1的方法可包括但不限于图案化及蚀刻制造方法，激光照射制造方法或一适当的机械制造方法。

驻极体组件15可包括一第一驻极体15-1、一第二驻极体15-2及一导电膜15-3，其位于第一驻极体15-1与第二驻极体15-2之间。一驻极体可为一介电质，其能够产生一永久外部电场，其来自分子偶极的永久顺序或来自稳定未补偿表面或空间电荷。在根据本发明的多种实施例中，第一驻极体15-1与第二驻极体15-2中每一驻极体可包括一或多个介电膜，其自聚四氟乙烯(PTFE；“polyterafluoroethyene”)、氟化乙烯丙烯(FEP；“fluorinated ethylene propylene”)、非晶形氟聚合物(AF；“amorphous fluorepolymer”)、COC及一含氟(F；“fluorine”)的透明聚合物一或多种所选出。该介电膜可为中央多孔或纳米多孔性，并可被“电化”(electrized)(例如通过电晕充电)以永久维持静电荷。特别是第一驻极体15-1与第二驻极体15-2可为利用空穴而正充电或是利用电子而负充电。导电膜15-3，其可夹在第一驻极体15-1与第二驻极体15-2之间，可包括但不限于一金属膜，例如铝膜及ITO或IZO膜。用于形成导电膜15-3的方法可包括蒸镀、溅镀及旋涂中的一种。在运作中，驻极体组件15在当来自该信号源的信号施加于电极11与12时，即相对于第一电极11与第二电极12移动。在多种实施例中的驻极体组件15的厚度范围大约是1到1,000μm，而导电膜15-3的厚度范围大约是0.01到3μm。

第一间隔层13-1与第二间隔层13-2可提供一预定距离以允许驻极体组件15在第一电极11与第二电极12之间移动。在一实施例中，第一间隔层13-1与第二间隔层13-2中每一层的厚度大约是2到1,000μm。间隔层13-1与13-2的适当材料可包括但不限于rubber(橡胶)，PI，PC，PE T，PMMA或COC。静电式电声装置10可进一步包括位于装置10的周围的支撑环14。支撑环14可紧接着间隔层13-1与13-2。在多种实施例中，支撑环14可包括与间隔层13-1与13-2实质上相同的材料。基于材料的选择，静电式电声装置10可呈现出透明、弹性的特性，或两者兼具。这些特性可利于该电声装置的外观设计及其组态，或与其它电子产品组装。

图1B为根据本发明另一实施例的静电式电声装置10-1的示意图。请参照图1B，静电式电声装置10-1可类似于参照图1A所述及所示的静电式电声装置10，除了一驻极体组件16取代了驻极体组件15。驻极体组件16可包括一第一驻极体16-1、一第二驻极体16-2、一第一导电膜16-3，其位于第一驻极体16-1与第二驻极体16-2之间，及位于第一导电膜16-3和第二驻极体16-2之间的第二导电膜16-4。相比于单一膜结构(包括导电膜15-3)，双重膜结构(薄膜16-3与16-4)有利于静电式电声装置10-1的制造。

图1C及1D为参照图1A所述及所示的静电式电声装置10的运作的示意图。请参照图1A及图1C，第一电极11与第二电极12可耦合于一信号源(未示出)，并由其接收一音频信号。该音频信号可包括例如型式为交流(AC；“alternating current”)信号的声波。请参照图1B，于该音频信号的第一个半循环期间，第一电极11可被正偏压，以驱使第一驻极体15-1、导电膜15-3与第二驻极体15-2朝向第二电极12。同时，第二电极15可被负偏压，以吸引第二驻极体15-2、导电膜15-3与第一驻极体15-1朝向第二电极12。因此，驻极体组件15可相对于第一电极11而朝向第二电极12移动。

请参照图1D，于第二半循环期间，第一电极11可被负偏压，其可吸引第一驻极体15-1、导电膜15-3与第二驻极体15-2朝向第一电极11。同时，第二电极12可被正偏压，其可驱使第二驻极体15-2、导电膜15-3与第一驻极体15-1朝向第一电极11。因此，驻极体组件15可相对于第二电极12而朝向第一电极11移动。在参照到图1C及图1D所述及所示的实施例中，其假设第一驻极体15-1与第二驻极体15-2为正充电。但是在多种实施例中，第一驻极体15-1与第二驻极体15-2可为负充电。在其它实施例中，第一驻极体15-1与第二驻极体15-2可利用不同的电性极性充电。

图2A为根据本发明一实施例的静电式电声装置的一间隔层21的俯视平面图。请参照图2A，间隔层21可包括例如由一图案化及蚀刻制造方法所形成的图案。特别是，间隔层21可包括一外框单元21-1与支撑单元21-2，其可用于支撑一电极，例如图1A所示的第一电极11。于外框单元21-1与支撑单元21-2之间定义的间隔21-3可做为声音信道。简言之，所述信道例示为简单几何形状。但是在其它实施例中，所述信道可具有多种形状、大小、几何图形等。

图2B为根据本发明另一实施例的静电式电声装置的一间隔层22的俯视平面图。请参照图2B，间隔层22可包括一外框单元21，其具有一栅格图案用于支撑一电极。定义成栅格图案的间隔22-3可做为声音信道。

