CN101646118B - 可挠式致动器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可挠式致动器，包括一振动板以及至少一第一外壳，其具有至少一第一可弯曲组件耦合至该第一外壳。该振动板可包括一导电层与一第一驻极体层于该导电层的一第一表面上。该振动板被设置为可弯曲。该第一外壳具有一第一电极层为该第一外壳的一部分。该第一外壳位于该第一驻极体层上，而该第一电极层与该第一驻极体层分离。该第一电极层与一音频信号输入的一第一端耦合。该振动板可由该音频信号输入提供的音频信号与该第一外壳反应而产生声波。

Description

可挠式致动器

技术领域

本发明是关于一种致动器，且特别是关于一种可挠式致动器与其制造方法。

背景技术

在近几年，电子产品持续发展。这些发展已提供了轻、薄、可携及/或小的组件的设计概念。就这一点而言，已在许多应用中使用越来越多的可挠式电子技术，例如可挠式有机发光二极管(flexible OLED)、可挠式液晶显示器(flexible LCD)、可挠式电路板(flexible circuit)与可挠式太阳电池(flexible solarcell)。对于可挠式电子的应用，例如可挠式扬声器(flexible speaker)，可自其薄型结构、减轻的重量及/或低制造成本获得益处。

通过将来自音频放大器(audio amplifier)的电子信号转换成机械运动(mechanical motion)，扬声器可产生声音。目前动圈式扬声器(moving coilspeaker)被广泛使用，其可自一圆锥体振膜的前与后移动产生声音，而圆锥体振膜贴附于一线圈线路悬吊于一磁场中或可动地与一磁场耦合。电流流经线圈可诱导变动磁场(varying magnetic field)环绕线圈。两个磁场的相互作用产生线圈的相对移动，因此使圆锥体往后或往前移动。而此造成压缩空气或使空气减压，且因此产生声波。由于结构性限制，较少将动圈式扬声器作为可挠式或做成薄型结构。

一静电扬声器依照库伦定律(coulomb′s law)，同时具有相异或同性的电位的两个导体可产推或挽力(push or pull force)。交变的推挽静电力可导致振动板(diaphragm)的振动，因而产生声音。一静电扬声器一般包括两个多孔电极与一振动板介于电极之间以形成一串联的电容(series of capacitors)。介电材料可将电极与振动板隔开以提供振动板振动的空间。薄型结构与轻量的振动板使静电扬声器的瞬时反应(transition response)、于高频的延伸性(e xpansion capability)、声音流畅度(smoothness of sound)、声音逼真度(acoustic fidelity)与低失真度(distortion)，优于其它形式的扬声器，例如电动(dynamic)、动圈或压电(piezoelectric)扬声器。

由于结构简单，静电扬声器可被制造成多种尺寸以适应日增的对于小且薄的电子装置的需要。然而一些静电扬声器需要一直流对直流电源转换器(DC-DC converter)以提供高压至扬声器。考虑到直流对直流电源转换器的尺寸、成本与电源消耗，已发展一些驻极体材料来减少或避免直流对直流电源转换器的需要。

图1显示一驻极体扬声器，其可包括多孔电极110a与110b，电极110a与110b具有一些孔洞112a与112b于至少具有30％开孔率的各电极上。电极110a与110b可由金属或覆盖导电层的塑料材料形成。可提供孔洞112a与112b以允许声波经过。驻极体扬声器可还包括一振动板120，其可包括一导电层122，其被夹于驻极体层124a与124b之间。驻极体层124a与124b可贮存正电位或负电位。通过支持构件130a与130b可维持电极110a与110b及振动板120在适当的地方。组件140a、140b、142a与142b可使用绝缘材料来制成，且其可用来将振动板120与电极板110a与110b分开以形成为了振动板120的振动的腔室150a与150b。

