TWI828327B - 寬頻高音質的壓電材料複合振膜聲學元件及其製造方法 - Google Patents
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Abstract
一種寬頻高音質的壓電材料複合振膜聲學元件，包括一振膜、一支撐框、一壓電板組以及一交流電源。振膜係為一導電薄膜。支撐框內部形成一中空部。支撐框固定住振膜之一固定部。壓電板組包括一第一壓電板以及設置於第一壓電板之上且與其電性連接之一第二壓電板。第一壓電板以及第二壓電板分別具有一上電極層、一壓電層以及一下電極層。第一壓電板之下電極層固定於振膜之一壓電板固定部之上且與其電性連接。振膜之一間隔部係介於固定部及壓電板固定部之間。交流電源包括電性連接至第二壓電板之上電極層之一第一電極以及電性連接至振膜之一第二電極。
Description
本發明係有關一種寬頻高音質的壓電材料複合振膜聲學元件及其製造方法，尤指一種具有雙層壓電板之寬頻高音質的壓電材料複合振膜聲學元件及其製造方法。
揚聲器的微型化是現今科技的發展趨勢。各廠家也都在持續開發輕量化、超微型化及/或超薄型化的揚聲器，以提供不論是家庭用的電視機等影音設備、或是電腦、平板、手機及耳機使用。習知技術的傳統動圈式揚聲器因需要有永久磁鐵作為驅動元件，因此在輕量化、微型化及薄型化的趨勢上有其極限。習知技術的平面薄膜的靜電式揚聲器則需要額外的複雜電路設計並搭配電池，成本較高且攜帶不易。習知技術的單一壓電板之薄膜式揚聲器，雖具有微型化及薄型化的優勢，然而其頻寬範圍較窄，且聲音響應曲線較不平滑，無法達到較大響應，且在低頻、中頻以及高頻皆能達到平衡的聲音品質。
有鑑於此，發明人開發出簡便組裝的設計，能夠避免上述的缺點，安裝方便，又具有成本低廉的優點，以兼顧使用彈性與經濟性等考量，因此遂有本發明之產生。
本發明所欲解決之技術問題在於如何提供一種輕量及薄型的聲學元件，並同時具有較平滑之響應曲線，較大頻率響應，且在低頻、中頻以及高頻皆能達到平衡的聲音品質之聲學元件。
為解決前述問題，以達到所預期之功效，本發明提供一種寬頻高音質的壓電材料複合振膜聲學元件，包括一振膜、一支撐框、一壓電板組以及一交流電源。振膜係為一導電薄膜。支撐框內部形成垂直貫穿支撐框之一中空部。支撐框固定住振膜之一振膜固定部，使振膜之一壓電板固定部以及至少一間隔部對應於支撐框之中空部。至少一間隔部之至少一者係介於振膜固定部以及壓電板固定部之間。壓電板組包括一第一壓電板以及一第二壓電板。第一壓電板具有一第一上電極層、一第一壓電層以及一第一下電極層。第二壓電板具有一第二上電極層、一第二壓電層以及一第二下電極層。第一壓電板之第一下電極層係固定於壓電板固定部之上且與壓電板固定部電性連接。第二壓電板之第二下電極層係固定於第一壓電板之第一上電極層之上且與第一壓電板之第一上電極層電性連接。交流電源包括電性連接至第二壓電板之第二上電極層之一第一電極以及電性連接至振膜之一第二電極。
此外，本發明更提供一種寬頻高音質的壓電材料複合振膜聲學元件，包括一振膜、一支撐框、一壓電板組以及一交流電源。支撐框內部形成垂直貫穿支撐框之一中空部。支撐框固定住振膜之一振膜固定部，使振膜之一壓電板固定部以及至少一間隔部對應於支撐框之中空部。至少一間隔部之至少一者係介於振膜固定部以及壓電板固定部之間。壓電板固定部具有貫穿振膜之一穿透孔。壓電板組包括一第一壓電板以及一第二壓電板。第一壓電板具有一第一上電極層、一第一壓電層以及一第一下電極層。第二壓電板具有一第二上電極層、一第二壓電層以及一第二下電極層。第一壓電板之第一下電極層係固定於壓電板固定部之上。第二壓電板之第二下電極層係固定於第一壓電板之第一上電極層之上且與第一壓電板之第一上電極層電性連接。交流電源包括電性連接至第二壓電板之第二上電極層之一第一電極以及經由穿透孔電性連接至第一壓電板之第一下電極層之一第二電極。
於實施時，第一壓電層具有垂直於第一壓電層之一第一極化方向，第二壓電層具有垂直於第二壓電層之一第二極化方向，第一極化方向與第二極化方向係為同向以及反向之其中之一。第二壓電板與第一壓電板具有相同之形狀以及相同之厚度。第一壓電板之第一壓電層以及第二壓電板之第二壓電層係分別為一壓電陶瓷。其中構成壓電陶瓷之材料係包括選自以下群組之至少一者：鋯鈦酸鉛PZT-5A、鋯鈦酸鉛PZT-5H以及鋯鈦酸鉛PZT-5J。在較佳之實施例中，構成壓電陶瓷之材料係為鋯鈦酸鉛PSI-5A4E。第一壓電板以及第二壓電板之形狀係包括選自以下群組之一者：一四邊形、一多邊形、一橢圓形、一圓形以及一環形。
於實施時，中空部係由支撐框之一內緣所定義，內緣之形狀係包括選自以下群組之一者：一四邊形、一多邊形、一橢圓形以及一圓形。
此外，本發明更提供一種寬頻高音質的壓電材料複合振膜聲學元件之製造方法，包括以下步驟：將一振膜之一邊緣區域固定於一固定裝置，使振膜之一中間區域對應於固定裝置之一裝置中空部，振膜係為一導電薄膜；將一張力施加裝置置於振膜下方的固定裝置之裝置中空部，藉由張力施加裝置之一高度大於振膜下方的固定裝置之裝置中空部之一高度，使張力施加裝置之一頂部頂住振膜，以增加振膜之一張力；將包括一第一壓電板以及一第二壓電板之一壓電板組固定於振膜之一壓電板固定部之上，並以一支撐框固定住振膜之一振膜固定部，使壓電板固定部以及介於振膜固定部以及壓電板固定部之間之至少一間隔部對應於支撐框之一中空部，第一壓電板具有一第一上電極層、一第一壓電層以及一第一下電極層，第二壓電板具有一第二上電極層、一第二壓電層以及一第二下電極層，第一壓電板之第一下電極層係固定於壓電板固定部之上且與壓電板固定部電性連接，第二壓電板之第二下電極層係固定於第一壓電板之第一上電極層之上且與第一壓電板之第一上電極層電性連接；以及將一交流電源之一第一電極以及一第二電極分別電性連接至第二壓電板之第二上電極層以及振膜。