图3A为根据本发明另一实施例的静电式电声装置30的示意性前视图。请参照图3A，静电式电声装置30可包括第一声音单元31与一第二声音单元32。第一声音单元31与第二声音单元32中每一单元在结构上类似于参照图1A所述及所示的静电式电声装置10或参照图1B所述及所示的静电式电声装置10-1。第一声音单元31与第二声音单元32可以并列，且通过一绝缘层33而彼此电气绝缘。在一实施例中，第一声音单元31的电极31-1与第二声音单元32的电极32-1可通过一分频器耦合于一信号源。第一声音单元31可作为一第一部分的第一声音信道，例如该声谱的低频部分，而第二声音单元32可做为一第二部分的第二声音信道，例如该声音频道的高频部分。本发明所属技术领域中熟悉本领域技术人员将可了解到根据本发明的静电式电声装置可以用于提供多重频道能力，其有利于仿真立体声效果。

图3B为根据本发明另一实施例的静电式电声装置30-1的俯视平面图。请参照图3B，静电式电声装置30-1可以类似于图3A所述及所示的静电式电声装置30，除了第一声音单元33与第二声音单元34可为一圆形而非一长方形外。再者，第一声音单元33的尺寸大于第二声音单元34。另外，第二声音单元34可以置于第一声音单元33之内。因为第一及第二声音单元33与34可由弹性材料制成，本发明所属技术领域中熟习此技艺者将可了解到第一及第二声音单元33与34中每一单元的型式可为圆形、椭圆形、三角形、长方形、多边形、不规则或任意形状，可由图3C到图3F中看出。

图4为根据本发明一实施例的静电式电声装置的频率响应的特性。请参照图4，静电式电声装置的频率响应可由一曲线40所表示。相比于现有技术使用的动态式换能器的特性曲线，曲线40相对地较为平顺，因为不会发生峰值或共振点。

熟悉本领域技术人员应了解可对上述各项具体实施例进行变化，而不致背离其广义的发明性概念。因此，应了解本发明并不限于本发明的特定具体实施例，而为涵盖归属如后载各请求项所定义的本发明精神及范围内的修饰。

Claims

1.一种静电式电声装置，其包含：

一第一电极，其配置成接收一音频信号；

一第二电极，其配置成接收该音频信号；

一第一驻极体，位于该第一电极与该第二电极之间，该第一驻极体包括至少一含有静电荷的介电层；

一第二驻极体，位于该第一电极与该第二电极之间，该第二驻极体包括至少一含有静电荷的介电层；及

一导电层，其夹在该第一驻极体与该第二驻极体之间，该导电层、该第一驻极体与该第二驻极体能够基于该音频信号相对于该第一电极与该第二电极进行振动运动。

2.根据权利要求1所述的装置，其中该第一电极与该第二电极中每一电极包括由自聚酰亚胺、聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚甲基丙烯酸甲酯及环烯烃共聚合物中至少一者所选出的材料。

3.根据权利要求1装置，其中该第一电极与该第二电极中每一电极包括一导电金属膜、一导电纤维及在其上提供一导电膜的一聚合基板中的一项。

4.根据权利要求3所述的装置，其中该导电纤维包括一金属纤维、一碳纤维、一石墨纤维、或一涂覆有金属、碳或石墨的玻璃纤维的至少一者。

5.根据权利要求3所述的装置，其中该聚合基板包括高分子材料聚酰亚胺，聚碳酸酯，聚对苯二甲酸乙二醇酯，聚甲基丙烯酸甲酯与环烯烃共聚合物之一者。

6.根据权利要求5所述的装置，其中涂覆在该聚合基板上的导电膜包括氧化铟锡与氧化铟锌中之一者。

7.根据权利要求1所述的装置，其中该第一驻极体与该第二驻极体中每一驻极体包括至少一介电层，该至少一介电层包括自聚四氟乙烯、氟化乙烯丙烯、非晶形氟聚合物、环烯烃共聚合物及一含氟的聚合物中至少一者所选出的一种材料。

8.根据权利要求1所述的装置，其中该导电层包括一铝膜、氧化铟锡膜及氧化铟锌膜中之一者。

9.根据权利要求1所述的装置，其中该导电层包括附着于该第一驻极体的一第一导电膜，及附着于该第二驻极体的一第二导电膜。

10.根据权利要求1所述的装置，进一步包含一第一间隔层，位于该第一电极与该第一驻极体之间，及一第二间隔层，位于该第二电极与该第二驻极体之间。

11.根据权利要求10所述的装置，其中该第一间隔层与该第二间隔层中每一间隔层包括高分子材料聚酰亚胺，聚碳酸酯，聚对苯二甲酸乙二醇酯，聚甲基丙烯酸甲酯，橡胶与环烯烃共聚合物中之一者。

