CN111527614A - 用于扬声器的压电元件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

提供了一种用于扬声器的压电元件及其制造方法。用于扬声器的压电元件包括在厚度方向上彼此堆叠的多个压电陶瓷层，以及沿着多个堆叠的压电陶瓷层的外壁设置的连接到多个压电陶瓷层的侧部的中间部分的多个电极，其中多个压电陶瓷层的每一个的多个侧部中的一些侧部的中间部分被蚀刻，并且其中该多个压电陶瓷层在厚度方向上、以不重叠多个侧部中的未蚀刻的侧部的方式彼此堆叠。

Description

用于扬声器的压电元件及其制造方法
技术领域
本公开涉及用于扬声器的压电(piezoelectric)元件及其制造方法，并且更具体地，涉及使用多个压电陶瓷(ceramic)层的压电元件及其制造方法。
背景技术
由于多种移动设备，诸如手机、智能手机和膝上型计算机，以及包括液晶显示器(liquid-crystal display，LCD)电视(television，TV)和发光二极管(light-emittingdiode，LED)TV的TV，目前都是以纤薄尺寸提供的，压电或超声扬声器作为使用磁线圈的传统动态扬声器的替代引起了人们的极大关注。
一般，与传统扬声器相比，压电和超声扬声器薄且轻，功耗低，因此被视为未来主导的扬声器。然而，尽管有上述优点，与传统动态扬声器相比，压电和超声扬声器具有低输出声压和差的低频特性，因此不容易商业化。
此外，为了减小定向扬声器的尺寸并改善定向扬声器在低功率下的性能，需要开发一种能够通过使用能够在低功率下实现高声压的多个高效压电结构来有效地调整输入阻抗的压电元件。
发明内容
技术问题
提供了一种用于扬声器的压电元件及其制造方法，该压电元件能够在低功率环境中获得高电容值。
提供了一种能够通过使压电陶瓷层自由地变形(transform)来改善声音的质量的压电元件及其制造方法。
提供了一种可用于通过在压电元件的制造过程中调整压电陶瓷层的未蚀刻(non-etched)的部分和电极(electrode)之间的蚀刻距离来产生各种特性的扬声器的压电元件及其制造方法。
附图说明
图1是示出根据实施例的用于扬声器的压电元件的示例的视图。
图2是示出根据实施例的多个堆叠的压电陶瓷层中的一个和多个电极的视图。
图3是示出根据实施例的将多个压电陶瓷层彼此堆叠的示例的视图。
图4和图5是示出根据实施例的压电陶瓷层的顶表面上的蚀刻的中间部分的形状的其他示例的视图。
图6是示出根据实施例的通过向其施加电压来使多个堆叠的压电陶瓷层变形的示例的视图。
图7是根据实施例的制造用于扬声器的压电元件的方法的流程图。
图8是示出根据实施例的通过使用包括压电元件的扬声器来防止声音的扩散(diffusion)的示例的视图。
图9是根据实施例的由可穿戴扬声器800执行的抑制声音的扩散的方法的流程图。
图10是根据实施例的可穿戴扬声器800的框图。
图11是示出根据实施例的计算第二扬声器的操作距离的示例的视图。
图12是示出通过使用从第二扬声器输出的反相声音来抵消(cancel)从第一扬声器输出和扩散的声音的示例的视图。
具体实施方式
根据本公开的方面，用于扬声器的压电元件包括在厚度(thickness)方向上彼此堆叠的多个压电陶瓷层，以及沿着多个堆叠的压电陶瓷层的外壁(external wall)设置的连接到多个压电陶瓷层的侧部(side)的中间部分的多个电极，并且其中多个压电陶瓷层中的每一个的多个侧部中的一些侧部的中间部分被蚀刻，并且其中多个压电陶瓷层在厚度方向上、以不重叠多个侧部中的未蚀刻的侧部的方式彼此堆叠。
