CN103841479A - 耳机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种耳机，其包括：一耳机头，所述耳机头包括一壳体以及一热致发声装置，所述热致发声装置设置于所述壳体内；一信号处理器，所述信号处理器通过耳机线与所述耳机头相连接以输入驱动信号；以及一音频信号输入接口，所述音频信号输入接口与所述信号处理器电连接以输入音频信号；其中，进一步包括一能量供应装置与所述信号处理器电连接为所述信号处理器提供驱动电压；所述热致发声装置包括一硅基底以及一热致发声元件设置于硅基底表面并部分悬空设置。

Description

耳机

技术领域

本发明涉及一种耳机，尤其是一种采用硅基底的耳机。

背景技术

现有技术中的耳机一般包括壳体及设置于壳体内部的发声装置、一耳机控制器如耳机线控以及一耳机插头。发声装置一般由信号输入装置和发声元件组成,通过信号输入装置输入信号到该发声元件，进而发出声音。

热致发声装置为发声装置中的一种，其为基于热声效应的一种发声装置，该热致发声装置通过向一导体中通入交流电来实现发声。该导体具有较小的热容（Heat capacity），较薄的厚度，且可将其内部产生的热量迅速传导给周围气体介质的特点。当交流电通过导体时，随交流电电流强度的变化，导体迅速升降温，而和周围气体介质迅速发生热交换，促使周围气体介质分子运动，气体介质密度随之发生变化，进而发出声波。

然而，现有热致发声装置中碳纳米管膜厚度为纳米级，容易破损且不易加工、难以应用于耳机等小型化器件，并且，现有耳机的驱动模式亦无法适用于热致发声装置的驱动。因此，如何解决上述问题是使上述热致发声装置能够应用于耳机并实现产业化及实际应用的关键。

发明内容

有鉴于此，确有必要提供一种易加工、能够实现小型化并可实现产业化的耳机。

一种耳机，包括一耳机头，所述耳机头包括一壳体以及一热致发声装置，所述热致发声装置设置于所述壳体内；其中，进一步包括：一信号处理器，所述信号处理器输出信号给所述热致发声装置；以及一音频信号输入接口，所述音频信号输入接口与所述信号处理器电连接以输入音频信号；其特征在于，进一步包括一能量供应装置与所述信号处理器电连接以提供驱动电压；所述热致发声装置包括一硅基底，所述硅基底具有一表面，该表面形成有多个凹部；以及一热致发声元件设置于所述基底的该表面并覆盖所述多个凹部，对应凹部位置处的热致发声元件悬空设置。

一种耳机，其包括：一耳机头，所述耳机头包括一壳体以及一设置于壳体内的热致发声装置，其中，进一步包括：一信号处理器，所述信号处理器通过有线或无线方式输出信号给所述热致发声装置;以及一音频信号输入接口，所述音频信号输入接口向所述信号处理器输入音频信号；一能量供应装置与所述信号处理器电连接以提供驱动信号；所述信号处理器将输入的音频信号与驱动信号进行处理后输出给所述热致发声装置，驱动所述热致发声装置发声。

与现有技术相比较，所述耳机的热致发声装置中，基底表面具有多个凹部，相邻凹部之间形成一凸部支撑碳纳米管膜，保护碳纳米管膜能实现较好发声效果的同时不易破损，另一方面，通过分别设置音频信号输入接口以及驱动信号输入接口分别与所述一信号处理器电连接，能够方便的驱动所述热致发声装置发声，工艺简单，有利于耳机的产业化及实用化。

附图说明

图1为本发明第一实施例提供的耳机的结构示意图。

图2为图1所示的耳机结构的分解示意图。

图3为图1所示耳机中信号处理器的信号处理的流程图。

图4为图1所示的耳机中热致发声装置的结构示意图。

图5为图4所述的热致发声装置沿V-V方向的剖面图。

图6为图4所述的热致发声装置的照片。

图7为本发明第一实施例提供的耳机的声压级-频率的曲线图。

图8为本发明第一实施例提供的耳机的发声效果图。

图9为所述热致发声装置中绝缘层为多层结构的结构示意图。

图10为图1所述的耳机结构中热致发声元件的光学显微镜照片。

图11为本发明耳机中碳纳米管膜的结构示意图。

图12为本发明耳机中非扭转的碳纳米管线的扫描电镜照片。

图13为本发明耳机中扭转的碳纳米管线的扫描电镜照片。

图14为本发明第二实施例提供的耳机的结构示意图。

图15为本发明第三实施例提供的耳机的结构示意图。

主要元件符号说明

耳机	10，20，30
		能量供应装置	11
壳体	12
		信号处理器	13
热致发声装置	14
		耳机头	15
音频信号输入接口	16
		耳机线	17
驱动信号输入接口	18
		基底	100
第一表面	101
		凹部	102
第二表面	103
		凸部	104
凹槽	105
		第一电极	106
热致发声元件	110
		第一区域	112
第二区域	114
		第二电极	116
绝缘层	120
		前半外壳单元	121
第一绝缘层	122
		后半外壳单元	123
第二绝缘层	124
		外接电极	125
第三绝缘层	126
		金属网罩	127
承载元件	128
		音频处理模块	132
电流处理模块	134
		外壳	182
电源输入接口	184

