CN101729965B - 平面扬声器单体与扬声器装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种具高可靠度平面扬声器单体与扬声器装置，是利用振膜的导电电极可以具有阻隔水气的特性，将其置于平面扬声器单体的最外层来达成提升平面扬声器单体的可靠度。所述平面扬声器单体具有两个导电电极位于两外侧。也可于平面扬声器单体外侧加上对水气阻隔效果佳的保护层，用以进一步提升平面扬声器单体的可靠度及使用寿命。在一例子中，可以在平面扬声器单体内部加入至少一集气器(Getter)，用以进一步吸收共振空间内的水气。本平面扬声器单体至少由一对具导电电极层的驻极体振膜、支撑体层及开孔电极结构等所组成。

Description

平面扬声器单体与扬声器装置

技术领域

本发明涉及一种平面扬声器，且特别是涉及一种具有阻隔水气特性的平面扬声器。

背景技术

现今视觉与听觉是人类最直接的两种感官反应，因此长久以来，科学家们极力的发展各种可再生视觉与听觉相关系统。目前包括扬声器的再生方式，其主要仍是由动圈式扬声器来主宰整个市场。但是随着近几年来人们对于感官品质的日益要求，以及3C产品(Computer，Communication，ConsumerElectronics)在追求短小、轻薄的前提下，一种省电、轻薄、可依人体工学需求设计的扬声器，不管是搭配大尺寸的平面扬声器，还是小到随身听的耳机、立体声的手机，在可以预见的明天，此方面的技术将有大量的需要与应用的发展。

目前电声扬声器分类主要分为直接、间接辐射型，而驱动方式大概分为动圈式、压电式及静电式扬声器。动圈式扬声器目前使用最广，技术成熟，不过由于其先天架构的缺点，并无法将体积扁平化，使得面对3C产品越来越小及家庭剧院扁平化的趋势，将不敷需求。

压电式扬声器利用压电材料的压电效应，以附加一电场于压电材料所造成材料变形的特性，用来推动震动膜发声，此扬声器结构扁平微小化；静电式扬声器目前的市场主要为顶级(Hi-End)的耳机和喇叭，传统静电式扬声器的作用原理是将两片开孔的固定电极板挟持导电振膜形成一种电容器，通过供给振膜直流偏压以及给予两个固定电极音频的交流电压，利用正负电场所发生的静电力，带动导电振膜振动并将声音辐射出去。传统静电式扬声器的直流偏压需达数百-上千伏特，因此需要外接高单价及庞大体积的扩大机，是其无法普及的原因。

未来在软性电子的各项应用中，声音(Audio)是一个重要的元素。但软性电子须具备软、薄、低驱动电压及可挠曲的特性，因此如何突破前述现有设计，完成具备软性电子所需特色的零组件将是一大重点。

目前扬声器制作，其设计方式仍采用单一单体的设计生产方式，如美国第3,894,199号专利内容。

关于静电式扬声器，如美国第3,894,199号专利，主要是揭露一种电声转换器(Electroacoustic Transducer)结构，如图1所示，该结构包括置于两侧的固定电极(Fixed Electrodes)结构110与120。此固定电极结构110与120具有多个孔洞可散布所产生的声音。而一振膜(Vibrating Film)130则配置在固定电极结构110与120之间。而固定结构140则为绝缘材料所构成，并用以固定所述的固定电极结构110、120以及振膜130。固定电极结构110与120分别经由变压器150连接到一交流电压源160。当交流信号传送到固定电极结构110与120时，电位将会交替地改变而使振膜130受到两侧电位的差异产生震动，用于产生对应的声音。然而，上述配置的方式需增强声压输出，因此需额外的功率元件配合驱动，如此一来，不但装置体积庞大，且使用元件较多，成本也较高。另外，由于固定结构140必须固定所述的固定电极结构110、120以及振膜130，因此，这样的电声转换器结构无法达到可挠曲的特性。

发明内容

本发明提供一种平面扬声器单体，包括一第一振膜与一第二振膜、一开孔电极结构与一第一支撑体层与一第二支撑体层。所述此第一振膜与第二振膜的表面分别具有阻隔水气的第一导电电极与第二导电电极。所述开孔电极结构，介于第一振膜与第二振膜的另一表面之间。第一支撑体层与第二支撑体层，分别配置在所述第一振膜与开孔电极结构之间，以及所述第二振膜与开孔电极结构之间。第一振膜、第一支撑体层、开孔电极结构、第二支撑体层与第二振膜堆叠成一堆叠结构，而第一导电电极与第二导电电极位于堆叠结构的相对的两外侧，并在堆叠结构内形成作为平面扬声器单体的共振空间。该共振空间可以是密闭空间或非密闭空间。

一种扬声器装置，具有多个上述平面扬声器单体所组成，其中这些平面扬声器单体至少堆叠成两层结构。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，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是说明传统的静电式扬声器结构剖面示意图；

图2A为本发明一实施例的双层平面扬声器单体的剖面示意图；

图2B及图2C为说明本发明实施例采用同极性的双层平面扬声器的单体结构剖面示意图；

图2D及图2E为说明本发明实施例采用异极性双层平面扬声器的单体结构剖面示意图；

图2F为本发明另一实施例中的平面扬声器单体的剖面示意图；

图2G为本发明又一实施例的平面扬声器单体剖面示意图；

图2H为本发明一实施例的平面扬声器单体剖面示意图；

图2I为图2H中集气器238H、239H和252H的立体示意图；

图3A与图3B是说明本发明实施例的平面扬声器单体，由上下两组振膜结构与共同开孔电极结构堆叠而成的单体结构剖面示意图；

图4A～图4E是采用本发明不同实施例的平面扬声器单体，堆叠而成的扬声器装置结构示意图；

图5是说明本发明另一实施例中采用异极性双层平面扬声器的单体结构剖面示意图。

主要元件符号说明

110、120：固定电极(Fixed Electrodes)结构

130：振膜

140：固定结构

150：变压器

160：交流电压源

200A、200B、200C、200D：平面扬声器单体

210、212：金属电极

220、222：振膜

220B、222B：振膜

220C、222C：振膜

220D、222D：振膜

238、239、252：集气器(Getter)

