CN101783995A - 热致发声装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种热致发声装置，其包括：一基板，具有一表面；一热致发声元件，位于所述基板的一侧，并面对所述基板表面；以及一第一电极和一第二电极间隔设置并与所述热致发声元件电连接，其中，所述基板表面形成有一开口朝向所述热致发声元件的凹部，所述热致发声元件具有一第一区域及一第二区域，所述第一区域及第二区域位于所述第一电极和第二电极之间，所述第一区域的热致发声元件覆盖所述凹部开口并悬空设置，所述第二区域的热致发声元件与所述基板表面接触。该热致发声装置具有较好的耐用性及发声效果。

Description

热致发声装置

技术领域

本发明涉及一种热致发声装置。

背景技术

2008年10月29日，范守善等人公开了一种应用热声效应的热致发声装置，请参见文献“Flexible，Stretchable，Transparent Carbon Nanotube Thin FilmLoudspeakers”，ShouShan Fan，et al.，Nano Letters，Vol.8(12)，4539-4545(2008)。该热致发声元件采用碳纳米管膜作为一热致发声元件，由于碳纳米管膜具有极大的比表面积及极小的单位面积热容(小于2×10^-4焦耳每平方厘米开尔文)，该热致发声元件可发出人耳能够听到强度的声音，且具有较宽的发声频率范围(100Hz～100kHz)。该热致发声装置中，碳纳米管膜可悬空设置或贴合于一玻璃板表面。但是，当将该碳纳米管膜悬空设置时，该碳纳米管膜较易被破坏。而当碳纳米管膜完全贴合于玻璃板表面时，该碳纳米管膜发出的热量大多被玻璃板传导走，无法用来加热周围空气，从而无法改变周围空气的密度发出声音。

发明内容

有鉴于此，确有必要提供一种热致发声装置，该热致发声装置中的热致发声元件不易被破坏，且具有较好的发声效果。

一种热致发声装置，其包括：一基板，具有一表面；一热致发声元件，位于所述基板的一侧，并面对所述基板表面；以及一第一电极和一第二电极间隔设置并与所述热致发声元件电连接，其中，所述基板表面形成有一开口朝向所述热致发声元件的凹部，所述热致发声元件具有一第一区域及一第二区域，所述第一区域及第二区域位于所述第一电极和第二电极之间，所述第一区域的热致发声元件覆盖所述凹部开口并悬空设置，所述第二区域的热致发声元件与所述基板表面接触。

一种热致发声装置，其包括：一基板，具有一表面；一热致发声元件，位于所述基板的一侧，并面对所述基板表面；一致热装置用于使热致发声元件发热以热致发声；其中，所述基板表面形成有多个开口朝向所述热致发声元件的凹部，所述热致发声元件与所述基板表面接触，且至少覆盖一个所述凹部的部分开口以使部分热致发声元件相对所述基板表面悬空。

一种热致发声装置，其包括：一基板，具有一表面；一热致发声膜，位于所述基板的一侧，并面对所述基板表面；以及一致热装置用于使热致发声膜热致发声；其中，所述基板表面形成有一开口朝向所述热致发声膜的凹部，所述热致发声膜具有一第一区域及一第二区域，所述热致发声膜的第一区域覆盖所述凹部开口，与所述基板不接触，所述第二区域的热致发声膜与所述基板表面面接触。

与现有技术相比较，所述热致发声装置具有以下优点：该热致发声元件设置于基板表面的第二区域与基板接触，第一区域覆盖于基板的凹部的开口并悬空设置，一方面，该基板能支撑并固定该热致发声元件，另一方面，该基板的凹部使从热致发声元件中发出的热量尽量少的通过基板传导走，并且，该基板的凹部增加了热致发声元件与周围气体或液体介质接触的面积，从而使该基板不影响该热致发声元件热致发声。