根据本公开的另一方面，一种制造用于扬声器的压电元件的方法包括：通过蚀刻多个压电陶瓷层中的每一个的多个侧部中一些侧部的中间部分来制备(prepare)多个压电陶瓷层，在厚度方向上彼此堆叠多个制备的压电陶瓷层，以及沿着多个堆叠的压电陶瓷层的外壁设置连接到多个压电陶瓷层的侧部的中间部分的多个电极，其中多个压电陶瓷层在厚度方向上、以不重叠多个侧部中的未蚀刻的侧部的方式彼此堆叠。
公开的方式
在下文中，将通过参考附图解释本公开的实施例来详细描述本公开。然而，本公开可以以多种不同的形式实施，并且不应该被解释为限于本文阐述的本公开的实施例。在附图中，为了解释清楚，没有示出与本公开不相关的部分，并且相同的附图标记表示相同的元件。
应当理解，当元件被称为“连接到”另一元件时，该元件可以“直接连接到”另一元件，或者通过中间元件“电连接到”另一元件。还应当理解，术语“包括”在本文中使用时，指定所述元件的存在，但不排除一个或多个其他元件的存在或添加，除非上下文另有明确指示。
现在将详细参考本公开的实施例，本公开的实施例的示例在附图中示出。
图1是示出根据实施例的用于扬声器的压电元件的示例的视图。
参考图1，根据实施例，用于扬声器的压电元件可以包括多个堆叠的压电陶瓷层100和多个电极200。多个压电陶瓷层100可以在厚度方向上彼此堆叠，并且多个电极200可以设置为沿着多个堆叠的压电陶瓷层100的外壁连接到多个压电陶瓷层100的侧部的中间部分。多个电极200可以设置为沿着多个堆叠的压电陶瓷层100的外壁与多个压电陶瓷层100紧密接触。例如，多个电极200可以由金属导体(诸如金、银、铜或镍)或者导电涂料(诸如导电环氧树脂(epoxy)或银膏(silver paste))制成。
可以蚀刻多个压电陶瓷层100中的每一个的多个侧部中的一些侧部的中间部分，并且多个压电陶瓷层100可以在厚度方向上、以不重叠多个侧部中的未蚀刻的侧部的方式彼此堆叠。
这样，包括其中多个压电陶瓷层100彼此堆叠的结构的压电元件可以在低功率下具有高电容，并且可以由通过电极施加的电压灵活地变形。
图2是示出根据实施例的多个堆叠的压电陶瓷层中的一个和多个电极的视图。
参考图2，可以蚀刻压电陶瓷层110的顶表面上的多个侧部中的一些侧部的中间部分。例如，如图2所示，压电陶瓷层110可以制成矩形形状，并且以这样的方式进行处理，即，以蚀刻在压电陶瓷层110的顶表面上的矩形的四个侧部中的三个侧部的中间部分的方式进行处理。
例如，在压电陶瓷层110的顶表面上，可以蚀刻第一侧部21的中间部分、第二侧部22的中间部分和第四侧部24的中间部分，且可以不蚀刻第三侧部23的中间部分。第一电极210、第二电极220、第三电极230和第四电极240可以分别紧密连接到与压电陶瓷层110的顶表面的侧部相对应的外壁。
此外，可以蚀刻位于压电陶瓷层110的顶表面上的多个侧部中的一些侧部的中间部分上的导电材料。
在这种情况下，压电陶瓷层110的顶表面上的蚀刻的中间部分的宽度可以大于电极的宽度。例如，压电陶瓷层110的顶表面上的第一侧部21的蚀刻的中间部分的宽度d1可以大于第一电极210的宽度d2。这样，来自电极的电压可以通过压电陶瓷层110的顶表面上的未蚀刻的中间部分施加到压电陶瓷层110。
多个电极中的相邻电极可以具有相同的极性。例如，第一电极210和第二电极220可以具有(+)的极性，且第三电极230和第四电极240可以具有地的极性。