240、242：开孔电极

230、232：支撑体层

231、233：支撑体

250：绝缘层

260：信号源

300A、300B：平面扬声器单体

310、312：金属电极

320、322：振膜

320B、322B：振膜

330、332：支撑体层

331、333：支撑体

340、342：开孔电极

360：信号源

460：信号源

470～474：受力方向

510、512：金属电极

520、522：振膜

530、532：支撑体层

531、533：支撑体

540、542：开孔电极

550：绝缘层

具体实施方式

本发明提出一种具高可靠度扬声器结构，配合信号同时输入平面扬声器模块，利用具驻电特性的驻极体振膜，及其具有阻隔水气特性的导电电极层，并将其置于平面扬声器单体的外侧，以达成提升平面扬声器单体的可靠度。而在一实施范例中，更可进行多组平面扬声器单体的组合，来达成增加声压输出的效果，故可避免需于单体外层加阻水气层的做法。本发明所提出的扬声器结构，更可解决在提高声压功率时，平面扬声器结构及电路过于复杂的问题。

在一实施例中，也可进一步于平面扬声器单体外侧加上对水气阻隔效果佳的保护层，用进一步提升平面扬声器单体的可靠度及使用寿命。

在一实施例中，可在平面扬声器之共振空间内加入具有吸收水气功能的集气器(Getter)，进而加强阻隔水气的效果，并提升平面扬声器单体的可靠度。此外，集气器可为物理性集气器或化学性集气器，而化学性集气器中又可分为蒸发型与非蒸发型集气器。在本发明中，集气器可为粉状、碟状、带状、管状、环状、杯状等多种形式。

本发明所提出的平面扬声器构造简单，且可搭配现有技术进行制作工艺，适用于大量的生产，可有效降低制造成本。本发明可以提升平面扬声器模块高可靠度及提高发声效率设计方法，此将是平面扬声器的重要技术之一。而此平面扬声器的构造，可以选择具有可弯曲特性的可挠式扬声器单体所组成，当然，在材料的选择上则必须采用在挠曲情况下不会影响特性的材料所制成。

在一实施例中，本发明所提出具高可靠度的扬声器结构，是利用同一组信号驱动多组平面扬声器单体。此方法可有效增强平面扬声器发声效率，达成平面扬声器应用设计所需声压规格的目的。在此实施例中，堆叠的多组平面扬声器单体，是利用具驻电特性的驻极体振膜，及其具有对水气阻隔的导电电极层，并将其置于平面扬声器单体的外侧，来达成提升平面扬声器单体的可靠度。

在另一实施例中，可利用一组信号驱动多组本发明所提出具高可靠度的平面扬声器单体，有效增强平面扬声器发声效率，达成等面积情况下平面扬声器较大声压的效果。而在一实施例中，本发明所提出的平面扬声器单体组成是由具导电电极层的驻极体振膜、支撑体、开孔电极层及绝缘层等所组成。

本发明运用驻极体材料内部的电荷特性及静电力效应，当驻极体振膜受到外部电压刺激后，产生垂直或平行于振膜表面的变形，若振膜四边固定，可将原本垂直或平行于振膜表面的变形转变成弯曲变形，进而驱动振膜周遭的空气来产生声音。通过静电力公式及能量定律得知振膜受力为整体扬声器的电容值乘上内部电场大小及外部输入声音电压信号，若驻极体振膜受力越大，则输出声音越大，其原理叙述如后。

根据库伦定律，两带电物体的电荷乘积正比于相互作用静电力，反比于两物的距离平方；两电荷若同为正或负时，其物体受互斥静电力，电荷一正一负时，其物体受相吸静电力。本发明所运用的驻极体材料，可以是一种具有纳微米大小的纳米孔驻极体复合材料电声致动器，其结构为两片带电荷的开孔平板对称等距离地夹持一片驻极体振膜，其构造如一种电容器装置，而前述两片开孔平板分别带正、负电压(来自音源信号)。依库伦定律，中间驻极体振膜，将同时受到一个吸引的和一个排斥的静电力作用，振膜单位面积受静电力公式可由(式1)表示。

$P=\frac{{2V}_{\mathrm{in}}{V}_e{\mathrm{\ϵ}}_0(\frac{1}{S_a}+\frac{{\mathrm{\ϵ}}_e}{S_e}){\mathrm{\ϵ}}_e{S}_e}{{(S_e+{\mathrm{\ϵ}}_e{S}_a)}^2}$ --(式1)

其中真空电容率ε_o＝8.85*10^-12F/m，驻极体介电常数ε_e，驻极体厚度S_e，空气层厚度S_a，输入信号电压V_in，驻极体电压V_e，振膜单位受力p。由(式1)可知，静电力正比于偏压与音讯电压的乘积，反比于开孔平板与驻极体振膜间的距离。因此，若在相同的距离下，静电式扬声器能提供一个高驻电的话，音讯交流电压可以用相对低的电压即可达到所需的静电力。本实施例利用纳微米孔驻极体压电复合材料，可提供一数百到上千伏特的驻电量，依据前述静电力公式，本实施例音讯电压可降低至十数伏特，因而提高本实施例的平面扬声器的实用性。

由前述原理，驻极体振膜在两个电极板的正、负偏压作用下，受到一个推-拉静电力，造成前述驻极体振膜的振动，压缩周围空气，而产生声音输出。

在本实施例设计中，驻极体振膜可选择为例如介电材料经过电化(Electrized)处理后而能长期保有静电荷(Static Charges)的驻极体压电振膜，且驻极体振膜可为单层或多层介电材料(Dielectric Materials)所制成的振膜，而此介电材料可为例如聚全氟乙丙烯(FEP)、PTFE(四氟乙烯单体聚合而成的聚合物)、PVDF(聚偏二氟乙烯)、部分含氟高分子聚合物(FluorinePolymer)及其他适当材料，此介电材料内部包含纳微米孔洞。由于驻极体振膜为介电材料经过电化处理后而能长期保有静电荷及压电性的振膜，并可使内部包含纳微米孔洞以增加透光度及压电特性，经电晕充电后在材料内部产生双极性电荷(Dipolar Charges)而产生压电效果。