附图说明

图1是本发明第一实施例热致发声装置的顶视示意图。

图2是图1所示的热致发声装置沿Ⅱ-Ⅱ’线的剖视示意图。

图3是本发明热致发声装置中的碳纳米管膜的扫描电镜照片。

图4是本发明第二实施例热致发声装置的顶视示意图。

图5是图4所示的热致发声装置沿Ⅴ-Ⅴ’线的剖视示意图。

图6是本发明第三实施例热致发声装置的剖视示意图。

图7是本发明第四实施例热致发声装置的剖视示意图。

图8是本发明第五实施例热致发声装置的顶视示意图。

图9是本发明第五实施例热致发声装置的主视示意图。

图10是本发明第五实施例具有半圆形盲槽结构的热致发声装置的主视示意图。

图11是本发明第五实施例具有三角形盲槽结构的热致发声装置的主视示意图。

图12是本发明第五实施例具有锯齿形盲槽结构的热致发声装置的主视示意图。

图13是本发明第六实施例热致发声装置的顶视示意图。

图14是图13所示的热致发声装置沿ⅩⅣ-ⅩⅣ’线的剖视示意图。

图15是本发明第七实施例的热致发声装置的顶视示意图。

图16是本发明第八实施例的热致发声装置的顶视示意图。

图17是本发明第九实施例热致发声装置的主视示意图。

具体实施方式

以下将结合附图详细说明本发明实施例的热致发声装置。

请参阅图1及图2，本发明第一实施例提供一种热致发声装置200，其包括一基板202、一热致发声元件204、一第一电极206以及一第二电极216。该第一电极206及第二电极216间隔设置并与该热致发声元件204电连接。该基板202一表面230具有至少一凹部208，该热致发声元件204位于该基板202具有凹部208的一侧，并面对所述基板202的表面230。所述凹部208在所述表面230具有一开口，并且，所述热致发声元件204具有一第一区域210及一第二区域220，所述第一区域210及第二区域220位于所述第一电极206和第二电极216之间。该第一区域210的热致发声元件204覆盖所述凹部208的开口并悬空设置。该第二区域220的热致发声元件204与该基板202的表面230接触，并通过该基板202支撑。该第一区域210及第二区域220可分别为连续或不连续的区域。

该基板202的形状、尺寸及厚度均不限，该基板202的表面230可为平面或曲面。该基板202的材料不限，可以为具有一定强度的硬性材料或柔性材料。优选地，该基板202的材料的电阻应大于该热致发声元件204的电阻，且具有较好的绝热性能，从而防止该热致发声元件204产生的热量过多的被该基板202吸收。具体地，该基板202的材料可以为玻璃、陶瓷、石英、金刚石、塑料、树脂或木质材料。本实施例中，该基板202为一正方形透明玻璃基板202，该基板202的表面230为一平面，该基板202的边长为17厘米，厚度为20毫米。

根据该基板202的材料的不同，所述凹部208可通过机械法或化学法，如切削、打磨、化学刻蚀、腐蚀等方法，形成在该基板202表面。另外，该具有凹部208的基板202可通过一具有预定形状的模具一次成型得到。

该凹部208可以为通槽结构、通孔结构、盲槽结构或盲孔结构中的一种或多种，当该基板202具有多个凹部208时，该多个凹部208均匀分布、以一定规律分布或随机分布，所述第一区域210分别覆盖所述多个凹部208在基板202的表面230的开口。

本实施例中，该基板202的凹部208为一通槽结构。该通槽的深度为所述基板202的厚度。当该通槽平行于所述基板202表面230的一个边时，该通槽的长度小于该边长。该通槽在该基板202表面上的形状可为长方形、工形、多边形、扁圆形或其他不规则形状。当该基板202表面230具有多个通槽时，该多个通槽可均匀分布、以一定规律分布或随机分布于该基板202表面230。当该多个通槽相互平行且均匀分布于基板202表面时，每相邻两个通槽的槽间距d1大于100微米。本实施例中，该基板202表面230具有多个平行等间距分布的长方形通槽，槽宽为1毫米，每两个相邻的通槽之间的间距d1为1毫米。

所述热致发声元件204具有较小的单位面积热容。本发明实施例中，该热致发声元件204的单位面积热容小于2×10^-4焦耳每平方厘米开尔文。具体地，该热致发声元件204为一具有较大比表面积及较小厚度的导电结构，从而使该热致发声元件204可以将输入的电能转换为热能，并与周围介质充分快速的进行热交换。优选地，该热致发声元件204应为自支撑结构，所谓“自支撑结构”即该热致发声元件204无需通过一支撑体支撑，也能保持自身特定的形状。因此，该自支撑的热致发声元件204可部分悬空设置。该自支撑结构的热致发声元件204可充分的与周围介质接触并进行热交换。该热致发声元件204可为一膜状结构或线状结构，如一热致发声膜。

本实施例中，该热致发声元件204包括一碳纳米管结构。具体地，所述碳纳米管结构为层状结构，厚度优选为0.5纳米～1毫米。当该碳纳米管结构厚度比较小时，例如小于等于10微米，该碳纳米管结构有很好的透明度。所述碳纳米管结构为自支撑结构。该自支撑的碳纳米管结构中多个碳纳米管间通过范德华力相互吸引，从而使碳纳米管结构具有特定的形状。故该碳纳米管结构部分通过基板202支撑，并使碳纳米管结构其它部分悬空设置。

