101年.08月21日修正替換頁 1375946 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 [0001] 本發明涉及一種發聲裝置，尤其涉及一種基於奈米碳管 的發聲裝置。 【先前技術】 [0002] 發聲裝置一般由讯号輸入裝置和發聲元件組成，通過讯 号輪入裝置輸入讯号到該發聲元件，進而發出聲音。熱 致發聲裝置為發聲裝置中的一種，其為基於熱聲效應的 一種發聲裝置，請參見文獻“The Thermophone” ， EMARDC. WENTE，Vol.XIX，No.4，p333-345&“
On Some Thermal Effects of Electric Currents ” ，William Henry Preece ， 'Proceedings of the Royal Society of London > Vol.3〇， p408-41 1( 1879-1881 )。其揭示一種熱致發聲裝置，該 熱致發聲裝置通過向一導體中通入交流電來實現發聲。 該導體具有較小的熱容（Heat capacity)，較薄的厚 度，且可將其内部產生的熱量迅速傳導給週圍氣體介質 的特點。當交流電通過導體時，隨交流電電流強度的變 化，導體迅速升降溫，而和週圍氣體介質迅速發生熱交 換，促使週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。 [0003]另外，H. D. Arno 1 d和 I. B. Cranda 11 在文獻 “The therraophone as a precision source of sound" ，Phys· Rev. 10， P22 - 38 (1917)中揭示了一種簡 單的熱致發聲装置，其採用一鉑片作發聲元件，該鉑片 09715179笋单編& A0101 第3頁/共21頁 1013320185-0 1375946 —月2i日修正 的厚度為0· 7微米。發聲元件的發聲頻率與其單位面積熱 容密切相關，即發聲元件的單位面積熱容愈大，發聲頻 率範圍愈窄，聲波強度愈低；反之，單位面積熱容愈小 ，發聲頻率範圍愈寬，聲波強度愈高。因此，欲獲得較 寬的發聲頻率範圍及較高的聲波強度，發聲元件的單位 面積熱容則愈小愈好。而具有較小單位面積熱容的金屬 鉑片，文材料本身的限制，其厚度最小只能達〇 7微米， 且採用該鉑片作發聲元件的發聲裝置，其所產生的發聲 頻率最高僅可達4千赫茲。 [0004]於2〇〇8年，范守善等人公開了一種應用奈米碳管的發聲 裝置，請參見文獻 “Flexible，StretchaMe，
Transparent Carbon Nanotube Thin Film Loudspeakers”，范守善 et al ，Nan〇 UUers ，Vol.8 (12)，P4539-4545 (2〇〇8；)。 _5]請參見圖卜該發聲裝置4〇包括一基底4〇2、一奈米碳管 膜406、及兩個電極4〇4。該奈米碳管膜4〇6設置於該基 底402上，該兩個電極4〇4與該奈米碳管膜4〇6直接接觸 形成電連接，通過提供電流使該奈米碳管膜4〇6熱致發聲 。由於該發聲裝置40採用奈米碟管膜樓作為發聲元件， — 該奈米碳管膜406具有極大的比表面積及極小的單位面積 . 熱容，所以該發聲展置40可發出人耳能夠聽到的聲音強 度且具有極溥的厚度以及較寬的發聲頻率範圍 (100Hz〜l〇〇kHz)» [_惟，由於該奈来碳管膜4〇6直接貼合於該基底4〇2，除減 ”小了奈米碳管膜權與週圍介質的接觸面積，且由奈米碳