在本实施例设计中，导电电极层为选自包括导电金属薄膜、银胶、及氧化铟锡(Indium Tin Oxide，ITO)、氧化铟锌(Indium-Zinc-Oxide，IZO)、聚乙撑二氧噻吩(PEDOT)所组成群组的其中之一者。

利用前述振膜材料具对水气阻隔的特性，将平面扬声器结构中含导电电极层的振膜材料置于单体结构的两外侧，可简化平面扬声器单体在阻隔水气的结构设计，对于未来的量产可以有相当大的帮助；另也可于平面扬声器单体外侧加上对水气阻隔效果佳的保护层，用进一步提升平面扬声器单体的可靠度及使用寿命。

而以目前来说，平面扬声器单体声压可能因材料或设计因素无法在短时间内达成音量提高效果，而现今改良设计方式以朝驻极体振膜驻电量提高、或声学结构设计(Acoustic structure)为主，但前述方法皆需耗时研究无法在短时间内达成音量提高的应用设计需求，因此利用单体结构设计改良方式来达成音量提升效果的方法也是本实施例的效益之一。

在本发明另外一实施例中，提出利用平面扬声器单体进行组合，但在不改变输入信号源的设计，即可达成驱动多组平面扬声器单体的发声效果，迅速解决材料等的限制问题。

底下将以不同的实施例说明本发明所提出具高可靠度扬声器结构及多组堆叠结构的运用。

同极性的双层平面扬声器单体

请参照图2A，为显示本发明之双层平面扬声器的单体结构200A，以及金属电极未连接至电源的情况下之剖面示意图，图2B及图2C为本发明采用同极性的双层平面扬声器的单体结构剖面示意图。图2D及图2E则是在不同实施例中，采用异极性双层平面扬声器的单体结构剖面示意图。在该些实施例中，利用振膜材料具对水氧阻隔的特性，将平面扬声器结构中含导电电极层(例如金属电极)的振膜材置于单体结构的两外侧，可简化平面扬声器单体在阻隔水气的结构设计，对于未来的量产可以有相当大的帮助；另也可于平面扬声器单体外侧加上对水气阻隔效果佳的保护层，用进一步提升平面扬声器单体的可靠度及使用寿命。

首先，请参考图2B，本实施例的平面扬声器单体200A是由上下两组振膜结构与开孔电极结构堆叠而成，而中间则由一绝缘层形成电性隔离。而振膜结构是由具有阻隔水气的导体层与振膜所组成，如图中所示上层的金属电极210与振膜220，与下层的金属电极212与振膜222。每个振膜结构有对应的开孔电极结构，例如图中所示面对振膜220的开孔电极240，以及面对振膜222的开孔电极242，分别具有多个音孔，例如图示的241与243，可做共振空间之间空气的流通。而每个振膜结构与其对应的开孔电极结构之间，则可选择地加入支撑体层，以形成振膜220用以产生声音的振动空间。例如振膜220与开孔电极240之间的支撑体层230，或是振膜222与开孔电极242之间的支撑体层232。而这些支撑体层230则具有多个支撑体231，以不同的图案排列，支撑体层232则具有多个支撑体233，以不同的图案排列，以分别形成如图示的振动空间235与237。

而支撑体层的图案结构，可解决平面扬声器结构中振膜与开孔电极之间所可能产生的静电效应。例如开孔电极240与振膜220之间的支撑体层230，可根据不同的需要设计不同的布局方式，可根据振膜220的静电效应大小决定可形成几何外形的排列，例如类矩形、圆形或三角形等排列方式。而这些几何外形的排列可利用考虑多个支撑体之间的距离或是支撑体高度的配置等等。另外也可考虑支撑体整个布局的设计，包括采用点状、栅状或类十字状等等布局方式。而对于所组成的支撑体本身的外型，可以采用不同的几何形状，包括三角柱形、圆柱形或是矩形等等。

本发明运用驻极体材料内部的电荷特性及静电力效应，其中，振膜可为驻极体压电材料，其可以注入正电荷或是负电荷，以形成不同效应。在本实施例中，平面扬声器单体200A的振膜220与222，都是驻负电荷。此即为本实施例所提出具有同负极性的双层平面扬声器的单体结构。而用以提供音源信号的信号源260，其连接方式如图2B所示，将信号源260的一端同时连接到振膜220的金属电极210与开孔电极242，而信号源260的另一端则同时连接到振膜222的金属电极212与开孔电极240。

当信号源260的正电压传送到金属电极210时，金属电极210上的正电压与振膜220上的负电荷产生吸引力，另外，信号源260的负电压传送到开孔电极240，而与振膜220的负电荷产生排斥力，因此，造成振膜220远离共振空间235的方向弯曲，而加大共振空间235。另外，同样的情况，当信号源260的正电压传送到开孔电极242时，开孔电极242上的正电压与振膜222上的负电荷产生吸引力，而信号源260的负电压传送到金属电极212时，而与振膜222的负电荷产生排斥力，造成振膜222向压缩共振空间237的方向弯曲。因此，整个振膜的受力方向如标号270所示。

图2B仅说明信号源260的音源信号其中一种相位的情况，但并非以此为限。例如，当产生相位反转时，也就是信号源260的正电压传送到振膜222的金属电极212与开孔电极240，而负电压传送到振膜220的金属电极210与开孔电极242时，则整个振膜的受力方向则如标号270所示的反方向。

此实施例的平面扬声器单体200A，是运用驻极体材料内部的电荷特性及静电力效应，当驻极体振膜受到外部电压刺激后，产生垂直或平行于振膜表面的变形，若振膜四边固定，可将原本垂直或平行于振膜表面的变形转变成弯曲变形，进而驱动振膜周遭的空气来产生声音。而信号源260所提供相位交替的音源信号，则可让此平面扬声器单体200A通过不同的振膜受力方向，产生具有不同频率或音量不同的声音。