所述碳纳米管结构包括至少一碳纳米管膜。所述碳纳米管膜从碳纳米管阵列中直接拉取获得。该碳纳米管膜的厚度为0.5纳米～100微米，单位面积热容小于1×10^-6焦耳每平方厘米开尔文。所述碳纳米管包括单壁碳纳米管、双壁碳纳米管和多壁碳纳米管中的一种或多种。所述单壁碳纳米管的直径为0.5纳米～50纳米，双壁碳纳米管的直径为1纳米～50纳米，多壁碳纳米管的直径为1.5纳米～50纳米。该碳纳米管膜长度不限，宽度取决于碳纳米管阵列的宽度。请参阅图3，所述碳纳米管结构中碳纳米管膜包括多个碳纳米管首尾相连并沿同一方向择优取向排列，该多个碳纳米管大致平行且大致平行于所述基板202的表面230。当所述碳纳米管膜的宽度较小时，该碳纳米管结构包括多个碳纳米管膜共面的铺设于基板202的表面230。另外，该碳纳米管结构可包括多层相互重叠的碳纳米管膜，相邻两层碳纳米管膜中的碳纳米管之间具有一交叉角度α，α大于等于0度且小于等于90度。

本实施例中，所述热致发声元件204为单层的碳纳米管膜，该碳纳米管膜设置于该基板202的表面230，并包括覆盖该凹部208的第一区域210以及与该基板202的表面230接触的第二区域220。所述碳纳米管膜的厚度为50纳米，光透过率为67％～95％。

所述碳纳米管膜具有较强的粘性，故该碳纳米管膜可直接黏附于所述基板202的表面230。进一步地，当将所述碳纳米管膜黏附于基板202表面230后，可使用有机溶剂处理粘附在基板202上的碳纳米管膜。具体地，可通过试管将有机溶剂滴落在碳纳米管膜表面浸润整个碳纳米管膜。该有机溶剂为挥发性有机溶剂，如乙醇、甲醇、丙酮、二氯乙烷或氯仿，本实施例中采用乙醇。在挥发性有机溶剂挥发时产生的表面张力的作用下，微观上，该碳纳米管膜中的部分相邻的碳纳米管会收缩成束。碳纳米管膜与基体的接触面积增大，从而可以更紧密地贴附在基板202的表面230。另外，由于部分相邻的碳纳米管收缩成束，碳纳米管膜的机械强度及韧性得到增强，且整个碳纳米管膜的表面积减小，粘性降低。宏观上，该碳纳米管膜为一均匀的膜结构。

可以理解，为使该碳纳米管膜更好的固定于该基板202的表面230，可在该基板202的表面230设置一粘结层或粘结点，从而使该碳纳米管膜通过该粘结层或粘结点固定于该基板202的表面230。现有技术领域的人可以想到，为实现特定的功能，如上述固定功能，该热致发声元件204可不直接与该基板202的表面230接触，而是设置于一中间元件表面，该中间元件设置于该基板202的表面230与该热致发声元件204之间。

所述第一电极206及第二电极216分别与所述热致发声元件204电连接，以使该热致发声元件204接入一音频电信号。具体地，所述第一电极206以及第二电极216可间隔设置于该热致发声元件204背离所述基板202的一侧。该第一电极206以及第二电极216由导电材料形成，其形状及结构不限。具体地，该第一电极206以及第二电极216可选择为细长的条状、棒状、或其它形状。该第一电极206以及第二电极216的材料可选择为金属、导电聚合物、导电胶、金属性碳纳米管或铟锡氧化物(ITO)等。

本实施例中，该两个电极206靠近所述热致发声元件204相对的两边，且与所述通槽平行设置。该第一电极206及第二电极216由金属丝构成，该金属丝可直接压紧该热致发声元件204并固定于基板202上。

由于碳纳米管沿轴向具有优异导电性，当碳纳米管结构中的碳纳米管为沿一定方向有序排列时，优选地，所述第一电极206及第二电极216的设置应确保所述碳纳米管结构中碳纳米管沿第一电极206至第二电极216的方向延伸。优选地，所述第一电极206及第二电极216之间应具有一基本相等的间距，从而使第一电极206及第二电极216之间区域的碳纳米管结构能够具有一基本相等的电阻值，并且，所述第一电极206及第二电极216的长度大于等于碳纳米管结构的宽度，从而可以使整个碳纳米管结构均得到利用。本实施例中，所述碳纳米管沿基本垂直该第一电极206及第二电极216长度方向排列，所述第一电极206及第二电极216相互平行设置。所述音频电信号通过该第一电极206及第二电极216输入该碳纳米管结构。