如下具体实施例将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

以下将结合附图详细说明本发明实施例的耳机。

请参阅图1及图2，本发明第一实施例提供一种耳机10，所述耳机包括一耳机头15，一信号处理器13、一音频信号输入接口16以及一驱动信号输入接口18，所述驱动信号输入接口18通过耳机线17与所述耳机头15连接，所述音频信号输入接口16通过耳机线17与所述驱动信号输入接口18连接。所述音频信号输入接口16电连接所述信号处理器13，以提供音频信号；所述驱动信号输入接口18电连接所述信号处理器13，以提供驱动电压；所述耳机头15连接所述信号处理器13以还原音频信号。

所述耳机头15包括一壳体12以及一热致发声装置14，所述壳体12为一中空结构，所述热致发声装置14设置于所述壳体12内。所述壳体12的材料为质量较轻并具有一定强度的材料，如：塑料、树脂、合金等。所述壳体12与人耳大小相当，其形状为允许将耳机10安装在外耳凹槽大小的椭圆形状。所述壳体12具有一开口作为所述耳机头15的出声部，所述热致发声装置14与所述壳体12的出声部面对且间隔设置。可以理解，所述耳机10也可为入耳式耳机。所述壳体12包括一前半外壳单元121以及一后半外壳单元123，两者通过在对接表面的对接环（图未示）之间的结合彼此连接形成所述封闭的壳体。所述后半外壳单元123为一封闭的壳体，即所述后半外壳单元123除与前半外壳单元121对接的接口，以及耳机线17的入口，不含有其他通孔。所述前半外壳单元121具有一开口作为所述出声部，且所述前半外壳单元121进一步包括一金属网罩127覆盖所述出声部，所述金属网罩127用于保护壳体12内的热致发声装置14以及防尘等，并将热致发声装置14发出的声音传导至壳体12外部，继而传入人耳。所述热致发声装置14容置于所述壳体12内，其位置不限，只要保证所述热致发声装置14能够从出声部发声即可。本实施例中，所述热致发声装置14设置于所述后半外壳单元123中，具体的，所述后半外壳单元123中进一步容纳有一承载元件128，所述承载元件128形状及材料不限，只要能够固定所述热致发声装置123即可。本实施例中，所述承载元件128固定于所述后半外壳单元123中，所述承载元件128用于固定所述热致发声装置14。所述承载元件128为一PCB（Printed Circuit Board）板，所述PCB板卡入所述后半外壳单元123中并固定，具体的，所述热致发声装置14通过粘结剂固定于所述PCB板的表面。所述PCB板进一步设置有多个外接电极125，所述外接电极125连接耳机线17与所述热致发声装置14的电极，以实现热致发声装置14与信号处理器13的电连接。

请一并参阅图3，所述驱动信号输入接口18包括一外壳182以及包覆于外壳182中的一电源输入接口184，所述电源输入接口184的形式不限，只要能够通过接入电源获取驱动信号即可。本实施例中，所述驱动信号输入接口18为一USB插头，所述电源输入接口184为一USB接口，所述USB接口通过插入电脑上的USB插口或者与其他电源设备的USB口电连接获取电流。

所述信号处理器13输出信号给所述热致发声装置14，所述输出信号的方式不限，例如可通过有线或无线（如：蓝牙）等方式输出信号。本实施例中，所述信号处理器13通过一耳机线17输出信号给所述热致发声装置14。所述可集成于所述驱动信号输入接口18的外壳182中，具体的，所述信号处理器13设置于所述电源输入接口184后端的一PCB板上，并密封于所述外壳182中。所述电源输入接口184可通过焊接的方式与所述PCB板上的信号处理器13连接，并且通过外壳182与所述信号处理器13形成一一体结构。本实施例中，由于所述驱动信号输入接口18为一USB插头，所述USB插头具有一外壳以及设置于外壳的USB接口，因此所述信号处理器13可封装于所述USB插头的外壳中，并通过所述USB接口获取驱动信号。通过将所述信号处理器13集成于所述驱动信号输入接口18内，可以减少各元件之间导线的使用，提高集成度，进而降低成本，同时降低耳机10的阻抗，降低驱动电压。本实施例中，所述驱动电压为5V。