於實施時，第一壓電板之第一下電極層係藉由一導電膠與振膜之壓電板固定部電性連接。
此外，本發明更提供一種寬頻高音質的壓電材料複合振膜聲學元件之製造方法，包括以下步驟：將一振膜之一邊緣區域固定於一固定裝置，使振膜之一中間區域對應於固定裝置之一裝置中空部；將一張力施加裝置置於振膜下方的固定裝置之裝置中空部，藉由張力施加裝置之一高度大於振膜下方的固定裝置之裝置中空部之一高度，使張力施加裝置之一頂部頂住振膜，以增加振膜之一張力；將包括一第一壓電板以及一第二壓電板之一壓電板組固定於振膜之一壓電板固定部之上，並以一支撐框固定住振膜之一振膜固定部，使壓電板固定部以及介於振膜固定部以及壓電板固定部之間之至少一間隔部對應於支撐框之一中空部，壓電板固定部具有貫穿振膜之一穿透孔，第一壓電板具有一第一上電極層、一第一壓電層以及一第一下電極層，第二壓電板具有一第二上電極層、一第二壓電層以及一第二下電極層，第一壓電板之第一下電極層係固定於壓電板固定部之上且與壓電板固定部電性連接，第二壓電板之第二下電極層係固定於第一壓電板之第一上電極層之上且與第一壓電板之第一上電極層電性連接；以及分別將一交流電源之一第一電極電性連接至第二壓電板之第二上電極層以及一第二電極經由穿透孔電性連接至第一壓電板之第一下電極層。
於實施時，該製造方法更包括施加一外力於壓電板組之上之步驟，使壓電板組之第一壓電板之第一下電極層與振膜之壓電板固定部緊密固定。
於實施時，支撐框包括一上支撐框以及一下支撐框，上支撐框內部形成一上中空部，下支撐框內部形成一下中空部，上支撐框以及下支撐框係分別由振膜之上下固定住振膜之振膜固定部，使壓電板固定部以及至少一間隔部分別對應於上中空部以及下中空部。
於實施時，固定裝置包括一上固定裝置以及一下固定裝置，裝置中空部包括形成於上固定裝置內部之一上裝置中空部以及形成於下固定裝置內部之一下裝置中空部，其中上固定裝置以下固定裝置係分別由振膜之上下固定住振膜之邊緣區域，使中間區域分別對應於上裝置中空部以及下裝置中空部。
於實施時，固定裝置更包括至少一矽膠層，其中（1）至少一矽膠層係設置於上固定裝置之一下表面，使邊緣區域固定於至少一矽膠層以及下固定裝置之間、（2）至少一矽膠層係設置於下固定裝置之一上表面，使邊緣區域固定於上固定裝置以及至少一矽膠層之間、或（3）至少一矽膠層之其中之一以及其中之另一係分別設置於上固定裝置之一下表面以及下固定裝置之一上表面，使邊緣區域固定於至少一矽膠層之其中之一以及其中之另一之間。
於實施時，固定裝置更包括至少一矽膠層，至少一矽膠層固定住邊緣區域之上下之其中至少一者。
於實施時，該製造方法更包括切除介於邊緣區域以及振膜固定部之間之振膜之步驟。
為進一步了解本發明，以下舉較佳之實施例，配合圖式、圖號，將本發明之具體構成內容及其所達成的功效詳細說明如下。
請參閱圖1，其係為本發明之一種寬頻高音質的壓電材料複合振膜聲學元件之一具體實施例之剖面示意圖。請同時參閱圖2及圖3，其係分別為圖1之具體實施例之俯視示意圖以及兩壓電層之極化方向之剖面示意圖。本發明之一種寬頻高音質的壓電材料複合振膜聲學元件1包括一振膜2、一支撐框3、一壓電板組4以及一交流電源5。在此實施例中，振膜2係為一導電薄膜。振膜2包括一振膜固定部20（振膜固定部20係為一環形）、一壓電板固定部21（壓電板固定部21係為一圓形）以及間隔部22（間隔部22係為一環形）。間隔部22係介於振膜固定部20以及壓電板固定部21之間。支撐框3包括一上支撐框31以及一下支撐框32。支撐框3內部形成垂直貫穿支撐框3之一中空部30，中空部30係由支撐框3之一內緣35所定義（在此實施例中，內緣35之形狀，亦即中空部30之形狀係為一圓形），其中中空部30包括一上中空部33以及一下中空部34，上中空部33係形成於上支撐框31內部且垂直貫穿上支撐框31，下中空部34係形成於下支撐框32內部且垂直貫穿下支撐框32。支撐框3之上支撐框31以及下支撐框32係分別由振膜2之上下固定住振膜2之振膜固定部20，使振膜2之壓電板固定部21以及間隔部22對應於支撐框3之中空部30（亦即，使振膜2之壓電板固定部21以及間隔部22分別對應於上支撐框31之上中空部33以及下支撐框32之下中空部34）。壓電板組4包括一第一壓電板6以及一第二壓電板7。第一壓電板6包括一第一壓電層60、一第一上電極層61以及一第一下電極層62。第二壓電板7包括一第二壓電層70、一第二上電極層71以及一第二下電極層72。第一壓電板6與第二壓電板7具有相同之形狀以及相同之厚度，其中壓電板組4（包括第一壓電板6以及第二壓電板7）與壓電板固定部21具有相同之形狀，亦即，壓電板組4係為一圓形。第一上電極層61係形成於第一壓電層60之一第一上表面63。第一下電極層62係形成於第一壓電層60之一第一下表面64。第一壓電板6之第一下電極層62係藉由一導電膠固定於振膜2之壓電板固定部21之上，使第一壓電板6之第一下電極層62與振膜2之壓電板固定部21電性連接。第二上電極層71係形成於第二壓電層70之一第二上表面73。第二下電極層72係形成於第二壓電層70之一第二下表面74。第二壓電板7之第二下電極層72係固定於第一壓電板6之第一上電極層61之上，使第二壓電板7之第二下電極層72與第一壓電板6之第一上電極層61電性連接。交流電源5包括一第一電極51以及一第二電極52。第一電極51係電性連接至第二壓電板7之第二上電極層71。