09*7151^ 早編號麵1 ^ 4 I / it 21 I 1013320185-0 1.375946 101年.08月21日梭正替换頁 管膜40 6所產生用以發聲的熱量亦大部分被基底402所吸 收，因此影響了發聲裝置40的發聲效果。 【發明内容】 [0007] 有鑒於此，確有必要提供一種發聲效果較好且基於奈米 碳管的發聲裝置。 [0008] —種發聲裝置，其包括一基底；一第一電極及一第二電 極，該第一電極和第二電極間隔設置於該基底；以及一 發聲元件，該發聲元件包括一奈米碳管結構，該奈米碳 管結構與該第一電極和該第二電極電連接；其中，所述 第一電極和第二電極間隔設置於所述發聲元件與所述基 底之間，使該發聲元件與該基底之間形成有一間隙。 [0009] —種發聲裝置，其包括：一基底；一第一電極及一第二 電極，該第一電極和該第二電極間隔設置於該基底；以 及一發聲元件，該發聲元件包括一奈米碳管結構，該奈 米碳管結構與該第一電極和該第二電極電連接，該發聲 元件具有一第一表面及與該第一表面相對的第二表面； 其中，所述第一電極和第二電極設置於所述發聲元件的 第一表面與所述基底之間，使該發聲元件與該基底之間 形成有一間隙，該發聲裝置進一步包括至少兩個固定元 件，該至少兩個固定元件設置於該發聲元件的第二表面 且分別與該第一電極及第二電極相對，該發聲元件夾持 於該至少兩個固定元件與該第一電極及第二電極之間。 [0010] 與習知技術相比較，所述發聲裝置中第一電極和第二電 極間隔置於該基底與發聲元件之間，使該發聲元件與該 基底之間形成有一間隙，因此發聲元件與週圍介質的接 1013320185-0 09715179#單編號A〇101 第5頁/共21頁 U15ML· I〇l年08月21日核正替^ 觸面積較大，可將其内部產生的熱量迅速傳導給週圍介 質，故該發聲裝置具有較好的發聲效果。另外，由於發 聲裝置進一步包括至少兩個固定元件，使發聲元件夾持 於固定元件與該第一電極及第二電極之間，使發聲元件 與第一電極和第二電極之間的電連接有所提升，更加提 高了發聲裝置的發聲效果。 【實施方式】 [0011] 以下將結合附圖詳細說明本發明實施例提供的發聲裝置 [0012] 請參閱圖2及圖3，本發明第一實施例提供一種發聲裝置 10，該發聲裝置10包括一基底102、一第一電極104、一 第二電極108、及一發聲元件106。 [0013] 所述第一電極104與第二電極108間隔設置於基底102。 所述發聲元件106設置於該第一電極104與第二電極108 上，使該第一電極104與第二電極108位於基底102與發 聲元件106之間，該發聲元件106相對於基底102部分懸 空。即，該第一電極104、該第二電極108、發聲元件 106以及基底102共同形成有一間隙101。 [0014] 所述基底102主要起承載第一電極104與第二電極108的 作用。該基底102的形狀與大小不限，材料為絕緣材料或 導電性差的材料。另外，該基底102的材料應具有較好的 絕熱性能，從而防止該發聲元件106產生的熱量被該基底 102吸收，而無法達到加熱週圍介質進而發聲的目的。在 本實施例中，該基底102的材料可為玻璃、樹脂或陶瓷 等。本實施例中，所述基底102為一正方形的玻璃板，其 1013320185-0 097151%^單编號Α0101 第6頁/共21頁 1-375946 [0015] [0016] [0017] [0018] 10Ϊ年.08月21日修正替&頁 邊長為4. 5厘米，厚度為1毫米。 所述第一電極104與第二電極108平行且間隔一定距離設 置於基底102。該間隙m由第一電極m、第二電極1〇8 與基底102形成，該間隙101的高度取決於第一電極1〇4 與第二電極108的高度。在本實施例中，第一電極1〇4與 第二電極108的高度範圍為丨微米〜丨厘米。優選地，第一 電極104和第二電極1〇8的高度為15微米。 所述第-電極104與第二電極1〇8可為層狀（絲狀或帶狀 )、棒狀'條狀、塊狀或其他形狀，其橫截面的形狀可 為圓型、方型、梯形、二角形、多邊形或其他不規則形 狀。