所述信号处理器13内设置有集成电路芯片，包括一音频处理模块132以及电流处理模块134。所述音频信号输入接口16与所述音频处理模块132电连接以输入音频信号，所述驱动信号输入接口18与所述电流处理模块134电连接以输入驱动信号。所述信号处理器13将输入的音频信号及驱动信号处理后，输入所述热致发声装置14使其发声。所述音频处理模块132对音频信号具有功率放大作用，用于将输入的音频信号放大后输入至该热致发声装置14。所述电流处理模块134用于对从驱动信号输入接口18中的电源输入接口184输入的直流电流进行偏置，从而解决音频电信号的倍频问题，为所述热致发声装置14提供稳定的输入电流，以驱动所述热致发声装置14正常工作。所述信号处理器13的尺寸和形状不限，由于所述信号处理器13仅用于实现功率放大以及直流偏置的作用，面积可以小于1平方厘米，如49平方毫米，25平方毫米，9平方毫米或更小，从而可以方便的集成于所述驱动信号输入接口18中。可以理解，所述信号处理器13也可通过耳机线分别与所述音频信号输入接口16、驱动信号输入接口18电连接，即所述信号处理器13也可作为单独元件设置于驱动信号输入接口18外部。所述信号处理器13还可集成于所述耳机10的耳机控制器（图未示）中。

所述音频信号输入接口16通过耳机线17连接入所述驱动信号输入接口18内的信号处理器13，从而将音频信号输入所述音频处理模块132。所述音频信号输入接口16的形式不限，本实施例中，所述音频信号输入接口16可为一立体声耳机插头，如2.5毫米耳机插头、3.5毫米耳机插头等，本实施例中，所述音频信号输入接口16为一3.5毫米立体声耳机插头，将从播放设备中输出的音频信号输入到所述音频处理模块132中，经信号处理后，输入所述热致发声装置14中，然后经热致发声装置14还原出来。

请一并参阅图4、图5及图6，所述热致发声装置14为包括一基底100、一热致发声元件110、一绝缘层120、至少一第一电极106以及至少一第二电极116。所述热致发声元件110与所述前半外壳单元121中的金属网罩127间隔且面对设置，即所述热致发声元件110的表面面对所述壳体12的出声部。该第一电极106及第二电极116间隔设置并与该热致发声元件110电连接，并且所述第一电极106及第二电极116与所述PCB板上的外接电极125电连接，从而使所述热致发声元件110与所述信号处理器13电连接。该基底100包括一第一表面101以及与该第一表面101相对的第二表面103，所述第一表面101具有多个凸部104，相邻的凸部104之间形成一凹部102，所述绝缘层120设置于所述基底100的第一表面101，该热致发声元件110设置于所述第一表面101并通过绝缘层120与所述基底100绝缘设置。所述热致发声元件110具有一第一区域112及一第二区域114，所述第一区域112的热致发声元件110悬空设置于所述凹部102，并与所述凹部102的底面间隔设置。所述第二区域114的热致发声元件110设置于所述凸部104的顶面，并通过绝缘层120与所述凸部104绝缘设置。

该基底100为一平面片状结构，形状不限，可为圆形、方形或矩形等，也可以为其他形状。所述基底100的面积为25平方毫米～100平方毫米，具体可选择为如36平方毫米、64平方毫米或80平方毫米等。所述基底100的厚度为0.2毫米～0.8毫米。可以理解，所述基底100并不限于上述平面片状结构，只要确保所述基底100具有一表面承载所述热致发声元件110即可，也可选择为块状结构、弧面结构、曲面结构等。所述基底100的材料可为单晶硅、多晶硅或其他半导体材料，只要保证所述材料能够形成一承载表面以承载热致发声元件110即可。进一步的，所述半导体材料可适用于现有微电子加工工艺。所述基底100具有良好的导热性能，从而可将所述热致发声元件110在工作中产生的热量及时的传导到外界，延长热致发声元件110的使用寿命。本实施例中，该基底100为一边长为8毫米的正方形平面片状结构，厚度为0.6毫米，材料为单晶硅。

所述多个凹部102设置于所述基底100将承载所述热致发声元件110的表面，即第一表面101。该多个凹部102均匀分布、以一定规律分布或随机分布于所述第一表面101。优选地，该多个凹部102相互间隔设置。该多个凹部102可以为通孔结构、盲槽结构或盲孔结构中的一种或多种。在所述凹部102从基底100的第一表面101向基底100内部延伸的方向上，所述每一凹部102具有一底面以及与该底面相邻的侧面。相邻的凹部102之间为所述凸部104，相邻凹部102之间的基底100的表面为所述凸部104的顶面。所述第一区域112的热致发声元件110对应于所述凹部102位置，第一区域112的热致发声元件110悬空设置，即，所述第一区域112的热致发声元件110不与所述凹部102的侧面和底面接触。