第二電極52係電性連接至振膜2。在此實施例中，第一壓電層60以及第二壓電層70係分別為一壓電陶瓷，其中構成壓電陶瓷之材料係包括選自以下群組之至少一者：鋯鈦酸鉛PZT-5A、鋯鈦酸鉛PZT-5H以及鋯鈦酸鉛PZT-5J。在一較佳之實施例中，構成壓電陶瓷之材料係為PSI-5A4E（Piezo System Inc. 公司出產，型號為 PSI-5A4E 的鈦鋯酸鉛（PZT）壓電陶瓷）。第一壓電層60具有垂直於第一壓電層60之一第一極化方向65。第二壓電層70具有垂直於第二壓電層70之一第二極化方向75。在此實施例中，第一極化方向65係垂直向下，而第二極化方向75係垂直向上（亦即，第一極化方向65與第二極化方向75係為反向）。藉此，本發明之寬頻高音質的壓電材料複合振膜聲學元件1確實能達到具有較平滑之響應曲線，較大頻率響應，且在低頻、中頻以及高頻皆能達到平衡的聲音品質之聲學元件。
在一些實施例中，振膜2係可由一PVC薄膜經過濺鍍而成一導電薄膜。
請參閱圖4，其係為本發明之一種寬頻高音質的壓電材料複合振膜聲學元件之另一具體實施例之剖面示意圖。本發明之一種寬頻高音質的壓電材料複合振膜聲學元件1包括一振膜2、一支撐框3、一壓電板組4以及一交流電源5。在此實施例中，振膜2係可為一非導電薄膜或一導電薄膜。振膜2包括一振膜固定部20（振膜固定部20係為一環形）、一壓電板固定部21（壓電板固定部21係為一圓形）以及間隔部22（間隔部22係為一環形）。間隔部22係介於振膜固定部20以及壓電板固定部21之間。壓電板固定部21具有一穿透孔23。穿透孔23貫穿振膜2。支撐框3包括一上支撐框31以及一下支撐框32。支撐框3內部形成垂直貫穿支撐框3之一中空部30，中空部30係由支撐框3之一內緣35所定義（在此實施例中，內緣35之形狀，亦即中空部30之形狀係為一圓形），其中中空部30包括一上中空部33以及一下中空部34，上中空部33係形成於上支撐框31內部且垂直貫穿上支撐框31，下中空部34係形成於下支撐框32內部且垂直貫穿下支撐框32。支撐框3之上支撐框31以及下支撐框32係分別由振膜2之上下固定住振膜2之振膜固定部20，使振膜2之壓電板固定部21以及間隔部22對應於支撐框3之中空部30（亦即，使振膜2之壓電板固定部21以及間隔部22分別對應於上支撐框31之上中空部33以及下支撐框32之下中空部34）。壓電板組4包括一第一壓電板6以及一第二壓電板7。第一壓電板6包括一第一壓電層60、一第一上電極層61以及一第一下電極層62。第二壓電板7包括一第二壓電層70、一第二上電極層71以及一第二下電極層72。第一壓電板6與第二壓電板7具有相同之形狀以及相同之厚度，其中壓電板組4（包括第一壓電板6以及第二壓電板7）與壓電板固定部21具有相同之形狀，亦即，壓電板組4係為一圓形。第一上電極層61係形成於第一壓電層60之一第一上表面63。第一下電極層62係形成於第一壓電層60之一第一下表面64。第一壓電板6之第一下電極層62係固定於振膜2之壓電板固定部21之上（在此實施例中，第一壓電板6之第一下電極層62與振膜2之壓電板固定部21係可藉由一非導電膠，使第一壓電板6之第一下電極層62與振膜2之壓電板固定部21非電性連接，或藉由一導電膠固定於振膜2之壓電板固定部21之上，使第一壓電板6之第一下電極層62與振膜2之壓電板固定部21電性連接）。第二上電極層71係形成於第二壓電層70之一第二上表面73。第二下電極層72係形成於第二壓電層70之一第二下表面74。第二壓電板7之第二下電極層72係固定於第一壓電板6之第一上電極層61之上，使第二壓電板7之第二下電極層72與第一壓電板6之第一上電極層61電性連接。交流電源5包括一第一電極51以及一第二電極52。第一電極51係電性連接至第二壓電板7之第二上電極層71。第二電極52係經由穿透孔23電性連接至第一壓電板6之第一下電極層62。在此實施例中，第一壓電層60以及第二壓電層70係分別為一壓電陶瓷，其中構成壓電陶瓷之材料係包括選自以下群組之至少一者：鋯鈦酸鉛PZT-5A、鋯鈦酸鉛PZT-5H以及鋯鈦酸鉛PZT-5J。在一較佳之實施例中，構成壓電陶瓷之材料係為PSI-5A4E（Piezo SystemInc. 公司出產，型號為 PSI-5A4E 的鈦鋯酸鉛（PZT）壓電陶瓷）。第一壓電層60具有垂直於第一壓電層60之一第一極化方向65。第二壓電層70具有垂直於第二壓電層70之一第二極化方向75。在此實施例中，第一極化方向65係垂直向下，而第二極化方向75係垂直向上（亦即，第一極化方向65與第二極化方向75係為反向）。藉此，本發明之寬頻高音質的壓電材料複合振膜聲學元件1確實能達到具有較平滑之響應曲線，較大頻率響應，且在低頻、中頻以及高頻皆能達到平衡的聲音品質之聲學元件。
在一些其他實施例中，第一極化方向65係垂直向上，而第二極化方向75係垂直向下（亦即，第一極化方向65與第二極化方向75係為反向）。在另一些其他實施例中，第一極化方向65係垂直向上，而第二極化方向75係垂直向上（亦即，第一極化方向65與第二極化方向75係為同向）。在又一些其他實施例中，第一極化方向65係垂直向下，而第二極化方向75係垂直向下（亦即，第一極化方向65與第二極化方向75係為同向）。
在一些實施例中，振膜2係可為一PVC薄膜或由一PVC薄膜經過濺鍍而成一導電薄膜。
在一些實施例中，上支撐框31以及下支撐框32係以鎖合之方式使振膜2之振膜固定部20固定在上支撐框31以及下支撐框32之間。在另一些實施例中，上支撐框31以及下支撐框32係以一黏著劑使振膜2之振膜固定部20固定在上支撐框31以及下支撐框32之間。在一些實施例中，上支撐框31以及下支撐框32係以卡合之方式使振膜2之振膜固定部20固定在上支撐框31以及下支撐框32之間。