在图1的驻极体扬声器的操作中，各信号源160a与160b经由导线162a与162b可输出一相等且相对的交替信号至电极110a与110b。此信号可导致在电极110a与110b及驻极体层124a与124b间发展一时变电场(time-varyingelectric field)，而此产生一推挽力。推挽力可导致振动板120振动，所产生的声波可经过孔洞112a与112b。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种可挠式致动器。

本发明一实施例提供一可挠式致动器，其可包括一振动板以及至少一第一外壳其具有至少一第一可弯曲组件耦合至该第一外壳。该振动板可包括一导电层与一第一驻极体层于该导电层的一第一表面上。该振动板被设置为可弯曲。该第一外壳具有一第一电极层为该第一外壳的一部分。该第一外壳位于该第一驻极体层上，而该第一电极层与该第一驻极体层分离。该第一电极层与一音频信号输入的一第一端耦合。该振动板可由该音频信号输入提供的音频信号与该第一外壳反应而产生声波。

在本发明另一实施例中，一种可挠式致动器，其可包括一振动板以及至少一第一外壳具有至少一第一可弯曲组件耦合至该第一外壳。该振动板可包括一导电层。该振动板被设置为可弯曲。该第一外壳具有一第一电极层与一第一驻极体为该第一外壳的部分。该第一电极层与一音频信号输入的一第一端耦合。该振动板可由该音频信号输入提供的音频信号与该第一外壳反应而产生声波。

通过本发明的可挠式致动器，可将音频信号输入提供的音频信号与该可挠式致动器的外壳反应而产生声波。

为了让本发明能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附附图，作详细说明如下：

附图说明

图1显示先前技术的一驻极体扬声器的剖面图；

图2显示本发明一实施例的可挠式驻极体致动器的剖面图；

图3显示本发明一实施例的可挠式驻极体致动器的部分的细部剖面图；

图4显示本发明一实施例的可挠式驻极体致动器的部分的细部剖面图；

图5显示本发明一实施例的可挠式驻极体致动器的剖面图；

图6显示本发明一实施例的可挠式驻极体致动器的剖面图；

图7显示本发明一实施例的可挠式驻极体致动器的剖面图；

图8显示本发明一实施例的可挠式驻极体致动器的上视图；

图9显示本发明一实施例的可挠式驻极体致动器的侧面图。

【主要组件符号说明】

110a、110b～多孔电极

110a、110b～电极

112a、112b～孔洞

120～振动板

122～导电层

124a、124b～驻极体层

130a、130b～支持构件

140a、140b、142a、142b～组件

150a、150b～腔室

160a、160b～信号源

162a、162b～导线

200、500、700～可挠式驻极体致动器

210a、510a～第一外壳

210b、510b～第二外壳

211a、511a～第一可弯曲组件

211b、511b～第二可弯曲组件

212、212a、212b、512a、512b、712a、712b～音孔(孔洞)