请一并参阅图7及图8，所述凹部102的深度可根据实际需要及所述基底100的厚度进行选择，优选地，所述凹部102的深度为100微米～200微米，使基底100在起到保护热致发声元件110的同时，又能确保所述热致发声元件110与所述基底100之间形成足够的间距，防止工作时产生的热量直接被基底100吸收而无法完全实现与周围介质热交换造成音量降低，并保证所述热致发声元件110在各发声频率均有良好的发声效果，并且也避免所述凹部102深度过大时产生声音干涉，影响发声质量。当所述凹部102为凹槽时，所述凹部102在所述第一表面101延伸的长度可小于所述基底100的边长。该凹部102在其延伸方向上的横截面的形状可为V形、长方形、梯形、多边形、圆形或其他不规则形状。所述凹槽的宽度（即所述凹部102横截面的最大跨度）为大于等于0.2毫米小于1毫米。当所述凹槽横截面的形状为倒梯形时，所述凹槽跨宽随凹槽的深度增加而减小。所述倒梯形凹槽底角α的角度大小与所述基底100的材料有关，具体的，所述底角α的角度大小与所述基底100中单晶硅的晶面角相等。优选地，所述多个凹部102为多个相互平行且均匀间隔分布的凹槽设置于基底100的第一表面101，每相邻两个凹槽之间的槽间距d1为20微米～200微米，从而保证后续第一电极106以及第二电极116通过丝网印刷的方法制备，且能够充分利用所述基底100表面，同时保证刻蚀的精确，从而提高发声的质量。本实施例中，该基底100第一表面101具有多个平行等间距分布的倒梯形凹槽，所述倒梯形凹槽在第一表面101的宽度为0.6毫米，所述凹槽的深度为150微米，每两个相邻的凹槽之间的间距d1为100微米。所述倒梯形凹槽底角α的大小为54.7度。

所述绝缘层120可为一单层结构或者一多层结构。当所述绝缘层120为一单层结构时，所述绝缘层120可仅设置于所述凸部104的顶面，也可贴附于所述基底100的整个第一表面101。所述“贴附”是指由于所述基底100的第一表面101具有多个凹部102以及多个凸部104，因此所述绝缘层120直接覆盖所述凹部102及所述凸部104，对应凸部104位置处的绝缘层120贴附在所述凸部104的顶面；对应凹部102位置处的绝缘层120贴附在所述凹部102的底面及侧面，即所述绝缘层120的起伏趋势与所述凹部102及凸部104的起伏趋势相同。无论哪种情况，所述绝缘层120使所述热致发声元件110与所述基底100绝缘。

所述绝缘层120的材料可为二氧化硅、氮化硅或其组合，也可以为其他绝缘材料，只要能够确保所述绝缘层120能够使热致发声元件110与所述基底100绝缘即可。所述绝缘层120的整体厚度可为10纳米～2微米，具体可选择为50纳米、90纳米或1微米等，本实施例中，所述绝缘层的厚度为1.2微米。

进一步的，如图9所示，所述热致发声装置14中，所述绝缘层120为一多层结构。所述多层结构的绝缘层120中，所述绝缘层120可仅设置于所述凸部104的表面；也可贴附于所述基底100的第一表面101；也可某一单层只贴附于凸部104的表面，而其他层则贴附于所述基底100的整个第一表面101。本实施例中，所述绝缘层120包括一第一绝缘层122，第二绝缘层124以及第三绝缘层126。所述第一绝缘层122及第二绝缘层124为一不连续的结构，且依次层叠贴附于所述凸部104的顶面；所述第三绝缘层126为一连续的层状结构，贴附于所述第二绝缘层124的表面以及所述凹部102的底面及侧面。所述第一绝缘层122的材料为二氧化硅，所述第二绝缘层124的材料为氮化硅，所述第三绝缘层126的材料为二氧化硅。

所述绝缘层120由多层绝缘材料组成的多层结构时，每一层的绝缘材料可相同或不同。所述每一层的绝缘材料的厚度可为10纳米～1微米，可根据具体元件的需要选择。本实施例中，所述绝缘层120由三层材料组成，所述第一绝缘层122的材料为二氧化硅，厚度为100纳米；所述第二绝缘层124的材料为氮化硅，厚度为90纳米；所述第三绝缘层126的材料为二氧化硅，厚度为1微米。所述多层设置的绝缘层120可充分的保证所述热致发声元件110与所述基底100的电绝缘，并且可减少或避免所述硅基底100在制备过程中被氧化的现象。

请一并参阅图10，所述热致发声元件110设置于所述基底100的第一表面101，具体的，所述热致发声元件110设置于所述绝缘层120的表面。即所述热致发声元件110的第一区域112悬空设置于所述凹部102上，所述热致发声元件110的第二区域114设置于所述凹部102顶面的绝缘层120表面。可以理解，为使该碳纳米管膜更好的固定于该基底100的第一表面101，可在所述凸部104的顶面设置一粘结层或粘结点，从而使热致发声元件110通过该粘结层或粘结点固定于该基底100的第一表面101。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110可不直接与该基底100的第一表面101接触，而是设置于一中间元件表面，该中间元件设置于该基底100的第一表面101与该热致发声元件110之间。

