TWI492220B - 熱致發聲裝置 - Google Patents

Description

熱致發聲裝置

本發明涉及一種熱致發聲裝置，尤其涉及一種基於奈米碳管的熱致發聲裝置。

近年來，隨著數位音頻技術的發展，為了適應技術發展的要求，滿足消費者的需要，世界各國著名揚聲器公司都致力於提高先前揚聲器的性能，追求更加完美的音質，及更薄更輕便的新型揚聲器。

2008年10月29日，范守善等人公開了一種應用熱聲效應的熱致發聲裝置，請參見文獻“Flexible,Stretchable,Transparent Carbon Nanotube Thin Film Loudspeakers”，ShouShan Fan,et al.,Nano Letters,Vol.8(12),4539-4545(2008)。該熱致發聲元件採用奈米碳管膜作為一熱致發聲元件，由於奈米碳管膜具有極大的比表面積及極小的單位面積熱容(小於2×10^-4焦耳每平方釐米開爾文)，該熱致發聲元件可發出人耳能夠聽到強度的聲音，且具有較寬的發聲頻率範圍(100Hz~100kHz)。

然而，所述作為熱致發聲元件的奈米碳管膜的厚度為奈米級，容易破損且不易加工、難以實現小型化，因此難以集成；另，所述熱致發聲裝置的發聲單元只有一個，當傳聲器與熱致發聲裝置相對時，傳聲器拾到的聲音很容易回饋到單個的揚聲器上形成持續 的正回饋，嚴重時造成聲音的自激嘯叫，如何解決上述問題為使熱致發聲元件實現產業化的關鍵。

有鑒於此，提供一種易加工、能夠實現小型化並可實現產業化的熱致發聲裝置實為必要。

一種熱致發聲裝置，包括：一矽基底，具有一表面；複數發聲單元，所述複數發聲單元設置在所述矽基底的該表面，每一發聲單元包括一熱致發聲元件、一第一電極和一第二電極，所述熱致發聲元件串聯在所述第一電極和第二電極之間；複數開關元件，所述複數開關元件與所述複數發聲單元一一對應設置，每一開關元件與一發聲單元中的第一電極電連接；一驅動積體電路，所述驅動積體電路包括複數驅動電極，每個開關元件串聯在所述驅動電極與第一電極之間，每一驅動電極通過一開關元件向所述發聲單元輸入驅動電壓；一掃描積體電路，所述掃描積體電路包括複數掃描電極，掃描電極與開關元件電連接，每一掃描電極通過開關元件控制驅動電極向所述發聲單元輸入驅動電壓；及一公共電極，所述公共電極與所述複數發聲單元的第二電極電連接。

與先前技術相比較，所述熱致發聲裝置採用矽基底，一方面，矽基底表面複數凹部及凸部支撐奈米碳管膜，保護奈米碳管膜能實現較好發聲效果的同時不易破損，另一方面，基於成熟的矽半導體製造工藝，所述熱致發聲裝置易加工，可在同一矽基底表面製備複數小尺寸的發聲單元，並可集成形成面陣列，有利於實現產業化。另，當熱致發聲裝置與傳聲器彼此正對且距離很近時，傳聲器只會從幾個小的發聲單元上拾取到聲能，由於能量非常弱小 故很難形成自激，因此所述平面揚聲器系統在擴聲應用中有良好的發展前景。