請參閱圖5，其係為本發明之一種寬頻高音質的壓電材料複合振膜聲學元件之又一具體實施例之剖面示意圖。圖5之實施例之主要結構係與圖1之實施例之結構大致相同，惟，其中支撐框3包括下支撐框32（並不包括上支撐框31），中空部30包括下中空部34（並不包括上中空部33），振膜2之振膜固定部20係固定於支撐框3之下支撐框32之上，使振膜2之壓電板固定部21以及間隔部22對應於支撐框3之中空部30（亦即，使振膜2之壓電板固定部21以及間隔部22對應於下支撐框32之下中空部34）。
在一些實施例中，係以鎖合之方式使振膜2之振膜固定部20固定在下支撐框32上。在另一些實施例中，係以一黏著劑使振膜2之振膜固定部20固定在下支撐框32上。
在一些其他實施例中（圖中未顯示），其主要結構係與圖1之實施例之結構大致相同，惟，其中支撐框3包括上支撐框31（但並不包括下支撐框32），中空部30包括上中空部33（但並不包括下中空部34），並以鎖合之方式使振膜2之振膜固定部20係固定於支撐框3之上支撐框31之上，使振膜2之壓電板固定部21以及間隔部22對應於支撐框3之中空部30（亦即，使振膜2之壓電板固定部21以及間隔部22對應於上支撐框31之上中空部33）。在另一些其他實施例中（圖中未顯示），其主要結構係與圖1之實施例之結構大致相同，惟，其中支撐框3包括上支撐框31（但並不包括下支撐框32），中空部30包括上中空部33（但並不包括下中空部34），並以一黏著劑使振膜2之振膜固定部20係固定於支撐框3之上支撐框31之上，使振膜2之壓電板固定部21以及間隔部22對應於支撐框3之中空部30（亦即，使振膜2之壓電板固定部21以及間隔部22對應於上支撐框31之上中空部33）。
請參閱圖6，其係為本發明之一種寬頻高音質的壓電材料複合振膜聲學元件之再一具體實施例之剖面示意圖。圖6之實施例之主要結構係與圖1之實施例之結構大致相同，惟，其中支撐框3係為一單一支撐框（亦即支撐框3並非由上支撐框31以及下支撐框32兩個框所形成），支撐框3內部形成垂直貫穿支撐框3之中空部30（中空部30並非由上中空部33以及下中空部34所形成），振膜2之振膜固定部20被固定在支撐框3內，使振膜2之壓電板固定部21以及間隔部22對應於支撐框3之中空部30。其中振膜2之振膜固定部20係可以鎖合或黏著之方式被固定在支撐框3內。
請參閱圖7，其係為本發明之一種寬頻高音質的壓電材料複合振膜聲學元件之另一具體實施例之剖面示意圖。請同時參閱圖8，其係為圖7之具體實施例之俯視示意圖。圖7之實施例之主要結構係與圖1之實施例之結構大致相同，惟，其中振膜2包括一振膜固定部20（振膜固定部20係為一環形）、一壓電板固定部21（壓電板固定部21係為一環形，亦即，壓電板組4係為一環形）以及兩個間隔部22（其中一個間隔部22係為一環形，另一個間隔部22係為一圓形，環形之間隔部22係介於振膜固定部20以及壓電板固定部21之間，圓形之間隔部22係位於壓電板固定部21內）。
請參閱圖9，其係為本發明之一種寬頻高音質的壓電材料複合振膜聲學元件之又一具體實施例之俯視示意圖。圖9之實施例之主要結構係與圖1之實施例之結構大致相同，惟，其中振膜2包括一振膜固定部20（振膜固定部20係為一中空矩形）、一壓電板固定部21（壓電板固定部21係為一矩形）以及間隔部22（間隔部22係為一中空矩形），中空矩形之間隔部22係介於中空矩形之振膜固定部20以及矩形之壓電板固定部21之間。
在一些實施例中，壓電板組4（包括第一壓電板6以及第二壓電板7）之形狀係包括選自以下群組之一者：一四邊形、一多邊形、一橢圓形、一圓形以及一環形。在一些實施例中，內緣35之形狀（亦即中空部30之形狀）係包括選自以下群組之一者：一四邊形、一多邊形、一橢圓形以及一圓形。壓電板組4（包括第一壓電板6以及第二壓電板7）之形狀與內緣35之形狀（亦即中空部30之形狀）係可相互搭配，藉由最佳化幾何形狀之搭配，以找出最佳音頻特性表現之尺寸。使寬頻高音質的壓電材料複合振膜聲學元件1達到具有較平滑之響應曲線，較大頻率響應，且在低頻、中頻以及高頻皆能達到平衡的聲音品質之聲學元件。
請參閱圖10至圖12，其係為本發明之一種寬頻高音質的壓電材料複合振膜聲學元件之一具體實施例之製造方法之步驟之剖面示意圖。本發明之一種寬頻高音質的壓電材料複合振膜聲學元件1之製造方法，包括以下步驟：（請參閱圖10）將一振膜2之一邊緣區域80固定於一固定裝置8（在此實施例中，固定裝置8包括一上固定裝置85、一下固定裝置86以及兩矽膠層40，其中兩矽膠層40係分別設置於上固定裝置85之一下表面41以及下固定裝置86之一上表面42，振膜2之邊緣區域80係固定於固定裝置8之兩矽膠層40之間，其中矽膠層40係可使振膜2固定防滑），使振膜2之一中間區域81對應於形成於固定裝置8內部垂直貫穿固定裝置8之一裝置中空部82（在此實施例中，裝置中空部82包括形成於上固定裝置85內部垂直貫穿上固定裝置85之一上裝置中空部87以及形成於下固定裝置86內部垂直貫穿下固定裝置86之一下裝置中空部88，振膜2之中間區域81係分別對應於上固定裝置85之上裝置中空部87以及下固定裝置86之下裝置中空部88），其中振膜2係為一導電薄膜，振膜2之中間區域81包括一振膜固定部20、一壓電板固定部21以及一間隔部22（在此實施例中，振膜固定部20係為一環形，壓電板固定部21係為一圓形，間隔部22係為一環形），間隔部22係介於振膜固定部20以及壓電板固定部21