CN102026077A - 平面扬声器结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种具有电磁波防治功能的平面扬声器结构，其是利用含金属电极驻极体振膜上的电极以作为电磁屏避效应，将其置于平面扬声器单体的最外层来达成提升平面扬声器单体的可靠度。此平面扬声器单体并连接地线，以进一步达成单体防治电磁波及避免使用者接触到高压电的危险。本平面扬声器单体至少由一对具导电电极层的驻极体振膜、多数支撑体、开孔电极及绝缘层等结构所组成。

Description

平面扬声器结构

技术领域

本发明涉及一种平面扬声器，且特别是涉及一种具有电磁波(EMI，Electromagnetic Interference)防治功能的平面扬声器结构。

背景技术

现今视觉与听觉是人类最直接的两种感官反应，因此长久以来，科学家们极力的发展各种可再生视觉与听觉相关***。目前包括扬声器的再生方式，其主要仍是由动圈式扬声器来主宰整个市场。但是随着近几年来人们对于感官品质的日益要求，以及3C产品(Computer，Communication，Consumer Electronics)在追求短小、轻薄的前提下，一种省电、轻薄、可依人体工学需求设计的扬声器，不管是搭配大尺寸的平面扬声器，还是小到随身听的耳机、立体声的手机，在可以预见的明天，此方面的技术将有大量的需要与应用的发展。

目前扬声器分类主要分为直接、间接辐射型，而驱动方式大概分为动圈式、压电式及静电式扬声器。动圈式扬声器目前使用最广，技术成熟，不过由于其先天架构的缺点，并无法将体积扁平化，使得面对3C产品越来越小及家庭剧院扁平化的趋势，将不敷需求。

压电式扬声器利用压电材料的压电效应，以附加一电场于压电材料所造成材料变形的特性，用来推动震动膜发声，此扬声器结构扁平微小化；静电式扬声器目前的市场主要为顶级(Hi-End)的耳机和喇叭，传统静电式扬声器的作用原理是将两片开孔的固定电极板挟持导电振膜形成一种电容器，通过供给振膜直流偏压以及给予两个固定电极音频的交流电压，利用正负电场所发生的静电力，带动导电振膜振动并将声音辐射出去。传统静电式扬声器的直流偏压需达数百-上千伏特，因此需要外接高单价及庞大体积的扩大机，是其无法普及的原因。

但采用静电式扬声器因为高电压的关系，预期可能会有电磁波效应的出现，因此为符合相关国际标准得规范，本发明提出一种具电磁波(EMI)防治功能的平面扬声器结构，配合驱动模块输出连接方式，将地线连接于最外侧的电极上，除可达成防治电磁波效应外，也可以达成防治使用者触电的危险。且本提案的电路同样可以解决于提高声压功率时平面扬声器结构及电路过于复杂的问题。同时，本提案的平面扬声器构造简单、且可搭配现有技术进行制作工艺，实适用于大量生产。

未来在软性电子的个性应用中，声音(Audio)是一个重要的元素。但软性电子需具备软、薄、低驱动电压及可挠曲的特性，因此如何突破前述现有设计，完成具备软性电子所需特色的零组件将是一大重点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种平面扬声器，以解决上述问题。

本发明的目的是这样实现的，即提供一种平面扬声器，其中此平面扬声器包括至少多个平面扬声器单体所组成。每一平面扬声器单体包括具有多个音孔的开孔电极、一振膜与一支撑体层。此振膜表面配置有一导电电极。而支撑体层配置在振膜与开孔电极之间，具有一边框与多数支撑体。此振膜、支撑体层与开孔电极依序堆叠成平面扬声器单体结构，其中平面扬声器是由至少两个平面扬声器单体形成的一堆叠结构，而由每一平面扬声器单体内部的振膜、开孔电极与支撑体层之间所形成的空间作为平面扬声器的共振空间。

在一揭露内容中，本发明提供一种平面扬声器的单体结构。此单体结构包括两振膜、两支撑体层与配置介于其间的开孔电极所堆叠而组成。两振膜的表面上分别设有导电电极。而两支撑体层是分别配置在振膜与开孔电极之间，而分别具有边框与多数支撑体以一图案安排的方式布局。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附附图作详细说明如下。

附图说明

图1为一平面扬声器的电路示意图；

图2A至2C为说明本发明实施例的双层异极性平面扬声器结构的剖面示意图；

图3A至3C是说明本发明另一实施例的双层异极性平面扬声器结构的剖面示意图；

图4A至4C是采用本发明不同实施例的双层异极性平面扬声器结构堆叠而成的扬声器装置剖面结构示意图；

图5A至5C是采用本发明另一实施例的双层异极性平面扬声器结构堆叠而成的扬声器装置剖面结构示意图；

图6A至6C是采用本发明又一实施例的双层异极性平面扬声器结构堆叠而成的扬声器装置剖面结构示意图；

图7A至7C是采用本发明一实施例的双层异极性平面扬声器结构堆叠而成的扬声器装置剖面结构示意图；

图8A至8C是采用本发明另一实施例的三层异极性平面扬声器结构堆叠而成的扬声器装置剖面结构示意图；

图9A至9F是本发明一实施例的两组异极性平面扬声器结构堆叠而成的扬声器装置剖面结构示意图；

图10是一单端输入差动输出的放大器所放大的信号源的示意图；

图11A至11C是说明本发明另一实施例的双层同极性差动输出的平面扬声器结构的剖面示意图；

图12A至12C是说明本发明又一实施例中采用一异极性及一同极性平面扬声器的堆叠结构的剖面示意图。

主要元件符号说明

100、1000：平面扬声器

110：单端输入与单端输出放大器

101、102、1010、1012、1014、1016：电极

1002：单端输入差动输出放大器

200A、300A、400A、500A、600A、700A、800A、900A、1000A、1000A’、1200A：平面扬声器结构

201、201’、202、202’、401、401’、402、402’、601、601’、602、602’、801、802、901、902、903、904、1101、1102、1201、1202：振模振动方向