10‧‧‧熱致發聲裝置

11‧‧‧基底

12‧‧‧發聲單元

13‧‧‧開關元件

14‧‧‧掃描積體電路

15‧‧‧驅動積體電路

16‧‧‧公共電極

17‧‧‧絕緣墊

141‧‧‧掃描電極

151‧‧‧驅動電極

126‧‧‧凹部

128‧‧‧凸部

122‧‧‧第一電極

121‧‧‧熱致發聲元件

1212‧‧‧第一區域

1214‧‧‧第二區域

124‧‧‧第二電極

123‧‧‧絕緣層

1221‧‧‧第一連接部

1241‧‧‧第二連接部

圖1為本發明第一實施例提供的熱致發聲裝置的結構示意圖。

圖2為本發明第一實施例提供的熱致發聲裝置的等效電路圖。

圖3為本發明第一實施例提供的發聲單元的結構示意圖。

圖4為圖3所述的發聲單元沿IV-IV方向的剖面圖。

圖5為本發明第一實施例提供的第一電極與第二電極的照片。

圖6為本發明熱致發聲裝置中奈米碳管膜的結構示意圖。

圖7為本發明第一實施例提供的發聲單元中經有機溶劑處理後的奈米碳管線的光學顯微鏡照片。

圖8為本發明熱致發聲裝置中非扭轉的奈米碳管線的掃描電鏡照片。

圖9為本發明熱致發聲裝置中扭轉的奈米碳管線的掃描電鏡照片。

以下將結合附圖詳細說明本發明實施例的熱致發聲裝置。

請參閱圖1，本發明第一實施例提供一種熱致發聲裝置10，其包括一基底11、複數發聲單元12、複數開關元件13、一掃描積體電路14、一驅動積體電路15及一公共電極16。每一發聲單元12與一個開關元件13及公共電極16電連接。所述開關元件13分別與所述掃描積體電路14及所述驅動積體電路15電連接，以接收控制訊號 ，並控制所述發聲單元12的工作狀態。

所述基底11為一平面片狀結構，形狀不限，可為圓形、方形或矩形等，也可以為其他形狀。所述基底11的面積為25平方毫米~100平方毫米，具體可選擇為如36平方毫米、64平方毫米或80平方毫米等。所述基底11的厚度為0.2毫米~0.8毫米。可以理解，所述基底11並不限於上述平面片狀結構，只要確保所述基底11具有一表面承載所述發聲單元12即可，也可選擇為塊狀結構、弧面結構、曲面結構等。所述基底11的材料可為單晶矽或多晶矽。所述基底11具有良好的導熱性能，從而可將所述發聲單元12在工作中產生的熱量及時的傳導到外界，延長發聲單元12的使用壽命。本實施例中，該基底11為一邊長為100毫米的正方形平面片狀結構，厚度為0.6毫米，材料為單晶矽。

請一併參閱圖2，所述熱致發聲裝置10包括複數相互平行的驅動電極151，複數相互平行且與所述驅動電極151絕緣相交的掃描電極141，及一公共電極16。進一步的，所述驅動電極151可與所述掃描電極141絕緣垂直相交，所述驅動電極151可通過設置於交點處的絕緣墊17與所述掃描電極141絕緣設置。所述絕緣墊17的材料為電性絕緣材料，如絕緣陶瓷、二氧化矽等。該複數驅動電極151一端與所述驅動積體電路15電連接，一端與所述開關元件13電連接。所述複數掃描電極141一端與所述掃描積體電路14電連接，另一端與所述開關元件13電連接。每相鄰的兩條掃描電極141與相鄰的兩條驅動電極151形成一個網格，每一發聲單元12對應一網格設置於該網格內。所述公共電極16用於提供一低電位，所述公共電極16可平行於所述驅動電極151設置，並與所述掃描 電極141絕緣相交。可以理解，所述驅動電極151、掃描電極141及公共電極16的設置位置並不限於以上所舉，只要保證公共電極16、驅動電極151及掃描電極141相互絕緣即可，如所述驅動電極151、掃描電極141及公共電極16可分別形成於電路板中不同的層中，相互之間間隔設置。本實施例中，所述公共電極16接地設置。