在另外一实施范例中，请参照图2C所示，此平面扬声器单体200B为本发明采用同极性的双层平面扬声器的单体结构剖面示意图。此因为与图2B具有类似的结构，因此，相同的元件以相同的标号标示，并不再冗述。而与图2B的差异在于振膜220B与222B都是驻正电荷。此即为本实施例所提出具有同正极性的双层平面扬声器的单体结构。而用以提供音源信号的信号源260，其连接方式如图2C所示，将信号源260的一端同时连接到振膜220B的金属电极210与开孔电极242，而信号源260的另一端则同时连接到振膜222B的金属电极212与开孔电极240。

当信号源260的正电压传送到金属电极210时，金属电极210上的正电压与振膜220B上的正电荷产生排斥力，另外，信号源260的负电压传送到开孔电极240，而与振膜220B的正电荷产生吸引力，因此，造成振膜220压缩共振空间235的方向弯曲，也就是如图示的标号272的方向。

当信号源260的正电压传送到开孔电极242时，开孔电极242上的正电压与振膜222B上的正电荷产生排斥力，而信号源260的负电压传送到金属电极212时，产生吸引力，而让振膜222B以加大共振空间237的方向弯曲，也就是如图示的标号272的方向。因此，整个振膜的受力方向如标号272所示。

图2C仅标示信号源260的音源信号其中一种相位的情况，但并非以此为限。例如，当产生相位反转时，也就是信号源260的正电压传送到振膜222B的金属电极212与开孔电极240，而负电压传送到振膜220B的金属电极210与开孔电极242时，则整个振膜的受力方向则如标号272所示的反方向。通过信号源260所提供相位交替的音源信号，则可让此平面扬声器单体200B通过不同的振膜受力方向，产生具有不同频率或音量不同的声音。

异极性的双层平面扬声器单体

请接着参照图2D及图2E，在另外实施范例中，可采用异极性双层平面扬声器的单体结构，底下将接着说明。

请参照图2D，此平面扬声器单体200C为本发明采用异极性的双层平面扬声器的单体结构剖面示意图。此因为与图2B具有类似的结构，因此，相同的元件以相同的标号标示，且具有相同的内容，在此不再冗述。而与图2B的差异在于振膜220C是驻正电荷，而振膜222C是驻负电荷，也就是上下振膜所驻电荷为不同极性，此即为本实施例所提出具有异极性的双层平面扬声器的单体结构。而用以提供音源信号的信号源260，其连接方式如图2D所示，将信号源260的一端同时连接到振膜220C的金属电极210与振膜222C的金属电极212，而信号源260的另一端则同时连接到开孔电极240与242。

当信号源260的正电压传送到金属电极210时，金属电极210上的正电压与振膜220C上的正电荷产生排斥力，另外，信号源260的负电压传送到开孔电极240，而与振膜220C的正电荷产生吸引力，因此，造成振膜220压缩共振空间235的方向弯曲，也就是如图示的标号274的方向。

当信号源260的负电压传送到开孔电极242时，开孔电极242上的负电压与振膜222C上的负电荷产生排斥力，而信号源260的正电压传送到金属电极212时，产生吸引力，而让振膜222C以加大共振空间237的方向弯曲，也就是如图示的标号274的方向。因此，整个振膜的受力方向如标号274所示。

图2D仅标示信号源260的音源信号其中一种相位的情况，但并非以此为限。例如，当产生相位反转时，也就是将信号源260的负电压连接到金属电极210与金属电极212，而将正电压同时连接到开孔电极240与242时，则整个振膜的受力方向将会如标号274所示的反方向。并通过信号源260所提供相位交替的音源信号，则可让此平面扬声器单体200C通过不同的振膜受力方向，产生具有不同频率或音量不同的声音。

请参照图2E，此平面扬声器单体200D为本发明采用异极性的双层平面扬声器另一实施例的单体结构剖面示意图。此因为与图2B具有类似的结构，因此，相同的元件以相同的标号标示，且具有相同的内容，在此不再冗述。而与图2B的差异在于振膜220D是驻负电荷，而振膜222D是驻正电荷，也就是上下振膜所驻电荷为不同极性，此即为本实施例所提出具有异极性的双层平面扬声器的单体结构。而用以提供音源信号的信号源260，其连接方式如图2E所示，将信号源260的一端同时连接到振膜220D的金属电极210与振膜222D的金属电极212，而信号源260的另一端则同时连接到开孔电极240与242。

当信号源260的正电压传送到金属电极210时，金属电极210上的正电压与振膜220D上的负电荷产生吸引力，另外，信号源260的负电压传送到开孔电极240，而与振膜220D的负电荷产生排斥力，因此，造成振膜220向扩大共振空间235的方向弯曲，也就是如图示的标号276的方向。

当信号源260的负电压传送到开孔电极242时，开孔电极242上的负电压与振膜222D上的正电荷产生吸引力，而信号源260的正电压传送到金属电极212时，与振膜222D上的正电荷产生排斥力，而让振膜222D以压缩共振空间237的方向弯曲，也就是如图示的标号276的方向。因此，整个振膜的受力方向如标号274所示。

图2E仅标示信号源260的音源信号其中一种相位的情况，但并非以此为限。例如，当产生相位反转时，也就是将信号源260的负电压连接到金属电极210与金属电极212，而将正电压同时连接到开孔电极240与242时，则整个振膜的受力方向将会如标号276所示的反方向。并通过信号源260所提供相位交替的音源信号，则可让此平面扬声器单体200D通过不同的振膜受力方向，产生具有不同频率或音量不同的声音。