可以理解，由于该热致发声元件204的发声原理为“电-热-声”的转换，故该热致发声元件204在发声的同时会发出一定热量。本实施例中，该通槽结构有利于增进该热致发声元件204的散热效果。进一步地，所述热致发声装置200可包括一散热装置(图未示)设置于该基体202远离该热致发声元件204的表面。

上述热致发声装置200在使用时，可通过该第一电极206及第二电极216接入一音频电信号源。该碳纳米管结构具有较小的单位面积热容和较大的散热表面，在输入信号后，碳纳米管结构可迅速升降温，产生周期性的温度变化，并和周围介质快速进行热交换，使周围介质的密度周期性地发生改变，进而发出声音。故所述热致发声元件204的发声原理为“电-热-声”的转换。由上述热致发声元件204组成的热致发声装置200可在气体或液体介质中发声，具有广泛的应用范围。由于该碳纳米管结构具有一定的透光度，当基底202为透明材料时，热致发声装置200可为一透明热致发声装置。进一步地，由于该热致发声元件204的第一区域210悬空设置，该区域210的热致发声元件204两面均与周围介质接触，增加了碳纳米管结构与周围气体或液体介质接触的面积，并且，由于该热致发声元件204的第二区域220与该基板202的表面230接触，并通过该基板202支撑，故该热致发声元件204不易被破坏。

请参阅图4及图5，本发明第二实施例提供一种热致发声装置300，其包括一基板302、一热致发声元件304、一第一电极306及一第二电极316。该基板302一表面330具有多个开口朝向热致发声元件304的凹部308，该热致发声元件304设置于该基板302具有凹部308的表面330，并覆盖该多个凹部308的开口。该第一电极306及第二电极316间隔设置于热致发声元件204的表面。

该第二实施例的热致发声装置300与第一实施例的热致发声装置200结构基本相同，其区别在于，该热致发声装置300的凹部308为一通孔结构。该通孔的深度为所述基板302的厚度，该通孔在所述基板302的表面330上的形状可以为矩形、圆形、三角形或其他不规则形状。当该基板302的表面330具有多个通孔时，该多个通孔可均匀分布、以一定规律分布或随机分布于该基板302表面。当该多个通孔均匀分布于基板302的表面330时，相邻两个通孔之间的间距d2大于100微米。本实施例中，该基板302的表面330具有多个呈阵列分布的圆形通孔，通孔的半径为0.5毫米，相邻的通孔之间的间距d2为1毫米。该通孔结构易于成型，当控制该通孔的直径较小时，可在该基板302的表面330形成尽量多的通孔，使该热致发声元件304与周围气体或液体介质具有更多的接触面积。

请参阅图6，本发明第三实施例提供一种热致发声装置400，其包括一基板402、一热致发声元件404、一第一电极406及一第二电极416。该基板402的一表面430具有多个开口朝向所述热致发声元件404的凹部408，该热致发声元件404设置于该基板402具有凹部408的表面430，并覆盖该多个凹部408的开口。具体地，该热致发声元件404具有一第一区域410及一第二区域420。该第一区域410的热致发声元件404覆盖所述凹部408的开口并悬空设置。该第二区域420的热致发声元件404与该基板402接触，并通过该基板402支撑。

该第三实施例的热致发声装置400与第一实施例的热致发声装置200结构基本相同，其区别在于，该第一电极406及第二电极416间隔于该热致发声元件404与该基板402之间。具体地，该第一电极406及第二电极416直接设置于基板402的表面430，该热致发声元件404覆盖该第一电极406及第二电极416。

该第一电极406及第二电极416可与第一实施例的第一电极206及第二电极216相同，为一固定于基板402上的金属丝。另外，由于该第一电极406及第二电极416直接形成于基板402表面430，故该第一电极406及第二电极416也可为一通过丝网印刷方式或沉积刻蚀方式形成的金属层，此时，该第一电极406及第二电极416形成于所述基板402与该热致发声元件404的第二区域420相接触的表面430。本实施例中，该第一电极406及第二电极416为通过丝网印刷方式形成的导电银浆层。由于本实施例中该第一电极406及第二电极416先于热致发声元件404设置于基板402的表面430，因此该第一电极406及第二电极416具有更简易的形成方式，利于工业化应用。