之間；（請參閱圖11）將一張力施加裝置83置於振膜2下方的固定裝置8之裝置中空部82（下裝置中空部88），藉由張力施加裝置83之一高度大於振膜2下方的固定裝置8之裝置中空部82（下裝置中空部88）之一高度，使張力施加裝置83之一頂部84頂住振膜2，以增加振膜2之一張力；（請參閱圖12）將一壓電板組4之一第一壓電板6之一第一下電極層62係藉由一導電膠固定於振膜2之中間區域81之壓電板固定部21之上，使第一壓電板6之第一下電極層62與振膜2之中間區域81之壓電板固定部21電性連接，並以一支撐框3固定住振膜2之振膜固定部20（在此實施例中，支撐框3包括一上支撐框31以及一下支撐框32，上支撐框31以及下支撐框32係分別由振膜2之上下固定住振膜2之振膜固定部20），使振膜2之壓電板固定部21以及介於振膜固定部20以及壓電板固定部21之間之間隔部22對應於形成於支撐框3內部垂直貫穿支撐框3之一中空部30（在此實施例中，中空部30包括形成於上支撐框31內部垂直貫穿上支撐框31之一上中空部33以及形成於下支撐框32內部垂直貫穿下支撐框32之一下中空部34，振膜2之壓電板固定部21以及介於振膜固定部20以及壓電板固定部21之間之間隔部22係分別對應於上支撐框31之上中空部33以及下支撐框32之下中空部34），其中壓電板組4包括第一壓電板6以及一第二壓電板7，第一壓電板6包括一第一壓電層60、一第一上電極層61以及第一下電極層62，第一上電極層61以及第一下電極層62係分別形成於第一壓電層60之一第一上表面63以及一第一下表面64，第二壓電板7包括一第二壓電層70、一第二上電極層71以及一第二下電極層72，第二上電極層71以及第二下電極層72係分別形成於第二壓電層70之一第二上表面73以及一第二下表面74，第二壓電板7之第二下電極層72係固定於第一壓電板6之第一上電極層61之上，使第二壓電板7之第二下電極層72與第一壓電板6之第一上電極層61電性連接；（圖中未顯示）切除介於邊緣區域80以及振膜固定部20之間之振膜2；以及（圖中未顯示）將一交流電源5之一第一電極51以及一第二電極52分別電性連接至第二壓電板7之第二上電極層71以及振膜2，以形成如圖1所示之寬頻高音質的壓電材料複合振膜聲學元件1。本發明之寬頻高音質的壓電材料複合振膜聲學元件1之製造方法運用張力施加裝置83之高度與振膜2下方的固定裝置8之裝置中空部82（下裝置中空部88）之高度兩者之間之一固定高度差，使振膜2增加固定量之張力（使振膜2之張力固定），以維持寬頻高音質的壓電材料複合振膜聲學元件1之穩定品質。
上述切除介於邊緣區域80以及振膜固定部20之間之振膜2之步驟以及將交流電源5之第一電極51以及第二電極52分別電性連接至第二壓電板7之第二上電極層71以及振膜2之步驟之先後順序係可對調。
在一些實施例中，係先將壓電板組4之第一壓電板6之第一下電極層62藉由一導電膠固定於振膜2之中間區域81之壓電板固定部21之上，再以鎖合的方式將振膜2之振膜固定部20固定在上支撐框31以及下支撐框32之間。在另一些實施例中，係先以鎖合的方式將振膜2之振膜固定部20固定在上支撐框31以及下支撐框32之間，再將壓電板組4之第一壓電板6之第一下電極層62藉由一導電膠固定於振膜2之中間區域81之壓電板固定部21之上。在一些實施例中，係先將壓電板組4之第一壓電板6之第一下電極層62藉由一導電膠固定於振膜2之中間區域81之壓電板固定部21之上，再以一黏著劑將振膜2之振膜固定部20固定在上支撐框31以及下支撐框32之間。在另一些實施例中，係先以一黏著劑將振膜2之振膜固定部20固定在上支撐框31以及下支撐框32之間，再將壓電板組4之第一壓電板6之第一下電極層62藉由一導電膠固定於振膜2之中間區域81之壓電板固定部21之上。在一些實施例中，係先將壓電板組4之第一壓電板6之第一下電極層62藉由一導電膠固定於振膜2之中間區域81之壓電板固定部21之上，再以卡合的方式將振膜2之振膜固定部20固定在上支撐框31以及下支撐框32之間。在另一些實施例中，係先以卡合的方式將振膜2之振膜固定部20固定在上支撐框31以及下支撐框32之間，再將壓電板組4之第一壓電板6之第一下電極層62藉由一導電膠固定於振膜2之中間區域81之壓電板固定部21之上。
請參閱圖13至圖15，其係為本發明之一種寬頻高音質的壓電材料複合振膜聲學元件之另一具體實施例之製造方法之步驟之剖面示意圖。本發明之一種寬頻高音質的壓電材料複合振膜聲學元件1之製造方法，包括以下步驟：（請參閱圖13）將一振膜2之一邊緣區域80固定於一固定裝置8（在此實施例中，固定裝置8包括一上固定裝置85、一下固定裝置86以及兩矽膠層40，其中兩矽膠層40係分別設置於上固定裝置85之一下表面41以及下固定裝置86之一上表面42，振膜2之邊緣區域80係固定於固定裝置8之兩矽膠層40之間，其中矽膠層40係可使振膜2固定防滑），使振膜2之一中間區域81對應於形成於固定裝置8內部垂直貫穿固定裝置8之一裝置中空部82（在此實施例中，裝置中空部82包括形成於上固定裝置85內部垂直貫穿上固定裝置85之一上裝置中空部87以及形成於下固定裝置86內部垂直貫穿下固定裝置86之一下裝置中空部88，振膜2之中間區域81係分別對應於上固定裝置85之上裝置中空部87以及下固定裝置86之下裝置中空部88），其中振膜2之中間區域81包括一振膜固定部20、一壓電板固定部21以及一間隔部22（在此實施例中，振膜固定部20係為一環形，壓電板固定部21係為一圓形，間隔部22係為一環形），間隔部22係介於振膜固定部20以及壓電板固定部21之間，壓電板固定部21