214a～第一可挠层

214b～第二可挠层

216a～第一电极

216b～第二电极

C～第一外壳上部的厚度

D～第一外壳侧部的厚度

B～第一可弯曲组件的宽度

A～第一可弯曲组件的厚度

220～驻极体振动板

222～导电层

224a、224b、524a、524b、724a、724b～驻极体层

250a～第一腔室

250b～第二腔室

E～腔室的宽度

F～腔室的高度

260a、260b、560a、560b、760～信号源

262a、262b、562a、562b、762～导线

270、570、770～粘着组件

514a～可挠层

516a、516b、716a、716b～电极

520、720～振动板

780a、780b～接地

具体实施方式

图2显示本发明一实施例的可挠式驻极体致动器。参见图2，可挠式驻极体致动器200可包括一第一外壳210a、一第一可弯曲组件211a、一第二外壳210b、一第二可弯曲组件211b与一驻极体振动板220。第一外壳210a与第一可弯曲组件211a可包括一第一可挠层214a与一第一电极216a。第二外壳210b与第二可弯曲组件211b可包括一第二可挠层214b与一第二电极216b。可挠层214a与214b可由具可塑性的材料或混合纤维所制成。在一实施例中，可挠层214a与214b可由金属网板、复合纤维或塑料板来制成。可挠层214a与214b的厚度可为约20-10000μm。可挠层214a与214b可通过至少一种工艺来形成，工艺包括，但不限于射出成型(injection molding)、模压(pressing)、锻造(forging)、塑料热成型(plastic thermoforming)、机械制造与连续式卷绕工艺(roll-to-roll)。第一电极216a与第二电极216b可由导电材料，例如金、银、铝、铜、铬、铂、氧化铟锡(indium tin oxide，ITO)、银膏、碳膏或其它导电材料或一些上述的组合所形成。各第一电极216a与第二电极216b的厚度可为约0.01-100μm。通过例如喷洒涂布、旋转涂布、浸渍涂布、溅镀、蒸镀、电镀或网版印刷(screenprinting)工艺可将第一电极216a与第二电极216b覆盖于第一可挠层214a与第二可挠层214b上。在一些例子中，第一可挠层214a与第二可挠层214b可由金属网或薄金属板形成以替代第一电极216a与第二电极216b。

图3显示第一外壳210a与第一可弯曲组件211a的细部。需注意的是第二外壳210b与一第二可弯曲组件211b可具有如下所述的对应结构。各第一外壳210a可具有一厚度为C的上部、厚度为D的侧部与一些音孔212a位于上部之上。各第一外壳210a的上部与侧部可提供一腔室250a，其具有宽度E与高度F。各宽度为B的第一可弯曲组件211a可具有一厚度A。第一可弯曲组件211a可由调整厚度A达成可挠曲的特性，而第一外壳210a的上部C与侧部D可由调整厚度达成结构的刚性。如此，当可挠式驻极体致动器200被弯曲时，通过上部与侧部定义的腔室250a的长度F会维持相同。换句话说，第一外壳210a为实质上坚硬的，以当可挠式致动器被弯曲时，各第一、二外壳与驻极体振动板220间的高度F是不变的。图4显示驻极体振动板220可包括一导电层222、一第一驻极体层224a与一第二驻极体层224b。导电层222可由金、银、铝、铜、铬、铂、氧化铟锡、银膏、碳膏或其它导电材料或一些上述的组合所形成。通过例如喷洒涂布、旋转涂布、浸渍涂布、溅镀、蒸镀、电镀或网版印刷(screenprinting)工艺可将导电层222覆盖于驻极体层224b上。在一实施例中，第一驻极体层224a与第二驻极体层224b可由下列材料的至少之一所制成：氟化乙丙烯(fluorinated ethylene propylene，FEP)、聚四氟乙烯(poly-tetrafluoroethylene，PTFE)、环烯烃共聚合物(cyclic olefin copolymer，COC)、聚氯三氟乙烯(polychlorotrifluoroethylene，PCTFE)、聚(乙烯-四氟乙烯)(poly(ethylenetetrafluoroethylene，ETFT))、铁氟龙AF(Teflon AF)、聚酰亚胺(polyimide，PI)、聚醚酰亚胺(polyetherimide，PEI)、聚苯乙烯(polystyrene，PS)、聚碳酸酯树脂(polycarbonate，PC)、聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate，PMMA)、聚氯乙烯(polyvinyl chloride，PVC)与全氟烷氧基树脂(Perfluoro(alkoxy alkane)，PFA)。驻极体层224a与224b可贮存正电位或负电位。通过电晕充电(coronacharge)，驻极体层224a与224b可稳定的储存电荷。通过一般工艺可制造振动板220的驻极体-金属-驻极体结构。在一实施例中，利用真空热压合、超音波模压、机械压合或连续式卷绕工艺可将驻极体层224a形成于导电层222与驻极体层224b之上以形成驻极体-金属-驻极体结构。