如图2所示，压电陶瓷层110的顶表面上的蚀刻的中间部分可以具有半环(donut)形状，但不限于此。例如，压电陶瓷层110的顶表面上的蚀刻的中间部分的形状可以包括半圆形状、半椭圆形状和半矩形形状中的至少一种。压电陶瓷层110的顶表面上的蚀刻的中间部分可以基于压电陶瓷层的性质和压电元件的期望的特性，被确定为具有各种形状和尺寸。
例如，较薄的压电陶瓷层可以实现较高的声压，但是为了减小压电陶瓷层的厚度，制造成本会增加。这样，当根据本公开的实施例制造压电元件时，可以使用具有约为30μm的厚度的压电陶瓷层来实现高产量(yield)和声压。
此外，压电陶瓷层上较小的蚀刻的区域可以实现较高的声压，但是需要确保未蚀刻的部分和电极之间的距离大于特定值。当制造根据实施例的压电元件时，可以通过调整未蚀刻的部分和电极之间的距离来调整定向扬声器的电容和输入阻抗，因此，可以制造具有特定声压特性的定向扬声器。
图3是示出根据实施例的将多个压电陶瓷层彼此堆叠的示例的视图。
参考图3，第一压电陶瓷层310、第二压电陶瓷层320、第三压电陶瓷层330、第四压电陶瓷层340、第五压电陶瓷层350和第六压电陶瓷层360可以在厚度方向上彼此堆叠。
可以蚀刻第一至第六压电陶瓷层310、320、330、340、350和360中的每一个的四个侧部中的三个侧部的中间部分，并且可以不蚀刻四个侧部中的一个侧部的中间部分。
第一至第六压电陶瓷层310、320、330、340、350和360可以以不重叠其未蚀刻的中间部分的方式彼此堆叠。
可以根据基于压电陶瓷层的性质和压电元件的期望的特性的各种标准来确定以不重叠其未蚀刻的中间部分的方式、将多个压电陶瓷层彼此堆叠的模式(pattern)。
例如，四到十二个压电陶瓷层可以彼此堆叠，并且取决于堆叠的压电陶瓷层的数量，可以不同地调整输入阻抗。对于定向扬声器，在大约20个压电元件并列对齐的情况下，基于音频放大器的阻抗，每个压电元件可以包括六个压电陶瓷层，但不限于此。
在多个堆叠的压电陶瓷层中，第一压电陶瓷层310的未蚀刻的中间部分可以面向前方，第二压电陶瓷层320的未蚀刻的中间部分可以面向左方，第三压电陶瓷层330的未蚀刻的中间部分可以面向前方，第四压电陶瓷层340的未蚀刻的中间部分可以面向右方，第五压电陶瓷层350的未蚀刻的中间部分可以面向前方，并且第六压电陶瓷层360的未蚀刻的中间部分可以面向右方。
图4和图5是示出根据实施例的压电陶瓷层的顶表面上的蚀刻的中间部分的形状的其他示例的视图。
如图4所示，压电陶瓷层410的顶表面上的中间部分可以蚀刻为半圆形状，或者如图5所示，压电陶瓷层510的顶表面上的中间部分可以蚀刻为矩形形状。
图6是示出根据实施例的通过向其施加电压来使多个堆叠的压电陶瓷层变形的示例的视图。
参考图6，因为多个电极60沿着多个堆叠的压电陶瓷层600的外壁的中间部分连接，所以多个堆叠的压电陶瓷层600可以通过施加的电压灵活地变形。例如，根据实施例，多个堆叠的压电陶瓷层600的顶点也可以灵活地变形，并且因此扬声器可以通过使用多个堆叠的压电陶瓷层600来输出高质量声音和振动。此外，根据实施例，通过使用多个堆叠的压电陶瓷层600，与施加的电压相比，扬声器可以具有高电容。
当多个电极60沿着多个堆叠的压电陶瓷层600的外壁的中间部分连接时，与电极连接到多个堆叠的压电陶瓷层的顶点以施加电压的情况不同，压电陶瓷层600的顶点也可以灵活地变形，并且因此可以生成更高的声压。
图7是根据实施例的制造用于扬声器的压电元件的方法的流程图。