请参阅图7，本发明第四实施例提供一种热致发声装置500，其包括一基板502、一热致发声元件504、多个第一电极506及多个第二电极516。该基板502一表面530具有多个开口朝向热致发声元件504的凹部508，该热致发声元件504设置于该基板502具有凹部508的表面530，并覆盖该多个凹部508的开口。该多个第一电极506及多个第二电极516间隔于该热致发声元件504与该基板502之间。

该第四实施例的热致发声装置500与第三实施例的热致发声装置400结构基本相同，其区别在于，该热致发声装置500包括多个第一电极506及多个第二电极516，该多个第一电极506及多个第二电极516间隔设置于该热致发声元件504与该基板502之间。该多个第一电极506及多个第二电极516的高度不限，优选地，该多个第一电极506及多个第二电极516的高度为1微米-200微米。

进一步地，该多个第一电极506与该多个第二电极516按abab方式间隔设置。该多个第一电极506电连接，该多个第二电极506电连接，从而使相邻的第一电极506与第二电极506之间的热致发声元件504输入一音频电信号。

此种连接方式使相邻的第一电极506与第二电极506之间的热致发声元件504相互并联，从而使驱动该热致发声元件504发声所需的电压降低。

请参阅图8及图9，本发明第五实施例提供一种热致发声装置600，其包括一基板602、一热致发声元件604、一第一电极606及一第二电极616。该基板602一表面630具有多个开口朝向热致发声元件604的凹部608，该热致发声元件604设置于该基板602具有凹部608的表面630，并覆盖该多个凹部608的开口。该第一电极606及第二电极616间隔设置并与该热致发声元件604电连接。

该第五实施例的热致发声装置600与第一实施例的热致发声装置200结构基本相同，其区别在于，该热致发声装置600的凹部608为一盲槽结构。该盲槽的深度小于所述基板602的厚度，该盲槽的长度不限。该盲槽在该基板602的表面630上的形状可为长方形、弓形、多边形、扁圆形或其他不规则形状。请参阅图10，该热致发声装置600具有一凹部608a，该凹部608a垂直于其长度方向的截面可为半圆形。请参阅图11，该热致发声装置600具有一凹部608b，该凹部608b垂直于其长度方向的截面可为三角形。另外，该凹部还可为梯形或其他不规则形状。当该基板602的表面630具有多个盲槽时，该多个盲槽可均匀分布、以一定规律分布或随机分布于该基板602的表面630。请参阅图12，该热致发声装置600具有多个一凹部608c，该多个凹部608c为盲槽，且多个盲槽相互平行且均匀分布于基板602的表面630时，相邻两个盲槽的槽间距d3可接近于0，即所述基板602与该热致发声元件604接触的区域为多个线。可以理解，在其他实施例中，通过改变该凹部608的形状，该热致发声元件604与该基板602接触的区域为多个点，即该热致发声元件604与该基板602之间可为点接触、线接触或面接触。

本实施例中，该基板602的表面630具有多个平行等间距分布的长方形盲槽，槽宽为1毫米，每两个相邻的通槽之间的间距d3为1毫米。

本实施例的热致发声装置600中所述凹部608为盲槽结构。该盲槽结构比通槽结构更有利于反射所述热致发声元件604发出的声波，从而增强所述热致发声装置600在热致发声元件604一侧的发声强度。当该相邻的盲槽之间的距离d3接近于0时，该基板602既能支撑该热致发声元件604，又能使该热致发声元件604具有与周围介质接触的最大表面积。

可以理解，当该盲槽的深度达到某一值时，通过该盲槽反射的声波会与原声波产生叠加，从而引起相消干涉，影响热致发声元件604的发声效果。为避免这一现象，优选的，该盲槽的深度小于10毫米。另外，当该盲槽的深度过小，通过基板602悬空设置的热致发声元件604与基板602距离过近，不利于该热致发声元件604的散热。因此优选的，该盲槽的深度大于10微米。

请参阅图13及图14，本发明第六实施例提供一种热致发声装置700，其包括一基板702、一热致发声元件704、一第一电极706及一第二电极716。该基板702一表面730具有多个开口朝向热致发声元件704的凹部708，该热致发声元件704设置于该基板702具有凹部708的表面730，并覆盖该多个凹部708的开口。该第一电极706及第二电极716间隔设置并与该热致发声元件704电连接。

该第六实施例的热致发声装置700与第五实施例的热致发声装置600结构基本相同，其区别在于，该热致发声装置700的凹部708为一盲孔结构。该盲孔的深度小于所述基板702的厚度，该盲孔在所述基板702的表面730上的形状可以为矩形、圆形、三角形或其他不规则形状。当该基板702的表面730具有多个盲孔时，该多个盲孔可均匀分布、以一定规律分布或随机分布于该基板702表面。当该多个盲孔均匀分布于基板702的表面730时，相邻两个盲孔之间的间距d4可接近于0。本实施例中，该基板702的表面730具有多个呈阵列分布的圆形盲孔，盲孔的半径为0.5毫米，相邻的盲孔之间的间距d4为1毫米，盲孔的深度为该盲孔的半径。