210、212、610、810、850、812、910、924、926、912、1110、1112、1210、1224、1226、1212：开孔电极

211、213、611、811、851、813、910a、924a、926a、912a、1111、1113、1210a、1224a、1226a、1212a：音孔

220、222、620、622、820、880、822、920、914、916、922、1120、1132、1220、1214、1216、1222：支撑体层

220a、222a、620a、622a、820a、880a、822a、920a、914a、916a、922a、1120a、1132a、1220a、1214a、1216a、1222a：边框

221、223、621、623、821、881、823、921、915、918、923、1121、1123、1221、1215、1218、1223：共振空间

225、227、625、627、825、885、827、925、917、919、927、1125、1127、1225、1217、1219、1227：支撑体

230、232、230’、232’、630、632、630’、632’、840、852、832、930、990、992、932、1130、1132、1230、1290、1292、1232：振膜

240、242、640、642、830、882、842、940、980、982、942、1140、1142、1240、1280、1282、1242：金属电极

250、950、995、952、1150、1250、1295、1252：绝缘层

260、660、860、960、1060a、1060b、1160a、1160b、1260a、1260b：信号源

270、670、870、970、1070、1170、1270：接地

具体实施方式

本发明提供一种具电磁波效应防治功能的平面扬声器，是利用驻极体振膜上的导电电极作为电磁屏避效应，将其置于平面扬声器单体的最外层来提升平面扬声器单体的可靠度。此平面扬声器最外层的电极连接地线，以进一步达成单体防治电磁波及避免使用者接触到高压电的危险。

在另一实施例中，平面扬声器至少由一对具导电电极层的驻极体振膜、多数支撑体、开孔电极及绝缘层等结构所组成。开孔电极配置于平面扬声器单体的最外层并接地，而在另一实施例中振膜的导电电极可配置于平面扬声器的最外层且接至地线。

在一实施例中，更可进行多组平面扬声器单体的组合，来达成增加声压输出的效果。本发明所提出的平面扬声器，可解决于提高声压功率时，平面扬声器及电路复杂的问题。

驻极体扬声器的外侧电极具有数十伏到百伏以上的高压，不但可能产生电磁波效应，且其表面易被使用者接触而导致触电。本发明可以通过将外侧的电极与地线连接而避免电磁波效应的出现和触电的危险。本发明所提出的平面扬声器构造简单，且可搭配现有技术制造，未来生产制作工艺简单化，可轻易达成量产的目的。而此平面扬声器的构造，可以选择具有可挠曲与弯曲特性的可挠式扬声器单体所组成，当然，在材料的选择上则必须采用在挠曲情况下不会影响特性的材料所制成。

在一实施例中，扬声器单体的所有元件可为软性材料制成，而在另一实施例中，扬声器单体的所有元件可由透光材料所制作。

本发明中，信号源可以经由具有单端输入与单端输出的放大器所放大而输出音源信号，并传送到本发明所提出的平面扬声器。在另一实施例中，也可由单端输入及差动输出的放大器所放大而输出音源信号。本发明所提出具电磁波防治功能的扬声器结构，可利用同一组信号驱动多组平面扬声器单体。在另一实施例中，本发明所提出具电磁波防治功能的扬声器结构，是利用同一组信号差动输出以驱动多组平面扬声器单体。将地线连接于前述的多组平面扬声器单体的组合的最外侧电极上，便可在有效增强平面扬声器发声效率的同时，达到防制电磁波效应的目的。

本发明运用驻极体材料内部的电荷特性及静电力效应，当驻极体振膜受到外部电压刺激后，产生垂直或平行于振膜表面的变形，若振膜四边固定，可将原本垂直或平行于振膜表面的变形转变成弯曲变形，进而驱动振膜周遭的空气来产生声音。通过静电力公式及能量定律得知振膜受力为整体扬声器的电容值乘上内部电场大小及外部输入声音电压信号，若驻极体振膜受力越大，则输出声音越大，其原理叙述如后。

根据库伦定律，两带电物体的电荷乘积正比于相互作用静电力，反比于两物的距离平方；两电荷若同为正或负时，其物体受互斥静电力，电荷一正一负时，其物体受相吸静电力。本发明所运用的驻极体材料，可以是一种具有奈微米大小的奈米孔驻极体复合材料电声致动器，其结构为两片带电荷的开孔平板对称等距离地夹持一片驻极体振膜，其构造如一种电容器装置，而前述两片开孔平板分别带正、负电压(来自音源信号)。依库伦定律，中间驻极体振膜，将同时受到一个吸引的和一个排斥的静电力作用，振膜单位面积受静电力公式可由(式1)表示。

$P=\frac{2V_{\mathrm{in}}{V}_e{\mathrm{\ϵ}}_0(\frac{1}{S_a}+\frac{{\mathrm{\ϵ}}_e}{S_e}){\mathrm{\ϵ}}_e{S}_e}{{(S_e+{\mathrm{\ϵ}}_e{S}_a)}^2}$ --(式1)

其中真空电容率ε_o＝8.85*10^-12F/m，驻极体介电常数ε_e，驻极体厚度S_e，空气层厚度S_a，输入信号电压V_in，驻极体电压V_e，振膜单位受力p。由(式1)可知，静电力正比于偏压与音讯电压的乘积，反比于开孔平板与驻极体振膜间的距离。因此，若在相同的距离下，静电式扬声器能提供一个高驻电的话，音讯交流电压可以用相对低的电压即可达到所需的静电力。

由前述原理，驻极体振膜在两个电极板的正、负偏压作用下，受到一个推-拉静电力，造成前述驻极体振膜的振动，压缩周围空气，而产生声音输出。

前述开孔电极可以是由金属材质所组成，在一实施例中，也可以经由具有弹性的材料，例如纸张或是极薄的非导电材料层，其表面镀上一层金属薄膜所完成。

当开孔电极是以非导电材料镀上一层金属薄膜时，此非导电材料可以是塑胶、橡胶、纸张、不导电布料(棉纤维、高分子纤维)等不导电材料，而此金属薄膜可以是铝、金、银、铜等纯金属材质或其合金，或Ni/Au等双金属材质、或是铟锡氧化物(Indium Tin Oxide，ITO)或铟锌氧化物(Indium Zinc Oxide，IZO)其中之一或其组合，或是高分子导电材PEDOT等等。