通过工艺，例如卷绕模压工艺(roll-to-roll pressing process)或大面积压合工艺(large-area imprinting process)可将驻极体振动板220置于第一外壳210a与第二外壳210b之间。就这一点而言，可将振动板220固定至第一可弯曲组件211a与第二可弯曲组件211b的部分。在一实施例中，通过例如热模压工艺、超音波模压工艺、真空热压合、卷绕工艺或机械压合可将振动板220固定至第一可弯曲组件211a与第二可弯曲组件211b的部分。在另一实施例中，通过一粘着组件270可将振动板220固定至第一可弯曲组件211a与第二可弯曲组件211b的部分(如图2所示)。在一实施例中，粘着组件270可为一双面粘着胶带、环氧树脂或瞬间粘着胶(instant adhesive glues)。第一可弯曲组件211a与第二可弯曲组件211b可固定与支持振动板220以提供张力。再次参见图2，第一外壳210a、第二外壳210b与振动板220一起提供一第一腔室250a与一第二腔室250b以确保振动板220可自由振动。第一与第二外壳210a与210b及振动板220的装配可形成一单元的刚性驻极体致动器200。将此单元排列在一起可构成一可挠式驻极体致动器，如图8与图9所示。

在图2的可挠式驻极体致动器200的操作中，各信号源260a与260b经由导线262a与262b可输出一相等且相对的交替信号至电极216a与216b。信号导致在电极216a与216b及驻极体层224a与224b间发展一时变电场，而此产生一推挽力。推挽力可导致振动板220振动。所产生的声波可经过孔洞212a与212b而产生声音。

在图6提供本发明其它实施例的可挠式驻极体致动器，其中驻极体被包含于第一外壳与第一可弯曲组件的部分。在此实施例中，一可挠式驻极体致动器可包括第一外壳510a、第一可弯曲组件511a、第二外壳510b与第二可弯曲组件511b。图5显示第一外壳510a的细部，其可包括一可挠层514a、一驻极体层524a与音孔512a，可挠层514a由一电极516a与可挠板5141a所组成。由于可挠层514a、驻极体层524a、电极516a及音孔512a与在相关的图2、3、4中的相对组件相同，故不赘述。在此实施例中，通过至少一工艺可提供驻极体层524a与可挠层514a结合，工艺包括喷涂、超音波模压工艺、热模压工艺或机械压合。当驻极体层524a由具可塑性的塑料制成时，可省略可挠层5141a，如图6所示。在图5与6的实施例中，贮存于驻极体层524a与524b的静电电荷可同时为正或同时为负。

参见图6，振动板520可由下列材料的至少之一所制成：氟化乙丙烯、环烯烃共聚合物、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚苯乙烯、聚碳酸酯树脂、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氯乙烯与聚对苯二甲酸乙烯酯(polyethylene terephthalate，PET)。振动板520的厚度可为约0.5-200μm。通过喷洒涂布、旋转涂布、浸渍涂布、溅镀、蒸镀、电镀或网版印刷工艺可以一导电物质将振动板520覆盖以形成导电振动板520。在一实施例中，导电层可为金、银、铝、铜、铬、铂、氧化铟锡、银膏、碳膏或其它导电材料。

再次参见图6，使用于上述相关的图2、3、4中所述的相同方法，可将导电振动板520固定至第一可弯曲组件511a与第二可弯曲组件511b的部分。此外，图6的可挠式驻电极致动器500的操作如同相关的图2中所述。

图7显示本发明的另一实施例。图7的可挠式驻电极致动器700与图6的可挠式驻电极致动器500相同，除了驻电极层724a与724b的一贮存正电位，而另一个则贮存负电位外。在此例子中，电极716a与716b经由导线接地780a与780b。在图7的可挠式驻电极致动器的操作中，信号源760经由导线762可输出一交替信号至导电振动板720。信号导致在导电振动板720及驻极体层724a与724b间发展一时变电场，而此产生一推挽力。推挽力可导致振动板720振动。所产生的声波可经过孔洞712a与712b而产生声音。