該第一電極104與第二電極108可通過螺栓連接或黏 結劑黏結等方式固定於基底102。而為防止發聲元件1〇6 的熱量被第-電極104與第二電極1〇8過多吸收而影響發 聲效果，該第一電極1〇4及第二電極1〇8與發聲元件1〇6 的接觸面積較小為好，因此，該第一電極1〇4和第二電極 108的形狀優選為絲狀或帶狀。該第一電極與第二電 極108材料可選擇為金屬、導電膠、導電漿料油錫氧化物（ITO)等。 本實施例中，第一電極104與第二電極1〇8係利用銀漿通 過印刷方式如絲網印刷形成於基底上的絲狀銀電極。 發聲元件106設置於第一電極1〇4與第二電極1〇8上，所 述發聲元件106包括一奈米碳管結構，該奈米碳管結構包 括至少一奈米碳管膜、複數個奈米碳管線或一奈米碳管 膜與奈米碳管線的複合結構。所述奈來碳管結構的厚度 0971517# 單織 A〇101 第7頁/共21頁 1013320185-0 T375946_· 101年08月21日核正替換頁 (線狀結構時即為直徑）為0. 5奈米〜1毫米。所述奈米碳 管結構的單位面積熱容可小於2x1 0_4焦耳每平方厘米開 爾文。優選地，所述奈米碳管結構的單位面積熱容小於 1. 7x1 0_6焦耳每平方厘米開爾文。所述奈米碳管結構中 的奈米碳管包括單壁奈米碳管、雙壁奈米碳管及多壁奈 米碳管中的一種或多種。所述單壁奈米碳管的直徑為0. 5 奈米〜50奈米，所述雙壁奈米碳管的直徑為1. 0奈米〜50 奈米，所述多壁奈米碳管的直徑為1.5奈米〜50奈米。 [0019] 所述奈米碳管膜通過拉取一奈米碳管陣列直接獲得，該 奈米碳管膜包括複數個沿同一方向擇優取向排列的奈米 碳管，且該奈米碳管之間通過凡德瓦爾力首尾相連。優 選地，該奈米碳管膜包括複數個平行的奈米碳管沿其軸 向從所述第一電極104延伸至所述第二電極108。奈米碳 管的軸向方向與第一電極104垂直。 [0020] 在本實施例中，奈米碳管結構除了由單個奈米碳管膜構 成外，亦可包括複數個重疊設置的奈米碳管膜，由複數 個重疊設置的奈米碳管膜組成的奈米碳管結構相對由單 個奈米碳管膜組成的奈米碳管結構具有更高的強度，因 此，可確保該奈米碳管結構不被破壞或改變。由於單個 奈米碳管膜的透光性佳，在本實施例中，為保持奈米磷 管結構具有較好的透光性，所述奈米碳管結構中的奈米 碳管膜的個數小於4個。 [0021] 另外，當單個奈米碳管膜的寬度不能滿足實際應用的要 求時，可將複數個奈米碳管膜無間隙共面設置，形成一 具有更大寬度的奈米碳管膜，以便於實際應用。 097⑸79产單编號Α〇101 第8頁/共21頁 1013320185-0 1375946 . 101年08月21日核正替換頁 [0022] 本實施例中，所述作為發聲元件106的奈米碳管結構包括 四個重疊設置的奈米碳管膜，相鄰的兩個奈米碳管膜中 奈米碳管的排列方向相互垂直。所述奈米碳管結構的長 度和寬度均為3厘米，厚度為50奈米。由四個奈米碳管膜 構成的奈米碳管結構仍可保持該發聲元件106具有較好的 透光度。 [0023] 所述發聲元件106的工作介質不限，只需滿足其電阻率大 於所述發聲元件106的電阻率即可。所述介質包括氣態介 質或液態介質。所述氣態介質可為空氣。所述液態介質 包括非電解質溶液、水及有機溶劑等中的一種或多種。 所述液態介質的電阻率大於0.01歐姆·米，優選地，所述 液態介質為純淨水。純淨水的電導率可達到1. 5xl07歐姆 .•米，且其單位面積熱容也較大，可傳導出發聲元件106 產生的熱量，從而可對發聲元件106進行散熱。本實施例 中，所述介質為空氣。 [0024] 本實施例的發聲裝置1 0可通過第一電極104及第二電極 1 08與外部電路電連接，而由此接入外部讯号發聲。