图2F为本发明另一实施例中的平面扬声器单体的剖面示意图。在本实施范例中，平面扬声器单体200F为本发明采用同极性的双层平面扬声器的单体结构剖面示意图。此因为与图2B具有类似的结构，因此，相同的组件以相同的标号标示，并不再冗述。惟两者不同之处在于，在平面扬声器200F的共振空间235、237以及绝缘层250的侧边内加上集气器(Getter)238、239、252，以吸收水气并维持平面扬声器200F内部空间干燥的状态。图2F仅标示集气器的其中一种型态，但本发明并非以此为限。此实施例中所加入的集气器，适用于本发明所提出所有类型的平面扬声器结构。

而此集气器是由集气剂所组成，或是使用集气剂吸附水气，例如此集气剂可以使用钙或是其化合物，或是使用硫或是其化合物。

请参照图2G，图2G为本发明另一实施例中的平面扬声器单体的剖面示意图。在本实施例中，平面扬声器单体200G为本发明采用同极性的双层平面扬声器的单体结构剖面示意图。此因为与图2F具有类似的结构，故相同的组件以相同的标号标示，且不再冗述。惟两者不同之处在于集气器所使用的材料。位于平面扬声器200G的共振空间235、237以及绝缘层250之侧边的集气器238G、239G、252G，是由可吸收水气的粉状吸附物填充而成。同时，集气器238G、239G、252G在每个面向共振空间235、237和绝缘层250的面均各有一透气膜236，进而让集气器可与空气交流并采集空气中的水气而保持干燥的状态。

接着，请参照图2H，图2H为本发明又一实施例中的平面扬声器单体的剖面示意图。平面扬声器单体200H为本发明采用同极性的双层平面扬声器的单体结构剖面示意图。此因为与图2G具有类似的结构，故相同的组件以相同的标号标示，且不再冗述。虽然平面扬声器单体200G和200H的集气器均由粉状吸附物所填充而成，两者不同之处在于200H中的集气器238H、239H、252H，不具有透气膜。图2I为图2H的集气器238H、239H、252H的立体示意图，集气器238H、239H、252H可为填充有可吸收水气之吸附物的圆柱体，而平面扬声器单体200H是通过集气器238H、239H、252H上方的孔洞以收集空气中的水气，并将平面扬声器维持干燥的状态。图2H仅标示集气器的其中一种型态，但本发明并非以此为限。

共用开孔电极层的实施例

本发明所提出具高可靠度的扬声器结构，可利用同一组信号驱动多组平面扬声器单体，此方法可有效增强平面扬声器发声效率，达成平面扬声器应用设计所需声压规格的目的。在此实施例中，堆叠的平面扬声器单体，可利用共同的开孔电极层，达到上下振膜根据信号源所提供相位交替的音源信号，而产生具有不同频率或音量不同的声音。请参照图3A与图3B所示加以说明。

首先，请参考图3A，本实施例的平面扬声器单体300A是由上下两组振膜结构与共同开孔电极结构堆叠而成。而振膜结构是由具有阻隔水气的导体层与振膜所组成，如图中所示上层的金属电极310与振膜320，与下层的金属电极312与振膜322。而共同的开孔电极结构则如图中所示的开孔电极340，具有多个音孔3，例如图示的341，可做共振空间之间空气的流通。而振膜结构与开孔电极结构之间，则可选择地加入支撑体层，以形成振膜用以产生声音的振动空间。例如振膜320与开孔电极340之间的支撑体层330，或是振膜322与开孔电极340之间的支撑体层332。而这些支撑体层330则具有多个支撑体331，以不同的图案排列，支撑体层332则具有多个支撑体333，以不同的图案排列，以分别形成如图示的振动空间335与337。

而支撑体层的图案结构，可解决平面扬声器结构中振膜与开孔电极之间所可能产生的静电效应。而其布局方式，可根据振膜的静电效应大小决定可形成几何外形的排列，如前实施例所述，不再冗述。

在本实施例中，平面扬声器单体300的振膜320与322，分别驻正电荷与负电荷。此即为本实施例所提出具有异极性的双层平面扬声器的单体结构。而用以提供音源信号的信号源360，其连接方式如图3A所示，将信号源360的一端同时连接到振膜320的金属电极310与振膜322的金属电极312，而另一端则连接到共同的开孔电极340。

当信号源360的正电压传送到金属电极310时，金属电极310上的正电压与振膜320上的正电荷产生排斥力，另外，信号源360的负电压传送到开孔电极340，而与振膜320的正电荷产生吸引力，因此，造成振膜320会以压缩共振空间335的方向弯曲。另外，当信号源360的负电压传送到开孔电极340时，开孔电极340上的负电压与振膜322上的负电荷产生排斥力，而信号源360的正电压传送到金属电极312时，而与振膜322的负电荷产生吸引力，造成振膜322向扩大共振空间337的方向弯曲。因此，整个振膜的受力方向如标号370所示。

图3A仅说明信号源360的音源信号其中一种相位的情况，但并非以此为限。例如，当产生相位反转时，也就是信号源360的负电压传送到金属电极310与312时，而正电压传送到开孔电极340时，则整个振膜的受力方向则如标号370所示的反方向。通过信号源360所提供相位交替的音源信号，则可让此平面扬声器单体300A通过不同的振膜受力方向，产生具有不同频率或音量不同的声音。

在另外一实施范例中，请参照图3B所示，此平面扬声器单体300B为本发明采用异极性的双层平面扬声器的单体结构剖面示意图。此因为与图3A具有类似的结构，因此，相同的元件以相同的标号标示，并不再冗述。而与图3A的差异在于振膜320B是驻负电荷，而振膜322B是驻正电荷。此即为本实施例所提出具有异极性的双层平面扬声器的单体结构。而用以提供音源信号的信号源360，其连接方式如图3B所示，将信号源360的一端同时连接到振膜320的金属电极310与振膜322的金属电极312，而另一端则连接到共同的开孔电极340。