图8、9为本发明一个实施例的上视图与侧视图，该实施例显示可挠式驻电极致动器二维连接状况，其中多个第一外壳与第二外壳呈现方形并以可弯曲组件连接排列，其中，图8还示出了音孔212。在另一实施例上，第一外壳与第二外壳的形状可以为六边形，多个第一外壳与第二外壳以可弯曲组建连接排列成蜂巢格状。在其他实施例中，第一外壳与第二外壳的形状并无限制为对称形状，仅需以弯曲组件连接多个第一外壳与第二外壳形成一大面积可挠式驻电极致动器。

虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限制本发明，任何熟悉此项技术的人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可做更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (24)

1.一种可挠式致动器，其特征在于，包括：

一振动板，其包括一导电层与一第一驻极体层于该导电层的一第一表面上，该振动板被设置为可弯曲；以及

至少一第一外壳具有至少一第一可弯曲组件耦合至该第一外壳，其中所述第一可弯曲组件固定与支持该振动板以提供张力，该第一外壳具有一第一电极层且位于该第一驻极体层上而该第一电极层与该第一驻极体层分离，该第一电极层与一音频信号输入的一第一端耦合，

其中该振动板由该音频信号输入提供的音频信号与该第一外壳反应而产生声波，该第一外壳为实质上坚硬的，以当该可挠式致动器被弯曲时，限制介于该第一外壳与该振动板的距离的变化。

2.根据权利要求1所述的可挠式致动器，其特征在于，该至少一第一外壳包括一些开口以允许声波穿过。

3.根据权利要求1所述的可挠式致动器，其特征在于，该至少一第一外壳置于该振动板上且一粘着层介于该第一可弯曲组件的一部分与该振动板之间。

4.根据权利要求1所述的可挠式致动器，其特征在于，该至少一第一外壳通过超音波模压、热模压、真空热压合、机械压合或连续式卷绕工艺置于该振动板上。

5.根据权利要求1所述的可挠式致动器，其特征在于，该至少一第一外壳与该第一可弯曲组件包括一第一可挠层，其由至少一种具可塑性的塑料材料或复合纤维所制成，并通过控制该处的厚度达成可挠化。

6.根据权利要求5所述的可挠式致动器，其特征在于，该第一可挠层的厚度为约20-10000μm。

7.根据权利要求1所述的可挠式致动器，其特征在于，还包括至少一第二外壳具有至少一第二可弯曲组件耦合至该第二外壳，其中所述第二可弯曲组件固定与支持该振动板以提供张力，该第二外壳具有一第二电极层且位于该振动板上，且在该第一驻极体层的相反的一侧而该第二电极层与该振动板分离，该第二电极层与该音频信号输入的一第二端耦合，其中该振动板由该音频信号输入提供的音频信号与该第一与第二外壳反应而产生声波。

8.根据权利要求1所述的可挠式致动器，其特征在于，还包括至少一第二外壳具有至少一第二可弯曲组件耦合至该第二外壳，其中所述第二可弯曲组件固定与支持该振动板以提供张力，该第二外壳具有一第二电极层且位于该振动板上，且在该第一驻极体层的相反的一侧而该第二电极层与该振动板分离，该第二电极层与一第二音频信号输入的一端耦合，其中该振动板由该音频信号输入及该第二音频信号输入提供的音频信号与该第一及第二外壳反应而产生声波。

9.根据权利要求1所述的可挠式致动器，其特征在于，该第一电极层的厚度为0.01-100μm。

10.根据权利要求1所述的可挠式致动器，其特征在于，该导电层由金、银、铝、铜、铬、铂、氧化铟锡、银膏或碳膏所制成。

11.根据权利要求1所述的可挠式致动器，其特征在于，该第一驻电极层由氟化乙丙烯、聚四氟乙烯、环烯烃共聚合物、聚氯三氟乙烯、聚(乙烯-四氟乙烯)、铁氟龙、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚苯乙烯、聚碳酸酯树脂、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氯乙烯或全氟烷氧基树脂所制成。