操作S700是蚀刻多个压电陶瓷层中的每一个的多个侧部中一些侧部的中间部分的操作。例如，压电陶瓷层110可以制成矩形形状，并且可以蚀刻压电陶瓷层110的顶表面上的矩形的四个侧部中的三个侧部的中间部分。此外，可以蚀刻位于压电陶瓷层110的顶表面上的多个侧部中的一些侧部的中间部分上的导电材料。在这种情况下，压电陶瓷层110的顶表面上的蚀刻的中间部分的宽度可以大于电极的宽度。
操作S710是以不重叠压电陶瓷层的未蚀刻的侧部的方式、将多个压电陶瓷层彼此堆叠的操作。多个压电陶瓷层可以在厚度方向上彼此堆叠。例如，多个压电陶瓷层可以包括第一至第六压电陶瓷层310、320、330、340、350和360，并且第一至第六压电陶瓷层310、320、330、340、350和360可以以不重叠其未蚀刻的中间部分的方式彼此堆叠。
操作S720是沿着多个堆叠的压电陶瓷层的外壁提供多个电极的操作。多个电极可以设置为沿着多个堆叠的压电陶瓷层的外壁连接到多个压电陶瓷层的侧部的中间部分。多个电极可以设置为沿着多个堆叠的压电陶瓷层的外壁与多个压电陶瓷层紧密接触。多个压电陶瓷层中的每一个的顶表面上的蚀刻的中间部分的宽度可以大于电极的宽度，并且来自电极的电压可以通过多个压电陶瓷层中的每一个的顶表面上的未蚀刻的中间部分施加到多个压电陶瓷层中的每一个。
图8是示出根据实施例的通过使用包括压电元件的扬声器来防止声音的扩散的示例的视图。
参考图8，可穿戴扬声器800可以包括第一扬声器810和第二扬声器820。声音可以从可穿戴扬声器800的第一扬声器810输出，并且第二扬声器820可以输出输出声音的反相声音，以防止输出声音在用户周围扩散。例如，可穿戴扬声器800可以包括颈带扬声器，但不限于此。
用户可以设置用于防止声音的扩散的区域，并且第二扬声器820可以基于用户设置输出反相声音。第一扬声器810和第二扬声器820可以包括上面关于图1至图7描述的压电元件，但不限于此。
图9是根据实施例的由可穿戴扬声器800执行的抑制声音的扩散的方法的流程图。
在操作S900中，可穿戴扬声器800可以通过使用第一扬声器810向用户的耳朵输出声音。例如，输出声音可以是超声，但不限于此。
在操作S910中，可穿戴扬声器800可以测量第一扬声器810和用户的耳朵之间的第一距离。第一扬声器810可以向用户的耳朵输出声音，并且接收从用户的耳朵反射的声音。可穿戴扬声器800可以测量从向用户的耳朵输出声音时到接收到从用户的耳朵反射的声音时所用的时间，并且基于所测量的时间，计算用户的耳朵和第一扬声器810之间的第一距离。可穿戴扬声器800可以通过将声音的速度乘以从输出声音时到接收到反射的声音时所用的时间，计算用户的耳朵和第一扬声器810之间的第一距离。可以以预设的周期反复地计算用户的耳朵和第一扬声器810之间的第一距离。
在操作S920中，可穿戴扬声器800可以确定用于抑制声音从用户的耳朵扩散的第二距离。用于抑制声音从用户的耳朵扩散的第二距离可以由用户确定。在这种情况下，用户可以通过使用设置在可穿戴扬声器800上的特定输入装置，设置用于抑制声音的扩散的第二距离。可替代地，当制造可穿戴扬声器800时，用于抑制声音从用户的耳朵扩散的第二距离可以是为可穿戴扬声器800设置的至少一个默认值。
在操作S930中，可穿戴扬声器800可以基于第一距离和第二距离，获得第二扬声器820的操作距离。可穿戴扬声器800可以基于第一距离和第二距离，计算第一扬声器810的声音扩散方向和第二扬声器820的声音扩散方向之间的角度。