当信号源360的正电压传送到金属电极310时，金属电极310上的正电压与振膜320上的负电荷产生吸引力，另外，信号源360的负电压传送到开孔电极340，而与振膜320的负电荷产生排斥力，因此，造成振膜320会以扩大共振空间335的方向弯曲。另外，当信号源360的负电压传送到开孔电极340时，开孔电极340上的负电压与振膜322上的正电荷产生吸引力，而信号源360的正电压传送到金属电极312时，而与振膜322的正电荷产生排斥力，造成振膜322向挤压共振空间337的方向弯曲。因此，整个振膜的受力方向如标号372所示。

图3B仅说明信号源360的音源信号其中一种相位的情况，但并非以此为限。例如，当产生相位反转时，也就是信号源360的负电压传送到金属电极310与312时，而正电压传送到开孔电极340时，则整个振膜的受力方向则如标号372所示的反方向。通过信号源360所提供相位交替的音源信号，则可让此平面扬声器单体300B通过不同的振膜受力方向，产生具有不同频率或音量不同的声音。

多组堆叠的扬声器装置

本发明所提出具高可靠度的扬声器装置，可利用前述实施例所提出的平面扬声器单体进行不同的变化组合，但在不改变输入信号源的设计，而仅调整正负极性的端点，即可达成驱动多组平面扬声器单体的发声效果。

底下将以不同的实施例说明本发明所提出使用多组高可靠度扬声器单体结构堆叠而成的扬声器装置。

请参照图4A，此实施例是采用图2A的平面扬声器单体200A，也就是采用同极性的双层平面扬声器的单体结构，至少两个平面扬声器单体200A堆叠而成，而通过增加一个绝缘层予以隔离。如图示信号源460的正负极性信号连接的方式，可以得到如标号470的受力方向，而在信号源460的信号极性反转时，可以得到标号470相反的受力方向。也就是，通过信号源460所提供相位交替的音源信号，则可让此扬声器装置通过不同的受力方向，产生具有不同频率或音量不同的声音。

请参照图4B，此实施例是采用图2B的平面扬声器单体200B，也就是采用同极性的双层平面扬声器的单体结构，至少两个平面扬声器单体200B堆叠而成，而通过增加一个绝缘层予以隔离。如图示信号源460的正负极性信号连接的方式，可以得到如标号471的受力方向，而在信号源460的信号极性反转时，可以得到标号471相反的受力方向。也就是，通过信号源460所提供相位交替的音源信号，则可让此扬声器装置通过不同的受力方向，产生具有不同频率或音量不同的声音。

请参照图4C，此实施例是采用图2A的平面扬声器单体200A搭配图2B的平面扬声器单体200B，也就是采用两种同极性的双层平面扬声器的单体结构，堆叠而成，而通过增加一个绝缘层予以隔离。如图示信号源460的正负极性信号连接的方式，可以得到如标号472的受力方向，而在信号源460的信号极性反转时，可以得到标号472相反的受力方向。也就是，通过信号源460所提供相位交替的音源信号，则可让此扬声器装置通过不同的受力方向，产生具有不同频率或音量不同的声音。

请参照图4D，此实施例是采用图2C的平面扬声器单体200C搭配图2D的平面扬声器单体200D，也就是采用两种异极性的双层平面扬声器的单体结构堆叠而成，而通过增加一个绝缘层予以隔离。如图示信号源460的正负极性信号连接的方式，可以得到如标号473的受力方向，而在信号源460的信号极性反转时，可以得到标号473相反的受力方向。也就是，通过信号源460所提供相位交替的音源信号，则可让此扬声器装置通过不同的受力方向，产生具有不同频率或音量不同的声音。

而图4E，则是将平面扬声器单体200C与平面扬声器单体200D上下堆叠的位置对调。如图示信号源460的正负极性信号连接的方式，可以得到如标号474的受力方向，而在信号源460的信号极性反转时，可以得到标号474相反的受力方向。也就是，通过信号源460所提供相位交替的音源信号，则可让此扬声器装置通过不同的受力方向，产生具有不同频率或音量不同的声音。

根据上述设计方式，提出为达成产品应用所需的声压规格，在不增加电路复杂度设计下，可将前述的平面扬声器单体进行多数个组立设计，如前述的设计概念，将平面扬声器单体的驻极体电荷进行奇偶极性相互搭配，通过外部的一组音源信号提供，及搭配音源信号输入连接设计即可达成音量输出提高的效果。而图4A到图4E所描述的实施例，仅是部分的运用，对于本发明所提出具高可靠度的扬声器装置而言，可利用前述实施例所提出的平面扬声器单体进行不同的变化组合，可不限制地延伸多组组合设计，均属本发明的范畴。

整层绝缘层的设计

前述双层平面扬声器的单体结构，对于上下开孔电极与介于其间的绝缘层而言，可采用整层式的绝缘层，而搭配贯通上下开孔电极与绝缘层堆叠结构的音孔，也属于本发明所提出的范畴，如底下仅以一实施例说明，然不以此为限，只要如前述的设计概念，将平面扬声器单体的驻极体电荷进行奇偶极性相互搭配，通过外部的一组音源信号提供，及搭配音源信号输入连接设计即可达成音量输出提高的效果。

请参照图5，为说明另一实施例中采用异极性双层平面扬声器的单体结构剖面示意图。此平面扬声器单体是由上下两组振膜结构与开孔电极结构堆叠而成，而中间则由一绝缘层形成电性隔离。振膜结构是由具有阻隔水气的导体层与振膜所组成，包括上层的金属电极510与振膜520，与下层的金属电极512与振膜522。每个振膜结构有对应的开孔电极结构，例如图中所示面对振膜520的开孔电极540，以及面对振膜522的开孔电极542。而每个振膜结构与其对应的开孔电极结构之间，则可选择地加入支撑体层，以形成振膜用以产生声音的振动空间。例如支撑体层530与532。而支撑体层530则具有多个支撑体531，以不同的图案排列，支撑体层532则具有多个支撑体533，以不同的图案排列，以分别形成如图示的振动空间535与537。而提供音源信号的信号源560，其连接方式如图5所示，将信号源560的一端同时连接到金属电极210与金属电极212，而另一端则同时连接到两个开孔电极240与242。