所述複數開關元件13與所述複數發聲單元12一一對應設置，每一開關元件13與所述發聲單元12電連接。所述開關元件13分別與所述掃描積體電路14及驅動積體電路15電連接，用於控制發聲單元12與驅動積體電路15之間電路的導通與關閉。具體的，每一開關元件13通過一掃描電極141與所述掃描積體電路14電連接，每一掃描電極141通過控制開關元件13，用於控制所述驅動電極151與所述發聲單元12之間的導通或關閉；在所述開關元件13閉合時，每一驅動電極151通過開關元件13，向所述發聲單元12提供驅動電壓。所述開關元件13可為一三極管，如晶體三極管、場效應管等等，也可以為其他控制元件。本實施例中，所述開關元件13為一薄膜電晶體(thin film transistor,TFT)。在所述薄膜電晶體中，所述每一開關元件13包括一漏極、一源極及一閘極。所述源極與所述驅動電極151電連接，所述漏極與所述發聲單元12電連接，所述閘極與所述掃描電極141電連接入所述掃描積體電路14。通過掃描積體電路14控制閘極的電位，控制所述漏極與閘極之間的導通與關閉，進而控制所述發聲單元12的工作狀態。

請一併參閱圖3及圖4，所述每一發聲單元12包括一熱致發聲元件121，複數第一電極122及複數第二電極124。所述熱致發聲元件 121與所述基底11絕緣設置。所述熱致發聲元件121可通過一絕緣層123與所述基底11絕緣設置。具體的，所述基底11對應每一發聲單元12位置處的表面具有複數凹部126，相鄰的凹部126之間形成一凸部128。所述絕緣層123設置於所述基底11的表面，且連續地貼附於所述凹部126與所述凸部128的表面。該熱致發聲元件121設置於所述表面並通過絕緣層123與所述基底11絕緣設置。所述熱致發聲元件121具有一第一區域1212及一第二區域1214，所述第一區域1212的熱致發聲元件121對應於所述凹部126位置，第一區域1212的熱致發聲元件121懸空設置，並與所述凹部126的底面間隔設置。所述第二區域1214的發聲單元12設置於所述凸部128的頂面，並通過絕緣層123與所述凸部128絕緣設置。

所述複數凹部126設置於所述基底11的表面。該複數凹部126均勻分佈、以一定規律分佈、以陣列分佈或隨機分佈於所述基底11表面。優選地，該複數凹部126均勻分佈且相互間隔設置。該複數凹部126可以為通孔結構、盲槽結構或盲孔結構中的一種或複數。在所述凹部126從基底11的表面向基底11內部延伸的方向上，所述每一凹部126具有一底面及與該底面相鄰的側面。相鄰的凹部126之間為所述凸部128，相鄰凹部126之間的基底11的表面為所述凸部128的頂面。所述凹部126的深度可根據實際需要及所述基底11的厚度進行選擇，優選地，所述凹部126的深度為100微米~200微米，使基底11在起到保護熱致發聲元件121的同時，又能確保所述熱致發聲元件121與所述基底11之間形成足夠的間距，防止工作時產生的熱量直接被基底11吸收而無法完全實現與周圍介質熱交換造成音量降低，並保證所述熱致發聲元件121在各發聲頻率均有良好的發聲效果。當所述凹部126為凹槽時，所述凹 槽的寬度(即所述凹部126橫截面的最大跨度)大於等於0.2毫米小於1毫米，一方面能夠防止所述熱致發聲元件121在工作過程中破裂，另一方面能夠降低所述熱致發聲元件121的驅動電壓，使得所述驅動電壓小於12V，優選的小於等於5V。

所述絕緣層123可為一單層結構或者一多層結構。當所述絕緣層123為一單層結構時，所述絕緣層123可僅設置於所述凸部128的頂面，也可貼附於所述基底11的整個表面。所述“貼附”為指由於所述基底11的表面具有複數凹部126及複數凸部128，因此所述絕緣層123直接覆蓋所述凹部126及所述凸部128，對應凸部128位置處的絕緣層123貼附在所述凸部128的頂面；對應凹部126位置處的絕緣層123貼附在所述凹部126的底面及側面，即所述絕緣層123的起伏趨勢與所述凹部126及凸部128的起伏趨勢相同。無論哪種情況，所述絕緣層123使所述熱致發聲元件121與所述基底11絕緣。本實施例中，所述絕緣層123為一連續的單層結構，所述絕緣層123覆蓋所述整個表面。所述絕緣層123的材料可為二氧化矽、氮化矽或其組合，也可以為其他絕緣材料，只要能夠確保所述絕緣層123能夠使熱致發聲元件121與所述基底11絕緣即可。所述絕緣層123的整體厚度可為10奈米~2微米，具體可選擇為50奈米、90奈米或1微米等，本實施例中，所述絕緣層的厚度為1.2微米。