在操作S940中，可穿戴扬声器800可以基于第二扬声器820的操作距离，确定从第二扬声器820输出的反相声音的延迟值。
在操作S950中，基于反相声音的延迟值，可穿戴扬声器800可以从第二扬声器820输出反相声音。在这种情况下，可以基于在操作S930中计算的第一扬声器810的声音扩散方向和第二扬声器820的声音扩散方向之间的角度，在物理上调整第二扬声器820的声音输出方向。如图12所示，从第二扬声器820输出的反相声音可以抵消从第一扬声器810输出和扩散的声音。
图10是根据实施例的可穿戴扬声器800的框图。
参考图10，可穿戴扬声器800可以包括输入器802、测量器804、第一发射器806、控制器808、第一扬声器810、反相器812、输出调整器814、第二发射器816和第二扬声器820。
输入器802可以接收输入到可穿戴扬声器800的数据。输入器802可以包括能够接收例如用户的声音信号和输入信号的至少一个设备。
测量器804可以测量用户的耳朵和第一扬声器810之间的第一距离。第一发射器806可以将声音信号发送到第一扬声器810，并且反相器812可以生成输入声音信号的反相声音信号。
控制器808可以基于用户输入，确定用于抑制声音从用户的耳朵扩散的第二距离，并且基于第一距离和第二距离，计算第二扬声器820的操作距离。控制器808可以基于第二扬声器820的操作距离控制输出调整器814延迟将从第二扬声器820输出的反相声音。控制器808可以基于第一扬声器810的声音扩散方向和第二扬声器820的声音扩散方向之间的角度，在物理上调整第二扬声器820的声音输出方向。
输出调整器814可以基于反相声音的延迟值，延迟反相声音的输出。第二发射器816可以将延迟的反相声音发送到第二扬声器820。
图11是示出根据实施例的计算第二扬声器的操作距离的示例的视图。
参考图11，从第一扬声器810到用户的耳朵的第一距离可以是d1，并且用于抑制声音从用户的耳朵扩散的第二距离可以是d2。第二扬声器820的操作距离d3可以是(d1^2+d2^2)^(1/2)。可以基于从第一扬声器810到用户的耳朵的第一距离d1和用于抑制声音从用户的耳朵扩散的第二距离d2来计算第一扬声器810的声音输出方向和第二扬声器820的声音输出方向之间的角度。
本公开的实施例可以以计算机可读记录介质的形式实现，计算机可读记录介质包括可由计算机执行的指令，例如由计算机执行的程序模块。计算机可读记录介质可以是计算机可访问的任意可用介质，且其示例包括所有易失性、非易失性、可拆卸和不可拆卸介质。计算机可读记录介质可以包括计算机存储介质和通信介质。计算机存储介质的示例包括使用任意方法或技术实现的所有易失性、非易失性、可拆卸和不可拆卸介质，用于存储诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据的信息。通信介质通常包括计算机可读指令、数据结构、程序模块、诸如载波的调制数据信号中的其他数据或其他传送机制，并且包括任意数据传输介质。
如本文所使用的，后缀“单元”或“器”可以表示诸如处理器或电路的硬件组件，和/或由诸如处理器的硬件组件执行的软件组件。
本公开的上述描述是为了说明的目的而提供的，并且本领域普通技术人员将理解，在不脱离本公开的范围的情况下，可以在形式和细节上进行各种改变。因此，应该理解，本文所描述的本公开的实施例应该仅被认为是描述性的，而不是出于限制的目的。例如，被描述为单一类型的每个组件可以以分布式方式实现，同样，被描述为分布式的组件可以以组合的方式实现。