所述热致发声元件110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110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110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110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110应为自支撑结构，所谓“自支撑结构”即该热致发声元件110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110可部分悬空设置。该自支撑结构的热致发声元件110可充分的与周围介质接触并进行热交换。该热致发声元件110可为一膜状结构或线状结构，如一热致发声膜。

所述热致发声元件110可包括一层状碳纳米管结构，所述层状碳纳米管结构可由多个碳纳米管组成。即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底100支撑，并使碳纳米管结构其它部分悬空设置。所述层状碳纳米管结构包括多个沿同一方向延伸的碳纳米管，所述碳纳米管的延伸方向与所述凹槽的延伸方向形成一夹角。

所述层状碳纳米管结构包括至少一碳纳米管膜或碳纳米管线或其组合。所述热致发声元件110为单层的碳纳米管膜时，该碳纳米管膜设置于该基底100的第一表面101，包括悬空设置于凹部102的第一区域112以及设置于凸部104顶面的第二区域114。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11，每一碳纳米管膜是由若干碳纳米管组成的自支撑结构。所述若干碳纳米管为基本沿同一方向择优取向排列，且所述碳纳米管的延伸方向与所述凹槽的延伸方向形成一夹角。所述择优取向是指在碳纳米管膜中大多数碳纳米管的整体延伸方向基本朝同一方向。而且，所述大多数碳纳米管的整体延伸方向基本平行于碳纳米管膜的表面。进一步地，所述碳纳米管膜中多数碳纳米管是通过范德华力首尾相连。具体地，所述碳纳米管膜中基本朝同一方向延伸的大多数碳纳米管中每一碳纳米管与在延伸方向上相邻的碳纳米管通过范德华力首尾相连。当然，所述碳纳米管膜中存在少数随机排列的碳纳米管，这些碳纳米管不会对碳纳米管膜中大多数碳纳米管的整体取向排列构成明显影响。所述自支撑为碳纳米管膜不需要大面积的载体支撑，而只要相对两边提供支撑力即能整体上悬空而保持自身膜状状态，即将该碳纳米管膜置于（或固定于）间隔一定距离设置的两个支撑体上时，位于两个支撑体之间的碳纳米管膜能够悬空保持自身膜状状态。所述自支撑主要通过碳纳米管膜中存在连续的通过范德华力首尾相连延伸排列的碳纳米管而实现。

具体地，所述碳纳米管膜中基本朝同一方向延伸的多数碳纳米管，并非绝对的直线状，可以适当的弯曲；或者并非完全按照延伸方向上排列，可以适当的偏离延伸方向。因此，不能排除碳纳米管膜的基本朝同一方向延伸的多数碳纳米管中并列的碳纳米管之间可能存在部分接触。该多个碳纳米管大致平行且大致平行于所述基底100的第一表面101。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底100的第一表面101。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。

所述碳纳米管膜具有较强的粘性，故该碳纳米管膜可直接粘附于所述凸部104位置处绝缘层120的表面。所述碳纳米管膜中碳纳米管的延伸方向与所述凹部102的延伸方向形成一定夹角，优选的，所述碳纳米管的延伸方向垂直于所述凹部102的延伸方向。进一步地，当将所述碳纳米管膜粘附于凸部104的顶面后，可使用有机溶剂处理粘附在基底100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凸部104的顶面。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。

本实施例中，所述热致发声元件110包括多个平行且间隔设置的碳纳米管线。所述多个碳纳米管线相互平行且间隔设置形成的一层状碳纳米管结构，所述碳纳米管线的延伸方向与所述凹部102的延伸方向交叉形成一定角度，且碳纳米管线中碳纳米管的延伸方向平行于所述碳纳米管线的延伸方向，从而使所述碳纳米管线对应凹部102位置部分悬空设置。优选的，所述碳纳米管线的延伸方向与所述凹部102的延伸方向垂直。相邻两个碳纳米管线之间的距离为1微米~200微米，优选地，为50微米~150微米。本实施例中，所述碳纳米管线之间的距离为120微米，所述碳纳米管线的直径为1微米。