具有一穿透孔23，穿透孔23貫穿振膜2；（請參閱圖14）將一張力施加裝置83置於振膜2下方的固定裝置8之裝置中空部82（下裝置中空部88），藉由張力施加裝置83之一高度大於振膜2下方的固定裝置8之裝置中空部82（下裝置中空部88）之一高度，使張力施加裝置83之一頂部84頂住振膜2，以增加振膜2之一張力；（請參閱圖15）將一壓電板組4之一第一壓電板6之一第一下電極層62係固定於振膜2之中間區域81之壓電板固定部21之上，並以一支撐框3固定住振膜2之振膜固定部20（在此實施例中，支撐框3包括一上支撐框31以及一下支撐框32，上支撐框31以及下支撐框32係分別由振膜2之上下固定住振膜2之振膜固定部20），使振膜2之壓電板固定部21以及介於振膜固定部20以及壓電板固定部21之間之間隔部22對應於形成於支撐框3內部垂直貫穿支撐框3之一中空部30（在此實施例中，中空部30包括形成於上支撐框31內部垂直貫穿上支撐框31之一上中空部33以及形成於下支撐框32內部垂直貫穿下支撐框32之一下中空部34，振膜2之壓電板固定部21以及介於振膜固定部20以及壓電板固定部21之間之間隔部22係分別對應於上支撐框31之上中空部33以及下支撐框32之下中空部34），其中壓電板組4包括第一壓電板6以及一第二壓電板7，第一壓電板6包括一第一壓電層60、一第一上電極層61以及第一下電極層62，第一上電極層61以及第一下電極層62係分別形成於第一壓電層60之一第一上表面63以及一第一下表面64，第二壓電板7包括一第二壓電層70、一第二上電極層71以及一第二下電極層72，第二上電極層71以及第二下電極層72係分別形成於第二壓電層70之一第二上表面73以及一第二下表面74，第二壓電板7之第二下電極層72係固定於第一壓電板6之第一上電極層61之上，使第二壓電板7之第二下電極層72與第一壓電板6之第一上電極層61電性連接；（圖中未顯示）切除介於邊緣區域80以及振膜固定部20之間之振膜2；以及（圖中未顯示）分別將一交流電源5之一第一電極51電性連接至第二壓電板7之第二上電極層71以及將交流電源5之一第二電極52經由穿透孔23電性連接至第一壓電板6之第一下電極層62，以形成如圖4所示之寬頻高音質的壓電材料複合振膜聲學元件1。本發明之寬頻高音質的壓電材料複合振膜聲學元件1之製造方法運用張力施加裝置83之高度與振膜2下方的固定裝置8之裝置中空部82（下裝置中空部88）之高度兩者之間之一固定高度差，使振膜2增加固定量之張力（使振膜2之張力固定），以維持寬頻高音質的壓電材料複合振膜聲學元件1之穩定品質。
上述切除介於邊緣區域80以及振膜固定部20之間之振膜2之步驟以及分別將一交流電源5之一第一電極51電性連接至第二壓電板7之第二上電極層71以及將交流電源5之一第二電極52經由穿透孔23電性連接至第一壓電板6之第一下電極層62之步驟之先後順序係可對調。
在一些實施例中，係先將壓電板組4之第一壓電板6之第一下電極層62藉由一非導電膠或一導電膠固定於振膜2之中間區域81之壓電板固定部21之上，再以鎖合的方式將振膜2之振膜固定部20固定在上支撐框31以及下支撐框32之間。在另一些實施例中，係先以鎖合的方式將振膜2之振膜固定部20固定在上支撐框31以及下支撐框32之間，再將壓電板組4之第一壓電板6之第一下電極層62藉由一非導電膠或一導電膠固定於振膜2之中間區域81之壓電板固定部21之上。在一些實施例中，係先將壓電板組4之第一壓電板6之第一下電極層62藉由一非導電膠或一導電膠固定於振膜2之中間區域81之壓電板固定部21之上，再以一黏著劑將振膜2之振膜固定部20固定在上支撐框31以及下支撐框32之間。在另一些實施例中，係先以一黏著劑將振膜2之振膜固定部20固定在上支撐框31以及下支撐框32之間，再將壓電板組4之第一壓電板6之第一下電極層62藉由一非導電膠或一導電膠固定於振膜2之中間區域81之壓電板固定部21之上。在一些實施例中，係先將壓電板組4之第一壓電板6之第一下電極層62藉由一非導電膠或一導電膠固定於振膜2之中間區域81之壓電板固定部21之上，再以卡合的方式將振膜2之振膜固定部20固定在上支撐框31以及下支撐框32之間。在另一些實施例中，係先以卡合的方式將振膜2之振膜固定部20固定在上支撐框31以及下支撐框32之間，再將壓電板組4之第一壓電板6之第一下電極層62藉由一非導電膠或一導電膠固定於振膜2之中間區域81之壓電板固定部21之上。
在一些實施例中，係先將壓電板組4之第一壓電板6之第一下電極層62以黏合之方式固定於振膜2之中間區域81之壓電板固定部21之上，且將振膜2之振膜固定部20以鎖合、黏合或卡合之方式固定在上支撐框31，再切除介於邊緣區域80以及振膜固定部20之間之振膜2，再將下支撐框32以鎖合、黏合或卡合之方式固定在振膜2之振膜固定部20以及/或上支撐框31。在另一些實施例中，係先將壓電板組4之第一壓電板6之第一下電極層62以黏合之方式固定於振膜2之中間區域81之壓電板固定部21之上，且將振膜2之振膜固定部20以鎖合、黏合或卡合之方式固定在下支撐框32，再切除介於邊緣區域80以及振膜固定部20之間之振膜2，再將上支撐框31以鎖合、黏合或卡合之方式固定在振膜2之振膜固定部20以及/或下支撐框32。
在一些實施例中，本發明之寬頻高音質的壓電材料複合振膜聲學元件之製造方法，在將壓電板組4之第一壓電板6之第一下電極層62固定於振膜2之壓電板固定部21之上時，該製造方法更包括施加一外力於壓電板組4之上之步驟，使壓電板組4之第一壓電板6之第一下電極層62與振膜2之壓電板固定部21緊密固定。