本实施例与前述实施例不同处在于，介于开孔电极540与542之间的绝缘层550，可采用整层式的绝缘层，而搭配贯通开孔电极540、绝缘层550与开孔电极542堆叠结构的音孔541，也属本发明所提出双层平面扬声器的单体结构运用。

综上所述，本发明的平面扬声器利用驻极体振膜及其金属电极可以具有抗水气的特性，此金属电极层可由一种金属、多种金属组合(合金)或金属电极与聚合物(polymer)所组成，将其置于平面扬声器单体的最外层来达成提升平面扬声器单体的可靠度。另外，平面扬声器中的驻极体振膜在受到音讯电压后，会产生弯曲变形，进而驱动周遭空气来产生声音。同时，在另一实施例中，可进行多组平面扬声器单体的组合来达成声压输出增加效果，故可解决现有需于单体外层加阻水气层的做法，且本实施例的电路同样可以解决于提高声压功率时平面扬声器结构及电路过于复杂的问题。

虽然结合以上实施例揭露了本发明，然而其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中熟悉此技术者，在不脱离本发明的精神和范围内，可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围应以附上的权利要求所界定的为准。

Claims (43)

1.一种平面扬声器单体，包括：

第一振膜，具有第一表面与第二表面，该第一表面设有阻隔水气的第一导电电极；

第二振膜，具有第一表面与第二表面，该第二振膜的第一表面具有阻隔水气的第二导电电极；

开孔电极结构，介于该第一振膜的第二表面与该第二振膜的第二表面之间；以及

第一支撑体层，配置在该第一振膜与该开孔电极结构之间；

第二支撑体层，配置在该第二振膜与该开孔电极结构之间；以及

一绝缘层，为了在该开孔电极结构的第一开孔电极与第二开孔电极之间，做一电性隔离，而该第一开孔电极与该第二开孔电极具有多个音孔，

其中该第一振膜、该第一支撑体层、该开孔电极结构、该第二支撑体层与该第二振膜堆叠成一堆叠结构，而该第一导电电极与该第二导电电极位于该堆叠结构的相对的两外侧，并在该堆叠结构内形成共振空间。

2.如权利要求1所述的平面扬声器单体，其中该绝缘层为整层结构，与该第一开孔电极及该第二开孔电极堆叠成整个该开孔电极结构，而该多个音孔为贯穿该开孔电极结构。

3.如权利要求2所述的平面扬声器单体，其中该第一导电电极、该第一振膜、该第一支撑体层与该第一开孔电极堆叠形成一第一单体结构，而该第二导电电极、该第二振膜、该第二支撑体层与该第二开孔电极堆叠形成一第二单体结构，而该第一单体结构内形成的共振空间与该第二单体结构经由贯穿该开孔电极结构的该多个音孔互通。

4.如权利要求1所述的平面扬声器单体，其中该第一导电电极、该第一振膜、该第一支撑体层与该第一开孔电极堆叠形成一第一单体结构，而该第二导电电极、该第二振膜、该第二支撑体层与该第二开孔电极堆叠形成一第二单体结构，而该第一单体结构内形成的共振空间与该第二单体结构经由该第一开孔电极与该第二开孔电极的该多个音孔互通。

5.如权利要求1所述的平面扬声器单体，其中该第一振膜与该第二振膜为驻极体振膜，并通过调整不同极性的音源信号到该第一导电电极与该第一开孔电极，以及到该第二导电电极与该第二开孔电极，让该第一振膜与该第二振膜振动，而使平面扬声器单体发出不同频率的声音。

6.如权利要求5所述的平面扬声器单体，其中当该第一振膜与该第二振膜驻相同极性的电荷时，该第一导电电极与该第二开孔电极连接到第一极性的音源信号，而该第二导电电极与该第一开孔电极连接到第二极性的音源信号，其中该第一极性与该第二极性电性相反。

7.如权利要求5所述的平面扬声器单体，其中当该第一振膜与该第二振膜驻相反极性的电荷时，该第一导电电极与该第二导电电极连接到第一极性的音源信号，而该第一开孔电极与该第二开孔电极连接到第二极性的音源信号，其中该第一极性与该第二极性电性相反。

8.如权利要求1所述的平面扬声器单体，其中该第一支撑体层与该第二支撑体层分别具有一第一布局图案与一第二布局图案，其中该第一布局图案与该第二布局图案分别是根据该第一振膜与该开孔电极结构，以及该第二振膜与该开孔电极结构的静电效应而调整。

9.如权利要求8所述的平面扬声器单体，其中该第一支撑体层与该第二支撑体层分别具有至少一边框与多个支撑体介于其间，该边框形成该平面扬声器单体的形状，而该多个支撑体形成该第一布局图案与该第二布局图案。

10.如权利要求9所述的平面扬声器单体，其中该第一布局图案与该第二布局图案是通过该多个支撑体的形状或该多个支撑体配置位置所构成。

11.如权利要求10所述的平面扬声器单体，其中该多个支撑体的形状为点状、栅状、类十字状、三角柱形、圆柱形或是矩形。

12.如权利要求1所述的平面扬声器单体，连接到一信号源，分别提供不同极性的音源信号连接到该开孔电极结构、该第一导电电极与该第二导电电极，以驱动该第一振膜与该第二振膜振动，而使平面扬声器单体发出不同频率的声音。

13.如权利要求1所述的平面扬声器单体，其中该第一振膜与该第二振膜为驻极体振膜，其材料是采用纳微米孔驻极体压电复合材料。

14.如权利要求13所述的平面扬声器单体，其中，该纳微米孔驻极体压电复合材料为选自包括聚全氟乙丙烯、四氟乙烯单体聚合物、聚偏二氟乙烯、具有双碳链复合物及部分含氟高分子聚合物的材料所组成群组的其中之一者。