所述碳纳米管线可以为非扭转的碳纳米管线或扭转的碳纳米管线。所述非扭转的碳纳米管线与扭转的碳纳米管线均为自支撑结构。具体地，请参阅图12，该非扭转的碳纳米管线包括多个沿平行于该非扭转的碳纳米管线长度方向延伸的碳纳米管。具体地，该非扭转的碳纳米管线包括多个碳纳米管片段，该多个碳纳米管片段通过范德华力首尾相连，每一碳纳米管片段包括多个相互平行并通过范德华力紧密结合的碳纳米管。该碳纳米管片段具有任意的长度、厚度、均匀性及形状。该非扭转的碳纳米管线长度不限，直径为0.5纳米~100微米。非扭转的碳纳米管线为将上述碳纳米管膜通过有机溶剂处理得到。具体地，将有机溶剂浸润所述碳纳米管膜的整个表面，在挥发性有机溶剂挥发时产生的表面张力的作用下，碳纳米管膜中的相互平行的多个碳纳米管通过范德华力紧密结合，从而使碳纳米管膜收缩为一非扭转的碳纳米管线。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。通过有机溶剂处理的非扭转的碳纳米管线与未经有机溶剂处理的碳纳米管膜相比，比表面积减小，粘性降低。

所述扭转的碳纳米管线为采用一机械力将上述碳纳米管膜沿碳纳米管延伸方向的两端依照相反方向扭转获得。请参阅图13，该扭转的碳纳米管线包括多个绕该扭转的碳纳米管线轴向螺旋延伸的碳纳米管。具体地，该扭转的碳纳米管线包括多个碳纳米管片段，该多个碳纳米管片段通过范德华力首尾相连，每一碳纳米管片段包括多个相互平行并通过范德华力紧密结合的碳纳米管。该碳纳米管片段具有任意的长度、厚度、均匀性及形状。该扭转的碳纳米管线长度不限，直径为0.5纳米~100微米。进一步地，可采用一挥发性有机溶剂处理该扭转的碳纳米管线。在挥发性有机溶剂挥发时产生的表面张力的作用下，处理后的扭转的碳纳米管线中相邻的碳纳米管通过范德华力紧密结合，使扭转的碳纳米管线的比表面积减小，密度及强度增大。

所述碳纳米管线及其制备方法请参见申请人于2002年9月16日申请的，于2008年8月20日公告的第CN100411979C号中国公告专利“一种碳纳米管绳及其制造方法”，申请人：清华大学，鸿富锦精密工业（深圳）有限公司，以及于2005年12月16日申请的，于2009年6月17日公告的第CN100500556C号中国公告专利“碳纳米管丝及其制作方法”，申请人：清华大学，鸿富锦精密工业（深圳）有限公司。

所述至少一第一电极106及至少一第二电极116分别与所述热致发声元件110电连接，以使该热致发声元件110接入一音频电信号。本实施例中，所述热致发声装置14包括多个第一电极106以及多个第二电极116交替设置于所述凸部104的绝缘层120表面，所述多个第一电极106彼此电连接形成一梳状电极并与外接电极125电连接，所述多个第二电极116彼此电连接形成一梳状电极并与所述外接电极125电连接。该第一电极106以及第二电极116由导电材料形成，其形状及结构不限。具体地，该第一电极106以及第二电极116可选择为细长的条状、棒状、或其它形状。该第一电极106以及第二电极116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。可以理解，所述第一电极106及第二电极116也可设置于所述热致发声元件110远离基底100的表面，并直接压紧该热致发声元件110将其固定于基底100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106及第二电极116的设置应确保所述碳纳米管结构中碳纳米管沿第一电极106至第二电极116的方向延伸。优选地，所述第一电极106及第二电极116之间应具有一基本相等的间距，从而使第一电极106及第二电极116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106及第二电极116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106及第二电极116长度方向排列，所述第一电极106及第二电极116相互平行设置。所述音频电信号通过该第一电极106及第二电极116输入该碳纳米管结构。

可以理解，由于该热致发声元件110的发声原理为“电-热-声”的转换，故该热致发声元件110在发声的同时会发出一定热量。本实施例中，该凹槽结构有利于增进该热致发声元件110的散热效果。进一步地，所述热致发声装置14可包括一散热装置（图未示）设置于该基底100远离该热致发声元件110的表面。

进一步的，所述信号处理器13还可集成设置在所述耳机头15的壳体12内，例如可设置于所述基底100的第二表面103或第一表面101，并密封于所述壳体12内，所述基底100的第二表面103具有至少一凹槽（图未示），所述信号处理器13嵌入所述凹槽内。可以理解，所述信号处理器13也可集成与所述承载元件128表面并密封于所述壳体12内。