請一併參閱圖5，所述複數第一電極122與該複數第二電極124交替設置，且相鄰的第一電極122與第二電極124之間間隔設置，並與熱致發聲元件121電連接。具體地，所述複數第一電極122通過一第一連接部1221電連接，構成一第一梳狀電極；所述複數第二 電極124通過一第二連接部1241電連接，構成一第二梳狀電極。所述第一梳狀電極與所述第二梳狀電極相互交錯且相對設置，使複數第一電極122與複數第二電極124相互平行且交替間隔設置。所述第一連接部1221及第二連接部1241可分別設置於所述基底11表面相對的兩邊緣，所述第一連接部1221及第二連接部1241僅起到電連接的作用，其設置位置不影響所述熱致發聲元件121的熱致發聲。所述第一連接部1221與所述開關元件13的漏極電連接，從而使所述複數第一電極122均與一開關元件13的漏極電連接。所述第二連接部1241與所述公共電極16電連接，從而使所述複數第二電極124均與所述公共電極16電連接。通過在所述開關元件13的漏極輸入一電壓，進而在漏極與公共電極16之間形成一驅動電壓，並通過所述第一電極122與所述第二電極124施加到所述熱致發聲元件121，而使所述熱致發聲元件121發聲。所述第一電極122及第二電極124的材料可選擇為金屬、導電聚合物、導電膠、金屬性奈米碳管或銦錫氧化物(ITO)等。

該熱致發聲裝置10工作時，所述驅動積體電路15輸出一直流驅動電壓，並對該複數驅動電極151進行逐行掃描。掃描過程中，掃描到的每一行驅動電極151的驅動電壓施加到所述開關元件13的源極。同時，該掃描積體電路14輸出一直流掃描電壓，並對該複數掃描電極141進行逐列掃描。掃描過程中，所述掃描電壓施加到某一列掃描電極141所連接的閘極，從而將該列所述對應的開關元件13中的源極及漏極導通，從而使得所述驅動積體電路15輸出的驅動電壓施加到漏極，進而通過所述漏極所連接的第一電極122施加到所述熱致發聲元件121中，在所述第一電極122與所述第二電極124之間形成一驅動電壓，驅動所述熱致發聲元件121發 出聲音。

所述熱致發聲元件121具有較小的單位面積熱容，其材料不限，如純奈米碳管結構、奈米碳管複合結構等，也可以為其他非奈米碳管材料的熱致發聲材料等等，只要能夠實現熱致發聲即可。本發明實施例中，該熱致發聲元件121由奈米碳管組成，所述熱致發聲元件121的單位面積熱容小於2×10^-4焦耳每平方釐米開爾文。具體地，該熱致發聲元件121為一具有較大比表面積及較小厚度的導電結構，從而使該熱致發聲元件121可以將輸入的電能轉換為熱能，即所述熱致發聲元件121可根據輸入的訊號迅速升降溫，而和周圍氣體介質迅速發生熱交換，加熱熱致發聲元件121外部周圍氣體介質，促使周圍氣體介質分子運動，氣體介質密度隨之發生變化，進而發出聲波。優選地，該熱致發聲元件121應為自支撐結構，所謂“自支撐結構”即該熱致發聲元件121無需通過一支撐體支撐，也能保持自身特定的形狀。因此，該自支撐的熱致發聲元件121可部份懸空設置。該自支撐結構的熱致發聲元件121可充分的與周圍介質接觸並進行熱交換。該熱致發聲元件121可為一膜狀結構、複數線狀結構並排形成的層狀結構或膜狀結構與線狀結構的組合。