本公开的范围由所附权利要求而不是详细描述来限定，并且应当理解，权利要求及其等同物的所有修改都包括在本公开的范围内。

Claims (15)

1.一种用于扬声器的压电元件，所述压电元件包括：
在厚度方向上彼此堆叠的多个压电陶瓷层；以及
沿着多个堆叠的压电陶瓷层的外壁被设置的连接到所述多个压电陶瓷层的侧部的中间部分的多个电极，
其中，所述多个压电陶瓷层中的每一个的多个侧部中的一些侧部的中间部分被蚀刻，并且
其中，所述多个压电陶瓷层在厚度方向上、以不重叠所述多个侧部中的未蚀刻的侧部的方式彼此堆叠。
2.根据权利要求1所述的压电元件，其中，所述多个压电陶瓷层中的每一个的多个侧部中的除了一个侧部之外的侧部的中间部分被蚀刻，并且
其中，所述多个压电陶瓷层在厚度方向上、以不重叠所述多个侧部中的未蚀刻的侧部的方式彼此堆叠。
3.根据权利要求2所述的压电元件，其中，当所述多个压电陶瓷层彼此堆叠时，所述多个侧部中的未蚀刻的侧部所面向的方向基于用于所述扬声器的压电元件的特性来确定。
4.根据权利要求2所述的压电元件，其中，所述多个压电陶瓷层被制成矩形形状，并且
其中，沿着所述多个堆叠的压电陶瓷层的四个外壁的中间部分，分别与四个外壁紧密接触地设置四个电极。
5.根据权利要求1所述的压电元件，其中，所述压电陶瓷层的侧部上的蚀刻的中间部分的宽度大于所述电极的宽度。
6.根据权利要求1所述的压电元件，其中，所述多个压电陶瓷层中的每一个的顶表面上的一些侧部的中间部分被蚀刻。
7.根据权利要求6所述的压电元件，其中，所述多个压电陶瓷层中的每一个上的蚀刻的中间部分的形状和尺寸基于用于所述扬声器的压电元件的特性来确定。
8.根据权利要求6所述的压电元件，其中，所述多个压电陶瓷层中的每一个的顶表面上的一些侧部的中间部分被蚀刻为半圆形状或半椭圆形状。
9.根据权利要求6所述的压电元件，其中，所述多个压电陶瓷层中的每一个的顶表面上的一些侧部的中间部分被蚀刻为半环形状。
10.根据权利要求1所述的压电元件，其中，所述多个压电陶瓷层包括至少四个彼此堆叠的压电陶瓷层。
11.一种制造用于扬声器的压电元件的方法，所述方法包括：
通过蚀刻多个压电陶瓷层的每一个的多个侧部中一些侧部的中间部分，制备多个压电陶瓷层；
在厚度方向上彼此堆叠多个制备的压电陶瓷层；以及
沿着多个堆叠的压电陶瓷层的外壁设置多个电极以连接到所述多个压电陶瓷层的侧部的中间部分，
其中，所述多个压电陶瓷层在厚度方向上、以不重叠所述多个侧部中的未蚀刻的侧部的方式彼此堆叠。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述多个压电陶瓷层中的每一个的多个侧部中的除了一个侧部之外的侧部的中间部分被蚀刻，并且
其中，所述多个压电陶瓷层在厚度方向上、以不重叠所述多个侧部中的未蚀刻的侧部的方式彼此堆叠。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，当所述多个压电陶瓷层彼此堆叠时，所述多个侧部中的未蚀刻的侧部面向的方向基于用于所述扬声器的压电元件的特性来确定。
14.根据权利要求12所述的方法，其中，所述多个压电陶瓷层被制成矩形形状，并且
其中，设置多个电极包括沿着所述多个堆叠的压电陶瓷层的四个外壁的中间部分分别与四个外壁紧密接触地设置四个电极。
15.根据权利要求11所述的方法，其中，所述多个压电陶瓷层中的每一个的顶表面上的一些侧部的中间部分被蚀刻。
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