在另一实施例中，当开孔电极是由导电材质所组成，可以是例如金属(铁、铜、铝等或其合金)、导电布料(金属纤维、氧化金属纤维、碳纤维、石墨纤维)其中之一所组成。

在本实施例设计中，驻极体振膜可选择为例如介电材料经过电化(Electrized)处理后而能长期保有静电荷(Static Charges)的驻极体压电振膜，且驻极体振膜可为单层或多层介电材料(Dielectric Materials)所制成的振膜，而此介电材料可为例如氟化乙烯丙烯共聚物(FEP；fluorinated ethylenepropylene)、聚四氟乙烯(PTFE；polytetrafluoethylene)、聚氟亚乙烯(PVDF；polyvinylidene fluride)、部分含氟高分子聚合物(Fluorine polymer)及其他适当材料等等，而此介电材料内部包含奈微米孔洞。由于驻极体振膜为介电材料经过电化处理后而能长期保有静电荷及压电性的振膜，并可使内部包含奈微米孔洞以增加透光度及压电特性，经电晕充电后在材料内部产生双极性电荷(Dipolar Charges)而产生压电效果。

而以目前来说，平面扬声器单体声压可能因材料或设计因素无法在短时间内达成音量提高效果，而现今改良设计方式以朝驻极体振膜驻电量提高、或声学结构设计(Acoustic structure)为主，但前述方法皆需耗时研究无法在短时间内达成音量提高的应用设计需求，因此利用单体结构设计改良方式来达成音量提升效果的方法也是本实施例的效益之一。

在本发明另外一实施例中，提出利用平面扬声器单体进行组合，不改变输入信号源的设计，而将输入信号源中的地线接于外侧的开孔电极上，信号接于单体中的振膜电极上，以具有电磁波的防治效应，并因外侧为地线而可防止使用者接触到高电压的危险。

在一实施例中，当输入的音源信号受到差动输出，则平面扬声器的振膜可为同极性的振膜。

引上述设计方式，为达成产品应用所需的声压规格，在不增加电路复杂度设计下，可将前述的平面扬声器单体进行多个组立设计，如前述的设计概念，将平面扬声器单体的驻极体电荷进行奇偶极性相互搭配，通过外部的一组音源信号提供，及搭配音源信号输入连接设计即可达成音量输出提高的效果。底下将以不同的实施例说明本发明所提出具高可靠度扬声器结构及多组堆叠结构的运用。

单端输入/单端输出的异极性双层平面扬声器单体

图1为一平面扬声器的电路示意图。请参照图1，信号源A经由一单端输入/单端输出的放大器110加以放大后，产生音源信号B，并且传送到本发明实施例所提出的平面扬声器100。在此平面扬声器100中，金属电极101与102的电位相同，而电极连接至地线，因而可以具有抗电磁波的功能以及避免触电的危险。

为配合单端输入/单端输出放大器所取得的音源信号的设计，请参照图2A至2C，为双层平面扬声器的单体结构不同实施例的剖面示意图。在该些实施例中，将含导电电极层(例如金属电极)的振膜材料配置于双层平面扬声器单体的内部，开孔电极置于单体结构的两外侧并连接至地线，即可防治电磁波效应并避免使用者接触到高压电的危险。

首先，请参考图2A，本实施例的平面扬声器单体200A是由上下两组振膜结构与开孔电极结构堆叠而成，而中间则由一绝缘层250形成电性隔离。每个振膜结构皆有对应的开孔电极结构于最外侧，例如图中所示面对振膜230的开孔电极210，以及面对振膜232的开孔电极212，其分别具有多个音孔，例如图示的211与213，可做共振空间与外部的空气流通。

振膜结构是由驻极体振膜与其导电电极所组成，如图中所示上层的振膜230与金属电极240，与下层的振膜232与金属电极242。每个振膜结构与其对应的开孔电极结构之间，则可选择性地加入支撑体层，用以支撑振膜结构而形成多个工作区域，让振膜230、232能避免因为静电效应而与对应的开孔电极210与212接触而短路。另外，这些工作区域也可作为振膜230、232振动的空间。例如振膜230与开孔电极210之间的支撑体层220，或是振膜232与开孔电极212之间的支撑体层222。其中，支撑体层220与222分别是由一边框与多数支撑体组成，以形成一布局图案。例如支撑体层220具有一边框225a和多数支撑体225，支撑体225可以不同的图案排列。而支撑体层222则具有一边框227a和多数支撑体227，支撑体227可以不同的图案排列，以分别形成如图示的共振空间221与223。

其中，边框的形状可以是任意的几何形状，可以选择包括矩形、正方形、三角形、圆形或是椭圆形其中之一的形状。而支撑体层的图案结构，可解决平面扬声器结构中振膜与开孔电极之间所可能产生的静电效应。例如开孔电极240与振膜220之间的支撑体层230，可根据不同的需要设计不同的布局方式，可根据振膜220的静电效应大小决定可形成几何外形的排列，例如类矩形、圆形或三角形等排列方式。而这些几何外形的排列可利用考虑多个支撑体之间的距离或是支撑体高度的配置等等。另外也可考虑支撑体整个布局的设计，包括采用点状、栅状或类十字状等等布局方式。而对于所组成的支撑体本身的外型，可以采用不同的几何形状，包括三角柱形、圆柱形或是矩形等等。

本发明运用驻极体材料内部的电荷特性及静电力效应，其中，振膜可为驻极体压电材料，其注入正电荷或是负电荷以形成不同效应。在本实施例中，平面扬声器单体200的振膜230与232，具有异极性电荷，即如图中所示，振膜230具有正电荷而振膜232具有负电荷。而用以提供音源信号的信号源260，则是来自单端输入/单端输出的放大器，其连接方式如图2A所示。信号源260的一端同时连接到振膜230的金属电极240，而信号源260的另一端则同时连接到振膜232的金属电极242。为防治电磁波效应以及避免触电的可能性，本实施例将最外侧的开孔电极210、212分别连接至接地270，而使开孔电极210、212中多余的电荷可进入地面。

图2A中，信号源260尚未传送电压至金属电极240、242，但此时振膜230与232已具有电荷，因此振膜230的正电荷与开孔电极210之间因为静电效应而产生吸引力、振膜232的负电荷会与开孔电极212之间因为静电效应而产生吸引力，因此促使振膜230与232分别往共振空间221与223微微弯曲。