所述熱致發聲元件121可為一層狀奈米碳管結構，所述奈米碳管結構在所述凹部126位置處懸空設置。所述奈米碳管結構整體上為一層狀結構，厚度優選為0.5奈米~1毫米。當該奈米碳管結構厚度比較小時，例如小於等於10微米，該奈米碳管結構有很好的透明度。所述奈米碳管結構為自支撐結構。該自支撐的奈米碳管結構中複數奈米碳管間通過凡得瓦力相互吸引，從而使奈米碳管 結構具有特定的形狀。故該奈米碳管結構部份通過基底11支撐，並使奈米碳管結構其他部份懸空設置。所述層狀奈米碳管結構包括複數沿同一方向擇優取向延伸的奈米碳管，所述奈米碳管的延伸方向與所述凹槽的延伸方向形成一夾角，所述夾角大於零度小於等於90度。

所述層狀奈米碳管結構包括至少一奈米碳管膜、複數並排設置的奈米碳管線或至少一奈米碳管膜與奈米碳管線的組合。所述奈米碳管膜從奈米碳管陣列中直接拉取獲得。該奈米碳管膜的厚度為0.5奈米~100微米，單位面積熱容小於1×10^-6焦耳每平方釐米開爾文。所述奈米碳管包括單壁奈米碳管、雙壁奈米碳管和多壁奈米碳管中的一種或複數。所述單壁奈米碳管的直徑為0.5奈米~50奈米，雙壁奈米碳管的直徑為1奈米~50奈米，多壁奈米碳管的直徑為1.5奈米~50奈米。

請參閱圖6，所述奈米碳管膜為由複數奈米碳管組成的自支撐結構。所述複數奈米碳管為基本沿同一方向擇優取向排列，且所述奈米碳管的延伸方向與所述凹槽的延伸方向形成一夾角，所述夾角大於零度小於等於90度。所述擇優取向為指在奈米碳管膜中大多數奈米碳管的整體延伸方向基本朝同一方向。而且，所述大多數奈米碳管的整體延伸方向基本平行於奈米碳管膜的表面。進一步地，所述奈米碳管膜中多數奈米碳管為通過凡得瓦力首尾相連。具體地，所述奈米碳管膜中基本朝同一方向延伸的大多數奈米碳管中每一奈米碳管與在延伸方向上相鄰的奈米碳管通過凡得瓦力首尾相連。當然，所述奈米碳管膜中存在少數隨機排列的奈米碳管，這些奈米碳管不會對奈米碳管膜中大多數奈米碳管的整體 取向排列構成明顯影響。所述自支撐為奈米碳管膜不需要大面積的載體支撐，而只要相對兩邊提供支撐力即能整體上懸空而保持自身膜狀狀態，即將該奈米碳管膜置於(或固定於)間隔一定距離設置的兩個支撐體上時，位於兩個支撐體之間的奈米碳管膜能夠懸空保持自身膜狀狀態。所述自支撐主要通過奈米碳管膜中存在連續的通過凡得瓦力首尾相連延伸排列的奈米碳管而實現。

具體地，所述奈米碳管膜中基本朝同一方向延伸的多數奈米碳管，並非絕對的直線狀，可以適當的彎曲；或者並非完全按照延伸方向上排列，可以適當的偏離延伸方向。因此，不能排除奈米碳管膜的基本朝同一方向延伸的多數奈米碳管中並列的奈米碳管之間可能存在部份接觸。所述奈米碳管膜中，該複數奈米碳管大致平行於所述基底11的表面。該奈米碳管結構可包括複數奈米碳管膜共面的鋪設於基底11的表面。另，該奈米碳管結構可包括多層相互重疊的奈米碳管膜，相鄰兩層奈米碳管膜中的奈米碳管之間具有一交叉角度α，α大於等於0度且小於等於90度。