由 於包括奈米碳管結構的發聲元件106，係由均勻分佈的奈 米碳管組成，基於奈米碳管本身具有較大的比表面積， 且該奈米碳管結構為層狀或線狀，因而所述奈米碳管結 構具有較大的比表面積，較小的單位面積熱容以及較大 的散熱面積。在輸入讯号後，所述發聲元件106可迅速升 降溫，產生週期性的溫度變化，並和週圍介質快速進行 熱交換，使週圍介質的密度週期性地發生改變，進而發 出聲音。簡而言之，本發明實施例的發聲元件106係藉 單編號腿01 第9頁/共21頁 1013320185-0 1375946 101年08月21日梭正替换頁 由“電-熱-聲”的轉換來達到發聲。另外，利用奈米碳 管結構的高透光度，該發聲裝置10呈一透明發聲裝置。 [0025] 本實施例提供的發聲裝置10的聲壓級大於50分貝每瓦聲 壓級，發聲頻率範圍為1赫茲至10萬赫茲（即 ΙΗζ-lOOkHz)。所述發聲裝置在500赫茲-4萬赫茲頻率 範圍内的失真度可小於3%。 [0026] 另外，本實施例中的奈米碳管結構具有較好的韌性和機 械強度，所以奈米碳管結構可方便地製成各種形狀和尺 寸的發聲裝置10，該發聲裝置10可方便地應用於各種可 發聲的器件中，如音響、手機、MP3、MP4、電視、電腦 等可發聲的器件中。 [0027] 請參閱圖4及圖5，本發明第二實施例提供一種發聲裝置 20，該發聲裝置20包括一基底202、複數個第一電極204 、複數個第二電極208、及一發聲元件2 06。 [0028] 該發聲裝置20與第一實施例提供的發聲裝置10的結構基 本相同。本實施例所提供的發聲裝置20與第一實施例提 供的發聲裝置10的不同之處在於該發聲裝置包括複數個 第一電極與複數個第二電極，所述複數個第一電極204 與複數個第二電極208交替間隔設置於基底202。所述發 聲元件206設置於該第一電極204與第二電極208上，使 該複數個第一電極204與複數個第二電極208位於基底 202與發聲元件206之間，該發聲元件206相對於基底202 部分懸空。即，複數個第一電極204、複數個第二電極 208、發聲元件206以及基底202共同形成有複數個間隙 ° 單编號應01 第10頁/共21頁 1013320185-0 1375946 101年.08月21日梭正替换頁 ，該複數個間隙更有利於該發聲元件206發聲。 [0029] 該複數個第一電極204與第二電極208交替間隔設置於基 底202，該各個相鄰的第一電極204與第二電極208之間 的距離可相等亦可不相等。優選地，各個相鄰的第一電 極204與第二電極208之間的距離相等。相鄰的第一電極 204與第二電極208之間的距離不限，優選為10微米〜1厘 米。 [0030] 該發聲裝置20進一步包括一第一電極引線210及一第二電 極引線212，該第一電極引線210與第二電極引線21 2分 別與發聲裝置20中的第一電極204和第二電極208連接， 使複數個第一電極204分別與該第一電極引線21 0與電連 接，使複數個第二電極208分別與該第二電極引線212電 連接。所述發聲裝置20通過該第一電極引線210和第二電 極引線21 2與外部電路電連接。 [0031] 本實施例中，第一電極204與第二電極208為用絲網印刷 方法形成的絲狀銀電極。第一電極204數量為四個，第二 電極208數量為四個，該四個第一電極204與四個第二電 極208交替且等間距設置於基底202。每個第一電極204 與第二電極208的長度均為3厘米，高度為15微米，相鄰 的第一電極204與第二電極208之間的距離為5毫米。 [0032] 請參閱圖6及圖7，本發明第三實施例提供一種發聲裝置 30，該發聲裝置30與第二實施例提供的發聲裝置20的結 構基本相同。