请参照图2B，当信号源260的正电压传送到金属电极240时，金属电极240上的正电压与振膜230上的正电荷产生排斥力，造成振膜230向压缩共振空间221的方向弯曲。同时，当信号源260的正电压传送到金属电极242时，金属电极242上的正电压与振膜232上的负电荷产生吸引力，造成振膜232向远离共振空间223的方向弯曲，而加大共振空间223。因此，整个振膜的受力方向如标号201所示。

图2B仅说明信号源260的音源信号其中一种相位的情况，但并非以此为限。例如，当产生相位反转时，也就是当信号源260的负电压传送到金属电极240时，如图2C所示，金属电极240上的负电压与振膜230上的正电荷产生吸引力，造成振膜230向远离共振空间221的方向弯曲。而当信号源260的负电压传送到金属电极242时，金属电极242上的负电压与振膜232上的负电荷产生排斥力，造成振膜232向压缩共振空间223的方向弯曲，而缩小共振空间223。则整个振膜的受力方向则如标号201所示的反方向，如标号202。

此实施例的平面扬声器单体200A，是运用驻极体材料内部的电荷特性及静电力效应，当驻极体振膜受到外部电压刺激后，产生垂直或平行于振膜表面的变形，若振膜四边固定，可将原本垂直或平行于振膜表面的变形转变成弯曲变形，进而驱动振膜周遭的空气来产生声音。而信号源260所提供相位交替的音源信号，则可让此平面扬声器单体200A通过不同的振膜受力方向，产生具有不同频率或音量不同的声音。

请参照图3A～3C，为说明另一实施例的平面扬声器结构与操作示意图。在此平面扬声器单体300A中，是由上下两组振膜结构与开孔电极结构堆叠而成，而中间则由一绝缘层250形成电性隔离。此平面扬声器单体300A的结构与图2A～2C平面扬声器单体200A的标号相同，在此不再冗述。

在此实施例中，振膜230具有负电荷而振膜232具有正电荷。在本实施例中，当输入与上述相同相位的音源信号时，振膜的受力方向会与上述实施例相反，由于其过程相似，故不再重复描述。而如图3A所示，信号源260尚未传送电压至金属电极240、242时，由于振膜230与232已具有电荷，因此，振膜230的负电荷与开孔电极210之间因为静电效应而产生吸引力、振膜232的正电荷会与开孔电极212之间因为静电效应而产生吸引力，因此促使振膜230与232分别往共振空间221与223微微弯曲。

在另一实施例中，上述的双层平面扬声器单体之间可省略绝缘体250。请参照图4A所示，此双层平面扬声器单体400A为本发明的双层平面扬声器的单体结构剖面示意图。此因为与图2A具有类似的结构，因此，相同的元件以相同的标号标示，并不再冗述。而与图2A的差异在于图2A的绝缘层250不存在金属电极240以及242之间，换言之，上下的两个平面扬声器单体是由金属电极240和242贴合组成。

在本实施例中，平面扬声器单体400A的振膜230与232，具有异极性电荷，即如图中所示，振膜230具有正电荷而振膜232具有负电荷。而用以提供音源信号的信号源260，为来自单端输入/单端输出的放大器，其连接方式如图4A所示。信号源260的一端同时连接到振膜230的金属电极240，而信号源260的另一端则同时连接到振膜232的金属电极242。为防治电磁波效应以及避免触电的可能性，本实施例将最外侧的开孔电极210、212分别连接至接地270，而使开孔电极210、212中多余的电荷可进入地面。

图4A中，信号源260尚未传送电压至金属电极240、242，但此时因为振膜230与232已具有电荷，因此，振膜230的正电荷与开孔电极210之间因为静电效应而产生吸引力、振膜232的负电荷与开孔电极212之间因为静电效应而产生吸引力，因此促使振膜230与232分别往共振空间221与223微微弯曲。

请参照图4B，当信号源260的正电压传送到金属电极240时，金属电极240上的正电压与振膜230上的正电荷产生排斥力，造成振膜230向压缩共振空间221的方向弯曲。同时，当信号源260的正电压传送到金属电极242时，金属电极242上的正电压与振膜232上的负电荷产生吸引力，造成振膜232向远离共振空间223的方向弯曲，而加大共振空间223。因此，整个振膜的受力方向如标号401所示。

图4B仅说明信号源260的音源信号其中一种相位的情况，但并非以此为限。例如，当产生相位反转时，也就是当信号源260的负电压传送到金属电极240时，如图4C所示，金属电极240上的负电压与振膜230上的正电荷产生吸引力，造成振膜230向远离共振空间221的方向弯曲。而当信号源260的负电压传送到金属电极242时，金属电极242上的负电压与振膜232上的负电荷产生排斥力，造成振膜232向压缩共振空间223的方向弯曲，而缩小共振空间223。则整个振膜的受力方向则如标号401所示的反方向，如标号402。通过信号源260所提供相位交替的音源信号，则可让此平面扬声器单体400A通过不同的振膜受力方向，产生具有不同频率或音量不同的声音。

由上述可知，本发明所提出的多个平面扬声器的组合中，可在各个单体之间加入间隔(绝缘体)，但这些间隔并非必须。

请参照图5A与5B，在另一实施例中，振膜230具有负电荷而振膜232具有正电荷。在本实施例中，当输入与上述相同相位的音源信号时，振膜的受力方向会与上述实施例相反，由于其过程相似，故不再复述。而整个振膜的受力方向如图5B的标号401’所示，以及如图5C的标号402’所示。

接着，请参照图6A，图6A为本发明另一实施例中共用一开孔电极的双层平面扬声器单体结构600A。此双层平面扬声器是由上下两组振膜结构与开孔电极堆叠而成。振膜结构是由导电电极与振膜所组成，如图中所示上层的金属电极640与振膜630，与下层的金属电极642与振膜632。这两组振膜结构同时对应一开孔电极，例如图中所示面对振膜630和振膜632的开孔电极610，其具有多个音孔，例如图示的611，以使共振空间之间的空气流通。