所述奈米碳管膜具有較強的黏性，故該奈米碳管膜可直接黏附於所述凸部128位置處絕緣層123的表面。所述奈米碳管膜中複數奈米碳管沿同一方向擇優取向延伸，該複數奈米碳管的延伸方向與所述凹部126的延伸方向形成一定夾角，優選的，所述奈米碳管的延伸方向垂直於所述凹部126的延伸方向。進一步地，當將所述奈米碳管膜黏附於凸部128的頂面後，可使用有機溶劑處理黏附在基底11上的奈米碳管膜。具體地，可通過試管將有機溶劑滴落在奈米碳管膜表面浸潤整個奈米碳管膜。該有機溶劑為揮發性有機溶劑，如乙醇、甲醇、丙酮、二氯乙烷或氯仿，本實施例中 採用乙醇。在揮發性有機溶劑揮發時產生的表面張力的作用下，微觀上，該奈米碳管膜中的部份相鄰的奈米碳管會收縮成束。奈米碳管膜與基底11的接觸面積增大，從而可以更緊密地貼附在凸部128的頂面。另，由於部份相鄰的奈米碳管收縮成束，奈米碳管膜的機械強度及韌性得到增強，且整個奈米碳管膜的表面積減小，黏性降低。宏觀上，該奈米碳管膜為一均勻的膜結構。

本實施例中，所述層狀奈米碳管結構在所述凹部126位置包括複數相互平行且間隔設置的奈米碳管線，且所述奈米碳管線對應凹部126位置部份懸空設置。請參閱圖7，所述複數奈米碳管線相互平行且間隔設置形成的一層狀奈米碳管結構，所述奈米碳管線的延伸方向與所述凹部126的延伸方向交叉形成一定角度，且奈米碳管線中奈米碳管的延伸方向平行於所述奈米碳管線的延伸方向。優選的，所述奈米碳管線的延伸方向與所述凹部126的延伸方向垂直。相鄰兩個奈米碳管線之間的距離為1微米~200微米，優選地，為50微米~150微米。本實施例中，所述奈米碳管線之間的距離為120微米，所述奈米碳管線的直徑為1微米。所述奈米碳管線可以為非扭轉的奈米碳管線或扭轉的奈米碳管線。所述非扭轉的奈米碳管線與扭轉的奈米碳管線均為自支撐結構。具體地，請參閱圖8，該非扭轉的奈米碳管線包括複數沿平行於該非扭轉的奈米碳管線長度方向延伸的奈米碳管。具體地，該非扭轉的奈米碳管線包括複數奈米碳管片段，該複數奈米碳管片段通過凡得瓦力首尾相連，每一奈米碳管片段包括複數相互平行並通過凡得瓦力緊密結合的奈米碳管。該奈米碳管片段具有任意的長度、厚度、均勻性及形狀。該非扭轉的奈米碳管線長度不限，直徑為0.5奈米~100微米。非扭轉的奈米碳管線為將上述奈米碳管膜通過有 機溶劑處理得到。具體地，將有機溶劑浸潤所述奈米碳管膜的整個表面，在揮發性有機溶劑揮發時產生的表面張力的作用下，奈米碳管膜中的相互平行的複數奈米碳管通過凡得瓦力緊密結合，從而使奈米碳管膜收縮為一非扭轉的奈米碳管線。該有機溶劑為揮發性有機溶劑，如乙醇、甲醇、丙酮、二氯乙烷或氯仿。通過有機溶劑處理的非扭轉的奈米碳管線與未經有機溶劑處理的奈米碳管膜相比，比表面積減小，黏性降低。並且經過收縮以後，首先，所述奈米碳管線具有更高的機械強度，降低因外力作用而導致奈米碳管線受損的幾率；其次，所述奈米碳管線牢固的貼附在所述基板100表面，並且懸空部份始終保持繃緊的狀態，從而能夠保證在工作過程中，奈米碳管線不發生變形，防止因為變形而導致的發聲失真、器件失效等問題。