该盲孔结构易于成型，当控制该盲孔的直径较小时，可在该基板702的表面730形成尽量多的盲孔，使该热致发声元件704与周围介质具有更多的接触面积。当该相邻的盲孔之间的距离d4接近于0时，该基板702既能支撑该热致发声元件704，又能使该热致发声元件704具有与周围介质接触的最大表面积。

可以理解，上述热致发声装置中，所述凹部不一定局限于槽结构或孔结构，所述凹部开口的形状可兼顾其他实际需要设计成各种图形，如几何图形、文字或字母等。请参阅图15，本发明第七实施例提供一种热致发声装置800，其包括一基板802、一热致发声元件804、一第一电极806及一第二电极816。该基板802一表面830形成有一开口朝向所述热致发声元件804的至少一凹部808，该凹部808在该基板802表面830的开口为一连续螺旋形结构。

请参阅图16，本发明第八实施例提供一种热致发声装置900，其包括一基板902、一热致发声元件904、一第一电极906及一第二电极916。该基板902一表面930形成有一开口朝向所述热致发声元件904的至少一凹部908，该凹部908在该基板902表面930的开口为一连续蜿蜒曲折结构。

上述热致发声装置在使用时，所述热致发声元件在音频电信号的作用下与周围介质进行快速的热交换，按照音频电信号的频率迅速升降温并加热周围的介质，周围介质由于热致发声元件的加热，其密度按照音频电信号的频率改变而改变，使周围介质迅速膨胀和收缩，从而发出声音。

请参阅图17，本发明第九实施例提供一种热致发声装置1000，其包括一基板1002、一热致发声元件1004以及一致热装置1040。该热致发声元件1004位于所述基板1002的一侧，并面对所述基板1002的一表面1030。该基板1002表面1030具有至少一开口朝向热致发声元件1004的凹部1008，所述凹部1008在所述基板1002的表面1030具有一开口，并且，所述热致发声元件1002具有一第一区域1010及一第二区域1020。该第一区域1010的热致发声元件1004覆盖所述凹部1008的开口并悬空设置。该第二区域1020的热致发声元件1004与该基板1002的表面1030接触，并通过该基板1002支撑。

该第九实施例的热致发声装置1000与第一实施例的发声装置200的结构基本相同，其区别在于，该热致发声装置1000包括一致热装置1040，用于使所述热致发声元件1004热致发声。

本实施例中，该热致发声元件1004与该致热装置1040间隔设置。该致热装置1040为一激光器，或其它电磁波信号发声装置。从该致热装置1040发出的电磁波信号1050传递至该热致发声元件1004。

可以理解，该激光器可正对该热致发声元件1004设置。当该基板1002为可使激光透过的透明基板时，该激光器可对应于该基板1002远离该热致发声元件1004的表面设置，从而使从激光器发出的激光穿过基板1002传递至该热致发声元件1004。另外，当该基板1002包括至少一通孔，即使该基板1002为不透明材料制成，该激光器也可以对应于该基板1002远离该热致发声元件1004的表面设置。另外，当该致热装置1040发出的是一电磁波信号时，该电磁波信号可透过一绝缘基板1002传递至该热致发声元件1004，此时，该致热装置1040也可以对应于该基板1002远离该热致发声元件1004的表面设置。

进一步地，该热致发声装置1000可包括一调制装置1060，用于接收从所述致热装置1040发出的电磁波信号1050，将该电磁波信号1050进行强度和频率的调制，并将调制后的电磁波信号1050传递至该热致发声元件1004。本实施例中，该电磁波信号1050为一脉冲激光信号，该调制装置1050为一电光晶体。

本实施例的热致发声装置1000中，当热致发声元件1004受到如激光等电磁波的照射时，该热致发声元件1004因吸收电磁波的能量而受激发，并通过非辐射使吸收的光能全部或部分转变为热。该热致发声元件1004温度根据电磁波信号1050频率及强度的变化而变化，并和周围的空气或其他气体或液体介质进行迅速的热交换，从而使其周围介质的温度也产生等频率的变化，造成周围介质迅速的膨胀和收缩，从而发出声音。进一步地，本实施例中，所述热致发声元件1004为一碳纳米管结构，碳纳米管对电磁波的吸收接近绝对黑体，该碳纳米管结构所发出的声音的频率范围较宽(1Hz～100kHz)、发声效果较好。可以理解，当电磁波信号的频率增高时，该热致发声元件1004可以发出超声波。