而振膜结构与开孔电极610之间，则可选择地分别加入支撑体层，用以支撑振膜结构而形成多个工作区域，让振膜630、632能避免因为静电效应而与对应的开孔电极610接触而短路。另外，这些工作区域也可作为振膜630、632振动的空间。

例如振膜630与开孔电极610之间的支撑体层620，或是振膜632与开孔电极610之间的支撑体层622。支撑体层620具有一边框625a与多数支撑体625，支撑体625可以不同的图案排列。而支撑体层622则具有一边框627a和多数支撑体627，支撑体627可以不同的图案排列，以分别形成如图示的振动空间621与623。

支撑体层的边框的形状可以是任意的几何形状，例如包括矩形、正方形、三角形、圆形或是椭圆形其中之一的形状。而支撑体层的图案结构，可根据不同的需要设计不同的布局方式，例如前实施例所述，故不再冗述。

在本实施例中，振膜为可注入正电荷或是负电荷的驻极体压电材料，以形成不同效应。在本实施例中，平面扬声器单体600A的振膜630与632，分别具有正电荷以及负电荷，而为具有异极性的双层平面扬声器的单体结构。信号源660为来自单端输入与单端输出的放大器，用以提供音源信号至平面扬声器结构，其连接方式如图6A所示，将信号源660的一端连接到开孔电极610。同时，将振膜630的金属电极640与振膜632的金属电极642连接至接地670，使金属电极640、642中多余的电荷可进入地面，以避免电磁波效应以及触电的可能性。

由于此时振膜630与632已具有电荷，虽然信号源660尚未传送电压至开孔电极610，但振膜630的正电荷与金属电极640之间因为静电效应而产生吸引力、振膜632的负电荷与金属电极642之间因为静电效应而产生吸引力，因此促使振膜630与632分别往面向共振空间621与623的方向微微弯曲。

请参照图6B，当信号源660的正电压传送到开孔电极610时，开孔电极610上的正电压与振膜630上的正电荷产生排斥力，造成振膜630向远离共振空间621的方向弯曲，而加大共振空间621。同时，开孔电极610上的正电压与振膜632上的负电荷产生吸引力，造成振膜632朝压缩共振空间223的方向弯曲。因此，整个振膜的受力方向如标号601所示。

图6B仅说明信号源660的音源信号其中一种相位的情况，但并非以此为限。例如，如图6C所示，当产生相位反转时，也就是当信号源660的负电压传送到开孔电极610，开孔电极610上的负电压会与振膜630上的正电荷产生吸引力，造成振膜630向压缩共振空间621的方向弯曲，而开孔电极610上的负电压与振膜632上的负电荷产生排斥力，造成振膜632向远离共振空间623的方向弯曲，而扩张共振空间623。则整个振膜的受力方向则如标号602所示的方向。

如上所述，通过信号源660所提供相位交替的音源信号，则可让此平面扬声器结构600A通过不同的振膜受力方向，产生具有不同频率或音量不同的声音。

在另一实施例中，图7A为本发明另一实施例中共用一开孔电极的双层平面扬声器单体结构600A，与图6A结构相同，但振膜注入正电荷或是负电荷的驻极体压电材料，以形成不同效应。请参照图7B与7C，在本实施例中，当输入与上述相同相位的音源信号时，振膜的受力方向会与上述实施例中的图6B与6C的受力方向相反，由于其过程相似，故不再复述。

在上述多个实施例中，图2到图5的双层平面扬声器单体结构可由已组合好的单体堆叠而成，但图6与图7的双层平面扬声器单体结构则可在先完成上下两层振膜结构之后，才同时组装成一结构。

本发明所提出具防治电磁波效应的扬声器装置，可利用前述实施例所提出的平面扬声器单体进行不同的变化组合，但在不改变输入信号源的设计，而仅调整正负极性的端点，即可达成驱动多组平面扬声器单体的发声效果。

底下将以不同的实施例说明本发明所提出使用多组具防治电磁波效应的扬声器单体结构堆叠而成的扬声器装置。

请参照图8A，此实施例是采用三组平面扬声器单体组成，也就是采用异极性的多层平面扬声器而成。如图示本实施例是由上层的具有负电荷振膜的平面扬声器单体、中层的具有负电荷振膜的平面扬声器单体以及下层的具有正电荷振膜的平面扬声器单体所堆叠的结构。而各单体振膜830、882、832的金属电极840、852和842分别接至音源信号源860。如同先前所述，为防治电磁波效应以及避免触电的可能性，此平面扬声器结构中的各个单体的开孔电极810、850和812分别连接至接地870。由于单体的驻极体受到静电力影响，因此振膜840、882和832会在未施加信号源860的情况下微微弯曲。

且与上述原理相同，在信号860施加正电压时，可以得到如标号801的受力方向，如图8B所示。而在信号源860的信号极性反转时，可以得到标号802的受力方向，如图8C所示。也就是，通过信号源860所提供相位交替的音源信号，则可让此扬声器装置通过不同的受力方向，产生具有不同频率或音量不同的声音。

请参照图9A，此实施例是采用图2A的平面扬声器结构200A，也就是采用两个异极性的双层平面扬声器的单体结构200A堆叠而成，并通过增加一个绝缘层予以隔离。信号源960连接至各单体振膜930、990、992、932的金属电极940、980、982和942。为防治电磁波效应以及避免触电的危险，此平面扬声器结构中的各个单体的开孔电极910、924、926、912分别连接至接地970。由于单体的驻极体受到静电力影响，因此振膜930、990、992、932会在未施加信号源960的情况下微微弯曲。

且与上述原理相同，在信号960施加正电压时，可以得到如标号901的受力方向，如图9B所示。而在信号源960的信号极性反转时，可以得到标号902的受力方向，如图9C所示。换言之，通过信号源960所提供相位交替的音源信号，则可让此扬声器装置通过不同的受力方向，产生具有不同频率或音量不同的声音。

在另一实施例中，振膜930、992驻有负电荷而振膜990、932具有正电荷。请参照图9D至9F，在本实施例中，由于单体的驻极体受到静电力影响，因此振膜930、990、992、932会在未施加信号源960的情况下微微弯曲。且与上述原理相同，在信号960施加负电压时(如图9E所示)，可以得到如标号903的受力方向。而在信号源960的信号极性反转时，可以得到标号904的受力方向，如图9F所示。换言之，通过信号源960所提供相位交替的音源信号，则可让此扬声器装置通过不同的受力方向，产生具有不同频率或音量不同的声音。