由于所述基底100的材料为硅，因此所述信号处理器13可直接形成于所述基底100中，即直接通过研磨、抛光、氧化、扩散、光刻、外延生长、蒸发等一整套平面工艺技术，在所述基底上制造晶体管、二极管、电阻和电容等元件，形成所述信号处理器13，所述信号处理器13中的电路、微电子元件等直接集成于基底100的第二表面103。所述基底100作为电子线路及微电子元件的载体，所述信号处理器13与所述基底100为一体结构。从而能够最大限度的减少单独设置信号处理器而占用的空间，减小热致发声装置14的体积，利于小型化及集成化。并且，所述基底100具有良好的散热性，从而能够将信号处理器13以及热致发声元件110产生的热量及时传导到外界，减少因热量的聚集造成的失真。进一步的，所述信号处理器13进一步包括一第三电极（图未示）及一第四电极（图未示）分别与所述第一电极106及第二电极116电连接，向所述热致发声元件110提供信号输入。所述第三电极及所述第四电极可位于所述基底100的内部，并穿过所述基底100的厚度方向，与所述第一电极106及第二电极116电连接输入信号。所述第三电极以及第四电极表面包覆有绝缘层，从而与所述基底100绝缘。

进一步的，所述耳机10还可进一步包括一耳机控制器（图未示），所述耳机控制器可通过耳机线17与所述耳机头15电连接，所述耳机控制器可控制所述输出音量的大小。所述信号处理器13可集成于所述耳机控制器内，所述音频信号输入接口16以及所述驱动信号输入接口18分别与所述信号处理器13电连接。

本发明提供的耳机具有以下有益效果：首先，上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；其次，所述热致发声装置14采用硅材料作为基底100，因此所述热致发声装置14易加工，可采用成熟的加工工艺，有利于制备微结构、微型器件，且有利于产业化发展；再次，所述基底100具有良好的导热性，因此所述热致发声装置14具有良好的散热性，而无需单独设置散热元件；最后，所述热致发声装置14兼容目前的半导体制程，容易与其他元器件如IC芯片等集成，便于与其他元器件集成，减小占用空间，十分适用于小尺寸的电子器件。

请参阅图14，本发明第二实施例提供一种耳机20，所述耳机30包括一耳机头15，一信号处理器13，一驱动信号输入接口18通过耳机线17与所述耳机头15连接，所述耳机头15包括一壳体12以及设置于壳体12内的热致发声装置14。

本发明第二实施例提供的耳机20与所述耳机10结构基本相同，其不同在于，所述驱动信号输入接口18提供驱动电压的同时，作为音频信号输入接口，向所述信号处理器13提供音频信号输入，将外界的音频信号通过信号处理器13处理后形成驱动信号，输入到耳机20中。具体的，所述驱动信号输入接口18中包括电流输入线路以及音频信号输入线路，当所述驱动信号输入接口18与所述音频输出设备的输出接口连接时，所述电流输入线路与所述信号处理器13中的电流处理模块134电连接，用于为所述耳机20提供工作电流，所述音频信号输入线路与所述信号处理器13中的音频处理模块132电连接，为所述信号处理器13提供音频信号。所述耳机20无需单独设置音频输入端及耳机线，减少线路产生的阻抗的同时，降低成本。

请参阅图15，本发明第三实施例提供一种耳机30，所述耳机30包括一耳机头15，一信号处理器13，一音频信号输入接口16以及一能量供应装置11。所述信号处理器13通过一耳机线17与所述耳机头15连接，所述音频信号输入接口16以及能量供应装置11通过耳机线17与所述信号处理器13连接。所述耳机头15包括一壳体12以及设置于壳体12内的热致发声装置14。本发明第五实施例提供的耳机30与所述耳机10的结构基本相同，其不同在于，所述耳机30包括一能量供应装置11，所述能量供应装置11与所述信号处理器13中的电流处理模块134电连接输入驱动信号，经所述电流处理模块134处理后为耳机头15的热致发声装置14提供信号。

所述能量供应装置11的形式不限，可为一物理式电池如太阳能电池、压电电池、光敏化电池、热敏化电池等；也可为一化学式电池如铅蓄电池、镍镉电池、锌锰电池、锂电池等等。可为一次性电池也可为二次电池等。所述能量供应装置11用于为所述耳机30提供驱动电压，驱动所述热致发声装置14工作。所述能量供应装置11的具体形式不限，可根据实际需要进行选择。当所述能量供应装置11为一锂电池时，所述锂电池可集成于所述耳机30的壳体内。优选的，所述能量供应装置11为一太阳能电池，所述太阳能电池为一平板状结构或具有一定柔性，因此所述太阳能电池可直接贴附于所述壳体12的表面。所述太能能电池的设置位置不限，只要保证能够接收太阳光并且不影响所述耳机30正常发声即可，优选的，所述太阳能电池直接贴附于所述壳体12中后半外壳单元123的外表面，一方面不会影响所述耳机30的正常发声，另一方面不影响耳机30佩戴的舒适度，并且能够保证所述太阳能电池板尽量多的接受太阳光。进一步的，所述太阳能电池也可固定于所述壳体12内，并暴露出部分表面以接受太阳光，并将太阳光转换为电能为所述耳机30提供能量。当所述耳机30包括一耳机控制器（图未示）时，所述太阳能电池也可贴附于所述耳机控制器的外表面。