所述扭轉的奈米碳管線為採用一機械力將上述奈米碳管膜沿奈米碳管延伸方向的兩端依照相反方向扭轉獲得。請參閱圖9，該扭轉的奈米碳管線包括複數繞該扭轉的奈米碳管線軸向螺旋延伸的奈米碳管。具體地，該扭轉的奈米碳管線包括複數奈米碳管片段，該複數奈米碳管片段通過凡得瓦力首尾相連，每一奈米碳管片段包括複數相互平行並通過凡得瓦力緊密結合的奈米碳管。該奈米碳管片段具有任意的長度、厚度、均勻性及形狀。該扭轉的奈米碳管線長度不限，直徑為0.5奈米~100微米。進一步地，可採用一揮發性有機溶劑處理該扭轉的奈米碳管線。在揮發性有機溶劑揮發時產生的表面張力的作用下，處理後的扭轉的奈米碳管線中相鄰的奈米碳管通過凡得瓦力緊密結合，使扭轉的奈米碳管線的比表面積減小，密度及強度增大。

所述奈米碳管線及其製備方法請參見申請人於2002年9月16日申請的，於2008年8月20日公告的第CN100411979C號中國大陸公告專利“一種奈米碳管繩及其製造方法”，申請人：清華大學，鴻富錦精密工業(深圳)有限公司，及於2005年12月16日申請的，於2009年6月17日公告的第CN100500556C號中國大陸公告專利“奈米碳管絲及其製作方法”，申請人：清華大學，鴻富錦精密工業(深圳)有限公司。

由於奈米碳管沿軸向具有優異導電性，當奈米碳管結構中的奈米碳管為沿一定方向擇優取向排列時，優選地，所述第一電極122及第二電極124的設置應確保所述奈米碳管結構中奈米碳管沿第一電極122至第二電極124的方向延伸。優選地，所述第一電極122及第二電極124之間應具有一基本相等的間距，從而使第一電極122及第二電極124之間區域的奈米碳管結構能夠具有一基本相等的電阻值，優選地，所述第一電極122及第二電極124的長度大於等於奈米碳管結構的寬度，從而可以使整個奈米碳管結構均得到利用。本實施例中，所述熱致發聲元件121中奈米碳管沿基本垂直該第一電極122及第二電極124長度方向排列，所述第一電極122及第二電極124相互平行設置。所述音頻電訊號通過該第一電極122及第二電極124輸入該奈米碳管結構。

可以理解，由於該熱致發聲元件121的發聲原理為“電-熱-聲”的轉換，故該熱致發聲元件121在發聲的同時會發出一定熱量。該奈米碳管結構具有較小的單位面積熱容和較大的散熱表面，在輸入訊號後，奈米碳管結構可迅速升降溫，產生週期性的溫度變化，並和周圍介質快速進行熱交換，使周圍介質的密度週期性地 發生改變，進而發出聲音。進一步地，所述熱致發聲裝置10可包括一散熱裝置(圖未示)設置於該基底11遠離該熱致發聲元件121的表面。

所述熱致發聲裝置10具有以下有益效果：首先，所述熱致發聲裝置10採用矽材料作為基底11，因此所述熱致發聲裝置10易加工，因此可在方便的在所述基底11表面形成複數熱致發聲元件121，從而形成一面陣列揚聲器系統；其次，所述基底11具有良好的導熱性，因此所述熱致發聲裝置10具有良好的散熱性，而無需單獨設置散熱元件；再次，所述基底11的熱致發聲裝置10可相容目前的半導體制程，容易與其他元器件如IC晶片等集成，便於與其他元器件集成，減小佔用空間，十分適用於小尺寸的電子器件；最後，所述複數熱致發聲元件121均可單獨進行控制，甚至發出不同的聲音，進而使得所述複數熱致發聲元件121組成的面陣列揚聲器，可具有更好的音效。

綜上所述，本發明確已符合發明專利之要件，遂依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施例，自不能以此限制本案之申請專利範圍。舉凡習知本案技藝之人士援依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。