根据上述设计方式，提出为达成产品应用所需的声压规格，在不增加电路复杂度设计下，可将前述的平面扬声器单体进行多数个组立设计，通过外部的一组音源信号提供，及搭配音源信号输入连接设计即可达成音量输出提高的效果。值得注意的是，本发明中平面扬声器的结构可由奇数或偶数个平面扬声器单体堆叠组成，且具有相同极性的电极可互相接触或在电极之间配置连续或不连续的间隔。值得注意的是，在多层平面扬声器结构的组成中，无论堆叠单体的数目，在此多层结构的最外层必须是接地的电极。以上所描述的实施例，仅是部分的运用，对于本发明所提出具电磁波防治功能的扬声器装置而言，可利用前述实施例所提出的平面扬声器单体进行不同的变化组合，可不限制地延伸多组组合设计，均属本发明的范畴。

单端输入/差动输出的同极性双层平面扬声器单体

请接着参照图10，在本发明另外实施范例中，可采用具有单端输入而差动输出的放大器所放大的信号源，也就是可以同时输出两种相反相位的音源信号。因此可使用具有同极性的平面扬声器单体组成多层结构，底下将接着说明。

请参照图10，信号源A经由单端输入与差动输出的放大器1002放大后，差动输出相反相位的音源信号1060a和1060b。此时，音源信号1060a与1060b的电压分别传送到平面扬声器1000中的金属电极1010与1012，而电极1014、1016接至接地电位1070，可防治电磁波效应以及避免触电。

请参照图11A，为本发明实施例的双层平面扬声器的单体结构剖面示意图。此采用单端输入/差动输出放大器的实施例中，将含导电电极层(例如金属电极)的振膜材料配置于双层平面扬声器单体的内部，并分别连接至反相信号，开孔电极置于单体结构的两外侧并连接至地线，即可防治电磁波效应并避免使用者接触到高压电的危险。

本实施例的平面扬声器单体1000A是由上下两组振膜结构与开孔电极结构堆叠而成，而中间则由一绝缘层1150形成电性隔离。每个振膜结构皆有对应的开孔电极结构于最外侧，例如图中所示面对振膜1130的开孔电极1110，以及面对振膜1132的开孔电极1112，其分别具有多个音孔，例如图示的1111与1113，可做共振空间之间空气的流通。振膜结构是由驻极体振膜与其导电电极所组成，如图中所示上层的振膜1130与金属电极1140，与下层的振膜1132与金属电极1142。本发明的各实施例的振膜可为驻极体振膜或其它材料构成的振膜，能达到输出声音的振膜均为本发明的创作精神所保护的范围。

每个振膜结构与其对应的开孔电极结构之间，则可选择性地加入支撑体层，用以支撑振膜结构而形成多个工作区域，让振膜1130与1132能避免因为静电效应而与对应的开孔电极1110与1112接触而短路。另外，这些工作区域也可作为振膜1130、1132振动的空间。例如振膜1130与开孔电极1110之间的支撑体层1120，或是振膜1132与开孔电极1112之间的支撑体层1122。而支撑体层1120具有一边框1125a与多数支撑体1125，支撑体1125可以不同的图案排列。而支撑体层1122则具有一边框1127a和多数支撑体1127，支撑体1127可以不同的图案排列，以分别形成如图示的共振空间1121与1123。如上所述，支撑体层的边框可为任意的几何形状，且支撑体层的图案结构可因不同需求而做不同形状排列，故不在此重述。

在本实施例中，平面扬声器单体1000A的振膜1130与1132具有同极性电荷，即如图中所示，振膜1130、1132皆具有正电荷。而用以提供音源信号的信号源1160a、1160b其连接方式如图11A所示。信号源1160a连接到振膜1130的金属电极1140，而信号源1160b连接到振膜1132的金属电极1142。为防治电磁波效应以及避免触电的可能性，将最外侧的开孔电极1110、1112分别连接至接地1170，而使开孔电极1110、1112中的电荷可进入地面。

图11A中，信号源1160a、1160b尚未传送电压至金属电极1140、1142，但此时静电力已施加于振膜1130与1132上，因此振膜1130、1132的正电荷会与开孔电极1110、1112中的负电荷产生吸引力，促使振膜1130与1132分别往共振空间1121与1123微微弯曲。

请参照图11B，当信号源1160a的正电压传送到金属电极1140时，金属电极1140上的正电压与振膜1130上的正电荷产生排斥力，使振膜1130朝压缩共振空间1121的方向弯曲。另外，信号源1160b的负电压传送到金属电极1142，而与振膜1132的正电荷产生吸引力，因此造成振膜1132远离共振空间1123的方向弯曲，而加大共振空间1123。因此，整个振膜的受力方向如标号1101所示。

图11B仅说明信号源1160a和1160b的音源信号其中一种差动相位的情况，但并非以此为限。例如，当1160a与1160b的相位相反时，也就是信号源1160a的负电压传送到振膜1130的金属电极1140，而信号源1160b的正电压传送到振膜1132的金属电极1142时，则整个振膜的受力方向则如标号1101所示的反方向。

明显的，在上述的实施例，振膜1130和1132也可同时具有负电荷。请参照图11C所示，此平面扬声器单体1000A’为本发明采用同负极性的双层平面扬声器的单体结构剖面示意图。此因为与图1000A具有类似的结构，因此，相同的元件以相同的标号标示，并不再冗述。而与图1000A的差异在于振膜1130’和1132’皆是驻正电荷。而用以提供音源信号的信号源1160a、1160b，其连接方式如图1000A’所示，当信号源1160a的正电压传送到金属电极1140时，金属电极1140上的正电压与振膜1130’上的负电荷产生吸引力，使振膜1130’朝远离共振空间1121的方向弯曲，并加大共振空间1121。另外，信号源1160b的负电压传送到金属电极1142，而与振膜1132’的负电荷产生排斥力，因此造成振膜1132’往压缩共振空间1123的方向弯曲。因此，整个振膜的受力方向如标号1102所示。