在一些實施例中，上固定裝置85以及下固定裝置86係以鎖合、黏合或卡合之方式使振膜2之邊緣區域80係固定於上固定裝置85之下表面41之矽膠層40以及下固定裝置86之上表面42之矽膠層40之間。
在一些實施例中，固定裝置8包括下固定裝置86以及設置於下固定裝置86之上表面42之矽膠層40（但不包括上固定裝置85以及設置於上固定裝置85之下表面41之矽膠層40），其中係鎖合或黏合之方式將振膜2之邊緣區域80固定於下固定裝置86之矽膠層40上。在另一些實施例中，固定裝置8包括下固定裝置86（但不包括上固定裝置85以及分別設置於上固定裝置85之下表面41以及下固定裝置86之上表面42之兩矽膠層40），其中係鎖合或黏合之方式將振膜2之邊緣區域80固定於下固定裝置86之上。在又一些實施例中，固定裝置8包括上固定裝置85、下固定裝置86以及設置於下固定裝置86之上表面42之矽膠層40（但不包括設置於上固定裝置85之下表面41之矽膠層40），其中係鎖合、黏合或卡合之方式將振膜2之邊緣區域80固定於上固定裝置85以及下固定裝置86之矽膠層40之間。在一些實施例中，固定裝置8包括上固定裝置85、設置於上固定裝置85之下表面41之矽膠層40以及下固定裝置86（但不包括設置於下固定裝置86之上表面42之矽膠層40），其中係鎖合、黏合或卡合之方式將振膜2之邊緣區域80固定於上固定裝置85之矽膠層40以及下固定裝置86之間。在另一些實施例中，固定裝置8包括上固定裝置85以及下固定裝置86（但不包括分別設置於上固定裝置85之下表面41以及下固定裝置86之上表面42之兩矽膠層40），其中係鎖合、黏合或卡合之方式將振膜2之邊緣區域80固定於上固定裝置85以及下固定裝置86之間。
以上所述乃是本發明之具體實施例及所運用之技術手段，根據本文的揭露或教導可衍生推導出許多的變更與修正，仍可視為本發明之構想所作之等效改變，其所產生之作用仍未超出說明書及圖式所涵蓋之實質精神，均應視為在本發明之技術範疇之內，合先陳明。
綜上所述，依上文所揭示之內容，本發明確可達到發明之預期目的，提供一種寬頻高音質的壓電材料複合振膜聲學元件，確實能達到具有較平滑之響應曲線，較大頻率響應，且在低頻、中頻以及高頻皆能達到平衡的聲音品質之聲學元件，並提供一種寬頻高音質的壓電材料複合振膜聲學元件之製造方法，運用張力施加裝置與振膜下方的固定裝置之裝置中空部之固定高度差，使振膜增加固定量之張力，以維持寬頻高音質的壓電材料複合振膜聲學元件之穩定品質，極具產業上利用之價值，爰依法提出發明專利申請。
1:寬頻高音質的壓電材料複合振膜聲學元件
2:振膜
20:振膜固定部
21:壓電板固定部
22:間隔部
23:穿透孔
3:支撐框
30:中空部
31:上支撐框
32:下支撐框
33:上中空部
34:下中空部
35:內緣
4:壓電板組
40:矽膠層
41:上固定裝置之下表面
42:下固定裝置之上表面
5:交流電源
51:第一電極
52:第二電極
6:第一壓電板
60:第一壓電層
61:第一上電極層
62:第一下電極層
63:第一上表面
64:第一下表面
65:第一極化方向
7:第二壓電板
70:第二壓電層
71:第二上電極層
72:第二下電極層
73:第二上表面
74:第二下表面
75:第二極化方向
8:固定裝置
80:邊緣區域
81:中間區域
82:裝置中空部
83:張力施加裝置
84:張力施加裝置之頂部
85:上固定裝置
86:下固定裝置
87:上裝置中空部
88:下裝置中空部
［圖1］係為本發明之一種寬頻高音質的壓電材料複合振膜聲學元件之一具體實施例之剖面示意圖。
［圖2］係為圖1之具體實施例之俯視示意圖。
［圖3］係為圖1之具體實施例之兩壓電層之極化方向之剖面示意圖。
［圖4］係為本發明之一種寬頻高音質的壓電材料複合振膜聲學元件之另一具體實施例之剖面示意圖。
［圖5］係為本發明之一種寬頻高音質的壓電材料複合振膜聲學元件之又一具體實施例之剖面示意圖。
［圖6］係為本發明之一種寬頻高音質的壓電材料複合振膜聲學元件之再一具體實施例之剖面示意圖。
［圖7］係為本發明之一種寬頻高音質的壓電材料複合振膜聲學元件之另一具體實施例之剖面示意圖。
［圖8］係為圖7之具體實施例之俯視示意圖。
［圖9］係為本發明之一種寬頻高音質的壓電材料複合振膜聲學元件之又一具體實施例之俯視示意圖。
［圖10］至12係為本發明之一種寬頻高音質的壓電材料複合振膜聲學元件之一具體實施例之製造方法之步驟之剖面示意圖。
［圖13］至15係為本發明之一種寬頻高音質的壓電材料複合振膜聲學元件之另一具體實施例之製造方法之步驟之剖面示意圖。
1:寬頻高音質的壓電材料複合振膜聲學元件
2:振膜
20:振膜固定部
21:壓電板固定部
22:間隔部
3:支撐框
30:中空部
31:上支撐框
32:下支撐框
33:上中空部
34:下中空部
35:內緣
4:壓電板組
5:交流電源
51:第一電極
52:第二電極
Claims (11)