10‧‧‧熱致發聲裝置

11‧‧‧基底

12‧‧‧發聲單元

13‧‧‧開關元件

14‧‧‧掃描積體電路

15‧‧‧驅動積體電路

16‧‧‧公共電極

17‧‧‧絕緣墊

141‧‧‧掃描電極

151‧‧‧驅動電極

Claims (15)

1. 一種熱致發聲裝置，包括：一矽基底，具有一表面；複數發聲單元，所述複數發聲單元設置在所述矽基底的該表面，每一發聲單元包括一熱致發聲元件、一第一電極和一第二電極，所述熱致發聲元件串聯在所述第一電極和第二電極之間；複數開關元件，所述複數開關元件與所述複數發聲單元一一對應設置，每一開關元件與一發聲單元中的第一電極電連接；一驅動積體電路，所述驅動積體電路包括複數驅動電極，每個開關元件串聯在所述驅動電極與第一電極之間，每一驅動電極通過一開關元件向所述發聲單元輸入驅動電壓；一掃描積體電路，所述掃描積體電路包括複數掃描電極，掃描電極與開關元件電連接，每一掃描電極通過開關元件控制驅動電極向所述發聲單元輸入驅動電壓；及一公共電極，所述公共電極與所述複數發聲單元的第二電極電連接。
2. 如請求項第1項所述的熱致發聲裝置，其中，所述發聲單元進一步包括複數第一電極及複數第二電極與交替間隔設置，所述複數第一電極與所述開關元件電連接，所述複數第二電極與所述公共電極電連接。
3. 如請求項第1項所述的熱致發聲裝置，其中，所述第一電極和第二電極為梳狀電極，所述第一電極和第二電極相互交錯的插入設置。
4. 如請求項第2項所述的熱致發聲裝置，其中，所述每一開關元件為一三極管，包括一源極、一漏極及一閘極，所述源極與所述驅動電極電連接，所述閘極與所述掃描電極電連接，所述漏極與所述複數第一電極電連接 。
5. 如請求項第4項所述的熱致發聲裝置，其中，所述開關元件為一晶體三極管或一場效應管。
6. 如請求項第4項所述的熱致發聲裝置，其中，所述開關元件為一薄膜電晶體。
7. 如請求項第1項所述的熱致發聲裝置，其中，所述基底的該表面進一步包括複數凹部，所述熱致發聲元件設置在所述基底的所述表面，所述熱致發聲元件與凹部對應位置處懸空設置。
8. 如請求項第7項所述的熱致發聲裝置，其中，所述複數凹部為複數平行且沿同一方向延伸的條形凹槽，所述凹槽的深度為100微米至200微米。
9. 如請求項第8項所述的熱致發聲裝置，其中，所述熱致發聲元件為一層狀奈米碳管結構。
10. 如請求項第9項所述的熱致發聲裝置，其中，所述層狀奈米碳管結構由複數奈米碳管組成，該複數奈米碳管沿同一方向延伸，且所述複數奈米碳管的延伸方向與所述複數條形凹槽的延伸方向形成一夾角，該夾角大於0度小於等於90度。
11. 如請求項第10項所述的熱致發聲裝置，其中，在延伸方向上相鄰的奈米碳管通過凡得瓦力首尾相連，所述層狀奈米碳管結構中的複數奈米碳管平行於所述矽基底的表面。
12. 如請求項第9項所述的熱致發聲裝置，其中，所述層狀奈米碳管結構包括複數平行且間隔設置的奈米碳管線，所述複數奈米碳管線的延伸方向與所述複數條形凹槽的延伸方向形成一夾角，該夾角大於0度小於等於90度。
13. 如請求項第12項所述的熱致發聲裝置，其中，相鄰奈米碳管線之間的間隔為0.1微米至200微米。
14. 如請求項第8項所述的熱致發聲裝置，其中，所述第一電極及第二電極設置於所述相鄰凹槽之間的基底表面。
15. 如請求項第1項所述的熱致發聲裝置，其中，所述基底的材料為單晶矽，所述熱致發聲元件通過一設置於基底表面的絕緣層與所述基底絕緣。