图11C仅说明信号源1160的音源信号其中一种差动相位的情况，但并非以此为限。例如，当1160a与1160b的相位相反时，也就是信号源1160a的负电压传送到振膜1130’的金属电极1140，而信号源1160b的正电压传送到振膜1132’的金属电极1142时，则整个振膜的受力方向则如标号1101所示的反方向。通过信号源1160a和1160b所提供相位交替的音源信号，则可让此平面扬声器结构1000A通过不同的振膜受力方向，产生具有不同频率或音量不同的声音。

请参照图12，本实施例的平面扬声器结构1200A是由上下两组一同极性与一异极性平面扬声器结构堆叠而成，而中间则由一绝缘层1295形成电性隔离。每个振膜结构皆有对应的开孔电极结构于最外侧，例如图中所示面对振膜1230的开孔电极1210，以及面对振膜1232的开孔电极1212，其分别具有多个音孔，例如图示的1212a与1210a，可做共振空间之间空气的流通。平面扬声器结构1200A的结构与上述平面扬声器结构1100A的结构相似，两者主要不同之处在于在平面扬声器结构1200A中，上层结构的振膜具有正电荷与负电荷，而下层结构的振膜则具有正电荷。由于在此实施例中使用差动输出，而可使上下结构的振模以同方向震动。振膜结构是由驻极体振膜与其导电电极所组成，如图中所示振膜1230与金属电极1240、振膜1290与金属电极1280、振膜1292与金属电极1282，与振膜1232和金属电极1242。

每个振膜结构与其对应的开孔电极结构之间，则可选择性地加入支撑体层，用以支撑振膜结构而形成多个工作区域，让振膜1230、1232、1290和1292能避免因为静电效应而与对应的开孔电极1210、1212、1224与1226接触而短路。另外，这些工作区域也可作为振膜1230、1232、1290和1292振动的空间。例如振膜1230与开孔电极1210之间的支撑体层1220、振膜1290与开孔电极1224之间的支撑体层1214、振膜1292与开孔电极1226之间的支撑体层1216或是振膜1232与开孔电极1212之间的支撑体层1222。而支撑体层1220、1222、1214、1216分别具有边框1225a、1227a、1217a、1219a以及多数支撑体1225、1227、1217、1219，支撑体1225、1227、1217、1219可以不同的图案排列，以分别形成如图示的共振空间1221、1223、1215、1218。如上所述，支撑体层的边框边框1225a、1227a、1217a、1219可为任意的几何形状，且支撑体层的图案结构可因不同需求而做不同形状排列，故不在此重述。

在本实施例中，平面扬声器单体1200A的振膜1230、1292、1232皆具有正电荷，另一方面振模1290则具有负电荷。而用以提供音源信号的信号源1260a、1260b其连接方式如图12A所示。信号源1260a连接到振膜1230、1290、1292的金属电极1240、1280、1282，而信号源1260b连接到振膜1232的金属电极1242。为防治电磁波效应以及避免触电的可能性，将开孔电极1210、1212、1224、1226分别连接至接地1270，而使开孔电极1210、1212、1224、1226中的电荷可进入地面。

图12A中，信号源1260a、1260b尚未传送电压至金属电极1240、1242、1280、1282，但此时静电力已施加于振膜1230、1232、1290和1292上，因此振膜1230、1232、1292的正电荷会与开孔电极1210、1212、1226中的负电荷产生吸引力，促使振膜1230、1232、1292分别往共振空间1221、1223、1218微微弯曲。另一方面，振膜1290的负电荷会与开孔电极1224中的正电荷产生吸引力，使其往共振空间1215微微弯曲。请参照图12B，当信号源1260a的正电压传送到金属电极1240、1280、1282时，金属电极1240、1282上的正电压与振膜1230、1292上的正电荷产生排斥力，使振膜1230、1292朝压缩共振空间1221、1218的方向弯曲。同时，金属电极1280上的正电压与振膜1282上的负电荷产生吸引力，使振膜1282朝扩展共振空间1215的方向弯曲。

另外，信号源1260b的负电压传送到金属电极1242，而与振膜1232的正电荷产生吸引力，因此造成振膜1232往扩展共振空间1223的方向弯曲，而加大共振空间1223。因此，整个振膜的受力方向如标号1201所示。

图12B仅说明信号源1260a和1260b的音源信号其中一种差动相位的情况，但并非以此为限。例如，当1260a与1260b的相位相反时，则整个振膜的受力方向则如图12C中所示的标号1201所示方向。通过信号源1260a和1260b所提供相位交替的音源信号，则可让此平面扬声器结构1200A通过不同的振膜受力方向，产生具有不同频率或音量不同的声音

明显的，在上述的实施例，平面扬声器结构1200A也可为两组异极性结构堆叠而成。本发明不以上述实施例为限。

如同上述，前述的不同平面扬声器单体可混合进行多数个组立设计，通过差动输出音源信号对多层平面扬声器的结构提供更多组合方式。值得注意的是，多层平面扬声器结构的组成中，在差动输出音源信号时，平面扬声器单体可驻有相同或不同极性。而且无论堆叠单体的数目，在此多层结构的最外层必须是接地的电极。以上所描述的实施例，仅是部分的运用，对于本发明所提出具电磁波防治功能的扬声器装置而言，可利用前述实施例所提出的平面扬声器单体进行不同的变化组合，可不限制地延伸多组组合设计，均属本发明的范畴。

Claims (27)

1.一种平面扬声器，包括多个平面扬声器单体堆叠结构，其中，每一该平面扬声器单体分别包括一开孔电极，具有多个音孔；一振膜结构，包括一驻极体振膜与配置于表面的一导电电极；以及一支撑体层，配置在该振膜结构与该开孔电极之间，该支撑体层具有一边框与多数支撑体，其中，该振膜结构、该支撑体层与该开孔电极依序堆叠成该平面扬声器单体结构，其中

该些堆叠的平面扬声器单体中，包括至少其中两个该些平面扬声器单体的导电层分别位于该平面扬声器的两相对的外侧，并且接地。

2.如权利要求1所述的平面扬声器，其中该些振膜结构的导电电极共同连接至一信号源。

3.如权利要求1所述的平面扬声器，其中该些振膜结构的导电电极，部分连接至一差动信号源所提供一第一信号源，另一部分连接到该差动信号源所提供一第二信号源，其中该第一信号源与该第二信号源相位相反。