15.如权利要求1所述的平面扬声器单体，其中该第一导电电极与该第二导电电极为选自导电金属薄膜、银胶、氧化铟锡、氧化铟锌、聚乙撑二氧噻吩所组成群组的其中之一者。

16.如权利要求1所述的平面扬声器单体，其中该第一导电电极与该第二导电电极可由金属或多种金属组合所组成。

17.如权利要求1所述的平面扬声器单体，其中该第一导电电极与该第二导电电极可由金属电极与聚合物所组成。

18.如权利要求1所述的平面扬声器单体，还包括至少一集气器，置于该共振空间内，该集气器具有吸收该共振空间内的水气的功能。

19.如权利要求18所述的平面扬声器单体，其中该集气器为一物理性集气器。

20.如权利要求18所述的平面扬声器单体，其中该集气器为一化学性集气器。

21.如权利要求18所述之平面扬声器单体，其中该集气器为粉状、碟状、带状、管状、环状或杯状。

22.如权利要求18所述的平面扬声器单体，其中该集气器为圆桶密封状，而其上方具有至少一吸气孔。

23.如权利要求18所述的平面扬声器单体，其中该集气器由一集气剂所组成，或是使用一集气剂吸附水气。

24.如权利要求23所述的平面扬声器单体，其中该集气剂是由钙或是其化合物所组成。

25.一种扬声器装置，具有多个平面扬声器单体所堆叠组成，其中该平面扬声器单体包括：

第一振膜，具有第一表面与第二表面，该第一表面设有阻隔水气的第一导电电极；

第二振膜，具有第一表面与第二表面，该第二振膜的第一表面具有阻隔水气的第二导电电极；

开孔电极结构，介于该第一振膜的第二表面与该第二振膜的第二表面之间；以及

第一支撑体层，配置在该第一振膜与该开孔电极结构之间；以及

第二支撑体层，配置在该第二振膜与该开孔电极结构之间，其中该第一振膜、该第一支撑体层、该开孔电极结构、该第二支撑体层与该第二振膜堆叠成一堆叠结构，而该第一导电电极与该第二导电电极位于该堆叠结构的相对的两外侧，并在该堆叠结构内形成共振空间，

其中至少有一该平面扬声器单体包括一绝缘层，为于该开孔电极结构的第一开孔电极与第二开孔电极之间，做一电性隔离，而该第一开孔电极与该第二开孔电极具有多个音孔。

26.如权利要求25所述的扬声器装置，其中该多个平面扬声器单体至少堆叠成两层结构。

27.如权利要求25所述的扬声器装置，其中至少有一该平面扬声器单体的该绝缘层为整层结构，与该第一开孔电极及该第二开孔电极堆叠成整个该开孔电极结构，而该多个音孔为贯穿该开孔电极结构。

28.如权利要求25所述的扬声器装置，其中至少在一该平面扬声器单体中，该第一导电电极、该第一振膜、该第一支撑体层与该第一开孔电极堆叠形成第一单体结构，而该第二导电电极、该第二振膜、该第二支撑体层与该第二开孔电极堆叠形成第二单体结构，而该第一单体结构内形成的共振空间与该第二单体结构经由该第一开孔电极与该第二开孔电极的该多个音孔互通。

29.如权利要求25所述的扬声器装置，其中至少在一该平面扬声器单体中，该第一振膜与该第二振膜为驻极体振膜，并通过调整不同极性的音源信号到该第一导电电极与该第一开孔电极，以及到该第二导电电极与该第二开孔电极，让该第一振膜与该第二振膜振动发出不同频率的声音。

30.如权利要求25所述的扬声器装置，其中至少在一该平面扬声器单体中，该第一支撑体层与该第二支撑体层分别具有第一布局图案与第二布局图案，其中该第一布局图案与该第二布局图案分别是根据该第一振膜与该开孔电极结构，以及该第二振膜与该开孔电极结构的静电效应而调整。

31.如权利要求30所述的扬声器装置，其中至少在一该平面扬声器单体中，该第一支撑体层与该第二支撑体层分别具有多个支撑体介于其间，以形成该第一布局图案与该第二布局图案。

32.如权利要求31所述的扬声器装置，其中至少在一该平面扬声器单体中，该第一布局图案与该第二布局图案是通过该多个支撑体的形状或该多个支撑体配置位置所构成。

33.如权利要求32所述的扬声器装置，其中该多个支撑体的形状为点状、栅状、类十字状、三角柱形、圆柱形或是矩形。

34.如权利要求25所述的扬声器装置，其中该多个平面扬声器单体连接到一信号源，分别提供不同极性的音源信号连接到每一该平面扬声器单体的该开孔电极结构、该第一导电电极与该第二导电电极，以驱动该第一振膜与该第二振膜振动，而使平面扬声器单体发出不同频率的声音。

35.如权利要求25所述的扬声器装置，其中该第一振膜与该第二振膜为驻极体振膜，其材料是采用纳微米孔驻极体压电复合材料。

36.如权利要求35所述的扬声器装置，其中，该纳微米孔驻极体压电复合材料为选自包括聚全氟乙丙烯、四氟乙烯单体聚合物、聚偏二氟乙烯、具有双碳链复合物及部分含氟高分子聚合物的材料所组成群组的其中之一者。

37.如权利要求25所述的扬声器装置，其中该第一导电电极与该第二导电电极为选自导电金属薄膜、银胶、氧化铟锡、氧化铟锌、聚乙撑二氧噻吩所组成群组的其中之一者。

38.如权利要求25所述的扬声器装置，其中在该平面扬声器单体中，该第一导电电极与该第二导电电极可由金属或多种金属组合所组成。

39.如权利要求25所述的扬声器装置，其中在该平面扬声器单体中，该第一导电电极与该第二导电电极可由金属电极与聚合物所组成。

40.如权利要求25所述的扬声器装置，还包括至少一集气器，置于该共振空间内，该集气器具有吸收该共振空间内的水气的功能。

41.如权利要求40所述的扬声器装置，其中该集气器为一物理性集气器。

42.如权利要求40所述的扬声器装置，其中该集气器为一化学性集气器。

43.如权利要求40所述之扬声器装置，其中该集气器为粉状、碟状、带状、管状、环状或杯状。

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