- 一種寬頻高音質的壓電材料複合振膜聲學元件，包括：一振膜，其包括一振膜固定部、一壓電板固定部以及至少一間隔部，該至少一間隔部之至少一者係介於該振膜固定部以及該壓電板固定部之間；一支撐框，其內部形成垂直貫穿該支撐框之一中空部，該支撐框固定住該振膜之該振膜固定部，使該振膜之該壓電板固定部以及該至少一間隔部對應於該支撐框之該中空部；一壓電板組，包括：一第一壓電板，包括：一第一壓電層；一第一上電極層，係形成於該第一壓電層之一第一上表面；以及一第一下電極層，係形成於該第一壓電層之一第一下表面，該第一壓電板之該第一下電極層係固定於該振膜之該壓電板固定部之上；以及一第二壓電板，包括：一第二壓電層；一第二上電極層，係形成於該第二壓電層之一第二上表面；以及一第二下電極層，係形成於該第二壓電層之一第二下表面，該第二壓電板之該第二下電極層係固定於該第一壓電板之該第一上電極層之上，使該第二壓電板之該第二下電極層與該第一壓電板之該第一上電極層電性連接；以及一交流電源，包括： 一第一電極，係電性連接至該第二壓電板之該第二上電極層；以及一第二電極；其中(1)該振膜係為一導電薄膜，該第一壓電板之該第一下電極層係與該振膜之該壓電板固定部電性連接，該交流電源之該第二電極係電性連接至該振膜，其中該第一壓電板之該第一下電極層係藉由一導電膠與該導電薄膜電性連接、或(2)該振膜之該壓電板固定部具有一穿透孔，該穿透孔貫穿該振膜之該壓電板固定部，該交流電源之該第二電極係經由該穿透孔電性連接至該第一壓電板之該第一下電極層。
- 如請求項1之寬頻高音質的壓電材料複合振膜聲學元件，其中該第一壓電層具有垂直於該第一壓電層之一第一極化方向，該第二壓電層具有垂直於該第二壓電層之一第二極化方向，該第一極化方向與該第二極化方向係為同向以及反向之其中之一。
- 如請求項1或2之寬頻高音質的壓電材料複合振膜聲學元件，其中該第一壓電層以及該第二壓電層係分別為一壓電陶瓷，構成該壓電陶瓷之材料係包括選自以下群組之至少一者：鋯鈦酸鉛PZT-5A、鋯鈦酸鉛PZT-5H以及鋯鈦酸鉛PZT-5J。
- 如請求項3之寬頻高音質的壓電材料複合振膜聲學元件，其中構成該壓電陶瓷之材料係為鋯鈦酸鉛PSI-5A4E。
- 如請求項1或2之寬頻高音質的壓電材料複合振膜聲學元件，其中該支撐框包括一上支撐框以及一下支撐框，該上支撐框內部形成垂直貫穿該上支撐框之一上中空部，該下支撐框內部形成垂直貫穿該下支撐框之一下中空部，該上支撐框以及該下支撐框係分別由該振膜之上下固定住該振膜之該振膜 固定部，使該振膜之該壓電板固定部以及該至少一間隔部分別對應於該上支撐框之該上中空部以及該下支撐框之該下中空部。
- 如請求項1或2之寬頻高音質的壓電材料複合振膜聲學元件，其中該第一壓電板之形狀係包括選自以下群組之一者：一多邊形、一橢圓形、一圓形以及一環形。
- 如請求項1或2之寬頻高音質的壓電材料複合振膜聲學元件，其中該中空部係由該支撐框之一內緣所定義，該內緣之形狀係包括選自以下群組之一者：一多邊形、一橢圓形以及一圓形。
- 一種寬頻高音質的壓電材料複合振膜聲學元件之製造方法，包括以下步驟：將一振膜之一邊緣區域固定於一固定裝置，使該振膜之一中間區域對應於形成於該固定裝置內部垂直貫穿該固定裝置之一裝置中空部，該中間區域包括一振膜固定部、一壓電板固定部以及至少一間隔部，該至少一間隔部之至少一者係介於該振膜固定部以及該壓電板固定部之間；將一張力施加裝置置於該振膜下方的該固定裝置之該裝置中空部，藉由該張力施加裝置之一高度大於該振膜下方的該固定裝置之該裝置中空部之一高度，使該張力施加裝置之一頂部頂住該振膜，以增加該振膜之一張力；將一壓電板組之一第一壓電板之一第一下電極層固定於該振膜之該壓電板固定部之上，並以一支撐框固定住該振膜之該振膜固定部，使該振膜之該壓電板固定部以及介於該振膜固定部以及該壓電板固定部之間之該至少一間隔部對應於形成於該支撐框內部垂直貫穿該支撐框之一中空部，其中該壓電板組包括該第一壓電板以及一第二壓電板，該第一壓電板包括一第一壓電層、一 第一上電極層以及該第一下電極層，該第一上電極層以及該第一下電極層係分別形成於該第一壓電層之一第一上表面以及一第一下表面，該第二壓電板包括一第二壓電層、一第二上電極層以及一第二下電極層，該第二上電極層以及該第二下電極層係分別形成於該第二壓電層之一第二上表面以及一第二下表面，該第二壓電板之該第二下電極層係固定於該第一壓電板之該第一上電極層之上，使該第二壓電板之該第二下電極層與該第一壓電板之該第一上電極層電性連接；以及將一交流電源之一第一電極電性連接至該第二壓電板之該第二上電極層以及將該交流電源之一第二電極(1)電性連接至該振膜，其中該振膜係為一導電薄膜，該第一壓電板之該第一下電極層係與該振膜之該壓電板固定部電性連接、或(2)經由該振膜之該壓電板固定部所具有之一穿透孔電性連接至該第一壓電板之該第一下電極層，其中該穿透孔貫穿該振膜之該壓電板固定部。
- 如請求項8之寬頻高音質的壓電材料複合振膜聲學元件之製造方法，其更包括形成一導電膠於該第一壓電板之該第一下電極層以及該振膜之該壓電板固定部之間之步驟。
- 如請求項8或9之寬頻高音質的壓電材料複合振膜聲學元件之製造方法，其中該固定裝置包括一上固定裝置以及一下固定裝置，該裝置中空部包括形成於該上固定裝置內部垂直貫穿該上固定裝置之一上裝置中空部以及形成於該下固定裝置內部垂直貫穿該下固定裝置之一下裝置中空部，其中該振膜之該邊緣區域係分別被該上固定裝置以及該下固定裝置由該振膜之上下固定住，使該振膜之該中間區域對應於該上固定裝置之該上裝置中空部以及該下固定裝置之該下裝置中空部。
- 如請求項10之寬頻高音質的壓電材料複合振膜聲學元件之製造方法，其中該固定裝置更包括至少一矽膠層，其中(1)該至少一矽膠層係設置於該上固定裝置之一下表面，使該振膜之該邊緣區域固定於該至少一矽膠層以及該下固定裝置之間、(2)該至少一矽膠層係設置於該下固定裝置之一上表面，使該振膜之該邊緣區域固定於該上固定裝置以及該至少一矽膠層之間、或(3)該至少一矽膠層之其中之一以及其中之另一係分別設置於該上固定裝置之一下表面以及該下固定裝置之一上表面，使該振膜之該邊緣區域固定於該至少一矽膠層之其中之一以及其中之另一之間。
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