該發聲裝置30包括一基底302、複數個第一 電極304、複數個第二電極308、一發聲元件306、一第 09715Π#單編號廳01 第11頁/共21頁 1013320185-0 TS75Q46 101年08月21日梭正替换頁 一電極引線310、一第二電極引線31 2及複數個固定元件 314 ° [0033] 該發聲元件306具有一第一表面30 62及與該第一表面 3062相對的第二表面30 64。該發聲元件306的第一表面 3062面對該第一電極304和第二電極308且與其接觸連接 ，該發聲元件306通過該第一電極304及第二電極308與 基底302間隔一定距離，使該發聲元件306、複數個第一 電極304、複數個第二電極308與基底302共同形成有複 數個間隙。 [0034] 本實施例所提供的發聲裝置30與第二實施例提供的發聲 裝置20的不同之處在於：所述發聲裝置3〇進一步包括至 少兩個固定元件314 ’該至少兩個固定元件314設置於發 聲元件306的第二表面3064上，分別與該第一電極304及 第一電極308相對設置’使該發聲元件3〇6夾持於第一電 極304和第二電極308與固定元件314之間。通過設置固 定元件314，可使發聲元件3〇6分別與第一電極304和第 二電極308之間的電接觸更好，提高發聲元件3〇6的發聲 效果。 [0035] 所述固定元件31 4的結構與第一電極3〇4及第二電極3〇8 的結構可相同，亦可不同。固定元件314的材料可為導電 材料亦可為絕緣材料。導電材料為金屬、合金、導電漿 料導七穆或銦錫氧化物等。絕緣材料為玻璃、樹脂或 陶瓷等。當固定元件314的材料為導電材料時，可與第一 電極304和第二電極308的材料相同，亦可不同。該固定 兀件314的高度不限，優選為丨微米〜1〇〇微米，本實施例 09715179#單編號A0101 第12頁/共21頁 1013320185-0 1375946 ^ 101年08月21日修正替换頁 中，固定元件314的材料與第一電極304和第二電極308 的材料相同，均為銀。固定元件314亦係通過絲網印刷的 方法形成，其高度為15微米。固定元件314的數量與第一 電極304和第二電極308的總數量相等，為八個。 [0036] 综上所述，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。舉凡熟悉本案 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内。 【圖式簡單說明】 [0037] 圖1係先前技術中一種發聲裝置的結構示意圖。 [0038] 圖2係本發明第一實施例提供的發聲裝置的俯視圖。 [0039] 圖3係沿圖1中11 I - 11 I線剖開的剖面圖。 [0040] 圖4係本發明第二實施例提供的發聲裝置的俯視圖。 [0041] 圖5係沿圖4中V - V線剖開的刳面圖。 [0042] 圖6係本發明第三實施例提供的發聲裝置的俯視圖。 [0043] 圖7係沿圖6中VII-VII線剖開的剖面圖。 【主要元件符號說明】 [0044] 發聲裝置：10， 20， 30， [0045] 基底 ：102 ，202 ，302 9 [0046] 第一 電極： 104， 204， 304 [0047] 第二 電極： 108， 208， 308 第13頁/共21頁 1013320185-0 0971517#單編號應01 1375946 101年08月21日核正替換頁 [0048] 發聲元件：106，206 * 3 [0049] 第一表面：3062 [0050] 第二表面·· 3064 [0051] 第一電極引線：210， 310 [0052] 第二電極引線：212， 312 [0053] 間隙：101 [0054] 固定元件：314 09715179^^^ A〇101 第14頁/共21頁 1013320185-0