12.根据权利要求1所述的可挠式致动器，其特征在于，该振动板还包括一第二驻电极层于该导电层的一第二表面上，其中该导电层置于该第一驻电极层与该第二驻电极层之间以形成一驻电极-金属-驻电极结构。

13.一种可挠式致动器，其特征在于，包括：

一振动板，其包括一导电层，该振动板被设置为可弯曲；以及

至少一第一外壳具有至少一第一可弯曲组件耦合至该第一外壳，其中所述第一可弯曲组件固定与支持该振动板以提供张力，该第一外壳具有一第一电极层与一第一驻极体为该第一外壳的部分，该第一电极层与一音频信号输入的一第一端耦合，

其中该振动板由该音频信号输入提供的音频信号与该第一外壳反应而产生声波，其中该第一外壳为实质上坚硬的，以当该可挠式致动器被弯曲时，限制介于该第一外壳与振动板的距离的变化。

14.根据权利要求13所述的可挠式致动器，其特征在于，该至少一第一外壳包括一些开口以允许声波穿过。

15.根据权利要求13所述的可挠式致动器，其特征在于，该至少一第一外壳置于该振动板上且一粘着层介于该第一可弯曲组件的一部分与该振动板之间。

16.根据权利要求13所述的可挠式致动器，其特征在于，该至少一第一外壳通过超音波模压、热模压、真空热压合、机械压合或连续式卷绕工艺置于该振动板上。

17.根据权利要求13所述的可挠式致动器，其特征在于，该至少一第一外壳与该第一可弯曲组件包括一第一可挠层，其由至少一种具可塑性的塑料材料或复合纤维所制成，并通过控制该处的厚度达成可挠化。

18.根据权利要求13所述的可挠式致动器，其特征在于，该第一可挠层的厚度为约20-10000μm。

19.根据权利要求13所述的可挠式致动器，其特征在于，还包括至少一第二外壳具有至少一第二可弯曲组件耦合至该第二外壳，其中所述第二可弯曲组件固定与支持该振动板以提供张力，该第二外壳具有一第二电极层与至少一第二驻电极层，且该第二外壳位于该振动板上并在该第一驻极体层的相反的一侧，该第二电极层与该音频信号输入的一第二端耦合，其中该振动板由该音频信号输入提供的音频信号与该第一与第二外壳反应而产生声波。

20.根据权利要求13所述的可挠式致动器，其特征在于，还包括至少一第二外壳具有至少一第二可弯曲组件耦合至该第二外壳，其中所述第二可弯曲组件固定与支持该振动板以提供张力，该第二外壳具有一第二电极层与至少一第二驻电极层，且该第二外壳位于该振动板上并在该第一驻极体层的相反的一侧，该第二电极层与一第二音频信号输入的一端耦合，其中该振动板由该音频信号输入及该第二音频信号输入提供的音频信号与该第一及第二外壳反应且产生声波。

21.根据权利要求13所述的可挠式致动器，其特征在于，该第一电极层的厚度为0.01-100μm。

22.根据权利要求13所述的可挠式致动器，其特征在于，该振动板的导电层与该音频信号输入的一第二端耦合。

23.根据权利要求13所述的可挠式致动器，其特征在于，该导电层由金、银、铝、铜、铬、铂、氧化铟锡、银膏或碳膏所制成。

24.根据权利要求13所述的可挠式致动器，其特征在于，该第一驻电极层由氟化乙丙烯、聚四氟乙烯、环烯烃共聚合物、聚氯三氟乙烯、聚(乙烯-四氟乙烯)、铁氟龙、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚苯乙烯、聚碳酸酯树脂、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氯乙烯或全氟烷氧基树脂所制成。

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