通过将所述能量供应装置11与所述壳体12集成，从而可摆脱耳机30对固定电源的依赖，可以随时驱动所述耳机进行工作，极大的方便了所述耳机30的应用。

进一步的，所述信号处理器13可同时集成于所述热致发声装置14中，具体的，所述信号处理器13可集成于所述承载元件128远离热致发声装置14的表面，也可直接集成于所述热致发声装置14的基底100中，从而进一步减少耳机线的使用，降低耳机30的所需的输入电压，并且减小所述耳机30的体积，使得所述耳机30更方便携带以及佩戴。

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 (20)

1.一种耳机，其包括：

一耳机头，所述耳机头包括一壳体以及一热致发声装置，所述热致发声装置设置于所述壳体内；其特征在于，进一步包括：

一信号处理器，所述信号处理器输出信号给所述热致发声装置；以及

一音频信号输入接口，所述音频信号输入接口与所述信号处理器电连接以输入音频信号；

一能量供应装置，所述能量供应装置与所述信号处理器电连接以提供驱动电压；

所述热致发声装置包括一硅基底，所述硅基底具有一表面，该表面形成有多个凹部；以及一热致发声元件设置于所述基底的该表面并覆盖所述多个凹部，对应凹部位置处的热致发声元件悬空设置。

2.如权利要求1所述的耳机，其特征在于，所述信号处理器包括一音频处理模块以及一电流处理模块，所述音频信号输入接口与所述音频处理模块电连接输入音频信号，所述能量供应装置与所述电流处理模块电连接获取驱动信号。

3.如权利要求1所述的耳机，其特征在于，所述能量供应装置为一太阳能电池。

4.如权利要求3所述的耳机，其特征在于，所述太阳能电池贴附于所述耳机头壳体的外表面。

5.如权利要求1所述的耳机，其特征在于，所述信号处理器集成于所述耳机头的壳体内。

6.如权利要求5所述的耳机，其特征在于，所述信号处理器与所述硅基底为一体结构。

7.如权利要求6所述的耳机，其特征在于，所述信号处理器与所述热致发声元件电连接以输入信号。

8.如权利要求1所述的耳机，其特征在于，所述基底的材料为硅，所述基底的面积为25平方毫米至100平方毫米。

9.如权利要求1所述的耳机，其特征在于，所述凹部为多个间隔且沿同一方向延伸的凹槽。

10.如权利要求9所述的耳机，其特征在于，所述凹槽的深度为100微米至200微米。

11.如权利要求10所述的耳机，其特征在于，所述凹槽的宽度大于等于0.2毫米小于1毫米。

12.如权利要求9所述的耳机，其特征在于，所述热致发声元件包括一碳纳米管膜，所述碳纳米管膜包括多个平行的碳纳米管沿同一方向延伸，该碳纳米管与所述基底的表面平行。

13.如权利要求12所述的耳机，其特征在于，所述碳纳米管的延伸方向与所述凹槽的延伸方向形成一夹角。

14.如权利要求9所述的耳机，其特征在于，所述热致发声元件包括多个平行且间隔设置的碳纳米管线，所述多个碳纳米管线沿同一方向延伸，且所述碳纳米管线的延伸方向与所述凹槽的延伸方向形成一夹角。

15.如权利要求14所述的耳机，其特征在于，相邻碳纳米管线之间的间隔为0.1微米至200微米。

16.如权利要求1所述的耳机，其特征在于，所述热致发声装置进一步包括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，所述第一电极与所述第二电极之间的基底表面具有至少一凹槽。

17.如权利要求16所述的耳机，其特征在于，所述多个第一电极形成以第一梳状电极，所述多个第二电极形成一第二梳状电极，所述第一梳状电极与第二梳状电极相互交错插入设置。

18.如权利要求1所述的耳机，其特征在于，所述热致发声元件与所述硅基底通过一绝缘层绝缘，所述绝缘层包括第一绝缘层、第二绝缘层层叠设置于所述凹部之间的基底表面，以及一第三绝缘层贴附于所述第二绝缘层的表面以及所述凹部的底面及侧面。

19.如权利要求1所述的耳机，其特征在于，进一步包括一耳机控制器与所述耳机头电连接，所述太阳能电池设置于所述耳机控制器的外表面。

20.一种耳机，其包括：一耳机头，所述耳机头包括一壳体以及一设置于壳体内的热致发声装置，其特征在于，进一步包括：一信号处理器，所述信号处理器通过有线或无线方式输出信号给所述热致发声装置;以及一音频信号输入接口，所述音频信号输入接口向所述信号处理器输入音频信号；一能量供应装置与所述信号处理器电连接以提供驱动信号；所述信号处理器将输入的音频信号与驱动信号进行处理后输出给所述热致发声装置，驱动所述热致发声装置发声。

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