4.如权利要求1所述的平面扬声器，还包括一绝缘层，位于堆叠的该些平面扬声器单体之间，做一电性隔离，而该些平面扬声器单体之间作为该平面扬声器的共振空间。

5.如权利要求1所述的平面扬声器，其中该堆叠结构包括一第一平面扬声器单体与一第二平面扬声器单体，其中两该些导电层分别为该第一平面扬声器单体与该第二平面扬声器单体的该些开孔电极。

6.如权利要求1所述的平面扬声器，其中该堆叠结构包括一第一平面扬声器单体与一第二平面扬声器单体，其中两该些导电层分别为该第一平面扬声器单体与该第二平面扬声器单体的该些导电电极。

7.如权利要求1所述的平面扬声器，其中每一该平面扬声器单体内的该些支撑体根据该振膜与开孔电极的静电效应而调整布局图案配置。

8.如权利要求7所述的平面扬声器，其中该平面扬声器单体内的该边框形状为一几何形状，包括矩形、正方形、三角形、圆形或是椭圆形其中之一或其组合。

9.如权利要求7所述的平面扬声器，其中该些支撑体的形状为点状、栅状、类十字状、三角柱形、圆柱形或矩形其中之一或其组合。

10.如权利要求1所述的平面扬声器，其中该些振膜的驻极体层可选择性地驻有不同电性的电荷，用于让连接到一信号源的该些振膜能振动发出不同频率的声音。

11.如权利要求1所述的平面扬声器，其中该些驻极体层材料是采用具有奈微米孔的驻极体压电复合材料。

12.如权利要求第1项所述的平面扬声器，其中该驻极体层的材料选自氟化乙烯丙烯共聚物、聚四氟乙烯、聚氟亚乙烯与部分含氟高分子聚合物其中一种或其组合。

13.如权利要求1所述的平面扬声器，其中该些导电电极为选自包括铝、金、银、铜材质或其合金、或Ni/Au双金属材质、或是铟锡氧化物或铟锌氧化物其中之一或其组合，或是高分子导电材PEDOT所组成。

14.如权利要求1所述的平面扬声器，还包括一绝缘层，位于堆叠的该些平面扬声器单体之间，做一电性隔离，而该些平面扬声器单体的空间可为该平面扬声器的共振空间。

15.如权利要求1所述的平面扬声器，其中每两个该些平面扬声器单体之间分别配置一绝缘层，做为电性隔离，而该些平面扬声器单体之间的空间作为该平面扬声器的共振空间。

16.如权利要求15所述的平面扬声器，其中部分该些驻极体层驻有一第一电荷、而另外其他该些驻极体则驻有一第二电荷，而该第一电荷与该第二电荷的极性相反，用于让连接到一信号源的该些振膜能振动，而让该平面扬声器发出不同频率的声音。

17.一种平面扬声器，包括第一、第二与第三个平面扬声器单体堆叠结构，而每一该平面扬声器单体分别包括一开孔电极，具有多个音孔；一振膜结构，包括一驻极体振膜与配置于表面的一导电电极；以及一支撑体层，配置在该振膜结构与该开孔电极之间，具有一边框与多数支撑体，其中，该振膜结构、该支撑体层与该开孔电极依序堆叠成该平面扬声器单体结构，其中

该第一平面扬声器单体与该第二平面扬声器单体的驻极体振膜具有一第一电荷，而该第三平面扬声器单体的驻极体振膜具有一第二电荷，而该些平面扬声器单体的导电电极共同连接至一信号源，其中该第一电荷与该第二电荷电性极性相反，

其中，该第一平面扬声器单体与该该第三平面扬声器单体的开孔电极分别位于该平面扬声器的两相对的外侧。

18.一种平面扬声器单体，包括：

第一振膜，具有一第一表面与一第二表面，该第一表面设有一第一导电电极；

第二振膜，具有一第一表面与一第二表面，该第一表面设有一第二导电电极；

开孔电极，介于该第一振膜的第二表面与该第二振膜的第二表面之间；以及

第一支撑体层，配置在该第一振膜与该开孔电极之间，具有一第一边框与多数第一支撑体；以及

第二支撑体层，配置在该第二振膜与该开孔电极之间，具有一第二边框与多数第二支撑体，

其中该第一振膜、该第一支撑体层、该开孔电极、该第二支撑体层与该第二振膜堆叠成一堆叠结构，而该第一导电电极与该第二导电电极位于该堆叠结构的相对的两外侧，并在该堆叠结构内形成共振空间。

19.如权利要求18所述的平面扬声器单体，其中配置于该平面扬声器两侧的该第一导电电极与该第二导电电极接地。

20.如权利要求18所述的平面扬声器单体，其中该开孔电极连接至一信号源。

21.如权利要求18所述的平面扬声器单体，其中该些支撑体分别以该第一振膜、该第二振膜与该开孔电极的静电效应而调整布局图案配置。

22.如权利要求18所述的平面扬声器单体，其中该第一支撑体层与该第二支撑体层的边框形状为一几何形状，包括矩形、正方形、三角形、圆形或是椭圆形其中之一。

23.如权利要求18所述的平面扬声器单体，其中该些支撑体的形状为点状、栅状、类十字状、三角柱形、圆柱形或是矩形其中之一。

24.如权利要求1所述的平面扬声器单体，其中该第一振膜与该第二振膜分别包括具有电荷的一驻极体层。

25.如权利要求24所述的平面扬声器单体，其中该些驻极体层材料是采用具有奈微米孔的驻极体压电复合材料。

26.如权利要求24所述的平面扬声器单体，其中该驻极体层的材料选自氟化乙烯丙烯共聚物、聚四氟乙烯、聚氟亚乙烯与部分含氟高分子聚合物其中一种或其组合。

27.如权利要求18所述的平面扬声器单体，其中该第一导电电极与该第二导电电极为选自包括铝、金、银、铜材质或其合金、或Ni/Au双金属材质、或是铟锡氧化物或铟锌氧化物其中之一或其组合，或是高分子导电材PEDOT所组成。

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