12.一种静电式电声装置，其包含：

一第一电极；

一第二电极；

一驻极体组件，其位于该第一电极与该第二电极之间，该驻极体组件包括一第一驻极体、一第二驻极体，及一导电层，其夹在该第一驻极体与该第二驻极体之间；

一第一间隔层，其位于该驻极体组件与该第一电极之间；及

一第二间隔层，其位于该驻极体组件与该第二电极之间，

其中该驻极体组件能够基于施加于该第一电极与该第二电极的一音频信号相对于该第一电极及该第二电极具有振动运动。

13.根据权利要求12所述的装置，其中该第一电极与该第二电极中每一电极包括由自高分子材料聚酰亚胺、聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚甲基丙烯酸甲酯及环烯烃共聚合物中至少一种所选出的材料。

14.根据权利要求12所述的装置，其中该第一电极与该第二电极中每一电极包括一导电金属膜、一导电纤维，及在其上提供一导电膜的一聚合基板中的一者。

15.根据权利要求14所述的装置，其中该导电纤维包括一金属纤维、一碳纤维、一石墨纤维、或一涂覆有金属、碳或石墨的玻璃纤维中至少一者。

16.根据权利要求14所述的装置，其中该聚合基板包括高分子材料聚酰亚胺，聚碳酸酯，聚对苯二甲酸乙二醇酯，聚甲基丙烯酸甲酯及环烯烃共聚合物之一，而涂覆在该聚合基板上的导电膜包括氧化铟锡及氧化铟锌之一。

17.根据权利要求12所述的装置，其中该第一驻极体与该第二驻极体中每一驻极体包括至少一介电层，该至少一介电层包括自聚四氟乙烯、氟化乙烯丙烯、非晶形氟聚合物、环烯烃共聚合物及一含氟的聚合物中至少一者所选出的一种材料。

18.根据权利要求12所述的装置，其中该导电层包括一铝膜、氧化铟锡膜及氧化铟锌膜中之一者。

19.根据权利要求12所述的装置，其中该导电层包括附着于该第一驻极体的一第一导电膜，及附着于该第二驻极体的一第二导电膜。

20.根据权利要求12所述的装置，其中该第一间隔层与该第二间隔层中每一间隔层包括高分子材料聚酰亚胺，聚碳酸酯，聚对苯二甲酸乙二醇酯，聚甲基丙烯酸甲酯，橡胶与环烯烃共聚合物中之一者。

21.根据权利要求12所述的装置，其中该第一间隔层与该第二间隔层中每一间隔层包括一图案。

22.一种静电式电声装置，其包含：

一第一声音单元，其配置于做为一个音频信号的一个第一频率部分的一个第一声音频道；及

一第二声音单元，其配置于做为该音频信号的一个第二频率部分的一个第二声音频道，

其中该第一声音单元与该第二声音单元中每一单元包含：

一第一电极；

一第二电极；

23.根据权利要求22所述的装置，其中该第一电极与该第二电极中每一电极包括由自高分子材料聚酰亚胺、聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚甲基丙烯酸甲酯及环烯烃共聚合物中至少一者所选出的材料。

24.根据权利要求22所述的装置，其中该第一电极与该第二电极中每一电极包括一导电金属膜、一导电纤维，及在其上提供一导电膜之一聚合基板中的一者。

25.根据权利要求24所述的装置，其中该导电纤维包括一金属纤维、一碳纤维、一石墨纤维、或一涂覆有金属、碳或石墨的玻璃纤维中至少一者。

26.根据权利要求24所述的装置，其中该聚合基板包括高分子材料聚酰亚胺，聚碳酸酯，聚对苯二甲酸乙二醇酯，聚甲基丙烯酸甲酯及环烯烃共聚合物之一，而涂覆在该聚合基板上的导电膜包括氧化铟锡及氧化铟锌之一。

27.根据权利要求22所述的装置，其中该第一驻极体与该第二驻极体中每一驻极体包括至少一介电层，该至少一介电层包括自聚四氟乙烯、氟化乙烯丙烯、非晶形氟聚合物、环烯烃共聚合物及一含氟的聚合物中至少一者中选出的一种材料。

28.根据权利要求22所述的装置，其中该导电层包括一铝膜、氧化铟锡膜及氧化铟锌膜中之一者。

29.根据权利要求22所述的装置，其中该导电层包括附着于该第一驻极体的一第一导电膜，及附着于该第二驻极体的一第二导电膜。

30.根据权利要求22所述的装置，进一步包含一第一间隔层，位于该第一电极与该第一驻极体之间，及一第二间隔层，位于该第二电极与该第二驻极体之间。

31.根据权利要求30所述的装置，其中该第一间隔层与该第二间隔层中每一间隔层包括高分子材料聚酰亚胺，聚碳酸酯，聚对苯二甲酸乙二醇酯，聚甲基丙烯酸甲酯，橡胶与环烯烃共聚合物中之一者。

32.根据权利要求30所述的装置，其中该第一间隔层与该第二间隔层中每一间隔层包括一图案。

33.根据权利要求22所述的装置，其中该第一声音单元与该第二声音单元中每一单元包括圆形、椭圆形、三角形、长方形及多边形中之一。

34.根据权利要求22所述的装置，其中该第一声音单元与该第二声音单元彼此并列。

35.根据权利要求22所述的装置，其中该第一声音单元的尺寸大于该第二声音单元。