可以理解，由于该热致发声装置的工作原理为将一定形式的能量以极快的速度转换为热量，并和周围气体或液体介质进行快速的热交换，从而使该介质膨胀及收缩，从而发出声音，因此在上述第一实施例至第八实施例中，所述第一电极及第二电极也可看作一致热装置，其通过为该热致发声元件施加一功率放大的音频电信号，从而使该热致发声元件发热，进而加热周围介质发出声音。因此，本技术领域的人可以知道，所述能量形式不局限于电能或光能，该致热装置也不局限于上述实施例中的电极或电磁波信号发生器，任何可以使该热致发声元件发热，并按照音频变化加热周围介质的装置均可看作一致热装置，并在本发明保护范围内。

本实施例中，当该热致发声元件为一层A4纸大小的碳纳米管膜时，该致热装置为电极，在输入电压为50伏条件下，将一麦克风设置于正对该碳纳米管膜，并间隔5厘米处，测得该碳纳米管膜的发声强度可达105分贝声压级(dBSPL)，发声频率范围为100赫兹至10万赫兹(即100Hz～100kHz)。当上述凹部为盲槽结构或盲孔结构时，为避免相消干涉，该凹部的深度优选为10微米～10毫米。

本发明实施例提供的热致发声装置具有以下优点。其一，该热致发声元件设置于基板表面且覆盖于基板的凹部开口的第一区域悬空设置，一方面，该基板能支撑并固定该热致发声元件，另一方面，该基板的凹部使从热致发声元件中发出的热量尽量少的通过基板传导走，并且，该基板的凹部增加了热致发声元件与周围介质接触的面积，从而使该基板不影响该热致发声元件发声。其二，该基板的凹部可以为各种通槽结构、通孔结构、盲槽结构或盲孔结构。当该基板的凹部为通槽结构或通孔结构时，该通槽结构或通孔结构有利于该热致发声装置的散热，使该热致发声装置工作时温度不致过高。当该基板的凹部为盲槽结构或盲孔结构时，该盲槽结构或盲孔结构有利于声音的反射，使该热致发声元件发出的声音均向热致发声元件远离基板的方向传播。

另外，本领域技术人员还可在本发明精神内做其他变化，当然，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。

Claims (36)

1.一种热致发声装置，其包括：

一基板，具有一表面；

一热致发声元件，位于所述基板的一侧，并面对所述基板表面；以及

一第一电极和一第二电极间隔设置并与所述热致发声元件电连接；

其特征在于，所述基板表面形成有一开口朝向所述热致发声元件的凹部，所述热致发声元件具有一第一区域及一第二区域，所述第一区域及第二区域位于所述第一电极和第二电极之间，所述第一区域的热致发声元件覆盖所述凹部开口并悬空设置，所述第二区域的热致发声元件与所述基板表面接触。

2.如权利要求1所述的热致发声装置，其特征在于，所述基板表面进一步形成有多个所述凹部，所述多个凹部均匀分布、以一定规律分布或随机分布。

3.如权利要求2所述的热致发声装置，其特征在于，所述第一区域分别覆盖所述多个凹部开口。

4.如权利要求1所述的热致发声装置，其特征在于，所述凹部开口的形状为几何图形、文字或字母形状。

5.如权利要求1所述的热致发声装置，其特征在于，所述凹部包括通槽结构、通孔结构、盲槽结构及盲孔结构中的一种或多种。

6.如权利要求5所述的热致发声装置，其特征在于，所述通槽结构或盲槽结构相互平行排列于所述基板的表面。

7.如权利要求6所述的热致发声装置，其特征在于，所述每相邻两个通槽结构或盲槽结构的槽间距相等。

8.如权利要求5所述的热致发声装置，其特征在于，所述通孔结构或盲孔结构呈阵列分布于所述基板的表面。

9.如权利要求5所述的热致发声装置，其特征在于，所述盲槽结构或盲孔结构的深度为10微米～10毫米。

10.如权利要求1所述的热致发声装置，其特征在于，所述基板的材料为玻璃、陶瓷、石英、金刚石、塑料、树脂或木质材料。

11.如权利要求1所述的热致发声装置，其特征在于，所述基板为一透明基板。

12.如权利要求1所述的热致发声装置，其特征在于，所述第一电极和第二电极设置于所述热致发声元件背离所述基板的一侧或设置于所述热致发声元件与基板之间。

13.如权利要求1所述的热致发声装置，其特征在于，所述第一电极和第二电极设置于所述基板与所述热致发声元件的第二区域相接触的表面。

14.如权利要求1所述的热致发声装置，其特征在于，所述热致发声装置包括多个交替设置的所述第一电极及第二电极，所述多个第一电极之间电连接，所述多个第二电极之间电连接。

15.如权利要求1所述的热致发声装置，其特征在于，所述热致发声元件的单位面积热容小于2×10-4焦耳每平方厘米开尔文。

16.如权利要求1所述的热致发声装置，其特征在于，所述热致发声元件的发声频率为1赫兹～100千赫兹。

17.如权利要求1所述的热致发声装置，其特征在于，所述热致发声元件包括一碳纳米管结构。

18.如权利要求17所述的热致发声装置，其特征在于，所述碳纳米管结构包括一碳纳米管膜、层叠设置的多个碳纳米管膜或共面设置的多个碳纳米管膜。

19.如权利要求18所述的热致发声装置，其特征在于，所述碳纳米管膜包括多个大致平行的碳纳米管，该碳纳米管与所述基底的表面大致平行。

20.如权利要求19所述的热致发声装置，其特征在于，所述碳纳米管膜中的碳纳米管沿第一电极至第二电极方向延伸。

21.一种热致发声装置，其包括：

一基板，具有一表面；

一热致发声元件，位于所述基板的一侧，并面对所述基板表面；

一致热装置用于使热致发声元件热致发声；

其特征在于，所述基板表面形成有多个开口朝向所述热致发声元件的凹部，所述热致发声元件与所述基板表面接触，且至少覆盖一个所述凹部的部分开口以使部分热致发声元件相对所述基板表面悬空。

22.如权利要求21所述的热致发声装置，其特征在于，所述致热装置包括一个第一电极和一个第二电极间隔设置并与所述热致发声元件电连接，以用于向热致发声元件通入交变电流使其热致发声。

23.如权利要求21所述的热致发声装置，其特征在于，所述热致发声元件包括一碳纳米管结构。

24.如权利要求23所述的热致发声装置，其特征在于，所述碳纳米管结构包括一碳纳米管膜、层叠设置的多个碳纳米管膜或共面设置的多个碳纳米管膜。

25.如权利要求21所述的热致发声装置，其特征在于，所述凹部包括通槽结构、通孔结构、盲槽结构及盲孔结构中的一种或多种。

26.如权利要求21所述的热致发声装置，其特征在于，所述凹部开口的形状为几何图形、文字或字母形状。

27.如权利要求21所述的热致发声装置，其特征在于，所述致热装置为一激光器，用于向热致发声元件传递一强度变化的激光信号使该热致发声元件热致发声。

28.一种热致发声装置，其包括：

一基板，具有一表面；

一热致发声膜，位于所述基板的一侧，并面对所述基板表面；以及

一致热装置用于使热致发声膜热致发声；

其特征在于，所述基板表面形成有一开口朝向所述热致发声膜的凹部，所述热致发声膜具有一第一区域及一第二区域，所述热致发声膜的第一区域覆盖所述凹部开口，与所述基板不接触，所述第二区域的热致发声膜与所述基板表面面接触。

29.如权利要求28所述的热致发声装置，其特征在于，所述致热装置包括一个第一电极和一个第二电极间隔设置并与所述热致发声膜电连接，以用于向热致发声膜通入交变的电流使其热致发声。

30.如权利要求28所述的热致发声装置，其特征在于，所述热致发声膜包括多个大致平行的碳纳米管，该碳纳米管与基板表面大致平行。

31.如权利要求28所述的热致发声装置，其特征在于，所述热致发声膜的第二区域为连续的，所述第二区域包围所述第一区域。

32.如权利要求31所述的热致发声装置，其特征在于，所述热致发声膜的第一区域为连续的螺旋形结构或蜿蜒曲折结构。

33.如权利要求31所述的热致发声装置，其特征在于，所述热致发声膜的第一区域由多个非连续的部分构成。

34.如权利要求30所述的热致发声装置，其特征在于，所述第一电极和一个第二电极为细长形且大致平行，所述碳纳米管与第一电极和一个第二电极大致垂直。

35.如权利要求28所述的热致发声装置，其特征在于，所述凹部开口的形状为几何图形、文字或字母形状。

36.如权利要求28所述的热致发声装置，其特征在于，所述致热装置为一激光器，用于向热致发声膜传递一强度变化的激光信号使该热致发声膜热致发声。

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